МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет водного господарства
та природокористуванняКафедра „Автомобілі, автомобільне господарство і технологія металів”
КОНТРОЛЬНА РОБОТА №2
з курсу
„Матеріалознавство ітехнологія конструкційних матеріалів”
Розділи:
„ОСНОВИ МЕТАЛУРГІЙНОГОВИРОБНИЦТВА”, „ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА”Рівне2009
Опишіть будовуі принцип роботи доменної печі і вкажіть, які фізико-хімічні процеси протікаютьв різних зонах печі
Виробництво чавуну.
Чавун одержують у доменних печах з руд шляхом відновлення заліза і насиченняйого вуглецем і іншими елементами. Основна маса чавуну (більш 80%) використовуєтьсядля виплавки сталі. Основними вихідними матеріалами для виробництва чавуну вдоменній печі є червоні, магнітні, бурі і шпатові залізняки, марганцеві руди,паливо і флюс.
Будова доменної печі.
Доменна піч являє собою вертикальну плавильну піч шахтного типу. Свою назвудоменні печі одержали від раніше застосовуваних в Росії (VIII-IX століття) шахтнихпечей, що називалися домницями.
Доменна піч є могутнім і високопродуктивним агрегатом з корисним обсягомпечі 3000—5000 м3 і продуктивністю більш 5000 т чавуну в добу.Корисна висота таких печей досягає 30 м і більш. Доменна піч (рис. 1) зовніукладена в сталевий кожух, а усередині футерована вогнетривкою (шамотною)цеглою. Внутрішній обрис печі називається її профілем. При цьому варторозрізняти колошник І, шахту ІІ, розпар ІІІ, заплічики IV і горн V.
Колошник обладнаний литими сталевими сегментами 3, що захищають вогнетривкуфутеровку від руйнування при ударах шихти, що завантажується в піч.
У верхній частині печі є завантажувальний пристрій, що складається з прийомноїлійки 7, малого конуса 5, розподільного пристрою 6 і великого конуса 4 з лійкою10. Сирі матеріали (шихта) подаються на колошник по похилому мосту 9 двомаскіпами 8. Зі скіпа матеріали спочатку попадають на малий конус, що для забезпеченнябільш рівномірного завантаження шихти у великий конус повертається навколо осіштанги. Малий і великий конуси опускаються не одночасно, щоб запобігти викидудоменних газів з печі в атмосферу У великий конус через малий конус засипаютькілька скіпів шихтових матеріалів, що утворюють так звану колошу. У процесіопускання великого конуса колоша падає в піч. Рудну частину шихти і коксзавантажують роздільно, тому в печі утвориться два шари — коксу і рудної частини.
У нижній частині печі знаходяться фурменні пристрої 2, через які вдуваютьу піч нагріте повітря або повітря, збагачене киснем, а також іноді газоподібне,рідке або пилоподібне паливо для економії коксу.
/>
Рис. 1. Доменна піч
Чавун і шлак безупинно стікають вниз і періодично випускаються через чавуннульотку 1 і шлакову льотку 11.
Процес доменної плавки безперервний, а завантаження шихтових матеріалів івипуск чавуна і шлаку виробляються періодично по установленому режиму. Вихідніматеріали надходять у доменну піч зверху, а в нижню частину печі через фурмиподаються нагріте повітря або повітря, збагачений киснем, а також газоподібнепаливо. Гази, що утворяться при згорянні палива, піднімаються назустрічопускаються шихтовим матеріалам, нагрівають них, відновлюють і плавлять. Такимчином, піч працює за принципом протитоку, що, природно, дозволяє більш повновикористовувати тепло.
При нормальній роботі доменної печі у всіх її зонах установлюєтьсявизначена температура й у них відбуваються різні фізико-хімічні процеси горінняпалива, видалення вологи, розкладання вапняку, відновлення заліза й іншихелементів, плавлення і навуглецевування заліза, утворення чавуну і шлаку.
Опустившись до рівня фурм, кокс згоряє у струмені підігрітого до1100—1300° С повітря або повітря, збагаченого киснем (до 30—35%), подаваного впіч через фурми під тиском 150—200 кН/м2 (1,5— 2 ат). Процес горінняпалива йде з великим виділенням тепла.
Продукти доменного плавлення.
Продуктами доменного виробництва є чавун, шлак і доменний газ.
Чавун виплавляють у залежності від призначення трьох сортів: передільний,ливарний і спеціальний (феросплави). Передільний чавун йде на переробку всталь, виробництво його складає більш 80%.
Ливарний чавун призначається для одержання усіляких фасонних виливків.Його виплавляється близько 16% від усього виробництва чавуна. Він містить підвищенукількість кремнію, що поліпшує ливарні властивості чавуна.
Доменні феросплави застосовують при виробництві сталі (як присадки і длярозкислення) у сталеплавильних печах і при виробництві чавуна у вагранках. Їхвиплавляють приблизно 4% від усього виробництва чавуна. Феросплавивідрізняються від передільних і ливарних чавунів підвищеним вмістом марганцю ікремнію. До них відносяться феромарганець доменний, утримуючий 70—75% Мn і 2% Si, дзеркальний чавун (іздзеркальним блиском у зламі), що містить 10— 25% Мn і до 2% Si, феросиліцій доменний,утримуючий 9—13% Si і 3% Мn.
Доменні шлаки, що утворяться при плавці чавуна, звичайно піддають грануляціїводою для одержання дрібнозернистої маси. Оброблені зазначеним методом шлакивикористовують для виготовлення цементу, цегли, шлакоблоків і інших будівельнихматеріалів.
Доменний газ після очищення від пилу використовують як газоподібне паливов повітронагрівачах для опалення різних печей, нагрівання ковшів і ін.
Доменна піч працює безупинно 5—6 років і більше з моменту пуску до черговогокапітального ремонту.
Зупинка печі відбувається головним чином через вигоряння вогнетривкої кладки.Для контролю товщини кладки використовують радіоактивний ізотоп кобальту 60Со.При будівництві або ремонті доменної печі в найбільш уразливі частини кладкизашпаровують зазначений ізотоп кобальту. У процесі експлуатації печі періодичнодо місць, де замурований 60Со, підносять лічильник Гейгера, за допомогоюякого можна знайти γ-випромінювання. Коли кладка вигорить до визначеної товщини,60Со розплавиться в чавуні і піде разом з ним з печі; у цьомувипадку випромінювання не буде. Реєструєме при цьому ослаблення або повне зникненняγ-випромінювання дозволяє установити термін зупинки печі на капітальнийремонт.
Схарактеризуйтевимоги, які ставлять до формувальних і стержневих сумішей, і запишіть, з якихкомпонентів вони складаються
доменнапіч плавлення
Формувальні і стержневі суміші.
Формувальні суміші застосовують для виготовлення піщаних форм, а стержневі— для виготовлення стержнів, встановлюваних у зазначені форми.
Вихідні формувальні матеріали.
Вихідними матеріалами для виготовлення формувальних сумішей служатьформувальні піски і глини. Формувальні піски добувають у піщаних кар'єрах і класифікуютьза ГОСТом. У залежності від вмісту глинистих складових кварцові піски поділяютьсяна кілька класів: кварцові К (до 2% глини), тощі Т (2—10% глини), напівжирні П(10—20% глини), жирні Ж {20—30% глини) і дуже жирні ОЖ (30— 50% глини). Іншоюкласифікаційною ознакою пісків по тому ж ГОСТу є його зерновий склад, щовизначається методом ситового аналізу.
Піски підрозділяють по величині зерен: грубий (1,0—0,4 мм), дуже великий(0,63—0,315 мм), великий (0,4—0,2 мм), середній (0,315—0,16 мм), дрібний (0,2—0,1 мм), дуже дрібний (0,16—0,063 мм), тонкий (0,1 — 0,05 мм), пилоподібний(0,063—0,05 мм). Для зв'язування зерен піску у формувальні суміші додаютьглини, каолінітові (позначаються буквою К) або монтморилонітові (позначаютьсябуквою М).
Монтморилонітові (бентонітні) глини володіють високою сполучною здатністюу вологому стані.
У зв'язку з тим що піщано-глинисті формувальні і стержневі сумішіволодіють рядом недоліків (поганою піддатливістю і газопроникністю й ін.), уних замість глини вводять зв'язувальні речовини (сульфідно-спиртову барду,різні смоли, пеки, бітуми, рідке скло й ін.).
Оптимальна кількість вводиться в суміш сполучних визначається за ГОСТ абопо ТУ.
З неорганічних сполучних застосовують рідке скло (водний розчин силікатунатрію Na2O-m-Si2, де m коливається від 2 до 3). Головноюхарактеристикою рідкого скла є модуль, що представляє собою відношення числаграм-молекул двоокису кремнію до числа грам-молекул окису натрію
/>
Чим більше модуль, тим вище міцність сумішей у вологому стані і нижче в сухомустані.
Крім сполучних матеріалів, що забезпечують необхідну міцність, у формувальніі стрижневі суміші вводять різні добавки, що додають сумішам необхідні властивості.
Пісок застосовується попередньо висушеної і просіяний. Глину і твердідобавки сушать, дроблять і просівають. Для сушіння піску застосовують печібарабанного типу і високопродуктивні апарати киплячого шару.
Формувальні суміші. Їх приготування і властивості.
Формувальні суміші служать для виготовлення піщаних форм і застосовуютьсятрьох типів: єдині, лицювальні і наповнювальні. Єдині суміші використовують умасовому виробництві, а лицювальні і наповнювальні — в індивідуальному виробництві.При цьому спочатку на поверхню моделі наносять лицювальну суміш, а потім наповнювальноюсумішшю заповнюють іншу частину форми.
Вибір складу формувальної суміші залежить головним чином від сплаву, зякого будуть виготовляти відливки, а, також від того, які форми застосовуються:сухі або сирі. Найбільше застосування одержали сирі форми, тому що цеекономічно більш вигідно. Сухі форми використовують для виготовлення великихабо складних за формою виливків.
Для одержання якісних виливків у сирих формах необхідно знати залежністьвластивостей формувальної суміші від її складу. Так, наприклад, чим, більше в сумішіглини, тим газопроникність нижче, але вище міцність; підвищена вологість (більш6%) збільшує пластичність і міцність суміші, але знижує її газопроникність ізбільшує газотворність суміші.
/>
Рис. 2. Змішувальні бігуни з горизонтальними катками: — чаша; 2 —вертикальний вал; 3 — траверси; 4—маятники; 5—катки; 6 —шарніри; 7 —плужки; 8 —люк для видалення суміші
/>
Рис. 3. Схема аератора; 1 — обертовий вал; 2 —лопатки, укріплені навалові й відкидаючі формувальні суміші; 3 — ґрати; 4 — завантажувальна воронкадля формувальної суміші
Технологічний процес приготування формувальних сумішей полягає в перемішуванніскладових компонентів суміші з наступним її вистоюванням і розпушенням.Перемішування виробляється в бігунах, що змішують, (рис. 2). Час перемішуванняскладає для єдиної суміші 3—5 хв., для наповнювальної суміші близько 3 хв. ідля лицювальної суміші 6—10 хв. Потім формувальні суміші завантажують у бункери,де вистоюються протягом декількох годин для рівномірного розподілу вологи. Передподачею у формувальне відділення суміш розпушують аераторами (рис. 3) абопересувними стрічковими розпушувачами. Підготування вихідних матеріалів іготування формувальних сумішей виробляється в землеприготовлювальному відділенні.
Приготовлені формувальні суміші повинні володіти наступними основнимивластивостями:
- достатньоюміцністю, протистояти зусиллям, що руйнують, під час виготовлення ітранспортування форм, а також тискові рідкого металу при заливанні, гарноюгазопроникністю (пропускати гази після заливання металу у форму);
- низкоюгазотворністью (не виділяти гази при високих температурах), пластичністю (добреформуватися і давати чіткий відбиток від моделі), піддатливістю (неперешкоджати усадці металу при затвердінні виливка), вогнетривкістю (нерозм'якшуватися і не розплавлятися під дією високої температури рідкого металу,що заливається у форму), довговічністю (зберігати свої якості при повторнихуживаннях), вибиваємістю (легко руйнуватися і вибиватися з опок).
Горіла, відпрацьована суміш, вибита з опок перед повторним використанням,піддається переробці, що складається з охолодження, відділення металевих включень- (бризів металу, каркасів стрижнів, шматків холодильників), роздрібнення іпросівання. Для видалення металевих часток застосовують магнітний сепаратор, адля просівання — сита барабанного типу. Для розминання твердих грудок суміші,що утворяться після вибивання сухих форм, застосовуються гладкі валки.
Потім, для додання формувальної суміші зазначених вище властивостей, унеї вводять необхідну кількість свіжих матеріалів (пісок, глину й ін.) і води,після чого суміш ретельно перемішується в бігунах, що змішують. .
Зразковий склад формувальної суміші для чавунного лиття: 8—10% глини,0,5—1% кам'яного вугілля, 4—6% води, інше кварцовий пісок.
Властивості такої суміші наступні: газопроникність 80—100 см/хв, межа міцностіпри стиску сирих зразків 0,4— 0,6 кгс/см2.
У даний час процес переробка й готування формувальних сумішей у ливарнихцехах серійного й масового виробництва автоматизований,
Стержневі суміші. Їх приготування і властивості.
Стержневі суміші служать для виготовлення піщаних стержнів. Склад і властивостістержневих сумішей залежать від їхнього призначення.
Зразковий склад стержневої суміші для виготовлення нескладних за формою стержнів:кварцовий пісок 90—92%, глина 4—6%, сульфітна барда (щільністю 1,27 г/см3)2—3%, вода 3—4%.
Властивості такої суміші наступні: газопроникність не менш 70 см/хв, межаміцності при стиску в сирому стані 0,15— 0,25 кгс/см2, межа міцностіпри розтяганні в сухому стані 4—5 кгс/см2.
Процес готування стержневих сумішей полягає в перемішуванні складовихкомпонентів суміші в бігунах, що змішують, протягом 10—12 хв і наступному вистоюванніїї в бункерах. Готування сумішей проводиться в землеприготувальному відділенні.Звідси готова суміш транспортується у відділення виготовлення стержнів.
Спеціальні формувальні і стержневі суміші.
Крім піщано-глинистих сумішей, у ливарному виробництві застосовують спеціальнісуміші. У них кварцові піски замінені високотеплопровідними матеріалами.Наприклад, для виготовлення лицювальних сумішей при литті великих і складнихсталевих виливків застосовують хроміт і хромомагнезит. Формувальні і стрижневісуміші з рідким склом (самотвердіючі) широко використовують для виливків зі сталі,чавуна, мідних і алюмінієвих сплавів.
Ці суміші мають наступний склад: 95—97% пісок кварцовий; 3—5% глина; 5—7%рідке скло. Вологість сумішей 3—4,5%.
Такі суміші мають високу газопроникність (100—150 см/хв) і забезпечуютьодержання сталевих виливків без пригару. Процес тверднення сумішей з рідкимсклом можна робити трьома способами:
1) сушінням;
2) продувкою С02;
3) витримкою на повітрі при кімнатній температурі.
Межа міцності сумішей складає, кгс/см2: у сирому стані0,15—0,30; після сушіння — до 20, після продувки З2—3—5. До недоліків цихсумішей відноситься: важка вибиваємость і велика гігроскопічність. Фарбинамагаються наносити на гарячі стержні і форми відразу після сушіння.
В останні роки набули широкого застосування фарби на основі циркону, щоволодіє високої вогнетривкістю (плавиться близько 2000° С), теплоакумулюючоюздатністю, не взаємодіючого з окислами металу, що дозволяє одержувати сталевівиливки з чистою поверхнею.
Допоміжні матеріали.
До допоміжних матеріалів відносяться різні припили і фарби, що усуваютьпригар і дозволяють одержувати виливки з чистою поверхнею. Припили робочої поверхнізастосовують при заливанні форм у сирому стані, а фарби наносять на сухі стержніі форми. Припилом для форм сталевих виливків служить пилоподібний кварц, а дляформ великих чавунних товстостінних виливків — сріблистий графіт. До складупротивопригарних фарб входять вогнетривкі зв’язувальні матеріали і спеціальнідобавки, що зменшують розшарування фарб.
Література
1. 032-90Методичні вказівки і контрольні завдання з курсу „Матеріалознавство ітехнологія конструкційних матеріалів” для студентів спеціальностей 7.091903 та7.090215 заочної форми навчання. /Кім Є.К. – Рівне: УДАВГ, 1997. – 30с.
2. ГуляевА.П. Металловедение. 5-е изд., перераб. и доп. – М.: „Металлургия”, 1977. – 647с.
3. Казаков Н.Ф.,Осокин А.М., Шишкова А.П. Технология металлов и других конструкционныхматериалов: Учеб. пособие. – М.: «Металлургия», 1975. – 690 с.
4. Гуревич Д.Ф., Зуев А.А. Эксплуатацияоборудования ремонтных мастерских. Л., «Колос» (Ленингр. отделение), 1975, — 367 с.