Что делают из чугуна и стали

Среди многих
материалов, используемых человеком, особая роль принадлежит чёрным металлам,
то есть сплавам железа с углеродом и другими элементами.

Первое железо,
которое добыл человек, было неземным. Метеориты, падающие на Землю, имели
железную или железо-никелевую основу.

Древние люди
считали железо подарком Богов, так как оно приходило с неба и превосходило по
прочности многие известные тогда материалы.

Спустя столетия
люди поняли, что железо лежит под его ногами, но в чистом виде оно не
встречается. Его получение – это сложный технологический процесс.

Древние металлурги
в горнах выплавляли сталь, при этом получали ещё и чугун. Чугун
они называли «свинским железом» (свиньёй, или чушкой), так как он был очень
хрупок и не поддавался ковке.

Но затем поняли,
что при повторном плавлении чугун превращается в сталь, так как лишний углерод
при этом выгорает.

И только в 14 веке
было создано устройство – доменная печь, в которой и началось
производство чугуна.

В 30-х годах и в
послевоенные годы в Советском союзе увеличилось производство доменных печей.

Для производства чугуна
необходима железная руда, кокс и флюсы. Из железных руд
промышленное значение имеет красный железняк, содержащий 60-70%
оксида железа три и магнитный железняк, в котором 55-60% железной
окалины.

По запасам
железных руд Россия занимает ведущее место. Железные руды залегают на Урале, в
Курской области, Западной Сибири и других местах.

Основную массу
железной руды получают в России открытым способом. В открытых карьерах руду
добывают взрывным способом. Для этого бурят скважины, закладывают взрывчатое
вещество и производят взрыв.

Раздробленную руду
доставляют на обогатительную фабрику, здесь её измельчают и обогащают, то есть
рудный материал и пустую породу разделяют и получают концентрат – продукт с
повышенным содержанием оксидов железа.

Затем концентрат
смешивают с флюсами, известняком или доломитом, а также коксом. Все компоненты
перемешивают и затем спекают для выгорания серы и разложения известняка.
Полученный таким образом материал – шихта поступает на рудный двор
доменного цеха, который представляет собой сложный комплекс различных
сооружений: там есть доменная печь, литейный двор, воздухонагреватели и другие.

Специальная
скиповая тележка (вагонетка) подаёт шихту в воронку доменной печи. В нижней
части печи установлены фурмы для подачи нагретого воздуха. За одну минуту в
печь вдувается более шести тысяч кубических метров воздуха.

Воздух
предварительно нагревается в воздухонагревателях – регенераторах.

Доменная печь – это аппарат
длительного действия.

Она непрерывно
работает в течение нескольких лет. Сверху печи – шихта, а снизу раскалённые
газы. Температура здесь постепенно повышается, и создаются условия для
восстановления железа. В нижней части домны кислород воздуха реагирует с
углеродом кокса с выделением большого количества тепла.

Образовавшихся
оксид углерода четыре взаимодействует с раскалённым коксом и превращается в
оксид углерода два, который используется в качестве восстановителя железа из
его оксидов.

Для ускорения
восстановления в печь добавляют природный газ, содержащий метан. При его
горении образуется углекислый газ и вода. Оксид углерода четыре и водяной пар
реагируют с углеродом кокса и доменный газ обогащается восстановителями:
оксидом углерода два и водородом. Сейчас доменный газ используют в качестве
топлива – электроэнергии.

Восстановление
железа
начинается при температуре 300 градусов по Цэльсию. Сначала из
оксида железа три образуется железная окалина.

Затем окалина
восстанавливается до оксида железа два.

А из оксида железа
два получают восстановлением металлическое губчатое железо.

Губчатое железо
постепенно опускается в зону температуры 1100 градусов по Цэльсию, где оно
расплавляется. Часть этого железа реагирует с углеродом и превращается в карбид
железа.

Карбид железа и
углерода растворяются в жидком железе. Кремний, марганец, фосфор и сера,
которые получаются из оксидов, растворяются в расплавленном железе и образуется
жидкий чугун – сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем,
фосфором и серой.

За сутки доменная
печь потребляет 68 вагонов коксованного угля и 220 вагонов железной руды.

Жидкий чугун
скапливается в горне. Из чугуна выливают крупные массивные детали, трубы,
большая часть чугуна идёт на производство стали.

Например, в
Новолипецком металлургическом комбинате производят более трёх с половиной
миллионов тонн чугуна в год. На производство этого комбината было потрачено
столько металлоконструкций, что из них можно было бы соорудить 10 Эйфелевых
башен.

Сталь можно
получить несколькими способами.

Рассмотрим конверторный
способ получения. Конвертер имеет металлический кожух, а
изнутри выложен огнеупорным кирпичом.

Через фурму
подаётся воздух, обогащённый кислородом. Сначала в конвертер загружают
металлолом, затем заливают жидкий чугун. Через желоб в конвертер поступает
железная руда, известь, окалина.

Затем через фурму
вдувается воздух, обогащённый кислородом. Температура при этом достигает 2400
градусов по Цэльсию.  В производстве передела чугуна сначала окисляется железо,
концентрация которого в чугуне больше, чем других веществ.

Оксид железа два,
перемешиваясь с расплавом, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод.

Газообразные
продукты окисления удаляются, а остальные образуют шлак. За 1 год можно
получить около одного миллиона тонн шлака. Его хватило, чтобы обсыпать
Московскую кольцевую автомобильную дорогу (МКАД).

Затем происходит
выжигание углерода чугуна кислородом с образованием оксида углерода два.

После плавки
преступают к выпуску металла. В расплаве ещё содержится оксид железа два, от
которого сталь необходимо освободить. Для этого в жидкий металл добавляют
раскислители.

После выпуска стали шлак идёт на производство цемента,
шлакоблоков, шлаковаты.

Из стали изготавливают трубы, валы, стальные листы
используют для кузовов автомобилей, из стали делают рельсы, балки, инструменты,
подшипники.

Способ получения
стали в мартэновских печах аналогичен. Мартэновская печь – крупное сооружение.
Передняя стенка печи имеет окна, через которые подаётся шихта. В задней стенке
есть отверстия для выпуска стали и шлака.

Для ускорения
процесса плавки в мартэновскую печь вводится воздух, обогащённый кислородом.
После полного расплавления шихты в печь вводят оставшуюся железную руду,
которая вызывает интенсивное кипение. В период кипения металл освобождается от
серы, уменьшается содержание углерода. Полученная сталь через жёлоб сливается в
ковши. В процессе выплавки в металл вводят легирующие элементы.

Лучший способ
получения стали осуществляется в электропечах.

Здесь применяют
электроэнергию, что позволяет получать высокие температуры, в таких печах
получают самую лучшую нержавеющую сталь. Электропечь имеет стальной кожух, а
изнутри выложена огнеупорным кирпичом. Печь имеет рабочее окно и выпускное
отверстие со сливным жёлобом. Основные элементы электропечи – это
электроды, которые могут опускаться и подниматься.

Шихту загружают
сверху в печь. В шихту добавляют также известняк. Под действием высоких
температур шихта плавится при температуре 3500 градусов по Цэльсию. Вводятся
раскислители. По окончании правки металл разливают в ковши. Слитки стали
раскатывают в листы нужной толщины и закатывают в рулоны.

Если весь чугун,
произведённый в печи превратить в стальной лист, то получится такая полоса,
которой можно обернуть Землю по экватору 20 раз.

Таким образом,
получение чугуна и стали – сложный процесс, который состоит из множества
стадий. Сырьём для получения чугуна и стали является железная руда. Основная
масса чугуна идёт на производство стали. Сущность этого процесса заключается в
уменьшении содержания углерода в чугуне. Сталь получают в конвертерах, мартэновских
печах или в электропечах.

Что тверже чугун или сталь — ТехПорт

Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%.

Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности.

В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Состав сплава чугуна имеет разновидности:

• Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.
• Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
• Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
• Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
• Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.

• Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:

• Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
• Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
• Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

• Сера уменьшает текучесть металла.
• Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
• Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
• Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Различия между чугуном и сталью

Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.

Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.

Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:

• Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
• К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
• При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.

  Взаимодействие свинца с водой

Плюсы и минусы материала

Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:

• большая разновидность состояний.
• некоторые виды обладают высокой прочностью;
• возможность длительное время сохранять температуру;
• экологическая чистота, что позволяет изготавливать из него посуду;
• стойкость к кислотно-щелочной среде;
• высокая гигиеничность;
• длительный срок эксплуатации и долговечность;
• безвредность материала.

2. Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:

• при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
• высокая стоимость материала;
• низкая пластичность серого вида чугуна;
• хрупкость.

Чугун — это металл, который характеризуется высоким содержанием углерода. Благодаря этому у него присутствуют качества, которые бывают необходимы для промышленных и бытовых целей.

Основой для изготовления чугуна или стали служит железо. В природе это – металл с серебристым отливом, не имеющий достаточной твердости. Такой металл практически не используется в промышленности, а широкое применение получили различные сплавы железа.

Чугун и сталь – это сплавы железа с углеродом, но от содержания этих элементов и примесей будет зависеть качество металла.

Чугун

Чугун – первичный продукт металлургии. В его составе содержится углерода более 2% и значительное количество примесей, влияющих на свойства металла: марганец, фосфор, кремний, сера, легирующие добавки.

• Чугун относят к хрупким металлам, его можно легко разбить на осколки при ударе, поэтому он менее практичен в обработке и применении. Вид углерода, содержащегося в чугуне, влияет на его свойства, поэтому различают несколько видов чугуна:
• – серый, мягкий металл с низкой температурой плавления;
• – белый, с повышенной твердостью, но хрупкий;
• – ковкий, вторичный продукт белого чугуна;
• Плотность чугуна составляет 7000 кг/м3.

Сталь

Процентное содержание углерода в сплаве не должно превышать отметку 2%, а железо составлять не менее 45%. Оставшиеся 53% могут содержать различные легирующие добавки и примеси, которые позволяют изменять его свойства.

1. Существует большое количество разновидностей и классификаций. В зависимости от количества связующих элементов различают:
2. Также различают по количеству углерода:
3. На качество металла влияет наличие неметаллических включений (оксиды, сульфиды, фосфиды) и существует классификация по качеству.

Общая характеристика это – металл, обладающий хорошей прочностью, износостойкостью, твердостью, пригоден для различных видов обработки. Плотность стали 7700 – 7900 кг/м3.

  Как проверить танталовые конденсаторы

• Не смотря, на большое количество разновидностей чугуна и стали, можно выделить основные параметры различия этих металлов:
• – сталь обладает большей прочностью, пластичностью и твердостью;
• – более пластична, поэтому хорошо поддается обработке (штамповке, ковке, прокатке, сварке), изделия из чугуна выполняют методом литья;
• – чугун имеет меньшую стоимость;
• – сталь имеет высокую теплопроводность, качество повышают методом закаливания, а чугун из-за пористости металла способен удерживать тепло;
• – сплавы имеют различный удельный вес.

Металлургия поставляет на рынок сотни разновидностей того и другого сплава, которые имеют свои особенности и характеристики, но обязательными компонентами этих металлов являются железо и углерод. Поэтому сталь и чугун можно объединить в группу железоуглеродистых сплавов.

Среди металлов, производимых в одном технологическом процессе выделяются одни из самых распространенных — сталь и чугун. При том, что один делается в результате переделки другого, эти металлы существенно отличаются друг от друга, как по своему составу, так и по использованию в экономике.

Как варят сталь

Сталью называют железо-углеродистый сплав, в котором содержание углерода не превышает 3,4 процентов. Обычный показатель — в пределах 0,1-2,14 %.

Он снижает пластические характеристики стали, при этом делая ее тверже и прочнее. В легированной и высоколегированной содержится более 45% железа.

Упругость стали определяет ее востребованность при создании машиностроительной продукции, в первую очередь силовых пружин и рессор, амортизаторов, подвесок, растяжек и других упругих частей.

Независимо от форм и условий эксплуатации упругих частей машин, механизмов и приборов, у них есть общее замечательное качество. Оно заключается в том, что, несмотря на большие ударные, периодические и статические нагрузки у них нет остаточной деформации.

Стали классифицируют в соответствии с их назначением, химическим составом, структурой и качеством. Категорий назначений стали множество, в том числе такие как:

• Инструментальные.
• Конструкционные.
• Нержавеющие.
• Жаропрочные.
• Устойчивые к сверхнизким температурам.

Стали могут различаться по содержанию в них углерода, от низкоуглеродистых, в которых его до 0,25%, до высокоуглеродистых с 0,6-2%. В легированных может быть от 4 до 11 и выше процентов соответствующих добавок. В зависимости от содержания различных примесей они классифицируются на стали с обыкновенными качествами, высококачественные и обладающие особо высокими качествами.

При ее производстве главное — добиться снижения до необходимого уровня содержания серы и фосфора, делающих металл ломким и хрупким. При этом применяются разные способы, окисления углерода, которые могут быть мартеновским, конверторным и электротермическим.

При мартеновском способе необходимо много тепловой энергии, которая выделяется при сжигании газа или мазута. С помощью электричества нагреваются дуговые или индукционные печи. Для конвертерного варианта внешнего источника тепла не нужно.

Здесь обычно расплавленный чугун отделяется от примесей путем продувания через него кислорода.

Сырьем для производства стали служит металлом, передельный чугун, добавки, образующие шлаки и обеспечивающие легирование стали. Сам процесс плавки может проводиться в разных вариантах. Случается, что он начинается в мартеновской печи, а заканчивается в электрической.

Или для того, чтобы получилась сталь, устойчивая против коррозии, она после плавления в электропечи сливается в конвертер. В нем она продувается кислородом и аргоном для минимизации содержания углерода. Плавится сталь при температуре 1450—1520 °C.

  Как снять варочную панель со столешницы bosch

Как получают чугун

Сплав железа с углеродом также может именоваться чугуном. Однако в отличие от стали, в нем должно быть не менее 2,14 % углерода, придающему этому очень твердому материалу высокую хрупкость, При этом он становится менее пластичным и вязким. В зависимости от содержания в нем цементита и графита чугун может именоваться белым, серым, ковким и высокопрочным.

Первый содержит 4,3-6,67 % углерода. Он светло-серый на изломе. Используют его преимущественно для получения ковких чугунов с применением технологии отжига. Серым называется чугун по серому цвету его излома из-за наличия графита в пластинчатом виде и наличия кремния.

В результате продолжительного отжига белого чугуна выходит чугун ковкий. У него повышенная пластичность и вязкость, удароустойчивость и большая прочность. Из него изготавливают сложные детали для машин и механизмов.

Его маркируют буквами «К» и «Ч», после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности и относительное удлинение.

Высокопрочный чугун отличается наличием в нем шаровидного графита, не допускающего концентрации напряжений и ослабления металлической основы.

Для его упрочнения используют лазер, что позволяет получать ответственные детали машин повышенной прочности.

Для промышленных потребностей существуют различные классификации чугуна передельного, антифрикционного, легированного и графитсодержащего. Его температура плавления в пределах 1 150 до 1 200 °C.

Чугун зарекомендовал себя универсальным, недорогим и прочным материалом. Из него изготавливают сложные и массивные детали машин и механизмов, уникальные художественные изделия. Чугунные украшения и памятники украшают многие города мира.

Столетиями служат людям искусно выполненные из него ограды старинных зданий, ступеньки в них, водопроводные и канализационные трубы. Чугунные люки закрывают коммуникационные колодцы на улицах многих населенных пунктов.

Ванны, мойки и раковины, отопительные радиаторы из этого материала отличаются надежностью и долговечностью. Из чугуна отливают коленчатые валы и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, тормозные диски и другие детали автомобилей.

Обычно чугунные детали после отливки подвергаются дополнительной механической обработке.

Что их отличает

Сталь и чугун являются материалами, широко используемыми в промышленности, на транспорте и в строительстве. Внешне они бывают очень схожими.

Однако существуют такие основные различия между ними:

1. Сталь является конечным продуктов сталеплавильного производства, а чугун — сырьем для него.
2. У стали прочность и твердость выше, чем у хрупкого чугуна.
3. В ней содержание углерода намного меньше, чем у чугуна.
4. Сталь тяжелее чугуна, у нее выше температура плавления.
5. Сталь можно обрабатывать путем резки, прокатки, ковки и пр., изделия из чугуна преимущественно отливаются.
6. Чугунные изделия пористые и имеют теплопроводность значительно ниже, чем стальные
7. Новые стальные детали имеют серебристый блеск, чугунные матовые и черные.
8. Для придания стали особых свойств, ее могут закаливать, с чугуном это не делают.

Основы получения чугуна и стали

Чугун

   Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов, содержащихся в железных рудах, коксом при высокой температуре. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верней части печи. Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в взаимодействии с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун. 

В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов, перешедших в чугун из устой породы. В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые.

Сталь

   Конвертерный основан на продувке расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах-конверторах сжатым воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси, превращая их в шлак; углерод выгорает.

При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, например динасом, при повышенном – основными, периклазовыми. Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской.

Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающими качество стали.

Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

   Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых чугун сплавляется вместе с железной рудой и металлоломом (скрапом).

Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступившего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов.

Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций.

   Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенного расхода электроэнергии.

По способу ее подведения электропечи подразделяются на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи.

В электропечах выплавляют специальные виды сталей, средне- и высоколегированные, индустриальные, жаропрочные, магнитные и другие.

Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: [email protected]

Чугун и сферы его применения

Чугун — это сплав железа с фосфором, кремнием и углеродом, который давно нашел применение в различных областях человеческой деятельности.

Популярность чугуна обусловлена его механической твердостью, высокой сопротивляемостью износу, простотой обработки и дешевизной производства.

Основным способом получения чугунных изделий является литье с последующим фрезерованием для достижения точной формы и отличного качества поверхности.

Обычно с помощью фрезерования обрабатываются такие детали, как отверстия, плоскости и места для крепления шпинделя.

К недостаткам готовых чугунных изделий можно отнести их хрупкость даже при небольших дефектах литья, допущенных в процессе изготовления.

В автомобильной промышленности используют чугун с вермикулярным графитом, из которого изготавливают коленчатые валы дизельных двигателей и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Графит значительно повышает прочность сплава, поэтому такой чугун востребован не только в машиностроении, но и в производстве труб для водоотведения и водоснабжения, а также труб для нефтегазовой промышленности.

Для таких изделий характерны высокие эксплуатационные качества.

Всем известно сантехническое оборудование из чугуна — ванны, раковины, кухонные мойки, фитинги и трубы. Эти изделия надежны, неприхотливы в уходе и способны длительное время сохранять первоначальный внешний вид.

Отопительные радиаторы из чугуна пользуются устойчивым спросом благодаря своей долговечности, хорошим теплоаккумулирующим свойствам и высокой теплоотдаче.

Через час после отключения чугунные радиаторы продолжают излучать тепло на треть своей первоначальной мощности, в то время как радиаторы из стали остывают в два раза быстрее.

Способностью долго сохранять тепло обладает и чугунная посуда, поэтому она незаменима для приготовления «долгоиграющих блюд», требующих долгого томления.

Казаны из чугуна идеально подходят для приготовления рагу, плова и каш, поскольку пища в них готовится по принципу русской печки.

Благодаря этому продукты сохраняют свои полезные питательные свойства, а в готовой пище не образуются канцерогены.

В арсенале повара самого престижного ресторана обязательно будет посуда из чугуна: горшки, казаны, сковородки. Да и на кухне любой хозяйки можно найти подобные изделия, ведь даже самая дорогая нержавеющая посуда не обладает уникальными характеристиками чугунного сплава. Ученые доказали, что в процессе приготовления чугун обогащает пищу соединениями железа, полезными для здоровья человека.

Чугун — пористый металл, который обладает способностью впитывать жиры в процессе приготовления. Благодаря этому антипригарные свойства посуды со временем только улучшаются, что облегчает процесс жарки и тушения.

Чугунные сплавы широко используются в сфере художественного архитектурного литья, в производстве ажурных ограждений и решеток, винтовых лестниц и балконов, беседок, каминов и светильников, столбов, фонарей и скульптур.

Что делают из чугуна и стали

Среди многих материалов, используемых человеком, особая роль принадлежит чёрным металлам

, то естьсплавам железа с углеродом и другими элементами .

Первое железо, которое добыл человек, было неземным. Метеориты, падающие на Землю, имели железную или железо-никелевую основу.

Древние люди считали железо подарком Богов, так как оно приходило с неба и превосходило по прочности многие известные тогда материалы.

  Чем нарезать резьбу водопроводной трубы

Спустя столетия люди поняли, что железо лежит под его ногами, но в чистом виде оно не встречается. Его получение – это сложный технологический процесс.

Древние металлурги в горнах выплавляли сталь

, при этом получали ещё ичугун . Чугун они называли «свинским железом» (свиньёй, или чушкой), так как он был очень хрупок и не поддавался ковке.

• Но затем поняли, что при повторном плавлении чугун превращается в сталь, так как лишний углерод при этом выгорает.
• И только в 14 веке было создано устройство – доменная печь
• , в которой и началось производство чугуна.
• В 30-х годах и в послевоенные годы в Советском союзе увеличилось производство доменных печей.
• Для производства чугуна
• необходимажелезная руда ,
• кокс
• флюсы
• красный железняк
• магнитный железняк

и . Из железных руд промышленное значение имеет , содержащий 60-70% оксида железа три и , в котором 55-60% железной окалины.

По запасам железных руд Россия занимает ведущее место. Железные руды залегают на Урале, в Курской области, Западной Сибири и других местах.

Основную массу железной руды получают в России открытым способом. В открытых карьерах руду добывают взрывным способом. Для этого бурят скважины, закладывают взрывчатое вещество и производят взрыв.

Раздробленную руду доставляют на обогатительную фабрику, здесь её измельчают и обогащают, то есть рудный материал и пустую породу разделяют и получают концентрат – продукт с повышенным содержанием оксидов железа

.

Затем концентрат смешивают с флюсами, известняком или доломитом, а также коксом. Все компоненты перемешивают и затем спекают для выгорания серы и разложения известняка. Полученный таким образом материал – шихта

поступает на рудный двор доменного цеха, который представляет собой сложный комплекс различных сооружений: там есть доменная печь, литейный двор, воздухонагреватели и другие.

Специальная скиповая тележка (вагонетка) подаёт шихту в воронку доменной печи. В нижней части печи установлены фурмы для подачи нагретого воздуха. За одну минуту в печь вдувается более шести тысяч кубических метров воздуха.

1. Воздух предварительно нагревается в воздухонагревателях – регенераторах.
2. Доменная печь
3. – это аппарат длительного действия.

Она непрерывно работает в течение нескольких лет. Сверху печи – шихта, а снизу раскалённые газы. Температура здесь постепенно повышается, и создаются условия для восстановления железа. В нижней части домны кислород воздуха реагирует с углеродом кокса с выделением большого количества тепла.

Образовавшихся оксид углерода четыре взаимодействует с раскалённым коксом и превращается в оксид углерода два, который используется в качестве восстановителя железа из его оксидов.

Для ускорения восстановления в печь добавляют природный газ, содержащий метан. При его горении образуется углекислый газ и вода. Оксид углерода четыре и водяной пар реагируют с углеродом кокса и доменный газ обогащается восстановителями: оксидом углерода два и водородом. Сейчас доменный газ используют в качестве топлива – электроэнергии

.

Восстановление железа

начинается при температуре 300 градусов по Цэльсию. Сначала из оксида железа три образуется железная окалина.

Затем окалина восстанавливается до оксида железа два.

А из оксида железа два получают восстановлением металлическое губчатое железо.

Губчатое железо постепенно опускается в зону температуры 1100 градусов по Цэльсию, где оно расплавляется. Часть этого железа реагирует с углеродом и превращается в карбид железа.

• Карбид железа и углерода растворяются в жидком железе. Кремний, марганец, фосфор и сера, которые получаются из оксидов, растворяются в расплавленном железе и образуется жидкий чугун
• –сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой .
• За сутки доменная печь потребляет 68 вагонов коксованного угля и 220 вагонов железной руды.

Жидкий чугун скапливается в горне. Из чугуна выливают крупные массивные детали, трубы, большая часть чугуна идёт на производство стали.

Например, в Новолипецком металлургическом комбинате производят более трёх с половиной миллионов тонн чугуна в год. На производство этого комбината было потрачено столько металлоконструкций, что из них можно было бы соорудить 10 Эйфелевых башен.

Сталь можно получить несколькими способами.

Рассмотрим конверторный способ получения

.Конвертер имеет металлический кожух, а изнутри выложен огнеупорным кирпичом.

Через фурму подаётся воздух, обогащённый кислородом. Сначала в конвертер загружают металлолом, затем заливают жидкий чугун. Через желоб в конвертер поступает железная руда, известь, окалина.

Затем через фурму вдувается воздух, обогащённый кислородом. Температура при этом достигает 2400 градусов по Цэльсию. В производстве передела чугуна сначала окисляется железо, концентрация которого в чугуне больше, чем других веществ.

Оксид железа два, перемешиваясь с расплавом, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод.

Газообразные продукты окисления удаляются, а остальные образуют шлак

. За 1 год можно получить около одного миллиона тонн шлака. Его хватило, чтобы обсыпать Московскую кольцевую автомобильную дорогу (МКАД).

Затем происходит выжигание углерода чугуна кислородом с образованием оксида углерода два.

После плавки преступают к выпуску металла. В расплаве ещё содержится оксид железа два, от которого сталь необходимо освободить. Для этого в жидкий металл добавляют раскислители.

После выпуска стали шлак идёт на производство цемента, шлакоблоков, шлаковаты.

Из стали изготавливают трубы, валы, стальные листы используют для кузовов автомобилей, из стали делают рельсы, балки, инструменты, подшипники.

Способ получения стали в мартэновских печах аналогичен. Мартэновская печь – крупное сооружение. Передняя стенка печи имеет окна, через которые подаётся шихта. В задней стенке есть отверстия для выпуска стали и шлака.

Для ускорения процесса плавки в мартэновскую печь вводится воздух, обогащённый кислородом. После полного расплавления шихты в печь вводят оставшуюся железную руду, которая вызывает интенсивное кипение. В период кипения металл освобождается от серы, уменьшается содержание углерода. Полученная сталь через жёлоб сливается в ковши. В процессе выплавки в металл вводят легирующие элементы.

Лучший способ получения стали осуществляется в электропечах.

  Разметка по металлу. приемы, правила, ошибки

Здесь применяют электроэнергию, что позволяет получать высокие температуры, в таких печах получают самую лучшую нержавеющую сталь. Электропечь имеет стальной кожух, а изнутри выложена огнеупорным кирпичом. Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным жёлобом. Основные элементы электропечи

– это электроды, которые могут опускаться и подниматься.

Шихту загружают сверху в печь. В шихту добавляют также известняк. Под действием высоких температур шихта плавится при температуре 3500 градусов по Цэльсию. Вводятся раскислители. По окончании правки металл разливают в ковши. Слитки стали раскатывают в листы нужной толщины и закатывают в рулоны.

Если весь чугун, произведённый в печи превратить в стальной лист, то получится такая полоса, которой можно обернуть Землю по экватору 20 раз.

Таким образом, получение чугуна и стали – сложный процесс, который состоит из множества стадий. Сырьём для получения чугуна и стали является железная руда. Основная масса чугуна идёт на производство стали. Сущность этого процесса заключается в уменьшении содержания углерода в чугуне. Сталь получают в конвертерах, мартэновских печах

или вэлектропечах .

Характеристика видов углеродистого металла

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Состав сплава чугуна имеет разновидности:

• Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.
• Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
• Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
• Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
• Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.

Читать также: Фрезер копир по дереву

( 1 оценка, среднее 4 из 5 )