sexa_na_kompleksa
04-27-2008, 12:16
Ето какво намерих:
1.Чугун
Чугунът е железовъглеродна сплав със съдържание на въглерод над 2%. В зависимост от формата, в която се намира въглеводородът в чугуна – свързан или свободен се различават:
a. бял чугун. В него въглеродът е свързан във вид на цимент (Fe3C), което придава светлия цвят на лома. Белият чугун е много твърд, крехък и не подлежи на обработка с режещ инструмент. Използва се за получаване на ковък чугун, чрез специална термична обработка, с която се цели да се разпадне циментита. По своите механични свойства ковкият чугун заема средно място между чугуна и стоманата (Rt,u = 300 600 Mpa, 10 = 2 18 %)
b. Сив чугун. В него голяма част от въглерода е във вид на графит. Сивият чугун е крехък, но в по-малка степен от белия и има значително по-малка твърдост от него. Добре се обработва с режещ инструмент.
Най-голямо влияние върху структурата и свойствата на чугуна оказват химичният състав и скоростта на охлаждане. Някои елементи, като силиций, никел и алуминий, както и бавното охлаждане охлаждане увеличават графитообразуването, т.е. допринасят за получаването на сив чугун. Обратно, манганът и сярата и бързото охлаждане допринасят за образуването на циментит, т.е. за получаването на чугун.
Модифицираният чугун е получен чрез прибавяне на модификатори (добавки), които премахват газовете и оказват благоприятно влияние върху графифитизацията и механичните свойства на метала. Още по-добри свойства притежава висококачественият чугун.
Сивите чугуни, които се използуват предимно в строителството, се означава с буквите “СЧ” (сив чугун) и число, което показва якостта на опън в Mpa , надхвърлена десетократно. В таблица 1 са дадени механичните свойства на различни марки чугун съгласно БДС 1799 – 74.
Приложението на чугунените изделия в строителството е ограничено поради замяната им с изделия на основата на полимери, керамика, фаянс, стъкло и други материали. В съвременното строителство чугунът се използва главно за направа на канализационни тръби, водоприемници, радиатори, вани, мивки, сифони, и други изделия, които имат по-голяма устойчивост на корозия и по-добри експлотационни свойства на стоманите. Някои чугунени изделия, като вани, мивки и др., се емайлират за постигане и хигиенен ефект.
Тема 21:Металгурия.Производство на чугун и стомана.
1.Суровина-за производството на чугун са различни видове железни руди, а имено магнетични руди.Те съдържат 50-70% желязо във формата на трижелезен четириоксид (магнетит).Втория вид са червени железни руди, приблизително количество желязо, но под формата на дижелезен триоксид.Кафяви железни руди 25-50% желязо под формата на дижелезен триоксид(лимонит).
Карбонатни руди- желязото е под формата на железен карбонат (сидерит), 30-40% желязо.Освен железни руди при производството на чугун се изпозва и кокс, който служи като източник на енергия за постигане на определена температура и като редуктор.В домините пещи освен посочените суровини се добавят и др. св-ва наречени флюси, които образуват с примесите в рудата леснотопима шлаха, състояща се от силикати и ламината на калциев и магнезиев триосид.Като флюси се използват варовик и дулумит,калциев карбонат,магнезиев карбонат.
Доменната пещ се състои от огнище , плещи,разпор,шаха и гърло.Зареждането става откъм гърлото ,акто се зарежда с желязни руди,кокс,флюси,От върха на гърлото има отвори за димните газове,от средата за шлаката,а от дъното-за извеждане на чугуна.В плещите има специални отвори,откъдето се подава въздух за изгарянето на кокса.
2.Процеси протичащи в доменната пещ.
-изсушаване на шахтата
-разлагане на хидрооксидите и карбонатите
-редукция на железния оксид и други съединения до получаване на чугун.
При изгаряне на кокса,при излишък на въздух се получава СО2 ,който се издига по височина на пещта и при среща с кокс се рдеуцира до СО.
С+О2 СО2 + Q СО2 +С СО – Q
Редукцията на FeO се извършва основно чрез СО
CO CO CO
Fe2O3 тв Fe3O4 тв. FeO тв. Fe
Това е косвена редукция.Под действието на СО в кокса също се извършва редукция,но пряка,но това взаимодействие протича с малка скорост поради твърдото състояние на кокса.Примесите,които се съдържат във железните руди също търпят промени ,като магнезиевите оксиди се редуцират от СО до манганов оксид,а той от св страна до ,така че една част преминават в чугун .
SiO2 се редуцира в незначително количество от тв СО до Si като М и Si се разтварят в желязото .Фосфорът се съдържа във желязото предимно като калциев фосфат,който от С се редуцира до фосфор ,който преминава в чугун.Една част от него отива в силиката.
Никелът и медта също се редуцират до съответните метали и преминават във чугун.
По време на доминия процес ,хромът и титания не се редуцират и техните съединения остават в шлаката.Принципно най-високата температура в пещта е 1800 ˚, апри получаване на FeSi - 2000˚С.Получаването на чугун става в най-долната част на пещта,където стопеното желязо се отлива- железен карбит.
3Fe + C Fe3C
Този процес е съпроводен с поноижаване на температурата на топене на желязото и разтопения чугун съдържа около 4,5% С .Когато в чугуна се съдържа и Si ,той предизвиква разтапянето на Fe3C с отделянето на С под формата на графит ,което намаля твърдостта.
Едновременно с получаването на чугун в доменната пещ протичат и процеси,водещи до образуването на шлака.Температурата на кипене на примесите и шлюсите е около 1250-1350 ˚ и за тази цел е необходимо да се поддържа определено съотношение между СаО,МgO,Al2O3 и SiO .SiO е свързан с FeO ,но при шлакообразуването SiO се свързва със СаО и преминава в шлаката,а FeO се редуцира в желязо.Чрез СаО се отстранява и силиция,като последния взаимодейства с металните сулфиди. Получава се калциев сулфид ,който е разтворим в шлаката,но не е разтворим в метала.В резултат на дом.продук, може да се получат различни видове чугун-чугун за леене,легиран чугун,чугун за производство на стомана,.
ПРОИЗВОДСТВО НА СТОМАНА
Превръщането на чугун в стомана се състои във намаляването на количеството на Ц и във възможно пълното отстраняване на S и довеждане съдържанието на Si,Mn и други еленемти до необходимите граници.
Окислението на въглерода може да се извърши по два начина
1.Чрез вдухване на кислород в разтопения чугун-конверторен метод
2.Чрезчрез добавяне на твърди окислители /желязна руда,железни отпадъци-мартенов процес
И в двата случая въглкерода се окислява до оксид или диоксид, а силиция и мангана минават в шлаката под вид на оксиди ,отстраняването на сярата и фосфора става чрез добавяне на СаО.
При конверторния метод в конверта се налива разтопен чугун и чрез специални устройства се подава въздух,като в конвертора,ппреди наливането на чугуна се добавя и СаО в оношение 4:10% спрямо чугуна.При продухването ,в резултат на високата температура Fe се окислява до FeO.
2Fe + О2 2FeО + Q
По нататък този FeО взаимодейства с С ,при което се получава СО и се отделя Fe.
FeО + С СО + Fe + Q
По същия начин и Si и Mn взаимодействат с FeО и се получават съответно SiO и MnO и се отделя Fe и двете реакции са ендотермични.P също взаимодейства с FeО ,при което се получава Р2О5 и се оделя Fe.
5FeО + 2Р Р2О5 + 5Fe.
Р2О5 се свързва с СаО ,който също е разтворим в шлаката.Конертотния метод се осъществява по 2 начина:
кисел метод или още бесемерен метод.При него облицовката на конвертора е кисела (динесови тухли) .
Основен метод /тонусов/ -конвертора е с основна облицовка и се добава СаО с цел извличане на Р и S
При мартеновия метод се използват твърди окислители железни руди или старо желязо.Може да се преработва чугун с различен състав.При него също има кисле и основен метод ,акто разликата е в облицовката на пещта.В зависимост от суровината разглеждаме 3 видас процеси:
1.скраб процес-суровината е 60-80 % скраб,15-40% чугун.
2.Скраб-руден процес 20-60% скраб,40-80 чугун,10-15% железни руди
3.руден процес – преработва се чугун със желязна руда
Освен посочените методи могат да се използват ел. пещи ,така се получава по-висококачествена стомана,тъйй като технологичния процес се контролира по-точно..Също може да се използват индукционни пещи-индукционен метод.
Структури и свойства на стомани и чугуни
1.Теоретична част:
В желязо-въглеродните въглеродът се среща както в свободно състояние-графит,така и химически свързан с желязото в съединението Fe3C,което се нарича цементит.Наред с тези две основни форми въглеродът образува още твърди разтвори на вместване с отделните модификации на желязото,а също се свързва и с редица легиращи елементи,при което се получават специални или комплексни карбиди.Присъствието на въглерода в разтвор,в свободно или свързано състояние има определящо влияние върху структурата,а оттам и върху свойствата на сплавите.
Ето защо са се наложили два варианта на диаграмата ‘желязо-въглерод’,с помоща, на които се изучават структурите и свойствата нелегираните желязо-въглеродни сплави,но те са в основата и при изучаването на свойствата и структурите на легираните стомани и чугуни.
За теорията и практиката много по-голямо значение има т.нар. метастабилна или цементитна желязо-въглеродна диаграма,при който вариант се приема,че въглеродът се намира в разтвор и в химически свързан вид като циментит.Тази диаграма се нарича метастабилна,защото цементитът се оказва химически нестабилно съединение и при температури над 4000С в определени случаи се разлага на желязо и свободен въглерод.
Въглеродните стомани са желязо-въглеродни сплави с въглеродни сплави с въглеродно съдържание до 2,14%(мас.%)и други химични елементи в малки количества.
Всъщност те представляват многокомпонентни системи.които освен въглерод съдържът:
-до 0,8% манган и 0,4% силиций,следствие от разкисляването на течния метал.Тези елементи не образуват в структурата на стоманите самостоятелни фази,а се разтварят основно в аустенита и ферита.Те са постоянни компоненти на състава и оказват благоприятно влияние вурху свойствата на стоманите ;
-до 0,55%сяра и 0,45% фосфор,които остават в състава като резултат от металургичното производство.Те са вредни примеси,но пълното им отстраняване практически е невъзможно.Фосфорът е разтворим,но сярата е неразтворима в решетката на желязото;
-пренебрежимо малки количества вредни за свойствата на стоманите остатъчни газове кислород ,водород, азот и др.
Класификацията на въглеродните стомани може да бъде направена по различни признаци:въглеродно съдържание,структура,твърд ост,предназначение,техноло гичност и др.Наи-важен от тези признаци е въглеродното съдържание,тъй като въглеродните атоми,разтворени в полиморфните модификации на кристалната решетка на желязото,променят свойствата на фазите и получените от тях крайни структури,които дефинират свойствата на стоманите при стайна температурата.
Класификация според въглеродното съдържание и структурата на стоманите в равновесна състояние:според въглеродната концентрация съгласно желязо-въглеродната диаграма стоманите се разделят на три групи:
Подевтектоидни стомани с микроструктура ферит или различно количествено съотношение ферлит и перлит в зависимост от количеството на въглерода.Феритът е мека и пластична фаза и по-голямото и количество подобрява пластичните свойства на стоманите.Перлитната фаза обезпечава по-добра яркост,което позволява използването на подевтектоидните стомани като конструкционен материал в машиностроенето.
-Евтектоктоидни стомани с въглеродна концентрация 0,83% и структура перлит.Евтектоидните стомани притежават максимална якост,която е пропорционална на степента дисперсност на феритните и цементитните пластинки.
-Надевтектоидни стомани с въглерод от 0,83%до 2,14%.Структурата е перлит и свободен цементит.Цементитната фаза има висока твърдост и голяма крехкост,което влошава механичните свойства.За тяхното подобряване надевтектоидните стомани се обработват термично.
Според структурата,стоманите се делят на няколко вида:
феритни; ферито-перлитни; перлитни стомани; перлито-цементитни;
Класификация според концентрацията на вредните примеси-този признак разделя стоманите на три групи:обикновени,които съдържат сумарно до 0,06%,качествени с 0,04%и висококачествени с вредни примеси до 0,03%.
Чугуните са основните леарски материали в машиностроенето поради добрите си леярски и яркостни свойства. Те са желязо-въглеродни сплави със съдържание на въглерод повече от 2,14%. Максималното количество на въглерода може да бъде 6,67%,което съответства на 100% Fe3C.На практика въглеродната концентрация се променя в границите от 2,5% до 4,5%,а най-често-от 2,8% до 3,5%. Но въглеродното съдържание не характеризира много добре свойствата на чугуните,както това важи за стоманите. Главният фактор,който определя свойствата на чугуните,е микроструктурата като резултат от сложното взаимодействие на химичния състав и скоростта на кристализация на отливките.