Материал: Контрольные вопросы для подготовки к экзаменам по ТКМ

Контрольные вопросы для подготовки к экзаменам по ТКМ

Производство черных и цветных металлов

1. Производство чугуна (исходные продукты, физико-химические процессы, продукция доменного производства).

Чугун-железоуглеродистый сплав, содержащий более 2%углерода.Также в нем присутствуют кремний(до 4%), марганец(до 2%), фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали.

Исходные материалы для получения чугуна:

1. Железная руда- горная минеральная порода, содержащая металл.

Железосодержащие руды:

1)красный железняк( 55-60% Fe)

2)магнитный железняк(55-60%Fe)

3)бурый железняк( 50-55% Fe)

4)шпаковый железняк( до 40% Fe)

2. Флюсы- вещества, которые используются вместе с рудой для образования легкоплавкого шлака в результате соединения при высокой температуре с пустой породой. Необходимы для удаления из печи тугоплавкой пустой породы и золы топлива. Известняк- CaCO3, MgCO3.

+3. Топливо используется как для получения высоких температур при окислении оксидов, так и для восстановления железа и его оксидов. Главное топливо-кокс-твердое топливо, которое получается путем спекания высококачественных коксующихся углей при высокой темп.

Физико-химические процессы:

1)Сгорание топлива. СО+О2=СО2

2)Восстановление железа из оксидов. Правило Байкова: восстановление железа из оксида происходит по направлению от высших оксидов к нижним. FeO+CO=Fe+CO2 Выделенное железо при высоких температурах поглощает углерод и образуется Fe3C(карбид железа, представл-щий структуру получившегося чугуна). 3Fe+C=Fe3C

Кроме железа в состав руды попадают оксиды марганца. Марганец улучшает свойства чугуна,повышает прочность. MnO+C=Mn+CO2

Кремний окисляет раствор в железе, является полезной примесью, повыш жидкотекучесть чугуна. Вредными примесями являются сера и фосфор.

Продукция доменного производства(чугуны):

1)белый чугун

2)ферросплав(сплав железа с различными металлами)

3)доменный шлак(явл исходным продуктом для строит материалов

4)доменный(колошниковый) газ(имеет высокую температуру ,его используют для нагрева производственных помещений

Недостатки: доменный процесс требует много энергии, воды

2. Производство стали (исходные материалы, физико-химические процессы).

Исходными материалами являются передельный чугун и стальной скрап (лом). 1 массовыми способами получения расплавленной стали явились бессемеровский и томасовский процессы. Для передела в сталь расплавленный чугун продували воздухом (снизу). Но было невысок качество стали, и использовались только чугуны с опред содержанием Si, S, P. В 1864-5гг разработан мартеновский процесс- менее производительный, но более качественная сталь. В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию веществ путем окислительной плавки.

[Mn]+O=MnO; [Si]+O=SiO*(SiO2); [Al]+[O]=Al2O3

Для уменьшения раствор О2 вводят ферромарганец, ферросилициум, алюминеферро

Кипящая сталь- получают добавлением раскислителя FeMn, при этом О2 образ в виде пузырьков из расплавленной стали. Дешевая, облад низкими мех св-вами. Спокойная – используют FeAl + FeSi, СО отсутствует, интенсивно раскисляется, лучше физико-мех св-ва

Полуспокойная- промеж св-ва

Выход гот стали составл 93% от массы продуваемого ме

FeC -5-6%, (FeO)-1-2%, Fe-1.5%, мелкие капли- 1%,крошки ме – 0,5%. Итог-10%

3. Производство стали в кислородных конверторах (схема, сущность).

Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище, которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатый воздух. Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров. Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при котором отверстия фурм оказываются выше уровня залитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

4. Производство стали в электродуговых печах (схема, сущность).

Электродуговая печь- электрическая печь для плавки ме и др мат-ов, в которой использ тепловой эффект эл дуги. Вместимость 0,5-200т В металлургических цехах плавку ведут в основных, а в литейных –в кислых печах. После загрузки шихтовых мат-ов электроды опускают и подключают к источнику тока. между шихтой и электродами образ дуга с Т более 3000 С. Плавление ме и окисление примесей. Во время плавки 2-3 раза сливают шлак, удаляя вредные примеси. Проводят раскисление стали. Легирование неокисляющимися примесями (Ни, Мо) проводят во время плавки, вводя эти элементы с шихтой. Перед выпуском стали производят легирование легкоокисляющимися (хром, титан) примесями, вводя их в виде ферросплавов. Продолжительность 4-6ч, расход электроэнергии 700-900 кВт, электродов 7-9 кг на 1т стали

5. Производство стали в индукционных печах (схема, сущность).

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ. Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 – 2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 – 1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.

В индукционных печах сталь выплавляют методом переплава шихты. Угар легирующих при этом получается очень небольшим. Шлак образуется при загрузке шлакообразующих компонентов на поверхность расплавленного металла. Температура шлака во всех случаях меньше температуры металла, так как шлак не обладает магнитной проницаемости и в нем не индуцируется ток. Для выпуска стали из печи, тигель наклоняют в сторону сливного носка.

В индукционных печах нет углерода, поэтому металл не науглероживается. Под действием электромагнитных сил металл циркулирует, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.

Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов особого назначения, имеющих низкое содержание углерода и кремния.

6. Производство стали электрошлаковым переплавом (схема, сущность).

Исходными материалами для плавки в электропечах являются стальной лом, железная руда, окалина. Передельный мартеновский чугун применяют только для сталей с высоким содержанием углерода, но чаще заменяют электродным боем или малосернистым коксом.

7. Производство стали вакуумно-дуговым переплавом (схема, сущность).

Вакуумно-дуговой переплав используют применяется для улучшения свойств стали вследствие обработки ее вакуумом. При вакуумном дуговом переплаве под воздействием высоких температур, возникающих в зоне электрической дуги между переплавляемым электродом и поддоном кристаллизатора, сталь на нижнем торце электрода расплавляется и капли расплавленного металла падают в ванну, где под воздействием охлаждения кристаллизатора формируется слиток.

8. Производство стали электронно-лучевым переплавом (схема, сущность).

Электронно-лучевой переплав. Используют для глубокого рафинирования стили и сплавов. Металл при этом нагревается потоком электронов, которые бомбардируют металл, передают его частицам часть своей кинетической энергии.