Сварка металла |
 |
Производство чугуна.
Чугун выплавляется в домнах. Это сложное инженерное сооружение, работающее непрерывно в течение 5..10 лет.
Печь работает по принципу противотока. Сверху загружается руда, флюсы и кокс, а снизу подается воздух. Кокс служит для нагревания и расплавления руды, а также участвует в восстановлении железа из окислов руды. В коксе должно быть минимум серы и фосфора. Флюсы (известняки, кремнеземы) необходимы для получения шлаков П ри сгорании топлива образуется окись углерода, которая и является главным восстановителем железа. Восстановление железа происходит от высших окислов к низшим и, в конечном итоге, к металлу:
Fe2 O3 ® Fe3 O4 ® Fe O ® Fe
окисью углерода СО и твердым углеродом С. Восстановление марганца, кремния и других элементов выполняется также коксом.
Продуктами доменного производства являются:
чугун передельный, содержащий 4…4,5 % С, 0,6…0,8 % Si, 0,25…1,0 % Mn, до 0,3 % S и до 0,05 % Р ;
чугун литейный, содержащий Si около 3 %;
ферросплавы: ферросилиций (9 …13 % Si) и ферромарганец (70 …75 % Mn), предназначенные для раскисления и легирования сталей;
шлаки, используемые для производства шлаковаты, шлакоблоков, цемента.
Производство стали.
Чтобы получить сталь из чугуна надо уменьшить в нем количество углерода, марганца, серы и фосфора. Сталь получают в кислородных конверторах, мартеновских печах и электропечах.
Конвертор (рис. 1.21) —это сосуд грушевидной формы, футированный внутри огнеупорным кирпичом и подвешенный на двух кронштейнах.
Жидкий чугун (1250…1400 ° С), полученный в домне, с помощью ковша заливают в конвертор, Для получения шлака добавляют в конвертор железную руду и известь, боксит и плавиковый шпат. В конвертор снизу подается воздух, или сверху –к ислород. Процесс получения стали проходит быстро, при этом отчетливо видны три периода (рис. 1.22).
В первые 4 …5 минут процесса окисляется железо
Fe + O2 ® FeO.
Далее, образовавшаяся окись железа окисляет кремний и марганец:
Si + FeO ® SiO2 + Fe,
Mn+ FeO ® MnO2 + Fe.
Кремний и марганец окисляются также и кислородом:
Si + O2 ® SiO2,
Mn + O2 ® MnO2.
При окислении углерода, кремния, марганца и др. примесей выделяется большое количество тепла, температура расплава увеличивается, а окислы образуют шлак.
После того, как выгорят почти полностью Si и Mn наступает второй период бурного выгорания углерода
C + FeO ® Fe + CO,
характерный тем, что пока окись углерода. г орит
CO + O2 ® CO2
над горловиной. б удет яркое пламя.
Третий период наступает, когда над горловиной появляется бурый дым - признак того, что начало окисляться железо и процесс получения стали завершен.
Кислород вдувается в конвертор сверху (давление до 1,2 МПа) на зеркало жидкого металла.. Температура при продувке кислородом выше, чем при продувке воздухом, поэтому кроме расплавленного чугуна можно использовать до 30 % железного скрапа и железной руды. При продувке кислородом в сплаве уменьшается содержание азота, время продувки сокращается по сравнению с продувкой воздухом в 2 раза и увеличивается производительность конвертора.
Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное., но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом. Мартен это регенеративная пламенная печь. Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура 1750… 1800 ° С. Газ и воздух предварительно подогреваются (до 1200…1250 ° С) в регенераторах. За счет тепла сгоревших газов, выходящих в трубу. Два регенератора: один работает, а другой накапливает тепловую энергию. Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом. Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванне, а окончательное – алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.
Сталь высокого качества выплавляют в дуговых и индукционных электропечах. Процесс примерно такой же как и в мартеновской печи, но температура выше, поэтому можно получать в электропечах тугоплавкую сталь, содержащую хром, вольфрам и др. Два периода при выплавке электростали: окислительный (выгорают Si, Mn, C, Fe) за счет кислорода, воздуха и оксидов шихты. ; восстановительный — раскисление стали, удаление серы. Для этого вводят флюс, состоящий из извести и плавикового шпата.
Индукционная плавка применяется обычно для переплавки сталей и получения высоколегированных и специальных сталей в условиях вакуума или специальной регулируемой атмосферы.
