Теъхнология конструкционных матерьялов

                

Оглавление

 

Часть первая: основы производства чугуна.                                                                   3                                                                               

Введение                  3

1. Сырье                                                                                                                      4
2. Оборудование                                                                                                       5
3. Технологические процессы                                                                                  7

Заключение                                                                                                                      10

 

Часть вторая: практическое задание.                                                                           11                                                                                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть первая.

 

Введение

 

Чугун – продукт, получаемый в стадии производства черных металлов из железной руды.  Производство черных металлов это сложный технологический  процесс, в результате которого чугун  перерабатывают в сталь.

Чугуном называют сплав железа с  углеродом (2... 6,67 %), кроме них в  состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                

1. Сырье

 

Чугун выплавляют из железных руд с использованием топлива  и флюса.

Наиболее часто применяемые  железные руды: красный железняк Fe₂0₃ (55...60% Fe), магнитный (Fe3O4), бурый железняк Fe2O3-nH2O (до 55% Fe в виде гидратов оксидов), шпатовый (FеСОз) 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, он позволяет получить необходимую температуру и частично выполняет роль восстановителя железа из руды. В целях экономии кокса в домну вдувают природный газ, мазут или угольную пыль.

Флюсы (плавни) — известняк (СаСОз), доломиты (СаОз и MgCO₃), кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы (в основном SiO₂ и Al2O3) 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.

 

 

                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Оборудование

 

Чугун  выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах.

Доменная печь представляет собой металлический кожух, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Полезный объем современной печи - 2000 м , высота - до 35 м, диаметр в нижней части - до 11 м.

Загрузка шихты в печь осуществляется из бункера 1 (рис. 1) с помощью вагонетки 2 по скиповому подъемнику 8. Шихта поступает в приемную воронку 9 засыпанного аппарата, а оттуда при последовательном опускании малого конуса 10 и большого конуса 12 в приемную чашу 11 и колошник 13 и далее в шахту 14 печи. Поочередное от-

 

                                                          рис. 1

 

крывание конусов предотвращает  выход газон из печи в атмосферу. Самая широкая цилиндрическая часть  домны называется распаром 7. Ниже его  находится суживающая часть - заплечики 6 и горн 4, ограниченный от фундамента лещадью 19. Цилиндрический горн 4 состоит из двух зон - верхней (фурменной) и нижней (мсталлоирисмной). В верхней зоне установлены фурмы 5, через которые в печь вдуваются горячий воздух и топливо (мазут, угольная пыль, природный газ). В нижней зоне собираются жидкий чугун 3 и расплавленный шлак 18, которые выпускают через чугунную и шлаковую летки в ковши.

Для интенсификации процесса плавки и снижения расхода топлива  вдуваемый воздух предварительно нагревают  до 1000...1200 С в воздухонагревателях регенеративного типа. Воздухонагреватель - это стальной цилиндр диаметром 6...8 м, высотой 30...40 м, футерованный огнеупорным кирпичом. Он имеет камеру сгорания 15 и насадку 20 из огнеупорного кирпича. При каждой домне обычно имеется 3-4 воздухонагревателя, работающих попеременно следующим образом.

В воздухонагреватель Б через канал 17 подается из домны очищенный колошниковый газ, а через канал 16 - воздух, необходимый для сгорания газа. Продукты горения газа из камеры сгорания 15 проходят по вертикальным каналам насадки 20, нагревают ее и выбрасываются через канал 21 в дымовую трубу 22. После нагрева насадки 20 воздухонагревателя Б подачу колошникового газа в него прекращают и в обратном направлении пропускают воздух, который, проходя через насадку, нагревается и затем вдувается в доменную печь через фурмы 5. Пока один воздухонагреватель нагревается, работает другой, предварительно нагретый воздухонагреватель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологические процессы

 

            Подготовка руд к доменной плавке.

Подготовка руды к доменной плавке включает в себя дробление  и сортировку руды, обогащение руды и окускование. Этим достигается увеличение железа в шихте, уменьшение в ней содержания вредных примесей - серы и фосфора, повышение ее однородности по размерам кусков и химическому составу.

Дробление и сортировка руды осуществляются на дробилках и классификаторах. Они обеспечивают получение кусков руды оптимальных для последующего обогащения и плавки размеров.

Обогащение руды основано на различии физических свойств железосодержащих минералов и пустой породы. Наиболее часто применяют следующие варианты обогащения: промывка руды водой, позволяющая отделить часть песчано-глинистой породы; гравитация (отсадка), обеспечивающая отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда (пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой); магнитная сепарация, обеспечивающая извлечение из измельченной руды железосодержащих магнитных минералов.

Окускование руды производится после обогащения руды (концентрат) для улучшения процесса плавки. Это процесс перерабатывания руды в кусковые материалы. Применяют две разновидности окускования: агломерацию и окатывание.

Агломерация заключается в спекании шихты, состоящей из 40...50% известняка, 15...20% возврата мелкого агломерата, 2...30% коксовой мелочи и 6...9% влаги, при температуре 1300...1500°С в специальных агломерационных машинах конвейерного типа. При этом из руды удаляется часть вредных примесей (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и образуется кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.

Окатывание заключается в том, что шихта из измельченных концентратов, флюса и кокса увлажняется и загружается во вращающуюся наклонную чашу (гранулятор) или пустотелый барабан, где образуются шарики - окатыши диаметром 25...30 мм. Окатыши обжигают и высушивают при температуре 1200... 1350°С на обжиговых машинах, после чего они становятся прочными и пористыми.

Использование агломерата и  окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, позволяет повысить на 10...25% производительность доменных печей и уменьшить на 10...20% расход кокса.

 

 Выплавка чугуна.

Чугун  выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, которые входят в состав руды, твердым углеродом, оксидом углерода и водородом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.

Восстановление железа из его оксидов протекает в несколько  стадий - от высшего оксида к низшему по схеме:

                                                Fe₂0₃ Fe₃0₄ FeO Fe.

Восстановителем в основном служит оксид углерода СО. Ниже приведены реакции последовательного восстановления железа из его оксидов:

                                                  3Fe₂ Оз + СО 2Fe₃0₄ + СО₂ ;

                                                 Fe₂Оз + СО 2FeO + СО₂;

                                                 FeO + СО Fe + СО₂ .

Некоторая часть оксидов  железа восстанавливается также  водородом и твердым углеродом.

 

В шахте доменной печи восстановленное  железо находится в твердом состоянии в виде пористой губчатой массы (t_пл = 1539 °С). Взаимодействие губчатого железа с оксидом углерода СО и непосредственно с твердым углеродом по реакциям

                                                  3Fe + 2СО Fe₃C + СО₂;

                                                                         3Fe + С    Fe₃C

приводит к образованию  карбида железа (цементита Fe₃C) и науглероживанию железа. Это снижает температуру плавления образовавшегося железоуглеродистого сплава. На уровне распара и заплечиков происходит плавление сплава. Капли расплава стекают в горн. Контактирование их с частицами кокса повышает в сплаве содержание углерода и серы. Одновременно в жидком расплаве происходит растворение марганца, кремния и фосфора, восстанавливаемых из руды оксидом углерода и твердым углеродом. Образовавшийся в результате указанных процессов железоуглеродистый сплав - чугун накапливается в нижней части горна.

Шлакообразование начинается в области распара при температуре 1200 °С, когда пустая порода сплавляется с известью. Образующийся шлак стекает в горн и скапливается над слоем чугуна, так как имеет меньшую, чем чугун, плотность.

По мере образования и  накапливания чугун и шлак выпускают  из горна в чугуновозные ковши  и шлаковозные чаши - чугун через 3...4 ч из летки 3 (см. рис. 6.1), а шлак через 1... 1,5 ч из летки 18.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

В современном гражданском, промышленном, строительстве - широко используют чугунные изделия. Среди них в первую очередь  следует назвать санитарно-технические  изделия и оборудование, например отопительные радиаторы, ванны, мойки, вентили. Чугунные трубы применяют  для стояков санитарно-технических  кабин, канализационных сетей, для  отвода промышленных вод и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть вторая. Практическое задание.

 

1. Подобрать режим ручной  дуговой сварки двухстороннего  углового шва таврового соединения  качественными электродами, в  том числе:

тип электродов;

диаметр электродов;

силу сварочного тока;

скорость сварки;

чистое время выполнения сварки;

расход электродов.

2. Показать эскиз соединения с необходимыми размерами

 

Исходные данные:

Группа  строительных  конструкций,  –  2

К_э =1,5 – коэффициент расхода электродов.

Климатический  район  –   II₄, 

К_f (катет углового шва в мм)  – 6 мм.

L_ш (длина шва, м.)  – 0,4

К_н ( коэффициент наплавки, г/(А·ч).)  – 11 А·ч

Сталь (марка стали).  –  C255

 

Порядок подбора  режима сварки:

1. Тип покрытых электродов  по  ГОСТ 9467–75*–  Э46

2. Диаметр электродов для  углового шва с катетом 6 мм d_э = 5 мм

3. Силу сварочного тока;  Jд = 46 * 5 = 230 A

4. Скорость сварки;  ;  γ = 7850 кг/м³

  а)     F = К_f²/2  = 6²/2 = 36 / 2 = 18 – площадь поперечного сечения шва см .

  б) 

6. Время горения дуги - t = L_ш/v, (определить в часах).

   t =  0.4 / 17,9 = 0.02 ч

7. Расход электродов.

   a) Количество наплавленного металла - G_н = _{(определить в кг)}

    G_н = = 50,6 г   (0,05 кг)

  б) Расход электродов для одностороннего шва –

    =    (0,075 кг)

  в) Расход электродов для двухстороннего шва – =