Чугуны и стали

1. Описать технологию плавки стали 35ХНМЛ в электродуговой печи с основной футеровкой (плавка с окислением), подробно описать: а) шихтовые материалы; б) раскисление; в) температура заливки форм
Шихтовые материалы: В состав шихты входят стальной лом, возврат, чугун передельный, шлакообразующие добавки (известь, известняк, плавиковый шпат, боксит), науглероживатели, раскислители.
Стальной лом не должен содержать цветных металлов и иметь минимальное количество никеля и меди; желательно чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0,05%. Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием.
Основные стадии:
Заправка печи: (подготовка печи) частичное обновление и устранение дефектов футеровки подины и откосов. Заправка производится сразу после выпуска металла, пока в печи сохраняется высокая температура.
Загрузка шихты: ведут бадьями или корзинами: на дно кладут часть мелочи, затем в центре укладывают крупный лом, а по периферии средний и сверху оставшийся мелкий лом.
Плавление: ведется от 1,1 до 3 часов. Для ускорения плавления вводят кислород в жидкий металл. В процессе плавления в печь присаживают известь или известняк, а за 20-25 мин до окончания расплавления железную руду. Перед окислением скачивают шлак, удаляя основную часть фосфора, содержащегося в шихте и окислившегося в период плавления.
Окислительный период. Основные задачи периода максимальное снижение содержания фосфора, газов (Н2 и азота) и оксидных неметаллических включений, повышение температуру до требуемого уровня и выравнивание ее по всему объему металлической ванны. После образования жидкоподвижного шлака и нагрева металла небольшими порциями вводят руду и известь. Будет кипение ванны (перемешивание металла и шлака, выравнивание температуры по всему объему металла и удалению примесей) 40-90 мин.
Восстановительный период: Основные задачи периода раскисление металла, удаление серы, корректировка химического состава и темп металла перед выпуском. Введение в печь шлакообразующей смеси и присадка на поверхность шлака раскислительной смеси с увеличением количества кокса, уменьшение содержания карбид кальция в шлаке добавками извести, плавикового шпата, шамотного боя.
Выпуск: выпускают металл в ковш и до конечного раскисления чаще всего используют алюминий. Температура выпуска стали из печи 1520-1550 °С.
Температура заливки форм 1430-1480 °С.
Основной процесс плавки стали ведут с полным или с частичным окислением.
Описание процесса плавки полным окислением: Плавку с полным окислением примесей проводят в тех случаях, когда необходимо переплавить шихтовые материалы с повышенным содержанием фосфора, серы и получить сталь с минимальным количеством этих элементов.
Для окисления примесей после расплавления шихты в печь добавляют руду. Окислы железа окисляют примеси в металле (Si, Mn, P и С), в результате образуется железистый шлак, содержащий (FeO)3*Р2О5. Такой шлак способствует удалению фосфора из металла. Для образования более прочного соединения ангидрида фосфора в шлак добавляют свежеобожженую известь с целью получения фосфорно-кальциевой соли в шлаке по реакции:
(FeO)3 + Р2О5 = (СаО)4*Р2О5 + 3FeO + 112 400 кал.
Эта реакция протекает успешно в тех случаях, когда содержание углерода в окислительный период понизилось в металле ниже заданных пределов. Для этого в печь загружают электродный бой, кокс, а в отдельных случаях чушковый чугун с малым содержанием вредных примесей – фосфора и серы. Во время науглероживания металла загрузочное окно плотно закрывают во избежание поступления в пространство печи кислорода воздуха. Для усвоения углерода металлом дают 5-7 мин, после чего наводят новых шлак, загружая флюсующую смесь в количестве до 4 % от веса металла. Флюсующая смесь состоит из 80 % свежеобожженной извести и 20 % плавикового шпата. Во вновь образовавшемся шлаке в начальный период содержание окислов в шлак добавляют раскислительную смесь, состоящую из извести молотого ферросилиция и кокса. Под действием этой смеси в шлаке уменьшается содержание FeO до 1 % и Mn до 0,4 %. Шлак такого состава является десульфуратором металла.
Элементы-раскислители восстанавливают FeO и MnO шлака, при этом нарушается равновесное распределение кислорода между металлом и шлаком, что вызывает переход кислорода из металла в шлак:. Уменьшение содержания FeO и марганца сопровождается посветлением шлака. Обычно концентрацию FeO в шлаке доводят до 0,5 %, одновременно снижается содержание кислорода в металле до 0,004-0,010 %. После раскисления металла его доводят до заданного состава. Вводят необходимые добавки. Окончательное раскисление стали производят алюминием. Такой процесс называется плавкой под белым шлаком.
Плавка с частичным окислением. Плавку с частичным окислением примесей ведут на чистых (по содержанию вредных примесей) исходных материалах. В состав шихты при плавке не вводят железную руду. Процесс окисления примесей в основном протекает в период расплавления шихты, в результате чего частично понижается содержание кремния, марганца, углерода и фосфора в металле. Образующийся шлак сливают и дальше ведут плавку под белым шлаком.
2. Описать технологию приготовления чугуна КЧ30-6, более подробно описать: а) шихтовые материалы; б) модифицирование; в) отжиг белого чугуна на ковкий (график)
Технология получения КЧ состоит из двух основных этапов получения отливок из белого чугуна и графитизирующего отжига.
Шихтовые материалы. Состав шихты для получения КЧ рассчитывается таким образом, чтобы в жидком чугуне было 2,3-3 % С и 0,9-1,6 % Si. Конкретное содержание углерода и кремния определяется в зависимости от требуемых свойств, т.е. марки КЧ и толщины стенки отливки с учетом условий ее охлаждения
Плавка КЧ обычно ведется дуплекс-процессом сочетанием дуговой печи с индукционной. В этом случае химический состав чугуна в печи ожидания мало изменяется, его свойства более стабильны.
В шихте применяют возврат и стальные отходы. В печь ожидания металл с температурой 1550-1570 °С, имеющий химический состав (в %): 2,8-2,9 С, 1,1-1,2 Si, 0,3-0,35 Mn, < 006S и Р, 0,05 Cr, < 0,15 Ni и Cu.После перелива в индукционную печь удаляют шлак с поверхности расплава и вводят кусок электродного боя 8-12 кг. Электродный бой, контактируя с металлом при высокой температуре уменьшает угар кремния и марганца за счет гетерогенного восстановления твердым углеродом и компенсирует угар углерода за счет его растворения из электродного боя. Чугун на выпуске из печи ожидания дол иметь температуру 1520 °С. В ковш вводят пакеты с присадками-модификаторами: в жидкий чугун на выпуске вводят 0,01 % висмута и 0,0056 % ферробора. Эти добавки вводят с целью сокращения длительности цикла отжига.
Наилучшими добавками, позволяющими получать толстостенные отливки с белым изломом и значительно сократить длительность отжига, являются одновременные присадки 0,02-0,0004 % Вi, 0,01-0,02 % Al, 0,002-0,004 % В. Известны также добавки, содержащие Те и Cu; Te и S; Те и Н2; Те и Pb; Те, В и Al; Те, Вi, Cu и Al. Дозировка элементов 0,0001-0,005 % для Те, Bi и 0,01- 0,03 % для Al.
Второй этап получения КЧ – графитизирующий отжиг осуществляется в специальных печах и длится 30-40 ч.
Типовой режим отжига отливок на ФКЧ состоит из пяти стадий (рис.1).
13 EMBED MSPhotoEd.3 1415
Рис.1. Типовой режим отжига отливок из белого чугуна на ферритный ковкий чугун
1. Нагрев до 930-970 °С. В процессе нагрева в структуре БЧ возникают центры графитизации, количество которых влияет на продолжительность первой стадии графитизации. Оптимальным количеством центров для обеспечения необходимой скорости процесса считают примерно 80-120 центров на 1 мм. При количестве центров менее 15 на 1 мм, что может быть вызвано слишком быстрым нагревом или другими причинами, замедляется графитизация. При ускоренном нагреве садки возможно образование трещин в сложных по конфигурации отливках. Обычно время нагрева до температуры графитизации при ускоренном режиме не менее 3-5 ч.
В отдельных случаях для увеличения числа центров графитизации в интервале температур 300-600 °С осуществляют низкотемпературную остановку (НТО) в течение 2-4 ч или медленно повышают температуру со скоростью не более 50-100 °С/ч.
2. Выдержка изделий при Тmax = 930-970 °С до полного завершения первой стадии графитизации. Температурный интервал и длительность выдержки зависят от химического состава (содержания углерода и кремния), площади сечения и массы отливок.
Понижение температуры выдержки увеличивает продолжительность процесса, повышение – способствует короблению отливок и ухудшению формы графита в структуре. Время выдержки 6-12 ч.
3. Охлаждение до Т ( 760 °С со скоростью, зависящей от типа термической установки. В камерных (колпаковых) печах, где садка может достигать большой массы, длительность охлаждения составляет 3-4 ч. Охлаждение осуществляется холодным воздухом, продуваемым через радиационные трубы.
В методических проходных печах размеры садки (горшка) сравнительно невелики и охлаждение с 950 до 760 °С осуществляется за 10-30 мин.
4. Медленное контролируемое охлаждение со скоростью не более 5 °С через весь интервал критических температур до 7 °С, что является необходимым условием для распада аустенита на феррит, минуя перлитное превращение, т.е. вторая стадия графитизации. Длительность процесса 8-15 ч.
5. Охлаждение с печью до 650-550 °С в течение 3-5 ч с последующей выгрузкой отливок на воздух.
3. Описать технологию плавки чугуна СЧ20: а) плавка в вагранке; б) подробно описать процесс модифицирования чугуна
Технология плавки. Технологический цикл работы вагранки включает следующие операции: подготовку вагранки к плавке, розжиг, загрузку и пуск, обслуживание вагранки во время работы, остановку вагранки.
Подготовка вагранки к плавке в основном заключается в ремонте огнеупорной футеровки.
Ремонт может быть капитальным, средним и текущим. При капитальном ремонте заменяется вся огнеупорная футеровка вагранки, при среднем – футеровка в наиболее напряженных местах: зоне плавления, фурменном поясе, переходной летке и других местах, подвергнувшихся значительному разрушению. Текущий ремонт производится после каждой плавки. Его объем определяется длительностью плавки и состоянием футеровки после плавки.
Длительность цикла работы вагранок без водяного охлаждения составляет 8-20 ч. При использовании водяного охлаждения длительность работы вагранки может быть доведена до 1 месяца.
Огнеупорная футеровка производится путем кладки шамотного кирпича на растворе, состоящем из 25-30 % огнеупорной глины, 70-75 % молотого шамота или 25-30 % огнеупорной глины и 70-75 % кварцевого песка. Футеровка вагранок может осуществляться набивкой или торкретированием (напылением). Ремонт футеровки методом торкретирования наиболее прогрессивен, но применяется пока еще редко. Подину вагранки (дно шахты) набивают отработанной смесью, гарью (отбросами из искрогасителя) и некоторым количеством свежих формовочных материалов. После ремонта футеровки, особенно среднего и капитального необходимо просушить футеровку, в противном случае выделяющиеся пары во время плавки могут повлиять на ход ваграночного процесса и привести к растрескиванию футеровки и преждевременному выходу ее из строя. Сушку лучше всего производить газовыми горелками.
После сушки на подину вагранки укладывают дрова для розжига кокса холостой колоши. Высота холостой колоши является одним из важнейших технологических факторов, от которого зависят производительность вагранки и температура выплавляемого чугуна; она должна быть 1,2-1,5 м над основным рядом фурм. Во время продувки выдувается коксовая пыль и мелочь, кокс разгорается. Можно загружать шихту.
После розжига холостой колоши включают воздуходувку и подают в вагранку воздух; продувку производят в течение 2-З мин.
Технология плавки в вагранке содержит еще много чисто эмпирических рекомендаций. Например, рекомендуется контролировать правильность выбора высоты холостой колоши по времени появления первых капель чугуна в зоне фурм. Если дутье подают сразу после полной завалки первого столба, то первые капли должны появляться у фурм через 15-20 мин. Если они появились раньше, то высота холостой колоши недостаточна. для холостой колоши необходимо отбирать крупный коке с размером кусков 100-150 мм. Загрузка осуществляется в такой последовательности: топливо–флюсы–металл. После небольшой выдержки для прогрева шихты чают подачу воздуха, и начинается процесс плавки
Топливная рабочая колоша должна иметь слой кокса толщиной 150-200 мм, Расход топлива на топливную колошу составляет 8-18 % (обычный расход 10-12 %). Например, при толщине слоя кокса 150 мм для вагранки диаметром 700 мм масса топливной колоши составляет 27 кг, а металлической – 270 кг, т.е. приблизительно 1/10 часовой производительности вагранки.
При более интенсивном дутье необходимо давать больше кокса, чтобы не допустить спускания верхнего уровня холостой колоши, так как это может резко снизить температуру чугуна и ухудшить его качество. Избыток топлива в рабочих колошах может вызвать подъем верхнего уровня холостой колоши и замедление плавления.
На рабочую колошу кокса дают флюс в количестве 2-3 % от массы металлозавалки.
Дальнейший ход плавки зависит от правильного соотношения количества подаваемого воздуха и расхода кокса. Количество воздуха, подаваемого в вагранку, обычно оценивается в кубических метрах в минуту на 1 м2 площади свободного поперечного сечения вагранки. Норма подачи воздуха в вагранку составляет в среднем 100-130 м3/(м2*мин), а в отдельных случаях 160-180 м/м2*мин) при выплавке, например, низкоуглеродистого чугуна.
Во время плавки в вагранке необходимо соблюдать правильность взвешивания и загрузки шихты, Нельзя допускать зависания шихты в шахте вагранки или ее опускания более чем на высоту двух колош ниже завалочного окна.
При плавке должны контролироваться следующие параметры: количество подаваемого воздуха, его давление, температура чугуна. Необходимо следить, чтобы не зашлаковывались фурмы, их следует регулярно очищать. В аварийных случаях для разжижения шлака требуется добавить плавиковый шпат.
При окончании плавки в вагранке останавливают воздуходувку, выпускают шлак и жидкий чугун, открывают днище вагранки, при этом подина и холостая колоша вываливаются, кокс тушат водой.
Модифицирование серого чугуна. В качестве модификатора наиболее часто применяется ферросилиций, содержащий 75% кремния. При модифицировании серого чугуна очень хорошие результаты дает присадка силикокальция.
При введении модификаторов следует особое внимание обратить на их подготовку и температуру чугуна. Ферросилиций и силикокальций имеют сравнительно малую плотность (около 2,5-3,0 г/см3) и высокую температуру плавления (1340-1400 °С). Поэтому они усваиваются хорошо только горячим металлом. Для успешного модифицирования температура металла должна быть не менее 1380 °С.
Действие модификаторов продолжается не более 15-20 мин (и тем дольше, чем крупнее куски модификаторов, чем больше емкость ковша). Поэтому необходимо, чтобы разливка продолжалась не более указанного времени. При более длительной выдержке металла и ковше действие модификатора прекращается, и последние отливки могут оказаться отбеленными.
Модификатор должен быть в кусках размера не менее 2-3 мм и не более 30-40 мм, причем размер берется тем крупнее, чем выше температура и больше объем металла.
Модификатор можно загружать на дно хорошо подогретого ковша или постепенно ссыпать его на желоб вагранки. Если модифицируется чугун с умеренной температурой, то лучше вводить фёрросилиций в виде мелких кусков на желоб с помощью доза- тора (специального устройства) в течение почти всего времени выпуска.
В отдельных случаях модифицирование чугуна графитизирующими добавками применяется при производстве обычных марок чугунов (СЧ 20), если изготовляются отливки с резко различными толщинами стенок; в этих случаях возможен отбел в тонких сечениях (3-10 мм). Для предупреждения отбела в тонких сечениях при сохранении необходимой твердости в толстых сечениях находят применение лигатуры на основе редкоземельных металлов – в количествах до 0,1 %. Модификатор в этом случае присаживается на дно ковша во время выпуска чугуна.
Кроме того, при модифицировании жидкого чугуна наблюдается повышение прочностных характеристик.

4. Описать технологию плавки стали 35Л в электродуговой печи с кислой футеровкой, подробно описать: а) особенности кислых сталей и кислых шлаков; б) раскисление стали.
Особенности кислой плавки: Плавка в кислых дуговых печах нашла широкое распространение при производстве фасонных стальных отливок. Плавка в кислых дуговых печах ведется под кислым шлаком, содержащим до 65 % SiO2. Так как сера и фосфор при кислых шлаках из металла почти не удаляются, металлическую шихту, состоящую из стального лома, используют с низким содержанием серы (0,03 % S) и фосфора (0,03 % Р).
Достоинства. Плавка стали в кислых дуговых печах по сравнению с плавкой в основных печах имеет следующие преимущества: более повышенная стойкость футеровки рабочего пространства печи, меньшие тепловые потери вследствие большой глубины ванны при равной емкости печей и более высокая производительность в связи с меньшей затратой времени на плавку.
Недостатки. К недостаткам этого процесса относят: потребность в шихтовых материалах с малым содержанием фосфора и серы и возникающие затруднения получения стали с узким пределом по содержанию кремния.
Шихтовые материалы: стальной лом, возврата и передельный чугун.
Описание процесса плавки.
4Подготовка печи к плавке производится следующим образом. По окончании выпуска стали необходимо очистить подину печи и откосы футеровки печи от остатков жидкой стали и шлака, затем произвести осмотр футеровки печи с целью определения ее состояния и возможности допуска к последующей плавке. При наличии после выпуска стали на футеровке стен, откосах и подине печи выбоин, неровностей, местных углублений производят заправку их смесью песка с жидким стеклом. Заправку производят как можно быстрее, стараясь сохранить температуру футеровки после выпуска стали с целью лучшей привариваемости материала заправки. При холодных ремонтах или после ремонта значительных повреждений футеровки электродуговых печей необходимо произвести промывочную плавку для неответственного литья. Перед включением печи на плавление ремонтируют порог рабочего окна, а также заделывают выпускное отверстие печи.
Шихтовые материалы перед загрузкой взвешивают. Загрузку печи производят через ее верх, при этом ванну печи выкатывают. При нагрузке бадью опускают как можно ниже, чтобы не повредить подину печи ударами шихты. Мелкую шихту и стружку загружают вниз на подину. Загрузка должна вестись форсированно, а укладка шихты должна быть плотной. По окончании загрузки печь ставят в первоначальное положение, закрывают замки ванны и опускают свод. Перед включением, если печь холодная, подкладывают под каждый из электродов куски кокса для облегчения зажигания и спокойного горения электрических дуг.
Печь включают и дают максимальную силу тока. По мере образования под электродами озерков расплавленного металла, для наведения шлака и более спокойного горения дуги в печь вводят 30-40 кг песка и 10-15 кг известняка. Форсирование плавления шихты необходимо проводить путем подрезки кислородом и сталкиванием шихты с откосов в центр ванны. В случае выделения белого дыма с серыми хлопьями (в этом случае говорят, что печь «снежит»), что происходит при близком положении дуги к подине, печь надо немедленно выключить, электрод поднять и в образовавшиеся колодцы под электродами столкнуть шихту.
При расплавлении шихты на поверхности металла образуется шлак, содержащий 38-46 % Si, 22-28 % FeO, 18-26 % MnO и 6-7 % СаО. Кипение ванны, во время которого из металла удаляются газы и неметаллические составляющие так же, как и при основном процессе. Однако активное окисление углерода в металле затрудняется из-за того, что закись железа активно соединяется с кремнеземом, образуя 2 FeO*SiO2. Для повышения интенсивности кипения (окисления углерода) повышают температуру в печи и добавляют в ванну железную руду в количестве 2-4 % от веса металла. Кипение должно быть по всей поверхности. В случае бурного вскипания ванны печь выключают и в шлак добавляют песок. В результате присадки руды содержание закиси железа в шлаке повышается до 35 %. По мере выгорания углерода в металле содержание закиси железа в шлаке снижается до 15-17 %. Шлак такого состава частично сливают и в печь вводят свежие шлакообразующие добавки: кварцевый песок, шамотный бой, известь. Для ускорения раскисления вновь наводимого шлака присаживают в печь до 0,2 % от веса плавки молотого ферросилиция и 0,1-0,2 % от веса плавки молотого кокса или древесного угля. При полном расплавлении шихты берут пробу металла для экспресс-анализа на С, Mn, S, Р. Продолжительность окислительного периода должна быть не более 40 мин, включая и кипение.
При достижении среднего содержания углерода по заданному анализу шлак должен быть нормальной жидкоподвижности, плотным, тянуться в нить и в изломе иметь светло-зеленый, светло-дымчатый или дымчатый цвет. Состав шлака: 50-56 % SiO2, 9-12 % FeO, 2-3 % Fe2O3, 4-6 % Al2O3, 18-20 % MnO, до 5 % СаО и 0,06-0,08 % Р2О5
При нормальном шлаке и достижении требуемого содержания углерода для раскисления металла в ванну присаживают ферросилиций ФС45. При этом ванну тщательно перемешивают. Через 10-15 мин ванну перемешивают вторично и берут пробу на раскисленность и температуру. Залитая в стаканчик проба металла, хорошо раскисленного кремнием, не должна искрить, при затвердевании металл должен давать усадку. Перед выпуском металла ванну необходимо тщательно перемешать, взять еще рая пробу на раскисленность и температуру и выпустить сталь в предварительно Подогретый до 800-900 °С ковш. Выпускной желоб должен быть тщательно очищен и хорошо просушен. На желоб перед выпуском дают силикокальций. При нормальной температуре и раскисленности кремнием за 4-5 мин до выпуска в ковш вводят требуемое количество ферромарганца.
Окончательное раскисление стали производится алюминием, который подается на дно ковши (10-1,2 кг на 1 т жидкой стали). Температура на желобе должна быть в пределах 1500-1580 °С по оптическому пирометру без поправки. Металл в ковше должен быть покрыт защитным слоем шлака толщиной 100-150 мм.
Дегазация стали. Для дегазации стали можно использовать продувку стали в ковше инертными газами через пористую огнеупорную трубку или другие приспособления, вводимые в ковш сверху, что дает возможность снизить содержание газов и неметаллических включений. Например, продувка аргоном уменьшает содержание газов на 15-25 %. Внепечной дегазацией металла в вакууме удается снизить содержание водорода на 40-60 %, кислорода – на 50-70, азота – на 5-10 от первоначального, а также уменьшить количество неметаллических включений.


10. Способы интенсификации процесса сталеварения
В связи с тем, что развитие проз-ва в действующих цехах требует увеличение мощностей металлург, агрегатов, а существующие габариты цеха не позволяют сделать этого за счет экстенсивного пуги развития -увеличения числа печей, часто возникает необ-ть интенсифицировать плавку, особенно в дуговых эл. печах. Сущ. несколько методов интенсификации плавки в дуговых печах независимо от типа применяемой в них футеровки. Наиболее широко расп. предварительный подогрев метал, части шихты с помощью газового топлива. Подогрев метал, части шихты осущ. в спец. устройствах, в которые устанавливаются корзины с металлошихтой. Внизу уст-ва имеются горелки, а продукты горения просасываются через метал. шихту и подогревают ее до темп-ры на уровне 730-930 К. Длит-ть подогрева около 15 мин. При этом происходит некоторое уплотнение шихты и она подогретой поступает в печь. За счет подогрева шихты происходит снижение длит-ти расхода эл.энергии, исключаются доп. подвалки шихты при недостаточной плотности лома, загружаемого в печь, когда в рабочее прост-во печи не помещается вся необх. завалка. др. метод интенсификации - использование газокислородных горелок для подогрева шихты непосредственно в печи. Горелки устанавливаются в спец. отверстия в своде или перед открытым завалочным окном печи и факел направляется в раб. прост-во печи. Для интенсиф. плавки в окислит. Период можно использовать кратковременную продувку ванны кислородом путем введения его в ванну с помощью метал. труб, чаще всего футерованных. Продувка кислородом позволяет снизить содержание примесей в металле. ускорить нагрев металла, улучшить шлакообразование. Интенсиф. плавки стали в дуговой печи может быть связана с использованием трансформаторов повыш. мощности, что увеличивает подводимую мощность к печи и пропорционально сокращает время плавки, когда она находится под током, и, в первую очередь, длит-ть плавления шихты. В период доводки мощность трансформатора используется не полностью из-за повышенных потерь тепла и интенсивного разрушения футеровки печи.



5. Описать технологию приготовления чугуна СЧ35: а) плавка в индукционной печи; б) подробно изложить процесс модифицирования чугуна
Плавка в индукционной печи. Плавку чугуна в тигельной печи следует вести с «болотом» сохраняя остаток жидкого металла и печи, или пусковым слитком, отлитым из чугуна предыдущих плавок по форме, соответствующей форме тигля, он меньшего диаметра и массой около 50 % от общей емкости тигля.
Масса «болота» должна составлять не менее 25-30% массы номинальной садки металла в тигле печи.
Плавка начинается с загрузки составляющих шихты при наличии «болота» или расплавленного пускового слитка и отключенной печи в следующей последовательности: на зеркало расплавленного металла загружают карбюризатор в количестве 60-70% от рассчитанного, затем стальной лом или стальную стружку, лом чугунный или чугунную стружку и в последнюю очередь отходы собственного производства. Все загруженные шихтовые материалы должны быть сухими. Перед загрузкой в печь кусковую металлическую шихту рекомендуется подогревать до 350-650°С, а стружку – до 150-250°С. Кусковую шихту необходимо загружать осторожно, чтобы не повредить футеровку тигля; не следует бросать тяжелые куски с большой высоты, лучше всего, если они будут соскальзывать на дно тигля.
Расплавление шихты необходимо вести форсированно, но не превышая предельно допустимого значения. После полного расплавления шихты и удаления шлака вводят в печь оставшуюся часть карбюризатора и необходимое с учетом угара количество ферросплавов и, если нужно, догружают печь возвратом собственного производства.
Металл в печи перегревается до заданной температуры, скачивается шлак в шлаковню, и измеряется температура термопарой погружения. Отбираются пробы на экспресс-анализ для определения химического состава, пробы на отбел и твердость. После полпучения результатов анализа проб производится (при необходимости) корректировка химического состава и температуры.
В случае доводки химического состава по углероду температура металла должна быть не ниже 1450 °С. В этом случае науглероживание происходит со скоростью 0,1 %/мин (при содержании кремния в чугуне 2,0%)
По окончании корректировки отбирают пробы для повторных исследований. После получения удовлетворительных результатов доводят температуру металла до 1450 °С. Выпуск металла из печи производится в хорошо приготовленные и разогретые ковши.
В случае работы печи с «болотом» при сливе плавки необходимо в тигле оставлять жидкого металла не менее 25% его емкости. На оставшийся в печи жидкий металл вновь загружается шихта в указанной выше последовательности, и процесс плавки повторяется.
Модифицирование серого чугуна. В качестве модификатора наиболее часто применяется ферросилиций ФС75, содержащий 75% кремния, или силикокальций СК25, СК30 в количестве 0,7-0,8% от массы металла в ковше. Модификатор подается на струю при выдаче металла в ковш после заполнения 1/3 вместимости ковша. Модификатор должен быть сухим и просеянным через сито с ячейками 10 мм для отсева крупных кусков и через сито с ячейками 2,5 мм для отсева мелочи.
При введении модификаторов следует особое внимание обратить на их подготовку и температуру чугуна. Ферросилиций и силикокальций имеют сравнительно малую плотность (около 2,5-3,0 г/см3) и высокую температуру плавления (1340-1400 °С). Поэтому они усваиваются хорошо только горячим металлом. Для успешного модифицирования температура металла должна быть не менее 1380 °С.
Действие модификаторов продолжается не более 15-20 мин (и тем дольше, чем крупнее куски модификаторов, чем больше емкость ковша). Поэтому необходимо, чтобы разливка продолжалась не более указанного времени. При более длительной выдержке металла и ковше действие модификатора прекращается, и последние отливки могут оказаться отбеленными.
Модификатор можно загружать на дно хорошо подогретого ковша или постепенно ссыпать его на желоб вагранки. Если модифицируется чугун с умеренной температурой, то лучше вводить ферросилиций в виде мелких кусков на желоб с помощью дозатора (специального устройства) в течение почти всего времени выпуска.
В отдельных случаях модифицирование чугуна графитизирующими добавками применяется при производстве обычных марок чугунов, если изготовляются отливки с резко различными толщинами стенок; в этих случаях возможен отбел в тонких сечениях (3-10 мм). Для предупреждения отбела в тонких сечениях при сохранении необходимой твердости в толстых сечениях находят применение лигатуры на основе редкоземельных металлов – в количествах до 0,1 %. Модификатор в этом случае присаживается на дно ковша во время выпуска чугуна.
Кроме того, при модифицировании жидкого чугуна наблюдается повышение прочностных характеристик.





6. Шлаки и их роль в сталеплавильном производстве
Шлаки и их роль в сталеплавильном производстве. При плавке шлак соприкасается с газами, поэтому он нагревается в первую очередь. При больших количествах шлаков или при тугоплавких шлаках нагрев металла затрудняется. Следовательно, характер шлака и количество его оказывают значительное влияние на ход плавки. При начале плавки во время расплавления металла происходит окисление Fe, Si. Мn н Р. Из этих окислов и флюсов образуется шлак, затем окисляются примеси под слоем шлака Основным передатчиком кислорода является FeO, находящаяся в шлаке. Закись железа в шлаке реагируете кислородом печных газов по реакции. Эта реакция идете выделением тепла, поэтому шлак активно окисляется при более низких температурах. Образующиеся высшие окислы железа диффундируют через толщу шлака м металла и окисляют его по реакции Fe + FesO4 = 4FeO. Основной процесс плавки стали ведут с полным, частичным окислением или без окисления примесей. Плавку с полным, окислением примесей проводят в тех случаях, когда необходимо переплавить шихтовые материалы с повышенным содержанием фосфора, серы получить сталь с минимальным количеством этих элементов. Для окисления примесей после расплавления шихты в печь добавляют руду. Окислы железа окисляют примеси в металле (Si. Мn. Р и С), в результате образуется железистый шлак, содержащий (FeO)3*P2O5. Такой шлак способствует удалению фосфора из металла. Для образования более прочного соединения ангидрида фосфора в шлак добавляют свежеобожженную известь с целью получения фосфорно- кальциевой соли в шлаке по реакции (FeO)3 – Р306+4 СаО (СаО4) – Р2О5 + 3 FeO + 112 400 пая. Эта реакция протекает успешно, так как металл не нагрет до высокой температуры. В этот период обычно ванна кипит в результате частичного окисления углерода. Полученный фосфористый шлак сливают. При выплавке высокоуглеродистой стали и в тех случаях, когда содержание углерода в окислительный период понизилось в металле ниже заданных пределов, после удаления шлака, ванну науглероживают. Для этого в печь загружают электродный бой, кокс, в отдельных случаях чушковый чугун с. малым содержанием вредных примесей фосфора и серы. Во время науглероживания металла загрузочное окно плотно закрывают во избежание поступления в пространство печи , кислорода воздуха. Для усвоения углерода металлом дают выдержку 5 7 мин., после чего наводят новый шлак, загружая флюсующую смесь в количестве до 4% от веса металла. Флюсующая смесь состоит на 80% из свежеобожженной извести и на 20% из плавикового шпата. Во вновь образовавшемся шлаке в начальный период содержание окислов (FeO и МnО) обычно колеблется от 5 до 8%. Для уменьшения содержания этих окислов в шлак добавляют раскислительную смесь, состоящую из извести, молотого ферросилиция и кокса. Под действием этой смеси в шлаке уменьшается содержание FeO до 1,0% и Мn до 0,4%. Шлак такого состава является активным десульфуратором металла. После раскисления металла его доводят до заданного состава, вводят необходимые добавки, а при необходимости н легирующие элементы. Окончательное раскисление стали производят алюминием. Такой процесс называется плавкой под белым шлаком. Выплавку инструментальных сталей и подобных им в основном ведут под карбидным шлаком. На первой стадии восстановительного периода плавка ведется так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака в печь загружается карбидообразующая смесь. Смесь состоит из извести, плавикового шпата и молотого кокса. В зоне электрических дуг в печи, т. е. в области высоких температур, происходит взаимодействие окиси кальция с углеродом кокса, образование карбида кальция и ОКИСИ углерода по реакции СаО+ЗС =СаС2+СО Карбид кальция увеличивает раскислительную и обессеривающую способность шлака. Для ускорения образования карбида кальция в шлаке все не плотности в печи герметически закрывают. Процесс раскисления и десульфурации металла под карбидным шлаком протекает по реакции 3 FeO + СаС2 =СаО + 3Fe + 2 СО; СаС2 + 3 FeS * 2 СаО * 3 CaS + 3Fe + 2 СО; СвО + MnS -4- С = CaS * Мn + СО. 8 результате протекающих реакций содержание FeO to МnО в шлаке понижается до десятых долей процента, содержание серы в металле уменьшается до следов. Для полного раскисления а конце плавки добавляют раскислители ферросилиций и алюминий. Для получения легированной стали вводят легирующие добавки, металл быстро нагревают до заданной температуры, выдерживают 10- 15 мин., а затем выпускают в ковш для разливка Плавку с частичным окислением примесей ведут на чистых (по содержанию вредных примесей) исходных материалах. В состав шихты при плавке не вводят железную руду. Процесс окисления примесей в основном протекает в период расплавления шихты, в результате чего частично понижается содержание кремния, марганца, углерода и фосфора а металле. Образующийся шлак сливают и дальше ведут плавку под белым или карбидным шлаком. В отдельных случаях ведут плавку без окисления примесей методом переплава. Для этого загружают в печь шихту, состоящую из отходов стали, близкой по составу к той марке, которую необходимо получить. При этом процессе плавки первичный (железистый) шлак в печи не удаляют, так как со шлаком удаляются легирующие элементы-хром, титан, ванадий и др. Восстановительный период плавки методом переплава можно вести как под белым, так и под карбидным шлаком. Применение этого процесса для переплава отходов приводит к экономия дорогостоящих ферросплавов. Кислый процесс плавки стали. Плавка в кислых дуговых печах нашла широкое распространение при производстве фасонных стальных ОТЛИВОК. Плавка а кислых дуговых печах ведется под кислым шлаком, содержащим до 65% SiO2. Так как сера и фосфор при кислых шлаках нз металла почти не удаляются, металлическую шихту, состоящую в основном из стального лома, используют с низким содержанием серы (0.03% S) и фосфора (0,03% Р). Производство стали При расплавлении шихты на поверхности металла образуется шлак, содержащий Зв46% Si. 2228% FeO. 1826%"МпО и 67% СаО. Кипение ванны, во время которого to металла удаляются газы и неметаллические составляющие, так же важно, как и при основном процессе плавки. Однако активное окисление углерода в металле затрудняется из-за того, что закись железа активно соединяется с кремнеземом, образуя 2FeO * SiO2.Для повышения интенсивности кипения повышают температуру в печи и добавляют в ванну железную руду в количестве от 2 до 4% от веса металла. В результате присадки руды содержание закиси железа в шлаке повышается до 35%. По мере выгорания углерода в металле содержание закиси железа в шлаке снижается до 1517%. Шлак такого состава частично сливают и в печь вводят свежие шлакообразующие добавкикварцевый песок, шамотный бой, известь. Для ускорения раскисления вновь наводимого шлака присаживают в печь ОД0,2% от веса плавки молотого ферросилиция и 0,10,2% от веса плавки молотого кокса ИЛИ древесного угля. Получив нормальный шлак (он имеет светло-зеленый, светло-дымчатый или дымчатый цвет), содержащий S0 56% SiO2.912% FeO. 2.03.0% Fe2O3, 4.06.0% AI2O3.1820% МnО, до 5.0%' СаО и 0.060.08% Р2О5, и отрегулировав содержание углерода, приступают к раскислению стали. Раскисления стали производят силикомарганцем, ферросилицием и алюминием. Алюминий обычно вводят в ковш во время выпуска стали из печи. Плавка стали в кислых дуговых печах по сравнению с плавкой в основных печах имеет следующие преимущества более повышенная стойкость футеровки рабочего пространства печи, меньшие тепловые потери вследствие большой глубины ванны при равной емкости печей и более высокая производительность в связи с меньшей затратой времени на плавку. К недостаткам этого процесса относят: потребность в шихтовых материалах с малым содержанием фосфора и серы и возникающие затруднения получения стали с узким пределом по содержанию кремния.


11. Условия удаления фосфора из стали
В большинстве случаев фосфор является нежелательной примесью литейных сплавов. По этой причине еще во время плавки (это относится в первую очередь к сплавам на основе железа) принимаются меры к удалению фосфора. Этот процесс подобно процессу десульфурации (обессеривания) принято называть дефосфорацией. Перевод фосфора из металлического расплава в шлаковую фазу является типичным окислительным процессом. Эта фаза дефосфорация является пер вой и необходимой. Обычно реакция окисления фосфора представляете» в виде [Р] + 5V4O2 - 2\4(Р2О5) Равновесие и термодинамические условия распределения фосфора между металлическим и шлаковым расплавами определяются его соответствующими потенциалами. Переходу фосфора и металла в шлак способствует все, что повышает активность его в металлическом расплаве и понижает активность в шлаке. Решающее значение в поддержании условий экстракции фосфор! в шлаковую фазу имеет сохранение фосфора в соединении с кислородом, кислый окисел Р20з не относится к числу стойких Сохранение фосфора в малоактивной форме в шлаке связано с необходимостью принятия соответствующих дополнительных мер. К их числу относится, например, введение в шлак СаО или других сильноосновных окислов. При этом согласно ионной теории имеется в виду, что в шлаке образуется относительно больших размеров катион Са2+, слабо взаимодействующий с кислородом. Катионы Са2+ группируются возле анионов PO3-4 повышают устойчивость последних. Области неоднородности, образующиеся в результате этого в шлаковом расплаве, характеризуются наличием группировок Са2+PO3-4 и F2+ О2-. Если в такой шлак вводить кислые окислы, например SiO2. то эл вызовет образование комплексных анионов с заимствованием из расплава свободных кислородных анионов. В результате этого эффективность дефосфорации будет понижаться. Исхода из представления, что шлаковые расплавы являются высокотемпературными ионными растворами, реакцию взаимодействия фосфора металла с окислами железа в шлаке можно представить в виде [P]+5\2 Fe2+ + 402- = PO3-4 +5\2Fe. Большая экзотермичностъ реакции является показателем того, что более полная дефосфорация будет протекать при пониженных температурах. Наоборот, чем выше температура, тем меньшее развитие получит процесс удаления фосфора из металлического расплава. Из кинетических факторов, обеспечивающих успешную дефосфорацию а реальных условиях плавки, большое значение имеет интенсивность перемешивания шлака. Чем интенсивнее перемешивается шлак, тем успешнее протекает Дефосфораиия. Такой эффект является следствием того, что лимитирующим является диффузионное звено процесса. Необходимо отметить, что приведенные выше условия ... дефосфорации согласуются с условиями, вытекающими из прння того ранее представления, согласно которому удаление фосфора из металла в шлак происходило по реакции 2[Р] + 5(FeO) + 4(СаО) = (4CaO*P2O5) + SFeж. Шлак, содержащий фосфор, который извлечен из металла, во избежание его обратного перехода в металл (рефосфорации) перед раскислением рекомендуется удалить (полностью ИЛИ частично).




7.Диффузионное раскисление стали под белым шлаком
Раскисление под белым шлаком первой разновидности применяют при выплавке мягких сталей, а так же в плавках без окисления конструкционных и легированных сталей, содержащих более 0,15% С. Белый шлак второй разновидности применяют при выплавке нержавеющих и других высоколегированных сталей, содержащих до 0,15% С. Состав: CaO - 60-65%; SiO2 - 14-16%; FeO - до 1,5%; MnO до 0,6%. Белый шлак наводят следующим образом. Скачивают шлак окислительного периода, металл вводят необходимое по расчет количество ферромарганца, на зеркало ванны забрасывают шлаковую смесь, состоящую из 80% извести и 20% плавикового шпата. Вес смеси, вводимой для создания шлакового покрова, должен составлять для печей большой емкости 11,5%; для печей 8 -15 т - 2% и для печей 3 - 5 г-3% веса металла После образования жидкоподвижного шлака наводят белый шлак вводом а печь восстановительной смеси из извести, плавикового шпата и молотого просеянного через сито 0,5 1,0 мм кокса в соотношении 8:2:1. Общее количество шлака (в % веса металла) а восстановительный период для больших печей составляет около 4% и для малых около 7-8%. После посветления шлака в смесь добавляют порошкообразный ферросилиций и уменьшают количество кокса До конца плавки образовавшийся белый шлак поддерживают систематическим забрасыванием в печь восстановительной CMCCI in извести, молотого ферросилиция, молотого кокса и плавикового шпата в соотношении 5:1:1:1. Под белым шлаком сталь выдерживают около I ч. За это время содержание углерода в стали увеличивается на 0,02- 0.04%.Получение белого шлака путем раскисления его только ферросилицием на протяжении всего восстановительного периода и исключение из смеси углерода предупреждает науглероживание расплава и облегчает работу персонала, обслуживающего печь. Снижение содержания окислов железа и марганца в шлаке влечет за собой диффузию их из металла в шлак. В7. Диффузионное раскисление стали под «карбидным» шлаком При проведении восстановительного периода под карбидным шлаком металл в начале покрывают шлаковой месью того же состава, как и при раекиcлении под белым шлаком (1% FeO. 0,4% МnО, 60% СаО, 15-20% Si02. 10-12% МnО, 2-3% Al2O3 10-3% CaF2. 1%CaS). После образования равномерного слоя жидкоиодвижного шлака в печь подают карбидную смесь из извеcти, плавикового шпата и молотого кокса в соотношении 3/1/1. Общее кол-во шлака в восcтановизельный период составляет около 4% в крупных электропечах и около 7-8% в маллотонажных. Раскисление продолжается не менее 1 часа. Для поддержания в шлаке необходимого кол-ва карбида кальция в печь периодически присаживают молотый кокс с известью и плавиковым шпатом, если необходимо уменьшить вязкость шлака. Недостаток ведения плави под карбидным шлаком заметное науглероживание металла и во время выпуска, а также прилипание карбидного шлака к металлу, что приводит иногда к появлению в готовом металле относительно крупных шлаковых включений. Для устранения этого явления карбидный шлак примерно за 30 мин. до выпуска переводят в белый. С этой целью в печь присаживают известь с плавиковым шпатом, при этом увеличивается общее кол-во шлака и снижается сод-ние в нем карбида кальция. Состав карб. шлака: 0,3-0.5% FeO. 0.1-0.2%MnO. 55-85%СаО. 10-15% Si02. 8-10% MgO, 2-3% Al2O3, 8-10% CaF2, 2-5% СаС2, до 1,5% Са. Диффузионное раскисление поизводят след. способами: 1. Обработка шлака молотым коксом (2-4 кг на 1 т стали) при заданном содержании углерода в стали, при этом подача воздуха в печь прекращается; через 10-15 мин. после введения кокса производится раскисление стали. Содержание FeO в шлаке при введении в ванну молотого кокса понижается 10-12 до 6-8%. 2. Обработка ванны разными смесями. В состав которых входят молотый ферросилиций (45 или 75%-ный). алюминиевый порошок, известь и др.; при этом содержание FeO в шлаке может быть снижено до 3-5%. Недостатки днф. раскисления: увеличение продолжительности плавки, восстановление фосфора, что требует проведения тщательного обесфосфорирования, и повышается разъедаемость откосов печи шлаком. Карбидный шлак наводится из 50% извести, 50% молотого кокса и 15% плавикового шпата (от веса извести и кокса). Выдержка металла под карбидным шлаком в течение 1-1.3 часа. Перед выпуском карбидный шлак присадкой извести превращается в белый, после чего вводятся ферромарганец и ферросилций.















8. Серый чугун, свойства и область применения.
СЧ имеет пластинчатую форму графита. Структура серого чугуна, как и других сплавов, весьма разнообразна и является главным фактором, определяющим его свойства. При этом основное значение имеет либо графит, либо матрица, в зависимости от рассматриваемых свойств. Важнейший процесс, определяющий структуру чугуна, а значит, и его свойств, это графитизация, от которой зависят не только количество и характер графита, но в значительной степени и структура матрицы. Сравнительная интенсивность влияния элементов на графитизацию характеризуется следующим их расположением: + Si, A1, С, Ti, Ni, Си, Р, Zr, Nb, W, Mn, Сг, V, S, Mg, Се, Те, В. Элементы, расположенные в этом ряду слева от Nb, являются графитизирующими, а справа антиграфитизирующими. Общепризнано, что важнейшими элементами, определяющими структуру и свойства серого чугуна, являются углерод и кремний, всегда присутствующие в металле в том или ином количестве. Эти элементы определяют также положение чугуна по отношению к эвтектике, но в этом отношении влияние фосфора аналогично влиянию кремния, как это видно из следующих уравнений для углеродного эквивалента Сэ и эвтектичности Sэ(%): Сэ = С + 0,3(Si + Р); Sэ = C/[4.26-0.3(Si + P)] Приведенные уравнения характеризуют чугун как доэвтектический (Сэ < 4,26, S3 <1), эвтектический (Сэ = 4,26, S3 = 1) и заэвтектический (Сэ > 4 26, S3 > 1), что во многих случаях определяет важные свойства чугуна и еще раз подтверждает значения С и Si. Поэтому структурные диаграммы чаще всего строятся по этим элементам. Остальные элементы тоже влияют на структурообразование и, следовательно, на структурную диаграмму, перемещая границы областей влево при графитизирующем эффекте элементов и вправо при антиграфитизирующем. Но при их сравнительно малых концентрациях это влияние незначительно, и поэтому практически можно пользоваться приведенными диаграммами. Для ответственных отливок наилучшей структурой является чаще всего перлитная, сорбитная или трооститная матрица и мелкий равномерно распределенный пластинчатый графит. Механические свойства серого чугуна. Наилучшим контролем является испытание на растяжение, производимое на образцах диаметром 10 мм и длиной, равной пяти диаметрам, которые вытачивают из цилиндрических заготовок диаметром 30 мм, причем, для чугуна марок СЧ 32-52 и выше (а также более низких марок при толщине 5>50 мм) допускается вырезка образцов из специальных приливов, что должно быть предусмотрено ТУ. Для отливок толщиной ^50, мм допускается также применение заготовок диаметром 50 мм. Испытание на изгиб производят на образцах диаметром 30 мм, при расстоянии между опорами 300 или 600 мм (ГОСТ 205543). Образцы для испытания на растяжение вытачивают из брусков, использованных для испытания на изгиб. Большим преимуществом серого чугуна, кроме высокого значения ф, является его малая чувствительность к надрезам, что характеризует его высокие качества как конструкционного материала.
Физические свойства серого чугуна. Тепловые свойства серого чугуна коэффициент линейного расширения (а), теплоемкость (с) и теплопроводность (Л) также зависят от состава и структуры чугуна, но главным влияющим фактором является температура, с повышением которой с и а увеличиваются, а л понижается На с и а влияет, главным образом, состав чугуна, а на л, степень графитизации, дисперсность структуры, неметаллические включения и т. п.хотя и в этом случае нельзя не учитывать роли состава. Элементы, увеличивающие степень графитизации и размер графита, повышают, а элементы, препятствующие графитизации и увеличивающие дисперсность П, понижают л. Следуег подчеркнуть, что сама по себе теплопроводность жидкого чугуна значительно меньше, чем твердого, но благодаря конвекции она резко увеличивается и превышает теплопроводность твердого чугуна. Теплота плавления серого чугуна возрастает по мере увеличения количества графита и равна 5878 кал/г (240325 Дж/г). Химические свойства (сопротивление коррозии и жаростойкость) зависят как от состава и структуры чугуна, так и от внешних факторов состава и температуры среды. По ГОСТ 217657 различают классы стойкости в сильно и среднеагрессивных средах. По сопротивлению коррозии в различных средах серый чугун может быть отнесен к различным классам стойкости. Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре, а также при уменьшении содержания Si, S и Р. Для повышения стойкости целесообразно применять модифицированный СЧ, а также легированный Сu (до 1,4%), Ni (до 3%), Сr (до 1,0%) и другими элементами. Так, для работы в щелочной среде рекомендуются чугуны, содержащие 0,81,0% Ni и 0,60,8% Сr или 0,350,5% Ni и 0,40,6% Сг. Однако при воздействии на металл сильных реагентов следует применять высоколегированные чугуны. Жаростойкость характеризует работоспособноегь чугуна при повышенных и высоких температурах в условиях действия малых нагрузок, когда главной причиной разрушения отливок является образование окалины или трещин. В первом случае имеет место необратимое увеличение размеров отливок, которое принято называть ростом. По ГОСТ 776963 жаростойкость оценивается по окалиностойкости, ростоустойчивости и по термостойкости. Технологические свойства серого чугуна (свариваемость и обрабатываемость) также определяются его составом и структурой. Свариваемость серого чугуна значительно хуже, чем углеродистой стали, так как при обычных режимах сварки возникает переходная зона, отличающаяся высокой хрупкостью, что может привести к образованию трещин, поэтому газовая и электродуговая сварка СЧ, как и заварка дефектов на отливках, может производиться только по особой технологии. Обрабатываемость серого чугуна связана с его твердостью НВ обратной зависимостью. Наличие графита полезно, так как в его присутствии стружка получается крошащейся и давление на резец уменьшается. Влияние формы графита незначительно. Обрабатываемость оценивается стойкостью режущего инструмента, допустимыми скоростями резания, чистотой обработанной поверхности и т. п. Она улучшается по мере увеличения количества Фе в структуре, а также по мере повышения однородности структуры, т. е при отсутствии в ней включений (ФЭ, карбидов), обладающих повышенной НВ. Оценку обрабатываемости часто производят по экономической скорости резания (Vэк) определяющей допустимую скорость обработки при обеспечении определенной стойкости резца. Скорость Vэк зависит от режима обработки и твердости чугуна, причем с повышением твердости она, естественно, уменьшается (условно принято, что Vэк=1 при НВ 140) Важными служебными свойствами СЧ являются износостойкость и герметичность Износостойкость характеризует долговечность деталей и самих машин, работающих в условиях трения, и определяется как скорость потери металла в г/(м2-ч) или мм/ч, мм/год и т. п Различают износ при трении со смазкой, при сухом трении, абразивный и эрозионно-кавитацнонный. Износостойкость СЧ, как и других металлов, определяется условиями трения, но большое значение имеет также состав чугуна и особенно его структура, которая должна удовлетворять правилу Шарли. Поэтому, в зависимости от условий трения применяют разные чугуны. Так, в условиях трения со смазкой применяются антифрикционные чугуны. При отсутствии смазки износ серого чугуна тем меньше, чем больше НВ, но с увеличением давления износ возрастает. Критическое давление Ркр, при котором происходит задирание на рабочей поверхности, возрастает с повышением марки чугуна. Так, для СЧ 32-52 Ркр = 25 кгс/см2 (25-105 Па), для СЧ 36-56 Ркр = 30 кгс/см2 (30-106 Па), в то время как для ВЧШГ Ркр = 35 кгс/см2 (35-105 Па) Коэффициент трения при отсутствии смазки, по данным НИИЖТ, зависит от давления и скорости движения. В условиях абразивного износа серый чугун имеет сравнительно низкую стойкость. В этом случае применяются легированные чугуны, обладающие высокими НВ и прочностью. Герметичность, как способность противостоять фильтрации жидкости или газа под тем или иным давлением через стенки отливок, является очень важным эксплуатационным свойством серого чугуна, зависящим как от графитной, так и от усадочной пористости и, следовательно, от состояния и свойств рабочей среды, с одной стороны, и состава, структуры и плотности отливок с другой. Важнейшей структурной составляющей при этом является графит, увеличение содержания и размеров которого приводит к увеличению графитной пористости. Усадочная же пористость существенно зависит от условий питания, которые улучшаются по мере увеличения градиента затвердевания отливок и металлостатического давления, причем чем ниже эвтектичность СЧ, тем большее значение приобретают условия питания. Литейные свойства серого чугуна значительно лучше, чем других сплавов. Это позволяет применять его для тонкостенных отливок и определяет сравнительную простоту технологических процессов и высокий коэффициент выхода годного. Прежде всего следует отметить жидкотекучесть, которая определяется разными способами, но чаще всего по спиральной пробе, отливаемой в соответствии с ГОСТ 1643870 в песчаной или металлической форме. Поэтому чем ниже марка СЧ и выше содержание Р, тем больше жидкотекучесть. Влияние других элементов определяется, главным образом, изменением вязкости металла, при одновременном высоком содержании Мn и S образуются сульфиды MnS, которые, как и нерастворившийся графит и другие тугоплавкие неметаллические включения в металле, понижают жидкотекучесть. Устранение этих включений подбором шихты и соответствующей обработкой жидкого металла (десульфурацпей, дегазацией, перегревом) заметно повышает жидкотекучесть. Вторым важнейшим литейным свойством является усадка изменение объема и линейных размеров отливок в результате термического сжатия, фазовых превращений и силового взаимодействия с формой в процессе затвердевания и остывания. Понижение температуры вызывает уменьшение объема на 1,1 1,8% на каждые 100° С, а графитизация чугуна, наоборот, дает увеличение объема на 2,2% на 1% выделившегося графита Объемная усадка жидкого металла тем больше, чем больше коэффициент объемной усадки жидкого металла и выше температура, а объемная усадка при затвердевании тем больше, чем меньше Сэ.

9. Шихтовые материалы, применяемые для плавки чугуна.
В качестве основных металлических шихтовых материалов применяются чушковые чугуны. Чугун коксовый (ГОСТ 483272) ЛК1 ЛК2 ЛКЗ ЛК4ЛКГ ЛК6 ЛК5. ЧУГУН, рафинированный магнием (ГОСТ 5.1751 72) ЛКРО ЛКР1 ЛКР2 ЛКР5 ЛКР4 ЛКРЗ. Чугун валковый (ГОСТ 483449) BK1 ВД2 ВД1 ВК2, Чугун хромоникелевый (ТУ 14-15-3 74) ЛК1-ХН ЛК2-ХН лкз-хн ЛК4-ХН ЛК5-ХН ЛК6-ХН Чугун титановый (ТУ 14-15-474) БТЛ7 БТЛЗ БТЛ4 БТЛ5 БТЛ6, Хромонпкелевые От ЛК1-ХН доЛКб-ХН, Титановые От БТЛЗ до БТЛ7, Титаномедистые, От БТМЛЗ до БТМЛ7 Чугун титаномеднстый (ТУ 14-15-4 74) БТМЛЗ БТМЛ4 БТМЛ5 БТМЛ6 БТМЛ7, Чугун мартеновский (ГОСТ 80569) Ml M2 МЗ Чугун высококачественный рафинированный (ТУ 14-15-574) ПВК1 ПВК2, Чугун высококачественный (ГОСТ 80569) ПВКР1 ПВКР2 , Зеркальный чугун (ГОСТ 516449) чугунный и стальной лом (Стальной лом и отходы для вагранок (А1) Брикеты из стальной стружки (А5) Чугунный лом и отходы для вагранок (А7) Брикеты из чугунной стружки для вагранок (А8)), ферросплавы (Доменный ферромарганец Мн5МнбМн7 Феррохром (Безуглеродистый ФХ001 ФХ002 ФХООЗ ФХ005 ФХ006, Малоуглеродистый ФХ010 Х015 ФХ025 ФХ050, Среднеуглеродистый ФХ100 ФХ200 ФХ650 Углеродистые ФХ800,Азотированный ФХ100Н Х400Н ФХ600Н ФХ004, ферросилиция ФС90 ФС75ч ФС75 ФС65 ФС45 ФС25 ФС18, ферротитан ТиО Ти1 Ти2 Тив феррованадий Вд1 Вд2 ВдЗ, силикомарганц СМнЮ СМн26 Мн20 СМн17 СМн14) и отходы собственного производства Чугуны поставляются в виде чушек с одним или двумя пережимами толщиной не более 30 мм, массой не более 20 кг (для специализированных предприятий не более 18 кг). Поверхность чушек должна быть чистой, без приставшего мусора, шлака и других включений, допускается налет извести и графита В литейном рафинированном продувкой магнием чугуне графитная спель не допускается, излом чушек плотный, без раковин, микроструктура характеризуется мелкодисперсным графитом. Содержание кислорода в чугуне резко снижено: с 0,00490,0170% до 0,00100,0030% Точно так же и в передельном рафинированном чугуне не допускается графитная спель, излом чушек должен быть плотным, без раковин. Легирующие, рафинирующие и модифицирующие добавки: Никель (ГОСТ 84970) поставляется шести марок: Н-0, H-ly, H-l, H-2, Н-3, Н-4. При плавке чугуна обычно применяют никель менее дорогих марок: Н-З и Н-4, в которых содержание Ni и Со в сумме составляет соответственно 98,6 и 97,6% (в том числе Со около 0,7%), а содержание примесей следующее: до 0,6 и 1,0% Сu, до 0,1 и 0,15% С, до 0,03 и 0,04% S. Никель марок Н-3 и Н-4 поставляется в виде слитков или гранул. В настоящее время при плавке чугуна в вагранках используется также ферроникель, получаемый из окисленных никелевых руд. Применение ферроникеля обеспечивает механические свойства чугуна~на 1520% выше, чем при обычном способе легирования никелем. Поэтому ферроникель представляет интерес для использования в различных плавильных агрегатах. Медь (ГОСТ 85966) поставляется десяти марок (МООбк, МО, МОб, Ml. Mlp, М2, М2р, МЗ, МЗр. М4). При плавке чугуна обычно применяют медь наиболее дешевой марки М4 с содержанием Сu 99,0% и с примесями (не более). 0,005% Bi, 0,2% Sb, 0,1% Fe, 0,3% Pb, 0,02% S, 0,15% О и 0,2% As Алюминий (ГОСТ 29573) поставляется в виде чушек массой до 16 кг с пережимом или без пережима. Теллур технический (ГОСТ 1761472) выпускается в виде порошка темно-серого или черного цвета пли в виде слитков массой 510 кг четырех марок: ТОО, ТО, Tl, T2 с 99,9; 99,8; 99,0 и 96,0% Те соответственно. Основные примеси допускаются в пределах: Se до 0,05 1,5%; Рb до 0,0061,0%; Сu до 0,0040,3%; S до 0,02-0,2% ; Fe до 0,0060,15% Магний первичный (ГОСТ 80472) поставляется трех марок в чушках массой 8 кг: Мг96 (более 99,96% Mg), Мг95 (более 99,95% Mg) и Мг90 (более 99,90% Mg) В магнии марки Мг90 содержится до 0,04% Fe; 0,01% Si; 0,001% Ni, 0,005% Сu; 0,02% Al; 0,04% Mg; 0,005% Cl. Чушки должны храниться в сухих закрытых вентилируемых помещениях Гранулированный магний поставляется по техническим условиям ТУ 6-01-90474. Он применяется для обессеривания и модифицирования чугуна, не токсичен, не взрывоопасен, обладает хорошей сыпучестью, имеет температуру самовоспламенения 8501000° С (с солевой оболочкой). Величина гранул 0,51,6 мм. Содержание активного Mg в гранулах марки МГП-1 не менее 92%, марки МГП-2 не менее 90%, а содержание ионов хлора соответственно не более 2,5 и 4,0%. Предусмотрена поставка гранулированного Mg с содержанием хлориона менее 0,5% и соответственно с повышенным содержанием активного Mg. Гранулированный Mg упаковывается в герметичную тару; в помещении для его хранения нельзя пользоваться открытым огнем или предметами, нагретыми до t 500° С; не допускается попадание влаги. Магниевые и цериевые лигатуры разнообразного состава применяют для модифицирования при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В Si Mg-лигатурах содержится 4060% Si и 435% Mg, а в комплексных, кроме того, Са, Ва и редкоземельные металлы. Применяют (например, на ВАЗе) также магниевые лигатуры. Из цериевых сплавов чаще используют ФЦМ-5. Сурьму (ГОСТ 108973) рекомендуется применять марок СуО, Су 1Э, Су2 с 99,6, 99,4, 98,8% Sb соответственно Основными примесями являются: Рb0,20,6%; As0,020,2%; Fe0,020,1% ; S0,1%; Sn 0,020,1%. Свинец сурьмянистый (ГОСТ 129274) поставляется в виде чушек массой 2540 кг Для общего назначения производятся пять марок сурьмянистого свинца: CCyl, CCy2, ССуЗ, ССу8, ССуЮ с содержанием Sb от 2,5 до 12%. Допустимое содержание примесей в марке ССуЗ (не более): 0,2% С, 0,03% Zn; 0,05% Bi; 0,01% Fe и 0,03% As. Сурьмянистый свинец остальных марок является более чистым по примесям. Олово (ГОСТ 86060) поставляется в виде чушек и прутков. Для присадки в чугун рекомендуется олово марок 03 и 04 с массовой долей Sn не менее 98,40 и 96,35%. В этих марках допускается (не более): 0,05% As, 0,05% Fe; 0,1% Си; 0,3% Sb; 1,03,0% Pb; 0,06-0,10% Bi; 0,04 0,05% S. Висмут (ГОСТ 1092875) марок Ви1 и Ви2 с содержанием не менее 97,7 и 96,5% Bi поставляется в виде слитков массой до 16 кг или гранул c поперечным сечением 15 мм и длиной до 10 мм. Основная примесь Рb (в Ви1 до 2,0%, в Ви2 до 3%). Титан губчатый (ГОСТ 1774672) марки ТГ-Тв (твердый) поставляется в герметичной таре в виде брикетов диаметром 115160 мм и высотой 20180 мм Массовая доля примесей (не более): 2,0% Fe; 0,15% С; 0,3% С1; 0,3% N, остальное Ti .





12. Материалы, применяемые для легирования стали.
Сталь, содержащую до 2,5% разных легирующих примесей, принято считать низколегированном; 2,510% - среднелегированной; 10% и более высоколегированной. Основными легирующими элементами в стали являются хром, никель, марганец, кремний, молибден, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, ниобии, кобальт, медь, бор и др. Из перечисленных элементов наибольшее значение при производстве легированных сталей для фасонных отливок имеют никель, хром, марганец, кремний, молибден, титан, алюминий и ванадий. Для правильного ведения плавки легированных сталей необходимо знать степень растворимости элементов в жидком железе и их влияния на свойства расплава. В табл. 59 приведены данные о характере растворимости различных элементов в жидком железе при температурах сталеплавильных процессов. Растворяемые в жидкой стали легирующие элементы оказывают заметное влияние не только на ее свойства в затвердевшем состоянии, но и изменяют также свойства жидкого расплава (термодинамические характеристики и др., температуру ликвидус солидус, литейные свойства и др.).
Сами же легирующие элементы, входя в раствор, теряют свои индивидуальные свойства.
Различные легирующие элементы в зависимости от их концентрации, атомного веса и распределения между жидкой и твердой фазами при плавлении или затвердевании понижают в том или иной степени температуру плавления стали. Во время плавки легированных сталей в одних случаях можно не учитывать тепловой эффект смешения вследствие его малости (например, при смешении марганца с железом), в других случаях (например, при добавке кремния в расплавленное железо) следует его учитывать так как выделяется большое количество теплоты. Некоторые легирующие элементы вступают во взаимодействие с другими элементами или примесями. Так, титан, алюминий и некоторые другие элементы вступают в жидком расплаве во взаимодействие с кислородом, азотом, серой и другими элементами, и только та часть их, которая не вступает во взаимодействие, может оказать легирующее влияние По этой причине при выплавке легированных сталей особенно важна термодинамическая оценка физико-химических процессов происходящих в расплаве. Многие легирующие добавки вводят в расплав в виде сплавов, это следует иметь в виду при учете теплового эффекта. Отметим, что при введении в расплав значительного количества кремния или ферросилиция происходит значительное повышение его температуры даже при значительных тепловых потерях расплавом (в окружающее пространство, через футеровку и т. д.). В зависимости от условий плавки различны потери легирующих. При переплаве стали в вакууме окисления элементов не происходит, но содержание сравнительно легко испаряющихся элементов, таких как марганец, свинец, цинк, может уменьшиться. При переплаве в среде защитного инертного газа в стали сохраняется большинство легирующих элементов, однако и при этом в результате испарения теряется какое-то их количество.
Растворимость элементов в жидком железе при температурах сталеплавильных процессов
Таблица 59
Растворимость элементов

Полная
Частичная
НЕ растворяется
Находятся в газообразном состоянии

Алюминий*
Медь
Марганец
Никель
Хром*
Кремний*
Сурьма*
Титан*
Церий*
Бериллий*
Олово*
Ванадий
Цирконий*


Молибден**
Вольфрам**
Бор*

Углерод*
Сера*
Фосфор*
Кислород
Азот*
Водород
Мышьяк*
Свинец
Серебро
Висмут
Натрий
Литий
Магний
Кальций
Цинк
Кадмий
Свинец


* образуют с железом химические соединения; ** - полная смешиваемость при более высоких температурах











13. Описать технологию плавки чугуна в индукционной печи промышленной частоты, более подробно изложить: а) модификаторы, применяемые для модифицирования серого чугуна; б) методы модифицирования
Технология плавки в индукционных тигельных печах промышленной частоты. При составлении шихты при плавке в индукционных тигельных печах, например, для синтетического чугуна необходимо определить количество карбюризатора. Оно зависит от очень многих факторов – содержания углерода, кремния и других элементов в металлической части шихты (стружке, ломе, возвратах производства), состояния шихты, температуры металла, рода карбюризатора и т.п.; поэтому количество карбюризатора, в конечном счете, уточняется в зависимости от конкретных условий плавки.
При введении плавки в индукционных печах промышленной частоты следует придерживаться определенной последовательности в загрузке шихты и при эксплуатации печи.
Плавку чугуна в тигельной печи следует вести с «болотом» сохраняя остаток жидкого металла и печи, или пусковым слитком, отлитым из чугуна предыдущих плавок по форме, соответствующей форме тигля, он меньшего диаметра и массой около 50 % от общей емкости тигля.
Масса «болота» должна составлять не менее 25-30% массы номинальной садки металла в тигле печи.
Плавка начинается с загрузки составляющих шихты при наличии «болота» или расплавленного пускового слитка и отключенной печи в следующей последовательности: на зеркало расплавленного металла загружают карбюризатор в количестве 60-70% от рассчитанного, затем стальной лом или стальную стружку, лом чугунный или чугунную стружку и в последнюю очередь отходы собственного производства. Все загруженные шихтовые материалы должны быть сухими. Перед загрузкой в печь кусковую металлическую шихту рекомендуется подогревать до 350-650°С, а стружку – до 150-250°С. Кусковую шихту необходимо загружать осторожно, чтобы не повредить футеровку тигля; не следует бросать тяжелые куски с большой высоты, лучше всего, если они будут соскальзывать на дно тигля.
Расплавление шихты необходимо вести форсированно, но не превышая предельно допустимого значения. После полного расплавления шихты и удаления шлака вводят в печь оставшуюся часть карбюризатора и необходимое с учетом угара количество ферросплавов и, если нужно, догружают печь возвратом собственного производства.
Металл в печи перегревается до заданной температуры, скачивается шлак в шлаковню, и измеряется температура термопарой погружения. Отбираются пробы на экспресс-анализ для определения химического состава, пробы на отбел и твердость. После полпучения результатов анализа проб производится (при необходимости) корректировка химического состава и температуры.
В случае доводки химического состава по углероду температура металла должна быть не ниже 1450 °С. В этом случае науглероживание происходит со скоростью 0,1 %/мин (при содержании кремния в чугуне 2,0%)
По окончании корректировки отбирают пробы для повторных исследований. После получения удовлетворительных результатов доводят температуру металла до 1450 °С. Выпуск металла из печи производится в хорошо приготовленные и разогретые ковши.
В случае работы печи с «болотом» при сливе плавки необходимо в тигле оставлять жидкого металла не менее 25% его емкости. На оставшийся в печи жидкий металл вновь загружается шихта в указанной выше последовательности, и процесс плавки повторяется.
Модифицирование серого чугуна. В производстве отливом из серого чугуна применяются, главным образом, графитизирующие модификаторы для измельчения графита, устранения отбела, а иногда и частично сфероидизирующие для образования графита благоприятной формы. Поэтому модифицирование СЧцелесообразно только при низком содержании углерода, кремния и других графитизирующих элементов или при повышенной концентрации элементов, препятствующих графитизации, а также при высокой термовременной обработке жидкого чугуна, быстром охлаждении, применении в шихте большого количества стали передельного чугуна.
Применяемые модификаторы весьма разнообразны по составу. Ниже приведены некоторые обозначения модификаторов:
- на основе ферросилиции: ФС75 (Si – 75%); Fe-Si-Sr (Si – 75%); Fe-Si-Mn (Si – 60-65%); Fe-Si-Zr (Si – 60-80%); и другие;
- на основе силикокальция: СК (Са – 55-65%); Si-Ca-Al (Са – 30-50%); Ai-Ca-Zr (Са – 30%) и другие;
- на основе других сплавов: Si-Zr (Si – 47-52 %, Zr – 35-40); Si-Ti (Si – 20-25 %, Ti – 20-27%); Si-Mn (Si – 47-54 %, Mn – 20-25 %); Ni-Si (Ni – 70 %, Si – 30 %); Cr-Si-Mn-Ti-Ca (Cr – 28-32 %; Si – 15-21 %; Mn – 14-16 %; Ti – 1%; Ca – 1 %); Ca-Si-Ti (Ca – 5-8 %; Si – 45-90; Ti – 9-11) и другие;
- на основе высокоуглеродистых композиций: графит черных (С – 100 %); эскалой (Si – 52 %; Ca – 9 %; Al – 1,5 %; Mg – 0,3 %; C – 25 %) и другие.
Способы ввода графитизирующих модификаторов в чугун


14. Требования к шихте при кислой и основной плавки стали.
Кислым процессом называют процесс плавки стали в печи, футеровка которой изготовлена из кислых огнеупорных материалов (~95 % SiO2). Для перевода фосфора и серы из металла в шлак необходимо, чтобы в печи был основной шлак, поэтому в кислой печи с кислым шлаком ни серу, ни фосфор удалить из металла невозможно. В связи с этим к шихте и топливу предъявляют особые требования: топливо не должно содержать серы, а чугун должен содержать не более 0,025 % фосфора и серы. Вследствие высоких требований к чистоте шихты привозной стальной лом и скрап практически не используют, а в качестве основной железосодержащей составляющей шихты обычно используют заготовку, специально выплавляемую в основных мартеновских печах. Выплавленный при этом металл называют шихтовой заготовкой или полупродуктом (если металл заливают в жидком виде). Процесс, при котором жидкий полупродукт выпускают из основной печи в ковш и затем через отверстие в днище ковша при помощи специального желоба переливают в кислую печь, называют дуплекс-процессом.
При основном процессе в большинстве случаев завалку производят следующим образом: вначале заливают железный скрап, затем чугун. Капельки чугуна, расплавляющегося под воздействием факела, стекая вниз передают тепло нижним слоям шихты и науглероживают скрап, снижая тем самым температуру его плавления. В конце концов наступает момент, когда вся металлическая шихта расплавляется и начинается энергичное окисление находящегося в металле углерода: начинается период доводки и кипения. К этому моменту ванна оказывается покрытой шлаком.
Для удаления фосфора и серы основность шлака должна быть достаточно высокой, для этого в шихту основной мартеновской плавки вводят известняк или известь.
Во время завалки и плавления окисляются часть углерода шихты, весь кремний и значительная часть марганца и некоторое количество железа. Оксиды железа, кремния и марганца вместе со всплывшей известью образуют основной шлак. Общее количество шлака после расплавления составляет 8 – 10 % от массы металла. В таком основном шлаке к моменту расплавления находится и некоторое количество фосфора и серы, удаленных из металла за время плавления шихты. Продолжительность периодов завалки и плавления 5 – 6 ч.



































15. Описать технологию выплавки стали 110Г13Л методом переплава, в том числе: а) подобрать плавильный агрегат; б) шихтовые материалы; в) шлаковый режим.
Выбор печи. Большим преимуществом электроплавки является сравнительная легкость установления желаемого температурного режима. Окислы Fe, Si и других элементов образуют шлаковый покров, который в определенной степени предохраняет жидкий металл от насыщения азотом. Поэтому выплавку стали 110Г13Л ведем методом переплава в дуговой электропечи.
Шихтовые материалы. Шихтой служат в основном легированные отходы стали нескольких марок, иногда для снижения содержания углерода и фосфора в шихту вводят низкоуглеродистую заготовку. Содержание углерода в шихте должно быть на 0,03-0,06 % ниже, чем в готовой стали, так как в процессе плавки происходит небольшое науглероживание металла. Если плавка проводится без окисления, содержание фосфора ограничивают до 0,015-0,020 %. При работе с продувкой ванны кислородом содержание углерода в шихте должно быть на 0,25-030 % выше заданного
Особенности процесса плавки. При получении стали методом переплава плавку проводят без окислительного периода или с частичным окислением при непродолжительной продувке ванны кислородом. Загрузку шихты проводят обычным способом, но во избежание излишнего науглуроживания необходимо хромистые отходы располагать ближе к откосам – дальше от электродов. В центр ванны под электроды дают тугоплавкие отходы к ферровольфрам. В процессе плавления 1роисходят окисление примесей шихты, степень которого зависит от родства элементов к кислороду и их концентрации в шихте. Кремний окисляется на 40-60 %, марганец на 20-30 %, хром на 10-15 %; вольфрам на 5-15 % и почти полностью окисляются алюминий.
Шлаковый режим. Для перевода в шлак оксидов и во избежание излишнего окисления металла при плавлении в печь вводят некоторое количество извести. Плавку ведут со скачиванием шлака или без его удаления. При плавке стали с применением кислорода последний вводят в ванну после расплавления шихты; продувку кислородом ведут до заданного содержания углерода. По окончанию продувки перед скачиванием шлака его раскисляют для восстановления окислившихся во время продувки легирующих элементов. Восстановительный период проводится так же, как в плавке с окислением, т.е. под карбидным шлаком.
Достоинства способа. Плавка методом переплава отходов по сравнению с плавкой с окислением способствует значительному уменьшению стоимости шихты, снижению расхода легирующих добавок, повышению производительности печи на 10-20 % и снижению расхода электроэнергии на 12-15 %. При комплексной автоматизации процесса плавки повышается производительность печей, снижается расход электроэнергии и легирующих добавок и улучшается качество металла.
Особые свойства 110Г13Л. В закаленном состоянии она имеет аустенитную структуру с низкой твердостью (НВ 200) и высокой вязкостью, что обеспечивает хорошее сопротивление ударным нагрузкам. Под их воздействием маранцевый аустенит наклепывается, и твердость повышается до НВ 600. В результате резко возрастает износостойкость в самых тяжелых условиях абразивного износа. Прочность стали 600-800 МПа; ударная вязкость 0,14-0,20 МДж/м2. Высокомарганцовистая сталь обладает хорошей жидкотекучестью и пониженной температурой плавления (1330-1370 °С). Линейная усадка составляет 2,5-3 %. Сталь имеет повышенную склонность к образованию различных литейных пороков: трещин, рыхлот и транскристаллической структуры; очень плохо обрабатывается резанием. Для измельчения литой структуры рекомендуется вводить добавку титана 0,4-0,8 % или циркония 0,1-0,2 %.


















16. Разливка стали. Температурный и скоростной режимы разливки стали.
Разливка заключительная операция технологического процесса сталеварения и любого другого процесса плавки. Ответственность этой операции состоит в том, что от ее режима и тщательности проведения зависит не только сохранение свойств металла, которые стремились получить в процессе плавки, но и условия кристаллизации отливок и слитков, а следовательно, и их качество.
При выборе режима заливки необходимо учитывать химический состав стал, толщину стенок и вес отливок, материал формы (металлические, полупостоянные или разовые, сухие или сырые), особенности конструкции литниковых систем и т. д.
Выпуск стали в разливочный ковш, заполнение ею форм и изложниц должны протекать в условиях, которые бы исключили значительные потери теплоты, окисление металла и попадание в него неметаллических включений.
С особой тщательностью следует производить разливку легированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся и испаряющиеся элементы. При производстве фасонных стальных отливок из одного сталеразливочного ковша приходится с перерывами заливать большое количество форм. При этом при заливке тонкостенных отливок первостепенное значение имеет температура жидкой стали, которая в зависимости от условий разливки, состава стали и характера отливок может изменяться в значительных (до 100е С) -пределах.
В большинстве случаев температура стали при разливке должна быть на 80100° С выше температуры ликвидуса. Однако в каждом конкретном случае выбор температуры разливки должен уточняться исходя из особенностей принятого технологического процесса. От установленной температуры разливки и особенностей технологии изготовления отливок зависит скорость разливки.
В большинстве случаев разливку стали производят из ковшей с отверстием в дне, которое запирается стопором. Реже для разливки используют чайниковые или обычные ковши. Выпускное отверстие стопорных ковшей выполняют в огнеупорномм стаканчике (вставном или стаканчике-насадке), который устанавливают а огнеупорную футеровку дна.
При заливке форм из стопорного ковша истечение стали регулируют с учетом того, чтобы уровень в литниковой воронке оставался постоянным. Если производят заливку изложниц, то необходимо обеспечивать одинаковую скорость подъема стали в них. И в том и в другом случаях необходимо, чтобы расход стали из ковша был неизменным.
При выборе минимального диаметра стаканчика следует иметь в виду, что в процессе разливки площадь отверстия стаканчика не остается постоянной, а размывается жидкой сталью, при этом тем больше, чем больше для данной скорости разливки емкость ковша. По этой причине чтобы расход стали был одинаковым, приходится прибегать к торможению струи пробкой стопора. Исследования позволили получить зависимость диаметра стаканчика от скорости разливки и начального уровня металла в ковше:
d0 = 10013 EMBED Equation.3 1415
где d0 диаметр стаканчика в, мм;
Qmax максимальная скорость разливки стали в т/мин;
Нк начальный уровень металла в ковше в, см;
При выплавке в разливке легированных сталей, особенно в тех случаях, когда значительное количество легирующих элементов вводят в сталь во время выпуска металла из плавильной печи, необходимо обратить особое внимание на равномерное их распределение в объеме ковша.
При очень большом количестве легирующих элементов, вводимых в ковш, практикуется выдержка жидкой стали в ковше или перелив ее во второй ковш для лучшего перемешивания. Выпуск стали в разливочный ковш сопровождается заметной потерей теплоты и понижением температуры. Часто разница между температурой стали перед выпуском из плавильной печи и температурой в ковше сразу же после его заполнения достигает 80 100°С. Да и в объеме ковша может быть значительный температурный перепад, зависящий от условий предварительного разогрева ковша, толщины огнеупорной кладки, степени ее изношенности и толщины слоя шлака на поверхности стали. Значительное влияние на температуру жидкой стали оказывают продолжительность разливки и применяемые в условиях конвейерного производства переливы стали из большого стендового (первого) ковша в небольшие разливочные. Это не может не сказаться на характере физико-химических процессов, продолжающихся в объеме жидкой стали и на границе металл шлак









17. Поверхностные дефекты стальных отливок
Пригаром называют слой на поверхности отливки, состоящий из оплавившихся частиц формовочных материалов, пропитанных основным сплавом, окислами его компонентов и продуктами их взаимодействия с составляющими формовочной смеси. Этот слой прочно удерживается на поверхности отливки. В большинстве случаев наблюдается пригар комплексный, т.е. химико-механический. Термический пригар сам по себе образуется редко и является продолжением химического пригара.
Механизм формирования пригара. Образование пригара вызвано проникновением сплава в поры формы под действием капиллярных сил и давления металла на стенки формы. Проникновение расплава в поры формы является первой стадией процесса образования пригара, а второй его стадией является химическое взаимодействие окислов металла, содержащихся в расплаве (окислов железа и легирующих элементов), и окислов, содержащихся в формовочных материалах. Химическое взаимодействие расплава и формы усиливает проникновение металла в поры формы.
Причины образования. 1. высокая температура заливаемого металла; 2. применение крупнозернистого песка в формовочной или стержневой смеси; 3. низкая термостойкость исходные формовочные материалов и смесей; 4. слабое уплотнение формы или стержня; 5. некачественное противопригарное покрытие формы или стержня; 6. высокое металлостатическое давление на стенки формы.
Способы ликвидации дефекта.
1. Температура заливаемого металла оказывает влияние на образование пригара. Чем выше температура стали, тем интенсивнее идет образование пригара. В связи с этим следует, по возможности, ограничить температуру заливки до рекомендуемой. Определение температуры сводится к выбору необходимого понижения температуры стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлений отливок, склонных к пригару (толстостенные с местными скоплениями металла и др.) допускается минимальный перегрев стали на 10-40 °С и ниже. Это относится к отливкам, на которых возможно возникновение газоусадочных раковин, открытых и закрытых усадочных раковин, усадочной пористости, пригара.
2. Местный перегрев формы. Для исключения местного перегрева формы при ее заполнении сталью и образования увеличенного пригара рекомендуется принимать во внимание следующее: металл необходимо заливать в форму по наиболее коротким путям и одновременно через достаточное количество питателей, чтобы не допускать местного разогрева формы, особенно сырой песчано-глинистой; не располагать питатели в непосредственной близости от выступающих частей формы и, как следствие, не допускать удара струи металла в вертикальную стенку формы; необходимо соблюдать принцип последовательности при заполнении крупной формы сложной конструкции, а именно подавать первые порции металла сифоном, последующие – под затопленный уровень. Для снижения пригара необходимо: рассредоточение подвода металла с направлением питателей вдоль простенков формы; расширение устья питателей; максимальное ограничение высоты свободного падения потоков металла из питателей; подводить металл в утолщенные части отливки, если это не нарушает условия питания отливки.
4. Состав формовочной смеси. Облицовочные смеси являются эффективным средством борьбы с пригаром. В качестве облицовочных нашли широкое распространение быстротвердеющие жидкостекольные, песчано-глинистые смеси, используемые при производстве отливок как из углеродистых, так и из легированных сталей. Также применяют облицовочные смеси на основе хромомагнезитовых, хромитовых и цирконовых наполнителей используются для крупных, тяжелых отливок с увеличенной толщиной стенок и высокой температурой заливаемого расплава. Толщина облицовочного слоя хромомагнезитовых смесей не превышает 10-15 мм из-за недостаточной газопроницаемости.
5. Время простоя собранных форм. Для снижения образования пригара рекомендуется ограничить длительность простоя собранных форм. Вызвано это образованием повышенной влажности на рабочей поверхности формы, что способствует образованию увеличенного пригара при контакте с заливаемым металлом. При выдержке собранных форм по-сырому с использованием стержней, уже через 30 мин происходит их увлажнение, начиная от знаков и на всю окрашенную поверхность. Процессу переноса влаги на стержень сопутствует повышенная гигроскопичность краски. Стенки крупных литейных форм просушивают обычно на глубину до 0 мм. Поэтому при длительном простое собранных сухих форм, особенно горячих, влажность просушенных частей резко повышается.
6. Противопригарные покрытия. Наиболее эффективным способом предотвращения пригара является нанесение на поверхность формы противопригарного покрытия. Противопригарная краска представляет собой суспензию, состоящую из порошкообразного огнеупорного наполнителя, связующего компонента и стабилизатора, равномерно распределенных в дисперсной среде (воде или органической жидкости). В массовом производстве противопригарные материалы наносят на поверхность сырых форм в виде суспензий путем пульверизации. Такой метод увеличивает связь покрытия с формой и полностью изолирует зерна формовочной смеси от соприкосновения с металлом. Если в качестве растворителя применяют воду, то перед заливкой водные покрытия следует просушивать.
7. Термостойкие смеси. При невозможности получения отливок без пригара с использованием формовочных материалов на основе кварцевого песка или же противопригарной краски и паст с высокоогнеупорными наполнителями, для изготовления форм и стержней применяют высокоогнеупорные формовочные и стержневые смеси. В качестве наполнителя используются хромистый железняк, хромомагнезит, циркон, оливин, шамот и другие химически инертные материалы. Такие смеси обычно используют при изготовлении крупного толстостенного специального литья.
8. Захолаживающие литейные формы. Повышение теплоаккумулирующей способности отдельных частей формы, в местах расположения которых возможно образование пригара, положительно сказывается на резком снижении или полной ликвидации пригара на отливках из стали. Это становится возможным при использовании смесей с добавлением стальной дроби или применении хромитовой или хромомагнезитовой смесей для облицовки подвергаемых длительному тепловому воздействию участков формы. Такие мероприятия наиболее эффективны при изготовлении отливок с толщиной стенок не более 50 мм. При этом достигается ускорение процесса затвердения и последующего охлаждения отливки до температуры, предотвращающей проникновение легкоплавких окислов железа FeО и эвтектики системы FeO– SiO2 в формовочную смесь и образования пригара.
9. Прочность литейной формы. На проникновение металла в форму и образование пригара влияет степень уплотнения смеси. Проникновение металла в поры формы уменьшается наиболее эффективно при увеличении давления прессования формовочной смеси до 10 кгс/см2.
Поверхностная твердость формы во влажном состоянии зависит от зернового состава песка, влажности, содержания глины, ее связующей способности, а также от плотности.
10. Толщина корки затвердевшей стали. Быстрое формирование корки затвердевшего металла в форме в большинстве случаев оказывает влияние на уменьшение пригара. В то же время медленное образование корки металла способствует появлению пригара, иногда в ярко выраженном виде (увеличенный). Поэтому представляет интерес ознакомиться с условиями формирования корочки металла при его движении в форме.
11. Заполняемость форм металлом. Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов отливки. Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка и литникового хода и уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру металла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения формы) увеличивает заполняемость.
Ужимины возникают в результате быстрого нагрева рабочей поверхности формы и представляют собой утолщения на поверхности отливки, под которым находится
полость, заполненная формовочным материалом. В зависимости от условий образования ужимины могут иметь вид неглубоких вытянутых канавок или впадин, тонких, плоских, неправильной формы наростов, сопровождающихся значительными песчаными включениями.
Механизм формирования ужимин. В процессе заливки поверхностные слои формы быстро высыхают, а испаряющихся из них влага перемешается в менее прогретые слои формы, где конденсируется, образуя зону с низкой прочностью и значительно повышенной влажностью при температуре около 100 °С. Одновременно начинается расширение формовочной и стержневой смесей, сопровождающееся объемными и линейными расширениями формы.
Причины возникновения. 1. развитая горизонтальная поверхность отливки; 2. недостаточная податливость формовочной или стержневой смеси; 3. недостаточная податливость стержней и отдельных частей формы; 4. высокая влажность формовочной или стержневой смеси; 5. нарушен режим сушки форм и стержней; 6 – некачественное противопригарное покрытие формы или стержня; 7. неправильный подвод металла к отливке; 8. высокая температура заливаемого металла; 9. низкая скорость заливки форм металлом.
Меры предупреждения. 1. Применять наклонную заливку на развитых плоскостях формы; нарезать температурные швы; применять прошпиловку форм.;
2. уменьшать содержание связующего глины в формовочной или стержневой смеси; применять более податливую смесь из неоднородного по зерновому составу песка, но с малым содержанием мелких фракций, добавить к формовочной или стержневой смеси органических тонкоизмельченных материалов (например, кокс молотый);
3. не допускать переуплотнения форм (стержней), контролировать плотность набивки согласно технологической документации;
4. уменьшить содержание влаги в смеси до минимума согласно технологической документации;
5. выдержать температуру и время сушки форм и стержней согласно технологической документации, контролировать их просушенность влагомером.
6. наносить противопригарное покрытие ровным слоем, не допуская подтеков согласно технической документации;
7. металл к отливке должен подводиться через несколько питателей с тем, чтобы избежать местного нагрева частей формы.
8. перед заливкой форм проверить температуру металла, при необходимости выдержать его в ковше, довести до температуры, указанной в технологической документации.
9. заливку производить быстро, непрерывной струей металла.
Нарост – дефект в виде выступа произвольной формы образовавшегося из загрязненного формовочными металла вследствие местного разрушения литейной формы.
Причины возникновения. 1. низкая прочность формовочной или стержневой смеси; 2. слабое уплотнение формы или стержня; 3. некачественная сборка формы; 4. высокая и осыпаемость поверхности формы или стержней.
Меры предупреждения.
1. увеличить содержание связующего в смеси; применять прошпиловку форм, использовать крючки и «солдатики»
2. увеличить плотность набивки форм (стержней) согласно требованиям технологической документации.
3. сборку форм производить по направляющим штырям плавно без ударов.
4. формы окрашивать пульверизатором раствором сульфита с плотностью 1,1 г/см3 по ареометру; стержни окрашивать специальными противопригарными красками.
Залив – дефект в виде металлического прилива или выступа, возникающего вследствие проникновения металла в зазоры по разъемы формы, стержней или по стержневым знакам.
Причины возникновения. 1. применение дефектной модельной оснастки; 2. применение дефектной опочной оснастки (коробление поломки и т.д.); 3. некачественная сборка форм; 4. неправильный подвод металла к отливке.
Меры предупреждения.
1. уменьшить зазоры между знаковыми частями форм и стержней в соответствии с технологической документацией.
2. устранить дефекты опочной оснастки либо заменить ее на исправную.
3. перед накрытием полуформ по периметру прокладывать глиняные или асбестовые шнуры, плотно накрывать нижние опоки верхними, усилить крепление формы или увеличить груз на форму; увеличить зазоры меду знаковыми частями форм и стержней формовочной смесью.
4. рассредоточить подвод металла; применить щелевые питатели; металл подводить под прибыли, увеличить поперечное сечение прибылей и улучшить их расположение.
Засор – дефект в виде формовочного материала, внедрившегося в поверхностные слои отливки, захваченного потоком жидкого металла.
Причины возникновения. 1. низкая прочность формовочной или стержневой смеси; 2. слабое уплотнение формы или стержня; 3. неправильный расчет и конструкция элементов литниковой системы; 4. некачественная сборка формы.
Меры предупреждения.
1. увеличить содержание связующего в смеси согласно технологической документации, применять прошпиловку формы, использовать крючки и «солдатики».
2. увеличить плотность набивки форм (стержней) согласно требованиям технологической документации, применять керамические трубки для элементов литниковой системы.
3. выполнить элементы литниковой системы без острых углов и резких поворотов; предусмотреть в основании стояка зумпф, производить окраску и прошпиловку литниковой системы или применять керамические трубки.
4. произвести обдув сжатым воздухом полости формы; не допускать разрушения формы и стержней во время сборки и транспортировки; линиковые чаши прикрывать в период между сборкой и заливкой.
Окисные плены на стальных отливках. Окисные плены – темные макровключения тончайших, рассредоточенных, с различной ориентацией пленок в виде надрезов неправильной геометрической формы, нарушающих сплошность стали. Не всегда выявляются при внешнем осмотре отливок. Хорошо видны на макротемплетах, после механической обработки и в изломе, проходящем по их поверхности. Часто вызывают образование пороков типа неспаев, недоливов, рубцов на внешней поверхности отливок, изготовляемых преимущественно из высоколегированной стали.
Причины образования и способы ликвидации дефекта.
1. Температура заливаемой стали. Все малоуглеродистые сплавы, высоколегированные хромом, титаном, кремнием, алюминием и другими элементами, склонны к интенсивному пленообразованию. Плена, образующаяся на открытой поверхности сплавов в жидком состоянии, значительно сокращает их текучесть и является причиной образования ряда дефектов, в том числе и неровной поверхности отливки (окисная плена).
При увеличении температуры заливаемого металла плены не образуются. Плены в отливках из жаропрочной стали почти исчезают, если в форму заливается металл с температурой выше 1560°С. Пригар поверхности отливок составляет минимум, если температура металла в процессе заливки была в интервале 1560-1580 °С.
2. Выдержка стали в ковше перед заливкой. Плены образуются в результате окисления элементов, содержащихся в высоколегированной стали и обладающих большим сродством к кислороду. Окисление таких элементов. как хром, алюминий. титан, образующихся в виде плотных тугоплавких взвесей, являются основными составляющими плен.
После обработки расплава стали комплексными раскислителями в плавильном агрегате и завершения цикла подготовки расплава, его сливают в предварительно нагретый разливочный ковш. Вместе с металлом в ковш попадает шлак, размешанные в металле неметаллические включения и пузырьки газа.
3. Время заливки стали. Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных свойств определенной стали, теплоаккумулирующих свойств материала формы и др. Высоколегированные хромистые и хромоникелевые стали различных марок обладают достаточной жидкотекучестью, что связано с более низкими значениями у легированных ста
лей температуры солидуса (на 50-20 °С) и ликвидуса (на 70-30°С) по сравнению с углеродистыми сталями.
Однако, несмотря на хорошую жидкотекучесть, формы необходимо заливать сталью с большим перегревом и быстро. Увеличение температуры и скорости заливки вызвано склонностью сталей этой группы к пленообразованию. Чтобы предупредить получение плен и включений в отливках со средней толщиной стенок, сталь разливают быстро при 1580-1600 °С.
4. Сифонньй подвод стали. Плены образуются в результате окисления элементов (хром, титан, алюминий и др.), содержащихся в стали и обладающих большим сродством к кислороду. Окисление указанных элементов начинается еще в процессе выплавки стали. Поэтому жидкая сталь, поступившая на участки заливки форм, может содержать во взвешенном состоянии пленки окислов, если соответствующими методами раскисления и выдержки перед заливкой не будет обеспечено удаление их в шлак.
При разработке конструкции литниковой системы необходимо учитывать, что металл должен иметь наименьший контакт с кислородом при заливке формы и её заполнении.
Металл необходимо подводить к форме и заполнять ее наиболее короткими путями, что следует из необходимости снижения времени окисления стали, как в потоке, так и в наиболее отдаленных участках отливки.
Наиболее эффективным способом заполнения формы сталью, склонной к пленообразованию, считается подача первых порций металла сифоном, последующих – под затопленный уровень, а верхние прибыли заливать в конце через питатели верхнего уровня. При этом конструкция литниковой системы должна обеспечивать четкую направленность затвердения отливки. Различные местные утолщения следует не разогревать подводом к ним специальных питателей, а охлаждать местными холодильниками
5. Направление потоков стали в полость формы. Образование окисных плен наиболее характерно для высоколегированных специальных сталей, однако они могут возникнуть даже в обычных сплавах на основе железа, содержащих наибольшее количество легирующих элементов, например, более 0,15 % алюминия или 0,5 % хрома. Склонность стали к образованию плен увеличивается при её многократном перегреве без наведения шлака. Если сталь перед этим раскисляли силикокальцием, то склонность ее к пленообразованию не изменяется.
При проектировании литниковых систем для отливок, склонных к образованию плен, должно быть предусмотрено спокойное заполнение формы расплавом, возможность выноса окисных пленок в прибыли, грязесборники и подвод расплава только снизу. Нижние литниковые системы используются для литья легкоокисляющихся сплавов. Они обеспечивают одностороннее направление потоков стали в полость формы и постепенное заполнение формы без открытой падающей струи, без образования встречных потоков металла.
Для более высоких, массивных и сложных отливок используются ярусные литниковые системы, позволяющие осуществлять спокойное одностороннее направление потоков металла: вначале в низший уровень, а затем в вышележащие, с последующим удалением неметаллических включений и окисных плен в прибыли.
При производстве тонкостенных отливок больших горизонтальных габаритов хорошие результаты получаются при нижнем подводе металла и тангенциальной заливке, обеспечивающей перемещение потоков металла в горизонтальном направлении.
6. Прибыли прямого питания. При формировании качественной отливки необходимо соблюдение условий направленного затвердевания металла. Это вызвано, в первую очередь, возможностью подпитки нижележащих слоев металла вышележащими. Кроме того, создаются условия для всплытия неметаллических включений, в том числе и окисных плен, образованных в результате окисления поверхности высоколегированных хромистых сталей.
Эффективным в данном случае является использование открытых прибылей. позволяющих более свободное всплытие плен. При этом целесообразно применение сифонной заливки, исключающей дополнительное окисление стали при заполнении формы в сравнении с другими способами подвода металла (верхнее, боковое и т.д.).
для реализации такой заливки применяют ярусную систему с подачей в верхнюю часть формы горячего металла через дополнительные литники.
Для повышения температуры металла в прибыли, успешного завершения процессов всплытия окисных плен и подпитки усадки, используют обогреваемые прибыли за счет установки вкладышей из термитных смесей. Смесь при сгорании не должна влиять на химический состав стали, давать ровное течение экзотермической реакции, образовывать легко всплывающий пористый шлак, изолирующий прибыль сверху.
7. Восстановительная атмосфера в форме. При заливке в формы высоколегированных сталей (с содержанием хрома или хрома и никеля) возможно образование на поверхности расплава окисной плены. Происходит это при контакте кислорода в форме с активными элементами заливаемого сплава, в частности, с хромом и др. В результате происходит окисление хрома с образованием окисной пленки на поверхности металла. Образовавшаяся плена цепляется за стенки формы и стержней, разрывается, разворачивается и заливается слоями поступающего сплава. От этого отливка получается с дефектами «плена», «неспай» и «волнистость».
При наличии в форме восстановительной атмосферы, создаваемой оксидом углерода (СО) и метаном, на поверхности расплава стали будет значительно заторможено образование окисных плен.
Для создания в форме восстановительной атмосферы на сухие или подсушиваемые формы наносится каменноугольный лак. Лак лучше всего наносить на поверхность при температуре 70-120 °С, так как при этом он равномерно распределяется и проникает на глубину до 1,5 мм. При использовании смесей по-сырому для создания восстановительной атмосферы, в состав формовочной смеси вводят мазут, бентонито-угольную суспензию, уголь и другие компоненты. Наиболее предпочтительным и широко распространенным является мазут.
8. Комплексное раскисление стали. Раскисление стали (освобождение металла от кислорода) состоит из двух операций: первая предусматривает перевод кислорода закиси железа в продукты реакций раскисления; вторая – перевод дисперсных оксидов в более крупные агрегаты и переход их в шлак.
Хорошо раскисленная сталь содержит остатки окислов железа, которые растворены в металле, а часть их входит в двойные, тройные и более сложные оксиды.
Чем сложнее оксид, тем температура его плавления ниже, и, следовательно, в жидкой перегретой стали он находится в жидком состоянии в форме шаровидных капелек. По этой причине удаление оксидов основывается на внесении в жидкую сталь не одного, а нескольких элементов раскислителей одновременно. Такое раскисление называется комплексным.
Хорошими комплексными раскислителями являются силикомарганец, силикокальций, сплав АМЦ (алюминий, марганец, кремний), позволяющие получить наиболее чистый металл от неметаллических включений. Продукты раскисления всплывают в шлак, либо удаляются в виде газа (оксид углерода) в течение 15-20 мин. Окончательное перемешивание и довершение процесса рафинирования происходит при выпуске металла в ковш и при выдержке стали в ковше в течение 10 мин. Увеличение времени выдержки в ковше приведет к потере температуры расплава, что при заливке формы приведет к увеличению образования окисной плены.

18. Требования,предъявляемые к раскеслителям стали
Раскисление стали - завершающая операция при всех способ ее выплавки. Выплавка стали из чугуна и скрала является окислительным процессом. Поэтому в конце плавки сталь содержит растворенный кислород, ухудшают их прочность и в особенности пластичность стали; металл становится хрупким п горячей прокатке (красноломкость), при пониженных температурах (хладноломкость). Поэтому завершающей операцией является восстановление железа га его закиси FeO. Для уменьшения содержания кислорода до допустимых норм производят раскисление стали: глубинное (осаждающее); диффузионное; обработкой в вакууме; обработкой синтетическими шлаками.
Для кислородно-конверторной стали применяют глубинное раскисление наиболее распространенный, простой и дешевы способ. Другие способы будут рассмотрены в соответствующих) главах.
Глубинное (или осаждающее) раскисление состоит в том, что в металл вводят раскислителные -элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем у железа. Образующиеся продукты раскисления имеют меньшую плотность, чем сталь, и выплавка в шлак («осаждение» в слой шлака). Наиболее часто сталь раскисляют марганцем (ферромарганцем; кремнием (ферросилицием) и алюминием по реакциям
[Мn] + [O] - (МnО) + Q; (Si] + 2 [О] - (Si03) + Q-
Марганец наиболее слабый раскнелитель; в стали остается часть растворенного кислорода, FeO, МnО. Кремний более сильный раскнелитель; тугоплавкие частит SiO2 (тпл-1710С) нерастворимы в стали, образующиеся силикаты nSi02-mFeO-AMnO легко укрупняются и всплывают
Алюминий имеет высокое сродство к кислороду. Мелкодисперсные частицы AI2O3 с малой плотностью (2,22,6 г/смЗ) я твердом состоянии (тпл - 2050С) всплывают а шлак. 1 степени раскисления различают кипящую, спокойную и полуспокойную стали. Кипящая сталь наименее раскисленная может быть получена при раскислении только одним ферро-* марганцем. В такой стали реакция
[С] + [O] = CO не прекращается и металл продолжает «кипеть» из-за выделяющихся пузырей СО. Эти газовые пузыри остаются в большом количестве в теле слитка t устраняются при последующей горячей прокатке. Такая сталь наиболее дешевая. При ее производстве получается наибольший выход годного металла. Спокойная сталь наиболее раскисленная получается при последовательном раскислении металла ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. После введения раскислителей выделение пузырей СО прекращается и металл успокаивается. Эта сталь наиболее качественная, но и наиболее дорогая. В верхней части слитка образуется усадочная раковина, что значительно уменьшает выход годного металла. Полуспокойиая сталь получается при раскислении ферромарганцем и уменьшенным количеством ферросилиция (иногда и алюминия). По качеству и по стоимости она является промежуточной между спокойной и кипящей сталью. Кислородно-конверторным способом выплавляют спокойную, полуспокойную и кипящую стали. Во избежание большого угара раскислители вводят не в конвертор, а на струю металла при выпуске плавки, после наполнения ковша примерно на 1/4-1/3 объема.
19. Особенности кислого и основного процессов плавки стали.
Двуокись кремния футеровки печи, взаимодействуя с окислами, образующимися уже в начале плавления, связывает их, обогащая шлак силикатами и, кроме того, насыщает шлак.Кислые шлаки содержат двуокиси кремния 50% и более. Окислы железа, марганца и кальция в таких шлаках связаны, поэтому осуществить процесс удаления фосфора и серы в кислой печи невозможно. Невозможность проведения таких важных для стали процессов является самым большим недостатком кислых печей. Получить сталь с содержанием серы и фосфора в пределах, заданных маркой, можно только при использовании в шихту материалов с более низким их содержанием. Такие материалы значительно дороже, чем обычный железный и стальной лом„ идущий для плавки в основной печи.Но отсутствие процессов, связанных с удалением фосфора и серы в кислой плавке, делает плавку короче. Для еще большего сокращения длительности плавки ванны кислых печей делаются глубже. Более глубокая ванна обусловливает меньший диаметр кожуха печи, а следовательно, меньшие тепловые потери и более низкий расход электроэнергии на плавление. Так как плавка в кислой печи значительно короче, чем в основной, стойкость футеровки кислых печей в несколько раз превышает стойкость основных печей; она измеряется не десятками, а сотнями плавок. Получающиеся при этом низкие эксплуатационные расходы и пониженный расход электроэнергии обеспечивает меньшую стоимость жидкой стали. ПЛАВКА СТАЛИ В ПЕЧИ С КИСЛОЙ ФУТЕРОВКОЙ Окисление углерода рационально вести кислородом, вводимым в ванну с помощью специального устройства. Качество металла плавок с частичным окислением выше по сравнению с качеством металла плавок, выплавленным без окисления. Однако экономическая эффективность процессов – производительность и расход энергии – плавок с частичным окислением ниже. Кроме того, при плавке с частичным окислением теряется значительная часть дорогих легирующих элементов.
Дуговые печи с кислой футеровкой нашли широкое применение при выплавке стали для фасонного литья и отливок из ковкого чугуна. В отличие от основных печей, в которых футеровка ванны и стен выполнена из основных материалов (магнезитового кирпича или порошка), кислая электропечь имеет футеровку из кислых материалов (кварцевого песка или динасового кирпича). Разные материалы футеровки печей обусловливают и разные процессы в них. Например, чтобы удалить фосфор из металла, нужно иметь достаточную окисленность ванны и иметь в печи шлак с высоким содержанием окислов железа (FeO) и кальция (СаО). Получить такой шлак можно только в основной печи. Основная составляющая футеровки – окись магния (MgO) – химически не взаимодействует с такими шлаками, а следовательно, не связывает окислов, необходимых для удаления фосфора.По-другому к железистоизвестковым шлакам относится главная составляющая кислой футеровки – двуокись кремния (Si02). Этот окисел химически взаимодействует с окислами железа, марганца, кальция, легко образуя соединения, называемые силикатами. Находясь в силикатах, окислы железа и марганца утрачивают свою активность по отношению к фосфору. Окись кальция, связанная в силикат кальция, неспособна соединяться с сульфидами железа.








20. Область применения отливок из белого и ковкого чугуна
Вообще же относительно применения белых чугунов следует заметить, что и в виде отливок на изделия они применяются сравнительно мало, лишь в тех случаях, когда отливают массивные изделия из дешевого материала, обладающие большой поверхностной твердостью.
Такими изделиями являются, например, прокатные валки или литые вагонные колеса (называемые колесами Гриффина). Они отливаются обычно из чугуна с 3-3,5% С и небольшим количеством других примесей (не свыше 1% каждый). При этом условии литье бывает таково, что белый чугун получается не во всей толще, а лишь на большей или меньшей толщине от поверхности; далее же, в глубь отливки, получается уже серый чугун. Относительно белых чугунов следует заметить, что они в большом количестве производятся в качестве полупродукта, в виде так называемых передельных чугунов для получения из них стали.
Ковкие чугуны применяются как наиболее удобный и дешевый материал для мелких изделий сложной формы, от которых не требуется высокой прочности и которые вместе с тем должны отличаться достаточной вязкостью, способностью противостоять ударным, повторно-переменным нагрузкам, давлению газа, пара, воды и т. п.Из них часто делают детали сельскохозяйственных машин, текстильных машин, автомобилей, судов и т. п. Применение для таких изделий серого литейного чугуна или стали нецелесообразно, так как серый чугун не даёт достаточной прочности, особенно в мелких отливках, сталь же вообще представляет материал, неудобный для мелких отливок вследствие высокоплавкости и плохого заполнения формы.Поэтому ковкий чугун в подобного рода изделиях может быть заменен только отливками из недавно изобретенного чугуна с шаровидным графитом  или из цветных сплавов (главным образом алюминиевых), по сравнению с которыми он представляет преимущество как более дешевый материал.













21. Режим отжига белого чугуна на ковкий. Сначала выплавляют белый чугун, затем отливки подвергаются длительному отжигу, в результате происходит разложение карбида и образование графита хлопьевидной формы. В результате отливки из белого чугуна которые были хрупкими и твёрдыми стали пластичными и легко обрабатываются резаньем. Термическая обработка отливок из БЧ на КЧ нормальный технологический процесс, причем графитизирующнй отжиг является всегда основной и обязательной технологической операцией. Он применяется в двух стадиях (I при высокой и II при низкой температуре) для разложения свободного цементита и цементита. Сопутствующее при этом в 1 стадии обезуглероживание имеет ограниченные размеры и зависит от окислительного характера среды. Типовой режим отжига отливок включает следующие операции: нагрев до 9301050° С; выдержку при этой температуре до полного завершения I стадия графитизации; промежуточное охлаждение до 760° С, т. е. несколько выше интервала критических температур; медленное контролируемое охлаждение со скоростью не более 5 °С/ч вплоть до 700° С, т. е. через весь интервал критических температур, или соответствующую выдержку при этой температуре для распада перлита, охлаждение до 550600° С (медленное, а затем быстрое во избежание образования «белого излома») Для ускорения отжига применяют повышение температуры выдержки отливок на I стадии вплоть до 1050е С, повышение содержания Si в чугуне, увеличение скорости охлаждения отливок в форме; предварительную закалку или низкотемпературную обработку (НТО) отливок при 300450° С в течение 35 ч; модифицирование чугуна Аl, В, Bi, Ti и т. д., проведение отжига отливок без упаковки в контролируемой атмосфере. Нагрев отливок осуществляется обычно с максимальной скоростью, допускаемой конструкцией и мощностью печи. Окончательное охлаждение отливок производится либо медленно с печью до 300° С, либо быстро на воздухе со средней скоростью 100 °С/ч. При замедленном охлаждении в области 350500° С наступает явление «белого излома», сопровождающееся понижением бв, которое может быть устранено «флекто»-процессом, т. е нагревом до 650° С с последующим быстрым охлаждением. Этому явлению способствует Р, а препятствуют Сu (~1,0%) и в еще большей степени Мо (0,120,2%). Отжиг для получения ПКЧ. При этом I стадия остается неизменной, а последующие стадии ТО в зависимости от химического состава, физико-механических свойств и возможностей производства проводятся так, чтобы перлит не распадался или количество его в структуре увеличилось. Получение ПКЧ может производиться либо специальной ТО (нормализацией) частично или полностью отожженного ФеКЧ, либо посредством легирования Мп, Мо и другими элементами, способными задержать развитие II стадии графитизации (эти отливки могут отжигаться совместно с отливками из обычного для получения ФеКЧ состава или по специальному режиму с исключением или сокращением 11 стадии) Остальные виды ТО (закалка, закалка и отпуск и химико-термическая обработка) не отличаются от применяемых для других чугунов и рассматриваются особо.
24. Процессы, протекающие в отдельных зонах вагранки.
Вагранку подразделяют на 4 зоны: I зона нагрева - в этой зоне твердые шихтовые материалы реагируют с газовой фазой, атмосфера окислительная. Fe + C02 - FeO + CO. На поверхности мет кусков шихтовых возможно окисление и др элементов чугуна, кроме того Me может насыщаться S из газа 3Fe + S02 = FeS+2FeO. Известняк в этой зоне разлагается по реакции СаСОЗ - CaO +C02. 2 Зона плавления. Me расплавляется. Процессы окисления насыщения S, обезуглероживание протекают интененвне чем в I зоне Происходят вторичные реакции окисления элементов с закисью железа которые стекают вместе с расплавом. Me реагирует с Si и Мn по реакции Мe + FeO = Fe + MeO. 3 Зона перегрева. Подзоны - (А - редукционная зона Б -кислородная зона). В подзоне А возникает восстоновлеие С02 + С = 2СО, жидкий Me стекает по кускам кокса в виде капель, струек, перегревается, начинаются процессы науглероживания (С + MeO) = [Me] + C02. В этой зоне начинается шлакообразование. В подзоне Б кокс горит по реакции типа Me + 1 \2 О2 = МеО. По реакциям Ме + FeO = Fe + MeO + СО. В этой зоне наблюдается энергичное науглероживание при контакте Me с коксом восстановление элементов по реакции типа: С + (MeO) = [Me] + СО. 4. Зона накопления Me и шлака. В этой зоне немного охлаждается Me, скапливается в горне и контактирует с коксом растворяет углерод а также S кокса Вагранка накопление Me в которой происходит в горне дает чугун с повышенным содержанием С и S В итоге всех хим процессов угарает 15-25% Si, 25-30% Мn, от их первичного содержания. Угарает так же некоторое количество Fe.



22. Синтетический чугун : шихтовые материалы; особенности технологии; плавильная печь
Шихтовые материалы, применяемые для плавки, должны быть обязательно сухими и соответствовать требованиям действующих технических условий и ГОСТов. Требования к шихте определяются типом изготовляемых отливок, т.е. чем выше марка выплавляемого чугуна. При плавке в кислых печах строго ограничивается содержание серы в шихте.
Процесс плавки синтетического чугуна более длительный в равнении с обычным и поэтому несколько менее производительный; в связи с этим расход электроэнергии повышается на 150-200 кВт*ч/т. Плавление шихты ведется при максимальном использовании мощности трансформатора. Первые 5-10 мин работают на «звезде», а затем производится переключение на «треугольника» и максимальную нагрузку. При появлении жидкого чугуна приступают к наводке шлака в кислой печи это выполняют путем присадки в печь сухого кварцевого песка, горелой смеси или 50 % свежего песка и 50 % горелой смеси. для разжижения шлака применяют известняк или известь. Количество присаживаемого песка за период плавки не должно превышать 2% от массы шихты; присадка извести или известняка должна составлять соответственно 10 или 15% от массы песка. Известь «пушонка» не допускается. Вместо известняка можно применять основной мартеновский шлак, бой шамота (использованный ковшевой кирпич, стопорные трубки и др.).
В основную печь вводится известь или известняк для повышения основности шлака (часть известняка загружается перед загрузкой металлической шихты). Шлак должен быть жидкоподвижным, так как при густом шлаке затрудняются процессы нагрева и диффузии в металл, для разжижения шлака в основной печи применяется плавиковый шпат. Слишком жидкий шлак исправляют добавками извести или известняка. Расход известняка в процессе плавления для основных печей составляет 3% от шихты. Когда часть металла или весь металл находится в расплавленном состоянии, недопустима подача в печь.
Плавильная печь. Для выплавки чугуна выбираем дуговую электропечь.

23. Микроструктура серого чугуна. Основные структурные составляющие. Классификация по графиту и матрице.
Основной особенностью микроструктуры серого чугуна определяющей физико-механические и служебные(эксплуатационные) свойства является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому СЧ имеет сравнительно низкий предел прочности и очень низкую пластичность. Однако благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжения. Микроструктура СЧ, а следовательно и его прочность, твердость и другие его свойства определяются двумя главными факторами: химическим составом и скоростью охлаждения при кристализации и в твердом состоянии(толщина стенки отливки).
Графит пластинчатый.
По матрице СЧ делится: 1) Ферритные, в их структуре феррит и графит; 2) Феррито-перлитные, в структуре феррит, перлит и графит; 3) перлитные со структурой перлита и графита.


26. Особенности расчета шихты методом подбора.
Для получения требуемого химического состава металла в отливках сначала производят расчет шихты. Он заключается в определении необходимого количества составляющих металлической шихты, которые нужно загрузить в печь для получения чугуна заданного химического состава. Топливо и флюсы берутся в процентах от веса металлической шихты.
Исходными данными для расчета шихты являются:
химический состав приготовляемого сплава;
химический состав исходных шихтовых материалов;
угар (потери различных материалов при плавке за счет испарения, окисления, взаимодействия жидкого металла с футеровкой печи и т. д.).
Для удобства металлическая шихта рассчитывается на 100 кг.
Метод подбора применяется в случаях, когда литейный цех работает на одних и тех же шихтовых материалах и производит отливки одного и того же состава. При этом на основе практических данных работы цеха назначают ориентировочный состав шихты, затем определяют с учетом угара содержание каждого компонента. Под шихтовка недостающего количества элементов производится обычно ферросплавами.








25. Топливо и флюсы применяемые при плавки чугуна.
Топливо. Основным топливо для плавки чугуна в вагранке является кокс и реже природный газ. Качество топлива зависит от размеров кусков, их плотности, реакционной способности, механической прочности, содержания золы и серы. Куски кокса должны быть однородны по размерам. В зависимости от внутреннего диаметра вагранки выбирают размеры кусков кокса. Топливо должно содержать золы не более 8-10%.
В авгранке на кокс холостой и рабочей калоши давит тяжелый металлический столб шихты, поэтому кокс должен быть прочным и однородным. При разрушении и размельчении кусков кокса трудно равномерно распределить дутьё в шахте вагранке и перегреть металл. В зоне фурм коксовая мелочь вместе со шлаком способствует образованию настылей, поэтому кокс необходимо просеивать и испытывать на прочность.
Кокс испытывает в цилиндрических барабанах диаметром 2 м и длинной 0,8 м из железных прутьев с зазаором между ними 25 мм. В барабан загружают навеску кокса и вращают его в течении 15 мин. Со скоростью 10 об/мин. Остаток кокса взвешивают, масса в кг является барабанной пробой. Остаток кокса на сите должен быть не менее 275 кг. Механическая прочность кокса должна быть после «Барабанной пробы» не менее 300-325 кг.
Влажность топлива должна быть минимальной. Чем меньше реакционная способность топлива, т.е. способность кокса при 900 С восстанавливать СО2 до СО, тем больше отношение СО2/СО, ваграночных газах и тем горячее ход плавки. Содержание серы в ваграночном коксе должно быть минимальным и составлять 0,6-1,4 % в зависимости от сорта. Трещинноватость кокса должна быть минимальной.
Литейный кокс. Отличается от доменного большей плотностью и прочностью, меньшей реакционной способностью, меньшим содержанием серы. Согласно ГОСТ 3340-71 литейный кокс по составу делят на 3 марки. Хорошим заменителем кокса является термоантрацит, хотя в настоящее время его производят очень мало.
Термоантроцит получается в результате нагрева антроцита без доступа воздуха при температуре 900-1000 С, и длительной выдержки до 14 часов, а также последующего охлаждения в течении 6-8 ч. Во время термообработке из антроцита удаляется сера в виде сернистых соединений и образуется термоантроцит с малой реакционной способностью и высокой теплотворной способностью. Термоантроцит при плавке металла в вагранке не растрескивается. Реакционная способность его ниже, чем у кокса, но выше, чес у антроцита. Пекококс также является заменителем кокса, его получают при коксовании тощих данецких углей и антроцита, с добавкой бутумов и песка.
Флюсы. Флюсами называют минеральные вещества, добавляемые в шихту для понижения температуры плавления шлака, удаления золы из топлива в виде шлака, а такеже для изменения вязкости и жидкотекучести шлак. При плавке чугуна в вагранке применяют следующие флюсы, известняк, мартеновский шлак, апатито-нефелиновую руду.
Известняк. Он должен содержать 40-50% СаО, не более 1 % Si, и минимальное количество S и P. Для ваграночной плавки достаточно иметь химический анализ известняка на окись Са, и не растворимый остаток. Качество известняка можно определить, не прибегая к полному химическому анализу. Для этого достаточно знать содержание нерастворимого остатка в нем. Перед плавкой известняк подвергают дроблению на камнедробилки. Величина кусков известняка должна быть 25-100 мм, так как крупные куски трудно плавяться, а мелкие выносятся ваграночными газами. В особенности если вагранки работают на повышенном давлении дутья. Известняк при плавки чугуна способствует разжижению шлака, благодаря этому облегчается выпуск шлака из вагранки и уменьшается вероятность зависания шихты. Процесс плавки идет более равномерно. Мартеновский шлак. При плавки чугуна в вагранке применяют основной мартеновский шлак или шлак из основных эл. печей. Основной мартеновский шлак в изломе – матовый, плотный и имеет следующий состав: не более 25 % SiO2, 40%CaO+MgO, не менее 20% FeO+MnO, не более 2% P2O3, 4% СaS. Содержание оксидов железа не должно превышать 10 %. Шлак используют в раздробленном виде, размеры его кусков должен быть 25-100 мм. Мартеновский шлак вводят в шихту в количестве 0,5-1,2% массы металлической шихты.
Плавиковый шпат. Плавиковый шпат представляет собой минерал кристаллического строения, окрашенный в разные цвета. Он понижает вязкость и температуру плавления шлака, тем самым ускоряя хим. реакции происходящие в шлаки, увеличивает растворимость железа в шлаке и частично сам вступает в соединение с серой. Плавиковый шпат делят на 3 сорта. В плавиковом шпате 1 сорта должно быть не более 92% CaF2 и не более 5 % SiO2. Второго сорта – не менее 82 % CaF2, не более 20 % SiO2. Третье-го сорта – не менее 25 % CaF2, содержание SiO2 не лиметируется. При плавке в основной вагранке вводят до 8 % плавикового шпата. Распространению плавикового шпата препятствует его высокая стоимость и дефицитность. Кроме того плавиковый шпат сильно разъедает футеровку вагранке.
Апатит-нефелиновая руда. Эта руда представляет собой минерал (3 Сa3PO4*2CaF2). Руду делят на 3 сорта: 1 сорт содержит 25-26% P2O5; 2 сорт – 28-29% P2O5; 3 сорт – 31-32% P2O5. При этом 1 кг. Руды содержит 0,13-0,14 кг P. Для плавки в вагранке рекомендуется применять апаттито-нефелиновую руду 2 сорта. Размер кусков руды 25-100 мм. Иногда аппатито-нефелиновую руду применяют в замен известняка и переплавки чугуна для насыщения его фосфором с целью повышения жидкотекучести, особенно при производстве ковкого чугуна.

27. особенности расчета шихты аналитическим и графическим методом.
Для получения требуемого химического состава металла в отливках сначала производят расчет шихты. Он заключается в определении необходимого количества составляющих металлической шихты, которые нужно загрузить в печь для получения чугуна заданного химического состава. Топливо и флюсы берутся в процентах от веса металлической шихты.
Исходными данными для расчета шихты являются:
химический состав приготовляемого сплава;
химический состав исходных шихтовых материалов;
угар (потери различных материалов при плавке за счет испарения, окисления, взаимодействия жидкого металла с футеровкой печи и т. д.).
Для удобства металлическая шихта рассчитывается на 100 кг.
Графический метод применяется при расчете шихты для изготовления отливок из чугуна. Для этого на графике наносятся точки с координатами, соответствующими содержанию двух постоянных примесей (обычно кремния и марганца) в исходных шихтовых материалах. Соединив эти точки, получают линию или фигуру. Заданный сплав может быть получен из данных шихтовых материалов в том случае, если точка, соответствующая ему, находится внутри или на стороне фигуры.
Аналитический метод состоит в решении ряда уравнений, учитывающих изменение в процессе плавки содержания того или иного компонента, вносимого с шихтой. Вначале, исходя из химического состава чугуна данной отливки для каждого элемента (учитывая угар), определяется его содержание в металлической шихте. Затем по каждому элементу составляется уравнение баланса, т. е. сумма весов данного элемента в составляющих шихты приравнивается к содержанию данного элемента во всей шихте. Эти уравнения сводятся в систему, решение которой дает содержание в процентах каждой составляющей металлической шихты.
Следует отметить, что решение полной системы уравнений не всегда возможно. Для упрощения задаются двумя или тремя составляющими шихты (в процентах от общего веса шихты) и на основании этого находят величины остальных составляющих. Как правило, расчет сводят к определению количества чушковых чугунов, причем в основном по кремнию и марганцу.

28. Методы раскисления стали.
Для уменьшения содержания кислорода до допустимых норм производят раскисление стали: глубинное (осаждающее); диффузионное; обработкой в вакууме; обработкой синтетическими шлаками.
Глубинное (осаждающее раскисление) осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо. В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MnO, SiO2, Al2O5, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.
Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество.
Обработка в вакууме. Основан данный метод на том, что в вакууме понижается равновесное с углеродом содержание кислорода.
















30. Технология получения чугуна с вермикулярным графитом, в том числе: а) шихтовые материалы; б) особенности технологии
Шихтовые материалы: чугун литейный; чугун передельный; лом стальной; возврат; ферросилиций ФС45; бой стекла (сверх 100 %) Особенности технологии. Из известных способов получения чугуна в вермикулярным графитом (ЧВГ) наиболее перспективным с технологической точки зрения и обеспечивающим стабильное получение вермикулярного графита, хорошие санитарно-гигиенические условия труда, является обработка расплава редкоземельными металлами – РЗМ (Се, Y и др.). При этом наиболее целесообразно использовать РЭМ в виде многокопонентных лигатур, позволяющих снизить стоимость модификаторов, повысить уровень усвоения элементов, а также полностью исключить пироэффект при обработке чугуна. В зависимости от условий производства лигатуру можно вводит в тигель печи при 1350-1400 °С, на дно разливочного ковша или при 1430-1450 °С из расчета получения остаточного содержания в пределах 0,10-0,15 %, в том числе 0,02-0,06 % Се. При этом величина присадки определяется количеством в ней РЗМ и зависит от содержания серы в исходном чугуне. Оптимальная величина присадки лигатуры при S = 0,01-0,03 % составляет 0,6-0,8 %. После обработки лигатурой требуется дополнительное вторичное модифицирование чугуна графитизирующими присадками, чтобы подавить в отливках ледебурита или структурно-свободного цементита. При использовании для этой цели ФС75 присадка в зависимости от эвтектичности чугуна составляет 0,3-0,8 % от массы металла.

29. Огнеупоры, применяемые для футировки плавильных агрегатов
Хромит. Химическая формула основного минерала в хромите FeO*Cr2O3 В природных хромитах содержание Сг203 в зависимости от содержания примесей колеблется от 36 до 65 %. С повышением содержания Сr20з огнеупорность хромита увеличивается. При содержании Сr2Оз до 40 % температура плавления хромита 1800 °С.
Магнезит. Горная порода, содержащая минерал МgСO3. В процессе обжига магнезита происходит диссоциация карбоната с образованием магнезии МgО. Магнезию обжигают до спекания при температуре 1400 °С с добавками оксида железа. В результате получают металлургический магнезит с содержанием МgО более 85 %. Магнезитовые изделия обладают огнеупорность выше 2000 °С.
Хромомагнезит. Он представляет собой продукт обжига смеси, состоящей из 50-70 % хромитовой руды и 30-50 % магнезита. Химический состав хромомагнезита колеблется в следующих пределах: 40-58% МgО, 16-27 % Cr2Оз. Огнеупорность хромомагнезита не менее 2000°С.
Шамот. Шамот получают путем обжига огнеупорной глины до спекания. Химический состав шамота: 30-45 % А12О3, 0,54-70 % SiO2, а также примеси. Чем выше содержание А12О3, тем выше огнеупорность шамота. Обычно она составляет 1670- 750 °С..
Об огнеупорах, применяемых для футеровки печей. Футеровку печи выполняют: при основном процессе кз специального электрометаллургического магнезита, наваренного на магнезитовый кирпич (в три ряда), который обычно укладывают на слои теплоизоляционного кирпича; при кислом процессе магнезитовый кирпич заменяют динасовым магнезитовый порошок - кварцевым песком. Свод может быть приготовлен из динасового или хромомагнезитового кирпича. Во втором случае он отличается значительно большей стойкостью. Дня печей небольшом емкости иногда применяют металлический водоохлаждаемый свод.




















31. Технология плавки чугуна с шаровидным графитом, более подробно изложить: а) шихтовые материалы; б) особенности технологии
Технология получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом включает два основных этапа: плавку и обработку чугуна добавками, сфероидизирующими графит. Получение требуемой микроструктуры достигается либо непосредственно в литом состоянии, либо путем термической обработки.
Состав шихты должен обеспечивать получение требуемого химического состава чугуна. Обычно этот чугун имеет повышенное значение углеродного эквивалента. При ваграночной плавке в шихте содержится повышенное количество чушковых чугунов.
Наиболее целесообразно применять электроплавку и особенно дуплекс-процессы. Для дуплекс-процесса ДП-ИТП (дуговая печь – индукционная тигельная печь промышленной часты) состав шихты будет следующий: возврат, стальные отходы, графит, ферросилиций, ферромарганец. Чугун, переливаемый в индукционную печь, имеет следующий химический состав (в %): 3,6-3,8 С, 1,7-1,8 Si, 0,3-0,4 Mn, < 0,012 S, < 0,06 Р, < 0,05 Cr, < 0,4-0,65 Ni, < 0,01-0,03 Cu. По сравнению с серым чугуном он имеет на 0,4 % больше углерода, на 0,2-0,3 % меньше марганца и очень низкое содержание серы.
Процесс плавки должен обеспечивать получение чугуна с заданной температурой. Температура чугуна на выдаче из печи по термопаре погружения составляет 1480-1530 °С, а температура начала заливки по пирометру соответственно 1370-1400 °С.
Получение шаровидной формы графита в чугуне возможно путем обработки расплава различными модификаторами, содержащими Mg, Се, Y и другие сфероидизации графита в ВЧ применяют Ni–Cu–Mg, Ni–Cu–Si–Mg, Ni–Si–Ca–Mg и также комплексные модификаторы ЖКМК, КМ и другие, в состав которых входят Mg, Ca, Si и РЗМ.
Для получения ВЧ применяют цериевые модификаторы: ферроцерий (40-55 % Се, 18-25% La, 10-12 % Nd, 7 % Pr), мишметалл (52 % Се, 24 % La, 5 % Pr), цериевый мишметалл МЦ40, МЦ65 (цифра обозначает минимальное содержание Се). Кроме того, используют кремнийцериевые лигатуры типа «СИИТМИШ» и «СЦЕМИШ». Однако стабильное получение шаровидной формы графита в чугуне при помощи этих лигатур возможно лишь для тонкостенного литья или при заливке в кокиль.
Известны комплексные модификаторы Ц1 (6-5 % РЗМ, 2-4 % Mg, 4-12 % Ва, 10-18 % Al, 29-17 % Si, остальное – Fe) и Ц2 (11- 18 % РЗМ, 1,5-3,5 % Mg, 0,05-5,0 % А1, 0,2-1,8 % Zr, 12-27 % Fe, остальное – Si). Эти модификаторы обеспечивают стабильное получение чугуна с шаровидным графитом и воспроизводимость свойств металла в отливках с толщиной стенки до 150 мм. Расход этих модификаторов для получения ВЧ составляет 1,2-2 % от массы металла. При вводе 0,6-0,8 % модификатора получается чугун с вермикулярным графитом.
В противоположность сфероидизирующим модификаторам некоторые элементы являются демодификаторами, в связи с чем их содержание (в %) и чугуне не должно превышать: 0,009 Pb, 0,003 Bi, 0,026 Sb, 0,08 As, 0,04 Тi, 0,13 Sn, 0,3 Al. Влияние демодификаторов частично и полностью устраняется добавкой ремодификаторов, например Се.
При вводе в чугун металлического магния происходит его интенсивное испарение. Пары магния сгорают с выделением белого дыма. Реакция происходит очень быстро и носит бурный характер. Для уменьшения пироэффекта применяют лигатуры с содержанием магния не выше 12-15 % или смеси как с большой плотностью, содержащие никель и медь, так и более легкие, содержащие кремний и кальций.
Для получения отливок без отбела рекомендуется после ввода сфероидизирующего модификатора проводить вторичное графитизирующее модифицирование, которое способствует также уменьшению усадочных дефектов и внутренних напряжений. При этом в качестве модификатора применяют обычно ферросилиций ФС75.
Способы обработки жидкого чугуна сфероидизирующими модификаторами связаны, как правило, с применением специальных устройств для ввода магния или лигатур, дающих пироэффект, которые помещают в колокольчик К, зарядную камеру ЗК. При помощи колокола модификатор можно вводить в копильник или в ковш в автоклаве.
Широкое распространение получили герметизированные ковши (ГК) конвертерного или барабанного типа. Объединение М ( ЗК ( ГК (где М – металл) реализуется в виде способа, показанного на рис.1.

положение ковша: а – перед обработкой; б – во время обработки
Рис.1. Герметизированный ковш
Лигатуры, не дающие пироэффекта, можно вводить в открытый ковш или в форму; можно применять магниевый пруток, механически вводимый в расплав или в испаритель, состыкуемый с ГК.
Наиболее простым способом является модифицирование лигатурами в ковше. Так, лигатуру Ni–Mg–Се вводят непосредственно в разливочный ковш. Вместе с лигатурой дают также ферросилиций и легирующие добавки. Однако лигатура Ni–Mg–Се имеет высокую стоимость, и большее распространение получили способы модифицирования чистым магнием.
При модифицировании чугуна происходят также обессеривание и дегазация, поэтому дозировка модификатора определяется расходом его на эти процессы, главным образом на соединение с серой. Необходимое количество магния (% от массы металла) можно определить по формуле: Mg = [(0,04-0,1) + 0,76 (Sи – S0)] А-1, где Sи и S0 – исходное и остаточное содержание серы; 0,04-0,1 % – остаточное содержание магния в чугуне (0,04 для высококачественных чушковых чугунов; 0,05 – для чугунов с худшими наследственными свойствами и до 0,1 для толстостенных отливок); А – коэффициент усвоения магния (зависит от способа модифицирования и температуры чугуна; при введении лигатуры Ni–Mg при 1400 °С А = 0,6-0,7, при 1500 °С А = 0,4-0,5).
При недостаточном количестве остаточного магния разуется смешанный или вермикулярный графит, а при избытке – частичный или полный отбел. При вводе модификатора в виде чистого магния в ковшах открытого типа копильник при помощи колокола расход магния 3ависимостн от температуры чугуна составляет 0,4-7 %; причем, чем выше температура металла, тем меньше исход магния. Магний в виде лигатуры вводят в количестве 2-2,5 % от массы металла. Расходы магния и лигатур снижаются, если их вводить в специальных автоклавах или в ковшах под давлением. При этом возрастает температура кипения магния обеспечивается медленное парообразование и создаются условия для максимального усвоения магния. Расход магния при модифицировании в автоклавах или герметизированных ковшах снижается до 0,20-0,35 % от массы обрабатываемого металла.

32. Классификация легированных чугунов.
Классифицируют как жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионостойкие, немагнитные, а по составу- хромовые, кремнистые, никелевые, алюминиевые, марганцовые. При этом часто один и тот же легирующий элемент придает чугуну одновременно несколько спец. св-ств. Жаростойкость обычно оценивают по склонности к окалинообразованию после соответствующей выдержки образцов в опред. среде при заданной темп-ре. При этом происходит также и рост чугуна, оцениваемый по относительному изменению размеров образца. Износостойкость чугуна, как и других сплавов, оценивают по относительному изменению массы образца при испытании в различных абразивных и гидроабразивных средах, а также при сухом трении и трении со смазкой. Коррозионная стойкость оценивается в различных кислотах, щелочах и др. агрессивных жидких средах- по скорости коррозии в г/(м2*ч) или в мм/год. Магнитные св-ва определяются согласно ГОСТ. Спец. св-ва легированных чугунов определяются прежде всего составом и главным образом содержанием лег. элементов, в противоположность конструкционным чугунам, св-ва которых в первую очередь определяются структурой.























33. Марки, составы и свойства жаропрочных и жаростойких чугунов.
Жаропрочные чугуны. Применяют для отливок, работающих при температурах до 600 С под нагрузкой. Для повышения жаропрочности в чугун вводят легирующие добавки – никель, хром, молибден. Структура таких чугунов должна быть аустенитно-карбидной; графит должен иметь шаровидную форму. Отливки из чугуна марок 4Н19Х3Ш подвергаются термической обработке по режиму; нагрев до 1030-1050 С, выдержка 2-4 ч, нормализация и последующий отпуск при температуре 550-620 С.
Жаростойкие чугуны. Это чугуны, способные оказывать сопротивление росту (не более 2%) и окалинообразованию (не более 0,5 г/(м3ч)) при заданной температуре в течении 150 ч. Чугунные отливки, работающие при высоких температурах, разрушается не только от недостаточной жаростойкости, но и от увеличения объема, которое происходит при нагреве выше 400 С. С увеличением температуры объем может увеличиться из-за роста чугуна до 10%. Чугунные отливки при этом коробятся, в них образуются трещины, и они выходят из строя. Поэтому отливки, работающие при высоких температурах, должны сопротивляться не только химическому воздействию среды, но и росту. Увеличение объема чугуна объясняется тем, что цементит, находящийся в чугуне, распадается с выделением графита. Каждый процент углерода, находящегося в чугуне в виде цементита, при распаде увеличивает объем примерно на 2,5 %, так как газы, окисляющие чугун, проникают вдоль выделений графита. Проникновение газов в чугун и его окисление будет тем больше, чем крупнее графит, выделившейся в чугуне при расплавлении цементита. Следовательно, для получения чугунных отливок с жаростойкостью и ростостойкостью необходимо подбирать чугун только химического состава, чтобы на отливках могла образовываться стойкая защитная пленка, которая бы препятствовала проникновению в чугун газов, при этом исключается распад цементита.
Чугун содержащий более 5% Si, называется силалом, а чугун, содержащий 19-25%, Al – чугалем.
Силал имеет низкую прочность, вязкость, склонен к образованию трещин, при добавки марганца или хрома улучшаются его механические свойства, а при добавки марганца или хрома улучшаются его механические свойства, а при добавки меди повышается окалиностойкость и жидкотекучесть. Очень высокой окалиностойкостью и ростостойкостью обладает кремнистый чугун с шаровидным графитом.
Чугун отличается высокой жаростойкостью и сравнительно удовлетворительными литейными свойствами, обрабатывается резанием. Он имеет большую усадку, объем усадочных раковин составляет 3-7% при содержании 18-23% Al, линейная усадка 2,4-2,6% при содержании 25% Al. Чугаль с шаровидной формой графита имеет более высокую жаростойкость, чем серый чугун с пластинчатым графитом. Из этого чугуна часто изготавливают тигли для сплавов алюминия.




























34. Особенности конвертерной плавки стали (бессемеровский процесс.
Сущность конвертерного способа получения стали заключается в том, что через ЖИДКИЙ чугун, залитый в конвертер продувается воздух, кислород которого окисляет углерод и другие примеси. Конвертер представляет сосуд грушевидной формы, сваренный из толстой листовой .тали и футерованный внутри огнеупорными материалами. Снаружи в средней части конвертера имеются два цилиндрических выступа, называемая цапфами, которые служат для опоры и поворота конвертера. Одна из цапф делается полой и соединяется с воздуховодом, от цапфы с днищу воздух подводится через трубу и воздушную коробку 2. В днище конвертера имеются отверстия фурмы 3, через которые под давлением 2,02,5 «т воздух подается в конвертер. Для заливки жидкого чугуна конвертер поворачивают из вертикального положения а горизонтальное. После заливки чугуна пускают дутье и конвертер поворачивают днищем вниз. Слой металла составляет 757з высоты цилиндрической части конвертера. Емкость современных конвертеров, работающих на воздушном дутье, достигает 40 т. В конвертерах применяют кислую и основную футеровку. Тепло, необходимое для нагрева жидкой стали до высоких температур, в этих процессах получается за счет химических реакций окисления примесей чугуна. При этом примеси окисляются кислородом дутья и кислородом закиси железа, которая растворяется в металле. При окислении примесей выделяется значительное количество тепла. Производство стали в конвертере с кислой футеровкой (бессемеровский процесс) Для бессемеровского процесса конвертер футеруют динасовым кирпичом и кварцевым песком. Хороший динасовый кирпич содержит не менее 94,5% 5Юэ. а поэтому сохраняет высокую прочность при высоких температурах и расплавляется при температуре 17100 С. Динасовый кирпич не разъедается КИСЛЫМИ шлаками, поэтому а кислом конвертере могут перерабатываться только кремнистые чугуны. Воздух, проходящий через жидкий чугун, вносит кислород, который по закону действующих масс взаимодействует в первую очередь с железом. Поэтому примеси окисляются сразу в двух направлениях: проходящим через металл кислородом воздуха и образующейся и растворяющейся в металле закисью железа. Примеси окисляются в металле в определенной последовательности, которую направляют температурные условия. Если температура металла недостаточна, в нем окисляются примеси, которые выделяют тепло. Если же чугун перегрет, то протекают те реакции, которые поглощают тепло. Поэтому регулируя температуру металла в конвертере, можно направить ход реакции. Б процессе продувки воздуха через металл различают три характерных периода кислых конвертерах. Первый период характерен окислением железа, кремния, марганца и образованием шлака, протекающего по реакции: 2 Fe + 02 = 2 FeO: Si + 2FeO=SiO2 + 2Fe; Mn + FeO=MnO+Fe. Окислы между собой взаимодействуют по реакции МnО + Si03=MnO+Si02; и образуют шлак.При недостатке S1O2 за счет окисления кремния чугуна в шлак переходит кремнезем футеровки конвертера.После выгорания кремния и марганца и нагрева металла, выделенным ими теплом начнет выгорать углерод, С этого момента наступает второй период, аоторыл характерен окислением углерода по реакции: С +Fe=CO + Fe. Эта реакция протекает с поглощением тепла, но металл не охлаждается,так как при окислении железа тепла выделяется больше, чем поглощается.Выделяющаяся окись углерода создает сильное кипение металла и при выходе IQ конвертера а атмосфере воздуха сгорает до образования углекислоты (С02). при этом образуется факел светлого пламени. По мере выгорания углерода пламя начинает уменьшаться и затем полностью исчезает, это показывает, что углерод -почти весь выгорел.На этом заканчивается второй период.В этот момент заканчивают продувку металла, так как при дальнейшей подаче воздуха и наличии малого количества углерода закись железа не будет восстанавливаться и железо будет окисляться в окись железа.Окислы железа выделяются в виде бурого дыма. Окончание продувки металла в конвертере контролируют визуально, по светимости пламени. В последнее время для окончания продувки металла в конвертере применяют фотоэлектрический контроль. При помощи последнего можно остановить плавку а заданный момент, сохраняя необходимое количество примесей в металле. Введение в практику этого метода контроля дает экономию ферросплавов и ускоряет плавку. После прекращения плавки конвертер поворачивают в горизонтальное положение и выключают дутье. Последний третий период состоит из раскислений стали или раскислений и науглероживании. Раскисление производят дм удаленна из металла кислорода, растворенного, в виде закиси железа. Растворимость закиси железа а металле зависит главным образом от температуры металла и концентрации в нем примесей, способных восстанавливать железо из закиси железа.Чем выше температура металла, тем больше растворимость закиси железа. При затвердевания жидкого металла закись железа кристаллизуется по границам зерен, в результате чего металл будет иметь склонность к красноломкости. После продувки при содержании в металле 0,1,%' углерода остается 0,060,09% кислорода.В качестве раскислителей обычно применяют ферросплавы:ферромарганец, ферросилиций1 и алюминий в чистом виде. Применяют также комплексные раскислители, состоящие из алюминия, марганца и кремния, иди алюминия и кремния. Для повышения содержания углерода в стали одновременно с раскислением производят и науглероживание металла. Для этой цели применяют зеркальный чугун.Науглероживание металла можно производить коксом, антрацитом и графитом. Но при 'Использовании этих материалов получается сталь неравномерного химического состава.Продолжительность плавки в конвертере составляет 12 20 мин.

35. Особенности конверторной плавки стали (томасовский процесс и кислородный).
Способ получения стали в конвертере с основной футеровкой появился вследствие необходимости переработки высокофосфористых чугунов, которые получаются из фосфористых руд, достаточно распространенных по земной коре. В СССР имеются большие запасы таких руд (Керченское месторождение). Для перевода в шлак фосфора в виде 7205, образующегося за счет окисления кислородом воздуха при продувке чугуна, футеровку конвертера изготовляют из основных огнеупорных материалов. Стены конвертера выкладывают из магнезитового кирпича, а днище футеруют смесью доломита с каменноугольной смолой. В качестве флюса для образования шлака применяют свежеобожженную известь в кусках с минимальным содержанием кислотных окислов SiO2 и AI2O3. В томасовском чугуне содержание кремния желательно иметь не более 0,5,%, так как повышенное содержание его а чугуне приводит к увеличению расхода флюсов на нейтрализацию кремнезема. Процесс плавки стали в томасовском конвертере ведут следующим образом: в конвертер сначала загружают известь, затем заливают чугун, пускают дутье и поворачивают конвертер в вертикальное положение. По закону действующих масс в первую очередь будет окисляться железо по реакции Fe+l/2 02=FeO. Образующаяся закись железа растворяется в металле и окисляет примеси. Процесс плавки разделяется на отдельные периоды. Первый период плавки характеризуется окислением кремния и марганца. Образующийся кремнезем SiO2 связывается с окисью кальция по реакции 2 СаО + SiO2 = (СаО)2 SiO2 и переходит в шлак. Закись марганца (МnО) и часть закиси железа (FeO) также переходят в шлак. В этот период металл нагревается. Когда металл нагревается, начинается второй период, который характеризуется интенсивным выгоранием углерода по реакции С + FeO =Fe + CO2 Содержание углерода снижается до минимальных пределов и металл охлаждается. После этого наступает третий период, который характеризуется окислением фосфора и повышением температуры металла. .В третий период идут следующие основные реакции: 2Р + 5 FeO= P2O5 + 5Fe + 47 850 кал; Р2О5 + 3 FeO = (FeO)3 Р2О5 -f- 52 860 кал: (FeO)3 P2O5 4CaO=(CaO)4- P2O5 + 3 FeO + 108340 кал. При окислении фосфора и связывании его окислов выделяется значительное количество тепла и металл быстро нагревается. Образующийся фосфат кальция переходит в шлак. После окисления фосфора и перевода его в шлак, конвертер поворачивают в горизонтальное положение, отключают дутье и сливают шлак. Сливание шлака является обязательной операцией. Фосфор и закись железа из шлака могут переходить в металл. После того как шлак слит, металл раскисляют ИЛИ раскисляют и науглероживают. При томасовском процессе имеет место некоторое удаление серы в шлак за счет реакции FeS + Mn -MnS + Fe. Сернистый марганец, всплывая на поверхность металла, на границе металл шлак вступает во взаимодействие с СаО по реакции MnS + СаО = CaS + МnО. В шлаке имеется повышенное содержание закиси железа и закиси марганца, поэтому эти реакции имеют обратимый характер, вследствие чего используют чугун с малым содержанием серы. После раскисления, или раскисления и науглероживания сталь из конвертера выпускают в ковш и из ковша разливают в изложницы на СЛИТКИ. Сталь, выплавленную в конвертере с основной футеровкой, применяют для проката листового железа, проволоки и сортового железа. После добавки углерода и марганца из этой стали прокатывают рельсы для узкой колеи. Шлаки при томасовском процессе получают с содержанием фосфора до 10%. Их используют для получения минерального удобрения или как флюс при доменной плавке при получении высокофосфористых чугунов. Процесс продувки чугуна в конвертерах имеет ряд преимуществ перед другими процессами получение стали, а именно: высокую производительность конвертеров, простоту устройства их, небольшие капитальные расходы и не требует расхода топлива и энергии для нагрева металла.
Современный метод получения стали в конвертере с основной футеровкой и подачей кислорода В течение последних лет применение кислорода при выплавке в конвертере значительно расширилось. Для этой цели в конвертер над жидкой ванной чугуна устанавливают трубу. Через трубу вдувают известь или смесь извести и плавикового шпата, находящуюся во взвешенном СОСТОЯНИИ в техническом кислороде. Концентрацию извести в струе кислорода регулируют в зависимости от состава чугуна и этапа работы конвертера. В этом случае строят конвертеры со сплошным дном емкостью до 50 т. В нашей стране запроектированы конвертеры емкостью 100,150 н 250 г. Техническая характеристика конвертера емкостью 50 п Внутренний диаметр, мм.......... 3 Внутренний объем, мЗ ........... 50 Внутренняя высота конвертера, м...... 5,78 Высота ванны металла, мм......... 900 При определении размеров конвертера, предназначенного для использования кислорода, следует учитывать сорт чугуна, из которого будет получена сталь. Размеры конвертера для пе-Производство стали разработки высокофосфористого чугуна с содержанием фосфора до 2% и чугуна, содержащего фосфора до 0,2%', будут различны. Одним из наиболее важных факторов а этом случае является получаемое количество шлаков. При переработке фосфористого чугуна количество шлаков будет больше, следовательно, с учетом этого выбираются и размеры конвертера. Конвертеры (томасовские) футеруются основными огнеупорными материалами, т. е. магнезитовым кирпичом и доломитовым порошком для набивки подины. Труба, через которую подается кислород, совместно с известью охлаждается водой. Расход воды составляет для 3-т конвертера 20 м?)ч, для 30г - 35 ЖЗ/ч и для 50г - 45 мЗ/ч. Известь применяется в виде тонкого порошка с величиной зерна < 2 мм. Состав извести может изменяться: 78-92% СаО. 1.5-2.7% SiO2. 0.07-0.12% S. Возможность применения извести различного состава является большим преимуществом данного способа. Подача извести в струе кислорода обеспечивает исключительно высокую реакционную способность для удаления фосфора и cepы из металла. Добавка плавикового шпата к извести еще больше повышает активность шлаков. Кислород применяется обычного качества с содержанием 99.5,% Оз при давлении до 68 атм. Для понижения температур. металла в конвертер во время плавки загружают стальной лом или железную стружку, шги то и другое. При повышенном содержании кремния в чугуне увеличивают подачу извести с тем чтобы получить шлак с необходимой основностью для связывания фосфора. При продувке томасовского чугуна, содержащего 3 ,6% С, 0,8%-Мп, 0,4% Si. 1,7% Р и 0.04% S. после промежуточного скачивания шлака содержание углерода в металле пони-жаетея до 0.6%. а фосфора до 0,1%. Полученным шлак содержит до 24% РзО5, до 57.% СаО, 0.7% S, остальное кремнезем и другие окислы. Такой шлак является прекрасным удобрением 'дл сельского хозяйства. После второго вдувания извести получают металл с содержанием 0,08% С. 0.31% Мn, 0,017% Р." 0.014% S, 0.001% N н следы кремния, т. е. по своему качеству равный или выше мартеновской стали. Расход кислорода составляет 60-65 л*3. а извести 130-145 кг на 1 т чугуна. Длительность' продувки составляет от 20 до 30 ми к. в 30-г конвертере. Расход футеровки до 10 кг/г чугуна. Конвертерным способом на современном этапе развития металлургии производства не разрешается задача получения стали > разнообразными свойствами. Для успешного ведения конвертерного способа еще требуется чугун строго органического химического состава. Значительная часть железных руд позволяет получать чугун, который является по своему химическому составу не подходящим для бессемеровского и томасовского процессов. Кроме того, в промышленности имеется большое количество различного лома черных металлов, который при конвертерном производстве использовать полностью невозможно. Рациональное использование чугуна п. по возможности, более полное использование стального скрапа достигается при производстве стали в мартеновских печах.



15

Приложенные файлы

  • doc 122230
    Размер файла: 612 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий