На тему: Производство чугуна
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Технологические процессы в машиностроении
На тему: Производство чугуна
Выполнил:
Вахрушев Александр
Студент группы
СП 41-о
Проверил:
Преподаватель
Васичкина Н.В.
Новоуральск, 2017
Содержание:
| Введение | |
| 1. Производство чугуна | |
| 1.1 Доменное производство чугуна | |
| 1.2 Производство высокопрочного чугуна | |
| 1.3 Особенности производства чугуна | |
| 1.4 Топливо для плавки. | |
| 1.5 Руды для плавки. | |
| 1.6 Подготовка руды к плавке. | |
| 2. Устройство доменной печи | |
| 2.1 Конструкция печи | |
| 2.2 Принцип работы доменной печи | |
| 2.3 Дополнительные элементы доменной печи | |
| 3. Разновидность чугуна | |
| 3.1 Белый чугун. | |
| 3.2 Половинчатый чугун. | |
| 3.3 Серый чугун. | |
| 3.4 Высокопрочный чугун. | |
| 3.5 Ковкий чугун. | |
| 4. Области применения чугуна | |
| Заключение | |
| Список литературы | |
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: рассмотрение производства чугуна.
Задачи:
1. Выявить области применения чугуна.
2. Изучить разновидности чугуна.
3. Рассмотреть принципы работы при изготовлении чугуна
4. Исследовать устройство и принцип работы доменных печей.
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.
Топливо для плавки
Как было отмечено выше, в качестве топлива используют кокс. Но, помимо этого, допустимо использование мазута, угольной пыли и природного, а также коксового газов. Тем не менее практически всегда в качестве основного горючего применяют именно кокс. Это вещество, которое образуется при удалении летучих газов из угля при температуре от 900 до 1 200 градусов. Сегодня это единственный вид твердого топлива, который сохраняет свою исходную форму во время движения от колошника к горну. В принципе, к этому материалу выдвигаются жесткие требования, которые касаются механической прочности и жесткости, что нужно для восприятия больших нагрузок в нижней части доменной печи. Крайне важно выдерживать фракцию кокса. Слишком мелкие частицы способствуют газопроницаемости шихты, а слишком большие разрушаются и образуют мелкую фракцию. Помимо этого, необходимо соблюдать определенный процент влажности, что нужно для поддержания теплового режима.
Руды для плавки
В земной коре довольно много железа, однако в чистом виде оно не встречается, его всегда добывают с горными породами в виде различных соединений. Железной рудой можно называть только те породы, из которых с экономической точки зрения выгодно добывать железо посредством плавления в печи. В природе существуют богатые и бедные железные руды. Если говорить с точки зрения металлургической промышленности, то в руде есть ряд полезных добавок, которые необходимы при получении чугуна, – это хром, никель, марганец и другие. Есть и вредные включения: сера, фосфор, медь и т.п. Кроме того, железная руда может делиться на несколько групп в зависимости от минерала:
· красный железняк – 70% железа, 30% кислорода;
· магнитный железняк – 72,4% железа, 27,6% кислорода;
· бурый железняк – до 60% железа;
· шпатовый железняк – до 48,3 % железа
Рис.6
Логично было бы сделать вывод, что доменное производство чугуна должно предусматривать использование руды из второй группы. Но самой распространенной является первая, поэтому ее чаще и применяют.
Подготовка руды к плавке
Нельзя добыть железную руду из земли и тут же забросить ее в загрузочное устройство доменной печи. Сначала необходимо несколько улучшить технико-экономические показатели, что позволит использовать для получения чугуна относительно бедные руды, которых в земной коре значительно больше. К примеру, увеличение железа в руде всего на 1% приводит к экономии кокса на 2% и к увеличению производительности ДП на 2,5%. На первом этапе руда дробится на фракции, а дальше проходит грохочение. Последнее мероприятие необходимо для разделения железной руды по крупности. Дальше идет усреднение, где выравнивается химический состав. Один из самых важных и сложных этапов – обогащение. Суть процесса заключается в удалении пустых пород с целью увеличения содержания в руде железа. Обычно обогащение проходит в два этапа. Заключительным этапом является окускование, которое нужно для улучшения протекания плавки в доменной печи.
Устройство доменной печи
Конструкция печи
Верхняя часть доменной печи называется колошником. Он оборудован газоотводами, служащими для удаления колошникового газа. Сюда посредством специального засыпного аппарата загружается сырье.
Под колошником располагается шахта, имеющая вид усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма позволяет упростить процесс поступления в нее сырья из колошника. В шахте специальным образом подготавливается исходное сырье из окислов руды восстанавливается железо.
Самая широкая часть доменной печи носит название распар. Здесь плавится пустая порода флюса и руды, за счет чего из них получается шлак.
Следующая часть печи представляет собой усеченный конус, расширяющийся кверху. Называется она заплечики. В этом отделении конструкции заканчивается шлакообразование, оставляя в нем некоторое количество флюса и твердого топлива.
Горение поступившего сверху топлива происходит в горне. Он также служит для накопления чугуна и шлака, которые находятся в жидком состоянии.
Чтобы происходило сжигание топлива, необходим горячий воздух. Он поступает в печь от воздухонагревателей посредством кольцевого воздуховода, проходя через фурмы. Дно горна, носящее наименование лещадь, располагается на массивном фундаменте из железобетона. Здесь происходит накапливание шлака и чугуна. По окончании процесса плавки чугун и шлак выпускаются по специальным желобам через летки, предназначенные для этого, в ковши.
Разновидность чугуна
Рис.10
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.
Интенсивнее всего на твердость белого чугуна влияет углерод, который, собственно, и определяет количество карбидов.
Остальные элементы, оказывающие воздействие на его твердость, располагаются в такой последовательности (по убывающей): никель, фосфор, марганец, хром, молибден, ванадий, кремний, медь, титан, сера.
Такие элементы, как Ni, Mn, Cr, непосредственно участвуют в образовании мартенситно-карбидной структуры. Если их суммарное содержание примерно равно доле углерода, отливка белого чугуна имеет максимальную твердость.
Для белого чугуна характерно отсутствие прямой зависимости между твердостью и износостойкостью; в данном случае это разные качества. Износостойкость является определяющей характеристикой, и наилучшими ее показателями обладает белый чугун с особым строением металлической массы, в которой карбиды и фосфиды располагаются в виде отдельных равномерных включений или графически правильной сетки. Белый чугун нашел широкое применение в производстве деталей станков, оборудования и механизмов, работающих в условиях повышенного абразивного износа, при отсутствии смазки.
Легированный белый чугун обладает наряду с жаропрочностью и стойкостью к коррозии, еще и электросопротивлением. Эти характеристики обусловлены структурой его металлической массы, которая может быть карбидно-перлитной, карбидно-аустенитной и иметь в своем составе легированный феррит. Иными словами, качество отливки напрямую зависит от состава легирующих элементов и их концентрации. В большинстве случаев именно хром является главным легирующим элементом, образующим карбиды хрома и железа и связывающим углерод.
Половинчатый чугун
В структуре половинчатых чугунов содержатся одновременно и графит, и включения карбидов. Большое многообразие половинчатых чугунов обусловлено тем, что в их структуре могут сочетаться графитные включения разной формы (от пластинчатой до шаровидной) с включениями карбидов различных видов (М3С, М7С3, М23С6, МС, М6С и др.) и разной термодинамической стабильности (от неустойчивого цементита до высоко устойчивых карбидов легирующих элементов). Наиболее перспективны для практического использования половинчатые чугуны с карбидами М3С (стабилизированными хромом), М7С3 (при повышенном содержании хрома) и МС (при легировании ванадием). Наличие необходимого количества графита в структуре половинчатых чугунов обычно обеспечивается достаточным содержанием в них углерода и кремния. В связи с этим наибольшее применение могут найти хромо-кремниевые и ванадиево-кремниевые чугуны.
Хромо-кремневые ПЧ рекомендуется использовать как износостойкий, антифрикционный, жаропрочный, а в некоторых случаях и термостойкий материал. Из них можно изготавливать детали пресс-форм стекловыраба-тывающих машин, плунжерных пар машин литья под давлением, штампов горячего деформирования и др.
Половинчатые хромо-кремневые чугуны. В структуре хромо-кремние-вых ПЧ имеются карбиды в виде легированного цементита или карбида М7С3. Образованию карбида М7С3 способствует легирование чугуна кремнием и небольшими добавками ванадия. Чтобы повысить устойчивость половинчатой структуры и обеспечить высокую дисперсность включений карбидов, чугун рекомендуется дополнительно легировать медью в количестве 0,8-1,5%. При необходимости сфероидизация включений графита может быть осуществлена с использованием тех же модификаторов, что и при получении высокопрочного чугуна.
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.
Часто в процессе сварки происходит отбеливание чугуна, что придает ему высокую твердость и хрупкость в зоне сварки и делает его совершенно непригодным для механической обработки после сварки.
Встречаются сорта чугуна, практически совершенно не поддающиеся сварке, например так называемый горелый серый чугун, подвергавшийся длительному воздействию высокой температуры, кислот, пара и т. п.
Высокопрочный чугун
Чугун с шаровидным графитом принципиально отличается от других своих «собратьев» тем, что в нем содержится графит шаровидной формы. Количество графитных включений и их линейные размеры могут быть различными. Это вид чугуна по существу также является серым, но графит в нем имеет не пластинчатую, а почти правильную шаровидную форму. Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжения, чем пластинчатый, и поэтому меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Их получают модифицированием расплава магнием. Магний сводят в жидкий чугун перед разливкой в количестве 0,03-0,07%. По своим механическим свойствам (прочности, ударной вязкости) высокопрочные чугуны приближаются к сталям, сохраняя при этом хорошие литейные свойства, способность легко обрабатываться резанием, гасить вибрации, высокую износостойкость. Из этих чугунов отливают шестерни, цилиндры, коленчатые валы, поршни и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.
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. Такие выделения ослабляют металлическую основу меньше, чем пластинчатые, но больше, чем шаровидные. Поэтому по своей прочности ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным. Пластичность ковкого чугуна выше, чем у серого, но меньше, чем у высокопрочного.
Для получения ковкого чугуна вначале получают отливки белого чугуна, применяя рассмотренные выше приемы, устраняющие графитизацию (быстрое охлаждение, невысокое содержание углерода и кремния). Полученные отливки (структура – перлит + вторичный цементит + ледебурит) подвергают специальному графитизирующему обжигу. Для этого их медленно (20-25 ч) нагревают до 930-1000оС (выше эвтектоидной, но ниже эвтектической температуры) и выдерживают при этой температуре 10-13 ч. В результате нагрева получают аустенит и цементит; последний, однако, является неустойчивым и при длительной выдержке распадается на аустенит и хлопьевидный графит. Далее отливки медленно охлаждают, при этом происходит распад вторичного цементита, образующийся графит присоединяется к уже имеющемуся. При температуре немного ниже эвтектоидной (720-740оС) проводят вторую длительную выдержку, в процессе которой образовавшийся эвтектоидный цементит (цементит, входящий в состав перлита) распадается, давая феррит и дополнительное количество графита. В результате структура чугуна получается полностью равновесной, т.е. состоящей из феррита и графита.
Если после выдержки при 950-1000оС чугуны охладить ускоренно (например, на воздухе), то графитизация эвтектоидного цементита не успеет пройти, и металлическая основа чугуна будет перлитной. Используя промежуточный режим охлаждения, можно получить ферритно-перлитную основу.
Ковкие чугуны обладают хорошим сочетанием прочности и пластичности. При этом ферритные чугуны имеют более высокую пластичность, а перлитные – более высокую прочность, твердость и износостойкость. Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры, редукторы, муфты и т.п.)
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. На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 80 % общего производства чугунных отливок. Серый чугун отличается высокими литейными свойствами (для него свойственна низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и поэтому служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров. Серый чугун отличается высокими литейными свойствами (для него свойственна низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и поэтому служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.
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.
Заключение
В ходе выполнения работы было рассмотрено производство чугуна и выявлен основной способ его получения, виды топлива и материал, использующийся для создания различных видов чугуна. Были изучены этапы производства, назначение каждой операции, исследовано устройство и принцип работы доменной печи, основные виды вспомогательных устройств. После было изучено, какие существуют разновидности чугуна, их особенности и области применения.
Список литературы
Н. Н. Кропивницкий. - Ленинград : Лениздат, 1973. - 463 с. - (в пер.) : 1.12
http://fb.ru/article/258527/vidyi-chuguna-klassifikatsiya-sostav-svoystva-markirovka-i-primenenie
http://www.kakprosto.ru/kak-869864-gde-ispolzuyut-chugun
http://1poteply.ru/pechi/ustrojstvo-domennyh-pechej.html#oglavlenie0
https://www.syl.ru/article/169157/new_proizvodstvo-chuguna-marki-chuguna-tehnologiya-proizvodstva#image636898
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Технологические процессы в машиностроении
На тему: Производство чугуна
Выполнил:
Вахрушев Александр
Студент группы
СП 41-о
Проверил:
Преподаватель
Васичкина Н.В.
Новоуральск, 2017
Содержание:
| Введение | |
| 1. Производство чугуна | |
| 1.1 Доменное производство чугуна | |
| 1.2 Производство высокопрочного чугуна | |
| 1.3 Особенности производства чугуна | |
| 1.4 Топливо для плавки. | |
| 1.5 Руды для плавки. | |
| 1.6 Подготовка руды к плавке. | |
| 2. Устройство доменной печи | |
| 2.1 Конструкция печи | |
| 2.2 Принцип работы доменной печи | |
| 2.3 Дополнительные элементы доменной печи | |
| 3. Разновидность чугуна | |
| 3.1 Белый чугун. | |
| 3.2 Половинчатый чугун. | |
| 3.3 Серый чугун. | |
| 3.4 Высокопрочный чугун. | |
| 3.5 Ковкий чугун. | |
| 4. Области применения чугуна | |
| Заключение | |
| Список литературы | |
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: рассмотрение производства чугуна.
Задачи:
1. Выявить области применения чугуна.
2. Изучить разновидности чугуна.
3. Рассмотреть принципы работы при изготовлении чугуна
4. Исследовать устройство и принцип работы доменных печей.
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.