Производство стали

Производство  стали

 

Сталью называют железоуглеродистые сплавы, с содержанием  углерода до 2 %. При производстве стали происходит снижение содержания углерода и примесей, присутствующих в чугуне (Mn, Si, S, Р и др.), за счет окисления кислородом воздуха и кислородом, содержащимся в руде. Снижению содержания углерода и примесей способствует закись железа FeO, которая образуется в начале плавки 2Fe-j-O2 —2FeO и далее C-f-FeO = CO+Fe. Так как излишняя закись железа вызывает хрупкость стали, производят раскисление жидкой стали путем введения ферросплавов (ферромарганца, ферросилиция, ферроалюминия) по следующим схемам: Mn + FeO->MnO + Fe; Si + 2FeO->SiO2+2Fe; 2А1 + +3FeO-vAl2O3+3Fe. Образовавшиеся оксиды всплывают  и удаляются вместе со шлаком. В зависимости от степени  законченности раскисления различают спокойную сталь (си), т.е. наиболее раскисленную. Такая сталь в слитке имеет плотное и однородное строение, более качественная и дорогая; кипящую сталь (кп), в которой процесс раскисления прошел не до конца, в ней имеются пузырьки газа СО, которые остаются в прокате. Кипящая сталь сваривается, удовлетворительно обрабатывается, но при температуре —10 °С проявляет хрупкость. Кипящая сталь дешевле спокойной. Полуспокойная сталь  (пс) по свойствам занимает промежуточное положение между (сп) и (кп). Выплавку стали  осуществляют в мартеновских печах, в конвертерах и электропечах. В мартеновских печах (9.3) помимо чугуна может быть произведена переплавка металлического лома, руды и флюса. Топливом служит газ (смесь доменного, коксовального и генераторного) и подогретый воздух, обеспечивающий температуру 1800...2000 °С. Производительность печи за одну плавку (8... 12 ч) до 900 т. В  мартеновских печах (9.3) может быть произведена  переплавка металлического лома (до 60...70%), возможны автоматизация процесса плавки, повышенная точность химического состава  стали. Недостатки плавки стали в  мартеновских печах: периодичность  процесса плавки, сложность оборудования, более высокая стоимость выплавляемой стали.

Для интенсификации производства стали в мартеновских печах широко применяют кислород, что обеспечивает повышение производительности печей  на 25...30 % Большую экономию топлива  дает использование теплоты остывающих мартеновских печей, для чего используют принцип работы двухванных печей, при котором теплота от одной остывающей ванны направляется в соседнюю, а затем происходит изменение направления потока, теплоты.

Конверторный  способ получения стали позволяет использовать в качестве шихты жидкий чугун, до 50 %' металлического лома, руду, флюс (9.4). Сжатый воздух под давлением (0,3...0,35 МПа) поступает через специальные отверстия. Теплота, необходимая для нагрева стали, получается за счет химических реакций окисления углерода и примесей, находящихся в чугуне.

Производство  стали в конверторах постепенно вытесняет ее в мартеновских печах. Емкость современных конверторов достигает 600 т. Наибольшее развитие получает кислородно-конверторное производство стали, так как дополнительное использование кислорода обеспечивает   резкое   повышение   производительности   (на 40 %  выше. Недостатки   способа:   повышенный расход огнеупоров и высокий угар металлов.

Производство  стали в электрических печах — наиболее совершенный способ получения специальных и высококачественных сталей. Сталь выплавляют в дуговых или индукционных электропечах. Наиболее рас-, пространены дуговые электропечи емкостью до 270 т {9.5). При электроплавке стали используют как стальной скрап и железную руду, так и жидкие стали, поступающие из мартеновской    печи   или    конвертера.

Прокатка — самый распространенный вид горячей обработки стали, до 90 % всей выплавляемой стали перерабатывают этим методом. При прокатке металл обжимают между двумя валиками прокатного стана, вращающимися в разные стороны, в результате происходит обжатие заготовки и увеличение ее длины и ширины (9.7, а). После такой обработки можно получить прокат различной формы и размеров (9.8). Если необходима значительная деформация сечения, то повторяют прокатку изделия до 10... 15 раз, а во избежание холостых пробегов слитка применяют дополнительные валки, обеспечивающие прокатку и при обратном ходе слитка. Станы, в которых при обратном направлении движения валков заготовка движется в обратном направлении, называют реверсивными.

Наиболее совершенными станами  являются непрерывные, в которых  рабочие клети с обжимными  валками устанавливают последовательно  одну за другой и прокатываемая полоса попадает из одной клети в другую.

На станах прокатывают  также арматурную сталь, применяемую  при производстве железобетона

Волочением называют процесс  протягивания прутка или проволоки  через отверстие в волоке (матрице), размеры поперечного сечения  которого   меньше   размеров исходной заготовки (см. 9.7,6). Волочение проводят на волочильных станах для получения тонкой и тончайшей проволоки, калибрования прутков и труб круглого и фасонного сечения из стали и цветных металлов.

Прессование — процесс, в результате которого металл выдавливают через круглое или фасонное очко в матрице (см. 9.7, б). Форма и размеры очка определяют форму и сечение прессуемого изделия — прутков, труб и фасонных   профилей из цветных   металлов и их сплавов, а также сталей. Прессование производят на гидравлических или механических прессах.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки между верхним и нижним бойками (см. 9.7, г} с применением разнообразного кузнечного инструмента. Различают свободную ковку (металл течет в стороны) и ковку в штампах (металл принудительно должен заполнять полость штампа). При ковке происходит изменение микроструктуры металла с образованием измельченного зерна или волокнистой структуры. В строительстве ковку применяют для изготовления болтов, тяжей, анкеров, хомутов, скоб, башмаков, бугелей и т. п. Путем ковки пневматическими клепальными молотками или машинами производят неразъемное соединение отдельных листов и фасонных профилей  (клепка).

Штамповкой изготовляют значительное количество строительных конструкций. Это процесс деформации металла в штампах, при котором обеспечиваются однородность и точность ковочных поверхностей, не требующих дополнительной обработки. Различают объемную и листовую штамповку.

При объемной штамповке предварительно нагретую заготовку деформируют в замкнутой полости штампа на молотах, прессах или горизонтально-ковочных машинах.

Для строительных конструкций, толщина стенок которых мало отличается от толщины исходных заготовок, используют листовую штамповку, которая состоит  в деформации в холодном состоянии  листовой исходной заготовки в штампе, имеющем матрицы с прижимным  кольцом и пуансон (см. 9.7, е). Металл для штамповок должен обладать высокой  пластичностью, чаще это малоуглеродистые или легированные стали. В отдельных  случаях возможно совмещение штамповки  и сварки, что обеспечивает возможность  получения конструкций сложной  формы.

Для облегчения массы конструкций  и экономии металла производят тонкостенные штампованные строительные профили  из специальной высокопластичной, антикоррозионной листовой стали толщиной 2...3 мм. В конструкциях эти профили сваривают точечной или электродуговой сваркой.

Литье широко применяют в  производстве различного вида изделий  или заготовок из металла. Литые  детали изготовляют путем отливки  расплавленного металла в формы. Примерно 4/s всех отливок получают в  разовых песчаных формах и Vs — специальными видами литья. Чугун плавится в вагранках, которые обеспечивают расплавление жидкого чугуна при минимальном угаре и экономном расходе топлива.

Получение стальной отливки значительно сложнее, чем чугунной, так как у стали большая усадка (стали— 2%, чугуна—1 %), необходима высокая температура (до 1600 °С), выше растворимость газов, что способствует пузыристости стальной отливки. Для получения стальной отливки следует пользоваться только полностью раскисленным металлом и применять последующую термическую обработку. Отливку можно производить также из цветных металлов.

Литье деталей в песчаных формах имеет существенные недостатки, а именно: форма изготовляется  только на одну отливку, точность отливки  недостаточна.

Для массового производства точных отливок успешно используют специальные виды литья, обеспечивающие повышенную точность, а в ряде случаев  не требующие последующей механической обработки. Имеется более чем 50 способов специальных видов литья, основными  из которых являются: литье в металлические  формы (кокильное литье), литье под  давлением, центробежное литье, литье  по выплавляемым моделям, литье в  оболочковые формы (корковое литье) и др.

Литье в металлические  формы обеспечивает многократную оборачиваемость форм (100...50 000 раз) и высокую производитель" ность. Формы изготовляют из чугуна, стали и других сплавов. Металл заполняет формы под действием силы тяжести.

Литье под давлением, осуществляемое в металлических формах, чаще всего  применяют для цветных металлов. Металл заполняет формы под давлением, создаваемым поршневой системой.

Центробежное  литье, осуществляемое путем заливки жидкого металла во вращающуюся форму (250...1500 мин-1) с последующим охлаждением, чаще всего применяют для изделий, имеющих форму тел вращения (труб, втулок и т. п.). Особенностями этого метода являются большая плотность отливок и возможность получения тонких стенок.

Литье по выплавляемым моделям (прецизионное) рекомендуется производить при изготовлении мелких деталей сложной формы и с высокой степенью точности.

При корковом литье подогретая металлическая модель обсыпается специальной  смесью песка и пульвербакелитовой смолы. При спекании этой смеси на модели образуется корка прочностью до 7,5 МПа. Две приготовленные таким образом полуформы соединяются и образуют литейную форму для отливки изделия. Особенностями этого вида литья являются высокая точность и возможность автоматизации процесса отливки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 2

 

по ТКМ

 

На тему : « Производство  стали»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнила

Студентка 212 группы ТГВ

Уткина Екатерина 

 

 

 

 

 

 

Бендеры 2013 г.