Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 1 )

Х А Д Т

Є. Ф.Соболєв

Конспект лекцій

Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство

для спеціальностей:

5.05050204 «Експлуатація та ремонт підйомно-транспортних, будівельних, дорожніх машин і обладнання»

5.07010602 «Обслуговування та ремонт автомобілів та двигунів»

2010

ЛЕКЦІЯ

Основи металургійного виробництва. Виробництво чавуну

Сучасне металургійне виробництво і його продукція

Сучасне металургійне виробництво являє собою комплекс різних виробництв, що базуються на родовищах руд і коксівних вугіль, енергетичних комплексах. Воно включає:

- шахти й кар'єри по видобутку руд і кам'яних вугіль;

- громозводи комбінати, де збагачують рудій, підготовляючи їх до плавки;

- коксохімічні заводі (підготовка вугіль, їхнє коксування й добування з їх корисних хімічних продуктів);

- енергетичні цехи для одержання стисненого повітря (для дуття доменних печей), кисню, очищення металургійних газів;

- доменні цехи для виплавки чавуну й феросплавів або цехи для виробництва залізорудних металізованих окатишів;

- заводі для виробництва феросплавів;

- сталеплавильні цехи (конвертерні, мартенівські, електросталеплавильні);

- прокатні цехи (злиток у сортовий прокат).

Основна продукція чорної металургії:

- чавуни: передільний, використовуваний для переділу на сталь, і ливарний, для виробництва фасонних виливків;

- залізорудні металізовані окатиші для виплавки сталі;

- феросплави (сплави заліза з підвищеним змістом марганцю, кремнію, ванадію, титана й т. д.) для легованих сталей;

- сталеві злитки для виробництва прокату,

- сталеві злитки для виготовлення великих кутих валів, дисків (ковальські злитки).

Основна продукція кольорової металургії:

- злитки кольорових металів для виробництва прокату;

- злитки для виготовлення виливків на машинобудівних заводах;

- лігатури - сплави кольорових металів з легуючими елементами для виробництва складних легованих сплавів;

- злитки чистих і особливо чистих металів для приладобудування й електротехніки.

Матеріали для виробництва металів і сплавів

Для виробництва чавуну, сталі й кольорових металів використовують руду, флюси, паливо, вогнетривкі матеріали.

Промислова руда – гірська порода, з якої доцільно витягати метали і їхні з'єднання (зміст металу в руді повинне бути не менш 30...60% для заліза, 3..5% для міді, 0,005...0,02 % для молібдену).

Руда складається з мінералів, що містять метав або його з'єднання, і порожньої породи. Називають руду по одному або декількох металах, що входити в їхній состав, наприклад: залізні, мідно-нікелеві.

Залежно від змісту елемента, що добувається, розрізняють руди багаті й бідні. Бідні рудій збагачують - видаляють частину порожньої породи.

Флюси – матеріали, що завантажуються в плавильну піч для утворення легкоплавкого з'єднання з порожньою породою рудій або концентратом і золою палива. Таке з'єднання називається шлаками.

Звичайно шлаки має меншу щільність, чим метав, тому він розташовується над металом і може бути вилучений у процесі плавки. Шлаки захищає метав від грубних газів і повітря. Шлаки називають кислимо, якщо в його составі переважають кислотні оксиди, і основним, якщо в його составі більше основних оксидів.

Уводять у вигляді агломерату й окатишів.

Паливо – у металургійних печах використовується кокс, природний газ, мазут, доменний (колошниковий) газ.

Кокс одержують сухою перегонкою при температурі 1000 0С (без доступу повітря) кам'яного вугілля коксівних сортів. У коксі втримується 80...88 % вуглецю, 8...12 % золі, 2...5 % вологи. Шматки коксу повинні мати розміри 25...60 мм. Це міцне неспікливе паливо, служить не тільки пальним для нагрівання, але й хімічним реагентом для відновлення заліза з рудій.

Вогнетривкі матеріали застосовують для виготовлення внутрішнього лицювального кулі (футеровки) металургійних печей і ковшів для розплавленого металу.

Смороду здатні витримати навантаження при високих температурах, протистояти різким змінам температури, хімічному впливу шлаків і грубних газів.

По хімічних властивостях вогнетривкі матеріали розділяють на групи: кислі (кварцовий пісок, динасова цегла), основні (магнезитова цегла, магнезитохромитова цегла), нейтральні (шамотна цегла).

Взаємодія основних вогнетривких матеріалів і кислих шлаків, і навпаки, може привести до руйнування печі.

Вуглецева цегла й блоки містять до 92 % вуглецю у вигляді графіту, володіють підвищеної вогнестійкість. Застосовуються для кладки лещат доменних печей, електролізних ванн для одержання алюмінію, тиглів для плавки й розливання мідних сплавів.

Виробництво чавуну

Чавун - сплав заліза й вуглецю із супутніми елементами (зміст вуглецю більше 2,14 %).

Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні рудій, паливо, флюси.

До залізних руд ставляться:

- магнітний залізняк зі змістом заліза 55...60 %, родовища - Соколовське, Курська магнітна аномалія (КМА);

- червоний залізняк зі змістом заліза 55...60 % , родовища - Кривої Ріг, КМА;

– бурий залізняк (гідрати оксидів заліза 2Fe2O3 * 3H2O і Fe2O3 * H2O) c змістом заліза 37...55 % – Керч.

Марганцеві рудій застосовуються для виплавки сплаву заліза з марганцем - феромарганцю ( 10...82% /), а також передільних чавунів, що містять до 1% марганцю. Марганець у рудах утримується у вигляді окислів і карбонатів: і ін..

Хромові рудій застосовуються для виробництва ферохрому, металевого хрому й вогнетривких матеріалів - хромомагнезитів.

Паливом для доменної плавки служити кокс, можлива часткова заміна газом, мазутом.

Флюсом є вапняк або доломітизований вапняк, що містить і , тому що в шлаки повинні входити основні оксиди (), які необхідні для видалення сірки з металу.

Підготовка руд до доменної плавки здійснюється для підвищення продуктивності доменної печі, зниження витрати коксу й поліпшення якості чавуну.

Метод підготовки залежить від якості рудій.

Дроблення й сортування руд по розміру служать для одержання шматків оптимальної величини, здійснюються за допомогою дробарок і класифікаторів.

Збагачення рудій засноване на розходженні фізичних властивостей мінералів, що входять у її состав:

а) промивання - відділення щільних тридцятилітніх від порожньої пухкої породи;

б) гравітація (відсадження) - відділення рудій від порожньої породи при пропущенні струменя води через дно вібруючого сита: порожня порода витісняється у верхній куля і несеться водою, а рудні мінерали опускаються;

в) магнітна сепарація - здрібнену руду піддають дії магніту, що притягає залізовмісні мінерали й відокремлює їх від порожньої породи.

Обкускування роблять для переробки концентратів у кускові матеріали необхідних розмірів. Застосовують два способи обкускування: агломерацію й обкачування.

При агломерації шихту, що складається із залізної рудій (40...50%), вапняку (15...20%), повернення дрібного агломерату (20...30%), коксового дріб'язку (4...6%), вологи (6...9%), спікають на агломераційних машинах при температурі 1300…15000С. При спіканні з рудій віддаляються шкідливі домішки (сірка, миш'як), розкладаються карбонати, і виходить кусковий пористий офлюсований агломерат,

При обкатування шихту зі здрібнених концентратів, флюсу, палива воложать і при обробці в обертових барабанах вона здобуває форму кульок-окатишів діаметром до 30 мм. Їх висушують і обпалюють при температурі 1200…13500С.

Використання агломерату й окатишів виключає окрему подачу флюсу - вапняку в доменну піч при плавці.

Виплавка чавуну

Чавун виплавляють у печах шахтного типу – доменних печах.

Сутність процесу одержання чавуну в доменних печах полягає у відновленні оксидів заліза, що входять до складу рудій оксидом вуглецю, воднем і повторюємо вуглецем, що виділяється при згорянні палива.

При виплавці чавуну вирішуються завдання:

1.  Відновлення заліза з окислів рудій, насичення його вуглецем й видалення у вигляді рідкого чавуну певного хімічного складу.

2.  Оплавлення порожньої породи рудій, утворення шлаків, розчинення в ньому золі коксу й видалення його з печі.

Пристрій і робота доменної печі.

Доменна піч має сталевий кожух, обкладений вогнетривкою шамотною цеглою. Робочий простір печі включає колошник 6, шахту 5, распар 4, заплічка 3, горно 1, лещата 15.

Схема доменної печі

У верхній частині колошника перебуває засипний апарат 8, через який у піч завантажують шихту. Шихту подають у вагонетки 9 підйомника, які пересуваються по мосту 12 до засипного апарата й, перекидаючись, висипають шихту в прийомну вирву 7 розподільника шихти. При опусканні малого конуса 10 шихта попадає в чашу 11, а при опусканні великого конуса 13 – у доменну піч, що запобігає виходу газів з доменної печі в атмосферу.

При роботі печі шихтові матеріали, проплавляючись, опускаються, а через завантажувальний пристрій подають нові порції шихти, щоб весь корисний об’єм був заповнений.

Корисний обсяг печі - обсяг, займаний шихтою від лещат до нижньої крайки великого конуса засипного апарата при його опусканні.

Корисна висота доменної печі (Н) досягає 35 м, а корисний обсяг – 2000…5000м3.

У верхній частині горна перебувають фурмені пристрої 14, через які в піч надходити нагріте повітря, необхідний для горіння палива. Повітря надходити із повітронагрівача, усередині якого є камера згоряння й насадка з вогнетривкої цегли, у якій є вертикальні канали. У камеру згоряння до пальника подається очищень доменний газ, що, згоряючи, утворить гарячі гази. Проходячи через насадку, гази нагрівають її й віддаляються через димар. Через насадку пропускається повітря, воно нагрівається до температури 1000…12000З і надходити до фурменого прибудую, а звідти через фурми 2 – у робочий простір печі. Після охолодження насадок нагрівачі перемикаються.