- •Предисловие
- •Глава I топливо и смазочные материалы §I. Общие сведения о топливе Значение топлива в народном хозяйстве ссср
- •Понятие о топливе и его классификация
- •Состав и свойства топлива
- •§ 2. Твердое топливо и продукты его переработки Основные виды твердого топлива
- •Свойства твердого топлива
- •Способы добычи ископаемого твердого топлива
- •Классификация и маркировка ископаемого твердого топлива
- •Методы и продукты переработки твердого топлива
- •Условия хранения и транспортирования твердого топлива
- •§ 3. Жидкое топливо Состав и свойства нефти
- •Классификация и методы добычи нефти
- •Методы и продукты переработки нефти
- •Состав, свойства и ассортимент моторных топлив
- •Котельное топливо
- •§ 4. Газообразное топливо Значение газообразного топлива в народном хозяйстве страны
- •Виды газообразного топлива
- •§ 5. Смазочные материалы Назначение и классификация смазочных материалов
- •Ассортимент и маркировка смазочных масел
- •Ассортимент и маркировка консистентных смазок
- •Условия хранения и транспортировании горюче-смазочных материалов
- •Контрольные задания
- •Глава іі химические материалы § 1. Неорганические кислоты, щелочи и соли Классификация и методы получения кислот
- •Ассортимент, применение, хранение и перевозка кислот
- •§ 2. Пластмассы Общие сведения о полимерах
- •Понятие о пластмассах и их классификация
- •Сырьевые пластмассы
- •Пленочные полимерные материалы
- •Листовые пластмассы
- •Газонаполненные пластмассы
- •Условия хранения и транспортирования пластмасс
- •§ 3. Каучуки, резина и резиновые технические изделия Состав, свойства и основные виды каучуков
- •Состав, свойства и классификация резины
- •Классификация, ассортимент и маркировка резиновых технических изделий
- •§ 4. Текстильные волокна и материалы Классификация текстильных волокон и нитей
- •Характеристики текстильных волокон и нитей, их измерители
- •Важнейшие виды натуральных волокон
- •Химические волокна
- •Текстильные ткани и материалы
- •Упаковка, маркировка, транспортировании и хранение текстильных материалов
- •§ 5. Лакокрасочные материалы Назначение, состав и классификация лакокрасочных материалов
- •Условные обозначения лакокрасочных материалов и покрытий
- •Основные лакокрасочные материалы
- •Вспомогательные и подсобные лакокрасочные материалы
- •Условия хранения и транспортирования лакокрасочных материалов
- •Контрольные задания
- •Глава III металлы и металлоизделия § 1. Основы металловедения и термообработки металлов и сплавов Значение и классификация металлов и сплавов на их основе
- •Свойства металлов и сплавов, их измерители
- •Строение металлов и сплавов, их кристаллизация
- •Способы изменения структуры и свойств металлов в твердом состоянии
- •Методы исследования структуры металлов и сплавов
- •Коррозия и методы защиты от нее
- •§ 2. Производство и характеристика чугунов Исходное сырье для выплавки чугуна
- •Чугунные отливки и трубы
- •Методы изменения свойств и контроль качества чугунов
- •Ферросплавы
- •§ 3. Производство и характеристика сталей Сырьевые материалы для выплавки стали и способы ее производства
- •Химический состав стали
- •Строение стального слитка и металлургические методы повышения его качества
- •Виды термической и химико-термической обработки стали
- •Классификация и ассортимент стали
- •§ 4. Стальной прокат и металлические изделия Общие сведения и классификация продукции прокатного производства
- •Сортамент стального проката
- •Сортамент металлоизделий промышленного назначения
- •Условия хранения и транспортирования стального проката и металлоизделий
- •§ 5. Цветные металлы и сплавы на их основе Значение и особенности производства цветных металлов
- •Легкие металлы
- •Тяжелые металлы
- •Тугоплавкие металлы
- •Драгоценные металлы
- •§ 6. Неорганические и металлические порошковые материалы и изделия на их основе Значение и применение порошковых материалов и изделий
- •Способы получения и характеристики металлических порошков
- •Ассортимент и маркировка металлических и неорганических порошков
- •Методы получения изделий порошковой металлургии
- •Контрольные задания
- •Глава IV строительные материалы § 1. Общие сведения о строительных материалах Значение и классификация строительных материалов
- •Свойства строительных материалов и изделий
- •§ 2. Природные каменные материалы Значение и классификация природных каменных материалов
- •Классификация и основные свойства важнейших горных пород
- •Материалы и изделия из природного камня
- •Условия хранения и транспортирования материалов и изделий из природного камня
- •§ 3. Стекло и стеклоизделия Общие сведения о стекле и стеклоизделиях
- •Листовые стекломатериалы
- •Строительные изделия из стекла
- •Условия хранения и транспортирования стекла и стеклоизделий
- •§ 4. Керамические материалы и изделия Общие сведения о керамических материалах и их классификация
- •Стеновые керамические материалы
- •Керамические изделия для облицовки и отделки
- •Керамические материалы и изделия различного назначения
- •Условия хранения и транспортирования керамических материалов и изделий
- •§ 5. Минеральные вяжущие вещества и материалы на их основе Классификация и свойства минеральных вяжущих веществ
- •Ассортимент минеральных вяжущих веществ
- •Материалы и изделия на основе минеральных вяжущих веществ
- •Условия хранения и транспортирования минеральных вяжущих веществ и материалов на их основе
- •§ 6. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе Состав, свойства и основные виды органических вяжущих веществ
- •Ассортимент органических вяжущих веществ
- •Материалы и изделия на основе органических вяжущих веществ
- •Условия хранения и транспортирования органических вяжущих веществ и материалов на их основе
- •§ 7. Лесные и бумажные материалы Значение, состав и свойства древесины
- •Классификация лесных материалов
- •Круглые лесоматериалы
- •Пиломатериалы
- •Прогрессивные древесные материалы
- •Изделия и конструкции из древесины
- •Сырьё, полуфабрикаты и производство бумажной продукции
- •Классификация и ассортимент бумажной продукции
- •Условия хранения и транспортирования лесных и бумажных материалов
- •Контрольные задания
- •Содержание
§ 2. Производство и характеристика чугунов Исходное сырье для выплавки чугуна
Основным промышленным способом получения чугунов является доменный процесс, где в качестве сырья применяются руды, кокс, их заменители, а также флюсы.
Рудами называют минеральные массы, из которых экономически целесообразно извлечение металла или необходимого элемента. Наиболее крупные и богатые полезными компонентами скопления руд называются месторождениями, а их скопления, которые экономически "целесообразно разрабатывать, — промышленными месторождениями. Минимальное содержание металла, при котором целесообразно промышленное использование руд, называется кондиционным.
Металлические руды, добытые из недр, называются сырыми. Из них посредством проведения подготовительных операций получают товарную руду.
К подготовительным операциям относятся дробление (измельчение), грохочение (классификация), окускование, обогащение, обжиг и усреднение химического состава.
Дробление производят для придания кускам минерала определенной крупности и раскрытия (освобождения)
зерен рудного минерала, грохочение — для разделения руды по крупности кусков.
Окускование представляет собой искусственное получение кусков руды более крупных размеров. Оно осуществляется посредством агломерации, или брикетирования. Агломерация — это процесс спекания мелких рудных частиц с целью получения агломерата. Если в состав агломерационной шихты вводится вещество, способствующее лучшему ведению металлургического процесса (флюсы), то получаемый агломерат называется офлюсованным. Если агломерации подвергается тонкоизмельченная руда, то прежде всего во вращающихся барабанах ее превращают в окатыши.
Исходным сырьем для агломерации служат рудная мелочь и колошниковая пыль (отход доменного производства), мелкий кокс, имеющий куски размером менее 3 мм (8—12 % по массе), или каменноугольная мелочь. Брикетирование представляет собой прессование рудной массы в брикеты с добавлением связующих или без них.
Обогащение проводят с целью повышения содержания железа в руде посредством отделения от нее пустой породы. Отделенную от руды пустую породу называют хвостами. При глубоком обогащении руд с низким содержанием железа получают продукт, называемый концентратом. Основными методами обогащения являются рудоразборка, а также гравитационное, электромагнитное, флотационное и химическое обогащение.
Обжиг — подготовительная операция для руд, содержащих воду в связанном состоянии, а также углекислоту и серу. Его проводят в рудообжиговых печах при температуре 600—800°C.
Усреднение химического состава — это приведение руды к однородному составу по процентному содержанию компонентов.
Наибольшее значение в металлургии черных металлов имеют железные, марганцевые и хромовые руды.
Руда состоит из рудного минерала, пустой породы и примесей. Рудные минералы железных руд представляют собой окислы, карбонаты, сульфиды и некоторые другие соединения. Главными из них являются магнетит, гематит, лимонит, сидерит, ильменит и пирит.
Магнетит (магнитный железняк) FeO4 — минерал черного цвета с металлическим блеском и содержанием железа 40—70 %. Обладает высокими магнитными свойствами.
Гематит (красный железняк) Fe2O3 представляет собой минерал от буровато-красного до черного цвета с металлическим блеском и содержанием железа 45— 65 %. Кроме железа в гематите присутствует большое количество примесей других металлов (титана — до 11 %, алюминия — до 14, марганца — до 17% и др.).
Лимонит (бурый железняк) nFe2O3·mH2O содержит до 63 % железа. Обладает высокой восстановимостью и качеством. Цвет — от желтого до темно-бурого.
Минерал от светло-желтого до бурого цвета с содержанием железа до 48 % называется сидеритом (железным шпатом) FeCO3.
В ильмените (титанистом железняке) FeTiO3 содержится до 37 % железа и 32 % титана. Цвет черный. В связи с трудновосстановимостью и высоким содержанием титана он используется как титановая руда (источник получения ферротитана и др.).
Пирит (серный колчедан, железный колчедан) FeS2 — минерал латунно-желтого цвета, содержащий до 47 % железа. В связи с высоким содержанием серы и других примесей используется для получения серной кислоты, меди, золота и кобальта.
Кондиционное содержание железа для магнетитовых и гематитовых руд — не менее 46—50 %, для лимонитовых — 37—45%, для сидеритовых — 30—35%. Разница в минимальном содержании железа объясняется его неодинаковой восстанавливаемостью. Руды с содержанием железа менее 25—30 % относятся к забалансовым, обогащению не подвергаются и в металлургии не используются.
Показатели качества железных руд отражают их химический состав, физические и физико-химические свойства. При этом основными являются требования, предъявляемые к химическому составу. К ним относятся:
высокое содержание железа (в богатых рудах — 60— 67%, в средних — 50—60, в бедных — 40—50 %);
минимальное содержание вредных примесей — серы, фосфора, мышьяка, цинка и свинца (предельно допустимое содержание серы в доменных железных рудах — не более 0,005 % на 1 % железа, фосфора — 0,00075— 0,003, цинка и свинца — 0,05 %);
низкая температура плавления пустой породы;
постоянство химического состава.
Требования к физико-химическим свойствам железных руд сводятся к возможно более высокой восстанови-мости. Она оценивается количеством топлива, которое необходимо затратить для восстановления металла из руды. Важными физическими свойствами железных руд являются пористость и высокая газопроницаемость насыпной массы, которая определяется кусковатостью, отсутствием мелких фракций, высокой прочностью и слабой истираемостью.
Основной потребитель марганцевых руд — черная металлургия (90—95 % добычи). Поскольку марганец является одним из основных легирующих элементов, марганцевые руды почти всегда входят в шихту доменных печей при выплавке передельных чугунов и ферросплавов.
Важнейшие рудные минералы марганцевых руд — пиролюзит (63,2 % Mn), псиломелан (45—60 % Mn), браунит (9,5 % Mn), гаусманит (72 % Mn), манганит (62,5% Mn), родохрозит (около 48% Mn) и др. По внешнему виду они представляют собой темные (черные, серые или бурые) плотные землистые массы.
При оценке качества металлургической марганцевой руды основными показателями являются содержание марганца, чистота по вредным примесям, кусковатость, твердость и содержание влаги. Наиболее богатые руды содержат более 50 % марганца. Основной вредной примесью в марганцевых рудах является фосфор. В высокосортных рудах допустимое его содержание не более 0.003 % на 1 % содержащегося марганца. Сера в марганцевых рудах не является вредной примесью, поскольку при плавке легко ухолит в шлак.
В зависимости от количественного соотношения марганца и железа руды подразделяются на марганцевые (марганца более 30 %, железа 10—40 %) и марганцевые-железистые (марганца 4—10%, железа более 40%).
Хромовые руды используются для получения хрома являющегося одним из наиболее эффективных легирующих элементов. Используемые в металлургической промышленности хромовые руды называются хромитами. Наиболее распространенным из них является хромитовый железняк, содержащий 68 % Cr2O3, что в пересчете на чистый хром составляет 45,6 %.
Качество хромитов оценивается по содержанию в них окиси хрома. По этому признаку они подразделяются на высокосортные (более 48 % Cr2O3), среднесортные (40—46 % Cr2O3) и низкосортные (менее 40 % Сr2О3).
Кроме того, важнейшими показателями качества хромитов является соотношение Cr2O3 и FeO, а также количество вредных примесей — серы и фосфора.
Основными правилами хранения и перевозки руд являются предохранение их от возможности загрязнения нежелательными примесями, смешивания различных руд и одинаковых руд различных партий, минимизация количественных потерь и защита от смерзания в монолит.
Поэтому наиболее ценные руды перевозят навалом в чистых крытых железнодорожных вагонах, а концентраты — в прочной, гарантирующей от увлажнения, засорения, потерь таре (деревянных, выложенных бумагой бочках, стальных барабанах, бумажно-тканевых мешках). На каждом упаковочном месте указывается товарный знак предприятия-изготовителя, марка концентрата, номера партии и места, масса брутто и нетто, номер стандарта. Их необходимо хранить в сухих закрытых помещениях, предохраненными от засорения и смешивания.
Менее ценные руды (например, железную) транспортируют навалом в большегрузных полувагонах или обычных товарных вагонах, а хранят сложенными в штабеля высотой до 6—8 м на открытых площадках.
На каждую отправляемую партию руды или концентрата выписывается сертификат, в котором указываются наименование предприятия-изготовителя, номер партии, масса, номер стандарта, а также результаты химического анализа, процентное содержание влаги и другие сведения (количество мест, дата отправления и т. д.).
Для предохранения руд от смерзания применяют сушку центрифугированием, предварительное замораживание при постоянном перелопачивании, введение гигроскопических прослоек (опилок, соломы), специальных веществ, поглощающих влагу (негашеной извести) или водных растворов с низкой температурой замерзания (растворов поваренной соли), обмасливание минеральными маслами и др.
Для определения качества руды при ее приемке выбирают среднюю пробу, что осуществляется счетным, выборочным или щуповым методом. При счетном методе пробу навалочного груза берут при погрузочно-разгрузочных работах через равное количество порций (ковшей, лопат и др.) или через равные промежутки времени. При выборочном методе пробы берут равными порциями из разных мест партии. Щуповый метод заключается в заборке проб сыпучего груза из разных мест партии с помощью щупа.
Основные процессы получения чугуна, восстановление окислов и плавление чугуна и шлака могут проходить только при достаточно высоких температурах. Это достигается посредством сжигания топлива, которым является кокс. На 1 т выплавляемого чугуна расходуется 400—600 кг кокса, а его стоимость составляет 40—50 % себестоимости чугуна.
Кокс, используемый в металлургии, должен соответствовать ряду требований. В их числе механическая прочность, сохраняющаяся при высоких температурах, отсутствие мелких фракций, снижающих газопроницаемость шихты, высокая пористость и теплота сгорания, низкое содержание вредных примесей (фосфора и серы), золы и летучих веществ, а также невысокая стоимость.
Флюсами называют добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой породы и придания доменному шлаку необходимого состава и физических свойств, обеспечивающих очистку чугуна от серы и нормальную работу печи.
В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные (обычный или доломитизированный известняк), кислые (бедная железная руда с кремнистой пустой породой) и глиноземистые (бокситы).
В качестве заменителей руд и флюсов используются мартеновский, конвертерный, доменный или сварочный шлаки, колошниковая пыль, окалина (окислы железа, образующиеся на поверхности слитков при нагреве перед прокаткой), пиритные или колчеданные огарки (отходы производства серной кислоты), чугунный скрап и др.
Заменителями кокса являются природный и коксовый газ, мазут, пылевидное топливо и угольно-мазутная суспензия.
Классификация, ассортимент и маркировка чугунов
Чугун — один из главных конструкционных материалов. Более 40 % массы различных машин, механизмов и оборудования приходится на чугунные детали. Достоинствами чугуна, определяющими его широкое применение, являются простота получения и дешевизна, высокая технологичность (один из лучших литейных сплавов), прочностные характеристики, износостойкость, вязкость и теплоустойчивость, а также хорошая выносливость.
Различные виды чугунов рассматривают в зависимости от содержания связанного углерода, формы графитных включений, состава и назначения (рис. 10).
Рис 10 Классификация чугунов
Свойства чугунов определяются их внутренним строением, которое состоит из металлической основы и включений графита.
Углерод в чугуне находится как в связанном (в виде цементита Fe3С), так и в свободном (в виде графитных включений) состоянии. При этом количество и форма графитных включений определяют основные механические свойства чугунов.
Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности, тем выше прочностные характеристики чугуна.
В зависимости от содержания связанного углерода различают белый, половинчатый и серый (перлитный, ферритно-перлитный и ферритный) чугуны.
В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии. В изломе он имеет светлый металлический блеск, поэтому и называется белым. На его долю приходится свыше 80 % выплавляемых в домнах чугунов. Основное его количество переделывается на сталь.
В половинчатом чугуне большая часть углерода (более 0,8 %) находится в связанном состоянии.
В сером перлитном чугуне в связанном состоянии находится 0,7—0,8 % углерода, в сером ферритно-перлитном — 0,1—0,7 %, в сером ферритном весь углерод находится в виде графита.
По форме графитных включений чугун подразделяется на серый, высокопрочный и ковкий.
В сером чугуне графит имеет форму пластин различного размера. Такой чугун хорошо обрабатывается резаньем и среди литейных чугунов является самым распространенным. Серый чугун (ГОСТ 1412—85) маркируется буквами СЧ и цифрами, указывающими среднюю величину временного сопротивления при растяжении (МПа).
Для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе, с толщиной стенки отливки 10—30 мм (строительных колонн, фундаментных плит, малонагруженных деталей машин и др.) используют чугуны марок СЧ 10 и СЧ 15.
Для изготовления ответственных деталей (станин станков и механизмов, поршней, цилиндров, блоков двигателей и т. д.) применяют чугуны марок СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40 и СЧ 45.
Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Его получают обработкой расплавленного чугуна присадками магния, церия или других щелочных или щелочноземельных металлов. Такой чугун имеет механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали: высокую пластичность, вязкость, теплоустойчивость, износостойкость, прочность (в три раза больше, чем у серого чугуна). Он обладает хорошими литейными свойствами, обрабатывается резаньем.
Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293—85) маркируется буквами ВЧ и цифрами, где первые две — среднее значение временного сопротивления при растяжении, МПа, вторые — относительное удлинение, %.
Высокопрочные чугуны (ВЧ 42—12, ВЧ 38—17, ВЧ 45—5, ВЧ 50—2, ВЧ 60—2, ВЧ 70—3, ВЧ 80—3, ВЧ 100—4, ВЧ 120—4) применяются для изготовления коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей двигателей, прокатных станов, кузнечно-прессового, химического и нефтяного оборудования.
В ковком чугуне графит имеет форму хлопьев. Его получают отжигом (длительным нагревом при высоких температурах) отливок из белого чугуна. По своим свойствам он занимает промежуточное положение между серыми чугунами и сталями. Обладает хорошими литейными свойствами, достаточно высокой прочностью и пластичностью. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами, где первые две — временное сопротивление при растяжении, МПа, вторые — относительное удлинение, %.
Ковкие чугуны используются для изготовления деталей, эксплуатируемых при больших динамических и статических нагрузках (КЧ 37—12, КЧ 35—10), и других, менее ответственных изделий (КЧ 30—6; КЧ 33—8), тормозных колодок, звеньев и роликов цепей конвейеров, вилок карданных валов и др. (КЧ 50—4, КЧ 56—4, КЧ60—3, КЧ63—2).
В зависимости от состава различают обычные, модифицированные и легированные чугуны.
Модифицированные чугуны (СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40) получают добавлением в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — модификаторов (ферросилиция, силикокальция, графита и др.). Это позволяет получить в чугунных отливках перлитную основу с вкраплениями небольшого количества изолированных пластинок графита средней величины и в конечном счете повысить их механические свойства.
Легированным называют чугун, в состав которого входят специальные легирующие элементы — хром, никель, медь, титан, молибден и другие, заметно улучшающие его механические, физические и технологические свойства.
По суммарному содержанию легирующих элементов чугуны подразделяются на низколегированные (до 3%), среднелегированные (3—10 %) и высоколегированные (более 10 %). Если эти элементы уже содержатся в железной руде, то получаемые из нее чугуны называются природнолегированными.
Легированные чугуны выпускаются конструкционные, износостойкие (ИЧХ15МЗ, ИЧХ28НГ, ИЧХ17НГЗ), антифрикционные (АСЧ-1, АСЧ-2, АСЧ-3, АЧВ-1, АЧВ-2), немагнитные, коррозионностойкие и жаропрочные (ЧС15МЧ, ЧН1ХМД), жаростойкие (ИСЧХ, ИСЧЮХ22, ЖЧЮ30), ростоустойчивые (способные сопротивляться необратимому увеличению объема при нагреве до высоких температур).
В маркировке легированных чугунов буквы отражают их свойства (ИЧ — износостойкие чугуны, АСЧ — антифрикционные серые чугуны, АЧВ — антифрикционные высокопрочные чугуны, ЖЧ — жаростойкие чугуны) и легирующие элементы (X — хром, H — никель, Г — марганец, Д — медь, M — молибден, Ю — алюминий). Цифры, стоящие после букв, обозначающих легирующие элементы, указывают на их содержание, %. Если цифра отсутствует, то содержание легирующего элемента менее 1 %.
По назначению чугуны подразделяются на литейные и передельные.
Литейными называются чугуны, предназначенные для изготовления изделий методами литья. Они поставляются в виде готовых отливок или в форме чушек массой 18—45 кг.
Чушковые литейные чугуны выпускаются коксовые (ЛКОО, ..., ЛК5), древесноугольные (ЛД1, ЛД2, ЛД3), специальные (KK — для отливки ковкого чугуна, коксовый, КД — древесноугольный, ВД — для отливки валков прокатных станов, древесноугольный, ЛКА — литейный коксовый для авиапромышленности) и природнолегированные хромо-никелевые (ЛХЧ1, ..., ЛХЧ6, ХНК2, ..., ХНК5, ХНД2, .... ХНД5).
Цифры в маркировке обозначают порядковый номер, который зависит от содержания кремния. Чем меньше кремния, тем выше порядковый номер.
Литейные чугуны некоторых марок по содержанию марганца подразделяются на группы, по содержанию фосфора — на классы, а по содержанию серы — на категории.
Передельными называются чугуны, используемые для передела на сталь. Они выпускаются четырех типов:
передельные коксовые (Ml, M2, М3, Bl, Б2, T);
передельные коксовые высококачественные (ПВК1, ПВК2, ПВКЗ);
передельные древесноугольные (МД1, МД2);
передельные древесноугольные высококачественные (ПВД1, ПВД2, ПВД3).
В маркировке буквы M, Б и T обозначают способ передела соответственно мартеновский, бессемеровский и томассовский, а цифры — порядковый номер марки. Чем она выше, тем меньше содержание кремния. Деление на группы, классы и категории внутри отдельных марок аналогичны литейному чугуну.