Основы производства чугуна и стали: Производство чугуна и стали » Все о металлургии

Производство чугуна и стали

Тема: Производство чугуна и стали

Обучающая цель: ознакомить учащихся с производством чугуна и стали, изучить химические процессы при получении стали и чугуна, свойства чугуна и стали и их применение.

Развивающая цель: развитие внимания, мышления, логики, умения анализировать и делать выводы.

Воспитательная цель: воспитывать интерес к химии.

Принципы обучения: научность, связь теории с практикой, доступность, индивидуальный подход к учащемуся, активизация учебного процесса.

Методы опрос, рассказ, беседа.

Тип урока: изучение нового материала.

Средства обучения: доска, таблицы.

Ход урока

І. Организация работы группы (оглашение темы, цели, плана работы на уроке, заполнение журнала).

ІІ. Проверка домашнего задания.

Опрос по прошлой теме.

ІІІ. Актуализация опорных знаний.

Как писал французский философ А. Дюрер «благодаря истинному знанию ты будешь гораздо смелее и совершеннее в каждой работе, нежели без него», а по поговорке «знающий спасется от любой беды, невежда попадет в тысячу несчастий». А вы как считаете?

Как давно вы читали сказки? Как говорится, сказка ложь, да в ней намек. Внимательно слушаем, т.к. в ней ключик ко многим вопросам урока.

«Чугун и Сталь»

сказка Евгения Андреевича Пермяка.
  Пролилась огневой струей из жаркой печи горячая Сталь. Засверкала золотыми звездами, остыла дорогими слитками и зазналась. Перед серым Чугуном так стала себя выхвалять, что тот чуть не изоржавел со стыда.

— Я, — говорит Сталь, — нержавеющая, нетемнеющая, хитро сваренная! Как алмаз крепка, как змея гибка. Закалюсь — не отколюсь! Пилить, сверлить, резать — все могу, на все пригодна. Хочешь — булатом стану, хочешь — иглой! Мостом лягу. Рельсами побегу. Машиной заработаю. Пружиной совьюсь. А ты что, Чугун? На сковородки, на утюги только и годен. Ну да разве еще на станины второсортные да на шестерни молотильные! Не ковок, не ловок, хрупок, как лед. Не модный металл.

Говорит так Сталь, на весь цех себя славит. И самолетом-то она полетит, и кораблем-то поплывет, и чем только, чем она не станет… Даже перо писчее не забыла. Часовую стрелку и ту не пропустила. Все перебрала. Столько наговорила про себя, что в семи коробах не свезти. Но ничего лишнего не прибавила. Была в ее стальном звоне правда.

Конечно, Чугуну далеко до Стали. Только об одном ей забывать не надо бы: о том, что Чугуну она родной дочерью доводится, что она ему своей жизнью обязана…

ІV. Изучение нового материала.

Сырьем для получения железа является железные руды, основой которых могут быть оксид железа (III) (красный железняк) или феррит железа (II) Fе₃O₄ (магнитный железняк, или магнетит, от чего происходит название явления магнетизма).

Чтобы получить металлическое железо, его надо восстановить. Учитывая огромные масштабы производства железа (в мире его производится более 500 млн. т ежегодно), восстановитель должен быть доступным и достаточно дешевым. Такими свойствами обладает углерод в виде кокса.

В современной технологии используется кокс, но непосредственным восстановителем выступает, в основном, оксид углерода (II):

 Процесс восстановления проводят в специальных вертикальных печах, которые называются доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объемом (в крупных) до 5 тыс. м . Производительность доменных печей достигает 4 млн. т металла в год.

Рассмотрим основные химические реакции, протекающие в доменной печи.

При взаимодействии кокса с кислородом воздуха происходит экзотермическая реакция, которая обеспечивает энергией все другие процессы:

При этом развивается температура, выше 1600 °С, выше температуры плавления железа. Именно для интенсификации (ускорение) этой реакции подогревают воздух, который подается в домну, или обогащают его кислородом.

Далее углекислый газ восстанавливается избытком кокса:

и оксид углерода, образовавшийся восстанавливает железо.

Сталкиваясь с углеродом, жидкое железо растворяет его, в результате образуется сплав железа с достаточно большим содержанием углерода — чугун.

Основной примесью до оксидов железа в руде есть песок SiO₂. ЭТА тугоплавкая вещество остается твердым при температурах, развиваются внутри доменной печи. Чтобы превратить его в более легкоплавкую состав — шлак, в шихту вводят известняк. Происходит реакция:

Жидкий силикат кальция, образовавшегося (вместе с другими неметаллическими примесями), является жидкостью с меньшей плотностью, чем чугун. В доменной печи, таким образом, образуется два жидких слоя, что дает возможность выводить из нее поочередно жидкие чугун и шлак.

Полученный в доменном процессе чугун — твердый, но хрупкий материал, из него изготавливают детали, которые не поддаются ударам в процессе эксплуатации (маховые колеса, станины и др.).

Значительно выше потребность народного хозяйства в стали. В нее и перерабатывается основное количество производимого чугуна.

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода. В чугуне он составляет 6%, а в стали не превышает 2%. Для удаления избыточного углерода его окисляют, добавляя к чугуну железный лом (всегда ржавый) и продувая через расплавленный чугун или над ним воздух, обогащенный кислородом. Одновременно с удалением углерода в расплав вводят примеси других металлов для получения сталей различного назначения.

V. Закрепление изученного на уроке.

1.Сталь – это сплав Fe, содержащий ___________ % C

2.Сырьем для производства чугуна является:

3.Аппарат для выплавки чугуна называется

4.В производстве стали ведущей является профессия

5. Из чугуна делают

VI. Подведение итогов урока.

Объяснение домашнего задания, оценивание деятельности учащихся.

VII. Домашнее задание.

Выучить конспект. Решить задания в тетради.

9f964c7cfddbe773 — презентация онлайн

Похожие презентации:

Металлические материалы и изделия

Технологическое обеспечение металлургии

Современные технологии в черной металлургии

Чёрная металлургия

Металлургия черных и цветных металлов: исходные материалы

Чугуны. Свойства чугуна

СибГТУ. Введение. Конструкционные материалы

Строительные материалы. Металлические материалы

Основы материаловедения

Материаловедение. Производство чугуна и стали. Строение стального слитка. (Тема 4)

1. Получение чугуна

Малыгин Д. 9В

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИДЫ ЧУГУНА

• В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые
придают сплаву определенные свойства. Массовая доля углерода в
материале должна быть не менее 2,14%, иначе это будет не чугун, а сталь.
Этот элемент придает сплаву повышенную твердость, но снижает его
ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким
материалом. Из других постоянных примесей стоит выделить кремний,
марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные
присадки, которые позволяют придать сплаву дополнительные свойства. В
качестве легирующих элементов используются хром, никель, ванадий и
алюминий.
Плотность чугуна составляет 7,2 грамма на сантиметр кубический. Это
является достаточно высоким показателем для металлов и их сплавов. Чугун
отлично подходит для литья при производстве разнообразных изделий для
всех отраслей промышленности. По этому показателю он незначительно
уступает сталям некоторых марок, превосходя все остальные сплавы железа.
ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ ЧУГУНА СОСТАВЛЯЕТ 1200 ГРАДУСОВ ПО
ЦЕЛЬСИЮ, ЧТО НА 250-300 ГРАДУСОВ НИЖЕ, ЧЕМ НЕОБХОДИМО ДЛЯ
ПЛАВЛЕНИЯ СТАЛИ. ЭТО СВЯЗАНО С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ
УГЛЕРОДА И КАК СЛЕДСТВИЕ ЕГО МЕНЕЕ ТЕСНОЙ СВЯЗЬЮ С АТОМАМИ
ЖЕЛЕЗА НА МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ. ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА И
ПОСЛЕДУЮЩЕЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ВЕСЬ УГЛЕРОД НЕ УСПЕВАЕТ
ВНЕДРИТЬСЯ В СТРУКТУРНУЮ РЕШЕТКУ ЖЕЛЕЗА, ПОЭТОМУ ЧУГУН
ПОЛУЧАЕТСЯ ХРУПКИМ. ЕГО НЕ ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ПРОДУКЦИИ, КОТОРАЯ БУДЕТ ЭКСПЛУАТИРОВАТЬСЯ ПОД
ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК. ЗАТО ОН
ИДЕАЛЬНО ПОДХОДИТ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ, К КОТОРЫМ ПРЕДЪЯВЛЯЕТСЯ
ТРЕБОВАНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА

• Получение чугуна — очень материалоемкий процесс, требующий
серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около
550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от
содержания в ней железа. Обычно используется сырье с
массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более
бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала
проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на
переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах.
Лишь около 2% от всего производимого в мире материала
выплавляется в электропечи.
• Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных
этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду,
которая содержит так называемый магнитный железняк
(соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа).
Также в качестве сырья могут использоваться руды с
содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с
сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые
предназначены для создания и поддержания высокой
температуры. Кроме того продукты их горения принимают
участие в химических реакциях в качестве восстановителей
железа.
• Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в
качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться,
освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед
попаданием в доменную печь руда проходит специальную
предварительную обработку. Они измельчается при помощи
дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее
расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние
элементы, которые не содержать металла. После этого
высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах,
который позволяет удалить из соединений серу и другие
чужеродные элементы.

9. Получение стали

• Стальные изделия даже на фоне активного распространения
высокопрочных пластиков сохраняют свои позиции на рынке.
Углеродистые сплавы с разными характеристиками используются
в приборо- и автомобилестроении, строительстве и на
производствах. Уникальное сочетание упругости и прочности
делает материал выгодным с точки зрения длительной
эксплуатации. Соответственно, изделия служат дольше и дешевле
обходятся в обслуживании. Но и это не все достоинства,
которыми обладает сталь. Получение стали с применением
современных технологий позволяет наделять структуру металла и
дополнительными свойствами.
• Главная задача технолога заключается в обеспечении процесса, при котором
в заготовке уменьшается содержание углерода и всевозможных примесей,
например серы и фосфора. Основой для заготовки выступает чугун. Стоит
отметить, что печи для изготовления чугуна появились еще в средних веках,
в то время как первое получение стали было реализовано только в 1885 г., и
по сей день методы производства сплава развиваются и улучшаются.
Различия в подходах к процессу преимущественно обусловлены способом
окисления углерода. В качестве исходного материала используется литейный
чугун. Он может быть применен в твердом или расплавленном виде. Также
могут применяться железосодержащие изделия, получение которых
осуществлялось путем прямого восстановления. Практически все способы
получения стали в том или ином виде также предусматривают процесс
рафинирования от примесей. Например, конвертерная технология
обеспечивает их выдувание кислородом.

English     Русский Правила

Уровень 11 — 06 C — МЕТАЛЛУРГИЯ: Производство чугуна и стали — Основы …

Уровень 10 Уровень 12

Уровень 11

---

Выучите эти слова

13 слова 0 игнорируется

Установите флажки ниже, чтобы игнорировать/отменить игнорирование слов, затем нажмите «Сохранить» внизу.

Игнорируемые слова никогда не появятся ни в одном сеансе обучения.

Все Никто

Игнорировать?

Железосырье

ЖЕЛЕЗО ПРОИЗВОДИТСЯ ИЗ МЕТАЛЛОЛОМА И РУД, содержащих от 50% до 70% железа, руды типа гематита, магнетита, сидерита, лимонита. >>> МАГНИТНЫЙ ГЕМАТИТ ПОТРЕБЛЯЕТ ЛИМОНИТОВЫЙ СИДЕРИТ

ТОПЛИВО С ВЫСОКИМ УГЛЕРОДОМ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕПЛА И ОКИСИ УГЛЕРОДА для восстановления железной руды, топливо, получаемое путем нагревания битуминозного угля в атмосфере с ограниченным содержанием кислорода в течение нескольких часов и распыления на него воды из тушильных колонн.

Известняк

ГОРНАЯ ЧАСТЬ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ($CaCO_3$), используемая в качестве флюса для взаимодействия с расплавленным железом и удаления примесей из него в форме шлака. >

>> ФЛЮС ДЛЯ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ СМЫВАЕТ РАСПЛАВЛЕННЫЕ ПРИМЕСИ.

Доменная печь

Футерованная огнеупором печь шириной 10 м и высотой 40 м с горячими газами, поступающими снизу с высокой скоростью для восстановления железа.

Производство чугуна

БРОСЬТЕ ЗАГРУЗКУ И СДЕЛАЙТЕ ЧУГУН >>> Шихта из железной руды, кокса и известняка сбрасывается в верхнюю часть доменной печи, медленно опускаясь вниз, нагреваясь до 1650°C, подача монооксида углерода при сжигании кокса, восстановление гематита (FeO) до железа, удаление примесей, таких как кремнезем, сера, глинозем, с помощью карбоната кальция из известняка, плавление железа и сбор чугуна со дна печи .

Чугун чушковый

ЖЕЛЕЗ С ПРИМЕСЯМИ, содержащий более 5 % углерода с небольшим количеством примесей: 0,3–1,3 %Si, 0,5–2,0 %Mn, 0,1–1,0 %P и 0,02–0,08 %. — Преобразовать в чугун в вагранке или в сталь в кислородно-конвертерной печи. >

>> DIRTY IRON PIG

Сталеплавильное производство

Использует кислородную печь (конвертер), адаптацию бессемеровского процесса, и электродуговую печь для производства стали.

Основная кислородная печь

УДАЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ ЧУГУНА С ПОМОЩЬЮ ПРОДУВАНИЯ КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ НЕЕ, чугун с добавлением небольшого количества металлолома для развлечения, адаптация бессемеровского процесса, в котором воздух выжигал примеси, уменьшая углерод содержание углерода прямо пропорционально времени процесса, что позволяет довольно предсказуемо контролировать содержание углерода, процесс, используемый примерно для 70% производства стали в США >>> ЧИСТЫЙ КИСЛОРОД СЖИГАЕТ ЗАГРЯЗНЕННУЮ ГРЯЗЬ.

Электрическая дуговая печь

ПЛАВИТ ЖЕЛЕЗНЫЙ ЛОМ И ЧУГУН С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, нагревая его электрической дугой, искрящимся, смертельным, красивым явлением, создаваемым его электродами, и плавит довольно большие количества стали — от 25 [тонн] до 100 [тонн] на плавку, хитроумное изобретение, на долю которого приходится около 30% производства стали в США, отличается более высоким качеством стали и более высокой стоимостью за тонну. >

>> ELECTRIC ARK STRIKES CLEAN STEEL

Литье в слитках

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КРУПНЫХ И РАЗБОРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМ массой от 1[тонн] до 400[тонн], изготовленных путем заливки металла из кислородно-конвертерной или электропечи или печи другого типа в изложницу с большим концом вниз, пропиткой жидкий металл с добавками (Si и Al) для снижения газовой пористости

Изложница большая нижняя

Изложница большая для литья слитков, коническая изложница для легкого снятия изложницы путем подъема с табурета, изложница с рифленой внутренней поверхностью для более быстрого охлаждения металла

Непрерывное литье

ПОСТОЯННАЯ, НЕПРЕРЫВНАЯ ЛИТЬЕ МЕТАЛЛА, процесс, иногда называемый ручным литьем, более удобный метод, чем литье в слитки, поскольку он устраняет время, необходимое для ожидания затвердевания слитка, метод, который в основном вытягивает металл из промежуточного ковша, контейнер для временного хранения металла, подаваемый ковшом, в форму с водяным охлаждением, добавляя немного флюса к металлу и вытягивая его в непрерывную металлическую полосу, полосу, изогнутую и направленную в желаемом направлении, так как сталь еще горячая, прежде чем она разрезать на пластины нужной длины.

Промковш

Временный металлический резервуар в процессе непрерывной разливки.

Сталь | Состав, свойства, типы, сорта и факты

производство

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Эндрю Карнеги Генри Бессемер Сэр Уильям Сименс Джон Огастес Роблинг Чарльз М. Шваб

Похожие темы:

Дамасская сталь углеродистая сталь перлит стальная промышленность литая сталь

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

сталь , сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун). На сегодняшний день это наиболее широко используемый материал для строительства инфраструктуры и промышленности в мире, он используется для изготовления всего, от швейных иголок до нефтяных танкеров. Кроме того, инструменты, необходимые для изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали. Как показатель относительной важности этого материала, в 2013 году мировое производство необработанной стали составило около 1,6 миллиарда тонн, а производство следующего по важности технического металла, алюминия, составило около 47 миллионов тонн. (Для списка производства стали по странам,

см. ниже Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкая стоимость ее производства, формовки и обработки, изобилие двух сырьевых материалов (железная руда и лом) и беспрецедентный ассортимент механические свойства.

Свойства стали

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Посмотреть все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в его чистое состояние ненамного тверже меди. За исключением самых крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, поликристаллично, т. е. состоит из многих кристаллов, смыкающихся друг с другом на своих границах. Кристалл — это хорошо упорядоченное расположение атомов, которые лучше всего можно представить в виде сфер, соприкасающихся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые особым образом проникают друг в друга. Для железа расположение решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Важным для уникальности стали является аллотропность железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации в центре каждой из шести граней единичного куба находится один дополнительный атом железа. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК компоновке; это означает, что в ГЦК-структуре больше места, чем в ОЦК-структуре, для удержания инородных (

, т. е. сплавов) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912°C (1674°F) и от 1394°C (2541°F) до температуры плавления 1538°C (2800°F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в диапазоне более низких температур и дельта-железом в зоне более высоких температур. Между 912° и 1394°С железо находится в ГЦК-порядке, который называется аустенитным или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за немногими исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

В чистом виде железо мягкое и обычно непригодно для использования в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь — добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит), или это может быть карбид легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A–B–C представляет точки ликвидуса (90–101, т. е. 90–102 температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H–J–E–C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.