Применение черных металлов

Классификация черных металлов.

Железные руды. Теоретические основы доменного процесса.

Производство чугуна и стали

1) Железные руды. Теоретические основы доменного процесса.

2) Оптимальные условия доменного процесса. Устройство доменной печи.

1.1 Физико-химические свойства железа.

Железо представляет собой твёрдый светло-серебристый металл, легко поддающийся ковке, прокатке, штампованию и волочению.

Железо (Ferrum) – принадлежит к 8 группе химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, атомная масса 55,847, атомный номер 26, плотность 7,874 г/см³, серебристо – белый блестящий пластичный металл, температура плавления 1535 ^oС.

Железо достаточно распространено в земле (4 место) находится на 2 месте после алюминия. Процентное содержание 4,65 %.

Техническое железо и его сплавы коррозируют в атмосфере паров воды, оксида углерода (IV) и кислорода с образованием пористого слоя гидратированного оксида железа (II).

НО: В отсутствии влаги чистый металл химически стоек, не реагирует с кислородом, серой, галогенами, однако в высокодисперсном состоянии пирофорен.

В соответствии с промышленной классификацией металлов к чёрным металлам относится железо и его сплавы с углеродом – железоуглеродистые сплавы. Название «черный металл» произошло от черного цвета окалины, образующейся на поверхности при нагревании.

В основу классификации черных металлов положен их химический состав. На основании содержания углерода все железные сплавы делят на чугуны и стали. Сталями называют железные сплавы с содержанием углерода до 2.14 %, а чугунами – с содержанием углерода более 2.14 % (обычно от 3.5 до 4.5 %). В общем случае черные металлы — это сложные системы, которые помимо железа и углерода содержат разнообразные примеси (серу, азот, фосфор, кремний и др.), вносимые в металл из исходного сырья в процессе производства, а также металлы целенаправленно добавляемые с целью придания сплаву определенных свойств.

Стали делят на углеродистые, в которых другие металлы содержатся в незначительных количествах и не влияют на их свойства и легированные, в состав которых введены такие металлы, как хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден, и др. для придания им определенных свойств. По содержанию углерода углеродистые стали делят на низко, средне- и высокоуглеродистые.

Чугуны делят на белые (передельные), серые (литейные) и модифицированные.

Белые чугуны содержат углерод в форме карбида железа FeС (цементита) и образуются при кристаллизации расплавов.

В серых чугунах углерод находится частично в виде графитовых включений различной конфигурации, выделяющихся из жидкой или твердой фазы при медленном охлаждении (графитизация).

Модифицированные чугуны содержат добавки, улучшающие распределение графита и структуру чугунов (кремний, магний, алюминий).

Особую группу черных металлов составляют ферросплавы — малоуглеродистые сплавы железа с высокой концентрацией других элементов: ферромарганец, ферросилиций, феррохром и т.п.

На рис. 9.1 представлена классификация черных металлов по химическому составу.

Рис. 9.1 Классификация черных металлов по химическому составу.

Область применения чёрных металлов как конструкционных материалов чрезвычайно разнообразна и практически неограниченна.

Широкое использование черных металлов обусловлено:

– богатой сырьевой базой,

– относительной простотой производства

– высокими механическими свойствами. Различные железоуглеродные сплавы составляют около 92% от всех производимых металлов.

По данным ЮНЕСКО мировое производство чугуна в 2000 году достигло
~ 1000 млн. тонн, а стали – 1200 млн. тонн, что составило 500-700 кг на душу населения земли.