 |
Доменное производство чугуна
|
|
|
|
РЕФЕРАТ
Производство чугуна
Выполнил:
Вахрушев Александр
Студент группы
СП 41-о
Новоуральск, 2016
Введение
Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы. Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений. Данный металл – первичный материал для черной металлургии. Его используют не только при производстве стали и в машиностроении, но и для изготовления художественных изделий. Чугун обладает очень ценными качествами, делающими его пригодным для изготовления изделий самого разного назначения. Этот металл отличается дешевизной и отличными литейными свойствами. Он также обладает высокой твердостью и прочностью. Чугун по этой причине широко используют там, где нужны изделия причудливой формы, способные выдерживать серьезные нагрузки. Он применяется, к примеру, для изготовления оснований станков и деталей корпусов машин.
Цель работы: Разобрать где используют сплавы чугуна, разновидности чугуна и способы его создания. Так же изучим устройство и принцип работы доменных печей.
Области применения чугуна.
· В машиностроении широкое применение находит так называемый серый чугун, имеющий в своем составе графит. Изделия из этого металла почти не чувствительны к влиянию напряжений и хорошо поглощают колебания, возникающие при вибрациях машин и механизмов. Серый чугун хорош для изготовления ответственных деталей, например, втулок и станин станков.
|
|
|
· Незаменим чугун в автомобильной промышленности. Из него получаются прочные и устойчивые к износу блоки цилиндров для двигателей. Для большей надежности в состав металла также включают специальные графитовые добавки. Такой усовершенствованный чугун может быть использован и при производстве коленчатых валов дизелей.
· Металл, в котором часть углерода находится в связанном состоянии, идет на изготовление деталей, способных работать в условиях повышенного трения. Из такого чугуна делают высококачественные тормозные колодки, а также прокатные валки для бумагоделательных или мукомольных машин.
· Еще одна область применения чугуна – производство сантехнических изделий. Из этого металла изготавливают трубы, радиаторы отопления, фитинги, кухонные мойки и раковины. До сих пор большим спросом пользуются ванны из чугуна, которые отличаются высокой прочностью, надежностью, практичностью и долговечностью.
· Широко используют чугун для выполнения художественных изделий. Большинство набережных Санкт-Петербурга, к примеру, украшают элементы из чугунного литья. В городе на Неве можно нередко увидеть литые ажурные ворота и причудливые ограждения из этого металла. Встречаются также и чугунные памятники. 
Разновидность чугуна
Белый чугун.
Таким чугуном называется тот, у которого практически весь углерод химически связан. В машиностроении этот сплав применяется не очень часто, потому что он твёрдый, но очень хрупкий. Также он не поддается механической обработке различными режущими инструментами, а потому используется для отливания деталей, которые не требуют какой-либо обработки. Хотя этот вид чугуна допускает шлифование абразивными кругами. Белый чугун может быть как обыкновенным, так и легированным.
|
|
|
Половинчатый чугун.
Для указанного чугуна характерно сочетание карбидной эвтектики и графита в его структуре. В целом же, полноценная структура имеет следующий вид: графит, перлит, ледебурит. Если же чугун подвергнуть термической обработке или легированию, то это приведет к образованию аустенита, мартенсита или игольчатого троостита.
Серый чугун.
содержит в своем составе около 3,5% углерода, от 1,9 до 2,5% кремния, до 0,8% марганца, до 0,3% фосфора и менее 0,12% серы. Графит в таком чугуне имеет пластинчатую форму. При этом не требуется специального модифицирования. Пластинки графита имеют сильно ослабляющее действие и потому серому чугуну характерны очень низкая ударная вязкость и практически полное отсутствие относительного удлинения. Серый чугун хорошо подвергается обработке. Структура сплава может быть следующей: Феррито-графитовой, Феррито-перлито-графитовой, Перлито-графитовой.
Высокопрочный чугун.
Чугун с шаровидным графитом принципиально отличается от других своих «собратьев» тем, что в нем содержится графит шаровидной формы. Она получается за счет введения в жидкий сплав специальных модификаторов (Mg, Се). Количество графитных включений и их линейные размеры могут быть различными.
Ковкий чугун.
Структура ковкого чугуна заключается в наличии в нем графита в хлопьевидной или шаровидной форме. При этом хлопьевидный графит может иметь различную дисперсность и компактность, что, в свою очередь, оказывает непосредственное влияние на механические свойства чугуна.
Производство чугуна.
Существуют различные виды чугуна, однако средняя температура плавления этого металлического соединения составляет порядка 1200 градусов Цельсия. Этот показатель на 250-300 градусов меньше, чем требуется для выплавления стали. Такая разница связана с достаточно высоким содержанием углерода, что приводит к его менее тесным связям с атомами железа на молекулярном уровне. В момент выплавки и последующей кристаллизации углерод, содержащийся в чугуне, не успевает полностью проникнуть в молекулярную решётку железа, и потому чугун в итоге получается довольно хрупким. В связи с этим он не применяется там, где имеют место постоянные динамические нагрузки. Но при этом он отлично подходит для тех деталей, которые имеют повышенные требования к прочности.
|
|
|
Доменное производство чугуна
Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи. Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками. Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре.
Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек). Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии. Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.
Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением. Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов. В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.
|
|
|
Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа. Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов. Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.
Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым. На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры. В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.
|
|
|
