Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Отчет по практическим работам № 1-6

по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил: ________ Г.И. Гайсина

студент группы БГГ-21-01 (подпись ,дата)
Проверил: ________ Д.Е. Бугай

(подпись ,дата)
Уфа 2023

Оглавление

Практическое занятие № 1. Основы металлургического производства

Металлургия – это важнейшая отрасль промышленности и наука о получении металлов из руд.

Материалы для производства металлов и сплавов

Для осуществления металлургических процессов необходимы руда, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Руда – горная порода, из которой технически возможно и экономически целесообразно в данных конкретных условиях извлекать металлы и их соединения. Руды могут быть простыми, т.е. содержащими один металл, или полиметаллическими, содержащими несколько металлов. Помимо соединений, содержащих металл, в руде имеется еще и пустая порода, которая не содержит извлекаемых металлов или их соединений. Руды с большим содержанием пустой породы называют бедными. Бедные руды подвергают обогащению.

Флюсы – это материалы, загружаемые в плавильную печь, для взаимодействия с пустой породой и золой с образованием легкоплавкого соединения – шлака, который, как правило, должен иметь значительно меньшую плотность, меньшую температуру плавления, чем у извлекаемого металла (или его соединения) и высокую жидкотекучесть. Во время плавки шлак служит для защиты расплавленного металла от контакта его поверхности с печными газами и воздухом и для удаления вредных примесей. К основным флюсам относятся известняк и доломит. К кислым относятся породы, содержащие кремнезем.

---

В металлургических печах используют в качестве топлива кокс, природный газ, реже мазут. Важнейшим видом твердого топлива является кокс.

Огнеупорные материалы предназначены для облицовки (футеровки) рабочего пространства металлургических устройств в местах, подвергающихся действию высоких температур. Огнеупорные материалы делят на кислые, основные и нейтральные. Футеровка печи должна соответствовать загружаемому флюсу (кислый флюс – кислая футеровка, основная футеровка - основной шлак).

Производство чугуна

Чугунами называются сплавы железа с углеродом (более 2,14 % С), в которых обычно содержатся примеси кремния (до 4,3 %), марганца (до 2 %), серы (до 0,07 %) и фосфора (до 1,2 %).

Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, в том числе в виде агломерата и окатышей, кокс и флюсы. Промышленностью разрабатываются четыре основных вида железных руд: красный железняк Fe₂O₃, магнитный железняк Fe₃O₄, бурый железняк 2Fe₂O₃ 3Н₂О и Fe₂O₃ Н₂О, шпатовый железняк FeСO₃.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах, в которые загружают шихту, состоящую из железных и марганцевых руд, агломерата, окатышей, флюсов и кокса. Схема доменной печи приведена на рисунке 2.1. Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным кирпичом.

1 – лещадь; 2 – чугунная летка; 3 – заплечики; 4 – распар; 5 – шахта;

6 – колошник; 7 – засыпной аппарат; 8 – фурма; 9 – шлаковая летка; 10 – горн Рисунок 2.1 – Схема доменной печи

Важнейшим процессом, происходящим в доменной печи, является восстановление окислов железа.

Прямое восстановление железа

Под прямым восстановлением железа понимают способы получения губчатого железа, металлизованного сырья, литого железа или стали непосредственно из железнорудных материалов.

Существующие способы прямого восстановления железа в зависимости от физического состояния получаемого продукта можно разделить на три группы.

1. Получение губчатого железа и металлизованных окатышей, осуществляемое при относительно низких температурах (менее 1100 °С). При этом используются богатые, не содержащие вредных примесей руды или концентраты.

---

2. Получение крицы (слипшаяся масса губчатого железа), с одновременным с восстановлением оксидов железа, и расплавлением пустой породы с образованием шлака. При этом используются бедные руды и низкосортное твердое топливо

3. Получение жидкой стали, осуществляемое при температуре выше точки плавления железа. При этом используются богатые пылевидные руды и концентраты.

В качестве восстановителей при получении губчатого железа используют газы и газовые смеси: СО; водород; смесь СО+Н₂; твердый углерод.

Производство стали

Сущность процесса переработки чугуна в сталь сводится к снижению содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак или газы в процессе плавки. Углерод, окисляясь, удаляется из металла в виде газа СО или СО₂, другие же примеси в виде окислов переходят в шлак.

Поскольку в наибольшем количестве в чугуне содержится железо, то оно и окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильной печи: 2Fe+O₂ = 2FeO+Q (1). Одновременно с железом окисляются кремний, марганец, фосфор, сера и др. примеси.

Для ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду, окалину, так как чем больше окислов железа содержится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Второй этап – «кипение» стали начинается при повышении температуры металла, когда интенсивно окисляется углерод. Выделяющиеся пузырьки СО интенсивно перемешивают жидкий металл, вызывая «кипение» ванны.

Третий этап – раскисление стали начинается после прекращения «кипения» стали. Он необходим для удаления растворенного в расплавленном металле кислорода. Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим (реакции 6, 7, 8) и диффузионным с помощью шлака, рассматриваемым при плавке стали в электродуговой печи.

Спокойная сталь – сталь полностью раскислена в печи и ковше. Кипящая сталь раскислена в печи неполностью, ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка. Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей сталью.

Кислородный конвертер (рисунок 2.2) - это сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный внутри огнеупорным материалом. Конвертер устанавливается на цапфах, что позволяет поворачивать его вокруг горизонтальной оси при загрузке шихты и сливе стали.

---

1 - конвертер, 2 - водоохлаждаемая фурма, 3 - цапфы

Рисунок 2.2 - Схема кислородного конвертера

В кислородном конвертере выплавляют углеродистые стали и низколегированные стали. Выплавка высоколегированных сталей в кислородных конверторах имеет ряд трудностей, поэтому производство их осуществляют в электропечах.

Производство стали в электрических печах имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами выплавки стали. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлять стали и сплавы любого состава, более полно раскислять металл.



1 – съемный свод, 2 - электроды, 3 - стальной кожух, 4 - рабочее окно,

5 - механизм наклона печи, 6 - сливной желоб

Рисунок 2.3 - Схема и внешний вид электродуговой печи

По характеру футеровки дуговые электропечи могут быть основными и кислыми. В промышленной практике наибольшее распространение получили печи с основной футеровкой, так как в них возможно практически полное удаление серы и фосфора. Печи с кислой футеровкой используются, главным образом, для производства стального фасонного литья из шихтовых материалов с низким содержанием серы и фосфора, так в кислых печах нет условий для их удаления.

Индукционная тигельная плавильная печь состоит из индуктора 1 (рисунок 2.4), внутри которого находится тигель 2 с металлической шихтой. Индуктор имеет вид соленоида и выполняется из профилированной медной трубки, по которой циркулирует холодная вода. При прохождении через индуктор переменного тока промышленной или повышенной частоты создается переменное электромагнитное поле, которое наводит в металле, находящемся в тигле, вихревые токи (токи Фуко), разогревающие и расплавляющие шихту.



1 - индуктор, 2 – тигель

Рисунок 4 - Схема индукционной тигельной плавильной печи

---

По сравнению с дуговыми электропечами индукционные печи имеют ряд преимуществ: отсутствие электродов и электрической дуги дает возможность полной изоляции металла от атмосферы и в связи с этим возможность ведения плавки в специально создаваемой газовой атмосфере или в вакууме, возможность получения сталей с очень низким содержанием углерода и малым угаром элементов.


Практическое занятие № 2. Промышленные стали
Инструментальные стали

Углеродистые стали, относятся к инструментальным материалам общего назначения, применяемым для изготовления ручного режущего инструмента (скорость резания до 3 м/мин). Основные марки: У9; У10; У10А; У11А; У12А.

Низколегированные стали как и углеродистые, применяются для ручного режущего инструмента, но могут применяться и для инструмента, работающего со скоростями до 5 м/мин. Низколегированные инструментальные стали содержат до 5 % легирующих элементов, которые вводят в эти стали для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения вероятности возникновения деформаций и опасности растрескивания. Основным легирующим элементом является хром. Также добавляют марганец (1…2 %) для обеспечения минимальных изменений размеров инструментов при закалке, кремний (1…5 %), который повышает сопротивление отпуску, и вольфрам (1…5 %), увеличивающий износостойкость (ХВ4, 9ХС, ХВСГ).

Теплостойкость - способность сохранять мартенситную структуру и соответственно высокую твердость и износостойкость при длительном нагреве.

Быстрорежущие стали относятся к классу высоколегированных сталей, предназначенных для изготовления инструментов с высокой теплостойкостью (580…640 ^оС). Быстрорежущие стали обозначаются буквой «Р» - rapid, после которой стоит число, указывающее процентное содержание вольфрама. Содержание ванадия (до 2 %) и хрома (около 4 %) в марке не указывается. Стали, дополнительно легированные молибденом, кобальтом или с повышенным содержанием ванадия, содержат в маркировке буквы (М, К, Ф) и цифры, показывающие процент введенных элементов. По эксплуатационным свойствам все быстрорежущие стали делятся на стали нормальной (Р18, Р9Ф5, Р6М3) и повышенной (Р6М5К5, Р9К5, Р10К5Ф5) производительности.

Для порошковых сталей: окончание «М» - мелкая структура; окончание «ОМ» - особо мелкая структура.

Металлокерамические твердые сплавы

---

Смотрите также файлы

• Лабораторная работа 1 Обработка естественных языков.docx

• Таырып азастан Республикасыны геосаяси ауіпсіздігіне сер ететін факторлар і лтты ауіпсіздік.docx

• Содержание введение 2 1 Теоретические и методические аспекты организационного проектирования 5.docx

• Политика транспортных предприятий и изменение в характере их деятельности в условиях применения логистического подхода управления.docx

• Безопасность и профессиональная деятельность Безопасность и профессиональная деятельность тесно связаны между собой.docx