chavun_ctal

1.

МТКМ
(“Матеріалознавство і
технологія
конструкційних матеріалів”)

2. Модуль 1 частина 1 “ГАРЯЧА ОБРОБКА МЕТАЛІВ”

3. Основи металургії залізовуглецевих сплавів тема 1 – Основи металургії чавуну тема 2 – основи металургії сталі

Теми 1,2
Основи металургії
залізовуглецевих
сплавів
тема 1 – Основи металургії чавуну
тема 2 – основи металургії сталі

4. Основи металургії залізовуглецевих сплавів

І. Основи металургії чавуну.
• Призначення чавуну та його використання в
сільськогосподарському машинобудуванні.
• Вихідні матеріали для виробництва чавуну та їх
підготовка до плавки.
• Будова доменної печі і технологія доменної плавки.
• Продукти доменного процесу.
ІІ. Основи металургії сталі.
• Призначення сталі як конструкційного матеріалу.
• Сутність технології переробки чавуну на сталь.
• Сучасні способи виробництва сталі.

5.

Металлургією називають науку про
добування металів з природних сполук
(руд) й галузь промисловості, яка виробляє
метали.
Сутність металургійного виробництва
полягає в добуванні металів з руд методом
відновлення їх з хімічних сполук,
відокремлення пустої породи, яка не
містить даний метал, й отримання сплавів
різного складу.

6. І. Основи металургії чавуну.

1. Призначення чавуну та його
використання в сільськогосподарському
машинобудуванні.
2. Вихідні матеріали для виробництва
чавуну та їх підготовка до плавки.
3. Будова доменної печі і технологія
доменної плавки.
4. Продукти доменного процесу.

7. Призначення чавуну та його використання в CГМ

Металлургія чавуну вивчає процес
виробництва чавуну з залізних руд.
Ч а в у н а м и називають залізо-вуглецеві
сплави, які містять більше ніж 2,14 % С.
Чавуни - це найбільш поширені сплави для
фасонного лиття. Приблизно три чверті всіх
виливків отримують з чавунів. Це зумовлено
тим, що :
1)чавун - один з самих дешевих ливарних
матеріалів,
2)він має чудові ливарниі властивості.

8. Сутність доменного процесу

Чавун виплавляють в доменних печах
відновленням з руди заліза з наступним
насиченням його вуглецем та іншими
домішками.
Такий процес виробництва чавуну з руди
має назву д о м е н н и й.

9. Вихідні матеріали для виробництва чавуну

Для виплавлення чавуну в домених
печах використовують наступні вихідні
матеріиали:
• залізні, марганцеві й комплексні руди,
• вугілля,
• флюси.

10.

Вихідні матеріали
для виробництва
чавуну
Вугілля
Руди
залізні
марганцеві
комплексні
Флюси

11. Види залізних руд

залізні руди
(залізняки)
Магнітний
залізняк
(магнетит)
Бурий
залізняк
30 % Fe
Fe2O3 ·3H2O
45-70% Fe
Fe3O4
погано
відновлюється
Червоний
залізняк
(гематит)
50-60% Fe
Fe2O3
Шпатовий
алізняк
(сидерит)
40% Fe
FeCO3
з
30-

12. 2. Вугілля.

Вугілля відіграє подвійну роль:
1. Це джерело вуглецю у сплаві
2. Це основний вид палива, яке
використовується при виплавленні
чавуну

13. 3. Флюси.

Доменні флюси використовують для
видалення пустої породи і золи палива з
доменної печі у виді легкоплавкого сплава шлака. Як флюси використовують звичайний
вапняк СаСО3.
Флюси з основними складовими пустої породи
- глиноземом (Аl2О3 )і кремнеземом (SiО2 ) утворюють легкоплавкі хімічні сполуки.

14. Підготовка сировини до плавки

Виробництво чавуну потребує певної
підготовки вихідних матеріалів як за
якістю, так і за розміром шматків.

15. Підготовка руди

Основними операціями підготовки руд є:
подрібнення
збагачення
спікання
промивка
магнітна сепарація
агломерат
окатиші
рудний
концентрат

16. Підготовка вугілля

Вугілля
Коксовання
кокс

17. Будова доменної печі

Доменна піч працює безперервно 5-10
років. Для цього за необхідністю до неї
завантажують окремими порціями
(колошами) шихтові матеріали,
периодично випускають чавун і шлак,
безперервно видаляють доменні гази.
Суміш підготовлених матеріалів має
назву шихтà.

18.

Будова доменної печі

19.

20. Cхема доменної печі

шихта
1
8
гази
шихта
2
3
4
5
6
7
чавун
шлак
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Колошник
Шахта
Розпар
Заплечики
Горно
Шлакова льотка
Чавунна льотка
Газовідводні труби

21. Tехнологія доменної плавки

Як і всі шахтні печі, доменна піч працює
за принципом протитечії:
зверху донизу рухається потік шихтових
матеріалів, а знизу доверху - потік газів,
які утворюються при згоранні палива.

22. Доменний процес

При виплавці чавуну відбуваються два
основні процеси:
1.Відновлення
2. Навуглецювання

23.

1.Відновлення заліза з руди
відбувається при дії на неї :
-оксида вуглецю СО (непряме
відновлення);
- твердого вуглецю коксу(пряме
відновлення);

24. Реакції горіння коксу та утворення відновлювача СО

• Горіння коксу:
С + О2=СО2+Q
• Утворення газу-відновлювача СО:
СО2 + С = 2СО - Q

25. Непряме (побічне) відновлення

Хімічні реакції побічного відновлення:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 - Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
побічним шляхом відновлюється 60-70% заліза

26. Пряме відновлення

Хімічна реакція прямого відновлення:
FeO + C (кокс) = Fe + CO + Q
прямим шляхом відновлюється 30-40% заліза

27.

2. Навуглецювання заліза відбувається при дії
:
- оксида вуглецю СО (непряме
навуглецювання)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2;
- твердого вуглецю коксу (пряме
навуглецювання);
3Fe + C = Fe3C
В результаті утворюється карбід заліза Fe3C - цементит.

28. В результаті фазової реакції цементиту і заліза у місці їх контакту утворюється сплав – чавун.

СО
Fe
(tплавл= 15390С)
Кокс
(t плавл= 35000С)
чавун (11470С)

29. Продукти доменного процесу

Продуктами доменної плавки є :
1) Основний – чавун,
2) Побічні – шлак і доменний газ.

30. Чавун.

В залежності від хімічного складу і призначення чавуни
розділяють на переробні, ливарні і спеціальні (феросплави
П е р е р о б н и й чавун (80-90% загального виробництва
чавуну) використовують при виплавленні сталі.
Л и в а р н и й чавун (8-17%) використовують при виробництв
виливків.
С п е ц і а л ь н і чавуни або доменні феросплави
виплавляють в обсязі лише 2-3% об’єму виробництва
чавуну :
- феросиліцій (9-13% Si)
- бідний феромарганець (10-15% Mn)
- багатий феромарганець (70-75% Mn) та ін.
Феросплави використовують для розкислення і легування
сталі.

31. Шлак

Хімічний склад шлаків, які виробляють при
виплавленні переробного і ливарного чавунів в
коксових доменних печах, приблизно наступний:
33-40% SiO2, 42-48%(CaO+MgO), 10-20%Al2O3.
В середньому на 1 т чавуну отримують 0,6 т
шлаку, який має істотне значення в народному
господарстві. Шлак використовують як сировину
при виробництві цемента, цегли та інших
будівельних матеріалів, а також з нього виливають
брущатку для вимощування доріг й виробляють
шлакову вату, яка використовується як ізоляційний
матеріал.

32. Колошниковий газ

При виході з доменної печі колошниковий
газ містить на 1 м3 газу 30-60 г пилу,
який складається з пилевидної руди и
зтертого на порошок палива і флюсів.
Після попереднього очищення від пилу
колошниковий газ використовують для
отоплення кауперів (повітронагрівників)
і коксових печей, а також для інших
потреб металургійного виробництва.

33. ІІ. Основи металургії сталі

1. Призначення сталі як конструкційного
матеріалу.
2. Сутність технології переробки чавуну
на сталь.
3. Сучасні способи виробництва сталі.

34. Сутність процесу отримання сталі

С т а л ь - це Fe-C сплав, що містить менше
ніж 2,14 % С.
Сутність процесу виробництва сталі зниження вмісту вуглецю й домішок шляхом
їх окислення.

35.

Вихідні матеріали
для виробництва
сталі
Стальний
брухт
Переробний
чавун
Флюси
Рідкий скрапрудний
процес
Твердий
(чушки) –
скрап
процес

36. Етапи переробки чавуну на сталь

І етап. Окислення
• Первинне (взаємодія елементів сплаву з
киснем (елемент+О2)
Mn + О2 → MnO
• Вторинне (взаємодія елементів сплаву з
FeO)
Mn + FeO → MnO + Fe
ІІ етап. Розкислення
Для додаткового відновлення заліза і
видалення розчиненого кисню в розплав
додають елементи (розкислювачі), які
мають спорідненість до кисню більшу,
ніж залізо - феромарганець (FeMn),
феросиліцій (FeSi) і алюміній.
O2
розплав
шлак
розплав
розкислювачі
розплав

37. Розкислення сталі

Основні реакції розкислення:
FeO + FeSi → SiO2 + Fe
FeO + FeMn → MnO + Fe
FeO + Al → Al2O3 + Fe
За ступенем розкислення розрізняють такі
групи сталі:
• киплячі - їх розкисляють FeMn в печі;
• напівспокійні - їх розкисляють FeMn і FeSi в
печі й ковші;
• спокійні - їх розкисляють FeMn, FeSi і Al в печі
й в ковші.

38. Способи переробки чавуну на сталь

конвертерний
електросталеплавильний
мартенівський

39. Порівняльна характеристика процесів

процес Конвертерний
параметр
Джерело тепла
Екзотермічні хімічні
реакції та тепло
рідкого чавуну
Мартенівський
Електросталеплавильний
Регенерація газів
(утворюються при
горінні палива)
Горіння дуги або
індуціювання
вихрових струмів
Конструкція
вертикальна
горизонтальна
вертикальна
Тривалість
процесу
35-45 хвилин
до 12 годин
до 6 годин
Що
виплавляють
Вуглецеві сталі
Будь-які сталі
Спеціальні, леговані та високоякісні
Де використовують
Металургійні
заводи
Металургійні та машинобудівні заводи
Металургійні та машинобудівні заводи

40. Конвертерний процес

схема
O2
розплав

41.

42. Мартенівська піч

43.

схема
паливо
гази

44. Електродугова піч

45. Індукційна піч

46. Розливка сталі

Схема
сталерозливно
го ковша

47. Способи розливки сталі

у виливниці
зверху
безперервний
знизу
(сифоном)

48. Способи розливки у виливниці

1. Зверху
схема
Найпростіший та
економний спосіб,
але мала продуктивність процесу,
бо заповнювати
виливниці треба
поступово по
одній

49.

2. Знизу (сифоном)
Більш продуктивний спосіб (можна заповнювати водночас
більше однієї виливниці), але треба передбачати
додаткові витрати метала на ливникову систему
схема

50.

3. Безперервна
схема
Необхідні мідні кристалізатори, більш дороге
обладнання
Це найпродуктивніший
спосіб з мінімальними
відходами і чистими
злитками
Мідні
кристалі
затори
ролики