Реферат: Производство заготовок валов

--PAGE_BREAK--
Буква А в конце марки означает, что сталь выплавлена по улучшенной технологии и со специально сниженным содержанием серы и фосфора (£0,030% каждого).
Производство чугуна


Исходные материалы:   железные руды; флюс (СаСО3); топ­ливо (кокс, мазут); огнеупорные материалы.

Железная руда — это природное минеральное сырье. Кроме железа в руде содержатся Al2О3, SiC2 (это пустая порода) и вредные примеси:    мышьяк, фосфор более 1%.

Доменные флюсы нужны для удаления из печи тугоплавкой пустой породы, руды и золы топлива. Доменным флюсом служит известняк

СаС03®СаО+ С02­

Топливо в доменной печи является не только источником тепла, но и восстановителем железа из его оксидов. Кокс — это кусковое топливо, получаемое путем окисления коксуяцихся углей. Используют природный газ СН4 — метан, мазут, угольную пыль.

Схема подготовки руды и плавке

дробление ®обогащение ®окускование ®агломерация®®скатывание.
Дробление необходимо для того, чтобы получить нужную сте­пень измельчения, руды для плавни (10-30 мм), для агломерации – менее 5-8 мм.

Сортировку руды по классам крупности проводят на механи­ческих грохотах и установках типа гидроциклоп, где разделение частиц происходит под действием центробежной силы.

Основной способ обогащения — магнитный. Он состоит в том, что тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где маг­нитные частицы отделяются от пустой породы.

А: томерация — это окускование мелкого железного сырья путем спекания (puc.1).

<img width=«196» height=«229» src=«ref-1_122177403-11304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

Ркс.1. Схема процесса спекания:

1- колосниковая решетка; 2-постель; 3-слой агломерирующей шихты; 4-зона спекания; 5-слой агломерата
На решетку загружают слой агломерате – постель, чтобы не было просыпания мелкой шихта через зазоры. Затем засыпают агломерируемой шихты:   железосодержащие компоненты (агло-руда) – 70%; флюсы (измельченный известняк) – 20%; топливо (мелкий кокс, угольная мелочь и пиль) –  5-7%; марганцевая руда 1%.

Агломерируемую шихту увлажняют (4-6%) и тщательно перемешивают во вращающихся барабанах, при этом шихта окомковывается, что повышает ее газопроницаемость. После зажигания газовыми горелками топлива начинается его горение (рис.2). Воздух для горения просасывается через слой шихты с помощью вакуумных устройств, остаточное давление 6-10 МПа.

Зона горения постепенно перемещается вниз до постели колосников. При температуре 1300-16ОО°С происходит спекание шихты в пористый продукт – агломерат. После сортировки на грохоте куски крупностью 10-40 мм использует для плавки, менее 10 ми направляют на переработку. При спекании из руды удаляются вредные принеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты.

Окатывание. Шихта из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах, приобретает форму шариков — окатышей диаметром до 30 им. Окатыши высушивают и обжигают (1200-1350°С) на обжиговых машинах. Использование агломерата и окатышей ис­ключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, т.к. флюс в необходимом количестве входит в их состав.

Выплавка чугуна
Чугун выплавляют в печах (рис.2) шахтного типа — доменных печах. Сущность процесса — восстановление оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом.

Доменная печь имеет до 40 мм стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Шамот получают из обож­женной и сырой глины – это нейтральный по химическим свойст­вам (50-60% SiO2 30-45 % Al2O3), наиболее распространенный и дешевый огнеупорный материал (толщина до 700 мм). Для умень­шения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть, начиная от распара, сооружают на стальном кольце с опорными   ко­лоннами. Нижнюю часть горна выкладывают из особо огнеупорных материалов — графитизированных блоков (толщина стенок до 1500 мм). Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней ус­танавливает металлические водяные холодильники (3/4 высоты пе­чи)


Рис.2. Схема доменной печи;

I — чугунная летка; 2 -горн; 3- фурма; 4- заплечики;

5 -распар; 6 -шахта; 7 -колош­ник; 8- засыпной аппарат;

9 -шлаковая летка
Для выплавки 1 т чугуна расходуется 1,8 т   офлюсованного агломерата, 500 кг кокса.

Печь загружают шихтовыми материалами по мере необходимос­ти, непрерывно подают воздушное литье и удаляют доменные газы, периодически выпуская чугун и шлак.

Шихтовый материал загружает при помощи засыпного аппарата, шихту задают отдельными порциями по мере опускания протравляе­мых материалов. Навстречу им снизу вверх движется поток горя­чих газов, образующихся при сгорании топлива.

Горение топлива. В районе воздушных фурм происходит полное сгорание кокса: C + O2= + Q и природного газа: CH4 + +2O2=CO2 + 2H2 + Q. В фокусе горения температура 1800-2000°С. Про­дукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом: CQ2 + C = 2CО-Q; H2О(пар) + С(кокс) =Н2+СО — Q. Образуется смесь восста­новительных газов, в которых СО — главный восстановитель желе­за из его оксидов
Восстановление железа в доменной печи
Восстановителями являются оксид углерода CO2, твердый уг­лерод и водород. Восстановлена твердым углеродом — прямое, га­зами — косвенное.

Косвенное восстановление происходит за счет углерода по реакции в шахте печи: 3Fe2О3 + CO=2Fe2О4 + CO2 + Q, Fe3О4 + СО=3FeО+C02-Q, FeO+CO=Fe+CO2+Q. За счет СО и H2 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40-6О% металлического железа.

Прямое восстановление происходит твердым углеродом     при температуре 950-1000° в зоне распара печи: FeO+ Cтв=Fe + CO-Q.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Потери со шлаком — 0,2-1%. Образование металлического железа начинается при 400-500°С (в верхней части шахты печи) и заканчивается при 1300-1400°С (в распаре,). В шахте печи наряду с восстановлением железа происходит его науглероживание по реакции: ЗFе + 2СО=Fe3С + CO2+ Q, и образуется сплав железа с углеродом. С повышением содержания углерода (1,8–2%) температура плавления понижается до 1200-150°С. Стекая каплями в горн, расплав смывает куски раскаленного кокса и дополнитель­но науглероживается. При отекании сплава в горн в нем раство­ряются восстановленные Мn, Si, образуя сложный железоуглеродистый сплав — чугун (3,7-4% С). Его конечный состав устанавли­вается в горне и зависит от состава, свойства и количества шлака. Закись марганца MnO восстанавливается только прямым пу­тем — твердым углеродом при 1100°С по реакции: МnО + С=Мn+СО-Q. Восстановление кремния из SiO3 — по реакции:  SiO2+2C=Si+CO-Q при I450°C. Фосфор восстанавливается СО, водородом,   а также твердив углеродом.

Значение шлака очень велико, его состав и свойства опре­деляют конечный состав чугуна. В районе распара образуется первичный шлак. При стенании вниз и накоплении в горне   шлак существенно изменяет состав: в нем растворяются SiO2, Al2O3. Для выплавки передельных чугунов, литейных и других всегда под­бирают шлаковые режимы (исходя из определенных свойств получа­емого чугуна). При выплавке передельного чугуна состав шлака: 40-50% СаО; 38-40% SiO2; 7-I0%  Al2O3.

Продукты доменной плавки: передельный чугун, литейный чу­гун, доменные ферросплавы, шлак, колошниковый газ
Производство стали
Для производства высококачественных легированных сталей используют два основных способа: кислый мартеновский процесс и выплавка в электродуговых печах.

В мартеновских печах при выплавке легированных сталей, когда в ванну вводят значительное количество ферросплавов, охлаждается металл. Из-за трудности нагрева металлической ванны количество одновременно присаживаемых ферросплавов ограничивают 3% массы металла. Поэтому высоколегированные стали, за редким исключением, в мартеновских печах не выплавляют. Избегают выплавлять и стали с повышенным содержание тугоплавких элементов (вольфрам, молибден). Кроме этих недостатков, данный процесс обладает другими: экологические, опасность разрушения при охлаждении печи. В настоящее время, по ряду определенных причин, от данного способа получения стали отказываются.

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как в них можно получать высокую температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений – продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сталей и сплавов.

Нам необходимо получить высококачественную легированную сталь 36Х2Н2МФА, где «36» — среднее содержание углерода в сотых долях процента. Такую сталь целесообразнее получить в электродуговых печах (рис.3)

Сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Исходные материалы: передельный чугун и стальной лом (скрап), железная руда, окалина (источник О2), флюс-известняк — в основных печах, кварцевый песок — в кислых, топливо (эле­ктрический ток).


--PAGE_BREAK--