Как получают чугун кратко

Toggle navigation

Ремонт в регионах

1. Главная
2. Строительные материалы
3. Кристаллическое строение металлов
4. Производство чугуна

Технология производства чугуна

Основным способом производства чугуна из железных руд является доменный процесс. Исходные материалы при производстве чугуна — железные руды, плавни (флюсы) и топливо

Железные руды содержат различные соединения железа, главным образом с кислородом, т. е. окислы железа. Кроме того, в рудах содержатся и другие минералы, не включающие соединений железа, пустая порода. Чаще всего железные руды представляют собой механическую смесь окислов железа с кремнеземистой и глиноземистой (содержащей SiO2 и А12О3) пустой породой.

Железные руды для производства

Различают следующие виды руд:

1. магнитный железняк (РезО4) — магнетит; содержит Fe до 70%;
2. красный железняк (Fе2О3) — гематит; содержит Fe до 65%;
3. бурый железняк (Fe2O3 • пН2О) — лимонит; содержит Fe до 60%;
4. природно-легированные руды, содержащие снаружи он покрыт стальными листании и охлаждается водой.

   Технология получения чугуна

   

   Доменная печь имеет стальной сварной кожух. Топливо сгорает у (воздушных фурм 7, к которым через кольцевую воздушную трубу 8 и отходящие от нее рукава подводится нагретый воздух. В нижней части горна имеется чугунная летка» 10 — отверстие для выпуска чугуна.

   Выше расположена «шлаковая летка» 11 для выпуска шлака. Горячие газы, образующиеся в печи, отводят через газопроод 12, очищают их и используют для подогрева воздуха, подаваемого в печь, и для других нужд завода (для нагревания мартеновских печей, в которых идет передел чугуна на сталь).

   Руду, плавень (флюс) и кокс загружают в доменную печь сверху чередующимися слоями. По мере сгорания кокса и расплавления слоев, находящихся внизу, вся масса в печи постепенно опускается, сверху же загружают все новые порции материалов. Горение в доменной печи поддерживается воздухом, который вдувают под давлением около 1,5 ати, предварительно нагревая до 800—900°. Подогревают воздух в особых воздухо­нагревателях (устаревшее название «каупер»), представляющих собой круглую башню со стальным кожухом и внутренней кладкой из огнеупорного кирпича с вертикальными каналами.

   Отходящие из доменной печи газы содержат значительное количество окиси углерода (СО). При горении она выделяет большое количество тепла. Газы очищают от пыли в специальном устройстве и направляют в воздухонагреватель, где СО сгорает, нагревая огнеупорную кладку. Затем в воздухонагреватель нагнетают воздух. Проходя через нагретые каналы огнеупорной кладки, воздух подогревается, газы же из доменной печи в это время направляются в другой воздухонагреватель.

   Огнеупорные материалы для металлургических печей

   В доменных, сталеплавильных и других промышленных печах создаются высокие температуры (1580° и выше).

   14. Чугун и сталь. Окружающий мир — 2 класс

   Материалы, из которых сооружена печь, должны выдерживать действие этих температур, не расплавляясь и не давая значительных деформаций. Внутренняя часть печи подвергается, кроме того, действию расплавленного чугуна и стали, а также расплавленных шлаков (основных или кислых). Материалы, футерующие (облицовывающие) желоба, по которым выпускают чугун, сталь или шлаки, а также ковши (в которых перевозят расплавленные шлаки, чугун и сталь), тигли для плавки, сифоны для разливки и т. п. должны выдерживать резкую смену температур. Поэтому для футеровки металлургических печей применяют специальные огнеупорные матeриалы.

   Большое значение имеет химическая стойкость огнеупоров по отношению к разъедающему действию газов, шлаков и т. п., зависящая от химического состава и, отчасти, от их плотности.
   Этo свойство настолько важно, что оно положено в основу классификации огнеупорных материалов (помимо деления по степени огнеупорности). Различают следующие виды огнеупоров:

   1. кислые (кремнекислые динасовые), применяемые для сводов печей и для кладки пода, при образовании в печах кислых шлаков;
   2. основные (магнезитовые, доломитовые, хромомагнезитовые), хорошо сопротивляющиеся действию основных шлаков, но вступающие во взаимодействие с кислыми продуктами плавки;
   3. полукислые, глиноземистые (шамотные) и графитовые; шамотные огнеупоры наиболее дешевы и широко применяются для футеровки доменных печей; графитовые материалы идут для тиглей и т. п.

   Шамотный кирпич и шамотные изделия изготовляют из смеси шамота и огнеупорной глины, формуя и обжигая их. Шамотом называют предварительно обожженную огнеупорную глину. Огнеупорность шамотных изделий колеблется в пределах от 1580 до 1730°.

   Динасовый кирпич и изделия получают путем обжига измельченных кварцевых или кварцитовых пород с известковой связкой; огнеупорность их не ниже 1690—1710°. Динас более прочен, чем шамот, но при нагреве заметно увеличивается в объеме, сохраняя его и после охлаждения материала. Динасовый кирпич применяется для кладки сводов металлургических печей.

   Магнезитовые огнеупорные материалы магнезитовый кирпич, магнезитовый металлургический порошок изготовляют из обожженного магнезита, состоящего в основном из MgO. Магнезитовые материалы реагируют как основания. Огнеупорность магнезитового кирпича — около 2000°.
   К этой же группе материалов относятся огнеупоры, изготовляемые из обожженных доломитов, также обладающие высокой огнеупорностью.

   Доломит применяется в металлургии в виде кирпича или порошка для наварки пода сталеплавильных печей.

   Химические процессы в доменной печи

   Материалы, загруженные в верхнюю часть доменной печи, высушиваются и постепенно прогреваются. В нижележащих зонах печи окись железа (Fe2O3 или Fe3O4), содержащаяся в руде, восстанавливается окисью углерода до закиси железа (FeO). Дальше закись железа восстанавливается до чистого железа: в средних и нижних зонах доменной печи появляются его первые губчатые комочки. Восстановление железа из руды идет постепенно по следующей схеме:

   2Fe3O4 + nCO — 6FeO+2CO2+(n -2)CO,

   6FeO+nCO — 6Fe+6CO2+ (n—6)СО.

   Попутно частично восстанавливаются: Si из SiO2, содержащегося в пустой породе, Мп из МпО, содержащейся в марганцевой руде, добавляемой в шихту, Р (из фосфорнокислых солей) и пр., которые затем входят в состав чугуна. Сера в виде FeS также будет находиться в составе чугуна. Однако СаО, содержащаяся в плавне, связывает часть серы по схеме

   FeS+ CaO +C — CaS+ Fe+ CO;

   получающийся же CaS нерастворим в чугуне, но растворим в основных шлаках. Поэтому CaS переходит в шлак.
   Марганец также служит для удаления серы по схеме —

   FeS + MnO+ C=MnS+ Fe+ CO;

   образовавшийся MnS переходит в шлак.

   Восстановленное железо, опускаясь в печи, постепенно насыщается углеродом, вступая с ним в химическое соединение по схеме:

   Получившийся карбид железа (Fe3C) растворяется в железе при высоких температурах и науглероживает его, понижая температуру плавления сплава. Поэтому в верхней части «заплечиков» при t = 1250—1300° появляются первые капли жидкого сплава, которые стекают вниз, еще больше насытившись углеродом и растворив часть кремния и марганца. Так образуется. чугун, содержащий до 3,5—4,0% углерода и стекающий в расплавленном состоянии на дно горна.

   Одновременно идет реакция между пустой породой и плавнями, в результате которой образуется жидкий шлак, также стекающий вниз.
   Удельный вес расплавленного шлака около 2,5, а чугуна -около 7. Поэтому шлак всплывает поверх чугуна, защищая его от окисления. Время от времени шлак сливают через шлаковую летку, чугун же периодически выпускают через нижнюю летку. Таким образом осуществляется непрерывный процесс выплавки чугуна. Кроме кремния и марганца в чугун переходят также фосфор (полностью) и сера (частично), если они содержались в материалах, загруженных в доменную печь (в руде, плавне и топливе).

   Для получения 1 т чугуна (передельного) примерно расходуется: железной руды 1,6 г, известняка 0,4 т, марганцевой руды 0,1 т,кокса 0,9 т.

   Чугуны, полученные при доменной плавке, подразделяются нa:

   1. литейные, применяемые, в частности, для различных чугунных строительных отливок (труб, радиаторов, печных приборов, различных решеток, санитарно-технических деталей);
   2. передельные, идущие для производства стали; они производятся в наибольшем количестве;
   3. специальные (ферросплавы): ферросилиций (сплав железа с кремнием), ферромарганец (сплав железа с марганцем) и др., необходимые при производстве стали

   Источник: www.masterovoi.ru

   33. Чугун: сырье, получение, свойства, применение.

   Производство чугуна: Производство чугуна в доменной печи: Выплавка чугуна производится в огромных доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты при внутреннем диаметре около 12 м. Доменную печь загружают сначала коксом, а затем послойно агломератом и коксом. Агломерат – это определенным образом подготовленная руда, спеченная с флюсом.

   Сырье: шихта (смесь железной руды и твердого топлива (кокс) и флюс).

   Флюс – материал, нужный для снижения температуры плавления.

   Белый чугун. В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

   Серый чугун. Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

   Ковкий чугун. Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.

   Высокопрочный чугун. Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

   Половинчатый чугун. В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

   34. Сталь: сырье, получение, применение.

   В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный (путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. ) и электросталеплавильный процессы (сталь получается в результате окисления (пропускание тока) и удаления большей части примесей чугуна — углерода, кремния, марганца, серы и фосфора).

   Сталь выдерживает температуру до 200 0 С, после теряет упругость, а около 600 0 С плавится.

   У стали нет предела прочности на сжатие.

   Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

   Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

   Источник: studfile.net

   Получение чугунов и их разновидностей

   Чугун – это сплав железа с углеродом, количество которого составляет от 2 до 3,6 %. Кроме того, в чугуне имеются примеси кремния, марганца, фосфора и серы.

   Легированный чугун – это чугун, в состав которого входят специальные добавки, такие как хром, никель и молибден. Легированный чугун отличается высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью, а также имеет хорошие механические свойства.

   Для процессов плавки применяются несколько видов топлива: газообразное, твердое и жидкое. Топлива могут быть естественными и искусственными.

   К газообразному естественному топливу относится природный, добываемый из земных недр газ, к газообразному искусственному – генераторный газ, ацетилен, светильный газ и др.

   К твердому естественному топливу относятся каменный уголь, бурый уголь, торф и древесина, а к твердому искусственному – кокс, брикеты и древесный уголь.

   К жидкому естественному топливу относится нефть, а к жидкому искусственному – продукты перегонки нефти: соляровое масло, керосин, бензин и др.

   Доменная печь – это шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды, в которой исходные материалы для плавки перемешаны и постепенно опускаются навстречу поднимающимся горячим газам. Входящие в шихту исходные материалы – руда, топливо и флюсы – загружаются сверху через загрузочное устройство в колошник доменной печи, а нагретый воздух через фурмы подается в нижнюю цилиндрическую часть печи – горн. Получающийся в результате восстановления руды в доменной печи чугун и шлак скапливаются в металлопри-емнике нижней части горна, образуя вследствие разницы удельных весов два слоя (чугун – нижний, шлак – верхний), которые периодически выпускаются через специальные отверстия – чугунную и шлаковую лётки.

   Внутри печь выложена огнеупорным кирпичом. Загрузка доменной печи производится сверху, слив чугуна и шлака – через нижнюю часть доменной печи. Доменная печь загружается железной рудой, топливом (коксом) и флюсом (известняком).

   К основным железным рудам относятся: магнетит (магнитный железняк), содержащий 55–65 % железа, гематит (красный железняк) – 55–58 % железа, лимонит – 35–55 % железа, гетит – 25–39 % железа, а также железный шпат, содержащий до 48 % железа.

   Обогащением руд называется удаление из железной руды различных примесей горных пород и других загрязнений. Обогащение руды можно производить механическим и магнитным способами.

   Доменный процесс – это процесс получения чугуна из руды в доменных печах. В результате многочисленных физических изменений и химических реакций, происходящих под воздействием высоких температур в доменной печи, из руды получается чугун. Этот процесс протекает при температуре в нижней части доменной печи (в горне) 1700 °C и в верхней части (в колошнике) – 550 °C.

   Основным продуктом доменного производства является чугун, побочными – доменный шлак, доменный газ и колошниковая пыль.

   В доменной печи получают белый (передельный) и серый (литейный) чугуны. Содержание углерода в чугуне 2–3,6 %.

   Белый чугун – твердый и хрупкий материал. Поэтому его механическая обработка затруднена. Это передельный чугун, используемый для получения стали и ковкого чугуна. В небольших количествах белый чугун используется для литья дорожных катков, где большое значение имеет твердость и отсутствует ударная нагрузка. Так как белый чугун содержит карбид железа, то на изломе он имеет белую окраску.

   Серый чугун (литейный) из-за малой усадки при литье и хорошей текучести применяется для литья. Серый чугун характеризуется большой прочностью на сжатие, однако плохо сопротивляется ударам. Его нельзя подвергать растяжению, скручиванию и гибке. В отличие от белого чугуна, серый чугун мягкий и хорошо обрабатывается.

   В зависимости от условий и режима плавки получают белый или серый чугуны.

   К химическим элементам, которые входят в состав чугуна и оказывают влияние на его свойства, относятся: сера – ухудшает текучесть и вызывает плохое заполнение форм, тормозит выделение графита, повышая из-за этого твердость чугуна; фосфор – дополнительно снижает текучесть чугуна, тормозит растворение цементита в железе, повышая твердость и хрупкость чугуна; кремний – интенсифицирует разложение цементита в чугуне и освобождение графита (при получении в доменной печи серого чугуна), улучшает литейные свойства и повышает мягкость чугуна; марганец – способствует образованию белого чугуна, причем незначительный процент марганца в сером чугуне увеличивает его механическую выносливость, а в общем способствует удалению серы из чугуна.

   Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

   Источник: studopedia.ru