ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Сучасне виробництвоДобова продуктивність потужної домни становить 2 000 т і більше чавуну. Доменна піч після її пуску працює безперервно 5–6 років, а інколи – навіть і до 10 років. Потім її ремонтують і знову пускають у роботу. Операції з підготовки шихти, завантаженні її в домну, випуску чавуну й шлаку механізовані. Шихту завантажують через верхню частину домни (колошник). Спочатку засипають шар коксу, потім шар суміші руди з коксом і флюсами, потім знову шар коксу й т. д. Кокс служить джерелом тепла для підтримання потрібної температури в домні й для одержання відновника – монооксиду вуглецю CO, а флюси (найчастіше CaCO3) – для перетворення пустої породи (SiO2, глини тощо) у легкоплавкі сполуки – шлак. Горіння коксу підтримується вдуванням у нижню частину домни (горно) попередньо нагрітого до 800–1 000 °С повітря. Найвища температура (до 1 500 °C і більше) досягається в нижній частині домни в зоні горіння коксу, а найнижча (до 200 °C) – у найвищій частині. У результаті згоряння коксу в нижній частині домни утворюється діоксид вуглецю CO2, який, піднімаючись угору й проходячи крізь шар розжареного коксу, перетворюється на монооксид вуглецю CO: C + O2 = СО2; CO2 + C = 2CO. Монооксид вуглецю як сильний відновник, проходячи через шари шихти, відновлює оксиди заліза (залізну руду). Причому ступінь відновлення залежить від температури. При температурі 200…500 °С Fe2O3 відновлюється до Fe3O4: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2↑; при 600 °C Fe3O4 відновлюється до FeO: Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2↑. Вище 700 °C FeO відновлюється до вільного заліза, яке утворюється у твердому стані (так зване губчасте залізо): FeO + CO = Fe + CO2↑. При вищих температурах у процесах відновлення оксидів заліза бере участь, крім монооксиду вуглецю, і вільний вуглець: FeO + C = Fe + CO↑. Відновлення заліза з руди закінчується при температурі 1 000…1 100 °C. За цієї температури частково відновлюються й інші елементи зі сполук, що входять до складу руди як домішки, – манган, силіцій, фосфор тощо. Наприклад: SiO2 + 2C = Si + 2CO↑ Ca3(PO4)2 + 5C = 2Р + 3CaO + 5СО↑. Рис. 11.1. Схема доменного процесу. Приблизний розподіл температур по висоті домни Утворюване губчасте залізо частково реагує з розжареним вуглецем і утворює хімічну сполуку – карбід заліза Fe3C: 3Fe + C = Fe3C. Ця сполука не підлягає правилам звичайної валентності. Карбід заліза Fe3C називають цементитом. Цементит в залізі утворює розчин, який називають чавуном. Температура плавлення чавуну нижча, ніж чистого заліза, і залежить від вмісту вуглецю. Температура плавлення заліза 1538 °C, а чавун із вмістом вуглецю 4,3 % плавиться при 1130 °C. Це найнижча температура плавлення чавуну. Доменний чавун містить звичайно 3–4 % вуглецю і плавиться при 1 200…1 300 °С. У розплавленому чавуні легко розчиняються силіцій, манган, фосфор, сірка й інші домішки, які й залишаються в чавуні. Розплавлений чавун стікає в найнижчу частину домни (горно), звідки його періодично випускають. Пуста порода, що міститься в залізній руді, видаляється у вигляді шлаку. Шлак утворюється за такими хімічними рівняннями. Вапняк, що додається до шихти як флюс, при 800…1 000 °С розкладається на оксид кальцію і діоксид вуглецю. Утворюваний CaO як оксид з основними властивостями взаємодіє із силіцієвим ангідридом SiO2 й амфотерним оксидом алюмінію Al2O3 (що міститься в глині) з утворенням відносно легкоплавких силікату кальцію і алюмінату кальцію: CaCO3 = CaO + CO2↑; CaO + SiO2 = CaSiO3; CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2. Шлак плавиться за температури близько 1 100 °C і стікає в горно. Оскільки шлак легший за чавун, він збирається над розплавленим чавуном і захищає його від окиснення. Розплавлений шлак, як і чавун, періодично випускають із домни. Доменний шлак використовують для виробництва будівельних матеріалів. Доменний газ, крім азоту N2, діоксиду вуглецю CO2 та інших газів, містить близько 30 об’ємних відсотків монооксиду вуглецю CO. Його спалюють у кауперах, у яких нагрівається повітря, що вдувається у домну. З метою підвищення продуктивності доменних печей і зниження собівартості одержуваного чавуну на багатьох металургійних заводах застосовують збагачене киснем повітря і дешевий природний газ. Заміна звичайного повітря збагаченим до 30 об’ємних відсотків кисню повітрям, а також вдування у домну природного газу підвищує продуктивність на 10 % і більше і знижує витрати коксу до 20 %. Природний газ, який складається головним чином із метану, згоряє в домні з утворенням діоксиду вуглецю CO2 і водяної пари H2O. Останні, реагуючи з розжареним коксом, перетворюються на монооксид вуглецю CO і водень: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О; СО2 + С = 2СО; Н2О + С = СО + Н2. Унаслідок цього доменні гази збагачуються відновниками – монооксидом вуглецю і водню, а це прискорює процеси відновлення руди й зменшує витрати коксу. Види чавунів Чавуни, які виплавляють у доменних печах, поділяють на: – переробні, які використовуються для виробництва сталі в кисневих конверторах, електропечах, мартенівських печах; – ливарні, які використовуються для одержання виливків у ливарних цехах машинобудівних чи ливарних заводів. Частка цих чавунів зменшується й не перевищує 10 %. Широке застосування чавунів у машинобудуванні пояснюється порівняно невеликою вартістю й добрими технологічними властивостями чавунів – високою рідкоплинністю й незначною (~1 %) усадкою під час кристалізації та наступного охолодження, здатністю легко оброблятися різанням, можливістю зміни властивостей термообробкою й легуванням. Найкращі ливарні властивості мають евтектичні чавуни, оскільки в них менший температурний інтервал кристалізації. Залежно від хімічного складу та умов кристалізації карбон у чавунах може кристалізуватися як у вільному стані у вигляді графіту, так і у вигляді сполуки з ферумом – цементиту Fe3C. Залежно від стану карбону в чавунах, їх класифікують на білі та машинобудівні чавуни. Білий чавун У білих чавунах весь карбон перебуває в цементиті. Завдяки цементиту такі чавуни мають білий блискучий злам, від кольору якого й походить їх назва. Структуру білих чавунів у рівноважному стані створюють дві фази – ферит та цементит. За рахунок твердого цементиту, кількість якого зростає зі збільшенням вмісту карбону, білі чавуни мають високу твердість (450–550 НВ), дуже крихкі, практично не підлягають різанню лезовим інструментом. Тому в машинобудуванні білі чавуни мають обмежене застосування. Їх використовують тільки як зносотривкий матеріал для відливання деталей шламових насосів, гідроциклонів, доменних печей, кульових млинів для розмелювання руд. З виливків білого чавуну отримують ковкі чавуни. Машинобудівні чавуни Машинобудівні чавуни відливають за таких умов, що забезпечують повну або часткову графітизацію – виділення графіту. Тому властивості цих чавунів визначаються не тільки структурою металевої основи (ферит, перліт), й формою, розмірами, кількістю й характером розташування в основі графітних виділень. Виливки з цих чавунів добре обробляються різанням й не підлягають обробці тиском. Чавуни з пластинчастим графітом Виливки із чавунів з пластинчастим графітом одержують безпосередньо заливанням розплавленого металу в ливарні форми. Графіт під час кристалізації формується у вигляді вигнутих пелюсток, пластинок. Такий графіт називають пластинчастим. Наявність у структурі вільного графіту зумовлює матовий сірий колір зламу, від якого походить інша назва цих чавунів – сірі чавуни. Пластинчастий графіт порушує суцільність металевої основи, створює на краях пелюсток зони сильної концентрації напружень, і тому сірі чавуни характеризуються низькою міцністю на розтягування, згинання, скручування й дуже низькою пластичністю. Максимальна межа міцності на розтягування цих чавунів не перевищує 450 МПа. За ГОСТ 1412-85 марки чавунів із пластинчастим графітом позначаються літерами СЧ (С – сірий, Ч – чавун) і числами, які відповідають мінімально допустимим значенням межі міцності на розтягування σв у МПа·10–1 (наприклад СЧ 35). Їх рекомендується використовувати для виробів, що підлягають переважно стисканню. Та завдяки пластинчастому графіту в сірих чавунах вдало поєднуються добрі антифрикційні властивості, зносотривкість, здатність гасити вібрації та мала чутливість до концентраторів напружень. З них відливають різні деталі для машин, махові колеса, шківи, плити, станини та столи верстатів, корпуси електродвигунів тощо. Чавуни з кулястим графітом Чавуни з кулястим графітом порівняно з іншими чавунами мають вищу пластичність, ударну в’язкість й одночасно міцність (за що їх називають високоміцними), що насамперед зумовлено кулястою формою графіту, яка забезпечується сфероїдизуванням. Сфероїдизування полягає у введенні в розплав малих додатків (0,03–0,06 %) сфероїдизувальних металів – маґнію, церію, кальцію, під дією яких графіт кристалізується у формі кульок, які мінімально послаблюють металеву основу чавуну. За ДСТУ 3925-99 умовне позначення марки містить літери ВЧ (В – високоміцний, Ч – чавун), цифрове позначення мінімального допустимого значення межі міцності на розтягування σв у МПа та через дефіс – відносне видовження δ у відсотках. Максимальну міцність має чавун марки ВЧ 1000-2. З них виготовляють розподільні й колінчасті вали, блок-картери, головки циліндрів, шатуни, поршні, поршневі кільця в автомобілебудуванні; супорти, шпинделі, зубчасті колеса у верстатобудуванні; плити гідравлічних пресів, напрямні та плунжери ливарних машин, напірних труб для води, нафти, агресивних рідинних та газових середовищ. Чавуни з вермикулярним графітом Чавуни з вермикулярним графітом також одержують модифікуванням маґнієм, тільки в меншій кількості, що зумовлює утворення вермикулярного графіту у формі графітних пелюсток із заокругленими краями, менших розмірів та грубших порівняно з пластинчастим графітом. Марки цих чавунів позначають подібно як і високоміцних, наприклад ЧВГ 400-4. За однакової структури металевої основи механічні властивості чавунів із вермикулярним графітом проміжні між властивостями сірих з пластинчастим та високоміцних з кулястим графітом. Вони переважають сірі чавуни за пластичністю, ударною в’язкістю, корозійною тривкістю, герметичністю, а високоміцні – за здатністю гасити вібрації, оброблятися різанням, меншою вартістю (дешевші на 20–30 %). Ковкі чавуни Ковкі чавуни одержують шляхом тривалого графітизувального відпалу виливків з білого маловуглецевого (2,4…2,9 % С) чавуну. Відпал при високій температурі спричиняє розкладання метастабільного цементиту з утворенням графіту компактної форми з кошлатими краями, так званого графіту відпалу. За впливом на механічні властивості чавуну такий графіт займає проміжне становище між пластинчастим із кулястим графітом. Структура металевої основи ковких чавунів – від феритної до перлітної – залежить від хімічного складу та режиму термічної обробки виливків із білого чавуну. За ГОСТ 1215-79 марки ковких чавунів позначають літерами КЧ (К – ковкий, Ч – чавун), після яких указуються мінімально допустимі значення межі міцності на розтяг у МПа · 10–1 й через дефіс – відносного видовження у відсотках (наприклад, КЧ 30-6). Істотним недоліком виробів із ковких чавунів є висока вартість унаслідок тривалого високотемпературного відпалу та обмеження розмірів. Виробництво сталі Сталь, або криця (рос. Сталь; англ. Steel; нім. Stahl) – сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю і домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор та гази. За вмістом вуглецю сталі поділяють на дві групи: – м’яка сталь, або технічне залізо (містить до 0,3 % вуглецю); – тверда сталь (містить від 0,3 до 2,14 % вуглецю). Сталь отримано із чавуну в II ст. до Р.Х. китайськими металургами. Спосіб отримав назву «сто очищувань» і полягав у багаторазовому інтенсивному обдуванні повітрям розплавленого чавуну при його перемішуванні. Це приводило до зменшення частки вуглецю в металі й наближенні його до властивостей сталі. Винахід сталі згадується у трактаті «Хайнаньцзи» (122 р. до Р.Х.). У Європі подібний спосіб пудлінгування був освоєний лише в другій половині ХVIII ст. (патенти братів Томаса й Джорджа Кранеджі та Г. Корта). Виробництво сталі Суть процесу переробки чавуну на сталь полягає в зменшенні до потрібної концентрації вмісту вуглецю і шкідливих домішок — фосфору та сірки, які роблять сталь крихкою і ламкою. Залежно від способу окиснення вуглецю існують різні способи переробки чавуну на сталь: конверторний, мартенівський і електротермічний. В Україні найбільш поширений мартенівський спосіб, яким одержують понад 80 % світової виробки сталі. Україна станом на 2011 р. займає п’яте місце у світі за обсягами експорту сталі 76,46 % сталі, що виробляється на світовому ринку, припадає на десять провідних країн. Конверторний спосіб За цим способом окиснення надлишку вуглецю та інших домішок чавуну проводять киснем повітря, який продувають крізь розплавлений чавун під тиском у спеціальних печах – конверторах. Конвертор являє собою грушоподібну сталеву піч, футеровану всередині вогнетривкою цеглою. Він може повертатися навколо своєї осі. Місткість конвертора 50–60 т сталі. Матеріалом його футерування служить або динас (до складу якого входить головним чином SiO2; що має кислотні властивості), або доломітна маса (суміш CaO і MgO, які одержують з доломіту MgCO3 · CaCO3. Ця маса має основні властивості. Залежно від матеріалу футерування печі конверторний спосіб поділяють на два види: бессемерівський і томасівський. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|