Содержание
Вопрос 1.
Какие физико-химические процессы происходят в доменной печи при производстве чугуна. Представьте схематический профиль доменной печи, укажите основные её части изменение температуры по высоте печи.
Вопрос 2.
Поясните основные механические свойства металлов и методы их определения.
Вопрос 3.
Опишите технологический процесс производства листового проката. Укажите исходный материал, применяемое оборудование, схему процесса, применение листового проката.
Выдержка из текста
Вопрос 1.
Какие физико-химические процессы происходят в доменной печи при производстве чугуна. Представьте схематический профиль доменной печи, укажите основные её части, и изменение температуры по высоте печи.
Ответ:
Основное количество чугуна выплавляют в доменной печи.
Рисунок 1. Доменная печь: 1 — засыпной аппарат; 2- газоотводы; 3- колошник;
4- шахта; 5- распар; 6- заплечики; 7- фурменный аппарат; 8 – горн; 9- летка для выпуска шлака; 10 — летка для выпуска чугуна.
В зависимости от того, через какую температурную зону доменной печи проходит загруженный материал, он претерпевает физико-химические процессы:
• разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид,
• восстановление железа и других элементов,
• науглероживание железа,
• плавление металла,
• образование и плавление шлаков,
• горение топлива.
Топливо, опустившись до уровня фурм, сгорает в струе поступающего нагретого воздуха по реакции:
С + О = СО2 + 97 650 кал.
Температура в фокусе горения кокса достигает 1800-1900°. СО2, в присутствии раскаленного углерода кокса восстанавливается по реакции:
СО2 + С → 2СО — 37 100 кал
и увеличивает содержание окиси углерода в газовой смеси. При более низких температурах окись углерода снова распадается по реакции:
2СО → СО2 + С + 37 100 кал
и образует сажистый углерод, который участвует в процессах восстановления и науглероживания железа.
Для снижения расхода кокса в доменных печах применяют природный газ. Для получения лучших технико-экономических показателей дутье, подаваемое в доменную печь, обогащают кислородом до 35%. Чем выше содержание кислорода в воздухе, тем больше кокса может быть заменено природным газом. Соотношение природного газа и кислорода, подаваемых в доменную печь, регулируется автоматически.
Процесс выделения гидратной воды бурых железняков начинается при 250° и заканчивается при 450÷500°. Выделение летучих веществ из кокса заканчивается при более высоких температурах.
Углекислые соли, содержащиеся в рудах и флюсах, при нагреве разлагаются с поглощением значительного количества тепла. Поэтому считают более целесообразным флюсы добавлять к руде перед обжигом ее на агломерат.
Восстановление железа в доменной печи происходит за счет последовательного отщепления кислорода от окислов железа. Восстановление железа из окиси Fe2О3 окисью углерода проходит следующие стадии:
3Fe2O3 + СО →2Fe3О3 + СO2 + 8870 кал;
2Fe3О4 + 2СО → 6FeO + 2СO2 — 9980 кал;
6FeO + 6CO → 6Fe + 6CO2 + 19500 кал.
Степень восстановления железа окисью углерода зависит от качества руды:
• ее естественных свойств и характера предварительной обработки;
• температуры, при которой идет восстановление;
• состава газа восстановителя.
При более высоких температурах в нижней части доменной печи железо из окислов может восстанавливаться углеродом (сажистым и коксом):
FeO + С → Fe + СО — 34 460 кал.
Восстановленное железо науглероживается по реакции:
3Fe + 2СО → Fe3С + СО2.
Карбид железа Fe3C растворяется в железе. При содержании в железе более 2% углерода полученные сплавы начинают плавиться при 1145° и называются чугунами. Обычно чугун в доменной печи науглероживается до эвтектического (4,3%) и даже заэвтектического состава (выше 4,3%).
Восстановление окислов марганца до закиси марганца происходит в зоне температур до 700°. Закись марганца восстанавливается углеродом при температуре 1100° и выше и идет с поглощением тепла по реакции
МnО + С→ Мn + СО — 61 830 кал.
Восстановление кремния из кремнезема углеродом требует большого расхода тепла, высокой температуры:
SiO2 + 2C → Si + 2CO
Для восстановления марганца, кремния, хрома, титана, никеля, ванадия затрачивается дополнительное количество топлива, требуются специальные шлаки и форсированный режим плавки.
1. Фосфор в доменной печи восстанавливается полностью. Реакции восстановления фосфора идут с поглощением большого количества тепла. Восстановившиеся Cr, Ni, V, Ti и другие элементы переходят в состав чугуна, что приводит к получению природно-легированных чугунов.
2. Сера в шихту доменной печи попадает с материалами — рудой, топливом и флюсами. В составе чугуна она растворена в виде сульфида FeS и является вредной примесью. Поэтому при плавке ее стремятся связать ее с компонентами флюсов и перевести в шлак при помощи окиси кальция по реакции:
FeS + СаО + С→Fe + CaS + CO.
Для полного удаления серы необходимо применять основные известковые шлаки и создавать высокую температуру в горне.
Шлак в доменной печи образуется в результате сплавления пустой породы руды, золы топлива и добавляемых флюсов. При плавке в доменной печи на 1 кг выплавленного чугуна получается 0,5- 0,7 кг шлака.
Изменение температуры по высоте печи.
Температура и давление газа по мере продвижения вверх снижаются, химический его состав изменяется. Наивысшие температуры (1800 — 2000°С) развиваются в окислительной зоне, где происходит горение углерода кокса.
Давление газов в горне к центру печи снижается. Среднее давление зависит от количества дутья, размеров печи, температуры дутья, свойств шлака и физического состояния проплавляемых материалов. Неравномерность давления и температуры по сечению горна сохраняется по всем сечениям печи, вплоть до колошника. В верхних горизонтах печи между температурой и составом газа наблюдается взаимосвязь: с увеличением содержания углекислоты температура газа снижается.
Температура за окислительной зоной резко снижается в связи с тем, что затрачивается тепло на прямое восстановление. На большом участке по высоте шахты температура газа изменяется мало, так как реакции косвенного восстановления больших затрат тепла не требуют.
В верхних горизонтах печи температура газа опять снижается в связи с затратой тепла на нагрев холодной шихты и испарение влаги. Поэтому температура выходящего из печи колошникового газа может лишь частично характеризовать экономичность работы печи.
Список использованной литературы
Список литературы.
1. Дальский А.М.
Технология конструкционных материалов. — М: «Машиностроение» 1997г.
2. Семенов Е.И.
Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. — М.:
«Машиностроение», 1978 г.
3. Фельдштейн Е.Э., Корниевич М.А., Михайлов А.М.
Режущий инструмент. – Минск.: «Новое знание», 2007 г.
4. Ефименко Г.Г., Гиммефарб А.А., Левченко В.Е.
Металлургия чугуна. – Киев.: «Выща школа», 2008 г.
5. Китаев Б. И.
Теплотехника доменного процесса. – М.: «Металлургия», 1978г.
6. Грановский Г. И.,
Металлорежущий инструмент. – М.: «Машиностроение», 1954г.
7. Лахтин, Ю.М.
Материаловедение. – М.: «Металлургия», 1993 г.