Полезными примесями при производстве чугуна является

Марганец – постоянная примесь железных руд. При выплавке чугунов с повышенным содержанием марганца в доменную печь загружается марганцовая руда. Высшие окислы марганца восстанавливаются до закиси марганца MnO окисью углерода, аналогично окислам железа: MnО2 à Mn2О3 à Mn3О4 à MnО.Закись марганца восстанавливается твердым углеродом по реакция Mn + CO – Q.

Эта реакция протекает при температурах выше 1000оС с поглощением тепла. Поэтому для восстановления марганца требуется увеличивать расход кокса и температуру дутья.

Кремний находится в пустой породе руды и в золе кокса в виде свободного кремнезема SiO2 или в виде силикатов. Восстановление кремния происходит по реакции SiO2 + 2C= Si + 2CO– Q

Другие полезные примеси – никель, ванадий, хром и т. д. – попадают в доменную печь в виде примесей железной руды. При доменной плавке никель восстанавливается и переходит в чугун полностью, хром на 85-95%, ванадий – на 70-80% и т. д.

Фосфор – вредная примесь железных руд находится в них главным образом в виде Р2О5·3СаО. Восстановление фосфора происходит окисью углерода СО, водородом, а также твердым углеродом. Весь фосфор, внесенный шихтой, восстанавливается и переходит в чугун практически полностью.

Сера – особенно вредная примесь в чугуне (и в стали). Основное количество серы вносит кокс, часть железная руда, агломерат, окатыши. В доменной печи 10-20% серы удаляется в виде газообразных соединений (SO2 H2S и др.). Остальная часть серы переходит в чугун и в шлак в виде сульфидов FeS, CaS и др. Сульфид железа хорошо растворяется в чугуне. В условиях доменной плавки основным способом десульфурации, т. е. удаления серы из металла, является образование сульфида кальция CaS по реакции FeS + CaO = FeO + CaS +Q.Сульфид кальция CaS нерастворим в чугуне и находится в шлаке.

Шлакообразование начинается примерно в распаре печи. Первичный шлак образуется в результате сплавления CaO, SiO2, AI2О3 и других окислов, находящихся в составе флюса и пустой породы. При определенных соотношениях по массе эти тугоплавкие окислы могут образовывать легкоплавкие смеси – сплавы с Тпл= 1150-1200°С. Стекая вниз и накапливаясь в горне, шлак существенно изменяет свой состав. В результате взаимодействия с расплавленным чугуном и остатками несгоревшего кокса в шлаке восстанавливаются окислы железа и марганца, в нем растворяются FeS, MnS, зола кокса и т.д. Химический состав шлака определяет состав чугуна и поэтому при выплавке передельных, литейных и других чугунов всегда подбирают шлак соответствующего состава. Типовой состав шлака: 40-50% СаО; 38-40% SiO2; 7-10%AI2O3).

Одна из важнейших характеристик шлака – его основность, т.е., отношение содержания основных окислов к содержанию кислотных окислов. В заводской практике основность нередко определяется упрощенно, как О = %(СаО)/%(SiO2).

ПРОДУКТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Расплавленный чугун выпускают через чугунные летки по 10-18 раз в сутки. В ковшах – чугуновозах емкостью 80-100 т его по железнодорожным путям подают либо в сталеплавильный цех для передела в сталь, либо на разливочную машину. В первом случае чугун сливают в миксеры (копильники) емкостью до 2000 т, отапливаемые газом. При выдержке в миксере выравниваются химический состав и температура чугуна, происходит дополнительное удаление серы.

Разливочная машина представляет собой конвейер с укрепленными на нем формами (мульдами); в них получают небольшие слитки – чугунные чушки (до 55 кг) которые направляют на другие заводы.

Чугуны и ферросплавы. В доменных печах выплавляют передельные и литейные чугуны, а также некоторые ферросплавы.

Передельные чугунывыплавляют трех видов: 1 – коксовый М1, М2, М3, Б1, Б2 -фосфористый – высококачественный

По содержанию вредных примесей – фосфора и серы – чугуны делятся на классы А, Б и т. д. по фосфору на категории I, II и т. д. по сере.

Наиболее распространенные чугуны М1, М2, М3 применяют для выплавки стали мартеновским и кислородно-конверторным способами. Чугуны марок Б1, Б2, используют для передела на сталь бессемеровским способом. Фосфористые чугуны МФ1, МФ2 и МФ3 переделывают в сталь в мартеновских качающихся печах. Высококачественные чугуны ПВК1, ПВК2, ПВК3 имеют минимальное содержание вредных примесей и используются для выплавки качественных сталей в электродуговых и других печах.

Литейные чугуныприменяют для получения литых деталей. Обычные литейные чугуны содержат 0,1-0,3% Р, для художественного литья применяют фосфористые чугуны, содержащие до 1,2% Р.

Доменные ферросплавы, зеркальные чугуны ЗЧ1, ЗЧ2, ЗЧ3 применяют при выплавке сталей для раскисления и легирования.

В доменных печах из руд некоторых месторождений выплавляют также природнолегированныечугуны, содержащие хром, ванадий, никель и т. н.

Доменный шлак – побочный продукт плавки – по мере его накопления выпускают в расплавленном состоянии через шлаковые летки в ковши-шлаковозы. В настоящее время шлак все шире используют для получения строительных материалов.

Доменный или колошниковый газ непрерывно удаляется через газоотводы в колошнике из доменной печи.

После очистки от пыли (частиц руды, топлива, флюсов) доменный газ используют как топливо для нагрева воздухонагревателей доменных печей, водяных и паровых котлов. В смеси с более высококалорийными коксовым или природным газами его применяют также для отопления мартеновских и нагревательных печей.

ТОПЛИВО

Топливом в металлургических печах являются кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Коксполучают на коксохимических заводах в коксовых печах сухой перегонкой при температуре 1000 °С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80—88 % углерода, 8—12% золы, 2—5% влаги, 0,5—1,8% серы, 0,02— 0,2 % фосфора и до 1—2 % летучих продуктов. Для доменной плавки кокс должен содержать минимальное количество серы и золы. Куски кокса должны иметь размеры 25—60 мм. Кокс должен обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться под дей­ствием шихтовых материалов.

Природный газ содержит 90—98 % углеводородов (СН4 и С2Н6) и 1 % азота.

Мазутсодержит 84—88 % углерода, 10—12 % водорода, небольшое количество серы и кислорода. Кроме того, ис­пользуют доменный или колошниковый газ, побочный продукт доменного процесса.

ПРОДУКТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Основным продуктом доменной плавки является чугун.

Передельный чугун предназначается для дальнейшего передела в сталь. На его долю приходится 90 % общего производства чугуна. Обычно такой чугун содержит 3,8…4,4 % углерода, 0,3…1,2 % кремния, 0,2…1 % марганца, 0,15…0,20 % фосфора, 0,03…0,07 % серы.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Кроме чугуна в доменных печах выплавляют

Ферросплавы– сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали.

Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и доменный газ.

Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, удобрения (стараются получить гранулированный шлак, для этого его выливают на струю воды).

Доменный газ после очистки используется как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в печь.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНОВ

Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

· белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

· серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

· половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Дата добавления: 2017-02-25; просмотров: 707 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление

Обычный промышленный чугун — не двойной железоуглеродистый сплав — он содержит те примеси, что и углеродистая сталь, т. е. марганец, кремний, серу и фосфор, но в большем количестве, чем сталь. Эти примеси существенно влияют на условия графитизации и, следовательно, на структуру и свойства чугуна.

Кремний особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 3-5 %. Изменяя содержание кремния, можно получить чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре — от малокремнистого белого до высококремнистого ферритного (серого с пластинчатым или высокопрочного с шаровидным графитом).

Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации или, как говорят, способствует отбеливанию чугуна.

Сера также способствует отбеливанию чугуна, но одновременно ухушает литейные свойства (в частности, снижает жидкотекучесть), поэтому содержание серы в чугуне лимитируется: верхний предел для мелкого литья для более крупного, когда можно допустить несколько худшую жидкотекучесть, до

Фосфор практически не влияет на процесс графитизации. Однако фосфор — полезная примесь в чугуне, так как он улучшает жидкотекучесть. Это объясняется образованием относительно легкоплавкой тройной эвтектики, плавящейся при . В момент затвердевания эвтектика состоит из аустенита, обогащенного фосфором, цементитом и фосфидом железа — «Стэдит».

Твердые участки фосфидной эвтектики повышают общую твердость и износоустойчивость чугуна.

Кроме этих постоянных примесей, в чугун часто вводят и другие элементы. Такие чугуны называются легированными. Если примеси содержались в рудах, из которых в доменной печи выплавляется чугун, то такие чугуны называются природно-легированными. Наиболее часто чугун легируют хромом, никелем, медью, алюминием, титаном. Хром препятствует, а медь и никель способствуют графитизации чугуна.

В настоящее время еще нет удовлетворительно разработанной теории, объясняющей влияние легирующих элементов на графитизацию.

Рис. 168. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получиться структура в отливке в зависимости от: а — содержания кремния и углерода (толщина стенки 50 мм): б — суммы содержаний углерода и кремния и от толщины стенки; I — белые чугуны; II — перлитные чугуны; III — серые ферритные чугуны

Во всяком случае растворение в цементите таких элементов, как хром, марганец, вольфрам, молибден, ванадий, препятствуют графитизации. Большинство остальных элементов, встречающихся в чугунах, нерастворимо в цементите и способствует графитизации. Этот вопрос рассматривается во многих теоретических и экспериментальных работах (М. Г. Окнова, К. П. Бунина, И. Н. Богачева и др.).

Для приближенного определения структуры чугуна в зависимости от содержания примесей пользуются так называемыми структурными диаграммами, одна из которых приведена на рис. 168, а. Из диаграммы видно, какой будет структура у отливок с толщиной стенок 50 мм в зависимости от содержания в чугуне углерода и кремния (содержание марганца постоянно и равно

Практикой было отмечено, что в одной отливке чугун может иметь разную структуру. В тонких частях отливки, у ее поверхности степень графитизации меньше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Другими словами, там, где скорость охлаждения была больше, образуется больше цементита, а там, где чугун охлаждается медленнее — больше графита. Факторы, определяющие степень графитизации в чугуне, — это содержание углерода и кремния, а также скорость охлаждения.

Чтобы определить, как зависит структура чугуна от состава (содержание углерода и кремния) и скорости охлаждения (толщина стенки отливки), можно воспользоваться другой структурной диаграммой (рис. 168, б).

Промышленное значение имеет чугун с содержанием угле­рода от 2 до 4,3 % •

Углерод, являющийся важной составляющей, может нахо­диться в чугуне в двух состояниях: в связанном с железом в виде цементита, в свободном в виде пластинчатого графита.

В чугуне содержатся также постоянные примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

Кремний увеличивает жидкотекучесть, способствует разло­жению цементита (с выделением углерода в виде графита) и получению серого чугуна. В белом чугуне кремния содержится не более 2 %, а в сером от 1 до 4 %.

Марганец препятствует графитизации, образуя с углеродом карбиды Мп3С, способствует получению белого чугуна. По­этому в белых чугунах марганца содержится от 1 до 3 %, а в серых не более 1,3 %

Сера является вредной примесью. Она понижает прочность, увеличивает хрупкость, ухудшает литейные свойства чугуна, так как придает ему пузырчатость и густотекучесть. Повышен­ное содержание серы вызывает красноломкость. Сера перехо­дит в чугун в основном из топлива и в небольших количествах из руды. В чугуне серы должно быть не более 0,08%.

Фосфор понижает прочность и увеличивает хрупкость чу­гуна. Повышенное содержание фосфора вызывает хладнолом­кость металла. Содержание фосфора в чугунах, предназначен­ных для изготовления ответственных отливок, должно быть не более 0,2%. Одновременно фосфор улучшает литейные свой­ства чугуна, так как уменьшает усадку и увеличивает жидко­текучесть металла, а следовательно, способствует лучшему за­полнению формы. Это позволяет получить из чугуна с повы­шенным содержанием фосфора тонкие отливки с чистой и гладкой поверхностью, что очень важно для художественного литья.

Белый и серый чугуны

Выплавленный в доменных печах чугун в зависимости от вида содержащегося углерода делится на белый , (передель­ный) и серый (литейный). Белым {передельным) называется чугун, в котором угле­род находится в виде цементита, он имеет в изломе белый цвет (поэтому его называют белым), обладает высокой твер­достью и хрупкостью, не поддается механической обра­ботке. Серым, (литейным) называется чугун, в котором углерод находится в виде пластинчатого графита, он имеет в изломе серый цвет (поэтому его называют серым), обладает меньшей твердостью и хрупкостью, чем белый чугун, поддается механи­ческой обработке.

Белый чугун составляет около 80 % всех выплавляемых чугунов и идет в основном для переделки в сталь. По назначе­нию он делится на три класса: мартеновский, предназнача­ется для переделки в сталь в мартеновских печах, бессеме­ровский— для переделки в сталь в бессемеровских конвер­терах, томасовский переплавляют в сталь в томасовских конвертерах.

Серый чугун хорошо сопротивляется сжимающим нагруз­кам, нечувствителен к поверхностным дефектам и удовлетвори­тельно сопротивляется усталостному разрушению, но из-за низкой пластичности и ударной вязкости его использование в качестве конструкционного материала ограничено.

В соответствии с ГОСТ 1412—79 различают следующие марки серого чугуна: СЧ00, СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48, СЧ32-52, СЧ36-56, СЧ40-60, СЧ44-64.

Буквы в марке обозначают серый чугун, две первые циф­ры—-предел прочности на растяжение (кгс/мм2), две послед­ние цифры — предел прочности при изгибе (кгс/мм2). В марке СЧ00 показатели прочности и твердости не определяются.

Механические свойства серого чугуна приведены в табл.12.

Все серые чугуны по содержанию фосфора делятся на гематитовые, обыкновенные и фосфористые.

Гематитовые чугуны выплавляются из чистых гематитовых руд, содержащих незначительное количество вредных примесей. Они содержат не более 0,1 % фосфора и применя­ются для ответственного литья.

Обыкновенные чугуны содержат до 0,3% фосфора и используются для менее ответственного литья, чем гематитовые.

Фосфористые чугуны содержат до 1,2% фосфора и применяются для литья, требующего тонкой, чистой и гладкой поверхности.

 В судостроении из серого чугуна изготовляют гребные винты, дейдвудные трубы, детали арматуры, кнехты, киповые планки, роульсы и т. п.

Разновидностью серого чугуна является ковкий чугун. Это условное название более мягкого и вязкого чугуна, чем серый, получаемого из белого чугуна в результате длительного от­жига. Ковкий чугун, как и другие чугуны, не куется. Суще­ствуют следующие марки ковкого чугуна по ГОСТ 1215—79: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

Буквы в марке означают сокращенное название ковкий чу­гун, две первые цифры — предел прочности на растяжение (кгс/мм2), одна или две последние цифры — относительное удлинение (%).

Ковкий чугун обладает хорошими механическими свой­ствами и высокой стойкостью к коррозии. В судостроении из него изготовляют малонапряженные детали судового оборудо­вания, дельные вещи и арматуру (детали клапанов и задви­жек, иллюминаторы, дверные ручки и т. п.).

Модифицированный чугун получают путем введе­ния в жидкий серый чугун перед разливкой специальных эле­ментов, называемых модификаторами, например алюминия, кремния, кальция и др. Они увеличивают количество центров кристаллизации и, следовательно, измельчают графит. . По­этому модифицированный чугун имеет повышенную прочность, лучшую стойкость против образования трещин и меньшую . хрупкость, чем обычные серые. Все высшие марки серого чу­гуна, начиная с СЧ28-48, получают методом модифицирования.

Высокопрочным называется серый чугун, содержащий шаровидный графит. Его получают введением в серый чугун магния, церия и висмута. Добавка их в расплавленный серый чугун, содержащий пластинчатый графит, превращает его в шаровидный. Высокопрочный чугун имеет более высокие ме­ханические свойства, чем обычный серый, модифицированный и ковкий чугуны, а также среднеуглеродистая сталь (табл. 13). В настоящее время выплавляют следующие марки высоко­прочного чугуна по ГОСТ 7293—79: ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3, ВЧ80-3, ВЧ100-4 и ВЧ120-4.

Буквы обозначают высокопрочный чугун, первые две циф­ры— предел прочности на растяжение (кгс/мм2), последние одна или две цифры — относительное удлинение (%).

В судостроении высокопрочные чугуны широко применяют вместо ковкого чугуна и среднеуглеродистой стали. Из них изготовляют различные судовые устройства, механизмы, дель­ные вещи и т. д. Наиболее распространен магниевый чугун, обладающий высокими механическими свойствами, что позво­ляет использовать его вместо ковкого чугуна при изготовлении ответственных деталей машин: коленчатых валов, картеров, шатунов и т. п., а также грузовых, зачистных, обогревающих и охлаждающих трубопроводов, дейдвудных труб, винтов регу­лируемого шага (ВРШ) и т. п.

Легированные чугуны

 Легированными называются чугуны, в которые введены ле­гирующие (облагораживающие) примеси, например хром, ва­надий, молибден, никель, титан и др.

Легирующие элементы повышают прочность, твердость, из­носостойкость, коррозионную стойкость и другие механические, технологические и химические свойства чугунов.

Все легированные чугуны в зависимости от суммарного со­держания легирующих элементов делятся на низколегирован­ные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%).

Разновидности легированных чугунов имеют разные марки. Входящие в марку легирующие элементы обозначают буквами: Н—никель, X — хром, М — молибден, Т — титан, К — кобальт, В — вольфрам, Б — ниобий, Г — марганец, С — кремний, Ф — ванадий, Ю — алюминий, Д — медь. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание легирующих элементов в процентах. Если цифры нет, то данного легирующего эле­мента содержится около 1 %. Например, марка ЧН15Д7Х означает, что это высоколегированный чугун, в котором содер­жится никеля—15%, меди — 7% и хрома — около 1 %.

Изготовление легированных чугунов, обладающих целым рядом ценных свойств, относительно недорого, и поэтому об­ласть их применения непрерывно расширяется.

В зависимости от свойств легированные чугуны делятся на износостойкие, коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаро­стойкие и др.

Износостойкими называются чугуны, обладающие вы­соким сопротивлением износу (истиранию), которое возникает при трении поверхностей, находящихся под нагрузкой. К изно­состойким чугунам относятся антифрикционные и фрикционные чугуны.

Антифрикционными называются износостойкие чу­гуны, обладающие низким коэффициентом трения. Из них из­готовляют детали, работающие в условиях трения скольжения: подшипники скольжения и их вкладыши, грундбуксы, саль­ники и другие подобные детали.

Антифрикционные чугуны имеют марки по ГОСТ 1585—79: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, АЧК-1, АЧК-2, АЧВ-1, АЧВ-2 и др.

Буквы АЧ означают антифрикционный чугун, а буквы С, К и В — базовый чугун (серый, ковкий и высокопрочный), на основе которого он получен. Цифра — условный номер.

Кроме перечисленных марок применяют специальный ан­тифрикционный пористый чугун марки АПЧ, получаемый вве­дением в расплавленный чугун при его выплавке свинца, фос­фора и углекислого калия (поташа). В результате затвердевший чугун становится пористым, что улучшает его антифрик­ционные свойства.

В качестве антифрикционных чугунов применяют также медистый чугун марок ЧМ-1,3, ЧМ-1,8 и др., в которых цифра указывает на содержание меди в процентах. Эти чугуны имеют хорошие антифрикционные свойства и выдерживают большие нагрузки.

Фрикционными называются износостойкие чугуны, имеющие высокий коэффициент трения. Из них делают тор­мозные устройства различных механизмов:

Все большее распространение в судостроении получают коррозионнно-стойкие чугуны (ГОСТ 11849—76), так как даже обычные чугуны обладают более высокой коррози­онной стойкостью в атмосфере и морской воде, чем углероди­стые стали. Вводя в чугун более 12 % хрома и снижая содер­жание углерода, получают нержавеющий чугун. Высокой кор­розионной стойкостью в агрессивных средах, стойкостью к кавитации и износу в пароводяных средах обладают коррози-онно-стойкие чугуны марок ЧНХТ,ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2 и др.

Жаростойкими называются чугуны, стойкие против окисления и сохраняющие механические свойства при высоких температурах нагрева (свыше 750 К).

Многие высоколегированные жаростойкие чугуны являются одновременно и коррозионно-стойкими. Детали, работающие при высокой температуре нагрева без больших нагрузок, вы­годнее изготовлять из жаростойких чугунов, чем из жаростой­ких сталей, так как стоимость их получения меньше.

В марках жаростойких чугунов (ГОСТ 7769—75) буквы ЖЧ обозначают жаростойкий чугун, последующие буквы обозна­чают легирующие элементы, а цифры.—среднее содержание ле­гирующих элементов в процентах. Например, ЖЧНДХ-15-7-2 — это жаростойкий чугун, содержит никеля 15%, меди 7% и хрома 2 %, а остальное железо, углерод и другие примеси.

Существуют жаростойкие алюминиевые чугуны — чугаль и пирофераль. Они содержат большое количество алюминия и модифицированы магнием для получения шаровидного гра­фита, коррозионно-стойки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется чугуном?

2.           Какое влияние на свойства чугуна оказывают углерод, кремний, мар­ганец, сера и фосфор?

3. Почему чугун для художественного литья должен иметь повышенное содержание фосфора?

4. Как делятся белые (передельные) чугуны и где их применяют?

5. Как делятся серые чугуны и где их применяют?

6. Почему одна из разновидностей серого чугуна получила название «ковкий чугун»?

7. Какими особыми свойствами обладают легированные чугуны?

Задание

Расшифруйте марки: СЧ32-52, КЧ50-4, ВЧ45-5, АЧС-2, АЧВ-1, АЧК-1, ЧМ-1,3, АПЧ, ЧН15Д7Х2, ЖЧС-5,5. Укажите области применения этих чу-гунов.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ