Реферат: Производство заготовок валов

I - чугунная летка; 2 -горн; 3- фурма; 4- заплечики;

5 -распар; 6 -шахта; 7 -колош­ник; 8- засыпной аппарат;

9 -шлаковая летка

Для выплавки 1 т чугуна расходуется 1,8 т офлюсованного агломерата, 500 кг кокса.

Печь загружают шихтовыми материалами по мере необходимос­ти, непрерывно подают воздушное литье и удаляют доменные газы, периодически выпуская чугун и шлак.

Шихтовый материал загружает при помощи засыпного аппарата, шихту задают отдельными порциями по мере опускания протравляе­мых материалов. Навстречу им снизу вверх движется поток горя­чих газов, образующихся при сгорании топлива.

Горение топлива. В районе воздушных фурм происходит полное сгорание кокса: C + O₂ = + Q и природного газа: CH₄ + +2O₂ =CO₂ + 2H₂ + Q. В фокусе горения температура 1800-2000°С. Про­дукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом: CQ₂ + C = 2CО-Q; H₂ О_(пар) + С_(кокс) =Н₂ +СО - Q . Образуется смесь восста­новительных газов, в которых СО - главный восстановитель желе­за из его оксидов

Восстановление железа в доменной печи

Восстановителями являются оксид углерода CO2, твердый уг­лерод и водород. Восстановлена твердым углеродом - прямое, га­зами - косвенное.

Косвенное восстановление происходит за счет углерода по реакции в шахте печи: 3Fe₂ О₃ + CO=2Fe₂ О₄ + CO₂ + Q, Fe₃ О₄ + СО=3FeО+C0₂ -Q, FeO+CO=Fe+CO₂ +Q. За счет СО и H₂ восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40-6О% металлического железа.

Прямое восстановление происходит твердым углеродом при температуре 950-1000° в зоне распара печи: FeO+ C_тв =Fe + CO-Q.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Потери со шлаком - 0,2-1%. Образование металлического железа начинается при 400-500°С (в верхней части шахты печи) и заканчивается при 1300-1400°С (в распаре,). В шахте печи наряду с восстановлением железа происходит его науглероживание по реакции: ЗFе + 2СО=Fe₃ С + CO₂ + Q, и образуется сплав железа с углеродом. С повышением содержания углерода (1,8–2%) температура плавления понижается до 1200-150°С. Стекая каплями в горн, расплав смывает куски раскаленного кокса и дополнитель­но науглероживается. При отекании сплава в горн в нем раство­ряются восстановленные Мn, Si, образуя сложный железоуглеродистый сплав - чугун (3,7-4% С). Его конечный состав устанавли­вается в горне и зависит от состава, свойства и количества шлака. Закись марганца MnO восстанавливается только прямым пу­тем - твердым углеродом при 1100°С по реакции: МnО + С=Мn+СО-Q. Восстановление кремния из SiO₃ - по реакции: SiO₂ +2C=Si+CO-Q при I450°C. Фосфор восстанавливается СО, водородом, а также твердив углеродом.

Значение шлака очень велико, его состав и свойства опре­деляют конечный состав чугуна. В районе распара образуется первичный шлак. При стенании вниз и накоплении в горне шлак существенно изменяет состав: в нем растворяются SiO₂ , Al₂ O₃ . Для выплавки передельных чугунов, литейных и других всегда под­бирают шлаковые режимы (исходя из определенных свойств получа­емого чугуна). При выплавке передельного чугуна состав шлака: 40-50% СаО; 38-40% SiO₂ ; 7-I0% Al₂ O₃ .

Продукты доменной плавки: передельный чугун, литейный чу­гун, доменные ферросплавы, шлак, колошниковый газ

Производство стали

Для производства высококачественных легированных сталей используют два основных способа: кислый мартеновский процесс и выплавка в электродуговых печах.

В мартеновских печах при выплавке легированных сталей, когда в ванну вводят значительное количество ферросплавов, охлаждается металл. Из-за трудности нагрева металлической ванны количество одновременно присаживаемых ферросплавов ограничивают 3% массы металла. Поэтому высоколегированные стали, за редким исключением, в мартеновских печах не выплавляют. Избегают выплавлять и стали с повышенным содержание тугоплавких элементов (вольфрам, молибден). Кроме этих недостатков, данный процесс обладает другими: экологические, опасность разрушения при охлаждении печи. В настоящее время, по ряду определенных причин, от данного способа получения стали отказываются.

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как в них можно получать высокую температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений – продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сталей и сплавов.

Нам необходимо получить высококачественную легированную сталь 36Х2Н2МФА, где "36" - среднее содержание углерода в сотых долях процента. Такую сталь целесообразнее получить в электродуговых печах (рис.3)

Сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Исходные материалы: передельный чугун и стальной лом (скрап), железная руда, окалина (источник О₂ ), флюс-известняк - в основных печах, кварцевый песок - в кислых, топливо (эле­ктрический ток).

Рис.3. Схема электродуговой печи

Печь питается трехфазный переменный током и имеет три ци­линдрических электрода из графитизированной массы. Между элект­родами и металлической шихтой под действием тока возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, ко­торая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 160-600 В, сила тока 1-1О кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически, путем перемещения электродов. Стальной кожух печи футерован огнеупорным кирпичом.

Печь загружают при снятом своде. Печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки.

Производят плавку не углеродистой шихте. В печь загружают стальной лом – 90%, чушковый передельный чугун – до 10%, электрод­ный бой, кокс, известь – 2-3%.

Опускают электроды и включают ток. При плавлении металл накапливается на поддоне печи. Во время плавления шихте кисло­родом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляется железо, крем­ний, фосфор и частично углерод. Оксид кальция из извести и ок­сиды железа образуют основной железистый юлах, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до температуры 1500-1540^o C в печь загружают руду и известь и проводят период "кипения"; происходит дальнейшее окисление углерода. Когда содержание уг­лерода будет меньше заданного на 0,1%, кипение прекращают и удаляют шлак из печи. Затем удаляет серу и приступают н раски­слению металла, доведению химического состава до заданного. Раскислёние проводит осаждением и диффузионным методом. После уда­ления шлака в печь подают силикомарганец и силикокальций - раскислители. Затем загружают известь, плавиковый шпат и шамотный бой. После расплавления флюсов и образования высокоосновного шлака на его поверхность вводят раскислительную смесь, углерод кокса и кремний ферросилиция, восстанавливают оксид железа в шлаке, содержание его в шлаке ниже, и кислород из металла переходит в шлак. По мере раскисления и понижения содержания FеО шлак становится белым. Раскисление под белым шлаком длится 30-60 мин.

Для определения химического состава металла берут пробы, затем в печь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов для получения заданного химического состава металла. Порядок ввода определяется сродством легирующих элементов к кислороду. Конечное раскисление выполняют алюминием и силинокальцием и выпускают металл из печи в ковш, из которого его разливают в изложницы.

При использовании дуговых печей большой вместимости выплавка высококачественной конструкционной стали выполняется с использованием специальных технологий: вакуумирование стали, внепечная обработка синтетическим известково-глиноземистым шлаком, продувка аргоном и т.д.