Основи металургійного виробництва та технології ливарного виробництва (стр. 1 из 2)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет водного господарства
та природокористування
Кафедра „Автомобілі, автомобільне господарствоі технологія металів”
КОНТРОЛЬНА РОБОТА №2
з курсу
„Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів”
Розділи:
„ОСНОВИ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА”, „ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА”
Рівне 2009
Опишіть будову і принцип роботи доменної печі і вкажіть, які фізико-хімічні процеси протікають в різних зонах печі
Виробництво чавуну.
Чавун одержують у доменних печах з руд шляхом відновлення заліза і насичення його вуглецем і іншими елементами. Основна маса чавуну (більш 80%) використовується для виплавки сталі. Основними вихідними матеріалами для виробництва чавуну в доменній печі є червоні, магнітні, бурі і шпатові залізняки, марганцеві руди, паливо і флюс.
Будова доменної печі.
Доменна піч являє собою вертикальну плавильну піч шахтного типу. Свою назву доменні печі одержали від раніше застосовуваних в Росії (VIII-IX століття) шахтних печей, що називалися домницями.
Доменна піч є могутнім і високопродуктивним агрегатом з корисним обсягом печі 3000—5000 м3 і продуктивністю більш 5000 т чавуну в добу. Корисна висота таких печей досягає 30 м і більш. Доменна піч (рис. 1) зовні укладена в сталевий кожух, а усередині футерована вогнетривкою (шамотною) цеглою. Внутрішній обрис печі називається її профілем. При цьому варто розрізняти колошник І, шахту ІІ, розпар ІІІ, заплічики IV і горн V.
Колошник обладнаний литими сталевими сегментами 3, що захищають вогнетривку футеровку від руйнування при ударах шихти, що завантажується в піч.
У верхній частині печі є завантажувальний пристрій, що складається з прийомної лійки 7, малого конуса 5, розподільного пристрою 6 і великого конуса 4 з лійкою 10. Сирі матеріали (шихта) подаються на колошник по похилому мосту 9 двома скіпами 8. Зі скіпа матеріали спочатку попадають на малий конус, що для забезпечення більш рівномірного завантаження шихти у великий конус повертається навколо осі штанги. Малий і великий конуси опускаються не одночасно, щоб запобігти викиду доменних газів з печі в атмосферу У великий конус через малий конус засипають кілька скіпів шихтових матеріалів, що утворюють так звану колошу. У процесі опускання великого конуса колоша падає в піч. Рудну частину шихти і кокс завантажують роздільно, тому в печі утвориться два шари — коксу і рудної частини.
У нижній частині печі знаходяться фурменні пристрої 2, через які вдувають у піч нагріте повітря або повітря, збагачене киснем, а також іноді газоподібне, рідке або пилоподібне паливо для економії коксу.
Рис. 1. Доменна піч
Чавун і шлак безупинно стікають вниз і періодично випускаються через чавунну льотку 1 і шлакову льотку 11.
Процес доменної плавки безперервний, а завантаження шихтових матеріалів і випуск чавуна і шлаку виробляються періодично по установленому режиму. Вихідні матеріали надходять у доменну піч зверху, а в нижню частину печі через фурми подаються нагріте повітря або повітря, збагачений киснем, а також газоподібне паливо. Гази, що утворяться при згорянні палива, піднімаються назустріч опускаються шихтовим матеріалам, нагрівають них, відновлюють і плавлять. Таким чином, піч працює за принципом протитоку, що, природно, дозволяє більш повно використовувати тепло.
При нормальній роботі доменної печі у всіх її зонах установлюється визначена температура й у них відбуваються різні фізико-хімічні процеси горіння палива, видалення вологи, розкладання вапняку, відновлення заліза й інших елементів, плавлення і навуглецевування заліза, утворення чавуну і шлаку.
Опустившись до рівня фурм, кокс згоряє у струмені підігрітого до 1100—1300° С повітря або повітря, збагаченого киснем (до 30—35%), подаваного в піч через фурми під тиском 150—200 кН/м2 (1,5— 2 ат). Процес горіння палива йде з великим виділенням тепла.
Продукти доменного плавлення.
Продуктами доменного виробництва є чавун, шлак і доменний газ.
Чавун виплавляють у залежності від призначення трьох сортів: передільний, ливарний і спеціальний (феросплави). Передільний чавун йде на переробку в сталь, виробництво його складає більш 80%.
Ливарний чавун призначається для одержання усіляких фасонних виливків. Його виплавляється близько 16% від усього виробництва чавуна. Він містить підвищену кількість кремнію, що поліпшує ливарні властивості чавуна.
Доменні феросплави застосовують при виробництві сталі (як присадки і для розкислення) у сталеплавильних печах і при виробництві чавуна у вагранках. Їх виплавляють приблизно 4% від усього виробництва чавуна. Феросплави відрізняються від передільних і ливарних чавунів підвищеним вмістом марганцю і кремнію. До них відносяться феромарганець доменний, утримуючий 70—75% Мn і 2% Si, дзеркальний чавун (із дзеркальним блиском у зламі), що містить 10— 25% Мn і до 2% Si, феросиліцій доменний, утримуючий 9—13% Si і 3% Мn.
Доменні шлаки, що утворяться при плавці чавуна, звичайно піддають грануляції водою для одержання дрібнозернистої маси. Оброблені зазначеним методом шлаки використовують для виготовлення цементу, цегли, шлакоблоків і інших будівельних матеріалів.
Доменний газ після очищення від пилу використовують як газоподібне паливо в повітронагрівачах для опалення різних печей, нагрівання ковшів і ін.
Доменна піч працює безупинно 5—6 років і більше з моменту пуску до чергового капітального ремонту.
Зупинка печі відбувається головним чином через вигоряння вогнетривкої кладки. Для контролю товщини кладки використовують радіоактивний ізотоп кобальту 60Со. При будівництві або ремонті доменної печі в найбільш уразливі частини кладки зашпаровують зазначений ізотоп кобальту. У процесі експлуатації печі періодично до місць, де замурований 60Со, підносять лічильник Гейгера, за допомогою якого можна знайти γ-випромінювання. Коли кладка вигорить до визначеної товщини, 60Со розплавиться в чавуні і піде разом з ним з печі; у цьому випадку випромінювання не буде. Реєструєме при цьому ослаблення або повне зникнення γ-випромінювання дозволяє установити термін зупинки печі на капітальний ремонт.
Схарактеризуйте вимоги, які ставлять до формувальних і стержневих сумішей, і запишіть, з яких компонентів вони складаються
доменна піч плавлення
Формувальні і стержневі суміші.
Формувальні суміші застосовують для виготовлення піщаних форм, а стержневі — для виготовлення стержнів, встановлюваних у зазначені форми.
Вихідні формувальні матеріали.
Вихідними матеріалами для виготовлення формувальних сумішей служать формувальні піски і глини. Формувальні піски добувають у піщаних кар'єрах і класифікують за ГОСТом. У залежності від вмісту глинистих складових кварцові піски поділяються на кілька класів: кварцові К (до 2% глини), тощі Т (2—10% глини), напівжирні П (10—20% глини), жирні Ж {20—30% глини) і дуже жирні ОЖ (30— 50% глини). Іншою класифікаційною ознакою пісків по тому ж ГОСТу є його зерновий склад, що визначається методом ситового аналізу.
Піски підрозділяють по величині зерен: грубий (1,0—0,4 мм), дуже великий (0,63—0,315 мм), великий (0,4—0,2 мм), середній (0,315—0,16 мм), дрібний (0,2— 0,1 мм), дуже дрібний (0,16—0,063 мм), тонкий (0,1 — 0,05 мм), пилоподібний (0,063—0,05 мм). Для зв'язування зерен піску у формувальні суміші додають глини, каолінітові (позначаються буквою К) або монтморилонітові (позначаються буквою М).
Монтморилонітові (бентонітні) глини володіють високою сполучною здатністю у вологому стані.
У зв'язку з тим що піщано-глинисті формувальні і стержневі суміші володіють рядом недоліків (поганою піддатливістю і газопроникністю й ін.), у них замість глини вводять зв'язувальні речовини (сульфідно-спиртову барду, різні смоли, пеки, бітуми, рідке скло й ін.).
Оптимальна кількість вводиться в суміш сполучних визначається за ГОСТ або по ТУ.
З неорганічних сполучних застосовують рідке скло (водний розчин силікату натрію Na2O-m-Si2, де m коливається від 2 до 3). Головною характеристикою рідкого скла є модуль, що представляє собою відношення числа грам-молекул двоокису кремнію до числа грам-молекул окису натрію
Чим більше модуль, тим вище міцність сумішей у вологому стані і нижче в сухому стані.
Крім сполучних матеріалів, що забезпечують необхідну міцність, у формувальні і стрижневі суміші вводять різні добавки, що додають сумішам необхідні властивості.
Пісок застосовується попередньо висушеної і просіяний. Глину і тверді добавки сушать, дроблять і просівають. Для сушіння піску застосовують печі барабанного типу і високопродуктивні апарати киплячого шару.
Формувальні суміші. Їх приготування і властивості.
Формувальні суміші служать для виготовлення піщаних форм і застосовуються трьох типів: єдині, лицювальні і наповнювальні. Єдині суміші використовують у масовому виробництві, а лицювальні і наповнювальні — в індивідуальному виробництві. При цьому спочатку на поверхню моделі наносять лицювальну суміш, а потім наповнювальною сумішшю заповнюють іншу частину форми.
Вибір складу формувальної суміші залежить головним чином від сплаву, з якого будуть виготовляти відливки, а, також від того, які форми застосовуються: сухі або сирі. Найбільше застосування одержали сирі форми, тому що це економічно більш вигідно. Сухі форми використовують для виготовлення великих або складних за формою виливків.
Для одержання якісних виливків у сирих формах необхідно знати залежність властивостей формувальної суміші від її складу. Так, наприклад, чим, більше в суміші глини, тим газопроникність нижче, але вище міцність; підвищена вологість (більш 6%) збільшує пластичність і міцність суміші, але знижує її газопроникність і збільшує газотворність суміші.