2017-10-25
511
ОЗЁРСКИЙ ФИЛИАЛ
Б.Я.Трофимов, М.Д.Бутакова, Е.А.Волошин
ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
ЧЕЛЯБИНСК, 2008
Оглавление
Введение. 7
Глава 1. Технология металлов. 8
1. Общие сведения о металлах и сплавах. 8
2. Металлургия чугуна. 10
2.1. Характеристика железных руд. 10
2.2. Топливо для доменного процесса. 12
2.3. Флюсы.. 13
2.4. Подготовка шихты к плавке. 13
2.5. Огнеупорные материалы.. 14
2.6. Устройство доменной печи. 15
2.7. Сущность доменного процесса. 17
2.8. Продукты доменного производства. 18
3. Металлургия стали. 20
3.1. Производство стали в конверторах. 20
3.2. Мартеновское производство. 23
3.3. Выплавка стали в электропечах. 25
3.4. Разливка стали и пороки стальных слитков. 26
4. Металловедение. 28
4.1. Строение металлов. 28
4.2. Кристаллизация металлов. 30
4.3. Аллотропические превращения. 31
4.4. Двойные сплавы.. 33
4.5. Диаграммы состояния. 34
4.6. Железоуглеродистые сплавы.. 38
4.7. Основы термической обработки стали. 41
4.8. Виды термической обработки стали. 44
4.9. Наклеп и старение стали. 47
5. Легированные стали и сплавы.. 49
5.1. Разновидности сталей. 49
6. Чугуны.. 52
7. Цветные металлы и сплавы.. 53
8. Производство металлических изделий. 57
9. Механические испытания металлов. 59
10. Коррозия металлов и сплавов. 63
Глава 2 Сварка металлов. 65
1. Общие сведения о сварке. 65
2. Электрическая дуговая сварка. 70
3. Контактная сварка. 79
4. Газовая сварка. 82
5. Сварка стали, чугуна, цветных и активных металлов. 85
Глава 3 Технология железобетонных конструкций. 88
1. Общие сведения. 88
2. Классификация бетона. 89
3. Технические требования к тяжелому бетону. 90
4. Технические требования к легким и ячеистым бетонам.. 91
5. Требования к вяжущим веществам.. 94
6. Заполнители для тяжелого бетона. 97
7. Добавки в бетон и требования к воде для затворения и поливки бетона. 100
8. Бетонные смеси. 101
9. Технические требования к бетонным смесям.. 103
10. Разновидности тяжелого бетона. 105
11. Бесцементные бетоны.. 109
12. Опалубочные работы при монолитном бетонировании. 110
12.1 Разновидности опалубки. 110
12.2 Требования к опалубке. 115
13. Армирование железобетонных конструкций. 118
14. Бетонирование железобетонных конструкций. 126
15. Уход за бетоном.. 132
16. Технология сборного железобетона. 134
Глава 4 Технология деревянных конструкций. 137
1. Общие сведения. 137
2. Строение древесины.. 138
3. Свойства древесины.. 141
4. Пороки древесины.. 145
5. Защита древесины.. 148
6. Материалы на основе древесины.. 149
7. Деревянные клееные конструкции. 153
Глава 5 Композиционные материалы.. 161
1. Общие сведения. 161
2. Классификация композиционных материалов. 162
3. Цементно-полимерные бетоны.. 164
3.1. Бетоны с химическими добавами. 164
3.2. Пропитка бетонов полимерами. 166
3.3. Цементнополимерные бетоны с добавками водных дисперсий полимеров. 169
3.4. Цементнополимерные бетоны с добавками водорастворимых полимеров. 172
3.5. Другие способы модификации бетона полимерами. 173
4. Полимерные композиционные материалы.. 173
4.1. Общие сведения. 173
4.2. Основы производства полимерных материалов. 175
5. Композиционные материалы на основе поливинилхлорида. 180
6. Бетоны и растворы на жидком стекле. 184
6.1. Общие сведения. 184
6.2. Кислотоупорный цемент. 185
6.3. Полимерсиликатные бетоны.. 186
7. Композиционные материалы на основе серы.. 188
7.1. Материалы для серных бетонов. 188
7.2. Серные и полимерсерные бетоны.. 191
7.3. Бетоны, пропитанные серой. 193
7.4. Серные бетоны на основе полимерной серы.. 193
8. Композиционные материалы на основе карбомидноформальдегидных. 194
смол. 194
8.1. Характеристика карбамидноформальдегидных смол. 194
8.2. Материалы на основе карбамидных композитов. 196
и их применение в строительстве. 196
9. Композиционные материалы на основе фенолоформальдегидных. 199
смол. 199
9.1. Характеристика фенолоформальдегидных смол. 199
9.2. Материалы на основе фенолформальдегидных смол. 201
и их применение в строительстве. 201
10. Композиты на основе полиэфирных смол. 208
10.1. Характеристика полиэфирных смол. 208
10.2. Применение полиэфирных композитов. 212
11. Композиты на основе фурановых смол. 214
11.1. Характеристика фурановых смол. 214
11.2. Материалы и изделия на основе фурановых смол и их применение. 215
12. Композиты на основе эпоксидных смол. 217
12.1. Характеристика эпоксидных смол. 217
12.2. Компоненты эпоксидных композитов. 217
12.3. Материалы и изделия на основе эпоксидных композитов. 222
и их применение. 222
13. Композиты на основе полиуретана. 227
13.1. Общие сведения. 227
13.2. Материалы и изделия на основе полиуретана и их применение. 228
14. Композиты на основе ацетоноформальдегидных смол. 230
14.1. Характеристика ацетоноформальдегидных смол. 230
14.2. Компоненты ацетонформальдегидных композитов. 231
15. Композиты на основе этиленовых углеводов. 232
15.1. Композиты на основе полиэтилена. 232
15.2. Композиты на основе полипропилена. 235
15.3. Композиты на основе полиизобутилена. 236
15.4. Композиты на основе полистирола. 238
16. Композиты на основе акрилатов. 241
16.1. Общие сведения. 241
16.2. Материалы и изделия на основе акрилатов и их применение. 242
17. Композиционные материалы на основе кремнийорганических. 244
соединений. 244
17.1. Общие сведения. 244
17.2. Материалы и изделия на основе кремнийорганических соединений. 245
и их применение. 245
18. Композиционные материалы на основе поливинилацетата. 247
Литература. 249
Введение
Строительные объекты (жилые и общественные здания, заводы и фабрики, дороги, космодромы и аэродромы, сельскохозяйственные сооружения, мосты, тоннели и метрополитены, гидротехнические, морские и речные портовые и другие постройки) нельзя правильно спроектировать, возвести и эксплуатировать без наличия строительных материалов требуемого качества. Рационально использовать строительные материалы можно только тогда, когда инженеры строители хорошо знают разнообразные их свойства и условия работы в различных сооружениях.
Качество строительных материалов влияет на прочность конструкций из них, а также на стойкость, длительность безремонтной службы зданий и сооружений в реальных условиях эксплуатации, в том числе и при чрезвычайных ситуациях. Стоимость строительных материалов составляет не менее половины общих затрат на строительство здания или сооружения, а для уникальных сооружений повышенной надёжности может достигать 60 и более процентов. Промышленность строительных материалов ежегодно перерабатывает более 1 млрд. т различных сырьевых компонентов, включая побочные продукты и отходы других отраслей хозяйства. На стоимость строительных материалов влияют качественные показатели их свойств, теплоэнергетические, экологические аспекты, качество сырья и стоимость его переработки, дальность транспортировки как сырья, так и готовых материалов и изделий. Первоначальная небольшая стоимость материалов, изделий и конструкций может привести к значительным расходам на ремонт, реконструкцию, усиление и реставрацию зданий и сооружений, на восстановление окружающей среды и т.д.
Свойства, геометрические и санитарно-гигиенические параметры строительных материалов и изделий должны соответствовать требованиям нормативных документов: государственных или межгосударственных стандартов, строительных норм и правил, технических условий. Сертификация и принятые на предприятиях стройиндустрии системы обеспечения качества продукции могут дополнительно гарантировать высокую однородность эксплуатационных свойств строительных конструкций.
Материалы, применяемые при возведении различных сооружений и их отделки, по назначению подразделяются на конструкционные, кровельные, герметизирующие и гидроизоляционные, тепло и звукоизоляционные, отделочные для наружной и внутренней отделки, радиоэкранирующие для защиты от проникающих излучений, антикоррозионные для защиты от различных видов коррозии и др.
Дисциплина «Технология конструкционных материалов» посвящена изучению сырьевых материалов, способов их переработки и закономерностей изменения свойств материалов, предназначенных для возведения несущих элементов зданий и сооружений (фундаменты, стены, колонны, балки, плиты, фермы, сваи, шпалы, опоры линий электропередач и др.), которые воспринимают действующие нагрузки и напряжения без разрушения, то есть обеспечивают существование строительного объекта. Нагрузки, перепады температуры и влажности, замерзание воды в порах материалов, коррозионные процессы вызывают деформации и внутренние напряжения в материале. Поэтому, при проектировании, строительстве, эксплуатации зданий и сооружений необходимо точно знать характеристики прочностных и деформативных свойств используемых материалов, факторы, влияющие на изменение этих свойств. Помимо прочности на различные виды воздействий (при сжатии, осевом растяжении, изгибе, кручении, срезе и т.п.) конструкционные материалы должны быть огнестойкими (то есть быстро не разрушаться и не деформироваться в условиях пожара, чтобы была возможность эвакуации всех людей из здания), должны обладать стойкостью к физическому и химическому воздействию окружающей среды, что обеспечивает возможность длительной эксплуатации сооружений без ремонтов, то есть высокую их долговечность, которая может исчисляться сотнями лет. Как и все остальные строительные материалы, конструкционные материалы должны характеризоваться радиационно-гигиенической безопасностью, не содержать более допустимого минимума природные или искусственные радиоактивные, отравляющие вещества и аллергены.
Глава 1. Технология металлов
1. Общие сведения о металлах и сплавах
Увеличение промышленного производства и объёмов строительства в нашей стране неразрывно связано с развитием металлургической промышленности. В строительстве наиболее широко применяются стали и чугуны. Из стального проката возводят каркасы промышленных и гражданских зданий, мосты, телевизионные башни, арматуру для железобетонных изделий, трубы, кровельное железо и др. Широкое использование металлов в строительстве обусловлено рядом их ценных технических свойств: высокая прочность на растяжение, сжатие, изгиб, пластичность, повышенная теплопроводность, свариваемость, электропроводность. Наряду с этим металлы обладают и недостатками: при действии различных газов и влаги быстро подвергаются коррозии, с повышением температуры значительно деформируются и снижают прочность, могут обладать хладноломкостью при отрицательных температурах и др.
Широкому использованию металлов в строительстве способствовало быстрое развитие металлургической промышленности в нашей стране:
| Годы | ||||||||||
| Производство стали, млн.т. | 4,3 | 18,3 | 65,3 | 91,0 | 106,5 |
В настоящее время гигантами черной металлургии Челябинской области – Магнитогорским металлургическим комбинатом, Челябинским металлургическим и электрометаллургическим комбинатами, Златоустовским металлургическим заводом и др. производится более 20000000 тонн проката из чёрных металлов.
Из 104 элементов периодической системы Д.И.Менделеева 82 являются металлами. Все металлы и металлические сплавы являются кристаллическими телами, в которых атомы (ионы) расположены закономерно и периодически.
Металлы (если их получают обычным способом) представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого количества мелких (1·10-1…10-3 см) различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов. Вследствие «стесненных» условий кристаллизации, кристаллы имеют неправильную форму и (в отличие от монокристаллов правильной формы) называются кристаллитами или зернами металла.
Металлы в твердом и отчасти в жидком состоянии обладают высокой тепло и электропроводностью, положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления (с ростом температуры электросопротивление чистых металлов растет). Большое количество металлов (более 20) обладает сверхпроводимостью (при Т ≈ 0º К), способны испускать электроны при нагреве, хорошей отражательной способностью (непрозрачны, металлический блеск), повышенной способностью к пластическим деформациям. Эти свойства характеризуют металлическое состояние вещества.
Все наиболее характерные свойства металлов объясняются наличием в них легкоподвижных электронов проводимости. Атомы металлов содержат на внешнем энергетическом уровне небольшое число электронов, которые очень слабо связаны с ядром, поэтому они способны отщепляться от атомов и находиться в относительно свободном состоянии, образуя электронный газ. Металлическое состояние возникает в комплексе атомов, когда при их сближении внешние электроны теряют связь с отдельными атомами, становятся общими, легко передвигаясь между положительно заряженными ионами. Следовательно, металл состоит из правильно расположенных в пространстве ионов и перемещающихся между ними обобщенных электронов.
Высокая электропроводность металлов объяснятся присутствием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положительному. С повышением температуры усиливаются колебания ионов (атомов), что затрудняет прямолинейное движение электронов – электрическое сопротивление возрастает, при низких температурах – наоборот, около абсолютного нуля сопротивление многих металлов практически отсутствует. Высокая теплопроводность металлов обусловлена как подвижностью свободных электронов, так и колебательным движением ионов (атомов), что способствует выравниванию температуры в массе металла.
Высокая пластичность металлов объясняется ненаправленностью металлической связи (равномерным распределением электронов по объему кристалла). В процессе пластической деформации металла, т.е. при смещении отдельных его объемов относительно других, связь между ионами (атомами) не нарушается. Кристаллы с направленной связью (ковалентный тип связи осуществляется парами валентных электронов, одновременно принадлежащих двум соседним ионам (атомам) находящимся в узлах решетки) хрупки, т.к. при деформации связь нарушается.
Химические свойства металлов определяются тем, что они легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы. Поэтому металлы являются хорошими восстановителями и вступают в реакции с различными окислителями.
Чистые металлы обладают низкой прочностью и применяются редко. Наиболее широко используются сплавы, получаемые сплавлением или спеканием двух и более металлов или металлов и неметаллов.
Металлы, применяемые в строительстве, делятся на черные и цветные.
Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. В небольшом количестве они могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и др. Для придания черным металлам специфических свойств в них вводят легирующие добавки: медь, никель, хром и др.
В зависимости от содержания углерода черные металлы подразделяются на чугуны и стали.
Чугун – сплав железа и углерода (2…4,3 %), в специальных чугунах – ферросплавах количество углерода может достигать до 5% и более. В легированных чугунах могут присутствовать сера и фосфор (повышают его хрупкость), хром, никель, магний, алюминий, кремний (придают повышенную жаростойкость, износостойкость и коррозионную стойкость).
Сталь – сплав, содержащий углерода до 2 %. В отличие от чугуна – хрупкого металла – сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться).
Для строительных конструкций и арматуры ЖБК, а также в машиностроении применяют конструкционные стали, содержащие 0,02…0,85 % углерода. Они характеризуются хорошей пластичностью, низкой хрупкостью. Инструментальные стали содержат углерода в количестве 0,65…1,4 %, что приводит к повышению их твердости и хрупкости.
Механические свойства сталей повышаются легирующими добавками никеля, хрома, вольфрама, кобальта, меди, алюминия и др. В зависимости от количества легирующих добавок различают:
– низколегированные стали (до 2 % добавок);
– среднелегированные стали (2…10 % добавок);
– высоколегированные стали (более 10 % добавок).
Среди легированных сталей строители широко применяют низколегированные стали, а из высоколегированных – нержавеющую и жаростойкую стали.
Цветные металлы подразделяются по плотности на легкие (сплавы алюминия, марганца) и тяжелые (сплавы на основе меди, никеля, цинка, свинца) ипо масштабам применения в строительстве играют значительно меньшую роль, чем черные. К цветным металлам относятся:
1) Легкие сплавы на основе алюминия (плотность 2,7 г/см3) или магния (плотность 1,87 г/см3). Их применяют в мостостроении, используют для отделки зданий, для устройства дверей и оконных переплетов, на транспорте и т.д.
2) Медь и ее сплавы – латунь (сплав меди с цинком) и бронзы (сплав меди с оловом или другими элементами). Их применяют для изготовления санитарно-технических деталей и при некоторых отделочных работах.
3) Легкоплавкие металлы (свинец, олово, сурьма, цинк, бериллий, кадмий) – являются основой для изготовления подшипниковых сплавов и припоев для пайки.
4) Твердые сплавы, получаемые преимущественно на основе карбидов вольфрама и титана. Из твердых сплавов изготовляют инструменты для обработки металлов, природных камней, или покрывают поверхность металлических деталей для повышения износостойкости (щеки дробилок и т.д.).
Контрольные вопросы
1. Что называют металлами? Каковы их характерные признаки? 2. Какие металлы относятся к черным? 3. Какие металлы относятся к цветным? 4. Назовите основные виды цветных металлов и сплавов.
2. Металлургия чугуна
2.1. Характеристика железных руд
Железные руды – природные соединения, из которых технически возможно и экономически выгодно получение железа. Железная руда представляет собой горную породу, в которой наряду с соединениями железа (главным образом оксидами железа) находятся другие соединения (кварцит SiO2, глинистое вещество Al2O3·2SiO2·H2O. известняк CaCO3, доломит CaCO3·MgCO3 и др.), образующие пустую породу, переходящую при плавке в шлак. В зависимости от количества пустой породы железные руды разделяют на богатые, содержащие более 50% железа, и бедные. Богатые руды после дробления и сортировки направляют в плавку, бедные подвергаются обогащению для увеличения содержания оксидов железа.
В железных рудах всегда содержатся вредные примеси (сера, мышьяк, фосфор и др.).
Руда, идущая для плавки в доменных печах, должна удовлетворять следующим требованиям:
1) иметь максимальное содержание железа. Увеличение количества руды, загружаемой в доменную печь, повышает стоимость чугуна;
2) иметь минимальные содержания вредных примесей серы и фосфора: сера сообщает чугуну красноломкость, фосфор – хладноломкость;
3) иметь легкую восстановимость. Последняя определяется количеством тепла, необходимого для восстановления из нее железа, а это зависит от природы соединений железа, входящих в руду;
4) иметь достаточную пористость, т.к. при этом уменьшается расход топлива, и процесс восстановления протекает быстрее. Пористость бурого и шпатового железняка возрастает при нагреве за счет удаления химически связанной воды и углекислого газа:
Бурый железняк → n Fe2O3 · mH2O → nFe2O3 + mH2O
Шпатовый железняк → FeСO3 → FeO + CO2↑
5) химический состав пустой породы может сильно влиять на условия расплавления руды. При известковой породе требуется для расплавления руды меньше топлива, чем при кремнеземистой. При большом количестве кремнезема для получения легкоплавкого шлака необходимо вводить много известняка в шихту, что повышает выход шлака, расход кокса и снижает производительность доменной печи.
Оптимальным составом породы является такой, при котором содержание кислых и основных оксидов примерно одинаково, т.е.
(СаО+MgO) / (SiO2+Al2O3) ≈ 1
При этом условии легкоплавкий шлак получается без каких-либо добавок к шихте (самоплавкая руда). Но обычно это отношение меньше единицы, т.е. пустая порода кислая, что требует введения в состав шихты флюса – известняка.
6) обогатимость железной руды определяется возможностью и трудоемкостью повышения в ней содержания железа. Подсчитано, что каждый процент увеличения содержания железа в руде увеличивает производительность доменных печей на 2…3% и сокращает расход кокса на 2%. Современные способы обогащения позволяет получать рудный концентрат с содержанием железа до 70 % и выше. Однако, в ряде случаев экономически оптимальное содержание железа в руде составляет 64…67 %. Дальнейшее обогащение требует применения дорогих способов, что резко увеличивает стоимость чугуна.
Для выплавки чугуна применяются следующие железные руды:
1) Красный железняк (гематит), содержит до 60…65% железа в виде Fe2O3. Пустая порода – обычно кварцит и известняк
2) Магнитный железняк (магнетит) содержит до 70% железа в виде Fe3O4, обладает магнитными свойствами. Пустая порода из кремнезема. Это наиболее плотная руда темно-серого или черного цвета. Иногда магнитный железняк содержит много серы (до 1,5…2%), бывает загрязнен цинком. Восстанавливается труднее, чем остальные железные руды.
3) Бурый железняк (лимонит) содержит до 50…55% железа в виде 2Fe2O3 · 3H2O. Пустая порода чаще всего имеет песчаноглинистое происхождение. Находящаяся в лимоните гидратная влага удаляется при высокой температуре, в результате чего руда становится пористой и легко восстановимой. При добыче, перевозке и перегрузках образуется много мелочи и пыли.
4) Шпатовый железняк (сидерит) содержит до 45 % железа в виде FeСO3. Пустая порода сидерита состоит из кремнезема, глинозема и небольшого количества оксида магния, иногда – песчано-глинистые минералы. Сидерит – руда желтовато-бурого или серого цвета, легко выветривается и, теряя углекислый газ, превращается в бурый железняк. Сидерит обладает наиболее высокой восстановимостью из всех железных руд. Перед подачей в доменную печь его обычно обжигают, в результате чего он становится очень пористым и легко дробится без образования пыли и мелочи.
Комплексные железные руды содержат кроме железа и другие металлы, которые при плавке переходят в чугун, легируют его, то есть улучшают многие его свойства. К наиболее ценным комплексным рудам относятся:
1) руда Орско-Халиловского месторождения, представляющая собой бурый железняк (35…40 % железа) с примесью хрома (0,8…1,6%) и никеля (0,4…0,7%);
2) руда Кусинского и Первоуральского месторождений состоит из смеси магнетита Fe3O4, ильменита FeO·TiO2 и трехокиси ванадия V2O3 и содержат 38…47% железа, 5…15% оксида титана, 0,3…0,5% ванадия, при плавке значительное количество титана переходит в шлак, откуда извлекается химической переработкой;
3) хромистый железняк Урала и Казахстана состоит из хромита FeO·Cr2O3 с очень высокой температурой плавления. Хромистый железняк с высоким содержанием оксида хрома используется как огнеупорный материал, а с низким – для выплавки в доменных печах феррохрома.
Железные руды обычно содержат мало марганца, поэтому при выплавке чугуна в шихту добавляют марганцевую руду.
Рудным веществом марганцевых руд являются один или несколько оксидов марганца:
– перекись марганца или пиролизит - MnO2,
– окись марганца или браунит - Mn2O3,
– закись-окись марганца или гаусманит – Mn3O4
и соединения оксидов марганца с другими окидами.
В доменном производстве применяют марганцевую руду с содержанием 25…40% марганца. Пустая порода – глинистый песок, поэтому эти руды непрочны и дают много пыли и мелочи.
Месторождения: Никопольское, Мазульское (вблизи г. Ачинска).
В доменную печь загружают также некоторое количество отходов металлургического производства: колошниковую пыль (30…45% железа и 3…12% углерода), металлический скрап, передельные шлаки сталеплавильного производства с содержанием марганца 6…10%, окалину и сварочные шлаки прокатного и кузнечного производств.
2.2. Топливо для доменного процесса
При доменной плавке углерод топлива является не только источником тепла для расплавления руды и разрыхлителем столба шихтовых материалов, но и участвует в качестве восстановителя в химических реакциях, идущих в доменной печи.
Требования к топливу:
1) должно быть по возможности близким к чистому углероду;
2) обладать достаточной прочностью и сопротивлением истиранию;
3) должно быть кусковатым и достаточно пористым для обеспечения хорошего проникновения воздуха и газа через столб плавильных материалов;
4) содержать минимум вредных примесей, особенно серы и незначительное количество летучих веществ, т.к. присутствующий в них углерод уходит бесполезно для плавки в колошниковый газ;
5) быть малозольным.
Основным видом топлива, применяемом при получении чугуна (более 95% чугуна), является каменноугольный кокс. Он получается сухой перегонкой некоторых видов каменного угля, т.е. путем нагрева без доступа воздуха до температуры 1000…1200 ºС. Летучие вещества удаляются, а остаток получается в виде спекшейся твердой пористой массы – кокса. В среднем, кокс содержит 80…90% углерода, 0,4…2% серы, 7…15% золы. Удельная теплотворная способность его 28000…33500 кДж/кг, температура воспламенения 700ºС, механическая прочность выше, чем у других видов топлива (способен выдержать, не разрушаясь слой руды, топлива и флюсов в доменной печи до 31 метра). Пористость кокса приблизительно 50%, расход кокса в зависимости от сорта выплавляемого чугуна составляет 0,75…2,5 тонны на 1 тонну жидкого чугуна.
Кокс получают в коксовой печи, выложенной огнеупорным кирпичом. Загрузка печи смесью спекающихся углей различных сортов производится сверху. Нагрев обеспечивается сжиганием доменного или коксового газа и циркуляцией продуктов сгорания в каналах по обеим сторонам печи.
Время коксования составляет 14…16 часов при температуре обогревательных простенков 1350…1380ºС. Спекшийся коксовый «пирог» выталкивается из печи в тушильный вагон, в котором охлаждается («тушится») водой. Затем кокс сортируется классификатором на три класса: мелочь (до 15 мм), орешек (15…25 мм) и металлургический кокс (более 25 мм). Выход металлургического кокса составляет 91…92%. Коксовые печи устанавливают группами (батареями), для обслуживания которых используют общее вспомогательное оборудование: механизмы загрузки и выгрузки, газопроводы, воздухоподогреватели, классификаторы и др. В состав коксового цеха современного коксохимического завода входит до 10 коксовых батарей (по 61…77 коксовых печей в батарее) со средней производительностью до 1800 тонн в сутки.
Древесный уголь получают сухой перегонкой дров и содержит до 90% углерода, до 3% водорода, приблизительно 6% кислорода и азота и 1% золы. Теплотворная способность его 30500 кДж/кг. Отсутствие серы и небольшая зольность являются весьма ценными качествами древесного угля как топлива для металлургических печей. Однако, у него значительно ниже прочность при сжатии и сопротивление истиранию (выдерживает слой до 15 метров), пористость его доходит до 85%. Древесный уголь применяется в доменных печах небольшого объема (200…300 м3) при выплавке высококачественного чугуна из руд с незначительной примесью серы и фосфора.
Антрацит содержит до 95% углерода при очень малой зольности и небольшом содержании серы. Удельная теплотворная способность его 35000 кДж/кг. Отрицательным качеством является его способность при высоких температурах расслаиваться и измельчаться. Последнее обстоятельство заставляет использовать антрацит в доменном производстве как добавку к коксу (15…50% от веса кокса).
