Как получают чугун: chemistry and physics – steel-guide.info

Содержание

Узнаем как получают чугун? Сплав железа с каким веществом позволяет получить чугун?

Чугун — широко используемый в разных отраслях промышленности металл, отличающийся замечательными эксплуатационными характеристиками. Процесс его получения относительно несложен и слишком много шагов в себя не включает. Выплавляют этот материал в домнах — особых печах, представляющих собой нечто вроде увеличенной копии пробирки. О том, как получают чугун, и поговорим далее во всех подробностях.

Горно-обогатительные комбинаты

Основным сырьем, используемым при производстве чугуна, является железная руда. Добывают ее в карьерах в разных местах нашей страны. Как известно, добытая руда содержит большое количество разного рода примесей. Использовать ее для плавки чугуна в таком «сыром» виде, конечно же, нельзя. Поэтому на первом этапе она поступает на специальные предприятия — горно-обогатительные комбинаты. Здесь из нее удаляют пустые породы и дробят. Затем уже чистую руду грузят в вагоны составов и отправляют на металлургические комбинаты.

Процесс агломерации

Собственно, как получают чугун, рассмотрим чуть ниже. Сейчас же поговорим о том, как подготавливается руда для его выплавки непосредственно на металлургических производствах.

Если для переплавки будет использован обычный дробленый материал, производительность доменной печи резко упадет. Дело в том, что такая шихта имеет низкую степень газопроницаемости. Поэтому перед загрузкой в домну руда в обязательном порядке проходит процесс агломерации.

Выполняется эта процедура в специализированных цехах металлургических комбинатов и представляет собой процесс спекания породы в куски определенного, наиболее подходящего для выплавки чугуна размера. Происходит слипание при высокой температуре, достаточной для легкого расплавления поверхности частиц шихты. В результате последние просто-напросто склеиваются друг с другом, образуя куски. При этом предварительно руда смешивается с углем. В результате горения последнего и достигается необходимая для получения кусков температура. Стимулируется процесс агломерации путем пропускания через слой руды с углем потоков воздуха (сверху вниз).

Для получения агломерата может использоваться не только руда. Иногда его делают также из небольших кусков железа. Его сплав с каким веществом позволяет получить чугун, будет рассмотрено ниже. Конечно же, для производства этого металла используется не железо в чушках. Переплавляют на чугун обычный металлолом.

Что происходит в печи

Итак, давайте посмотрим, как получают чугун в домне. Изнутри печь такой конструкции облицована кирпичом. Принцип ее работы относительно прост. При производстве чугуна, помимо агломерата, используются кокс, известь и флюс. Смесь из этих материалов готовится в определенной пропорции. Она то и называется доменной шихтой. Ее насыпают в специальные подъемники и поднимают на самый верх печи.

Для того чтобы кокс загорелся, необходимо большое количество воздуха, обогащенного кислородом. Он подается в доменную печь снизу, через специальные отверстия, называемые фурменными. Вдувается он в печь под очень большим давлением. Это необходимо для того, чтобы воздух проник через пласт подаваемой сверху шихты. При этом предварительно поток подогревается до 600-800 градусов, иначе температура внутри печи снизится.

Полученный при расправлении шихты чугун стекает вниз и с периодичностью примерно один раз в 40 мин выпускается наружу через специальное отверстие, называемое леткой. Далее он переливается в чаши большой емкости и перевозится в сталеплавильные цеха.

Восстановление и науглероживание железа в печи

Все домны работают по принципу противотока. При этом в них поочередно происходят следующие химические процессы:

  1. Восстановление железа. Происходит этот процесс последовательно и выглядит так: Fe2O3 — Fe3O4 — FeO — Fe. В качестве восстановителя в данном случае выступает оксид углерода (CO), образующийся при взаимодействии CO2 с раскаленным коксом, а также твердый углерод последнего.
  2. Науглероживание железа. Реакция в данном случае выглядит так: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q. Карбид Fe3C легко смешивается с твердым железом, в результате чего и образуется сплав последнего с углеродом. Стекая вниз, он омывает куски кокса и науглероживается еще больше. Помимо этого, в нем растворяются такие вещества, как марганец, сера, кремний и т. д.

Таким образом, становится понятно, доменный металл — это сплав железа с каким веществом. Получить чугун можно просто путем науглероживания расплава шихты.

Восстановление других элементов

Mn, кремний, сера и фосфор попадают в доменную печь вместе с шихтой в виде различных химических соединений. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до MnO примерно по тому же принципу, что и железо: MnO2 — Mn2O3 — Mn3O4 — MnO. Чистый марганец выделяется так: MnO + C = Mn + CO — Q. Кремний попадает в печь в виде кремнезема SiO2. Восстановление его происходит по реакции SiO2 + 2C = Si + 2CO — Q.

Фосфор восстанавливается водородом, твердым углеродом и CO и, к сожалению, переходит в чугун практически полностью. Этот элемент ухудшает доменный сплав железа. Позволяет получить чугун хорошего качества присутствующий в шихте кремнезем, а также высшие оксиды марганца. Mn в некоторых случаях добавляется в домну специально. При этом получается особый вид чугуна — марганцевый.

Удаление серы

Вопрос о том, как получить чугун хорошего качества, сводится в том числе и к очистке его от этого нежелательного элемента. Сера является основной вредной примесью, значительно ухудшающей свойства конечного продукта выплавки. Основное ее количество содержится в коксе. Удаляют серу путем повышения содержания в шихте извести (CaO) и увеличения температуры в горне. Реакция в данном случае выглядит так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Для снижения процента содержания серы в чугуне могут использоваться и другие способы. К примеру, иногда уже выплавленный материал обрабатывается в выпускном желобе или чаше с содой. При этом удаление серы происходит в результате реакции FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2.

Образование шлака

Таким образом, мы с вами выяснили, как получают чугун. Однако при выплавке этого материала получается и еще один, широко используемый в народном хозяйстве продукт. При плавке 1 т чугуна выходит 0,6 т шлака. Дело в том, что даже в очищенной железной руде содержится довольно-таки большое количество глины. В состав кокса же входит зола. Для удаления этих ненужных элементов к шихте, помимо всего прочего, примешивают флюсы (карбонаты кальция и магния). В процессе плавки они вступают в химическую реакцию с разного рода примесями, в результате чего и образуется шлак. Представляет он собой алюмосиликатный или силикатный расплав.

Плотность шлака меньше, чем жидкого чугуна. Поэтому в процессе плавки он располагается под ним. Удаляют его периодически через отдельную летку, называемую шлаковой. Используется этот побочный продукт чугунолитейного производства в основном для изготовления цемента и строительных блоков в качестве наполнителя.

Виды чугуна

Как видите, вопрос о том, как получить чугун в домне, относительно несложен. В конечном итоге, однако, из печи может выходить материал, немного отличающийся по химическому составу и физическим свойствам. Все чугуны в основном подразделяются на две разновидности: передельные (белые) и литейные (серые). Первый тип используется как сырье при производстве сталей. Литейный применяют для получения разного рода чугунных изделий, пользующихся на рынке неплохим спросом.

Белый чугун

Доля этой разновидности выплавляемого в доменных печах металла составляет 75-80%. Основными свойствами такого чугуна являются: большая твердость, хрупкость и износоустойчивость. Марганца и серы в нем содержится обычно больше, чем в литейном. Обработке белый чугун поддается с большим трудом. Использовать для изготовления из него каких-либо изделий обычные режущие инструменты современных станков нельзя. Зато сталь получают из чугуна этой разновидности довольно-таки просто. Подразделяется передельный доменный металл в зависимости от способа дальнейшей переплавки на три класса: мартеновский (М), бессемеровский (Б) и томасовский (Т).

Литейный чугун

Углерод в этом материале в основном содержится в виде свободного графита, имеющего в своем составе кремний. Поставляется он для изготовления чугунных изделий в виде чушек. Маркируется этот материал буквой «Л» и цифрами от «1» до «6», в зависимости от назначения. Существует также рафинированный магнием литейный чугун, помечаемый буквами «ЛР».

Ну что ж, надеемся, мы в достаточно полной мере ответили на вопрос о том, сплав железа с каким веществом позволяет получить чугун. Это обычный углерод, замещающий в доменной печи входящий в состав руды кислород. Основные же свойства чугуна зависят от количества входящих в его состав примесей: марганца, фосфора, кремния и серы.

Описание доменного процесса: как получают чугун

Всё ещё распространённым, хотя и устаревшим видом металлургического производства является процесс получения жидких металлов в результате реакции потока воздуха со смесью металлической руды, кокса и флюса. Это — доменный процесс, считающийся универсальным и используемым для:

  • Производства чугуна из железной руды.
  • Последующей переработки чугуна в сталь.
  • Выплавки таких металлов как свинец или медь, имеющих сравнительно небольшую температуру плавления.
  • Быстрое горение поддерживается потоком воздуха, который подаётся под давлением.

    Исходное сырье

    Доменные печи производят чугун из железной руды за счет восстанавливающего действия углерода (подаваемого в виде кокса) при высокой температуре в присутствии флюс, например известняк.

    Для производства передельного чугуна, а также для выплавки первичной стали в доменной печи используется три вида основного сырья:

  • Предварительно подготовленная на агломерационной фабрике железная руда.
  • Кокс – твёрдое вещество, которое осталось после нагревания угля в отсутствие воздуха. Кокс обычно содержит до 90% углерода.
  • Известняк (CaCO3) или негашеная известь (CaO), которые периодически должны добавляться в доменную печь.
  • Для эффективной реализации доменного процесса при производстве чугуна требуется руда с содержанием железа не менее 50%. Однако на практике часто приходится иметь дело с так называемыми «бедными» рудами. Поскольку стоимость транспортировки железной руды достаточно велика, то она перед отправкой проходит операции, называемые обогащением. Технология обогащения включает следующие переходы:

  • Дробление.
  • Обработку на грохотах – промышленном просеивающем оборудовании, которое разделяет фракции руды.
  • Галтовку – придание руде вида геометрически соразмерных кусков.
  • Флотацию – водную очистку от механических примесей, которая использует разность в показателях плотности компонентов.
  • Магнитную сепарацию – отделение немагнитных примесей.
  • С помощью этих процессов очищенная руда обогащается до более чем 60% железа и перед отправкой обычно превращается в окатыши.

    В составе исходного сырья обязательно присутствует ряд химических элементов. Главным среди них является углерод, который обеспечивает последующее повышение механических характеристик металла путем термообработки. Для производства стали требуется относительно небольшое количество углерода: до 0,25% для низкоуглеродистой стали, 0,25…0,50% для среднеуглеродистой стали и 0,50–1,25% для высокоуглеродистой стали. Сталь может содержать до 2% углерода, а сверх этого количества речь может идти уже только о чугуне, где избыток углерода образует графит.

    В небольших количествах (0,03…1,0 %) при выплавке металла в домне используется марганец, который предназначается для удаления нежелательного кислорода и контроля содержания серы. Её трудно удалить из стали, а форма, которую она там принимает (сульфид железа, FeS), придаёт металлу хрупкость, являющуюся следствием роста размеров зёрен в структуре. Крупнозернистый металл ухудшает его ковкость и прокатку, особенно в условиях повышенных температур. Содержание серы в сталях обычно не превышает 0,05%.

    Нежелательным компонентом любого вида сырья для домны является фосфор. Обычно его количество не превышает 0,04%, но он имеет тенденцию растворяться в чугуне, немного увеличивая прочность и твердость сплава.

    В зависимости от условий дальнейшего применения в качестве сырья доменное производство использует легирующие добавки таких металлов, как хром, молибден, никель, алюминий, кобальт, вольфрам, ванадий и титан. Часто в состав сырья включают неметаллы, например, бор и/или кремний.

    Сущность процесса в доменной печи

    Исходное сырьё (шихта из железосодержащих материалов, например, железорудных окатышей и агломерата), кокс и флюсы (например, известняк) спускается по шахте, где она предварительно нагревается и вступает в реакцию с восходящими восстановительными газами. Образуется жидкий расплав железа и шлаков, которые скапливаются в очаге.

    Воздух, предварительно нагретый до температур от 900 ° до 1250 °C, вместе с впрыскиваемым топливом, например, нефтью или природным газом, вдувается в печь через несколько фурм (форсунок), которые расположены по окружности топки у верха очага. Количество таких форсунок может быть от 12 до 40 (на доменных печах большой мощности).

    Предварительно нагретый воздух, в свою очередь, подается из нагнетательной трубы большого диаметра, которая окружает топку. Предварительно нагретый воздух бурно реагирует с горячим коксом, что приводит как к образованию восстановительного газа (монооксида углерода), который поднимается через печь, так и к очень высокой температуре около 1650 ° C, при которой происходит образование жидкого железа и шлаков.

    Физико-химические основы процесса

    Предыдущая

    МатериаловедениеВиды и свойства защитных материалов

    Следующая

    МатериаловедениеОбработка металла на токарном станке: виды работ, оборудование

    Производство чугуна. Марки чугуна. Технология производства :: SYL.ru

    В настоящее время основной способ получения чугуна — плавка железных руд в доменных печах. Для плавки необходим ряд сырых материалов, таких как флюсы, железные или марганцовые руды, а также топливо. В качестве топлива используется кокс, который, по сути, является каменным углем. Роль кокса – обеспечить процесс восстановительной энергией и определенным количеством тепла. Давайте рассмотрим производство чугуна более подробно. Так как это сложный и длительный процесс, то его описание займет много времени.

    Топливо для плавки

    Как было отмечено выше, в качестве топлива используют кокс. Но, помимо этого, допустимо использование мазута, угольной пыли и природного, а также коксового газов. Тем не менее практически всегда в качестве основного горючего применяют именно кокс. Это вещество, которое образуется при удалении летучих газов из угля при температуре от 900 до 1 200 градусов. Сегодня это единственный вид твердого топлива, который сохраняет свою исходную форму во время движения от колошника к горну. В принципе, к этому материалу выдвигаются жесткие требования, которые касаются механической прочности и жесткости, что нужно для восприятия больших нагрузок в нижней части доменной печи. Крайне важно выдерживать фракцию кокса. Слишком мелкие частицы способствуют газопроницаемости шихты, а слишком большие разрушаются и образуют мелкую фракцию. Помимо этого, необходимо соблюдать определенный процент влажности, что нужно для поддержания теплового режима.

    Руды для плавки

    В земной коре довольно много железа, однако в чистом виде оно не встречается, его всегда добывают с горными породами в виде различных соединений. Железной рудой можно называть только те породы, из которых с экономической точки зрения выгодно добывать железо посредством плавления в печи. В природе существуют богатые и бедные железные руды. Если говорить с точки зрения металлургической промышленности, то в руде есть ряд полезных добавок, которые необходимы при получении чугуна, – это хром, никель, марганец и другие. Есть и вредные включения: сера, фосфор, медь и т.п. Кроме того, железная руда может делиться на несколько групп в зависимости от минерала:

    • красный железняк – 70% железа, 30% кислорода;
    • магнитный железняк – 72,4% железа, 27,6% кислорода;
    • бурый железняк – до 60% железа;
    • шпатовый железняк – до 48,3 % железа.

    Логично было бы сделать вывод, что доменное производство чугуна должно предусматривать использование руды из второй группы. Но самой распространенной является первая, поэтому ее чаще и применяют.

    Подготовка руды к плавке

    Нельзя добыть железную руду из земли и тут же забросить ее в загрузочное устройство доменной печи. Сначала необходимо несколько улучшить технико-экономические показатели, что позволит использовать для получения чугуна относительно бедные руды, которых в земной коре значительно больше. К примеру, увеличение железа в руде всего на 1% приводит к экономии кокса на 2% и к увеличению производительности ДП на 2,5%. На первом этапе руда дробится на фракции, а дальше проходит грохочение. Последнее мероприятие необходимо для разделения железной руды по крупности. Дальше идет усреднение, где выравнивается химический состав. Один из самых важных и сложных этапов – обогащение. Суть процесса заключается в удалении пустых пород с целью увеличения содержания в руде железа. Обычно обогащение проходит в два этапа. Заключительным этапом является окускование, которое нужно для улучшения протекания плавки в доменной печи.

    Технология производства

    Доменный процесс – это совокупность механических, физических и химико-физических процессов, которые протекают в функционирующей ДП. Загружаемые флюсы, руды и кокс в процессе плавки превращаются в чугун. С точки зрения химии, это окислительно-восстановительный процесс. По сути, из оксидов восстанавливается железо, а восстановители окисляются. Но процесс принято называть восстановительным, так как конечная цель – получить металл.

    Основным агрегатом для реализации процесса плавки служит печь (шахтная). Крайне важно обеспечить встречное движение шихтовых материалов, а также их взаимодействие с газами, которые образуются во время плавки. Для улучшения процесса горения используется дополнительная подача кислорода, природного газа и водяного пара, что в совокупности называется дутьем.

    Еще о доменном процессе

    Кокс, поступающий непосредственно в горн, имеет температуру порядка 1 500 градусов. В результате в зоне горения образуется смесь газов температурой 2 000 градусов. Он поднимается в верх доменной печи и нагревает опускающиеся к горну материалы. При этом температура газа несколько понижается, примерно до 1700-1600 градусов.

    Шихта грузится в колошник порционно. Распространение в ДП происходит слоями. Обычно загружают одну порцию в 5 минут. Перерыв нужен для освобождения места в колошнике. Науглероживание проходит еще в твердом состоянии железа, после температура падает до 1 100 градусов. В этот период заканчивается восстановление железа и начинается окисление кремния, марганца и фосфора. В результате мы имеем науглероженное железо, которое содержит не более 4% углерода. Оно плавится и стекает в горн. Туда же попадает и шлак, но так как удельные массы материалов различные, то они не соединяются. Через чугунную летку выпускают чугун, а через шлаковые летки – шлак. В принципе, это и вся технология производства, описанная вкратце. Сейчас рассмотрим еще один интересный вопрос.

    Основные марки чугуна

    Чугун – сплав железа с углеродом. Содержание последнего элемента не должно быть меньше 2,14%. Помимо этого, присутствуют и другие элементы, такие как кремний, фосфор, сера и др. Углерод обычно находится или в связанном состоянии (цементит), или же в свободном (графит). Чугун можно поделить на следующие виды:

    • Литейный – имеет маркировку Л1-Л6 и ЛР1-ЛР7.
    • Передельный чугун – маркируется как П1 и П2. Если материал предназначается для отливок, то это ПЛ1 и ПЛ2. Металл с большим содержанием фосфора обозначается как ПФ1,ПФ2, ПФ3. Помимо этого, есть и высококачественный передельный чугун – ПВК1, ПВК2 и ПВК3.
    • Серый – СЧ10, СЧ15, СЧ20,СЧ25, СЧ30 и СЧ35.
    • Ковкий чугун – КЧ30-6, ЧК45-7,КЧ65-3 и др. Если после букв стоят цифры, то они обозначают временное усилие на разрыв.
    • Легированный чугун, имеющий специальные свойства, обозначается буквой «Ч»;
    • Антифрикционный (серый) – АЧС.

    Можно говорить о том, что любой вид чугуна имеет свое дальнейшее назначение. К примеру, передельный используется для переделки в сталь и для производства отливок. В это же время марки ПЛ1 и ПЛ2 отправятся в литейный цех, а П1 и П2 будут использованы в сталеплавильном производстве.

    Влияние различных соединений на свойства

    Независимо от вида и марки чугуна есть ряд элементов, которые значительно влияют на его свойства и технические характеристики. В качестве примера возьмем серый чугун. Повышенное содержание кремния способствует понижению температуры плавления и значительно улучшает его технологические и литейные свойства. По этой простой причине в литейный цех обычно отправляют чугун с большим содержанием этого элемента. А вот марганец – это своего рода противоположность кремнию. Однако он является полезным химическим элементом, так как увеличивает прочность и твердость изделия.

    Сера – одно из самых вредных включений, которое существенно снижает жидкотекучесть и тугоплавкость чугуна. Фосфор может оказывать как вредное влияние, так и полезное. В первом случае изготавливают изделия сложной формы, тонкостенные и не требующие большой прочности. А вот марки чугуна с большим содержанием фосфора недопустимо использовать в машиностроении, где нужно добиться большой прочности изделия.

    Про науглероживание железа

    Восстановленное в ДП железо поглощает в себя самые различные химические элементы и углерод в том числе. Как результат, образуется полноценный чугун. Как только он появляется в твердой форме, сразу же начинается его науглероживание. Сам процесс заметен при относительно невысоких температурах в 400-500 градусов. Кроме того, стоит отметить, что чем больше углерода в составе железа, тем ниже температура плавления. Однако когда металл находится уже в жидком состоянии, процесс протекает несколько интенсивней. Нужно понимать, что после того, как в чугуне будет окончательное количество углерода, изменить это уже будет невозможно. Такие элементы, как марганец и хром, способствуют увеличению содержания углерода, а кремний и фосфор уменьшают его количество.

    Немного о литейном производстве

    Литье известно человеку уже довольно давно, примерно несколько тысяч лет. Это технологический процесс, позволяющий получить заготовку необходимой формы. Обычно таким способом изготавливают только фасонные детали и заготовки. Суть метода заключается в том, что расплавленный металл или другой материал (пластмасса) выливается в форму, полость которой имеет необходимую конфигурацию будущей детали. Через некоторое время металл застывает и получается заготовка. Она проходит механическую обработку, которая заключается в улучшении качества посадочных поверхностей, получении необходимой шероховатости и т.п. Интересно то, что литейное производство чугуна для промышленного оборудования осуществляется в земле. Для этого изготавливается разовая песчаная форма и подбирается соответствующее оборудование.

    Еще кое-что интересное

    Стоит обратить ваше внимание на то, что литейное производство использует металл, который был получен в доменной печи. По сути, при вторичной плавке получают изделия с требуемыми свойствами, которые изменяются в плавильной печи. В это же время отливки, химический состав которых оставляют неизменным в литейном производстве, изготавливают крайне редко. В частности это касается чугуна. Когда нужно получить деталь из черного металла, помимо чугуна, в печь загружают ряд модификаторов, флюсов, раскислителей, а также стальной лом и штыковой чугун. Последний нужен для получения стальных и чугунных отливок. Сам же процесс производства чугуна мало чем отличается от доменного производства.

    Заключение

    Помимо рассмотренных нами, существуют и другие способы производства чугуна. К примеру, плавка в мартеновских печах. Но этот метод морально устарел, так как он слишком энергозатратный, хотя качество металла находится на хорошем уровне. Совсем другое дело – конвертерный способ, который, наоборот, только набирает популярность с каждым годом. К примеру, производство чугуна в России в конвертерах занимает около 30-45% от всего производства. Конвертерный метод обладает рядом существенных преимуществ, одно из них – высокая скорость плавки. Кроме того, из конвертера чугун переливается непосредственно в формы и используется по назначению. Стоит отметить, что остановить ДП невозможно, так как производство непрерывно. В крайнем случае имеет место консервация, при которой кокс тлеет в горне. Если же доменная печь останавливается, то проще построить новую, нежели запустить старую.

    Технология выплавки чугуна в индукционной электропечи


    В настоящее время основной способ получения чугуна — плавка железных руд в доменных печах. Для плавки необходим ряд сырых материалов, таких как флюсы, железные или марганцовые руды, а также топливо. В качестве топлива используется кокс, который, по сути, является каменным углем. Роль кокса – обеспечить процесс восстановительной энергией и определенным количеством тепла. Давайте рассмотрим производство чугуна более подробно. Так как это сложный и длительный процесс, то его описание займет много времени.

    Топливо для плавки

    Как было отмечено выше, в качестве топлива используют кокс. Но, помимо этого, допустимо использование мазута, угольной пыли и природного, а также коксового газов. Тем не менее практически всегда в качестве основного горючего применяют именно кокс. Это вещество, которое образуется при удалении летучих газов из угля при температуре от 900 до 1 200 градусов. Сегодня это единственный вид твердого топлива, который сохраняет свою исходную форму во время движения от колошника к горну. В принципе, к этому материалу выдвигаются жесткие требования, которые касаются механической прочности и жесткости, что нужно для восприятия больших нагрузок в нижней части доменной печи. Крайне важно выдерживать фракцию кокса. Слишком мелкие частицы способствуют газопроницаемости шихты, а слишком большие разрушаются и образуют мелкую фракцию. Помимо этого, необходимо соблюдать определенный процент влажности, что нужно для поддержания теплового режима.


    Плавка меди

    В домашних условиях для плавки меди можно использовать материал пенобетон. Вырезается из такого материала 2 цилиндра, диаметром 100 мм. Высота одного 100 мм, а второго 15. Накладывая один на другой, сверлится посередине отверстие диаметром 15 мм. В большем цилиндре, посередине, изготавливается отверстие в виде воронки на глубину 85 мм. В середине цилиндра, с наружной стороны, прорезается канавка и ведется стяжка проволокой. Она нужна для того, чтобы деталь не развалилась от температуры.

    На газовую плиту, ставится переходник. Сверху располагается больший цилиндр так, чтобы конусная воронка была направлена вверх. Сверху накрывается маленьким цилиндром с отверстием. Зажигая горелку, опускают кусочек медного стержня в маленькое отверстие до упора в стенку воронки. Через минуту стержень расплавится.

    Руды для плавки

    В земной коре довольно много железа, однако в чистом виде оно не встречается, его всегда добывают с горными породами в виде различных соединений. Железной рудой можно называть только те породы, из которых с экономической точки зрения выгодно добывать железо посредством плавления в печи. В природе существуют богатые и бедные железные руды. Если говорить с точки зрения металлургической промышленности, то в руде есть ряд полезных добавок, которые необходимы при получении чугуна, – это хром, никель, марганец и другие. Есть и вредные включения: сера, фосфор, медь и т.п. Кроме того, железная руда может делиться на несколько групп в зависимости от минерала:

    • красный железняк – 70% железа, 30% кислорода;
    • магнитный железняк – 72,4% железа, 27,6% кислорода;
    • бурый железняк – до 60% железа;
    • шпатовый железняк – до 48,3 % железа.

    Логично было бы сделать вывод, что доменное производство чугуна должно предусматривать использование руды из второй группы. Но самой распространенной является первая, поэтому ее чаще и применяют.

    Способы литья

    Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.

    Способ состоит из следующих этапов.

    Подготовка моделей

    Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.

    Литье по газифицируемым моделям

    Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.

    Формовка

    Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.

    Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.

    Заливка металла

    Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.

    Формовка чугуна

    Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.

    Завершающие операции

    Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.

    Подготовка руды к плавке

    Нельзя добыть железную руду из земли и тут же забросить ее в загрузочное устройство доменной печи. Сначала необходимо несколько улучшить технико-экономические показатели, что позволит использовать для получения чугуна относительно бедные руды, которых в земной коре значительно больше. К примеру, увеличение железа в руде всего на 1% приводит к экономии кокса на 2% и к увеличению производительности ДП на 2,5%. На первом этапе руда дробится на фракции, а дальше проходит грохочение. Последнее мероприятие необходимо для разделения железной руды по крупности. Дальше идет усреднение, где выравнивается химический состав. Один из самых важных и сложных этапов – обогащение. Суть процесса заключается в удалении пустых пород с целью увеличения содержания в руде железа. Обычно обогащение проходит в два этапа. Заключительным этапом является окускование, которое нужно для улучшения протекания плавки в доменной печи.

    Технология производства

    Доменный процесс – это совокупность механических, физических и химико-физических процессов, которые протекают в функционирующей ДП. Загружаемые флюсы, руды и кокс в процессе плавки превращаются в чугун. С точки зрения химии, это окислительно-восстановительный процесс. По сути, из оксидов восстанавливается железо, а восстановители окисляются. Но процесс принято называть восстановительным, так как конечная цель – получить металл.

    Основным агрегатом для реализации процесса плавки служит печь (шахтная). Крайне важно обеспечить встречное движение шихтовых материалов, а также их взаимодействие с газами, которые образуются во время плавки. Для улучшения процесса горения используется дополнительная подача кислорода, природного газа и водяного пара, что в совокупности называется дутьем.

    Еще о доменном процессе

    Кокс, поступающий непосредственно в горн, имеет температуру порядка 1 500 градусов. В результате в зоне горения образуется смесь газов температурой 2 000 градусов. Он поднимается в верх доменной печи и нагревает опускающиеся к горну материалы. При этом температура газа несколько понижается, примерно до 1700-1600 градусов.

    Шихта грузится в колошник порционно. Распространение в ДП происходит слоями. Обычно загружают одну порцию в 5 минут. Перерыв нужен для освобождения места в колошнике. Науглероживание проходит еще в твердом состоянии железа, после температура падает до 1 100 градусов. В этот период заканчивается восстановление железа и начинается окисление кремния, марганца и фосфора. В результате мы имеем науглероженное железо, которое содержит не более 4% углерода. Оно плавится и стекает в горн. Туда же попадает и шлак, но так как удельные массы материалов различные, то они не соединяются. Через чугунную летку выпускают чугун, а через шлаковые летки – шлак. В принципе, это и вся технология производства, описанная вкратце. Сейчас рассмотрим еще один интересный вопрос.

    Муфельная печь

    Муфельные печи часто используются для термообработки деталей. Такое оборудование характеризуется большим температурным диапазоном, от 20 до 1000 градусов.

    Муфельная печь для закалки металла работает на разных видах энергии. Однако в домашних условиях лучше применять агрегат, работающий на электроэнергии. Закаливание ведется в муфеле печи.

    Муфельная печь своими руками изготавливается за несколько этапов:

    • Изготовление муфеля ведется из шамотного кирпича. Из-за круглой формы корпуса печи, у них скашиваются углы. В каждом кирпиче выбираются канавки, куда ведется закладка спирали.
    • Если муфельная печь для плавки изготавливается из духовки, то внутри она обкладывается огнестойким кирпичом. В кладке прорезаются канавки для спирали.
    • Изготовленная из огнеупорного кирпича камера, помещается в корпус, сделанный из стали. На дно укладывается изоляция. Зазор между боковыми стенками камеры и корпуса составляет 4 см, куда вставляется утеплитель. Верх состоит из 2 слоев металла и утеплителя.
    • В корпусе сверлятся отверстия, и через них выводятся концы спирали, которые подключаются к сетевому кабелю.
    • В случае использования духовки, утеплитель не требуется. Он в ней уже предусмотрен.

    Основные марки чугуна

    Чугун – сплав железа с углеродом. Содержание последнего элемента не должно быть меньше 2,14%. Помимо этого, присутствуют и другие элементы, такие как кремний, фосфор, сера и др. Углерод обычно находится или в связанном состоянии (цементит), или же в свободном (графит). Чугун можно поделить на следующие виды:

    • Литейный – имеет маркировку Л1-Л6 и ЛР1-ЛР7.
    • Передельный чугун – маркируется как П1 и П2. Если материал предназначается для отливок, то это ПЛ1 и ПЛ2. Металл с большим содержанием фосфора обозначается как ПФ1,ПФ2, ПФ3. Помимо этого, есть и высококачественный передельный чугун – ПВК1, ПВК2 и ПВК3.
    • Серый – СЧ10, СЧ15, СЧ20,СЧ25, СЧ30 и СЧ35.
    • Ковкий чугун – КЧ30-6, ЧК45-7,КЧ65-3 и др. Если после букв стоят цифры, то они обозначают временное усилие на разрыв.
    • Легированный чугун, имеющий специальные свойства, обозначается буквой «Ч»;
    • Антифрикционный (серый) – АЧС.

    Можно говорить о том, что любой вид чугуна имеет свое дальнейшее назначение. К примеру, передельный используется для переделки в сталь и для производства отливок. В это же время марки ПЛ1 и ПЛ2 отправятся в литейный цех, а П1 и П2 будут использованы в сталеплавильном производстве.

    Влияние различных соединений на свойства

    Независимо от вида и марки чугуна есть ряд элементов, которые значительно влияют на его свойства и технические характеристики. В качестве примера возьмем серый чугун. Повышенное содержание кремния способствует понижению температуры плавления и значительно улучшает его технологические и литейные свойства. По этой простой причине в литейный цех обычно отправляют чугун с большим содержанием этого элемента. А вот марганец – это своего рода противоположность кремнию. Однако он является полезным химическим элементом, так как увеличивает прочность и твердость изделия.

    Сера – одно из самых вредных включений, которое существенно снижает жидкотекучесть и тугоплавкость чугуна. Фосфор может оказывать как вредное влияние, так и полезное. В первом случае изготавливают изделия сложной формы, тонкостенные и не требующие большой прочности. А вот марки чугуна с большим содержанием фосфора недопустимо использовать в машиностроении, где нужно добиться большой прочности изделия.

    Чугунное литье

    Что такое чугун

    Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода, то есть под ним понимается материал, который состоит из сплава железа и углерода. Процентное содержание углерода в чугуне составляет более 2,14%. Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

    Разновидности

    Различают белый и серый чугун.

    • Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.
    • На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

    Чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

    • Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.
    • Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.
    • Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

    Особенные черты

    Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

    Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

    Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

    • Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
    • Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
    • Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
    • Чугун менее прочный, чем сталь.
    • По весу чугун легче стали.
    • В стали содержание углерода, выше чем в стали.

    Плюсы и минусы

    Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

    К плюсам чугуна относят:

    • Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
    • Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
    • Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
    • По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
    • Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
    • Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
    • Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
    • Чугун – долговечный материал.
    • Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

    К минусам чугуна относят:

    • Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
    • Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
    • Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
    • Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

    Свойства и характеристики

    Чугун обладает ледующими свойствами:

    • Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.
    • Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см3*оС. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см3*оС.
    • Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».
    • Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
    • Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.
    • Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

    На свойства чугуна влияют специальные примеси.

    • Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.
    • Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие
    • Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.
    • Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.

    Структура и состав

    Если рассматривать чугун как структурный материал, то он представляет собой металлическую полость с графитными включениями. Структура чугуна это в основном перлит, ледебурит и пластичный графит. При этом у каждого вида чугуна эти элементы преобладают в разных пропорциях или отсутствуют совсем.

    По структуре чугуны бывают:

    • перлитные
    • ферритные
    • ферритно-перлитный.

    Графит присутствует в этом материале в одной из форм:

    • Шаровидная. Графит приобретает такую форму при добавлении присадки магния. Шаровидная форма графита характерна для высокопрочных чугунов.
    • Пластичная. Графит похож на форму лепестков. В такой виде графит присутствует в обычном чугуне. Этот чугун обладает повышенными свойствами пластичности.
    • Хлопьевидный. Графит приобретает такую форму в результате отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидном виде находится у ковкого чугуна.
    • Вермикулярный. Графит названной форма находится у серого чугуна. Она была разработана специально для улучшения пластичных и прочих свойств.

    Области применения

    Чугун распространен во многих сферах.

    • Его используют для производства деталей в машиностроении. В основном из чугуна делают блоки для двигателей и коленчатые валы. Для последних требуется усовершенственный чугун, в который добавляют специальные добавки из графита.
    • Чугун может бесперебойно работать даже при сильно низких температурах. Поэтому его часто используют в производстве деталей машин, которым придется работать в жестких климатических условиях.
    • Хорошо зарекомендовал себя чугун в металлургической области. Его ценят за относительно небольшую цену и отличные литейные свойства. Изготовленные из чугуна изделия характеризуются отличной прочностью и износостойкостью.
    • Из чугуна делают большое множество сантехнических изделий. К ним можно отнести раковины, батареи, мойки и различные трубы. Особо славятся чугунные ванны и радиаторы отопления. Некоторые из них служат в квартирах по настоящее время, хотя приобретены были много лет назад. Чугунные изделия сохраняют свой первоначальный вид и не нуждаются в реставрации.
    • Благодаря хорошим литейным свойствам из чугуна получают настоящие произведения искусства. Его часто применяют в изготовлении художественных изделий. Например, таких как красивые ажурные ворота или памятники архитектуры.

    Про науглероживание железа

    Восстановленное в ДП железо поглощает в себя самые различные химические элементы и углерод в том числе. Как результат, образуется полноценный чугун. Как только он появляется в твердой форме, сразу же начинается его науглероживание. Сам процесс заметен при относительно невысоких температурах в 400-500 градусов. Кроме того, стоит отметить, что чем больше углерода в составе железа, тем ниже температура плавления. Однако когда металл находится уже в жидком состоянии, процесс протекает несколько интенсивней. Нужно понимать, что после того, как в чугуне будет окончательное количество углерода, изменить это уже будет невозможно. Такие элементы, как марганец и хром, способствуют увеличению содержания углерода, а кремний и фосфор уменьшают его количество.

    Немного о литейном производстве

    Литье известно человеку уже довольно давно, примерно несколько тысяч лет. Это технологический процесс, позволяющий получить заготовку необходимой формы. Обычно таким способом изготавливают только фасонные детали и заготовки. Суть метода заключается в том, что расплавленный металл или другой материал (пластмасса) выливается в форму, полость которой имеет необходимую конфигурацию будущей детали. Через некоторое время металл застывает и получается заготовка. Она проходит механическую обработку, которая заключается в улучшении качества посадочных поверхностей, получении необходимой шероховатости и т.п. Интересно то, что литейное производство чугуна для промышленного оборудования осуществляется в земле. Для этого изготавливается разовая песчаная форма и подбирается соответствующее оборудование.

    3.Литье в оболочковые формы

    Этот способ является, как и предыдущие, способом литья в разовые формы. Для изготовления тонких оболочковых форм нужно в 20-30 раз меньше формовочных материалов, чем для песчаных или форм из ЖСС. Способ применяют для чугунных, стальных и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве.

    Литье в оболочковые формы, которые изготавливают из формовочных смесей (кварцевый песок с термореактивной связующей смолой) по горячим моделям.

    В качестве связующего для изготовления оболочковых форм в производстве используется пульвербакелит

    смесь фенолоформальдегидной смолы CФП-011Л с 7% уротропина.

    Уротропин

    применяется как ускоритель отвердевания. Малотоксичен, относится к 3кл опасности, ПДК – 9 мг/м3 (ГОСТ 1381-73).

    В настоящее время альтернативы термореактивным смолам на основе фенолоформальдегида для изготовления оболочковых форм по технологичности и качеству поверхности форм не найдено.

    Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80…40 мкм, и точность – 12…14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

    Еще кое-что интересное

    Стоит обратить ваше внимание на то, что литейное производство использует металл, который был получен в доменной печи. По сути, при вторичной плавке получают изделия с требуемыми свойствами, которые изменяются в плавильной печи. В это же время отливки, химический состав которых оставляют неизменным в литейном производстве, изготавливают крайне редко. В частности это касается чугуна. Когда нужно получить деталь из черного металла, помимо чугуна, в печь загружают ряд модификаторов, флюсов, раскислителей, а также стальной лом и штыковой чугун. Последний нужен для получения стальных и чугунных отливок. Сам же процесс производства чугуна мало чем отличается от доменного производства.

    Реально ли литье чугуна в домашних условиях?

    Для изготовления деталей из чугуна в домашних условиях необходимо иметь под рукой профессиональный инструмент и знать технологию литья. Она подходит для того, чтобы в домашних условиях создать небольшую деталь с упрощенной формой. Создание технологически сложных изделий требует уже профессионального подхода.

    Технология литья

    Если в промышленных условиях литье чугуна подразумевает использование специальных форм, для литейного дела в домашних условиях требуется подготовить такую форму, следуя определенным правилам. Подготовка литейной формы происходит в формовочном ящике, для его изготовления лучше использовать необработанные доски. Размеры ящика должны в 1,5-2 раза превышать размеры деталей, которые планируется создать. Чтобы узнать о готовых изделиях из чугуна и возможности их изготовления под заказ, нажмите сюда.

    Формовочный ящик делится на две основных части – нижнюю (в виде ящика с дном) и верхнюю (в виде рамки с несколькими поперечинами посередине). Чтобы соединить эти две части, используются фиксаторы, а в самой рамке создаются углубления. Формовочная земля для изготовления детали готовится на основе смеси из песка, каменноугольной пыли и глины.

    Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

    Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы. Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений. Топливным материалом для производства чугуна служит кокс, представляющий собой результат сухой, то есть без участия воздуха, переработки каменного коксугля. Применяемые флюсы, чаще всего это кварц, доломит, песчаники и известняки, позволяют снизить температуру расплавления пустой породы, а также привести ее вместе с золой от топлива к шлаку.

     

    Доменное производство чугуна

     

    Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи. Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками. Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре. 


    Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек). Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии. Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.

     

     

    Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением. Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов. В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.


    Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа. Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов. Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.

     

     

    Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым. На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры. В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.

     

    Производство высокопрочного чугуна

     

    При производстве высокопрочного чугуна большое место отводится науглероживанию железа. Чугун с такими характеристиками образуется, когда восстановленное в доменной печи из рудного материала железо принимает в себя много углерода и прочих элементов. Начало процесса науглероживания железа характеризуется его образованием в губчатом состоянии на участке печи, где действует температура до 500°С. Только что восстановленное железо выступает в качестве катализатора, способствующего распаду окиси углерода на два компонента: двуокись и сажистый углерод. В итоге распада окиси углерода от температуры 550-650°С получаются карбиды железа, прочих металлов. Наделенный особой активностью, сажистый углерод активно вступает в химическое взаимодействие с частицами железа.


    При температуре в 1000°С и больше карбид железа распадается на железо с углеродом. С ростом количества углерода температура в процессе плавления становится существенно ниже. Так, чистое железо расплавляется при температуре от 1539°С, а сплав его с углеродом способен плавиться уже от 1147°С. Плавление сплава происходит в зонах доменных печей, где действуют высокие температуры, то есть внизу шахты. Образующийся жидкий сплав и есть чугун. При стекании вниз он, омывая раскаленные части кокса, еще больше науглероживается.

     

     

    Науглероживание металла завершается ниже уровня шлаковой летки – в металлоприемнике. Здесь на соотношение углерода с металлом оказывает влияние содержание других компонентов. Итоговое наполнение углеродом при производстве серого чугуна, например, может зависеть от стойкости карбидов, которая в большой степени определяется содержащимися в чугуне примесями. Например, примесь марганца способствует науглероживанию металла, так как он входит в состав карбида, растворяющегося в чугуне. Аналогичное действие оказывают ванадий, хром, титан. Кремний с фосфором или сера препятствуют образованию карбидов. Из-за этого ферромарганец и зеркальные чугуны всегда содержат больше углерода, чем чугуны передельные, ферросилиций или полученные в литейном производстве чугуны.


    В ходе плавления восстанавливается не только само железо, но и ряд различных элементов, находившихся в рудной массе. В составе шихтовых материалов в печи, помимо окислов железа, поступают еще окислы и отдельные химические элементы, такие как марганец, хром, ванадий, титан, свинец, медь, цинк, мышьяк и др. Они в полностью или частично восстановленном виде вместе с частицами серы попадают в чугун и влияют на его свойства в худшую или в лучшую сторону. В основах производства чугуна считается, что чаще всего ценными примесями служат кремний с марганцем, а вредоносными – сера с фосфором.

     

     

     

    Наличие в чугуне серных компонентов можно уменьшить до оптимального предела путем внедоменного обессеривания. Если выдержать чугун с 2% марганца в ковше-чугуновозе или миксере, то некоторый объем серы в различных ее соединениях с марганцем перейдет из состава металла в шлак. Это возможно благодаря уменьшению растворяемости данного соединения в металлах от снижения температуры. Подобное обессеривание в ковше чугуна может достичь 60%. Кроме этого существуют еще методы внедоменного обессеривания чугунов. В производствах чугуна в мире довольно часто в этих целях используют обессеривающие присадки, такие как известь, кальцинированная сода или металлический магний.

     

    Особенности процесса производства чугуна

     

    В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи. Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу. Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

     

     

    Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов. Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами. Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

     

     

    Основы получения чугуна и стали

    Чугун

       Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов, содержащихся в железных рудах, коксом при высокой температуре. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верней части печи. Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в взаимодействии с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун. 

    В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов, перешедших в чугун из устой породы. В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые.

     

    Сталь

       Сталь получают из чугуна путем удаления из него части углерода и примесей. Существуют три основных способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электроплавильный.

       Конвертерный основан на продувке расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах-конверторах сжатым воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси, превращая их в шлак; углерод выгорает. При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, например динасом, при повышенном – основными, периклазовыми. Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающими качество стали. Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

       Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых чугун сплавляется вместе с железной рудой и металлоломом (скрапом). Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступившего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов. Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций.

       Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенного расхода электроэнергии. По способу ее подведения электропечи подразделяются на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей, средне- и высоколегированные, индустриальные, жаропрочные, магнитные и другие.

    Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

    Техническая строительная экспертиза

    Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: [email protected]

    Читайте также:

    Химия — 9

    9

    • Чугун – сплав железа, содержащий от 2 до 4% углерода, а также кремния, марганца, фосфора и серы.

    Деятельность

    Доменный процесс

    На основании уравнений процессов, протекающих в домне, ответьте на вопросы.

    Почему в домну (сверху) вначале подают не руду, а кокс?
    При какой температуре начинается восстановление руды?
    Почему в домне температура поднимается выше 800°C?
    В какой последовательности изменяется состав руды при восстановлении Fe2O3?

    (a) Доменная печь

    Чугун получают в доменной печи (а). Для получения чугуна в домну загружают по очереди – вначале кокс (С), затем смесь железной руды (Fe2O3 или Fe3O4) с флюсом (обычно CaCO3). Снизу домны подается нагретый до 800°C и обогащенный кислородом воздух. Под действием подогретого воздуха кокс экзотермически сгорает, и, температура повышается до 1500°C (ур. 1).

    Образующийся CO2, реагируя с раскаленным углем, образует монооксид углерода (ур. 2), который восстанавливает оксиды железа до свободного металла (ур.3-5; см. сх. домны). (В восстановлении железа участвует также и кокс).

    Часть железа, реагируя с расскаленным коксом и монооксидом углерода, образует карбид железа (цементит) Fe3C:

    Наряду с вышеуказанными процессами, протекает и восстановление кремния, марганца, фосфора и серы из их соединений. Эти соединения присутствуют в виде тугоплавких примесей в составе пустой породы руды и кокса:

    Отливки из серого чугуна — Durham Foundry

    Серый чугун представляет собой сплав железа, углерода и кремния, относящийся к ряду чугунов, затвердевающих с эвтектикой. Следовательно, эти сплавы следует рассматривать как тройные сплавы Fe-C-Si. Несмотря на это, принципы затвердевания чугуна понятны из бинарной диаграммы состояния железо-углерод, где точка эвтектики лежит при 1154 °С и 4,3 мас.% углерода.

    Отливки из серого чугуна и принципы серого чугуна

    Термин «серый» используется из-за цвета поверхности излома, если кусок сломан.Если расплавленному чугуну дать нормально остыть, углерод выходит из раствора и образует чешуйки графита, которые проходят через ферритно-перлитную матрицу, отсюда и альтернативный термин — железо с чешуйчатым графитом. Эти чешуйки находятся на микроскопическом уровне, концы которых образуют точки напряжения в чугуне.

    В Durham Foundry мы производим серый чугун из расплава чугуна и стального лома с небольшими добавками углерода, ферросилиция, ферромарганца, ферросульфида и модификатора ферросилиция на основе циркония.Эти материалы имеют известный анализ, дающий надежный результат для каждой плавки. Если чугун подвергается сжимающей нагрузке, эти точки напряжения не особенно опасны, а чугун с пластинчатым графитом превосходен при сжатии, хотя его использование более ограничено, когда он подвергается изгибу или ударной нагрузке.

    Производство серого чугуна

    В Durham Foundry мы производим отливки из серого чугуна уже более ста лет. Помимо отливок из серого чугуна, наша клиентская база также включает в себя ковкие и легированные чугуны для инженерного, декоративного, архитектурного и художественного секторов, и мы можем поставлять отливки от единичных до мелкосерийных и среднесерийных изделий с использованием песков на связке из щелочных фенольных смол.

    Наша рабочая сила, состоящая из высококвалифицированных формовщиков, может работать на сложном оборудовании для рассыпных моделей, особенно там, где требуются небольшие объемы, в то время как наша формовочная линия подходит для серийного производства. Наша долгая торговая история в сочетании с инвестиционной программой, которая позволила нам идти в ногу с современными методами производства и природоохранным законодательством, означает, что мы участвовали во многих проектах, требующих отливок из ковкого чугуна, и продолжаем участвовать в этом.

    Серый чугун стал известен во время промышленной революции, когда усовершенствованные методы производства и понимание металлургии привели к созданию более надежного материала, который можно было отливать во все большее количество различных форм и толщин профилей.В викторианскую эпоху произошел взрыв в использовании чугуна, который продолжается и по сей день благодаря сочетанию возможности отливки сложных форм с низкой стоимостью по сравнению с другими методами производства и материалами.

    Современные технологии производства кованого железа


    Когда вы думаете о производстве кованого железа, вы можете представить себе старого кузнеца, который засовывает кусок железа в открытый огонь, полный горячих углей, вытаскивает его и стучит по нему большим тяжелым молотом.Вы можете подумать, что с тех пор мы прошли долгий путь. Вы можете подумать, что современное производство кованого железа осуществляется с использованием высоких технологий на современных заводах.

    Вы можете так подумать, но вы ошибаетесь.

    Несмотря на то, что некоторые этапы процесса в настоящее время поддерживаются новыми технологиями, проверенное веками ремесло изготовления красивых и прочных ворот, заборов, мебели и многого другого из кованого железа по-прежнему остается верным своим историческим корням.

    Что такое кованое железо?

    Кованое железо – это железо, изогнутое или сформованное.Буквально «кованый» означает «обработанный», поэтому кованое железо — это «обработанное железо». Он имеет более низкое содержание углерода, чем чугун или «чушковый» чугун, что делает его менее хрупким и с ним легче работать. Низкое содержание углерода также облегчает сварку кованого железа.

    Кованое железо содержит необходимую примесь, называемую «шлак», хотя и в меньших количествах, чем чугун. Кованое железо имеет около 250 000 «включений» шлака на квадратный дюйм. Когда шлак плавится в процессе нагрева, он придает кованому железу гладкий, стекловидный вид, который мы ожидаем от настоящего кованого железа.

    Традиционные технологии производства кованого железа

    Кованое железо производится с железного века. Он широко использовался во времена Римской империи, и свидетельством его прочности и долговечности являются образцы тысячелетней давности, которыми мы все еще можем восхищаться сегодня.

    До конца 1700-х годов для производства кованого железа использовался процесс выплавки. Блумери немного похож на большую печь, иногда на яму или дымоход, внутри которого может достигаться высокая температура. Сильфоны использовались для нагнетания воздуха через дно цветника.Подпитываемый древесным углем, он плавил или «выплавлял» железо из руды, создавая чистое железо.

    Было важно правильно подобрать баланс древесного угля и железной руды, чтобы обеспечить низкое содержание углерода в конечном железном продукте. Если бы железо поглотило слишком много углерода, в результате получился бы чугун — более хрупкий, чем кованое железо, он имеет тенденцию легко ломаться при сгибании в форму. Чугун часто плавили и заливали в формы для создания предметов повседневного обихода, таких как кастрюли и посуда.

    Современные технологии производства кованого железа

    С наступлением индустриальной эры в Британии возникла необходимость найти способ массового производства этого ценного товара. К 1784 году Генри Корту удалось разработать и запатентовать процесс, называемый «пудлинг».

    Железная лужа была создана путем нагревания чугуна в отражательной печи, которая отделяла железную руду от топлива для отопления и уменьшала риск поглощения слишком большого количества углерода. Оказавшись в расплавленном состоянии, железо перемешивалось ручкой или стержнем «лужа», который при перемешивании извлекал из смеси комки кованого железа.
    Этот более эффективный метод производства кованого железа привел к резкому скачку производства: к концу 1800-х годов Великобритания производила более 4 миллионов тонн в год.

    К 1900 году технический прогресс привел к росту производства стали, которая стала дешевле и прочнее железа. Производство кованого железа сократилось.

    Современное возрождение спроса на кованое железо

    Признание красоты, прочности и долговечности кованого железа в последние годы привело к возрождению спроса на производство изделий из кованого железа на заказ.

    В течение последних 20 лет мы в Prestige Wrought Iron были все более заняты, работая с нашими клиентами над созданием изделий из кованого железа по индивидуальному заказу, от заборов и ворот до балюстрад и изголовий кроватей.

    Современный молот и наковальня

    Конечно, у нас, современных кузнецов, больше инструментов, чем простая наковальня и молот. Печи с питанием от электричества доступны для нагрева кованого железа, готового к гибке. Молотковые машины с механическим приводом выполняют большую часть тяжелой работы, а электрическая сварка может использоваться для соединения элементов вместе.
    Однако сложная решетчатая конструкция, характерная для самых изысканных изделий из кованого железа, по-прежнему выполняется вручную. Пот и труд наших мастеров-ремесленников вложены в каждый искусный изгиб наших художественных замыслов.

    Остерегайтесь «поддельного» кованого железа

    Производство настоящего кованого железа в наши дни является специализированным ремеслом, которым занимается небольшое количество специально обученных кузнецов.

    Однако вам попадутся дешевые подделки. Изделия, которые продаются как «кованое железо», могут быть просто «декоративными коваными изделиями», изготовленными из низкокачественных материалов, таких как мягкая сталь.Часто используется мягкая сталь, так как это более дешевый материал и его легче сваривать. Однако он менее чистый и более подвержен коррозии, чем кованое железо. Используя популярность традиционных сложных конструкций из кованого железа, даже алюминиевые изделия могут быть окрашены в черный цвет и рекламироваться как «кованое железо».

    Хотя может показаться заманчивым согласиться на более дешевые альтернативы, важно учитывать свойства, получаемые при использовании надлежащих технологий производства кованого железа — неподвластную времени красоту, которая сочетается с прочностью и качеством настоящего кованого железа.

    Кованое железо

    Prestige – лидер в производстве кованого железа

    Здесь, в Prestige Wrought Iron, мы поддерживаем ремесло кузнечного дела, используя традиционные методы производства кованого железа. С 1992 года мы с любовью изготавливаем изделия из железа на заказ в Квинсленде. От создания заборов и ворот из кованого железа для собора Арч-Диас в Рокхэмптоне до изысканных железных садовых скамеек и журнальных столиков в помещении — ни одна работа не бывает слишком большой или маленькой. Наши конструкции получили признание, в том числе национальную торговую награду за кузнечное дело, награду HIA и награду Торговой палаты для малого бизнеса.

    Свяжитесь с нами онлайн, и наши специалисты по обработке железа позвонят вам или поднимите трубку и позвоните нам по телефону (07) 3814 0076, чтобы узнать, как вы можете насладиться красотой нашего изготовленного на заказ кованого железа.

    Узнать больше:

    • Кованое или стальное ограждение – что лучше?
    • Как использовать кованые ворота для стильного оформления вашего дома в Брисбене
    • Просмотрите наши потрясающие галереи
    • Прочтите отзывы наших прошлых клиентов

    Железо

    Железо является вторым наиболее распространенным металлом в земной коре (после алюминия), и железа производится больше, чем всех других металлов вместе взятых.Руды, которые в основном представляют собой оксиды, восстанавливаются до железа углеродом (коксом) при высоких температурах в доменной печи. Более 98% этого металла превращается непосредственно в сталь, даже не позволяя ему затвердевать после выхода из печи, в которой он производится. Относительно небольшое количество используется как чугун и кованое железо.

     

    Использование железа

    Очень небольшая часть железа используется в качестве чугуна. Он имеет чистоту около 92% и содержит некоторое количество углерода (2-5%), что делает его хрупким, вместе с небольшими количествами кремния (1-3%), марганца, фосфора и серы в качестве примесей.Он традиционно использовался для таких изделий, как радиаторы отопления, камины, желоба, тумбы и фонарные столбы. Однако из-за его хрупкости и склонности к ржавчине он был заменен другими материалами для большинства этих целей, хотя предметы из чугуна по-прежнему изготавливаются из-за их эстетических качеств.

    Кованое железо содержит менее 0,15% углерода и было получено путем восстановления железной руды в твердом состоянии, а затем ковки для удаления шлака. Поскольку его можно было сгибать и придавать ему форму, его использовали для «традиционных» ворот, садовой мебели и других декоративных изделий.В настоящее время они изготавливаются в основном из стали, а настоящее кованое железо больше не производится в любых количествах.

    Годовое производство железа

    Быстрый экономический рост в Китае сопровождался расширением черной металлургии. Почти 50% всего производимого в мире железа производится в Китае, при этом около 1% производится в Великобритании.

    Мир 1180 миллионов тонн
    Китай 710 миллионов тонн
    Япония 84 миллиона тонн
    Индия 54 миллиона тонн
    Россия 51 миллион тонн
    Корея 47 миллионов тонн
    Бразилия 30 миллионов тонн
    Германия 28 миллионов тонн
    США 26 миллионов тонн

    Данные из:
    У.S. Геологическая служба, Сводка полезных ископаемых, 2016.

    Производство железа

    Железо получают восстановлением железной руды, которая часто представляет собой смесь оксидов, с использованием углерода, монооксида углерода и водорода. В то время как доменная печь является доминирующим процессом восстановления, появляются другие технологии, которые работают в меньших масштабах. Они связаны с местами, где есть обильные запасы природного газа или низкосортного угля.

    Производство железа состоит из двух стадий: подготовки сырья и восстановления оксида железа до железа.

    (а) Подготовка сырья

    Железо является одним из самых распространенных элементов на Земле, и его руды обычно содержат кислород, кремний, марганец, фосфор и серу. Основные минералы, присутствующие в рудах, включают гематит (Fe 2 O 3 ) и магнетит (Fe 3 O 4 ). Большая часть руды добывается в Австралии, Бразилии, Китае, Индии, России и США.
    Большинство руд содержат более 60% железа и используются в минеральном состоянии в доменной печи.Руда, содержащая меньше этого количества, сначала дробится и измельчается в порошок, а затем концентрируется флотацией. Затем его скатывают в шарики и нагревают в печи, чтобы получить гранулы размером с мрамор. Этот процесс происходит рядом с шахтой, что снижает транспортировку отходов (глины и других силикатов) на большие расстояния.

    Кокс, пористое твердое вещество, обеспечивает углерод для реакций восстановления, а также является основным топливом, используемым в печи. Производится на месте путем нагревания угля до температуры около 1200 К в отсутствие воздуха в течение до 20 часов в коксовой батарее.Остаток представляет собой кокс, и отгоняется ряд летучих соединений. Также производятся газ, угольный газ (в основном окись углерода и водород) и черная смола, из которых можно получить полезные соединения, такие как бензол. Угольный газ используется в качестве топлива на месте.

    Рис. 1. Железная руда и уголь в ожидании использования в доменной печи в Эймейдене недалеко от Амстердама в Нидерландах.
    С любезного разрешения Всемирной ассоциации производителей стали.

    Кислород необходим для сжигания топлива (для создания высокой температуры), а также принимает участие в печных реакциях.Чтобы поддерживать температуру печи, воздух проходит через трубу, которая окружает печь (труба ), а затем через сопла (фурмы ) в печь (рис. 3) при температуре около 1500 К. Многие печи теперь используйте воздух, обогащенный кислородом, который уменьшает количество газов, проходящих через печь, а также обеспечивает завершение реакций.

    В некоторых печах вместе с подогретым воздухом впрыскивается нефть или природный газ, заменяя до 40% кокса.Это снижает как зависимость от угля, так и потребность в переработке побочных продуктов коксовых печей, которые может быть трудно продать. В качестве альтернативы, тонкоизмельченный уголь можно вводить непосредственно в печь в виде жидкости, что устраняет необходимость в коксовых печах. Некоторые производители экспериментируют с использованием древесных отходов или пластика в качестве топлива.

    (b) Восстановление оксида железа до железа (доменная печь)

    Доменные печи — крупные инженерные сооружения, частью которых является стальной цилиндр высотой до 30 м, футерованный специальным кирпичом, способным выдерживать очень высокие температуры.Они также имеют водяное охлаждение. Самая широкая часть печи, под в нижней части, обычно имеет диаметр 9 м, хотя может быть и больше. Печи работают более или менее непрерывно до 15 лет при давлении до 5 атмосфер и внутренней температуре свыше 2000 К. Они могут производить до 10 000 тонн жидкого чугуна в день, до 50 миллионов тонн в течение всего срока службы. печи.

    Рис. 2 Доменная печь в Новолипецке (Группа НЛМК), Россия.
    С любезного разрешения Всемирной ассоциации производителей стали.

    В доменной печи используется либо высокосортная железная руда, либо железорудные окатыши вместе с коксом и известняком. В современной доменной печи масса каждого компонента и время его добавления в печь контролируются компьютером, автоматически реагируя на условия, сложившиеся в это время в печи. Компоненты добавляют небольшими порциями каждые 10-15 минут в верхнюю часть печи.

    В топке создается давление около 1,7 атм, что обеспечивает лучшее сгорание кокса и других видов топлива и более высокий выход чугуна.

    Горячий воздух, обогащенный кислородом, вдувается в нижнюю часть, трубы известны как фурмы (рис. 3). Многие реакции происходят по мере того, как газы поднимаются вверх.

    Кокс реагирует с кислородом при дутье с образованием монооксида углерода, восстановителя:

    Если используется нефть или природный газ, углеводороды образуют второй восстановитель, водород:

    Рис. 3. Доменная печь для восстановления железной руды до железа.

    Температуры внутри печи различаются, самые высокие температуры наблюдаются внизу, а самые низкие — вверху, поэтому различные реакции протекают на разных уровнях печи.

    В верхней части печи, при температуре около 750 К (ниже точки плавления железа), соединения железа (III) восстанавливаются до железа (II) (например, Fe 2 O 3 до FeO) монооксидом углерода и водород. Ниже в печи, где горячее, восстановление до железа завершается.

    Общие уравнения редукции могут быть выражены как:

    Расплавленное железо стекает вниз и собирается на дне печи. По мере опускания он поглощает углерод, фосфор, серу и небольшие количества других элементов, таких как марганец и кремний, из руд, кокса и известняка.
    В участках печи, где температура выше 1150 К, известняк диссоциирует с образованием оксида кальция:

    Оксид кальция, являющийся основанием, реагирует с кислыми примесями в руде, образуя алюмосиликатный шлак.Это также поглощает большую часть серы, присутствующей в различном сырье. Жидкий шлак стекает на дно печи, образуя слой поверх расплавленного чугуна.

    Расплавленный чугун (чистота 90-95%, основная примесь — около 4% углерода) и жидкий шлак удаляются из горна через летки в основании печи.

    Обычно расплавленный чугун направляют непосредственно на сталелитейный завод в виде 300-тонных загрузок в торпедообразных передаточных ковшах с огнеупорной футеровкой.

    Рисунок 4 Доменная печь для производства чугуна: Для обеспечения дополнительной защиты используются специальные средства индивидуальной защиты.Этот завод по производству чугуна и стали в Пенсильвании, США, представляет исторический интерес, поскольку он начал производить сталь в 1875 году.
    С любезного разрешения United States Steel.

    Шлак сливается каждые несколько часов, охлаждается и затем направляется на переработку для производства побочных продуктов, таких как цемент и изоляционные материалы, или для использования в дорожном строительстве.

    Газ, выходящий из верхней части печи, содержит азот, окись углерода, двуокись углерода, водород, водяной пар и пыль.После удаления пыли газ, смешанный с природным газом, используется в качестве топлива для нагрева кирпичей, упакованных в «печки».

    Рисунок 5. Кирпичные печи используют тепло отходящих печных газов для предварительного нагрева
    входящего воздуха перед его прохождением через трубу
    и фурмы в доменную печь.

    Тепло от этих печей используется для предварительного нагрева дутья воздуха. Эти энергосберегающие мероприятия оказывают важное влияние на общую экономику работы доменной печи.Другие меры включают использование в дутье воздуха, обогащенного кислородом, использование углеводородов в качестве вспомогательного топлива, работу печи при более высоком давлении, минимизацию использования известняка и подготовку сырья таким образом, чтобы происходили химические процессы в печи. быстрее и использовать минимальное количество топлива.

    Удаление серы

    Некоторым сталям требуется очень низкая концентрация серы, что может сделать их хрупкими и привести к разрушению конструкции.В отличие от других примесей, которые удаляются из жидкого чугуна путем окисления в кислородном конвертере, наиболее экономичным методом удаления серы из чугуна является доварка стали. Это делается путем добавления реагента. Часто используют известь, но магний во много раз эффективнее. Реагенты с азотом в качестве газа-носителя впрыскиваются значительно ниже поверхности расплавленного железа, этот процесс известен как глубокий впрыск. Например:

    Образовавшийся в ходе процесса шлак с высоким содержанием серы удаляют путем быстрого снятия пены по мере ее образования.

     Рисунок 6. Во Всемирном торговом центре в Нижнем Манхэттене, Нью-Йорк, используется более 40 000 тонн высокопрочной конструкционной стали. Самое высокое здание в Западном полушарии видно здесь на закате.

    С любезного разрешения Марко Ветча (Wikimedia Commons)

       

     Дата последнего изменения: 3 октября 2016 г.

    Затраты на чугун, производство литья в песчаные формы

    Что касается отливок в песчаные формы , Затраты на производство чугуна включают в себя множество аспектов, таких как цены на передельный чугун , рабочая сила затраты, материальные затраты, механическая обработка, термообработка, покраска, упаковка, затраты на литейный кокс и песок.

    1. стоимость чугуна

    Чугун является наиболее важным материалом для чугунные отливки , так что его расходы составят почти половину общих производственных затрат. Поэтому, его затраты напрямую повлияют на изменение цен на чугунное литье. Обычно стоимость чугуна может составлять около 50% от общего объема производства. расходы.

    2. затраты на стальной лом

    Для снижения производственных затрат, а иногда и содержание углерода, большинство чугунолитейных заводов добавят некоторую долю стального лома вместе с чугуном.Следовательно, это также будет быть частью производственных затрат. Однако, поскольку стальной лом занимает только небольшая часть, поэтому его цены не повлияют на железо цены на литье в значительной степени, но это повлияет отливки из стали в основном так как стальной лом будет основным сырьем для стального литья отливки.

    3. Стоимость сплава

    Как для некоторых изделий из легированного чугуна, таких как сплав Ni, Mo, Cr, Cu чугуна, стоимость добавленных сплавов повлияет на стоимость литья во многом потому, что эти сплавы дороже чугуна.В течение цитата, эти расходы сплавов необходимо рассматривать отдельно.

    4. Стоимость сфероидизирующего агента

    Сфероидизирующий агент необходимый материал для производства отливок из ВЧШГ, поэтому его стоимость будет частью себестоимости продукции, и ее изменение также повлияет изменение цен на литье. Обычно затраты на узелковую установку могут составлять около 8-10 % от общей стоимости производства.

    5. Расходы на фурановую смолу

    Как для отливок из смолы в песчаные формы и оболочки литье отливок, смола, особенно фурановая смола, будет широко использоваться, поэтому его цена повлияет на цены отливки.В 2011 году цена смолы была примерно в два раза выше, чем в 2010, поэтому отливки из смолы и песка будут дороже, чем 2010. Затраты на смолу могут составлять от 9 до 10% производственных затрат.

    6. электрозатраты, затраты на литейный кокс

    Электропечи должны использовать электричество, а вагранка должна используют литейный кокс, следовательно, эти затраты составят большую часть для общие производственные затраты. В целях экономии электрического заряда большинство Чугунолитейные заводы в Китае будут работать ночью.Эти затраты составляют около 10-12% от общих затрат.

    7. затраты на рабочую силу

    Поскольку все производственные процессы, такие как литье, плавка, заливка, очистка, шлифовка, покраска, механическая обработка, упаковка, понадобится много рабочих и операторов, поэтому затраты на рабочую силу по-прежнему являются основным себестоимость заводы чугунного литья . Хотя некоторые фабрики импортировали автоматическое формовочное оборудование для сокращения рабочих, но автоматическое формовочная линия не может производить все виды отливок, и они не могут сократить количество рабочих для других процессов.Затраты на рабочую силу могут составлять 10% от суммарные затраты.

    8. Стоимость песка

    Зеленый песок и полимерный песок можно использовать многократно, поэтому эти пески не окажет значительного влияния на себестоимость продукции, однако, что касается процесс формования оболочки, нельзя использовать предварительно покрытый полимерный песок неоднократно, поэтому эти пески будут важными издержками производства, эти пески могут составлять от 13% до 15% от общих затрат.

    9. стоимость покраски

    Что касается покраски антикоррозионным грунтом, то это не большая стоимость, но для финишной покраски, электрофоретическая краска, порошковая покраска, асфальт краска и термостойкая краска, стоят они недешево.Антикоррозийная покраска грунтовкой может занять около 5% от общих затрат.

    10. расходы на упаковку

    Большая часть чугунных отливок должна быть упакована в нефумигационные ящики и фанерные ящики, поэтому необходимо учитывать стоимость упаковки. Затраты на упаковку могут составлять от 4 до 5% от общих затрат.

    11. Затраты на термообработку

    При необходимости отливки из чугуна термообработка для уменьшения внутреннего напряжения, улучшения твердость поверхности и физические свойства, то она будет частью производственные затраты.Затраты на термообработку могут составлять от 13% до 25% от общей суммы. расходы.

    12. Затраты на механическую обработку

    Большинство отливок из чугуна требуют некоторого уровня механической обработки. Грубый обработка или готовая обработка.

    Дом | Другие статьи

    Путь «Чугун – доменная печь»

    В 2016 году во всем мире было произведено более 1,1 миллиарда тонн доменного чугуна. тенденция к все большим и большим печам.Современные доменные печи производят более 10 000 тонн в сутки.

    Для получения общей информации о товарном чугуне посетите страницу чугуна.

    Современные доменные печи производят более 10 000 тонн в сутки.

    Процесс доменной печи

    Доменная печь представляет собой противоточный газовый/твердый реактор, в котором нисходящий столб шихтовых материалов [кокса, железной руды и флюсов/добавок] реагирует с восходящими горячими газами. Процесс является непрерывным, при этом сырье регулярно загружается в верхнюю часть печи, а расплавленный чугун и шлак сливаются со дна печи через равные промежутки времени.

    Основные этапы процесса следующие:

    • верхняя часть топки — от шихтовых материалов отгоняется свободная влага и происходит диссоциация гидратов и карбонатов.
    • нижняя часть шахты доменной печи — непрямое восстановление оксидов железа окисью углерода и водородом происходит при 700-1000°С.
    • Бош-зона печи, где начинается размягчение и плавление шихты — прямое восстановление оксидов железа [и других] и науглероживание коксом происходит при 1000-1600°С.Расплавленное железо и шлак начинают капать на дно печи [пода].

    Между чашей и подом расположены фурмы [водоохлаждаемые медные сопла], через которые в топку подается дутье — воздух для горения, подогретый до 900-1300°С, часто обогащенный кислородом. Непосредственно перед фурмами находится зона горения, самая горячая часть печи, температура которой составляет 1850-2200°C, где кокс реагирует с кислородом и паром дутья с образованием монооксида углерода и водорода [а также тепла] и железа. и шлак полностью расплавится.

    Расплавленный чугун и шлак собираются в горне печи. Будучи менее плотным, шлак всплывает на поверхность чугуна. Шлак и железо сливаются через равные промежутки времени через отдельные летки. Для производства товарного чугуна железо отливается в слитки; на интегрированных сталелитейных заводах расплавленный чугун или жидкий чугун перемещают в ковшах-торпедах к сталеплавильным конвертерам. Шлак перемещают в шлакохранилища для дальнейшей переработки в полезные материалы, например, сырье для производства цемента, дорожного строительства и т. д.

    Машина для литья чугуна (любезно предоставлена ​​Paul Wurth)

    Реакции в доменной печи

    Основные реакции:

    2C + O 2 → 2CO

    C + H 2 O → CO + H 2

    CO 2 + C → 2CO

    3FE 2 O 3 + CO → CO 2 + 2FE 3 O 4

    Fe 3 O 4 + CO 2 + 3feo

    FeO + CO → Fe + CO 2

    При загрузке доменной печи шихтовые материалы добавляются слоями.Загрузка осуществляется либо с помощью элеватора, в котором ковш поднимается и опускается на верхнюю часть печи для опорожнения непосредственно в печь [система колпаков], либо с помощью ленточных конвейеров к верхней части печи, где материалы загружаются в бункер, прикрепленный к верхней части печи [бесколпаковая система], а оттуда в печь. С помощью вращающегося желоба можно добиться очень равномерного распределения шихтовых материалов по печи. Бесконусная система имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что во время загрузки теряется меньше энергоемкого доменного газа.

    Добавки и флюсы служат для преобразования отходов или пустой породы в шихте [главным образом кремнезема и глинозема] в шлак с низкой температурой плавления, который также растворяет коксовую золу и удаляет серу. Например:

    CACO 3 → CAO + CO 2

    CAO + SIO

    CAO + SIO 2 → CASIO 3

    FES + CAO + C → CAS + FEO + CO

    Доменная печь сама стальной вал футерованные огнеупорными, огнеупорными материалами.Самая горячая часть печи, где стенки достигают температуры >300°C, охлаждается водой. Вся конструкция поддерживается снаружи стальной рамой.

    Доменный газ, выходящий из верхней части печи, представляет собой смесь двуокиси углерода, окиси углерода, водорода и азота и имеет теплотворную способность от 3 200 до 4 000 кДж/м³. После очистки он используется для различных целей, в том числе для обогрева воздухонагревателей [«кауперов»], на фабриках по агломерации железной руды и для выработки электроэнергии.Доверие к этому газу является важным фактором в поддержании низких эксплуатационных расходов доменной печи.

    Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть:
    • макет завода Уральской Стали в России
    • производство чугуна из вторичного сырья компанией DK Recycling в Германии

    Для более подробного изучения процесса доменной печи мы предлагаем обратиться к следующему:

    Изготовление, формование и обработка стали, 11-е издание, опубликовано Ассоциацией производителей железа и стали.

    Железо в промышленной революции

    Железо было одной из основных потребностей быстро индустриализирующейся британской экономики, и в стране, безусловно, было много сырья.Однако в 1700 году металлургическая промышленность была неэффективной, и большая часть железа импортировалась в Великобританию. К 1800 году, после технических разработок, металлургическая промышленность стала чистым экспортером.

    Железо в 18 веке

    Дореволюционная металлургическая промышленность основывалась на небольших локализованных производственных предприятиях, расположенных рядом с основными ингредиентами, такими как вода, известняк и древесный уголь. Это привело к появлению множества небольших монополий на производство и ряда небольших районов по производству железа, таких как Южный Уэльс.Хотя в Британии были хорошие запасы железной руды, производимое железо было низкого качества с большим количеством примесей, что ограничивало его использование. Спрос был большой, но производилось не так много, поскольку кованое железо, из которого были выкованы многие примеси, требовало много времени для производства и было доступно в более дешевом импорте из Скандинавии. Таким образом, промышленникам нужно было решить узкое место. На этом этапе все методы выплавки железа были старыми и традиционными, а ключевым методом была доменная печь, использовавшаяся с 1500 года.Это было относительно быстро, но производило хрупкое железо.

    Металлургическая промышленность Великобритании потерпела неудачу?

    Существует традиционное мнение, что металлургическая промышленность не смогла удовлетворить британский рынок с 1700 по 1750 год, который вместо этого должен был полагаться на импорт и не мог развиваться. Это было связано с тем, что железо просто не могло удовлетворить спрос, и более половины используемого железа поставлялось из Швеции. Пока британская промышленность была конкурентоспособна в условиях войны, когда стоимость импорта росла, мир был проблематичен.

    Размер печей в ту эпоху оставался небольшим, производительность была ограниченной, а технология зависела от количества древесины в этом районе.Поскольку транспорт был плохим, все должно было быть близко друг к другу, что еще больше ограничивало производство. Некоторые мелкие производители железа пытались сгруппироваться, чтобы обойти эту проблему, и с некоторым успехом. Кроме того, британская руда была в изобилии, но содержала много серы и фосфора, которые делали железо хрупким. Технологии решения этой проблемы не было. Эта отрасль также была очень трудоемкой, и, хотя предложение рабочей силы было хорошим, это приводило к очень высоким затратам. Следовательно, британское железо использовалось для изготовления дешевых предметов низкого качества, таких как гвозди.

    Развитие промышленности

    По мере развития промышленной революции развивалась и металлургическая промышленность. Набор инноваций, от различных материалов до новых технологий, позволил значительно расширить производство железа. В 1709 году Дарби стал первым человеком, выплавившим железо с коксом (который производится из каменного угля). Хотя это была ключевая дата, влияние было ограниченным — железо все еще оставалось хрупким. Примерно в 1750 году паровая машина впервые использовалась для перекачивания воды обратно для приведения в действие водяного колеса.Этот процесс длился недолго, поскольку промышленность стала более способной перемещаться по мере того, как уголь пришел на смену. В 1767 году Ричард Рейнольдс способствовал снижению затрат и перемещению сырья дальше, разработав первые железные рельсы, хотя на смену им пришли каналы. В 1779 году был построен первый цельнометаллический мост, который действительно продемонстрировал, что можно сделать с достаточным количеством железа, и стимулировал интерес к материалу. При строительстве применялись столярные технологии. Паровая машина вращательного действия Уатта в 1781 году помогла увеличить размер печи и использовалась для мехов, что помогло увеличить производство.

    Возможно, ключевое событие произошло в 1783–1784 годах, когда Генри Корт ввел методы лужения и перекатывания. Это были способы удалить все примеси из железа и обеспечить крупномасштабное производство и его значительное увеличение. Металлургическая промышленность начала перемещаться на угольные месторождения, рядом с которыми обычно находилась железная руда. Разработки в других местах также помогли увеличить производство железа за счет стимулирования спроса, например, увеличение количества паровых двигателей (для которых требовалось железо), что, в свою очередь, стимулировало инновации в области железа, поскольку одна отрасль порождала новые идеи в других.

    Еще одним важным событием стали наполеоновские войны из-за возросшего спроса военных на железо и последствий попытки Наполеона заблокировать британские порты в континентальной системе. С 1793 по 1815 год производство чугуна в Великобритании увеличилось в четыре раза. Доменные печи стали больше. В 1815 году, когда наступил мир, цены на железо и спрос упали, но к тому времени Великобритания стала крупнейшим европейским производителем железа.

    Новый железный век

    1825 год был назван началом нового железного века, поскольку металлургическая промышленность испытала огромный стимул из-за большого спроса на железные дороги, для которых требовались железные рельсы, железо на складе, мосты, туннели и многое другое.Между тем гражданское использование увеличилось, так как все, что можно было сделать из железа, стало пользоваться спросом, даже оконные рамы. Великобритания стала известна железнодорожным железом. После того, как первоначальный высокий спрос в Великобритании упал, страна экспортировала железо для строительства железных дорог за границу.

    Железная революция в истории

    Производство железа в Великобритании в 1700 году составляло 12 000 метрических тонн в год. К 1850 году их число превысило два миллиона. Хотя Дарби иногда называют главным новатором, именно новые методы Корта оказали наибольшее влияние, и его принципы используются до сих пор.Расположение промышленности претерпело такие же большие изменения, как и производство и технологии, поскольку предприятия смогли переехать на угольные месторождения. Но влияние инноваций в других отраслях на железо (а также на уголь и пар) невозможно переоценить, равно как и влияние на них разработок в области черной металлургии.

    Как делают чугунные сковороды

    Чугунная посуда изготавливается путем плавления блоков железа и стали на заводе. Затем к смеси добавляют химические вещества, чтобы повысить уровень углерода.Затем расплавленный металл заливают в форму из песка, воды и порошкообразной глины.

    Как делают чугун?

    Производится путем восстановления железной руды в доменной печи. Жидкое железо отливается или разливается и затвердевает в сырые слитки, называемые чушками, а чушки впоследствии переплавляются вместе с ломом и легирующими элементами в вагранках и переплавляются в формы для производства различных изделий.

    Чугунные сковороды самые полезные?

    Вкратце: Нет.Вы должны быть размером с мышь, чтобы увидеть измеримую пользу для здоровья от потребления минералов исключительно с чугуном. Поскольку перенос минералов происходит в таких малых масштабах, можно с уверенностью сказать, что чугун не полезнее, чем другие сковороды.

    Вредят ли чугунные сковороды здоровью?

    Есть некоторые опасения, что, поскольку чугунные сковороды могут выдерживать высокую температуру, они могут выделять химические вещества, известные как гетероциклические амины (ГЦА) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые связаны с повышенным риском развития рака.

    Отличается ли чугун от чугуна?

    — Чугун — это железо, полученное в доменной печи, и оно содержит около 4% углерода в качестве примеси. – Чугун – это чугун, полученный путем плавки смеси чугуна, лома и кокса с обдувом горячим воздухом. Он имеет около 3% содержания углерода. Таким образом, он чище чугуна.

    В чем разница между стальным литьем и чугуном?

    Железо и сталь — это черные металлы, состоящие в основном из атомов железа.На самом деле углеродный состав является основным отличием чугуна от стали. Чугун обычно содержит более 2 процентов углерода, а литая сталь часто содержит от 0,1 до 0,5 процента углерода.

    Является ли чугун канцерогенным?

    Нет опубликованных данных о том, что приправы для чугуна содержат какие-либо специальные канцерогенные элементы, кроме тех, которые переносятся при любом способе приготовления пищи при высокой температуре в какой-либо посуде.

    Что нельзя варить в чугунке?

    4 вещи, которые вы никогда не должны готовить в чугуне: вонючие продукты.Чеснок, перец, немного рыбы, вонючие сыры и многое другое, как правило, оставляют ароматные воспоминания на вашей сковороде, которые появятся в следующих двух блюдах, которые вы в ней приготовите. Яйца и прочее липкое (на время) Нежная рыба. Кислотные вещи — может быть.

    В чем недостаток чугуна?

    Недостатки чугуна Его детали чувствительны к сечению, это связано с медленным охлаждением толстых сечений. выход из строя его частей внезапный и полный, он не имеет предела текучести.

    Вызывают ли чугунные сковороды болезнь Альцгеймера?

    С тех пор было показано, что железо, а также цинк и медь связаны с характерными для болезни Альцгеймера белками амилоидом и тау в головном мозге.Эти характерные белки появляются в мозге людей с болезнью Альцгеймера в виде скоплений, называемых амилоидными бляшками, и клубков тау-белка, и считается, что они вызывают повреждения.

    Можно ли есть ржавую чугунную сковороду?

    Что произойдет, если я проглочу ржавчину? По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), употребление в пищу небольших количеств ржавчины не нанесет вреда вашему здоровью (если только у вас нет редкого заболевания, называемого гемохроматозом, из-за которого ваши внутренние органы удерживают железо).

    Что произойдет, если вы будете готовить в чугунной сковороде без приправ?

    Приготовление пищи на неприправленной сковороде не повлияет на сковороду.Еда прилипнет к нему. Приправа делает чугун относительно антипригарным.

    Где производится Le Creuset?

    В настоящее время вся чугунная посуда Le Creuset по-прежнему производится в литейном цехе компании во Френуа-ле-Гран. Процесс был показан в британской телепрограмме BBC Two Inside the Factory.

    Чугун Lodge сделан в США?

    Но какие предметы домашнего обихода считаются американскими? С 1896 года чугунные кастрюли и сковородки Lodge, а также новая линия посуды из выдержанной углеродистой стали производятся на литейном заводе компании в Южном Питтсбурге, штат Теннесси.(В следующем году там откроется второй литейный цех Lodge.) 21 февраля 2017 г.

    Какая чугунная посуда производится в США?

    Сковороды Finex, Lancaster, Lodge, Smithey, Stargazer и The Field Company

    производятся в США. Хотя Lodge производит самые доступные сковороды в списке, каждый из других производителей имеет уникальный подход к изготовлению чугунной посуды.

    Какая самая чистая форма железа?

    > Кованое железо — самая чистая форма железа.

    Является ли чугун нечистым?

    Нечистая форма железа означает, что мы должны найти форму железа с минимальным содержанием железа и большим количеством примесей.Форма с высоким содержанием углерода будет нечистой формой железа. Полный ответ: Железо извлекается из руды в виде различных сплавов, таких как чугун, кованый, литой и стальной.

    Какие бывают четыре типа чугуна?

    Четыре основных типа чугуна – белый чугун, серый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун. белое железо. серое железо. ковкий чугун. ковкое железо.

    Соберет ли магнит чугун?

    Да, магнит будет притягиваться к железу в любой форме, включая чугун и любой союзник железа, такой как любой из стальных сплавов.

    Почему чугун не ржавеет?

    Чугун — сплав с высоким содержанием углерода (не менее 1,7 % и обычно 3,0–3,7 %), что делает его относительно устойчивым к коррозии.

    Почему чугун такой дорогой?

    Они дороги не только в Индии, но и за границей из-за материала, количество усилий, затрачиваемых на их производство или обслуживание, больше, чем на антипригарную посуду / посуду всеми возможными способами. Срок годности чугуна также очень высок по сравнению с антипригарным покрытием.

    Почему моя чугунная сковорода окрашивает пищу в черный цвет?

    Этот черный осадок на чугунной сковороде обычно представляет собой нагар.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.