Основные способы производства стали

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Основы производства, эксплуатационно-технические свойства металлов.

1.1. Основные технологические операции.

1.2. Основные способы производства стали.

1.3. Цветные металлы.

2. Применение метала в строительстве.

Основы производства, эксплуатационно-технические свойства металлов

Металлы - группа химических элементов, материалы из которых отличаются твердостью, пластичностью (ковкостью), хорошей электропроводностью и теплопроводностью, непрозрачностью и характерным блеском.

Строительные материалы и изделия из металлов применяются как конструкционные, конструкционно-отделочные и отделочные.

МЕТАЛЛЫ

Черные Цветные

чугун (С>2.14%-4%) алюминий, медь, цинк, свинец,

Олово, никель, титан,

сталь(С %),железо вольфрам, ванадий.

Основным сырьевым компонентом являются рудные горные породы (красный - железняк Fe₂O₃, магнитный - Fe₃O₄, бурый - 2Fe₂O₃x3H₂O, шпатовый железняк - FeCO₃).

В руде кроме железа имеется так называемая пустая порода(30-70%). В алюминиевых рудах (бокситах) содержатся 50-60% оксида алюминия (глинозема).

1.1. Основные технологические операции

1. Обработка сырья

2. Плавка (Рис.1)

3. Формование

Рис.1

Обработка сырья предполагает дробление, промывку, обогащение руд.

При производстве чугуна кроме железной руды используется

· агломерат, получаемый спеканием руды с известняком;

· флюсы - известняк или доломит (для понижения температуры плавления пустой породы, содержащейся в руде и для перевода ее из зоны отлива в шлак).

Эти компоненты повышают эффективность процесса производства в доменных печах (вертикальная шахта высотой до 30м и объемом до 5000м³), в качестве топлива используют кокс.

Руду, агломерат, флюсы, кокс загружают в домну слоями, которые постепенно продвигаются вниз под влиянием собственной массы (снизу подается горячий воздух).

Горение кокса поддерживается воздухом, предварительно подогретым до температуры 600-900С⁰ в воздухонагревателях.

Образующийся под давлением оксид углерода восстанавливает чистое железо, одновременно восстанавливаются содержащиеся в руде марганец, сера, кремний. В результате процесса науглероживания железа содержание углерода в чугуне повышается до 3-4 %. Образовавшийся чугун плавится и стекает в горн печи.

Чугун

Передельный (80-90% ) Литейный

(для производства стали) (для литья различных деталей)

Основные способы производства стали

1. Кислородно-конвекторный – производится в конвекторах – стальных футерованных сосудах объемом V= 100-350 тонн (жидкий чугун продувается кислородом с углекислым газом или водяным паром. Процесс плавки менее 30 мин).

2. Мартеновский. Из передельного чугуна и стального лома. В качестве топлива используется: предварительно разогретая воздушно-газовая смесь. Объем равен 500-800 тонн. Плавка 4-8 часов.( рис. 2,3)

	Рис. 2

Рис. 3

3. Электроплавильный. Этим способом получают высококачественные специальные: стали (объем печи 400 тонн, перерабатывается стальной лом, жидкие стали из мартеновских печей или конвекторов).

Основы технологии получения наиболее широко используемого в строительстве цветного металла алюминиясвязаны с:

1) выделением оксида алюминия из алюминиевых руд щелочным, кислотным, электротермическим или комбинированным способом.

2) получением первичного металла (чистого алюминия) электролизом оксидаалюминия в специальных электролизных ваннах.

Методом электролитического осаждения получают и другие цветные металлы (магний, медь, цинк, никель).Металлические строительные материалы и строительные изделия определенного профиля получают на стадии формования. В процессе литьяиз расплавленного металла (чугун, сталь, сплавы алюминия и меди) получают отливки, соответствующие по форме и размерам литейным формам. Способом проката получают значительную часть строительных материалов из стали (листы, проволоку и т.д.), а также и из цветных металлов.

Штамповкой и прессованием получают рельефные облицовочные материалы, элементы оборудования.

Термообработка (для снижения структурных неоднородностей, уменьшения напряжений , повышение прочности).

Защитная и декоративная обработка. Цель: лучшие выявления рисунка, тонирование, создание больших рельефных контрастов. Нанесение красок, лаков, получение разнообразной фактуры, обработка давлением, травлением и т.д. Травление – поверхностная, химическая обработка, механическая обработка - полировка.

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением:

- простотой

- в твердом состоянии атомы всех металлов и сплавов располагаются в строгом порядке, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку

Технические металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела, то есть тела, состоящие из большого числа различно ориентированных кристаллов зерен (поперечные размеры зерен 0,001-0,1 мм)

В результате отличные прочностные характеристики (R_y для стали может достигать 1500 МПа, средняя плотность – 7850 кг/м3, Е = 2,06х10⁵ МПа

Металлические строительные материалы отличаются меньшими габаритами и массой. К положительным свойствам относится также пластичность – способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности.

Эстетические свойства металлических строительных материалов оригинальны и регулируются в широких пределах.

Наиболее универсальны металлические конструкции из стали, но строительные материалы из алюминиевых сплавов имеют ряд преимуществ: значительно более высокая коррозионная стойкость в кислой среде (процесс коррозии идет приблизительно в 500 раз медленнее), более высокая технологичность, антимагнитность, отсутствие искрообразования при обработке, более высокая стойкость при низких температурах.

Основной недостаток применяемых металлических конструкций - подверженность коррозии. Для защиты изделий применяют защитные покрытия; электрохимическую защиту; замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды. В строительной практике чаще используют лакокрасочные и другие покрытия поверхности. Защитные покрытия должны быть сплошными и непроницаемыми.

Цветные металлы

Алюминий – γ = 2700 кг/м,³ высокая коррозионная стойкость, легко поддается прокатке, ковке, прессованию.

Предел прочности при растяжении R_раст. = 80-100 МПа (после холодной прокатки до 250 МПа), Е = 0,71х10*5 МПа

В чистом виде алюминий используется в виде пудры для приготовления красок, эмалей и для аллюминирования. В строительных конструкциях чистый алюминий не применяется, а применяются алюминиевые-сплавы с медью, марганцем, цинком, кремнием, магнием.

Двойные сплавы.

алюминий + магний – магналии (используются в мостостроении, так как обладают высокой коррозийной стойкостью)

алюминий + магний + кремний– авиали - красивые декоративно, конструктционные профили

Дюралюмин (дюраль) :

алюминий + медь (3-5%) + магний (0,4-2,4%) + марганец (до 1%)

Медь (Cu) - мягкий, ковкий металл красного цвета с γ =8960 кг/м,³ НВ 350МПа, R_раст.=250 МПа (после наклепа до 450 МПа) используется как кровельный, декоративно-отделочный, скульптурный, также конструкционный материал.

медь + цинк à латунь с пределом прочности R_р = 250-600 МПа и твердостью 500-700 МПа

медь + свинец (другие элементы, кроме цинка и никеля) àбронза с пределом прочности R_р =250-600 МПа и твердостью 600-1600 МПа.

медь + железо + никель+ магний à мельхиор

медь + никель + цинк (или свинец) à нейзильбер («новое серебро» - нем.)

Латунь используется в виде листов для изготовления художественно декоративных изделий (хорошо поддается прокату, штамповке, вытягиванию). Из латуни изготовляют поручни, накладки. В Англии латунь используется в отопительной и водопроводной сети как долговечный материал.

Бронзы :

1)деформируемые (используется для художественной обработки давлением – чеканка, штамповка).

2) литейные (для архитектурных целей и в монументальном искусстве).