Зміст 
 

Введення             3

Поняття “сталь”, її класифікації й застосування      5

Розливання стали  в виливниці         7

Затвердіння й будівля  сталевих злитків       9

Висновок                     11

Список літератури                   12

Введення 

      Металургійне  виробництво виникло на зорі розвитку людського суспільства. Такі метали, як залізо, мідь, срібло, золото, ртуть, олово й свинець, знайшли своє застосування ще до нашої ери.

      Метали  відносяться до числа найбільш розповсюджених матеріалів, що людина використовує для забезпечення своїх життєвих потреб. У наші дні важко знайти таку область виробництва, науково-технічної діяльності людини або просто його побуту, де метали не грали б чільної ролі як конструкційний матеріал.

      Метали  розділяють на кілька груп: чорні, кольорові і шляхетні. До групи чорних металів відносяться залізо і його сплави, марганець і хром. До кольорового відносяться майже всі інші метали періодичної системи Д. И. Менделєєва.

      Залізо  і його сплави є основою сучасної технології й техніки. Ще в середині 70-х років минулого сторіччя академік Патон Б.Є. назвав двадцяте століття «залізним», не погодитися з ним неможливо. У ряді конструкційних металів залізо коштує на першому місці і не уступить його ще довгий час, незважаючи на те, що кольорові метали, полімерні й керамічні матеріали знаходять усе більше застосування. Залізо і його сплави складають більш 90% усіх металів, застосовуваних у сучасному виробництві.

      Самим найважливішим зі сплавів заліза є його сплав із вуглецем. Вуглець  додає міцність сплавам заліза. Ці сплави утворять велику групу чавунів і сталей.

      Віддавна  розливання стали вважали мистецтвом, і тільки досвідченим майстрам довіряли виконання цієї операції. Сучасні  зведення про фізико-хімічні процеси, що протікають під час розливання і при затвердінні чорних металів, дозволяють впливати на рідку сталь при її кристалізації в кристалізаторах або у виливниці, керуючись точною інформацією про температуру металу, його хімічному складі й інших властивостях, виконувати операції розливання на найвищому технологічному рівні.

      Для поліпшення якості злитків широке застосування знайшли способи поза пічної обробки  рідкого металу в ковші вакуумуванням, продувкою інертними газами, обробкою синтетичними шлаками.

      Для виконання зазначених впливів на великих металургійних заводах застосовується складне й різноманітне устаткування. Це значно підвищує вимоги до підготовки кваліфікованих фахівців: розливальників і ливарів. Від правильного використання устаткування, дотримання технології розливання багато в чому залежить не тільки термін служби механізмів, але і якість виливків і злитків і безпека прийомів роботи.

      Сучасний  високий рівень металургійного виробництва  заснований на глибоких теоретичних  дослідженнях, великих відкриттях, зроблених у різних країнах світу, і багатому практичному досвіді.

      Розвиток  металургії йде по шляху подальшого удосконалювання плавки й розливання металу, механізації й автоматизації  виробництва, упровадження нових прогресивних способів роботи, що забезпечують поліпшення техніко-економічних показників плавки і якості готової продукції.

      Сьогодні  Україна займає 7 місце у світі  по виробництву стали.

      Операція  розливання чавуна і стали в металеві й піщані форми є заключною  і, тому, у великому ступені впливає  на якість одержуваних виробів (сталевих і чавунних виливків і сталевих злитків).

      За  останні роки в технології розливання масового виробництва сталевих злитків, а також виробництва високоякісних  сталевих злитків упроваджуються нові прогресивні способи й прийоми, що дозволяють значно поліпшити якість металу в готових виробах.

      Способи розливання стали у виливниці, їхні техніко-економічні характеристики, шляхи  підвищення якості виробленої сталі  я постараюся розкрити в цій роботі. 

Поняття “сталь”, її класифікації й застосування 

      Залізо  і його сплави є основою сучасної технології й техніки. У ряді конструкційних металів залізо коштує на першому  місці і не уступить його ще довгий час, незважаючи на те, що кольорові  метали, полімерні й керамічні  матеріали знаходять усе більше застосування. Залізо і його сплави складають більш 90% усіх металів, застосовуваних у сучасному виробництві.

      Самим найважливішим зі сплавів заліза є його сплав із вуглецем. Вуглець  додає міцність сплавам заліза. Ці сплави утворять велику групу чавунів  і сталей.

      Сталями називають сплави заліза з вуглецем, зміст якого не перевищує 2,14%. Сталь  – найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту й у багатьох інших галузях  народного господарства.

      Сталеплавильне  виробництво – це одержання стали  з чавуна і сталевого брухту в сталеплавильних агрегатах металургійних заводів. Сталеплавильне виробництво є другою ланкою в загальному виробничому циклі чорної металургії. У сучасній металургії основними способами виплавки стали є: киснево-конвертерний, мартенівський і електросталеплавильний процеси. Співвідношення між цими видами сталеплавильного виробництва міняється.

      Сталеплавильний процес є окисним процесом, тому що сталь виходить у результаті окислювання  і видалення більшої частини  домішки чавуна – вуглецю, кремнію, марганцю й фосфору. Відмінною рисою сталеплавильних процесів є наявність окисної атмосфери. Окислювання домішок чавуна й інших шихтових матеріалів здійснюється киснем, що утримується в газах, оксидах заліза й марганцю. Після окислювання домішок, із металевого сплаву видаляють розчинений у ньому кисень, уводять легуючі елементи й одержують сталь заданого хімічного складу.

      Єдиної  світової класифікації сталей немає. У  залежності від способу виробництва, хімічного складу, структури, призначення  і якості стали класифікують:

      По  призначенню: топкову і котельню, для залізничного транспорту (рейкову, для бандажів залізничних коліс  і т.п.), конструкційну (застосовується при виготовленні різних металоконструкцій  для будівництва будинків, мостів, різних машин і т.п.), шарикопідшипникову, інструментальну (для виготовлення різних інструментів, різців, валків прокатних верстатів, деталей ковальсько-штампувального устаткування і т.п.), ресорно-пружинну, трансформаторну, нержавіючу, гарматну, трубну й ін.

      По  якості: звичайної якості, якісна, і високоякісна. Розходження між цими групами полягають у змісті шкідливих домішок, що допускається, (у першу чергу сірки й фосфору), а також в особливих вимогах по змісту неметалічних включень і т.п. Наприклад, у сталях звичайної якості зміст сірки й фосфору допускається до 0,055-0,060%, у якісних сталях – не більш 0,040-0,045%, у високоякісних – не більш 0,020-0,030%.

      По  хімічному складі: вуглецеві (низьковуглецеві  містять до 0,3% вуглецю;

      середньовуглецеві - від 0,3 до 0,6%; високовуглецеві – більш 0,6%), леговані (низьколеговані – до 2,5% легуючих добавок; середньолеговані – 2,5-10%, високолеговані – більш 10%), у тому числі хромисті, марганцевисті, хромонікелеві і т.п.

      По  характеру застигання стали у  виливницях: спокійні, киплячі і напівспокійні. Поводження металу при кристалізації у виливницях залежить від ступеня його розкислення – чим повніше розкислена сталь, тим спокійніше кристалізується злиток.

      По  способі виробництва:

      1) по типі агрегату – конвертерна  (у тому числі киснево-конверторна, бесемерівська, томасівська), мартенівська, електросталь, сталь електрошлакового переплаву і т.д.;

      2) за технологією – основна й  кисла мартенівська, основна і  кисла електросталь, оброблена вакуумом, синтетичними шлаками, продувкою  інертними газами і т.п.;

      3) по стані – у твердому стані  (губчате залізо – продукт  прямого відновлення), в електролітичному  – (продукт електролізу залізовмісних  матеріалів), у порошкоподібному (продукт  процесів розпилення на дрібні  краплі рідкої сталі), у тістоподібному (продукт сиродутного, кричного, пудлінгового процесів, продукт процесу «Астон-Байєрс»), у рідкому, литому (продукт конверторного, мартенівського і т.п. процесів).

Розливання  стали в виливниці 

      Зі  сталеплавильного агрегату сталь випускається в сталерозливний ківш, призначений для короткочасного збереження і розливання, стали. Сталерозливний ківш (мал. 1) має форму усіченого конуса з великою підставою вгорі. Ківш має зварений кожух, зсередини футерується вогнетривкою шамотною цеглою. Переміщають ківш за допомогою мостового крана або на спеціальному залізничному візку.

      Сталь з ковша розливають через один або дві склянки, розташованих у  днищі ковша. Отвір закривають або  відкривають зсередини вогнетривкою пробкою за допомогою стопора.

      Ємність сталерозливних ковшів на великих металургійних комбінатах може досягати 480 т.

       У сталеплавильних  цехах сталь із ковша розливають або у виливниці, або на машинах  безперервного розливання.  

Мал. 1. Схема сталерозливного  ковша 

      Сталь розливають у виливниці або кристалізатори установок для безперервного розливання.

      Виливниця представляє із себе металеву форму  для виливка металу у виді злитка. По конструкції виливниці підрозділяють  на глуходонні і наскрізні, по способі  заливання металу — на заповнювані  зверху і заповнювані знизу (сифонне розливання). Для розливання чавуна на розливочних машинах застосовують виливниці горизонтального типу — мульди, а для розливання феросплавів і деяких кольорових металів виливниці у виді невисоких ванн, іноді з вертикальними перегородками.

      Найбільше поширення в промисловості одержали чавунні виливниці вертикального типу для розливання стали. Виливниці для злитків, призначених для кувань, уміщають до 100 т сталі і більш; виливниці для сталі, що йде в прокат, розраховані на злитки масою від 100 кг до 20 т (злитки для слябів). Маса злитків для прокатки, звичайно, складає 10...12 т (рідше —до 25 т), а для кувань досягає 250...300 т. Леговані сталі іноді розливають у злитки масою кілька сотень кілограмів.

      Застосовують  два способи розливання стали  у виливниці: зверху і сифоном.

       При розливанні зверху мал. 22,а) сталь заливають із ковша 2 у кожну виливницю 1 окремо. При такому розливанні поверхня злитків унаслідок улучення бризів рідкого металу на стінки виливниці може бути забрудненої плівками оксидів. 

Рис 2. Схема розливання стали в виливниці

A – розливання  зверху: 1 – сталерозливний  ківш; 2 – виливниця; 3 – піддон;

Б – розливання сифоном: 1 – сталерозливний ківш; 2 – центрова трубка; 3 – прибуткова надставка; 4 – виливниця; 5 – піддон; 6 – сифонні  трубки 

      При сифонному розливанні (мал. 2 ,б) сталлю заповнюють одночасно від 2 до 60 установлених на піддоні 5 виливниць через центровий літник 3 і канали в піддоні. У цьому випадку сталь надходить у виливниці знизу, що забезпечує плавне, без розбризкування їхнє заповнення, поверхня злитка виходить чистої, скорочується час розливання. Сталь у надставці 4 зберігається в рідкому стані, завдяки чому зменшуються раковини й відходи злитка при обрізку.

      Розливання  зверху, звичайно, застосовують для  вуглецевих, а розливання сифоном  — для легованих сталей.

Затвердіння й будівля  сталевих злитків

      Спосіб  розливання стали в виливниці  й стан металу в процесі розливання й затвердіння істотно впливають  на властивості стали. Будівля злитка визначається не тільки умовами охолодження, але і ступенем розкислення. За цією ознакою стали поділяються на киплячі, спокійні і напівспокійні.

      Киплячої  називають сталь, що не цілком розкислена в печі. Її розкислення продовжується  в виливниці за рахунок взаємодії  оксиду заліза Fe із вуглецем. У результаті виділяється оксид вуглецю З у виді газу. Через реакцію вуглецю з киснем на фронті затвердіння утвориться окис вуглецю. При цьому формуються чистий поверхневий шар (щільна кірка) і серцевина, збагачена домішками (зона ліквації) - інтенсивне виділення газу аж до повного затвердіння запобігає зосереджене зменшення обсягу в середині верхньої (головний) частини злитка. Зменшення обсягу (усадочна раковина) обумовлюється неоднаковим питомим обсягом стали в рідких і твердому агрегатних станах. У киплячій сталі раковина розподілена у формі газових міхурів (пір) по всьому обсязі злитка. При наступній гарячій обробці тиском газові міхури заварюються, тому що вони майже не забруднені. Це позитивно позначається на виході придатного металу. Ще одною перевагою є чиста поверхнева зона, що задовольняє високим вимогам до якості поверхні. З метою зменшення усадочної раковини в злитках виливниці виготовляють з утепленою надставкою.  Недоліком є збагачення елементами-домішками (ліквація): вуглецем, фосфором, сіркою, азотом і киснем в осьовій зоні, особливо у верхній частині злитка. Це приводить до нерівномірності властивостей матеріалу по висоті злитка і по його поперечному перерізі. Ще одним недоліком є підвищена схильність до тендітного руйнування, тому що азот зв'язати не вдається.

      Для усунення перерахованих недоліків киплячої сталі при розливанні спокійної сталі забезпечують істотне зменшення змісту кисню й елементів, що мають спорідненість із киснем, що перераховані вище. Оскільки такі елементи як: алюміній, титан, ванадій і цирконій одночасно володіють і високою спорідненістю до азоту, тим самим одночасно досягається і зниження схильності до тендітного руйнування.

      Несприятливий вплив можуть зробити оксиди, що утворяться при зв'язуванні кисню, що, якщо їхній не видалити з розплаву, перетворюються в неметалічні включення і при достатній концентрації можуть обмежити використання матеріалу через утворення не суцільний у ньому. Оскільки в результаті ерозії вогнетривкого матеріалу в сталь попадають додаткові (екзогенні) неметалічні включення, зменшенню їхнього змісту шляхом виділення варто приділяти особливу увагу. При продувці рідкої трубної сталі аргоном досягається зниження змісту неметалічних включень у ній. Ще залишаються неметалічні включення виділяються в процесі затвердіння, особливо в підповерхневій зоні, що може несприятливо позначитися на якості поверхні. Однак і по всій довжині злитка і, особливо, у верхній його частині (,де кінчається усадочна раковина) можливо збагачення неметалічними включеннями. Ще одним недоліком спокійних сталей є зосереджене зменшення обсягу у верхній частині злитка, що знижує вихід придатного. При використанні виливниць, обладнаних у верхній частині прибутковими надставками що ізолюють тепло, це зменшення виходу придатного може бути у відомій мері компенсовано.  

Мал. 3 Схематичне зображення злитків сталей

а - киплячої, б - спокійної, у - напівспокійної 

      Спокійну  сталь одержують при повному  розкисленні металу в печі й ковші (мал. 3, б). Така сталь затвердіє без  виділення газів, у злитку утвориться щільна структура, а усадочна раковина концентрується у верхній частині, що значно зменшує вихід придатного.

      Крім  цих основних способів розливання, можна одержати проміжні стани при  затвердінні шляхом цілеспрямованого регулювання змісту кисню. У такому випадку виходить напівспокійна або механічно закупорена сталь. У результаті досягається краща якість поверхні, чим у спокійної сталі, і більш рівномірний розподіл елементів, що ліквірують, чим у киплячій сталі. Отримані таким способом стали застосовні, однак, тільки для деяких визначених цілей.

      Якщо  зазначені забруднення (продукти розкислення  й частки вогнетривкого матеріалу) не вдається усунути цілеспрямованими заходами з рідкої сталі, відповідні дефекти необхідно виявляти методами контролю, що не руйнує, і видаляти ретельною  ад’юстажною обробкою прокату.

      Напівспокійна сталь виходить при розкисленні  феромарганцем і недостатньою кількістю  феросиліцію або алюмінію. У цьому  випадку злиток не має концентрованої усадочної раковини, у нижній частині  він, звичайно, має будівлю спокійної, а у верхньої — киплячій сталі (мал. 3, в). Така сталь по якості і вартості є проміжною між киплячою й спокійною.

Висновок

      Людина  з най раннього віку звикає до навколишнім  його металевих предметів домашнього побуту, не зауважує їх і не задумується, відкіля вони беруться.

      Дамаські  й булатні сталі відомі з II-III століть  н.е. Майже усі світові культури їх використовували. Технологією її виготовлення володіли кельтські й  саксонські племена. Мечі вікінгів демонструють складну структуру візерунка. Одна з вищих форм такої сталі вироблялася в Японії. Загальновідомі дамаські клинки із Середньої Азії, Златоустівські клинки з Росії, де існувало їхнє масове виробництво. Однак не усі з цих клинків могли рубати залізо (цвяхи, прутки), деякі могли гнутися в дугу, а те і навколо пояса. Метал знаменитих дамаських клинків мав більш високий зміст вуглецю, чим більшість сучасних сталей. Після митецького кування дамаська сталь здобувала виняткову міцність, в'язкість і характерний візерунковий малюнок. Дотепер залишається загадкою, як виготовляли дамаську сталь. Сьогодні, використовуючи високі технології, металурги намагаються зробити сталь, схожу по властивостях на дамаську, але поки їхні зусилля марні, хоча з кожним роком якість одержуваної сталі і техніко-економічних показників її виробництва поліпшуються.

      Майбутнє  людства тісно зв'язано з використанням  нових сплавів на металевій основі. Метал – фундамент сучасної цивілізації, основа основ технічного прогресу. І чим вище піднімається людство  по ступінях розвитку, тим більше воно має потребу в металах.

Список  літератури 
 

1. Воскобойников  В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая  металлургия М.:«Металлургия», 4 издание, 1985г.

2. Воскобойников  В.Г., Макаров Л.П. Технология и  экономика переработки железных  руд, М.: «Металлургия», 1977г., 255с.

3. Глинка Н.Л.  Общая химия, Издание двадцать  третье.

4. Гуляев А.П.  Металлургия, 1966 г.

5. Дворин М.Д., Дмитриенко В.В., Крутикова Л.В.  и др. Системы технологий отраслей  народного хозяйства: Учебное  пособие. Хабаровск: Изд-во ХПИ, 1991г.

6. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов, Издание второе.

7. Кудрин В.А.  Металлургия стали М.: «Металлургия», 1981г., 485с.

8. Медоваров  Б.И. Металлургия: вчера, сегодня,  завтра, К.: «Наукова думка», 1986г.

9. Основы металлургического  производства (черная металлургия)  М.: «Металлургия» 1988г.

10. Основы технологий  важнейших отраслей промышленности./ Под ред. И.А. Сидорова: Учебник  для экономических специальностей  ВУЗов: - М.: «Высшая школа», 1971г.

11. Основы технологий важнейших отраслей промышленности часть 1-ая./ под ред. И.В. Ченцова:– Минск: «Высшая школа», 1989г.

12. Технология  металлов и конструкционные материалы  /под ред. Б.А. Кузьмина –  М.: «Машиностроение», 1981г.

13. Энциклопедия  «Радость познания», Том 1 «Наука и вселенная» М.: «МИР» 1983г.