Технология производства чугуна

РЕФЕРАТ

 

Работа содержит: 32 страниц , 1 блок-схему, 4 рисунка, 6 таблиц.

Ключевые слова: передельный чугун, технология производства передельного чугуна, показатели качества, потребительские свойства, контроль качества, стандарты.

Определены потребительские свойства передельного чугуна.

При изучении и описании технологии производства передельного чугуна дана характеристика сырья для  его получения, основные стадии производства, приведена блок-схема производства, выявлено влияние технологии, сырья на качество продукции.

Для определения нормируемых  показателей качества передельного чугуна изучены соответствующие стандарты.

Изучены вопросы контроля качества передельного чугуна, правила  приёмки, транспортирования и хранения готовой продукции.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 
Введение

 

Чугуны — более  дешевый материал, чем стали. Содержание углерода в них больше 2,14%. Они  обладают пониженной температурой плавления  и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей.

Литая структура чугунов  содержит концентраторы напряжений, в качестве которых могут быть многочисленные дефекты, такие, как  пористость, ликвационная неоднородность, микротрещины, отчего напрямую зависит конструкционная прочность.

Известно, что литейные свойства сплавов тем выше, чем  меньше их температурный интервал кристаллизации. Следовательно, наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы, испытывающие эвтектическое превращение.

Благодаря сочетанию  высоких литейных свойств, достаточной  прочности, износостойкости, а также  относительной дешевизне чугуны широко применяются в машиностроении. Детали машин, полученные из чугунных отливок, значительно дешевле, чем детали, изготовленные обработкой резанием из горячекатаных стальных профилей или из поковок и штамповок. Хорошая жидкотекучесть чугунов и их способность к образованию малой усадочной раковины позволяют получать из них достаточно качественные отливки сложной формы даже при малой толщине стенок.

Значительная часть  выплавляемого чугуна переплавляется в сталь по классической схеме  руда—чугун—сталь. В процессе переплавки из чугуна путем окисления удаляется  некоторое количество серы и фосфора.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

Высокопрочные чугуны являются разновидностью серых, но из-за повышенных механических свойств их выделяют в особую группу.

Промышленное производство чугуна и стали в России возникло в начале XVIII века с постройкой доменных печей в Тульской губернии и металлургических заводов на Урале. В 1699году был построен Невьянский завод, после чего начинается бурное развитие отечественной металлургии, затормозившееся к XIX веку в связи с истощением запасов древесного угля.

В 30-е и 40-е годы в России были построены Магнитогорский и Кузнецкий металлургический заводы, реконструированы Днепропетровский, Макеевский комбинаты, строятся заводы высококачественных сталей «Электросталь» и «Днепроспецсталь». В послевоенные годы в стране продолжается рост производства черных металлов, строятся Новолипецкий, Западно-Сибирский, и другие заводы. В металлургическом производстве начинают применяться кислородные конверторы емкостью 350 т, 900-тонные мартеновские печи, двухванные сталеплавильные агрегаты, доменные печи с полезным объемом до 5000 .

 

1. Применение передельного чугуна в сфере производства и потребления

 

Передельный чугун обладает низкой стойкостью к нагрузкам и истиранию, что и обуславливает его применение для передела в сталь.

Из передельного чугуна не изготавливают детали и части, которые применяются в узлах  подверженных большим нагрузкам. В  сфере производства передельный чугун применяется только для переплава в сталь, поскольку содержание углерода в нем слишком велико.

В сфере потребления  передельный чугун в «чистом  виде» не применяют, поскольку он обладает низкими физическими свойствами.

После переплавки передельный  чугун заливают в формы (чушки). Полученные отливки поступают на металлургические предприятия.

Товарами аналогами  передельного чугуна являются:

• литейный – чугун, легко поддающийся литью;
• специальный – чугуны особого назначения, которые не имеют широко распространения и их выпуск связан с большими энерго- и сырьевыми расходами.

2. Классификационные  признаки передельного чугуна

 

Все чугуны классифицируют на:

• передельный – чугун, который направляют на переделку в сталь;
• литейный – чугун, легко поддающийся литью;
• специальный – чугуны особого назначения, которые не имеют широко распространения и их выпуск связан с большими энерго- и сырьевыми расходами.

По своей структуре:

• белый - чугун, в котором весь углерод находится в виде графита;
• ферритный – чугун, в котором весь углерод находится в структурно свободном состоянии в виде цементита;
• серый – чугун, в котором весь углерод находится в виде пластинок графита.

Передельный чугун относится к  белым чугунам.

В зависимости от массовой доли кремния и назначения изготовляют:

- передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1. П2;

- передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;

- передельный фосфористый чугун марок ПФ1, ПФ2, ПФЗ;

- передельный высококачественный чугун марок ПВК.1, ПВК2, ПВКЗ.

Классификация по ТНВЭД

Раздел XV. Недрагоценные металлы и изделия из них.

Группа 72. Чурные металлы.

Позиция 72.01. Чугун передельный  и зеркальный в чушках, болванках  или прочих первичных отливках.

Классификация по ОКП  РБ

Секция D. Продукция перерабатывающей промышленности.

Подсекция DJ. Основные металлы и готовые металлические изделия.

Раздел 27. Основные металлы.

Группа 27.1. Основные черные металлы: железо, чугун, сталь и ферросплавы.

Класс 27.10. Основные черные металлы и изделия из них.

Категория 27.10.1. Основные черные металлы и изделия из них.

Подкатегория 27.10.11. Передельный  чугун и зеркальный чугун в  чушках, болванках или прочих первичных формах.

3. Потребительские свойства передельного чугуна

 

Передельный чугун должен изготовляться в соответствии с  требованиями ГОСТ 805-80 «Чугун передельный. Технические условия» по технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства приведен в таблице 3.1, передельного фосфористого — в таблице 3.2, передельного высококачественного — в таблице 3.3.

 

Таблица 3.1. Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства

 

Таблица 3.2. Химический состав передельного фосфористого чугуна

 

 

Таблица 3.3. Химический состав передельного высококачественного чугуна

 

Передельный чугун марок ПЛ1 и  ПЛ2 должен поставляться с указанием мамоной доли углерода.

Передельный чугун, выплавленный из медесодержащих руд, должен изготовляться с массовой доле меди не более 0,3 %.

Передельный чугун изготовляется  в чушках без пережимов, с одним  или двумя пережимами. Толщина  чушки в месте пережима должна быть не более 50 мм.

Масса чушки должна быть не более 18, 30, 45, 55 кг.

4. Технология  производства передельного чугуна  и ее технико-экономическая оценка

 

1. Руды, флюсы и топливо

В железных рудах рудный минерал  чаще всего содержит оксиды железа; пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глины. В рудах всегда присутствуют вредные примеси — сера и фосфор, иногда мышьяк, цинк и др.

Доменные флюсы необходимы для удаления из печи тугоплавкой  пустой породы руды и золы топлива. При их сплавлении с флюсом образуется относительно легкоплавкий сплав — доменный шлак; в расплавленном состоянии его удаляют через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом и физическими свойствами, что в значительной мере определяет нормальный ход плавки, состав и качество чугуна. В отечественных железных рудах пустая порода обычно кислая, с избытком SiO₂. Поэтому в качестве флюса используют сильноосновные материалы: главным образом известняк.

Топливо в доменной печи служит не только источником тепла  и необходимой высокой температуры, но и реагентом, обеспечивающим восстановление железа из его оксидов. В результате науглероживания восстановленного железа при доменной плавке образуется чугун.

Главный вид доменного  топлива (с первой половины XVIII в.)— кокс. В нашей стране широко применяют также природный газ.

Кокс — кусковое, прочное и высокопористое топливо — получают путем спекания коксующихся углей, удаляя из них летучие вещества. Теплота сгорания кокса 27—29 МДж/кг. При его сгорании у фурм доменной печи развивается температура 1800— 2000 °С.

Коксование проводят в специальных печах (камерах, объединенных в батареи), прокаливая измельченный уголь (~23 мм) без доступа воздуха при 950—1100°С в течение 15—18 ч. Выделяющиеся летучие бензол, фенолы и многие другие — ценные химические вещества (из 1 т сухой шихты получается 750—800 кг кокса и 320—330 м⁸ коксового газа). Коксовый газ (до 60 % Н₄; до 27 % СН₄) используют как химическое сырье или как высококалорийное топливо (17,0—18,5 МДж/м³). Для доменной плавки применяют куски кокса 25—60 мм (оптимально 40—60 мм).

Ценное качество кокса как доменного топлива — его достаточно высокая прочность и термостойкость.Он сохраняется в кусках без образования мелочи (раздавливания) и спекания до сгорания в нижней части. Высокая пористость кусков кокса (45— 50 %) обеспечивает очень хорошую его реакционную способность при горении. Прочные куски пористого кокса разрыхляют проплавляемую шихту, улучшают ее газопроницаемость. Это позволяет строить крупные доменные печи (с полезной высотой до 30— 35 м, объемом 3000—5000 м³).

Природный газ — низкокалорийное  топливо, недефицитное и дешевое в нашей стране. Он состоит в основном из метана СH₄, его теплота сгорания 33—35 МДж/м³. При удельном расходе газа 100—120 м³/т чугуна значительно уменьшается расход кокса, повышается производительность доменных печей. Наиболее эффективно применение газа в сочетании с высокотемпературным дутьем, обогащенным кислородом.

Для частичной замены кокса в доменных печах используют также мазут и угольную пыль.

2. Подготовка руды  и флюсов к плавке

В настоящее время  для выплавки чугуна используют лишь около 6 % сырой железной руды; 95 % всей руды до плавки подвергают предварительной подготовке. Подготовка железной руды является одним из эффективных направлений в совершенствовании доменного производства и дает возможность использовать более бедные руды. Подготовка руд включает дробление, сортировку и другие операции.

Дробление обеспечивает нужную степень измельчения руды. Для плавки в доменной печи размер кусков руды должен составлять 10—80 мм, для агломерации — менее 5—8 мм, для магнитного обогащения —0,1 мм.

Сортировку руды по классам  крупности при размерах кусочков более 1—3 мм проводят на механических грохотах. Для более тонко измельченных материалов используют гидравлическую классификацию. Разделяемый материал подают вместе с водой в специальные устройства, где крупные зерна быстрее оседают, отделяясь от более мелких. В устройствах типа гидроциклон разделение частиц по крупности происходит под действием центробежной силы.

Усреднение материалов по химическому составу и свойствам  необходимо для обеспечения ровного хода доменной печи. Одним из основных методов усреднения руды является ее послойная укладка в штабеля большого объема. Руда хорошо также усредняется при агломерации и производстве окатышей.

Среди других методов  обогащения наиболее распространен гравитационнный: отсадка и разделение в тяжелых суспензиях (взвесях), в которых рудный минерал тонет, а частицы пустой породы всплывают.

 

Рисунок 4.1. Схема агломерационной машины:

1 — барабанный питатель; для загрузки шихты; 2 — направляющие рельсы; 3 — зажигательный горн; 4 спекательные тележки; 5 — вакуум-камеры (эксгаустеры)

 

Для удаления рыхлой песчаной и глинистой пустой породы применяют  также наиболее простой и дешевый  способ — промывку водой.

Агломерация и окатывание. Тонкоизмельченные концентраты, пылеватая и мелкая руда уменьшают газопроницаемость шихты, затрудняя ход доменной плавки, выносятся из печи потоком газов. До плавки такое железорудное сырье окусковывают путем агломерации или окатывания. В отечественной металлургии основным способом является агломерация.

Агломерация — окускование  мелкого железорудного сырья  путем спекания ^г. Впервые ее начали применять в 1902—1912 гг. В настоящее время на многих заводах доля агломерата составляет 90—95 % железосодержащей части доменной шихты. Наиболее часто агломерацию осуществляют на высокопроизводительных ленточных машинах (рис. 4.1). Их производительность до 2000 т агломерата в сутки. Лента такой машины — конвейер (замкнутая цепь) из 70—150 спекательных тележек, движущихся как на роликах по направляющим рельсам машины. Спекательная тележка (паллета) — стальная рама (с роликами) шириной 2—4 м; ее «днищем» служит колосниковая решетка (зазор 5—6 мм). На решетку тележки загружают тонкий слой агломерата — постель — чтобы не было просыпания мелкой шихты чероз зазоры. Затем загружают слой агломерируемой шихты.