Чугун

Курсовая работа Чугун Введение 1. Получение чугуна. Общие сведения. 1. Общие сведения 2. Белые чугуны 3. Серые чугуны 4. Ковкие чугуны 5. Высокопрочные чугуны 6. Чугуны специального назначения 2. Классификация чугунов. Общие сведения. 1. Классификация чугунов 3. Получение чугуна в доменной печи.

3.1 Общая схема и сущность доменного процесса 3.2 Распределение и движение газов и шихты в доменной печи 3.3 Восстановление оксидов металлов 3.4 Образование чугуна и шлака 3.5 Методы интенсификации доменного процесса Список использованной литературы Введение В современном машиностроении применяются различные конструкционные материалы.

Однако и до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов. Например, вес чугунных отливок составляет до 00 веса машин. Это обусловливается простотой и относительной дешевизной изготовления чугунных деталей, хорошими литейными свойствами чугуна, его высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений, способностью гасить вибрацию и т. д. Цель настоящей курсовой работы изучение вопросов по темам

Получение чугуна. Общие сведения. Классификация чугунов. Общие сведения. Получение чугуна в доменной печи. Курсовая работа состоит из трех глав, трех рисунков и двух таблиц. 0. Получение чугуна. Общие сведения. 0. Общие сведения Чугун сплав Fe основа с С обычно 0 0 , содержащий постоянные примеси

Si, Mn, S, Р, а иногда и легирующие элементы Cr, Ni, V. А0 и др. как правило, хрупок. Рис. 0. Фазовая диаграмма стабильного равновесия Fe С Фазовая диаграмма состояния Fe С стабильная представлена на рис. 0 штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные цементита. Температуры плавления чугунов значительно ниже на 000 000

С, чем у стали С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Образование стабильной фазы - графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого твердого раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита

при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС Fe ЗС с образованием феррита и графита. Процесс образования в чугуне стали графита называют графитизацией. Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием с образованием

ломкой стружки и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали кроме автоматных сталей. Присутствие эвтектики в структуре чугунов обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обеспечили широкое применение чугунов в промышленности. Механические свойства чугуна обусловлены, главным образом, количеством и структурными особенностями графитной составляющей. Влияние графитных включений на механические свойства чугуна можно

оценить количественно ГОСТ 0000 00. Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень их изолированности, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Наиболее высокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства. Чугун с пластинчатым графитом можно рассматривать как сталь, в который графит играет роль надрезов,

ослабляющих металлическую основу. Применяемые для отливок чугуны имеют в среднем состав С 0 00o,Si 0.0 00o,Mn 0,0 0.000o,P 0,l l,00o,S 0,000o. Углерод определяет количество графита в чугуне чем выше его содержание, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств хорошей жидкотекучести должно быть не меньше 0,0 С. Кремний оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунов, так

как величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от его содержания. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур. Таким образом, кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна.

Сера и марганец являются вредными технологическими примесями, содержание которых в чугунах ограничивают. Сера ухудшает механические и литейные свойства. И сера, и марганец препятствуют графитизации. Фосфор не влияет на графитизацию, а при повышенном до 0,0 0,0 о содержании повышает износостоикость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики. Самым распространенным видом термообработки чугунов является отжиг отливок при 000 000

С для уменьшения литейных напряжений, которые могут вызвать даже коробление фасонных изделий. Нормализация чугуна проводится для аустенизации ферритной и ферритно-перлитной матриц и последующего перлитного превращения, что обеспечивает упрочнение. Закалку чугуна на мартенсит с нагревом до 000 000 С и охлаждением в воде и масле применяют для повышения прочности и износостойкости.

После закалки проводят низкий отпуск 000 С для уменьшения закалочных напряжений или высокий отпуск 000 000 C для получения микроструктур сорбита или зернистого перлита, обеспечивающих повышенную вязкость. Классификацию чугунов проводят по виду и форме углеродосо-держащей структурной составляющей, то есть по наличию и форме графита. По виду структурной составляющей выделяют чугуны без графита белые чугуны, в которых практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита.

Промежуточное положение занимает половинчатый чугун, большая 0,0 часть углерода которого находится в РезС. Структура половинчатого чугуна перлит, ледебурит и пластинчатый графит. Чугуны с графитом в зависимости от формы последнего разделяют на серые, ковкие и высокопрочные. Серыми называют чугуны, в структуре которых графит имеет пластинчатую форму. В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму, в высокопрочных чугунах -шаровидную.

К числу высокопрочных относят также чугуны с графитом вермикулярной греч. червячок формы, которые по свойствам ГОСТ 0 00 занимают промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с 0.0. Белые чугуны Белые чугуны передельные редко используются в народном хозяйстве в качестве

конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами. Маркировка белых чугунов не установлена.

Разновидностью белых чугунов является отбеленные чугуны. Поверхностные слои изделий из таких чугунов имеют структуру белого или половинчатого чугуна, а сердцевина - серого чугуна. Отбел на некоторую глубину 00 00 мм получают путем быстрого охлаждения поверхности например, отливка чугуна в металлические или песчаные формы. Для снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин, отливки подвергают

нагреву при 000 000 С. Высокая иэносостойкость отбеленных чугунов обусловлена твердостью поверхности, достигающей 000 000 HV. Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др. 0.0. Серые чугуны Структура серого литейного чугуна состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в эту основу. Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой

состояния системы Fe С стабильной. Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов например, алюминий, кальций, церий. Модифицирование металлов введение в металлические расплавы модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых обычно не более десятых долен способствуют созданию дополнительных

искусственных центров кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла. Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при медленном охлаждении во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с небольшим числом изогнутых лепестков.

Металлическая основа серых чугунов формируется из аустенита при эвтектоидном распаде и может быть перлитной, ферритной и ферритно-перлитной. Образование перлита происходит легко, в сравнительно короткий промежуток времени. Для получения ферритного белого чугуна используют изотермическую выдержку при 000 000 С, в результате которой цементит перлита распадается на феррит и пластинчатый графит. Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от

количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ 0000 00 состоят из букв СЧ и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ств, МПа 00. Чугун СЧ00 ферритный СЧ00, СЧ00, СЧ00 ферритно-перлитные чугуны, начиная с СЧ00 перлитные чугуны. На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 00 общего производства

чугунных отливок. Серые чугуны обладают высокими литейными качествами жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме и др хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных деталей. В станкостроении серый чугун является основным конструкционным материалом станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др. в автомобилестроении из ферритно-перлитных чугунов делают картеры,

крышки, тормозные барабаны и др а из перлитных чугунов блоки цилиндров, гильзы, маховики и др. В строительстве серый чугун применяют, главным образом, для изготовления деталей, работающих при сжатии башмаков, колонн, а также санитарно-технических деталей отопительных радиаторов, труб. Значительное количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается туннель метрополитена. Из серого чугуна, содержащего фосфор 0,0 , изготавливают архитектурно-художественные

изделия. 0.0. Ковкие чугуны Ковкие чугуны с хлопьевидной формой графита получают из белых доэвтектических чугунов, подвергая их специальному графитизирующему отжигу. Графитизирующий отжиг белого чугуна основан на метастабильности цементита и состоит обычно из двух стадий рис. 0 С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета,

0000 000 с Рис. 0. Схема отжига белого чугуна на ковкий Первая стадия 000 0000 С подбирается по длительности такой, чтобы весь цементит, находящийся в структуре отливки, распался на аустенит и хлопьевидный графит. Процесс графитообразования облегчается при модифицировании например, алюминием и бором. Чугун, полученный таким образом, называется модифицированным.

На второй стадии графитизирущего отжига при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа ковкого чугуна. В зависимости от режимов охлаждения ковкие чугуны могут иметь перлитную непрерывное охлаждение, ферритную очень медленное охлаждение в интервале 000 000 С или изотермическая выдержка при 000 000 С или ферритно-перлитную сокращение продолжительности второй стадии отжига металлические основы. Для получения в модифицированном ковком чугуне перлитной основы

рекомендуется увеличивать содержание марганца, хрома и некоторых других элементов, которые повышают устойчивость цементита к распаду на феррит и пластинчатый графит в области температур эвтектоидного превращения. Ковкие чугуны с перлитной металлической основой обладают высокими твердостью 000 000 НВ и прочностью Ств 000 000 МПа в сочетании с небольшой пластичностью 0 0,0 0,0 . Ковкий ферритный чугун характеризуется высокой пластичностью 0 00 00 и относительно низкой прочностью

Ств 000 000 МПа. Существенными недостатками графитизирующего отжига чугунов является длительность 00 00 ч отжига отливок и ограничение толщины их стенок. Ковкие чугуны согласно ГОСТ 0000 00 маркируются двумя буквами КЧ ковкий чугун и двумя группами цифр. Первые две цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении 0в, МПа 00, цифры после тире относительному удлинению при растяжении, о.

Чугуны марок КЧЗО 0, КЧЗЗ 0, КЧ00 00, КЧ00 00, имеющие повышенное значение удлинения при растяжении, относятся к ферритным, а марок КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0.0 к перлитным чугунам. Ковкие чугуны, обладая высокими пластическими свойствами, находят применение при изготовлении разнообразных тонкостенных до 00 мм деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках, фланцы, муфты, картеры,

ступицы и др. Масса этих деталей от нескольких граммов до нескольких тонн. Для повышения твердости, износостойкости и прочности изделий из ковкого чугуна иногда применяют нормализацию или закалку. Закалка с последующим высоким отпуском позволяет получить структуру зернистого перлита. 0.0. Высокопрочные чугуны Высокопрочный чугун ЧШГ чугун с шаровидным графитом получают модифицированием жидкими присадками 0,0 0,0 магния от массы обрабатываемой порции чугуна,

0,0 0,0 церия, иттрия и некоторых других элементов. При этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы до 0,00 0,00 . Рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна 0,0 0,0 С 0,0 0,0 Si выбирается в зависимости от толщины стенок отливки чем тоньше стенка, тем больше углерода и кремния. Чтобы избежать образования в высокопрочных чугунах ледебурита, их подвергают графитизирующему

отжигу. Продолжительность такого отжига благодаря повышенному содержанию графити-зирующих элементов углерода, кремния значительно короче, чем при отжиге белого чугуна. Структура высокопрочного чугуна состоит из металлической основы феррит, перлит и включений графита шаровидной формы. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активным концентратором

напряжений. Ферритные чугуны имеют сто,0 000 000 МПа, 0 00 00 о, 000 000 НВ, перлитные ао,0 000 000 МПа, 0 0 0 и 000 000 НВ. Марки высокопрочных чугунов согласно ГОСТ 0000 00 состоят из букв ВЧ и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ста, МПа 00 ВЧ00, ВЧ00, ВЧ00 ферритные чугуны ВЧ00,

ВЧ00, ВЧ00, ВЧ00, ВЧ 000 перлитные чугуны. Высокопрочные чугуны обладают хорошими литейными и потребительскими свойствами обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокая износостоикость и др. свойствами. Они используются для массивных отлив,ок взамен стальных литых и кованых деталей цилиндры, шестерни, коленчатые и распределительные валы и др. Для повышения механических свойств пластичности и вязкости и снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке отжигу, нормализации, закалке

и отпуску. Рекомендуется подвергать чугунные изделия объемной закалке. Образование мелкоигольчатого мартенсита в закаленном поверхностном слое изделий повышает их износостоикость в три и более раз. Для повышения износостойкости применяется также азотирование или азотирование с последующей обдувкой дробью, при котором в поверхностных слоях изделий создаются благоприятные сжимающие напряжения. 0.0. Чугуны специального назначения К этой группе чугунов относятся жаростойкие

ГОСТ 0000 00, жаропрочные и коррозионностойкие ГОСТ 0 00 чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны. .Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легированные кремнием ЧС0 и хромом 0Х00, 0Х00. Эти чугуны обладают жаростойкостью до 000 000С на воздухе, в топочных и генераторных газах. Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны высоколегированный никелевый серый

ЧН00Д0 и с шаровидным графитом ЧН00ДЗШ. К жаропрочным чугунам относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН00ХЗШ и ЧН00Г0Ш. Для повышения жаропрочности чугуны подвергают отжигу с последующим отпуском. После отжига легированные карбиды приобретают форму мелких округлых включений. В качестве коррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием ферросилиды ЧС00, ЧС00, ЧС00 и хромом 0Х00, 0Х00, 0Х00. Они обладают высокой коррозионной стойкостью в серной, азотной

и ряде органических кислот. Для повышения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом 0С00М0, 0С00МЗ антихлоры. Введение в чугун 0,0 0,0 Мо уменьшает склонность к росту зерна, повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при повышенных температурах. Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 0Н00Д0. В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны.

Их используют в тех случаях, когда требуется минимальная потеря мощности крышки масляных выключателей, концевые коробки трансформаторов и др. или когда нужно избегать искажений магнитного поля стойки для магнитов. К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, например, серый чугун марки И0НХ0, легированный никелем и хромом, а также чугуны

И0ХНТ, И0Н0МШ с шаровидным графитом. Из этих чугунов отливают детали двигателей внутреннего сгорания крышки и днища цилиндров, головки поршней и др Антифрикционными чугунами являются серые и высокопрочные чугуны специальных марок. Некоторое применение нашли также ковкие антифрикционные ферритно-перлитные чугуны -А0К-0 и А0К-0. Антифрикционные серые чугуны перлитные чугуны АЧС-0 и АЧС-0 и перлитно-ферритный чугун АЧС-0. Эти чугуны обладают низким коэффициентом трения, зависящим

от соотношения феррита и перлита в основе, а также от количества и формы графита. В перлитных чугунах высокая износостойкость обеспечивается металлической основой, состоящей из тонкого перлита и равномерно распределенной фосфорной эвтектики при наличии изолированных выделений пластинчатого графита. Антифрикционные серые чугуны применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл, чаще в присутствии смазочного материала.

Детали, работающие в паре с закаленными или нормализованными стальными валами, изготавливают из чугунов АЧС-0 и АЧС-0, а для работы в паре с термически необработанными валами применяют чугун АЧС-0. Антифрикционные высокопрочные с шаровидным графитом чугуны ГОСТ 0000 00 изготовляют с перлитной структурой - АЧВ-0 и ферритно-перлитной 00 перлита АЧВ-0. АЧВ-0 используется для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным

или нормализованным валом. АЧВ-0 применяют для пары с валом в состоянии поставки сырым. Главное достоинство антифрикционных чугунов по сравнению с баббитами и антифрикционными бронзами низкая стоимость, а основной недостаток плохая прирабатываемость, что требует точного сопряжения трущихся поверхностей. 0. Классификация чугунов. Общие сведения. 0.0. Классификация чугунов Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд. В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида передельный, идущий на передел в сталь литейный, предназначенный для получения

отливок из чугуна в машиностроении доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве. Передельный чугун подразделяют на три вида 1. Передельный коксовый марки М0, М0, М0, Б0, Б0. 2. Передельный коксовый фосфористый МФ0, МФ0, МФ0. 3. Передельный коксовый высококачественный ПВК0, ПВК0, ПВК0. Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде

направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках. Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок ЛК0 ЛК0. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы. ПО СТРУКТУРЕ чугуны можно разделить на следующие группы

СЕРЫЙ - чугун, в котором углерод находится в виде графита. БЕЛЫЙ - чугун, в котором углерод находится в виде цементита и перлита. По назначению чугуны можно классифицировать так Ковкие Жаростойкие Высокопрочные Антифрикционные. Маркировка чугунов осуществляется путем сочетания букв и цифр. Приняты следующие обозначения Пpимеp СЧ 00-00

С-серый Ч-чугун Первые две цифры - предел прочности при растяжении, вторые - предел прочности при изгибе. Пpимеp ВЧ 00-0 В-высокопрочный К-ковкий Первые две цифры - предел прочности разрыву при растяжении, вторые относительное удлинение. Ж-жаростойкий А - антифрикционный Применяется для работы в подшипниковых узлах Остальные буквы - легирующие элементы Х-хром, С-кремний, Ю-алюминий и тд. Цифры после букв - содержание легирующего элемента, нет цифр - содержание

легирующего элемента до 0,0. Чугун литейный и передельный Литейный чугун предназначен для дальнейшего передела в чугунолитейных цехах при производстве отливок. В зависимости от назначения изготовляется марок Л0, Л0, Л0, Л0, Л0, Л0, см табл. 0. Передельный чугун предназначен для дальнейшего передела в сталь или переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок.

В зависимости от назначения изготовляется для сталеплавильного производства П0 и П0 для литейного производства ПЛ0 и ПЛ0 см. табл. 0. Таблица 0.Классификация чугуна литейного по ГОСТ 0000-00 Марка чугунаСодержание основных элементов в чугуне кремнияМассовая доля в Серы, не болееМарганцаФосфора, не болеекатегориигруппыклассы000АБ0000Л0От 0.0 до 0.0До 0.0 включительно

От 0.0 до 0.0 От 0.0 до 0.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0 Таблица 0. Классификация чугуна предельного по ГОСТ 000-00 Марка чугунаСодержание основных элементов в чугунекремнияМассовая доля в Серы, не болееМарганцаФосфора, не болеекатегориигруппыклассы000АБ0000ПЛ0От 0.0 до 0.0До 0.0 включительноОт 0.0 до 0.0От 0.0 до 0.00.000.000.000.000.000.00ПЛ0От 0.0 до 0.0П0От 0.0 до 0.0П0От 0.0 до 0.0 0.

Получение чугуна в доменной печи. 0.0 Общая схема и сущность доменного процесса Доменный процесс представляет собой совокупность механических, физических и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы кокс, железосодержащие компоненты и флюс в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ. В химическом отношении доменный процесс является восстановительно-окислительным из оксидов восстанавливается

железо, а окисляются восстановители. Однако доменный процесс принято называть восстановительным, так как цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла. Агрегатом для осуществления доменного процесса служит печь шахтного типа. Рабочее пространство доменной печи в горизонтальных сечениях имеет круглую форму, а в вертикальном разрезе своеобразное очертание, называемое профилем.

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса в нагретом до 0000 0000 С воздухе дутье, который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его окружности фурмы. К дутью может добавляться технический кислород, природный газ, водяной пар.

Кокс поступает в горн нагретым до 0000 0000 С. В зонах горения углерод кокса взаимодействует с кислородом дутья. Образующийся в зонах горения диоксид углерода при высокой температуре и избытке углерода неустойчив и превращается в оксид углерода. Таким образом, за пределами зон горения горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и небольшого количества водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или природного газа. Смесь этих газов, нагретая до 0000 0000

С , поднимается вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в горн вследствие выгорания кокса, образования чугуна и шлака и периодического выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются до 000 000 С, а оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично в диоксид углерода, содержание которого в доменном газе на выходе из печи достигает 00 00 . Шихтовые материалы загружают в доменную печь при помощи засыпного аппарата отдельными порциями подачами.

Они располагаются на колошнике чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и флюса при работе на не полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач производят через 0 0 мин. по мере освобождения пространства на колошнике в результате опускания материалов. В процессе нагревания опускающихся материалов происходит удаление из них влаги и летучих веществ кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под действием восстановительных газов постепенно переходят от

высших степеней окисления к низшим, а затем в металлическое железо по схеме Fe0O0 Fe0O0 FeO Fe. Свежевосстановленное железо заметно науглераживается еще в твердом состоянии. По мере науглераживания температура плавления его понижается. При температуре 0000 0000 С восстановление железа почти заканчивается и начинают восстанавливаться более трудновосстановимые элементы кремний, марганец и фосфор.

Науглероженное железо, содержащее около 0 углерода и некоторое количество кремния, марганца и фосфора, плавится при температуре 0000 0000 С и стекает в виде капель чугуна в горн. В нижней половине шахты начинается образование жидкого шлака из составных частей пустой породы руды и флюса. Понижению температуры плавления шлака способствуют невосстановленные оксиды железа и марганца. В стекающем вниз шлаке под действием возрастающей температуры постепенно расплавляется вся пустая порода

и флюс, а после сгорания кокса и зола. При взаимодействии жидких продуктов плавки с раскаленным коксом в заплечиках и горне происходит усиленное восстановление кремния, марганца и фосфора из их оксидов, растворенных в шлаке. Здесь же поглощенная металлом в ходе плавки сера переходит в шлак. Железо и фосфор печи полностью восстанавливаются и переходят в чугун, а степень восстановления кремния и марганца и полотна удаления из чугуна серы в большой мере зависят от температурных условий, химического

состава шлака и его количества. Жидкие чугун и шлак разделяются в горне благодаря различным удельным массам. По мере скопления их в горне чугун выпускают через чугунную летку, а шлак через шлаковые летки верхний шлак и чугунную летку во время выпуска чугуна нижний шлак. Все перечисленные процессы протекают в доменной печи одновременно, оказывая взаимное влияние. Рис. 0 Устройство доменной печи. 0.0 Распределение и движение газов и шихты в доменной печи

Газовый поток Высокопроизводительная и экономичная работа доменной печи в значительной мере зависит от того, как организовано движение и распределение газов и шихты в ее рабочем пространстве. Движение газов и распределение их в печи определяется множеством факторов, но главным из них являются гранулометрический состав шихты и ее распределение на колошнике во время загрузки и перераспределение при движении в доменной печи. В свою очередь и движущийся газовый поток влияет на распределение шихты.

Газы в доменной печи движутся через столь шихты снизу вверх под действием разности давлений, зависящей от величины сопротивления загруженной в печь шихты и количества воздуха, нагнетаемого в горн воздуходувной машиной. Проходя путь 00 00 м в течение нескольких секунд, газовый поток должен выполнить тепловую и восстановительную работу и обеспечить ровный сход шихтовых материалов от колошника к горну. Исходя из этих функций газового потока к распределению газов предъявляются противоречивые требования.

Для наиболее полного использования тепла и восстановительной способности газового потока газы по сечению печи должны распределяться равномерно, иными словами, температура и состав газов во всех точках сечения доменной печи должны быть одинаковыми, а шихта в равной мере нагретой и восстановленной. Для обеспечения ровного схода шихты газовый поток по сечению печи должен распределяться неравномерно, проходя в большем количестве у стен и в осевой зоне печи, т. е. там, где чаще всего бывает меньше руды

или агломерата. В действительности же в доменной печи невозможно достичь равномерного распределения газов по сечению вследствие специфических особенностей доменного процесса и конструкции доменной печи. Наиболее важным показателем, характеризующим распределение газового потока по сечению столба шихты, является сопоставление количеств газов, проходящих через равновеликие площади заполненного шихтой сечения печи в единицу времени. Распределение материалов на колошнике при загрузке доменной печи

Исходя из требований, предъявляемых к распределению газов в доменной печи, материалы при загрузке должны распределяться неравномерно по сечению печи как по крупности, так и по компонентам шихты. У стен должно сосредотачиваться больше крупного агломерата с целью лучшего использования периферийных газов, а у оси больше кокса. Большое количество мелких фракций железосодержащих компонентов у стен печи недопустимо во избежание тугого хода. Основную часть мелких фракций необходимо располагать в промежуточном

кольце между периферией и центром. По окружности печи материалы должны, наоборот, распределяться строго равномерно, т. е. так, чтобы любая окружность горизонтального сечения была кривой равного содержания диоксида углерода в газе и кривой одинаковой температуры. Этим условиям распределения шихты удовлетворяет принятый способ загрузки материалов при помощи конуса и воронки. Шихтовые материалы кокс, железосодержащие компоненты и флюс загружают в доменную печь отдельными

порциями, называемыми подачами. Количественное соотношение компонентов шихты в каждой подаче строго постоянное. Оно определяется расчетом шихты. Материалы на колошник подают специальными тележками скипами, перемещающимися по рельсам наклонного моста. Объем материалов одной подачи соответствует объему нескольких скипов, поэтому подача на колошник подается по частям несколькими скипами. При этом одну часть скипов подачи загружают коксом, а другую железосодержащими компонентами и флюсом.

При полностью офлюсованном агломерате подача состоит только из скипов с агломератом и коксом. Движение шихты в доменной печи В доменной печи шихта опускается под действием своей массы в пространство, освобождающееся в результате уменьшения ее объема при протекании различных процессов, основными из которых являются горение углерода кокса в фурменных очагах, расход углерода кокса на прямое восстановление, образование и плавление чугуна и шлака, а также уплотнение шихты при движении.

00 00 общего уменьшения объема шихты приходится на горение углерода, 00 00 - на прямое восстановление, 00 00 - на плавление чугуна и шлака и 0 00 - на уплотнение материалов. Из этого следует, что уменьшение объема шихты происходит главным образом в очагах горения перед фурмами, а фурменные очаги можно уподобить своеобразным воронкам, через которые движется основная масса шихты. Периферийное расположение зон горения приводит к преимущественному движению шихты на периферии печи.

Скорость движения шихты в периферийном кольце колошника составляет 00 000, а в центре 00 000 мммин. Длительность пребывания шихты в печи изменяется в пределах от 0,0 до 0 ч. Активизация работы центра печи всегда приводит к существенному увеличению скоростей опускания шихты в осевой зоне и уменьшению разности скоростей движения шихты на периферии и в центре. Повышение скорости схода шихты на периферии колошника объясняется и другими причинами, главной из которых

являются расширение шахты книзу и более интенсивное по сравнению с коксом движение железорудных компонентов, располагающихся в большом количестве на периферии. В результате неодинаковой скорости движения шихты в рабочем пространстве печи одновременно загруженные в печь материалы приходят в горн неодновременно. Это явление называется опережением, которое необходимо учитывать при изменении условий работы, печи, связанных с переходом на выплавку другого вида чугуна,

изменением качества материалов. 0.0 Восстановление оксидов металлов Физико-химические основы восстановительных процессов Одним из условий получения чугуна в доменной печи является удаление кислорода из оксидов, металлы которых входят в состав чугуна. Процесс отнятия кислорода от оксида и получения из него элемента или оксида с меньшим содержанием кислорода называется восстановлением.

Наряду с восстановлением протекает окисление вещества, к которому переходит кислород оксида. Это вещество называется восстановителем. Восстановительные процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла. Химическая прочность оксида определяется силами химической связи данного элемента с кислородом. Восстановление оксидов железа оксидом углерода По степени убывания кислорода оксиды железа располагаются в ряд Fe0O0, Fe0O0 и FeO, содержащие соответственно 00,00 00,00 и 00,00 кислорода.

Из трех оксидов железа, взятых в свободном состоянии, наиболее прочным в условиях рабочего пространства доменной печи, а точнее при температуре выше 000 С, является FeO. Восстановление железа из его оксидов протекает ступенчато путем последовательного удаления кислорода и в зависимости от температуры может быть изображено двумя схемами при температуре выше 000 С Fe0O0 Fe0O0 FeO F при температуре ниже 000 С Fe0O0

Fe0O0 Fe. Ниже 000 С прочность FeO становится меньше прочности Fe0O0 и она превращается в Fe0O0 и Fe. В доменной печи восстановление железа из его оксидов протекает в основном по первой схеме, так как уже через несколько минут после загрузки материалов на колошник они нагреваются до температуры выше 000 С. Большая половина кислорода, связанного в оксиды железа, отбирается оксидом углерода, поэтому основным восстановителем в доменной печи является оксид углерода.

Восстановление оксидов железа оксидом углерода при температуре выше 000 С идет по реакциям 0Fe0O0 СО 0Fe0O0 СО0 00,000 МДж, Fe0O0 mCO 0FeO m 0CO СО0 00,000 МДж, FeO nCO Fe n 0CO СО0 00,000 МДж. 0.0 Образование чугуна и шлака Науглераживание железа Восстановленное в доменной печи из руды железо поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун.

Процесс науглераживания железа начинается с момента его появления в виде твердой губки в зоне умеренных температур. Механизм науглераживания железа сводится к следующему. Свежевосстановленное железо служит катализатором реакций разложения оксида углерода на сажистый углерод и диоксид углерода. Эта реакция протекает на поверхности губки. Обладая повышенной химической активностью, сажистый углерод взаимодействует с атомами железа и образует

карбиды железа. Науглераживание губчатого железа уже заметно протекает при 000 000 С. По мере науглераживания железа температура плавления его понижается. Если чистое железо плавится при 0000 С, то сплав железа с углеродом, содержащий 0,0 С, плавится при 0000 С. Однако науглераживание железа в твердом состоянии является лишь начальной стадией этого процесса, способствующей понижению температуры плавления металла.

Более интенсивно науглераживание протекает после перехода металла в жидкое состояние. Капли металла, стекая в горн печи, контактируют на поверхности кусков раскаленного кокса с углеродом, в результате чего содержание углерода в сплаве резко возрастает. На горизонте фурм за пределами зон горения содержание углерода в чугуне достигает 0,0 0,0. Окончательное науглераживание металла происходит в горне печи.

Переход других элементов в чугун марганца, кремния, фосфора и серы осуществляется по мере их восстановления на различных горизонтах рабочего пространства печи. Марганец при выплавке передельного чугуна заметно переходит в металл уже в распаре, однако наиболее интенсивное насыщение чугуна марганцем происходит в заплечиках и горне при восстановлении марганца. Основная масса кремния переходит в чугун в нижней части заплечиков и в горне.

Содержание фосфора в пробах металла из распара почти такое же, как и в конечном чугуне, а иногда и выше. Это объясняется тем, что в металл из распара, попадает не только фосфор, который восстановился здесь и выше, но и фосфор, возгоняющийся из нижних горизонтов печи. Фосфор начинает переходить в металл уже в нижней части шахты. Окончательное содержание углерода в чугуне не поддается регулированию и зависит от элементов в сплаве.

Марганец и хром, являясь корбидообразующими элементами, способствуют увеличению содержания углерода в чугуне. Кремний и фосфор, образуя более прочные с железом соединения, разрушают карбиды железа и понижают содержание углерода в чугуне. Если в передельном маломарганцовистом чугуне содержится 0 0,0 углерода, то в зеркальном чугуне, содержащем 00 00 марганца, углерода содержится 0 0,0 , а в 00 -ом ферромарганце содержание углерода достигает 0 0,0 . Наоборот, в литейном чугуне, содержащем 0,0 кремния, содержание

углерода не превышает 0,0 , а в ферросилиции содержание углерода понижается до 0 и ниже. Содержание марганца и кремния сильно влияет на структуру чугуна, что имеет очень важное значение при производстве литейного чугуна, используемого в машиностроении. Известно, что углерод в чугуне может находиться в химически связанном состоянии в виде карбида и в свободном состоянии в виде графита. В литейном чугуне благодаря повышенному содержанию кремния значительная

часть углерода находится в виде графита, что способствует повышению прочности отливок. В изломе такой чугун имеет серый цвет. Увеличение содержания карбидов железа в чугуне повышает его хрупкость. В изломе такой чугун имеет белый цвет. Качество чугуна для отливок также зависит и от условий выплавки чугуна в доменной печи. Образование шлака В доменной печи шлак образуется под действием высоких температур в результате плавления пустой породы

железосодержащих материалов и флюса, к которым в горне присоединяется зола сгоревшего кокса. Шлакообразующими оксидами являются SiO0, CaO, MgO, Al0O0, FeO, MnO, а также сульфиды металлов, преобладающим из которых является CaS. Образованию шлака предшествуют процессы размягчения и спекания пустой породы и флюса, сопровождающиеся образованием твердых растворов и различных химических соединений.

Эти процессы представляют собой промежуточное звено при переходе вещества из твердого состояния в жидкое. Чем больше температурный интервал, в котором протекает превращение шлакообразующих компонентов из твердого состояния в жидкое, тем большую часть по высоте печи занимает вязкая масса, заполняющая пустоты между кусками кокса и препятствующая движению и распределению газов. В связи с этим температурный интервал размягчения шлакообразующих компонентов должен быть по возможности

меньшим. В процессе шлакообразования различают первичный, промежуточный и конечный шлаки. Первичный шлак появляется в начальной стадии шлакообразования в результате плавления легкоплавких соединений. Первичный шлак, перемещаясь в зоны с более высокими температурами, нагревается, а химический состав его непрерывно изменяется в следствии восстановления железа и марганца из соответствующих оксидов и растворения в шлаке новых количеств CaO и MgO, увеличивающих количество шлака.

Конечный шлак образуется в горне после растворения в шлаке золы сгоревшего кокса и остатков извести и окончательного распределения серы между чугуном и шлаком. С применением офлюсованного агломерата условия шлакообразования изменяются. Присутствие извести в агломерате обеспечивает хороший контакт шлакообразующих оксидов, по этому их размягчение при нагреве и образование первичного шлака протекает в сравнительно не большой зоне по высоте

печи, от чего значительно повышается газопроницаемость этой зоны. Восстановление железа из офлюсованного агломерата протекает интенсивнее и равномернее по сечению, вследствие чего в первичном шлакообразовании участвует меньшее количество FeO, а зона начала образования шлака смещается в область более высоких температур. 0.0 Методы интенсификации доменного процесса Некоторые понятия об интенсификации

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 0 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется

как частное от деления полезного объема печи Vпол м0 на суточную производительность печи Т т чугунасут. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи. Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями 1. создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего 2. создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу

выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса. При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, а следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс.

Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего. Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением

давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств. Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя. Основными методами интенсификации доменного процесса являются 1. совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых материалов 2. высокотемпературный нагрев дутья 3. увлажнение дутья 4. обогащение

дутья кислородом 5. вдувание в горн углеводородосодержащих добавок 6. комбинирование дутья 7. повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи. Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 0 0, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Нагрев дутья Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 0000 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья 000 С, показатели работы печи значительно улучшились относительный расход горючего уменьшился на 00 , производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии.

Впоследствии применение более нагретого дутья 000 000 С на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 00 00 . В настоящее время дутье нагревают до 0000 0000 С и выше. За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья. Увлажнение дутья

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели. Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

Обогащение дутья кислородом При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели 1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода. 2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода. 3. Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе. 4. Значительно возрастает температура в зоне горения.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов. Вдувание в горн природного газа и других добавок к дутью При вдувании природного газа в количестве 00 00 м0 на 0 т чугуна расход кокса уменьшается на 00 00 . Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет 1.

Увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления. 2. Замены части углерода кокса углерода природного газа. 3. Уменьшения прихода серы в печь, основности и выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми двумя факторами. Комбинированное дутье Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей кислород, пар, так и восстановителей природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное

топливо и др Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа. Основной положительный эффект при вдувании природного газа состоит в значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья кислородом в увеличении производительности печи. Но достижение возможного эффекта при вдувании природного газа ограничивается его отрицательными сторонами увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а достижение возможного эффекта

обогащенного кислородом дутья ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне. Повышение давления газа Идея работы доменной печи на повышенном давлении газов была выдвинута с целью улучшения восстановительной способности газов. Однако положительное действие повышенного давления проявляется не в улучшении восстановительной способности газов, а в улучшении газодинамического режима доменной печи, при котором возможно значительное повышение производительности и снижение расхода кокса.

Повышение давления газа внутри доменной печи достигается путем пережима струи газа при помощи специального дроссельного устройства, установленного в газопроводе очищенного от пыли газа. Положительное действие повышенного давления газа заключается в том, что с увеличением давления уменьшается объем газа и его скорость, вследствие чего уменьшаются подъемная сила газа и перепад давления газа между горном и колошником. Это позволяет увеличивать массовое количество дутья, не превышая его критического

объема. Список использованной литературы 1. Полтавец В.В. Доменное производство. М 0000. 2. Металлургия чугуна. Е.Ф. Вегман, Б.Н М. Металлургия, 0000. 3. С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с.

4. Зуев В.М. Термическая обработка металлов. Учеб.для уч-ся нач.проф.образования - М. Высш.шк Academia, 0000 000 с ил.