Шпоры по ТКМ / литье, резание, КМ / темы1,2(мал)

Твердофазное восстановление железа из руды.

Д. п. возникло в результате развития сыродутного процесса - "прямого" получения железа в твёрдом состоянии непосредственно из железной руды путём восстановления её в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля.

Бескоксовая металлугрия— бездоменная металлургия прямое получение железа и полупродукта (2-4 % С) из руд, минуя стадию выплавки чугуна в домен. печи. Процессы б. м. по механизму восстановления разделяют на две группы: твердофазное восстановление богатых железных руд (концентрата, окатышей) газом или тв. топливом с получением губч. железа, к-рое используют для выплавки стали в дуговой печи или при произ-ве железного порошка. И жидкофазное восстановление необогащ. железных руд и металлоотходов и получением полупродукта (чугуна).

Процессы твердофазного восстановления классифицир. по трем признакам: 1)по виду получ. продукта (губч. железо, крица); 2)по типу восстановителя (тв. топливо, газ) 3)по типу восстановит, агрегата (шахтная печь, установка с периодич. действ, ретортами и реактор кипящего слоя).

Наиб, развитие получили процессы газ. восстановления железорудных окатышей в шахтной печи (напр., процессы «Мидрекс», «Пурофер», «Армко»).

Большинство промышл. процессов б. м. с тв. восстановителем базируется на использ. вращ. трубч. печей.

Фактически установка "Корекс" представляет собой разнесенные в пространстве шахту и горн доменной печи. Они связаны между собой передачей шихты из шахтной печи в реактор-газификатор (горн) и газа из реактора в шахтную печь. Благодаря такой конструкции удалось заменить кокс энергетическим углем. Впервые в промышленном масштабе был реализован процесс выплавки чугуна бездоменным способом с использованием угля вместо кокса.

В установке "Корекс" процесс восстановления осуществляется в две стадии в разных агрегатах. В шахтной печи идет твердофазное восстановление газом из реактора, в котором происходит газификация угля с помощью кислорода. Сырье из шахтной печи с помощью специальных устройств передается в реактор 1, где происходит его расплавление и довосстановление с получением жидкого чугуна, аналогичного доменному чугуну. Следовательно, в процессе "Корекс" собственно жидкофазное восстановление в реакторе составляет не более 10%. Такие комбинированные твердофазные и жидкофазные процессы восстановления железа, в отличие от прямого восстановления (только твердофазного), получили название восстановительной плавки или плавильно-восстановительных процессов.

Производство меди

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большая часть примесных сульфидов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, образующиеся при обжиге, содержат CO₂, который используется для получения серной кислоты. Получающиеся в процессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Жидкий медный штейн (Cu₂S с примесью FeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании. Основным компонентом раствора при электролитическом рафинировании служит сульфат. Для увеличения низкой электропроводности сульфата меди в электролит добавляют серную кислоту. А для получения компактного осадка меди в раствор вводят небольшое количество добавок.

Производство алюминия

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие 32-60% глинозема Al₂O₃ . К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Алюминий получают из оксида алюминия Al₂O₃ электролитическим методом. Очищенный Al₂O₃ получают переработкой природного боксита.

Основное исходное вещество для производства алюминия - оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления (более 2000 ^oC), поэтому требуется слишком много энергии.

Необходимо снизить температуру плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 _oC. Такой способ параллельно нашли француз П. Эру и американец Ч. Холл. Они обнаружили, что глинозем хорошо растворяется в раплавленном криолите - минерале состава AlF_{3 .}3NaF. Этот расплав и подвергают элктролизу при температуре всего около 950 ^oC на алюминиевых производствах Гидролизу подвергают расплавленную смесь криолита Na₃ [AlF₆ ] и оксида алюминия. Смесь, содержащая около 10 весовых процентов Al₂O₃ , плавится при 960 ^oC и обладает электропроводностью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. Для дополнительного улучшения этих характеристик в состав смеси вводят добавки AlF₃, CaF₂ и MgF₂. Благодаря этому проведение электролиза оказывается возможным при 950 ^oC .

При электролизе на катоде выделяется алюминий , а на аноде - кислород. Алюминий , обладающий большей плотностью , чем исходный расплав, собирается на дне эликтролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя CO и CO₂.

Производство никеля

Никель был открыт шведским ученым А. Ф. Кронштедтом и 1751 г. в минерале николите. В основном минералы никеля и кобальта представляет собой сульфиды, арсениды, арсенаты и силикаты. Кобальт - важнейший легирующий, основа жаропрочных сталей, катализатор во многих хим.реакциях.

Производство никеля из руд включает несколько стадий переработки сырья с получением на каждой из них соответствующего полупродукта. В мировой практике на большинстве предприятий, производящих никель, такими полупродуктами являются никелевый концентрат или никелевый (медно- никелевый) файнштейн. Они направляются на окислительный обжиг для возможно более полного удаления серы из материала перед последующей переработкой его на анодный металл.

Содержание серы в закиси никеля перед ее плавкой на аноды должно быть в пределах 0,01-0,5 %. Такое низкое содержание можно получать окислительным обжигом сульфидного материала лишь при 1100—1250 С. Нагрев никелевого сульфидного материала до такой температуры сопровождается спеканием и оплавлением его зерен уже при 650—750 С, что и явилось тем барьером, который долго не могли преодолеть во время испытаний обжига этих материалов в печах кипящего слоя.

Полученный из окисленных никелевых руд файнштейн содержит 77-82 % Ni, до 2% Сu и 16-22 % S.

Современный процесс разделения медно-никелевого файнштейна состоит из медленного охлаждения, дробления, измельчения и разделения на медный и никелевый концентраты методом флотации.

На большинстве отечественных и зарубежных никелевых предприятий применяют окислительный обжиг богатых сульфидных никелевых полупродуктов — файнштейнов, флотационных концентратов и концентратов гидрометаллургической переработки окисленных никелевых руд.

Тетр.: Получение- 1)сушка, чистка руды. 2)плавка (файнштей Fe+SiO2 =(FeO)siO2 +Q 70-78% Ni) 3)дробление. 4)Обжиг 5)восстан никеля NiO+C=Ni+CO -Q

Способы повышения качества стали: плавка с применением синтетических шлаков, электрошлаковый, вакуумно-дуговой, электроннолучевой переплав, зонная плавка.

Cпособы повышения качества стали в металл производстве основаны, во-первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей.

Сущность обработки металла синтетическим шлаком заключается в том, что жидкую сталь из плавильной печи выливают в ковш со специальным синтетическим шлаком с большой высоты. При бурном перемешивании шлак всплывает, сталь получается чистой. Рафинирование жидким синтетическим шлаком в ковше улучшает макроструктуру стали, удаляет до 70% серы. Этот способ нашел широкое применение при обработке конвертерной, мартеновской стали, а также электрометалла.

При электрошлаковом переплаве из металла, подлежащего обработке, вначале изготавливают электроды, которые затем опускают в сой рабочего флюса, обладающего высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока рабочий флюс плавится и образуется шлак, который выделяет тепло. Проходя через жидкий шлак, капли металла очищаются от вредных примесей и образуют высококачественный слиток. Этот метод целесообразно применять при получении высококачественных шарикоподшипниковых сталей, жаропрочных сплавов, изготовлении деталей турбин и др.

Одним из наиболее распространенных способов вакуумирования является вакуумно-дуговой переплав в печах с расходуемым электродом. При этом выплавленную сталь переплавляют повторно в вакуумном пространстве с помощью электрической дуги. В результате оплавления металла в вакууме происходит дегазация и сталь приобретает новые, более высокие механические свойства.

Сущность вакуумирования в электроннолучевых печах заключается в том, что на переплавляемый металл, находящийся в вакуумной камере, направляют электронные лучи из катодов. В процессе воздействия высокой температуры металл расплавляется и рафинируется в вакууме.

Зонная плавка, зонная перекристаллизация, кристаллофизический метод рафинирования материалов, который состоит в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного твёрдого стержня из рафинируемого материала. Наиболее важное значение имеют два варианта зонной плавки – зонная очистка и зонное выравнивание.

Зонная очистка. Метод состоит в том, что некоторое число расплавленных зон перемещают по слитку в одном направлении. Каждая зона переносит определенное количество примесей к концу слитка, очищая от них остальную его часть.

Метод зонного выравнивания, позволяющий вводить в германий контролируемые количества равномерно распределенных легирующих примесей.

Литейные свойства металлов и сплавов

Жидкотекучесть. Это- способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее и четко воспроизводить контуры отливки. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость, окисляемость, темп-ры.

Заполняемость. Она характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.

Характер затвердевания. Характер затвердевания металлов и сплавов определяет особенность перехода металла из жидкого состояния в твердое.

Характер формирования литой поверхности. Под характером формирования литой поверхности металлов и сплавов подразумевают их способность воспроизводить профиль поверхности формы (шероховатость, механический пригар), склонность к образованию макронеровностей (спаи), склонность к химическому взаимодействию с формой (химический пригар).

Шероховатость поверхности характеризуется средним арифметическим отклонением измеренного профиля от его средний линии Ra и высотой неровностей Rz определяемой как расстояние между пятью высшими точками и пятью низшими точками, находящимися в пределах базовой длины.

Усадка-уменьшение линейных размеров и объёма материалов вследствие потери ими влаги, уплотнения, затвердевания и др. процессов.

Объемная усадка металлов и сплавов характеризует изменение объема металла при понижении температуры в жидком состоянии, в процессе затвердевания и при охлаждении твердого металла. =(Vформы-Vотливки)/Vотливки

Линейная усадка металлов и сплавов отражает изменение линейных размеров отливки после образования на ее поверхности жесткого кристаллического скелета и охлаждения до комнатной температуры. =(Lформы-Lотливки)/Lотливки

Ликвация в металлургии, неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации Л. возникает в результате того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур

Физико-химические процессы производства стали. Конверторный процесс. Мартеновский процесс.

Сталеплавильное производство-производство стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. С.п. включает 2 основных технологических процесса - выплавку и разливку стали.

В современной металлургии важнейшие способы выплавки стали - кислородно-конвертерный процесс, мартеновский процесс и электросталеплавильный процесс. Электросталеплавильное производство-получение стали в электрических печах. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой.

Конвертерное производство-получение стали в сталеплавильных агрегатах - конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава. Преимущества К.С. – скоротечность, без топлива. Недостатки-металл соприкасается с воздухом, печка может работать только недалеко от доменной печи, не удавалось снизить соед-е фосфора до допуст значения. Кислородно-порошковые процессы - известь вводят виде порошка вместе с кислородом. Кислородно-конвертерный процесс, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом сверху.

Бессемеровский процесс - первый массовый способ получения жидкой стали открыл английский изобретатель Г. Бессемер в 1856. Основной недостаток процесса - невысокое качество металла за счёт не удалённых при продувке вредных примесей (фосфора и серы).

Англичанин С. Томас в 1878 применил основную футеровку, а для связывания фосфора предложил использовать известь. Томасовский процесс позволил перерабатывать высокофосфористые чугуны. Он обнаружил что через некоторое время дольшего горения начинает гореть фосфор, т.е. нужно удлинить плавку. Однако и томасовская сталь была низкого качества.

В 1864 французский металлург П. Мартен разработал процесс получения стали в мартеновской печи. В отличие от конвертерных способов получения стали, мартеновский процесс отличался малой требовательностью к химическому составу исходного материала, позволял переплавлять большое количество стального лома; качество мартеновской стали было выше конвертерной.

Мартеновский процесс. Шихта мартеновских печей подразделяется на металлическую часть (чугун, стальной лом, раскислители и легирующие добавки) и неметаллическую (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит, плавиковый шпат). Чугун, применяемый либо в жидком состоянии, либо в виде чушек, служит основным источником углерода, обеспечивающим нормальное протекание мартеновского процесса. Количество чугуна и стального лома в шихте может колебаться в любых соотношениях в зависимости от разновидности процесса, экономических условий, выплавляемых марок сталей. В качестве раскислителей и легирующих добавок, в М. п. используют ферросплавы и некоторые чистые металлы (алюминий, никель). Железная руда и мартеновский агломерат применяются в М. п. в качестве окислителей, а также в качестве флюса, способствующего ускоренному формированию активного шлака

В мартеновском процессе (в отличие от конвертерных) тепла, выделяющегося в результате химических реакций окисления примесей металлической ванны, недостаточно для проведения плавки. Поэтому в печь дополнительно подаётся тепло.

В мартеновской плавке различаются обычно следующие периоды: заправка печи, завалка и прогрев шихты, заливка жидкого или завалка твёрдого чугуна, плавление, кипение, раскисление и легирование, выпуск.

Разновидности мартеновского процесса. В зависимости от состава огнеупорных материалов, из которых изготовлена подина печи, мартеновский процесс бывает двух типов: основной (в составе огнеупоров подины преобладают основные окислы — CaO, MgO) и кислый (подина состоит из SiO₂). Используют больше основной.

В зависимости от состава шихты (точнее, от соотношения чугуна и лома в шихте) мартеновский процесс подразделяют на несколько технологических вариантов. При карбюраторном (скрап-угольном) процессе металлическая часть шихты состоит практически только из стального лома (скрапа). Скрап-процесс характеризуется тем, что шихта состоит в основном из скрапа(скрап55-75%, чугун 25-45%,руда до30%). Наиболее широко распространён скрап-рудный процесс, получивший своё название от того, что твёрдая часть шихты состоит в основном из скрапа и руды; для процесса характерно повышенное количество чугуна (60—75 %, скрап 25-49%,руды до 15%), заливаемого в печь в жидком виде.

Формовочные и стержневые материалы: состав и требования, предъявляемые к ним.

Формовочные материалы-применяются главным образом при литье в разовые и полупостоянные литейные формы. Различают исходные Ф. м. и формовочные смеси. Исходные Ф. м. служат для приготовления формовочных и стержневых смесей, вспомогательных составов (например, противопригарных покрытий). Ф. м. подразделяются на наполнители, связующие и вспомогательные. К наполнителям относятся кварцевые пески, высокоогнеупорные (например, хромит) и специальные материалы (например, чугунные дробь и стружка). Ф. м., содержащие более 50% глинистой составляющей, относятся к глинам. В зависимости от размеров зёрен кварцевые и глинистые пески подразделяются на группы, устанавливаемые путём рассева зерновой основы на ситах стандартных размеров. К вспомогательным материалам, улучшающим качество смесей и отливок, относятся противопригарные покрытия, добавки в смеси, материалы для поверхностного легирования и подсобные. Формовочная смесь, смесь песчано-глинистых и высокоогнеупорных материалов (шамот, асбест и др.) со связующим, используемая для изготовления разовых и полупостоянных форм. По способу получения Ф. с. делятся на природные и синтетические. Различают Ф. с. для чугунного, стального и цветного литья. Ф. с. подразделяются на облицовочные, наполнительные, единые; для сырых, сухих, подсушиваемых и химически твердеющих форм. Последние делятся на твердеющие под воздействием углекислого газа и самотвердеющие. Заданные свойства Ф. с. (формуемость, прочность, газопроницаемость, непригораемость, податливость и др.) обеспечиваются определённым сочетанием и качеством смешения входящих в Ф. с. формовочных материалов.

Стержневые смеси, составы из кварцевого песка или др. огнеупорных наполнителей, связующих и катализаторов, предназначенные для изготовления литейных стержней и некоторых элементов форм (литниковых чаш, фильтровальных сеток и др.). В состав С. с. вводят высокоогнеупорные добавки: хромит, хромомагнезит, циркон, графит и др. С. с. бывают увлажнёнными, сухими и жидкими. Затвердевание С. с. в процессе изготовления стержней происходит в стержневых сушильных печах, нагреваемых или холодных стержневых ящиках.

Литейный стержень, применяемая в литейном производстве отъёмная часть литейной формы, оформляющая преимущественно внутренние полости отливки.

Свойства смесей: прочность, пластичность, огнеупорность, газопроницаемость, податливость, долговечность, сопротивляемость выбивки.

Виды металлургических процессов. Сырье для производства металлов и сплавов.

Металлургия в узком значении - искусство извлечения металлов из руд; в совр. значении - область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд или др. материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов.

В современной технике исторически сложилось разделение М. на чёрную и цветную. Чёрная металлургия охватывает производство сплавов на основе железа: чугуна, стали, ферросплавов Цветная металлургия включает производство большинства остальных металлов. В целом современная М. охватывает процессы получения почти всех элементов периодической системы, за исключением галоидов и газов.

Классификация по виду вкладываемой энергии:

1.Пирометаллургия (от греч. pýr - огонь и металлургия), совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. Теплота требуемая для выплавки путем сжигания топлива(доменный процесс)

2.Гидрометаллургия- извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств водными растворами химических реагентов с последующим выделением металлов из растворов.

3.Электрометаллургия - Металлургические процессы, основанные на использовании электрического тока (дуговой, индукционный

4.Химикометалл.- основана на химич.реакциях для получения соединения потом из него металл (получение титана TiO2 - TiCl4 -Ti)

По технологическим признакам выделяют следующие виды пирометаллургических процессов: обжиг, плавка, конвертирование, рафинирование, дистилляция.

Шихта-смесь материалов в определённой пропорции, подлежащих переработке в металлургических, химических и других агрегатах. Ш. рассчитана на получение конечных продуктов с заданными физическими и химическими свойствами. Состоит из руды и топлива,легирующие вещества.

Флюс -техн., примесь, прибавляемая при выплавке чугуна и др. металлов для получения более легкоплавкой массы (шлака).

Топливо-горючие вещества, выделяющие при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в др. виды энергии. К Т. относят только те, которые достаточно широко распространены в природе, причём добыча их не связана с большими затратами, а продукты сгорания практически безвредны. основная составная часть которых - углерод. К ним относятся полезные ископаемые органического происхождения - бурый уголь, горючие газы, горючие сланцы, каменный уголь, нефть, торф, а также древесина и растительные отходы (солома, лузга и др.).

Основные характеристики: 1)теплоторность-кол-во калрий, к-рое выделяется каждой ед.масс,ккал/кг. 2)зольность-сухой остаток. 3)темп-ра воспламенения

Т. по агрегатному состоянию подразделяют на твёрдые, жидкие, газообразные; по происхождению - на природные (уголь, нефть и др.) и искусственные.

Применяемый в доменном процессе кокс изготовляют нагреванием Т. (главным образом каменного угля) до 950-1050 °C без доступа воздуха. Из жидкого природного Т. (нефти) нефтепродукты вырабатывают дистилляцией (см. Перегонка нефти), крекингом, пиролизом.

Огнеупорные материалы - материалы:

- выдерживающие действие температуры до 1580 град.C и выше;

- изготавливаемые в виде кирпичей, порошков и обмазок: шамотный кирпич, динас и др.;

- применяемые для кладки промышленных печей, топок и иных теплотехнических агрегатов.

Огнеупоры подразделяются на:

- огнеупорные, выдерживающие 1580-1770 град.C;

- высокоогнеупорные, выдерживающие 1770-2000 град.C;

- высшей огнеупорности, выдерживающие свыше 2000 град.С.

По химической природе различают кислые, основные и нейтральные огнеупоры.

Мазут - темная густая жидкость с резким специфическим запахом, являющаяся остатком нефти после удаления из ее состава керосина и бензина.

Литниковая система

Литниковая система- совокупность каналов (элементов), через которые расплав из ковша или другого разливочного устройства подводится к рабочей полости литейной формы.

Назначение Л. с. - обеспечение оптимальных условий и продолжительности заливки формы с целью получения отливки с чёткими гранями и контурами, предотвращение попадания неметаллических включений (при заливке из поворотного ковша), а при затвердевании сплава - питание отливки для предотвращения усадочных раковин.

Элементы Л. с. в соответствии с их назначением разделяют на подводящие и питающие. К подводящим элементам Л. с. относятся: чаша, стояк, дроссель, шлакоуловитель (коллектор, литниковый ход) и питатель. Чаша - приёмник расплава, для удобства заливки, задержания шлака и предотвращения засоса воздуха должна вмещать достаточный объём металла. Стояк - вертикальный (редко наклонный) канал, присоединённый к чаше. Дроссель - узкий канал (или несколько каналов), расположенный обычно в основании стояка, являющийся местным гидравлическим сопротивлением, регулирует скорость заливки и устраняет вакуум (разрежение) в стояке. Шлакоуловитель - канал, обычно вытянутого трапециевидного сечения, расположенный за дросселем, служит для подачи сплава к питателям и задержания неметаллических включений. Питатель - присоединённый к шлакоуловителю канал, обычно прямоугольного сечения, через который сплав поступает в рабочую полость формы непосредственно или через прибыль.

К питающим элементам Л. с. относятся боковая прибыль и шейка. Боковая прибыль - компактный прилив на боковой поверхности отливки, предназначенный для её питания во время остывания и затвердевания сплава. Шейка - суженная часть прибыли, соединяющая сё с отливкой. Питающие элементы должны затвердевать медленнее отливки.

В зависимости от способа и места подвода Л. с. разделяют на боковые, верхние и дождевые, сифонные, ярусные (этажные) и щелевые. По способу формовки различают горизонтальные Л. с. с расположением питателя в горизонтальной плоскости разъёма и вертикальные, у которых питатель расположен в вертикальной.

Физико-химические процессы производства чугуна. Доменный процесс. Внедоменные способы получения чугуна: «Ромелт» и аналогичные процессы.

Доменное производство-производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов в доменных печах. Д. п. — отрасль чёрной металлургии.

Исходными материалами (шихтой) в Д. п. являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы.. Основным горючим в Д. п. служит каменноугольный кокс.

Доменная печь представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя — преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.

Шихта подаётся на колошник печи скипами, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружаются в печь через приёмную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутьё) от воздуходувных машин подаётся в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000—1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Продукты плавки выпускаются в чугуновозные и шлаковые ковши через лётки, расположенные в нижней части горна. Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи (рис. 3).

Основные химические процессы в доменной печи — горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с t 1600—2300°С, содержащие 35—45% CO, 1—12% H₂ и 45—65% N₂, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шихту, при этом CO и H₂ частично окисляются до CO₂ и H₂O. Газы, выходящие из печи, имеют t 150—300°С.

Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Восстановление железа и др. элементов. В доменной печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75—90%, Mn на 40—75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются.

Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fe₂O₃ и Fe₃O₄ происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям:

3Fe₂O₃ + CO (H₂) = 2Fe₃O₄ + CO₂ (H₂O),

Fe₃O₄ + CO (H₂) = 3FeO + CO₂ (H₂O).

Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).

FeO + CO (H₂) = Fe + CO₂ (H₂O),

FeO + C = Fe + CO.

Высшие окислы марганца MnO₂, Mn₂O₃ и Mn₃O₄ восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:

SiO₂ + 2C + Fe = FeSi + 2CO.

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта — так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12—24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

“РОМЕЛТ" – полностью жидкофазный процесс получения металла

Полностью жидкофазный одностадийный процесс, при котором восстановление железа происходит из расплава железосодержащих материалов, позволяет перерабатывать их без окускования и сортировки по размерам. Жидкофазный процесс в агрегате осуществляется за счет непрерывного восстановления железа в шлаковой ванне. В качестве реакционной зоны, в которой непрерывно осуществляются процессы восстановления, используется шлаковый расплав, содержащий до 3% FeO. Протекание окислительных процессов обеспечивается продувкой шлаковой ванны кислородсодержащим дутьем. При этом достигается необходимый барботаж шлаковой ванны. Источником тепла для их протекания является энергетический уголь, который сжигается до СО с сохранением в объеме ванны восстановительной атмосферы. Получаемый чугун по составу соответствует доменному чугуну, однако, содержание в нем Si и Mn не превышает 0,15% в связи с температурными условиями восстановления в пределах 1450-1500^оС. Это важная особенность чугуна "Ромелт", позволяющая более эффективно перерабатывать его в сталь ввиду уменьшения образования при этом шлака. Оно поддерживается непрерывной совместной загрузкой железосодержащей шихты и угля в шлаковую ванну в определенном соотношении. Отсутствие необходимости предварительной подготовки железосодержащей шихты в агрегате "Ромелт" принципиально отличает его от других. Дополнительным преимуществом процесса "Ромелт" является возможность работать на шихте с пониженным содержанием железа в пределах 45-55%.

Процесс "НISМЕLТ", опробованный на опытной установке в Австралии, также является многостадийным. Доля жидкофазного восстановления составляет около 70%. В этом процессе реакционной зоной является ванна жидкого чугуна. Это исключает возможность использования в ней водоохлаждаемых кессонов и требует огнеупорной футеровки, низкая стойкость которой будет препятствием в условиях промышленной эксплуатации. По последним публикациям, конфигурация реактора приближается к агрегату "Ромелт".

Голландская фирма разрабатывает комбинированный двухстадийный процесс ССР (циклон-конвертер) с использованием экспериментальных установок. Ее представители в 1998 г. знакомились с работой агрегата "Ромелт" в г. Липецке.

В настоящее время в разработках новых процессов в черной металлургии наметилась тенденция к переходу на одностадийные процессы. Например, Американский институт черной металлургии в течение ряда лет разрабатывал двухстадийный процесс с предварительным восстановлением и плавильно-восстановительным реактором конвертерного типа. В настоящее время разработки по процессу этого института прекращены и прорабатывается другая возможность бескоксового получения металла. В Австралии фирма "АUSМЕLТ" в конце 1994 г. объявила о работах по созданий демонстрационной установки для получении жидкого металла из железной руды с использованием угля. Для черной металлургии эта фирма создает одностадийный жидкофазный процесс с использованием шлаковой ванны в качестве реакционной зоны и подачей кислорода для барботажа ванны. Агрегат имеет конфигурацию, сходную с "Ромелтом".

Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям

Литьё по выплавляемым моделям -способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъёмной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением.

При этом способе литья в пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа - литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800-1000°С и заливают металлом.

Способ обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких г до десятков кг, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4-6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с др. способами литья.

Методом Л. по в. м. изготовляют художественные отливки, ювелирные изделия, зубные протезы и др. изделия

Суть метода литья металлов и сплавов по выжигаемым/выплавляемым моделям (пока не будем делать между ними разницы) такова. Сначала из специального материала изготавливается копия будущего изделия с необходимыми припусками на усадку и последующую механическую обработку. Для выжигаемых моделей применяют материалы, сгорающие на воздухе или в кислородной среде с малым образованием дыма и сухих остатков. Затем на полученную модель наносят в несколько слоев (до двадцати) керамические порошки с силикатным связующим, просушивая модель после нанесения каждого слоя. В результате вокруг модели образуется прочная жаростойкая оболочка – корка, в которую затем и будет произведена заливка расплавленного металла. Но перед заливкой модель необходимо каким-то образом удалить. Если модель выплавляемая, то корку вместе с моделью помещают в ванну с горячей водой, где парафиностеариновая смесь, температура плавления которой 60-70°С, плавится и благополучно покидает корку. С выжигаемыми моделями поступают следующим образом – форма помещается в печь и достаточно долгое время выдерживается при высокой температуре либо в воздушной среде, либо с подачей кислорода – для более полного и быстрого сгорания модели (потому, собственно, модель и называется выжигаемой). Для удаления продуктов горения форма продувается сжатым воздухом. Если позволяют условия, то перед заливкой форме дают остыть до температуры окружающего воздуха, а зольные остатки вымывают струей воды или выдувают. Правда, такое удаление сухих остатков не всегда возможно: при остывании до комнатной температуры на корке может появиться паутина трещин.

Дефекты литья и способы их предупреждения

Дефекты: внешние и внутренние.

Внешние:

1. Пустоты на поверхности из-за технол. нарушений

2. Перекосы из-за неправ. сборки формы.

3. Недолив из-за низкой темп-ры заливки, недостаточность жидкотекучести, неправильного расчета и конструкции

Внутренние:

1. Усадочные раковины(пустоты) из-за недостаточного питания отливки

2. Неправ. конструкция отливки

3. Газовые раковины т.к. нет условий для удаления газов, повыш. Влажность формы

4. Трещины из-за неправ. конструкции отливки или увелич. темп-ры заливки.

Центробежное литье

Литьё центробежное- изготовление отливок в металлических формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбрасывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку. Этот способ литья широко распространён в промышленности при получении пустотелых отливок со свободной поверхностью - чугунных и стальных труб, колец, втулок, обечаек и т. п. В зависимости от положения оси вращения форм различают горизонтальные и вертикальные литейные центробежные машины. Горизонтальные машины наиболее часто применяют при изготовлении труб. При получении отливок на машинах с вертикальной осью вращения металл из ковша заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем. Центробежная сила прижимает металл к боковой цилиндрической стенке. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего её останавливают и извлекают отливку. Сложные внутренние стенки отливки выполняют при помощи стержней. Стенки форм для отливок со сложной наружной поверхностью покрывают формовочной смесью, которую уплотняют роликами, образуя необходимый рельеф. Отливки, полученные методом центробежного литья, по сравнению с отливками, полученными другими способами, обладают повышенной плотностью во внешнем слое.

Литье в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы-способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Литье в песчано-глинистые формы

Литье в разовые песчано-глинистые формы - один из способов изготовления заготовок деталей в литейном производстве.

Литье в разовые песчано-глинистые формы является наиболее распространенным и отно­сительно простым способом получения отливок. Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, ли­бо в специальных ящиках-опоках по моделям.

Внешнее очертание отливок соответствует углублениям формы, отверстия получают за счет стержней, вставляемых в полость формы.

Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной и заключительной.

Литьё в песчаные формы- способ получения отливок в разовых литейных формах, изготовленных из песчано-глинистых формовочных смесей

В разовых песчаных формах производят ~ 80% от всего объема выпуска отливок. Это объясняется универсальностью процесса (широкие технологические возможности процесса обеспечивают получение любых отливок как по массе, так и по роду металла), низкой себестоимостью и сравнительно легкой и быстрой технологической подготовкой производства отливок широкой номенклатуры.

Литейная разовая песчано-глинистая форма в большинстве случаев состоит из двух полуформ: верхней и нижней, которые получают уплотнением формовочной смеси вокруг соответствующих частей (верхней и нижней) деревянной или металлической модели в специальных рамках – опоках. Модель отличается от отливки увеличенными размерами на величину усадки сплава, наличием формовочных уклонов, облегчающих извлечение модели из формы, наличием плоскости разъема и знаковых частей, предназначенных для установки стержня, образующего внутреннюю полость (отверстие) в отливке. Стержень изготавливают из смеси, например кварцевого песка, отдельные зерна которого скрепляются при сушке или химическом отверждении специальными крепителями (связующими). В верхней полуформе с помощью соответствующих моделей выполняется воронка, каналы стояка и шлакоуловителя, а в нижней полуформе каналы питателей. В целом воронка и все каналы образуют литниковую систему, по которой из разливочного ковша поступает литейный сплав в полость. После уплотнения смеси модели собственно отливки, литниковой системы и прибылей извлекают из полуформ. Затем в нижнюю полуформу устанавливают стержень и накрывают верхней полуформой. Необходимая точность соединения полуформ обеспечивается фиксирующими штырями. Перед заливкой сплава во избежание поднятия верхней полуформы жидким расплавом опоки скрепляют друг с другом специальными скобами, или на верхнюю опоку устанавливают груз.

Технологический процесс получения отливок в разовой песчано-глинистой форме: Чертеж детали, Разработка чертежа отливки, Разработка чертежей моделей и стержневых ящиков, Изготовление моделей и стержневых ящиков, Сушка (подтверждение) полуформ и стержней, Сборка и заливка формы, Затвердевание сплава и охлаждение отливки в форме, Выбивка отливок из формы, Отделение литников, прибылей, очистка поверхностей, удаление стержней, Термообработка, Повторная очистка поверхностей, Контроль отливки. Также входит подготовка исходных формовочных и шихтовых материалов.