Производство чугуна

СТАЛЬ

Физические свойства чугуна

ЧУГУН

Промышленное использование железоуглеродистых материалов

О применении железа все знают. Правда в чистом виде железо практически не применяется из-за низкой прочности и химической стойкости.

Серые ( литейные) (из-за цвета поверхности его излома) чугуны используют как материалы для производства фасонных отливок (заготовок деталей сложной конфигурации). Эти чугуны хорошо обрабатываются резанием, имеют повышенную сопротивляемость износу, вследствие включений графита хорошо работают в условиях трения. Серые чугуны используются:

1) в станкостроении и автостроении (станины, корпусные детали);

2) для изготовления товаров массового потребления (ванны, раковины, отопительные батареи, посуда).

Белые (передельные) чугуны хрупки, плохо обрабатываются резанием. Их используют для переделки в сталь и производства методом отжига более пластичного и прочного ковкого чугуна.

Ковкий чугун хорошо воспринимает переменные и у дарные нагрузки, он используется для производства деталей высокой прочности.

Ковкий модифицированный высокопрочный чугун используются для изготовления деталей прокатных станов, коленчатых в а лов и деталей двигателей автомобилей(цепи, тормозные колодки, ступицы маховиков, крюки и т.п.).

Наличие углерода и кремния в чугуне понижают его температуру плавления и повышают текучесть расплава.

Благодаря высокой текучести расплава чугун разливается в литейные формы сложной конфигурации.

Вследствие снижения температуры плавления чугуна по сравнению с железом, чугун может выплавляться в простых и недорогих печах.

Железный сплав, содержащий 3–4% углерода и кремния, называется серым или литейным чугуном из-за цвета поверхности его излома.

При меньшем содержании углерода и кремния и быстром охлаждении отливки получается твердый и хрупкий белый или передельный чугун.

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

Область использования сталей значительно шире, чем чугунов.

По назначению стали подразделяются на:

1. конструкционные (предназначенные для изготовления деталей машин, конструкций и приборов),

2. инструментальные (для изготовления режущего, штампового и измерительного инструмента и стали специального назначения — коррозионностойкие (нержавеющие), износостойкие, жаропрочные и т.п.

Наиболее распространенные углеродистые конструкционные стали используют для производства кровельного и котельного железа, жести, стального листа, мягкой проволоки, деталей, изготавливаемых методом проката (балки, рельсы, трубы) или литья. Легированные конструкционные стали с содержанием легирующих элементов от 2,5 до10% применяют в производстве шарикоподшипников, деталей транспортных машин (валы, поршни, шестерни), химической аппаратуры, корпусов летательных аппаратов, газовых турбин, реактивных и ракетных двигателей.

Инструментальные стали могут быть высокоуглеродистыми или легированными. Они характеризуются высокой твердостью, достаточной вязкостью и большой износо- и теплостойкостью. Из них изготавливают резцы, фрезы, штампы, рабочие детали измерительных инструментов.

Ферросплавы применяют для раскисления чугуна и стали (ферромарганец, ферросилиций) или их легирования (феррованадий, феррохром, ферровольфрам и др.). Ферросплавы имеют более низкую чем соответствующие элементы, температуру плавления, что облегчает их введение в жидкие сталь и чугун.

К черным металлам относят и магнитные материалы, применяемые для изготовления сердечников трансформаторов, электрических машин, измерительной аппаратуры и т.п. Особую группу веществ, близких к ним по свойствам, составляют ферриты — соединения оксида железа (III) с оксидами других металлов, широко используемые в приборостроении.

Общая схема производства черных металлов

Из всех черных металлов наибольшее промышленное значение имеет сталь. Она может быть получена 3-мя методами:

- из железной руды переделкой чугуна (пирометаллургическое восстановление),

- прямым восстановлением руды в твердой фазе (пирометаллургическое восстановление)

- и гидрометаллургическим методом через хлориды железа. (Гидрометаллургическое восстановление — восстановление химическими восстановителями из водных растворов, например: CuSO₄ + Zn = Си + ZnSO₄)

Рис.9.2. Общая схема переработки железной руды

В настоящее время в промышленности используется практически только первый метод. Мировое производство стали прямым восстановлением не превышает 2—3% от общего ее производства. Гидрометаллургический метод находится в стадии проработки. Помимо стали к основным целевым продуктам черной металлургии относятся серый (литейный) чугун и металлические порошки. На рисунке представлена общая схема переработки железной руды в целевые продукты.

Производство чугуна — это первая стадия двухступенчатого процесса переработки железных руд в сталь, который в настоящее время преобладает. Чугун выплавляют из железорудного сырья в доменных печах, в которых за счет сгорания топлив создаются высокие температуры, обеспечивающие процесс восстановления оксидов железа руды, образования жидкого чугуна и отделения пустой породы в виде шлака. Подобны процесс получил название доменного процесса или доменной плавки.