На главную
Справочник конструктораполезный сайт для инженера-машиностроителя


СПРАВОЧНИК

МЕНЮ

Получение чугуна и стали

Почти половина разведанных мировых запасов железа пребывает на территории стран СНГ.
Добывалось и производилось чугуна и стали в существующем СССР больше целых в универсуме.
Основаниями этого достижения были : несовершенство устройств и невысокая надежность автоматов и оборудования ;
невысокое качество выплавляемых чугунов и сталей ;
большие территории ;
огромная протяженность путей и коммуникаций ;
невысокая эффективность сельского производства строительных и путевых произведений.
Всё это требовало значительно больше металла, чем в иных сторонах.
И, кроме того, зарытого металла в землице на строительствах, оставленного на драках, в лесках, болотах и на полях было больше всех в мире.

Производство модели
полуавтомат дает модель
Производство модели

Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное, но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом.
Мартен это регенеративная пламенная печь.
Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура 1750… 1800 o С.
Газ и дух предварительно подогреваются ( до 1200…1250 o С ) в регенераторах.
За счет тепла сгоревших газов, происходящих в трубу.
Два регенератора : один делает, а другой накапливает тепловую энергию.
Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом.
Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванной, а окончательное – алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.

В итоге длительной продувки воздухом из кусков руды получались почти без примесей кусочки настоящего железа, которые сваривались между собой кузнечным способом в зону, которые далее использовались для производства необходимых человеку изделий.
Это технически чистое железо держало весьма немного углерода и немного примесей ( настоящий древесный уголек и хорошая руда ), поэтому оно хорошо ковалось и сваривалось и практически не корродировало.
Процесс выступал при относительно низкой температуре ( до 1100…1350 ° С ), м еталл не плавился, т. е. восстановление металла выступало в решительной фазе.
В итоге получалось ковкое ( рев ) железо.
Просуществовал этот способ до XIV века, а в несколько усовершенствованном облике до начала XX века, но был помалу вытеснен кричным переделом.

Производство стали в элек­тропечах.
Применение электри­ческой энергии в производстве стали даёт возможность дости­гать более высокой температуры и точнее её регулировать.
По­этому в электропечах выплав­ляют любые марки сталей, в том числе содержащие тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден и др.
Потери легирующих эле­ментов в печках меньше, чем в остальных печках.
При плавке с кислородом ускоряется плав­ление шихты и особенно окис­ление углерода в жидкой шихте, Применение кислорода позволя­ет ещё более повысить качество электростали, так как в ней остаётся меньше растворённых газов и неметаллических включений.

В итоге получается чугун – сплав железа с углеродом.
Содержание углерода – более 2%.
Часть расплавленного чугуна идёт на производство стали.
Сталь же держит меньше углерода, поэтому боте плавна.
Её варят в конверторах.
Конвертор обладает емкостью до 60 тонн.
Снизу через расплав пропускают кислород, в итоге чего все примеси начинают выгорать, образуя оксиды.
Оксиды образуются газообразные и твёрдые.
Последние всплывают и удаляются из конвертора.
Все сии процессы экзотермические, и железо остаётся в расплавленном состоянии в течение 10 - 20 минут.
За это времечко в расплав можно добавить легирующие элементы ( хром и никель для коррозийной стойкости, вольфрам для твёрдости, марганец для упругости и т.п. ).

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и обязательных примесей — кремния, марганца, серы и фосфора.
Она хорошо обрабатывается давлением, располагает более высокую крепость и пластичность, чем чугун.
Главным сырьем для получения стали служат предельный чугун и металлический ломик.
Суть процесса переработки чугуна в сталь заключается в снижении содержания в чугуне примесей путем их окисления.
В реальное время сталь производится следующими главными способами : конвертерным, мартеновским и электросталеплавильным.
Производство стали в конвертерах.
Конвертер для производства стали представляет собой сосуд грушевидной фигуры, вращающийся стали, вращающийся на полуосях ( цапфах ).
Кожух конвертера изготовляется из листовой стали и выкладывается внутри огнеупорным кирпичиком.
Схема получения стали в конвертере приведена на узоре.

Чугуном называется сплав железа с углеродом, включающий более 2% углерода.
Кроме железа и углерода, в чугуне присутствуют обязательные при его получении примеси — кремний, марганец, фосфор и сера.
Чугун не куется, не обладает свойствами пластичности.
Пример из чугуна после разрыва почти не имеет удлинения и сужения.
Благодаря способности хорошо отливаться и наименьшей стоимости в сравнении со стальными изделиями чугун в машиностроении получил широкое применение.
Первыми тканями для получения чугуна являются железные руды, топливо ( кокс или древесный уголек ) и флюс ( известняк ).

Область применения подобных электродов - сварка поврежденных деталей и заварка дефектов в отливках из бесцветного и высокопрочного чугуна.
В случае надобности можно также сваривать соединения серого и высокопрочного чугуна со сталью.
Сварные соединения, сделанные этими электродами, располагают удовлетворительную обрабатываемость, плотность и довольно высокую крепость.
К способам, обеспечивающим получение в наплавленном металле низкоуглеродистой стали, можно также отнести механизированную сварку короткими участками электродной проволокой марок Св - 08ГС или Св - 08Г2С диаметром 0, 8..
1 мм в углекислом газе.
Мощность сварочного тока составляет 50 ...
75 А, напряжение дуги 18 ...
21 В, скорость сварки 10 ...
12 м/ч.

Мифы о булате популярны во многом потому, что имеют под собой при всем при том, что и сильно искаженное заблуждениями, но вполне реальное основание.
Без сомнений, великий русский металлург Д.К. Чернов писал, что "...
самая добрейшая сталь, которая когда-либо, где-либо производилась, есть, без сомнения, булат.
"Однако не каждый узорчатый металл, называясь булатом, обладает свойствами сверхстали.
Неграмотно изготовленное, плохо прокованное узорчатое оружие ...
не располагает иных добродетелей, кроме узора "и, как с досадой выразился один русский офицер в половине предыдущего века," ...
крайне не часто оправдывает непомерно высокую цену, за него заплачен - ную.
"Согласно выполненной в то время описи, в русской кавалерии было около 4000 узорчатых сабельных клинков, созданных в различных сторонах, в неодинаковое время и по различным технологиям.
Из них только 100 клинков соответствовали жестким запросам к качеству, предъявляемых к строевому оружию, и лишь четыре клинка, т.е. 0, 1 % от общего числа, превосходили по сво - им свойствам стальное, узорное оружие.
Итак, булат может располагать важнейшие по сравнению со сталью собственный - ства, но не каждый.
Для получения "сверхстали" нужно подбирать режимы обработки металла, предварительно осознав "идею булата".
Эта "идея" заключается в том, что разнородная, узорная сталь при обусловленной обработке переходит в иное качество, становясь как бы не просто сталью и даже не совершенно металлом.

Включенная в действие доменная печь функционирует непрерыв­но в течение нескольких лет.
Руду, кокс и флюсы периодически до­бавляют через верхнее отверстие ( колошник ) печи.
Также периоди­чески производится выпуск из нее чугуна и шлака — через любые 4 — 6 ч.
При этом 99 — 99, 8% железа переходит в чугун и только 0, 2 — 1, 0% — в шлак.
Кроме углерода в составе чугуна присутствуют элементы кремния, марганца, серы, фосфора и пр.
По назначению доменные чугуны разделяют на литейный и передельный.
Литейный чугун переплавляют, и из него отливают чугунные изделия.
Из пере­дельного чугуна получают сталь.
Он составляет около 90% всей вы­плавки чугуна.
В нем содержится повышенное количество углерода, 0, 3 — 1, 2% Si, 0, 2 — 1, 0% Mn, 0, 2 — 1, 0% Р, 0, 02 — 0, 07% 5.

Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов ( магния, церия и др. ).
Серый чугун держит в своём составе почти весь углерод в виде графита, поэтому изгиб его имеет серебристо - серый тон.
Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, поэтому он широко применяется как конструкционный материал.
Серый чугун дешевле стали, различается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью.
Негативными его характеристиками являются пониженная крепость и тонкая хрупкость.

Великое значение для практики имеет свойство модификации γ - Fе растворять до 2, 14% углерода при температуре 1147°С с образо­ванием твердого раствора и с внедрением атомов углерода в крис­таллическую решетку.
При повышении и снижении температуры растворимость углерода в модификации γ - Fе уменьшается.
Крепкий раствор углерода и прочих элементов ( азот, водород ) в модифика­ции γ - Fе называется аустенитом ( по имени ученого Р. Аустена ), почти в 100 раз меньше углерода может открыться в модифика­ции α - Fе, причем крепкие растворы углерода и прочих элементов в модификации α - Fе называют ферритом.

При всем при том, что в коллекционных образцах оружия нередок и так называемый "дикий" узор Дамаска, образующийся в результате довольно беспорядочного перемешивания металла в результате ручной ковки, мастера все же предпочитают ковать клинки из "штемпельного" дамаска с его регулярным узором, о чем писал еще Б.Бьянчини.
"Штемпельным" узор назвали в Германии по способу его формирования путем набивки специальным шаблоном - штемпелем строго упорядоченного рельефа на заготовку клинка, после сошлифовки которого слои искажаются в заданном режиме.
Картин сих рисунков мало и большинство из них были славны еще в прошлом веке.
К ним относятся ступенчатый, холмистый, ромбический ( сетчатый ) и кольчатый.
Ступенчатый узор характеризуется относительно узкими прядями линий, расположенными поперек клинка.


Справочник конструктора - Все что нужно любому конструктору! ©2008-2017