Курс лекции по технологии конструкционных материалов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» ПЕРМСКИЙ ФИЛИАЛ Е.А. Сазонова  ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Для студентов среднего профессионального образования специальности   26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок» ПЕРМЬ 2016 Современное металлургическое производство и его продукция Современное   металлургическое   производство   представляет   собой комплекс   различных   производств,   базирующихся   на   месторождениях   руд   и коксующихся углей, энергетических комплексах. Оно включает: – шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей; – горно­обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке; – коксохимические заводы (подготовка углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов); –   энергетические   цехи   для   получения   сжатого   воздуха   (для   дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов; –   доменные   цехи   для   выплавки   чугуна   и   ферросплавов   или   цехи   для производства железорудных металлизованных окатышей; – заводы для производства ферросплавов; – сталеплавильные цехи       (конвертерные,   мартеновские, электросталеплавильные); – прокатные цехи (слиток в сортовой прокат). Основная продукция чёрной металлургии: – чугуны: передельный, используемый для передела на сталь, и литейный, для производства фасонных отливок; – железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали; –   ферросплавы   (сплавы   железа   с   повышенным   содержанием   марганца, кремния, ванадия, титана и т.д.) для легированных сталей; – стальные слитки для производства проката, –   стальные   слитки   для   изготовления   крупных   кованных   валов,   дисков (кузнечные слитки).  Основная продукция цветной металлургии: – слитки цветных металлов для производства проката; – слитки для изготовления отливок на машиностроительных заводах; – лигатуры – сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов;  слитки   чистых   и   особо   чистых   металлов   для   приборостроения   и электротехники. Материалы для производства металлов и сплавов Для   производства   чугуна,   стали   и   цветных   металлов   используют   руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы. 2 Промышленная   руда  –   горная   порода,   из   которой   целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30…60 % для железа, 3..5% для меди, 0,005…0,02 % для молибдена). Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно­никелевые. В   зависимости   от   содержания   добываемого   элемента   различают   руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают – удаляют часть пустой породы. Флюсы  – материалы, загружаемые  в плавильную  печь  для  образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива. Такое соединение называется шлаком. Обычно   шлак   имеет   меньшую   плотность,   чем   металл,   поэтому   он располагается   над  металлом  и  может  быть  удален  в  процессе  плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе   преобладают   кислотные   оксиды   ( ),   и   основным,   если   в   его составе больше основных оксидов ( ) Вводят в виде агломерата и окатышей. Топливо  – в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ. Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000  0С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80…88 % углерода, 8…12 % золы, 2…5 % влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25… 60 мм. Это прочное неспекающееся топливо, служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Огнеупорные   материалы  применяют   для   изготовления   внутреннего облицовочного   слоя   (футеровки)   металлургических   печей   и   ковшей   для расплавленного металла. Они   способны   выдержать   нагрузки   при   высоких   температурах, противостоять   резким   изменениям   температуры,   химическому   воздействию шлака и печных газов. По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на группы: кислые (кварцевый песок, динасовый кирпич), основные (магнезитовый кирпич, магнезитохромитовый кирпич), нейтральные (шамотный кирпич).  Взаимодействие основных огнеупорных материалов и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушению печи. Углеродистый кирпич и блоки содержат до 92 % углерода в виде графита, обладают   повышенной   огнеупорностью.   Применяются   для   кладки   лещади доменных   печей,   электролизных   ванн   для   получения   алюминия,   тиглей   для плавки и разливки медных сплавов. Производство чугуна 3 Чугун   –   сплав   железа   и   углерода   с   сопутствующими   элементами (содержание углерода более 2,14 %). Для   выплавки   чугуна   в   доменных   печах   используют   железные   руды, топливо, флюсы. К железным рудам относятся: –   магнитный   железняк   ( )   с   содержанием   железа   55…60   %, месторождения – Соколовское, Курская магнитная аномалия (КМА); –   красный   железняк   ( )   с   содержанием   железа   55…60   %   , месторождения – Кривой Рог, КМА; – бурый железняк (гидраты оксидов железа 2Fe2O3 * 3H2O и Fe2O3 * H2O) c содержанием железа 37…55 % – Керчь. Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем ), а также передельных чугунов, содержащих до – ферромарганца ( 10…82%  1%   марганца.   Mарганец   в   рудах   содержится   в   виде   окислов   и   карбонатов: и др.. Хромовые   руды   применяются   для   производства   феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов – хромомагнезитов. Топливом для доменной плавки служит кокс, возможна частичная замена газом, мазутом. Флюсом  является   известняк   или   доломитизированный   известняк, , так как в шлак должны входить основные оксиды ( содержащий  и  ), которые необходимы для удаления серы из металла. Подготовка   руд   к   доменной   плавке  осуществляется   для   повышения производительности   доменной   печи,   снижения   расхода   кокса   и   улучшения качества чугуна. Метод подготовки зависит от качества руды. Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков   осуществляются   с   помощью   дробилок   и оптимальной   величины, классификаторов. Обогащение  руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав: а)   промывка   –   отделение   плотных   составляющих   от   пустой   рыхлой породы; б)   гравитация   (отсадка)   –   отделение   руды   от   пустой   породы   при пропускании   струи   воды   через   дно   вибрирующего   сита:   пустая   порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;  в)   магнитная   сепарация   –   измельчённую   руду   подвергают   действию магнита,  притягивающего   железосодержащие  минералы   и  отделяющего   их   от пустой породы. Окусковывание  производят   для   переработки   концентратов   в   кусковые материалы   необходимых   размеров.   Применяют   два   способа   окусковывания: 4