Контрольная работа по "Металлургии". 16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВАРИАНТ  4

 

  1. Чугуны. Свойства. Классификация. Маркировка. Технологические процессы производства чугунов. Сырье. Оборудование. Продукты плавки.
  2. Технико-экономические показатели технологических процессов.
  3. Перспективы развития технологических процессов производства чугуна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАН

 

 

1.  ЧУГУНЫ. СВОЙСТВА. КЛАССИФИКАЦИЯ. МАРКИРОВКА.    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ   ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНОВ. СЫРЬЁ. ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОДУКТЫ ПЛАВКИ………………………..4

 

Введение…………………………………………………………………….……....4

1.1 Классификация и свойства чугуна……………………….…..................4

1.2 Маркировка чугунов…………………………………..…………...…….7

1.3 Технологические процессы производства чугуна, сырье и          оборудование……………….……………………………………….........8

1.4 Продукты плавки: чугун, шлак, газ…………………………….……...10

 

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО – ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ    ПРОЦЕССОВ………………………….……………………………………...11

 

  1. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  

ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА…………………………………..………….....12

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……..……………………..15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЧУГУНЫ. СВОЙСТВА. КЛАССИФИКАЦИЯ. МАРКИРОВКА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНОВ. СЫРЬЁ. ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОДУКТЫ ПЛАВКИ

Введение

Чугун - сплав железа с углеродом (обычно более 2%), содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S), а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики.

Чугун — важнейший первичный продукт чёрной металлургии, используемый для передела при производстве стали и во вторичной плавке в чугунолитейном производстве.

Чугун вторичной плавки -один из основных конструкционных материалов, применяется как литейный сплав.

Широкому использованию чугуна в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые чугуны лишь немногим уступают углеродистой стали). В современном машиностроении на долю деталей из чугуна приходится около 75% от общей массы отливок.

 

1.1 Классификация и свойства чугуна.

Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве.

До 70-х гг. 20 века в доменных печах иногда выплавляли т. н. зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и другие легирующие элементы получают природнолегированные чугуны.

При производстве отливок  в чугунолитейных цехах чугун подразделяют:

  • в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома  на серый, белый и половинчатый (или отбелённый);
  • в зависимости от формы включений графита - на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом;
  • в зависимости от характера металлической основы - на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный;
  • в зависимости от назначения - на конструкционный и чугун со специальными свойствами;
  • по химическому составу - на легированные и нелегированные.

Серый чугун - наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) - имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугуна- более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугуне). Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун  содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть - в связанном, в виде карбидовека. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун  в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах.

Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы, количеством  и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун. Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами.      Ковкий  чугун используют в основном в автомобиле, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении.

Высокопрочный чугун, характеризующийся  шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов. Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.

Легированные чугуны. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).

1.2 Маркировка чугунов.

По принятой раньше в СССР маркировке обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П - передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л - литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугуне ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугуне ЛК4). Каждая марка чугуна в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ - серый чугун, ВЧ -высокопрочный, КЧ - ковкий; для антифрикционного чугуна в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства. Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (Сталь). Пример обозначения легированных чугунов: ЧН19ХЗ - чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

 

 

1.3 Технологические процессы производства чугуна, сырье и оборудование

 

Чугуном называют сплав  железа с углеродом (2... 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30...70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс - продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) - известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун выплавляют в доменных печах (9.2) объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи - горн через отверстия - фурмы подают   под   давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней  части горна, образует СО2 ;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный  кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-»-FeO-> -HFe. Этот процесс может быть представлен следующими реакциями: 3F9Q3+ ;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2. 

В нижней части печи часть восстановленного железа соединяется с углеродом  и образуется карбид железа Fe3C (науглероживание  железа). Затем происходит расплавление науглероженного металла, который  стекает в горн доменной печи, при  этом насыщение железа углеродом продолжается. В результате плавления происходит восстановление не только железа, но и других элементов, находящихся в руде (Si, Mn, P), которые, а также часть серы в виде FeS переходят в чугун. В горн стекает также расплавленный шлак и всплывает над чугуном, так как его  плотность  меньше,   чем чугуна. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия - чугунную и шлаковую летки, сначала шлак, а затем - чугун.

 

1.4 Продукты плавки: чугун, шлак, газ

 

Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов технологический режим плавки. Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют  три основных вида:

1. Передельный - предназначается для дальнейшего передела в сталь;

2. Литейный -  используется после  переплава в чугуноплавильных цехах для отливки;

3. Чугунных изделий;

Доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадки сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

Выплавка в  доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки.

Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3 – 0,6 т на 1 т чугуна.

Газ, выходящий  из печи через ее верхнюю часть  – колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН4., Н2, СО2 и N2. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, для отопления котлов и других целей. Горючими компонентами в газе являются СО, СН4. и Н2., которого больше 50 %.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

Основными показателями, характеризующими работу доменной печи, являются: производительность в единицу времени и расход кокса на тонну выплавляемого чугуна.

Для оценки производительности доменных печей различного объема в отечественной практике применяют относительный показатель - Коэффициент Использования Полезного Объема доменной печи, представляющий собой отношение полезного объема доменной печи V , выраженного в м3, к ее среднесуточной производительности Р, выраженной в тоннах, т.е. т/сут:

 

к.и.п.о. = V/ Р.

 

Таким образом, единицей измерения к.и.п.о. является м3∙сут/т.

Важнейшим показателем  доменной плавки, характеризующим экономичность  работы печи, служит удельный расход кокса. Его величина не только непосредственно влияет на производительность печи, но и показывает использование химической и тепловой энергий топлива в рабочем пространстве печи. Почти все мероприятия, осуществляемые  в доменном производстве, находят свое отражение в удельном расходе кокса. На лучших доменных печах в настоящее время расход кокса достигает 360 – 400 кг/т.

 

 

 

 

 

 

 

3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ     ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА

 

К прогрессивным   процессам развития   доменного   производства следует отнести улучшение подготовки   шихты за счет   дробления, тщательной промывки, сортировки и обогащения железных руд, которое производится, например, путем магнитной сепарации. Широко развить производство можно путем спекания мелочи руды в более крупные куски. Объем доменных печей достичь 5  тыс. м3, что обеспечит улучшение коэффициента использования полезного объема, снижение расхода топлива на 1 т передельного чугуна. Получают большое развитие механизация и автоматизация основных процессов при производстве чугуна. В доменном процессе широко используется повышенное давление и более высокий нагрев дутья, автоматическое регулирование температур, снижение влажности дутья, промывка углей перед коксованием, а также кислород для интенсификации процессов производства.

В результате доменной плавки могут быть получены различные виды чугунов: передельные (80...90%), идущие в  основном на производство стали; литейные (8...18 %), предназначаемые для получения  чугунных отливок; ферросплавы. (2...3%), содержащие повышенное количество марганца, кремния. Ферросплавы применяют как добавки при производстве стали.

Совершенствование плавильных печей типа вагранок практически  прекратилось после ликвидации ряда проектных и технологических  организаций и школ в стране. Газовые вагранки не нашли должного распространения вследствие ряда технических и экономических трудностей. Перспективными плавильными агрегатами являются индукционные печи средней частоты, дуговые печи постоянного тока, которые находят широкое распространение в литейных цехах единичного, мелкосерийного и серийного производств. В массовом производстве применяются индукционные печи промышленной частоты ёмкостью 10 тонн и выше. Используются печи, как отечественного производства, так и зарубежных фирм. Значительную роль в обеспечении качества получаемых сплавов играет внепечная обработка чугуна, и стали в жидкой фазе, в том числе модифицирование, рафинирование, микролегирование, раскисление и др. Для этих целей в России производится значительное количество модификаторов и ферросплавов. В последние годы наблюдается рост производства отливок из цветных сплавов, особенно из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют стальные и чугунные отливки. Применяя современные методы внепечной обработки и новые технологии можно получить высокие прочностные характеристики металла на уровне 450-500 МПа. Развитие процессов формообразования идёт по нескольким направлениям. Основные из них идут по пути усовершенствования методов динамического уплотнения песчано-глинистых форм, модернизации процессов изготовления опочных и безопочных форм из холодно твердеющих смесей (ХТС) на базе современных связующих материалов и стабилизаторов, развития процессов вакуумно-плёночной формовки, методов литья по газифицируемым моделям и др. Продолжают совершенствоваться методы изготовления стержней по горячей оснастке. Однако основным направлением модернизации процессов изготовления литейных форм и стержней является применение холодно твердеющих смесей. К сожалению, большая часть оборудования для производства форм и стержней из ХТС в России не производится, и предприятия вынуждены закупать его у зарубежных фирм. Серьёзной проблемой литейного производства остаётся экология, так как при производстве одной тонны литья из чёрных и цветных сплавов выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5- 2,0 кг окиси серы, 1 кг углеводородов. Не менее важной проблемой является утилизация твёрдых отходов литейного производства, из которых 90% составляют отработанные формовочные и стержневые смеси, относящиеся к 4-й категории опасности. В связи с этим, с экологической и экономической точек зрения, сегодня необходимо проведение регенерации отработанных смесей на местах их образования. Регенерационные установки для восстановления смесей, особенно ХТС, покупают за рубежом. Они поставляются различными фирмами вместе со смесеприготовительными и формовочными установками. В России имеется отечественное регенерационное оборудование, комплекс которого выпускает ОАО «КТИАМ», г. Челябинск. Одной из ключевых проблем сегодня является подготовка и использование кадров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Сборник технологических инструкций по изготовлению литейных форм и

стержней для  стальных фасонных отливок СТИ107-МГ.Л-N07-88; Новокузнецк 1989г.

2. Сборник технологических  инструкций. Литейный цех; Новокузнецк, 1988;

3. Сборник технологических  инструкций по выплавке и разливке  электропечной

стали в условиях сталелитейного участка СТИ107-МГ.Л-08-89; Новокузнецк, 1989г.

4. В.А. Буталов.Технология металлов. Металлургиздат 1962г.

5. Г.Д. Харлампович, А.А. Кауфман. Технология коксохимического производства.

 М.: Металлургия, 1995 г., 384 с.

6  Васильева И.Н. Экономические основы технологического развития. – М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1995. – 160 с.

7   Дворцин М.Д. Основы теории научно-технического развития производства. – М.: МИНХ, 1988. – 80 с.

8   И.В. Ченцова, В.В. Вашека и др.Основы технологий важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.1. – М.: Высшая школа, 1989. – 323 с.

9   И.В. Ченцова, В.В. Вашека и др. Основы технологий важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.2– М.: Высшая школа, 1989. – 199 с.

10. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф. и др. Технология литейного производства. – М.: Машиностроение, 1984. – 285 с.

11. Гиршович  Н. Г., Чугунное литье, Л. — М., 1949;

12. Бунин  К. П., Малиночка  Я. Н., Таран  Ю. Н., Основы металлографии чугуна, М., 1969.

 

 

Работу выполнила: Гордеева Е.В.                  Работа выполнена: 26.10.2011г.




Контрольная работа по Металлургии. 16 📙 Контрольная → 🆔 62797

Контрольная работа по Металлургии. 16 📙 Контрольная → 🆔 62797

Контрольная работа по "Металлургии". 16