Технология производства чугуна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      Технологическая операция  

Последовательность технологических  операций при проведении горячей  сварки чугуна.

• Отчистка поверхности пламенем горелки или металлическим скребком (щеткой). Кромки надо разделать под углом 70°
• Подогрев детали. Мало- и среднегабаритные детали надо подогревать до температуры 300 - 400°С, а крупногабаритные до 500 - 600°С (до появления коричнево-красного цвета).
• Установка детали. Установить деталь в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости (продолжительность перерыва между окончанием подогрева и началом сварки для небольших отливок несложной конфигурации не должна превышать 3 - 5 мин во избежание охлаждения детали ниже 400°С).
• Нагрев и обработка поверхности. Отрегулировать нормальное пламя удельной мощности 100 - 120 л/ч на 1 мм толщины металла и восстановительной ее частью (на расстоянии 2 - 3 мм от ядра), равномерно прогреть кромки дефекта до расплавления с одновременным нанесением флюса и равномерным распределением его по поверхности дефекта с помощью присадочного прутка.
• Заполнение места сварки присадочным металлом. Расплавить пруток наиболее горячей частью пламени (ближе к ядру) и заполнить дефект (трещину, ржавчину) расплавленным присадочным металлом, добавляя периодически флюс на кончике прутка. Вести сварку ванным способом (отдельными сварочными ваннами длиной 20 - 50 мм каждая) с поддержанием металла в жидком состоянии до полного заполнения дефекта присадочным металлом; при заварке краевых дефектов поддерживать ванну в полужидком состоянии (для исключения стекания металла) за счет периодического отведения пламени от места дефекта для охлаждения ванны и изменения угла наклона горелки к поверхности изделия с 80 до 10°. Удалять неметаллические включения из ванны в процессе сварки с помощью флюсования жидкого металла и интенсивного его перемешивания присадочным прутком.
• Окончание процесса сварки. Сначала надо медленно отвести горелку от поверхности ванны на 50 - 60 мм и наплавленный металл подогреть пламенем в течение 0,5 -1,5 мин, накрыть деталь листовым асбестом для замедленного охлаждения металла шва и обеспечения свойств сварного соединения, равноценных со свойствами основного металла.
• Последним следует этап термообработки. Детали нагреваются, мелкие до 300 - 400°С, крупные до 500 - 600°С с последующим медленным охлаждением.

 

 

Последовательность технологических  операций при проведении низкотемпературной пайкосварки чугуна. 

• Подготовка места наплавки и прилегающей поверхности (очищаются от грязи, оксидов, других загрязнений). Очистка производится пламенем горелки и металлической щеткой.

 

 Разделка будущего места наплавки (зубило, сверло, фреза, другие механические способы обработки поверхности). Схематично разделка дефекта под пайкосварку изображена на рис.6.

 

 

 

 

Рис.6. Схема процесса низкотемпературной пайка-сварки чугуна чугунным присадочным материалом при исправлении дефектов: а - с продольной разделкой; б - с дефектом типа раковин  

 

 

 

• Установка и нагрев детали. Сама деталь должна быть установлена в зоне действия вытяжной вентиляции с расположением дефекта в нижнем положении и горизонтальной плоскости. Нагреть поверхности разделочного дефекта и металл в зоне дефекта до 300 - 350°С. Нанести на поверхность дефекта флюс и нагреть его факелом пламени, а не ядром, во избежание выдувания. Горелку наклонить под углом 50 - 60°. На рис. представлена пайкосварка правым способом. Продолжить нагрев кромки дефекта до температуры 750 - 800°С при использовании прутков УНЧ-2 и флюса МАФ-1 или до 900 - 950°С при применении прутков НЧ-2 и флюса ФСЧ2. Одновременно нагреть конец прутка до оплавления и обмакнуть его во флюс. Равномерно распределить флюс на поверхности дефекта концом прутка. Расплавить конец прутка трением его о нагретую поверхность.
• Заполнение места разделки расплавленным металлом. Для этого расплавить пруток наиболее горячей частью факела пламени (на 2 - 3 мм от ядра). Заполнить объем разделки каплями жидкого присадочного металла и ванным методом, перемещая горелку и пруток по винтовой восходящей линии или круговыми движениями, в зависимости от вида дефекта. Производить наплавку за один проход при толщине металла до 6 мм и в два прохода при толщине 8 - 12 мм. Периодически добавлять флюс в расплавленный металл и непрерывно перемешивать металл прутком, касаясь стенок дефекта.

 

 

 

 

Рис.7. Правый способ пайкосварки. 1 - движение горелки; 2 - движение прутка; 3 - движение горелки и прутка. 

 

• Правильное охлаждение места напайки (заварки). Заваренный участок медленно охлаждается под пламенем горелки в течение 1,5 - 3 мин. После этого, обеспечивая замедленное охлаждение, медленно отвести горелку. Очистить шов от остатков флюса и промыть его водой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Сырьевые ресурсы

Среди известных в природе  и технике металлов и металлических  сплавов железоуглеродистые сплавы являются самыми важными и распространенными. Черная металлургия — основная база народного хозяйства. Она определяет развитие почти всех отраслей промышленности, сельского хозяйства и транспорта, от успешного выполнения плана развития черной металлургии зависит выполнение плана народного хозяйства в целом.  
 
Черная металлургия — промышленность получения железоуглеродистых сплавов. К железоуглеродистым сплавам относятся чугун и сталь. Сталь выплавляется из чугуна, поэтому промышленность черной металлургии начинается с производства чугуна.  
 
Для производства чугуна нужны железная руда, топливо и флюсы.  
 
Железные руды. Железной рудой называется горная порода, содержащая железо, причем в таком количестве, что руду выгодно перерабатывать. Железо в руде находится в виде окислов или солей, соединенных с пустой породой.

 

 

 

 

 

 

 

 

                   Продукты доменной плавки

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 М1, М2, М3, Б1, Б2).  
2. Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).  
3. Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

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: ЛК1 ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

 

2 Технико-экономические показатели производства чугуна

Основными показателями работы доменной печи являются ее производительность и расход кокса на 1т чугуна. Коэффициент  использования полезного объема печи определяется как отношение  полезного объема печи V (в м³) к ее среднесуточной производительности P в тоннах выплавляемого передельного чугуна:

 

к.и.п.о. = V / P.

 

Чем меньше к.и.п.о., чем выше производительность печи. В нашей стране для большинства печей к.и.п.о. равен 0.5-0.7, по отдельным печам 0.4-0.45.

Удельный расход кокса  в отечественной металлургии  в среднем около 550 кг на 1 т передельного чугуна, на передовых заводах ниже 450 кг. Это важный экономический показатель, так как стоимость кокса составляет 45-55% стоимости чугуна.

Основными направлениями  в совершенствовании доменного  производства являются строительство  экономически более выгодных крупных  печей объемом до 5000 м³, улучшение подготовки сырых материалов к плавке (обогащение, применение офлюсованного агломерата и окатышей), интенсификация доменного процесса путем обогащения дутья кислородом, применение природного газа и т.д. Все большее значение имеет совершенствование систем комплексной механизации и автоматического управления доменным процессом.

 

 

 

3 Характеристика технологического процесса производства чугуна

 

СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ  И ПОДГОТОВКА ИХ К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки  в доменных печах. Сырыми материалами  доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного  угля. Его роль состоит в обеспечении  процесса теплом и восстановительной  энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает  прохождение газового потока в шихте  доменной печи.

Железные руды вносят в  доменную печь химически связанное  с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.

Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4,2 %) после кремния(26 %) и алюминия(7,4 %). Железо в недрах земли в чистом виде не встречается. Оно входит в состав горных пород  в различных химических соединениях.  В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой  железные руды. Железными рудами принято  называть такие горные породы, из которых  экономически выгодно извлекать  железо методом плавки. Экономическая  целесообразность  извлечения железа из руд зависит от уровня развития техники и характеристики месторождений.

Среди известных видов  руд наиболее распространены в природе  руды осадочного происхождения. Из этих руд выплавляется более 90 % чугуна.

Железная руда состоит  из минерала (орудняющего вещества), пустой породы и примесей. Главной частью руды является рудный минерал, в состав которого входит железо. Чаще всего железо в минерале химически связано с кислородом, реже с другими элементами и соединениями. Пустая порода состоит из кремнезема, глинозема, извести и магнезии, образующих сложные минералы. Примеси руд делятся на полезные и вредные. Полезными примесями считаются марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси – сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и в большинстве случаев медь – либо ухудшают качество металла, либо разрушающе действуют на огнеупорную футировку доменной печи.

В зависимости от типа рудного  минерала железные руды делятся на четыре основные группы:

1. Красный железняк или гематитовая руда. Минерал гематит – безводный оксид железа, в чистом виде содержит 70 % железа      и 30 % кислорода. Это наиболее распространенная железная руда.
2. Магнитный железняк или магнетитовая руда. Минерал – магнетит (72,4 % железа и 27,6 % кислорода).
3. Бурый железняк представлен железосодержащими минералами водных оксидов железа, которые содержат от 59,8 % до 69 % железа.
4. Шпатовый железняк – железная руда, основу которой составляет минерал сидерит, содержащий 48,3 % железа.

Кроме перечисленных четырех  разновидностей железных руд, железо в  значительном количестве (46,6 %) содержится в серном колчедане или пирите. Однако пирит в доменную плавку не дают, его используют в качестве сырья в сернокислотной промышленности, а отходы в виде окисленного железа применяют при производстве агломерата. Также находят промышленное применение бедные железные руды: магнетитовые и гематитовые кварциты, в которых содержится до 45 % кремнезема в виде свободного кварца. Кварциты обогащают, получая железнорудный концентрат, содержащий более 60 % железа.

Флюсами называются материалы, добавляемые к железной руде и загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглатительной способностью. В качестве флюса выбирают материал с химическими свойствами, противоположными химическим свойствам пустой породы. Так как пустая порода руд преимущественно кремнеземистая (кислая), то роль флюса выполняют основные оксиды CaO и частично MgO. Иногда в зависимости от состава пустой породы флюсы могут быть кислыми или глиноземистыми. Оксид кальция входит в состав минерала кальцита, называемого известняком. Кроме известняка, для руд с кислой пустой породой, в качестве флюса используют доломитизированный известняк, состоящий из смеси кальцита и доломита. Доломитизированный известняк применяют для улучшения подвижности шлака, доводя содержание оксида марганца в шлаке до 6-8 %.

Важнейшим требованием, предъявляемым  к основным флюсам, является низкое содержание в них кремнезема и  глинозема и вредных примесей серы и фосфора.

Необходимость подготовки руд  к доменной плавке обуславливается  стремлением улучшить технико-экономические  показатели работы доменных печей и  использовать для получения чугуна сравнительно бедные железные руды. Чем  выше содержание железа в шихте и  лучше ее газопроницаемость, тем  выше производительность печи, ниже расход кокса и флюсов и лучше качество чугуна. Повышения содержания железа в доменной шихте достигают обогащением  железных руд, а улучшения газопроницаемости  шихты в доменной печи – окускованием мелких железных руд и концентратов. Расчетами и опытом установлено, что при повышении содержания железа в руде на 1 % производительность печи возрастает на 2,0 – 2,5 %, а расход кокса снижается на 1,4 – 2 %.¹

Руда может быть в виде кусков до 1500 мм при открытой добыче и до 300 мм при подземной добыче. Дробление руд применяется как  самостоятельная операция для получения  кусков руды требуемого размера и  как вспомогательная операция при  обогащении руд для разрушения механических связей между железосодержащим минералом  и пустой породой. В зависимости  от крупности руды после дробления  различают четыре стадии дробления: