Реферат: Материаловедение 5

Фосфор вносится в доменную печь с рудой в виде ми­нералов ЗСаО • Р₂ 0₅ и 3FeO • Р₂ 0₅ • 8Н₂ 0.

При высокой температуре эти соединения восстанав­ливаются, фосфор взаимодействует с железом, а образую­щийся фосфид переходит в чугун:

Р + 3Fe = Fe₃ P.

Сера находится в руде и коксе в виде пирита и других устойчивых сульфидов. Часть серы окисляется и удаля­ется с газами в виде S0₂ , а часть — растворяется в чугуне и шлаке.

Науглероживание железа происходит за счет взаимо­действия твердого губчатого железа с печными газами, содержащими значительное количество СО:

3Fe + 2СО = Fe₃ C + С0₂ .

Образование сплава железа с углеродом, имеющего температуру плавления ниже, чем чистое железо, при­водит к формированию капель жидкого чугуна, которые, стекая в нижнюю часть печи через слой раскаленного кокса, еще более насыщаются углеродом.

Шлакообразование активно развивается при прохождении шихты в области распара после окон­чания процессов восстановления оксидов железа в домен­ной печи. Шлак состоит из оксидов пустой породы и золы кокса, а также флюса, специально добавленного в печь, чтобы обеспечить достаточную жидкотекучесть шлака при температуре 1400—1450 °С. При слишком легкоплав­ком шлаке не успевает восстановиться значительная часть оксидов железа, которая выносится с этим шлаком из зоны восстановления. При слишком тугоплавком шлаке на стенках печи образуются большие настыли, и доменный процесс осложняется. Основные составляющие доменного шлака — кремнезем (30—45 %), оксид кальция (40— 50 %), глинозем (10—25 %). Состав шлака зависит от пустой породы руды, а также от того, получают ли в до­менной печи передельный чугун, литейный чугун или ферросплавы (см. ниже).

Шлаки, получаемые в доменной печи, в последние годы широко используют в промышленности. На боль­шинстве заводов их гранулируют, выливая расплавленный шлак прямо из шлаковозных ковшей в большие бассейны. Полученные таким образом шлаковые гранулы перераба­тывают на цемент и другие строительные материалы (шла­ковую вату для теплоизоляции, шлаковые блоки и др.).

В верхней части печи из шихты отделяются газообраз­ные продукты реакций и азот воздуха. Газы, выделяющи­еся из доменной печи, называют обычно колошниковыми. С ними вместе из печей выносится огромное количество пыли (50 кг на 1 т чугуна). Газ состоит из 26—32 % FeO, 9—12 % Fe0₂ и 54—58 % N₂ . Теплота сгорания такого газа 4000 Дж на 1 м³ , поэтому его широко используют после очистки от пыли как топливо для подогрева воз­духа, идущего в доменные печи, а также в других печах металлургического завода.

Важнейший продукт доменной плавки — чугун — сплав железа с углеродом, кремнием и марганцем, обычно содержащий примеси серы и фосфора. Количество этих компонентов в чугуне лимитируется ГОСТами.

В доменных печах главным образом выплавляют пере­дельный чугун, предназначенный для переработки в сталь. Эти чугуны обычно содержат 3,5—4,5 % С, 0,5—1,2 % Si, 0,2—1,2 % Мп, до 0,2 % Р и сотые доли процента серы.

В значительных количествах в доменных печах вы­плавляют и литейные коксовые чугуны, маркируемые ЛК, отличающиеся повышенным содержанием фосфора (0,1—1,2 %) и обязательно значительным количеством кремния (0,8—3,75 %).

В отдельных доменных печах иногда выплавляют фер­росплавы. К доменным ферросплавам относят ферроси­лиций с 9 до 18 % Si, ферромарганец с 70—75 % Мп и зеркальный чугун с 10—« 25 % Мп и около 2 % Si.

Одним из главных по­казателей работы домен­ных печей принято счи­тать коэффициент исполь­зования полезного объема доменной печи (КИНО), равный отношению полез­ного объема W (м³ ) к суточному выпуску чу­гуна Q_T ; К =W/Q и до­стигающий 0,35. Так как производительность печи Q стоит в формуле в зна­менателе, то чем меньше коэффициент использова­ния полезного объема до­менной печи, тем лучше она работает.

Для производства чу­гуна кроме доменных пе­чей необходимо и другое технологическое оборудо­вание. Наибольшее значе­ние имеют воздухонагре­ватели. Для успешной ра­боты современной домен­ной печи объемом 2700 м³ в нее требуется вдувать с помощью мощных воздуходувок ~8 млн. м³ воздуха и 500 000 м³ кислорода в сутки. Наг­рев этой массы кислородно-воздушной смеси до темпера­туры 900—1200 °С осуществляется попеременно в четы­рех цилиндрических башенных воздухонагревателях (рис. 3.6) высотой 40—50 м и диаметром 8—10 м. Внутри воздухонагреватель разделен на две части: полую камеру горения и насадочное пространство, за­полненное решетчатой огнеупорной кладкой разной формы со сквозными вертикальными каналами. Очищенный до­менный газ смешивают в горелке с воздухом и пламя на­правляют в вертикальную камеру горения. Горячие про­дукты горения, изменив направление под куполом, опу­скаются сквозь насадку, отдавая ей теплоту. Охлажденные газы выпускаются через нижнюю часть воздухонагрева­теля в дымовую трубу. После нагрева купола до темпера­туры 1200—1400 °С подачу колошникового газа в этот нагреватель прекращают и в воздухонагреватель снизу вверх пропускают воздушно-кислородную смесь, которая нагревается, проходя через горячую насадку. После ох­лаждения насадки первого воздухонагревателя нагрев дутья переносят в соседний, а первый снова переключают «на газ» (на нагрев).

Выпускаемый из доменной печи шлак по желобам по­ступает в литые стальные шлаковые ковши, а чугун — в чугуновозные ковши вместимостью 80—100 т, футеро­ванные шамотным кирпичом; их устанавливают на желез­нодорожных платформах. Передельный чугун перевозят в этих ковшах в сталеплавильный цех и заливают в мик­сер — цилиндрическое хранилище жидкого чугуна, вме­щающее иногда до 2000 т. Миксер выложен шамотным кирпичом; он может наклоняться, а в случае необходи­мости и обогреваться газовыми форсунками.

Литейный чугун отвозят к разливочной машине, где его разливают в изложницы, закрепленные на непрерывно движущемся наклонном конвейере. Чтобы ускорить ох­лаждение чугуна, изложницы после затвердевания в них чугуна орошают холодной водой, и затем при повороте конвейера пятидесятикилограммовые чушки выпадают из изложниц на железнодорожные платформы.

Тема 1.2. Производство стали.

Виды сталей

Сталь является основным материалом, широко используемым в машино- и приборостроении, строительстве и для изготовления инструментов.

Сталь классифицируют по способу производства, химическому составу, структуре и назначению.

По способу производства различают мартеновскую, бессемеров­скую, томасовскую, кислородно-конвертерную, тигельную и элек­тросталь. По характеру футеровки плавильных агрегатов различа­ют сталь основную и кислую.

По химическому составу различают стали углеродистые и леги­рованные. Углеродистые стали по содержанию в них углерода под­разделяют на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С).

Легированной называют сталь, в состав которой кроме углерода до­полнительно вводят элементы для придания стали тех или иных свойств.

По назначению стали делят на конструкционные, инструменталь­ные и с особыми физическими и химическими свойствами — спе- циальные. К последним относят нержавеющие, жаропрочные, жа­ростойкие, теплоустойчивые, электротехнические и др.

Конструкционные стали, в свою очередь, разделяют на строительные и машиностроительные. Строительные стали содержат до 0,3% С; машиностроительные цементируемые — от0,025 до 0,3% С, улуч­шаемые термообработкой—отО,ЗдоО,5% С, пружинные —от 0,5 до 0,8% С, инструментальные — от 0,7 до 1,3% С.

Основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, протекающих в сталеплавительных агрегатов.

Классификация углеродистых сталей