Билет 30. Производство чугуна. Доменный процесс

Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на это расходуется примерно 80-85 % всего чугуна. В то же время чугун наиболее распространенный литейный сплав.

Содержание углерода в чугуне превышает 2,14 %. Микроструктура чу­гуна зависит не только от химического состава, но и от скорости охлажде­ния сплава при переходе из жидкого в твердое состояние. Большую часть выплавляемого чугуна переплавляют в сталь, однако не менее 20 % его ис­пользуют для изготовления литых деталей машин и других изделий. В ма­шиностроении используют чугун с содержанием углерода 2,5-4 %. В про­мышленном чугуне, кроме углерода, содержатся кремний, марганец, сера, фосфор, причем в больших количествах, чем в стали.

Микроструктура и свойства чугуна зависят не только от химического состава, но и от скорости охлаждения при переходе из жидкого состояния в твердое.

В зависимости от природы выделяющегося углерода при охлаждении сплава чугуны делят на несколько видов.

Белый чугун образуется при сравнительно быстром охлаждении жидко­го расплава, при этом углерод выделяется исключительно в виде цементита Fe₃C, который располагается отдельными включениями в основной метал­лической массе.

Такой чугун в изломе имеет белый цвет и характерный металлический блеск. Белый чугун в основном идет на переплавку для получения сталей, поэтому его называют передельным чугуном.

Серый чугун, иначе называемый литейным чугуном, составляет 8-17 % всего производства чугуна и применяется для получения отливок. Серый чугун образуется при медленном охлаждении жидкого расплава, в резуль­тате этого весь углерод или большая его часть находится в сплаве в виде графита, поэтому излом такого чугуна имеет серый цвет.

Графит при этом распределяется внутри металлической основы в форме отдельных включений. В серых чугунах графит может иметь форму тончайших прожилок или пластинок (чешуек), сфероидальных частичек или хлопьев. Графит уменьшает прочность металлической мас­сы чугуна и снижает его сопротивление ударным нагрузкам. Поэтому механическая прочность серого чугуна в значительной степени опреде-ияется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, (авихренной формы чешуйки графита меньше снижают его прочность. Такая форма достигается модифицированием. Механические свойства серого чугуна зависят также от состава и структуры его металлической основы.

Серый чугун широко применяют в машиностроении, он дешевый, с хорошей жидкотекучестью, малой усадкой и др. Перлитный серый чугун применяют для изготовления цилиндров, втулок и других нагруженных деталей двигателей, станин; для менее ответственных деталей применяют феррито-перлитный и ферритный чугун.

В современном гражданском и промышленном строительстве широко используют чугунные санитарно-технические изделия и оборудование (ото­пительные радиаторы, вентили, ванны, мойки, трубы для отвода промыш­ленных вод и др.).

Из серого чугуна также путем отливки получают различные элементы строи­тельных конструкций, работающих на сжатие: колонны, арки, тюбинги метрополитена, основные подушки, своды, плиты для полов промышленных зданий. Его используют для изготовления арматурно-художественных изделий и др.

В половинчатом чугуне часть углерода находится в форме графита, но при )том менее 2 % углерода присутствует в форме цементита. В ряде случаев при­меняются детали, изготовленные из чугуна с отбеленной поверхностью. Для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного абразивного изно­са, чугун быстро охлаждают только с поверхности. Основная масса в таких деталях имеет структуру серого чугуна и только в поверхностном слое почти весь углерод находится в виде цементита, что придает изделиям высокую поверхно­стную твердость и высокое сопротивление износу. Такой чугун применяют для изготовления прокатных валков и других деталей повышенной износостойкости.

Ковкий чугун характеризуется хорошими механическими свойствам, высокой коррозионной стойкостью, он дешевле стали. Широкое применение в промышленности находят легированные чугуны со специальными свойствами: коррозионностойкие чугуны, легирова ные Ni и Сu; жаростойкие (Al, Si, Mo); кислотоупорныещелочеупорщ (Cr, Ni), антифрикционные (Si, Мn, Сr, Сu) и др.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Конструкционные материалы на основе органических вяжущих веществ являются безобжиговыми композитами. К ним относятся 1) асфальтовые бетоны и рас­творы, 2) дегтебетоны, 3)полимербетоны и другие композиции на основе битум­ных и дегтевых вяжущих, 4)полимерных вяжущих.

К органиче­ским вяжущим относят битумные и дегтевые вяжущие (битумы, дегти и композиции на их основе — битумно-резиновые, битумно-полимерные и др.), часто называемые «черными» вяжущими, и полимерные вяжущие (олигомеры, полимеры и сополимеры). Эти вяжущие придают материалам водоотталкивающие свойства (гидрофобность) и водостойкость, эластич­ность, малую пористость. Поэтому органические вяжущие широко исполь­зуются в изоляционных и кровельных материалах. Определенное количест­во их применяется в конструкционных материалах типа бетонов, растворов и изделий из них.

Битумные и дегтевые вяжущие

Битумы — органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомо­лекулярных углеводородов и их неметаллических производных, т.е. соедине­ний углеводородов с серой, азотом или кислородом. При обычных темпера­турах битумы могут находиться в твердом, вязком или жидком состоянии. Плотность битумов немного более 1 г/см³.

Различают природные и искусственные (нефтяные) битумы. Природ­ные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя лин­зы, а иногда и асфальтовые озера. Однако чаще они пронизывают осадоч­ные (битуминозные) горные породы.

Нефтяные битумы получают путем переработки нефти. При ее нагревании выделяют легкие фракции (бензин, лигроин, керосин), а затем масла (машинные и др.). В конечном итоге оста­ется густой смолистый остаток — гудрон. Он является исходным сырьем для получения вязкого и твердого битума, но может использоваться и в ка­честве битумного вяжущего, особенно в случае использования высокосмолистых нефтей.

Битумы строительные (БН) бывают марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Здесь числитель — средняя температура размягчения, знамена­тель — среднее значение пенетрации.

Асфальтовые бетоны и растворы

Асфальтобетон (асфальтобетонная смесь) — важнейший дорожно­строительный материал, получаемый в результате уплотнения при опти­мальной температуре рационально рассчитанной и приготовленной смеси, состоящей из битумного вяжущего, минерального порошка и заполняющих компонентов.

Показатели физико-механических свойств плотных асфальтобетонов из горячих смесей.

На втором этапе производят собственно определение состава асфаль­тобетона, включающее: а) расчет зернового состава минеральной части; б) определение оптимального количества битума.

Третий этап проектирования — это приготовление и испытание образ­цов из контрольной смеси и уточнение состава асфальтобетона.

Разновидности асфальтобетона.

К разновидностям асфальтобетона относят теплые асфальтобетоны, холодные асфальтобетоны, литой асфальтобетон, цветной асфальтобетон.

Полимерные материалы и изделия

Полимерными называют материалы, в состав которых в качестве ос­новного компонента входят высокомолекулярные органические вяжущие вещества (полимеры).