Вопрос 1
К черным металлам относятся железо и его сплавы
1.Сталь — сплав железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14%,
2.Чугун — сплав железа с углеродом с содержанием углерода от 2,14 до 4,5%. Все остальные металлы и сплавы составляют группу цветных (нежелезных) металлов.
Наибольшее распространение в строительстве получили сплавы на основе черных металлов — железоуглеродистые (стали и чугуны). На их долю приходится около 95% производимой в мире металлопродукции. Среди цветных металлов первое место по применению в строительстве занимают алюминиевые сплавы. Далее — медь, и славы на основе меди; бронза и латунь.
Наряду с черными и цветными сплавами выделяют еще группу благородных и редких металлов: серебро, золото, платину, титан вольфрам, молибден.
Благородными их называют так потому, что они практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.
Вопрос 2
Опишите способы производства стали.
Сталь— это деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %, и другими элементами. Постоянными примесями в стали являются также кремний, марганец, фосфор, сера и в ряде случаев легирующие элементы (никель, хром, ванадий, молибден и др.).
Исходным сырьем для производства стали являются: передельный чугун, стальной лом и ферросплавы. Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, марганца, кремния, фосфора и серы. Поэтому процесс получения стали сводится к понижению количества указанных примесей и перевода их в шлак или газы. Достигается это окислением составляющих с последующим раскислением и получением стали. Основными способами производства стали являются кислородно-конвертерный, в электрических печах (электродуговой и индукционный), мартеновский и др.
Кислородно-конвертерный способ производства стали заключается в том, что через жидкий чугун, заливаемый в специальные агрегаты — конвертеры, продувается кислород. Для производства стали требуется кислород с чистотой 99,5 %.
Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода). Продувка производится сверху или через днище в конвертерах. Конвертеры имеют грушевидную форму и футеруются внутри магнезитовым кирпичом. Одним из недостатков конвертерного способа является повышенное содержание в стали кислорода, ухудшающее ее механические свойства.
Мартеновское производство стали в настоящее время практически вытеснено более эффективными кислородно-конвертерным и электроплавильным и составляет 1...2 % от общего мирового выпуска.
Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. В электропечах электрическая энергия преобразуется в тепловую при горении электрической дуги либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов. Производство стали электроплавильным способом осуществляется в печах двух типов: дуговых и индукционных (высокочастотных).
Новыми методами производства стали являются:
электронно-лучевая плавка,
электрошлаковый переплав,
вакуумирование и рафинирование стали в ковше жидкими синтетическими шлаками.
Электронно-лучевую плавку применяют для получения особо чистых металлов и сплавов. Она основана на использовании кинетической энергии свободных электронов, получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения, в результате чего металл нагревается и плавится. Электронные лучи позволяют получать высокую плотность энергии нагрева, регулировать скорость плавки в больших пределах и применять шихту в любом виде. Создаются эффективные условия для очистки металла от различных примесей.
При электрошлаковом переплаве капли металла, образующиеся при переплаве заготовок, проходя через слой жидкого шлака, рафинируются, т.е. очищаются от вредных примесей и неметаллических включений. Образуется высококачественный плотный слиток с однородным строением, в котором отсутствуют пористость, неметаллические и газовые включения. В результате обработки металла шлаком и направленной кристаллизации содержание серы снижается на 30...50 %, а содержание неметаллических включений — в 2...3 раза.
Вакуумирование стали при ее выплавке и разливке позволяет значительно уменьшить содержание газов и некоторое количество неметаллических включений. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционных печах.
Рафинирование стали в ковше жидкими синтетическими шлаками заключается в том, что очистка ее от серы, кислорода и неметаллических включений производится при интенсивном перемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком. Сталь после обработки жидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами.