ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.11.2019
Просмотров: 2949
Скачиваний: 5
6. Роль энергетики в промышленности.
Все технологические процессы в промышленности связаны с затратой или выделением энергии или со взаимным превращением одного вида энергии в другой. Наиболее широкое применение в промышленности имеют электрическая, тепловая, ядерная, химическая энергии. Электроэнергия потребляется наиболее широко. Источниками электроэнергии являются: энергия воды (ГРЭС, ГЭС), превращение тепловой энергии в механическую и затем в электрическую (ТЭЦ), превращение тепловой энергии ядерных реакций в механическую, затем в электрическую (АЭС), превращение энергии ветра в механическую и электрическую (ВЭС).
Удельный вес электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями составляет 20%. В последние годы наблюдается тенденция к снижению доли ГЭС.
Самые мощные ГЭС находятся в США, Бразилии, России и Венесуэле. Мощность одной гидроэлектростанции Итайку (Бразилия) составляет 12,6 млн. квт. В России мощность ГЭС Ангаро-Енисейского каскада (ГЭС) составляет 21,2 млн. квт.
Атомные электростанции занимают все большее место в получении электроэнергии. Общая мощность 445 ядерных реакторов, установленных в 33 странах, составляет 2200 млн. квт., в настоящее время ведется строительство еще 80 реакторов (Япония, Франция, Германия, Корея). По прогнозам, к 2000 году доля электроэнергии, вырабатываемой АЭС, будет равна электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями. В Украине функционирует 5 АЭС, на которых установлено 14 энергоблоков: Запорожская (5 млн. квт.), Чернобыльская (4 млн.квт.), Хмельницкая и Южно-украинская (по 2 млн.квт.) и Ровенская(0,818 млн.квт.). Общая установленная мощность составляет около 14 млн.квт.(45% общей мощности).
Ветроэнергетика получила широкое распространение в мире. Некоторые государства успешно используют исключительно ветроэлектроэнергию (Израиль). Разработанные конструкции ветротурбин обладают большой мощностью (от 100 до 1000 квт.), эффективно работают при скоростях ветра от 5 до 25м/сек. При этом обеспечивается постоянство скорости вращения лопастей (за счет автоматического изменения их угла разворота к ветру). Такие ветростанции успешно работают в Крыму в районе Евпатории, на юге Донбасса и в других местах.
Разработанная и утвержденная правительством программа развития ветроэнергетики позволит успешно решить энергетические проблемы Украины.
Тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, применяется для отопления, а также выполнения некоторых технологических процессов (выпарка, сушка, перегонка и т.д.)
Химическая энергия, выделяющаяся в процессе некоторых химических реакций, служит ценным источником теплоты и применяется в ряде случаев для преобразования в электрическую энергию (например, в гальванических элементах аккумуляторов).
Тема 6. Металлургия
План
1.Общие сведения о металлах.
2. Производство черных металлов.
2.1. Производство чугуна, его свойства и область применения.
2.2. Производство стали, её свойства, общая схема производства и применение.
2.2.1. Производство стали в мартеновских печах: сырье, технологический процесс, экологические и энергетические особенности.
2.2.2. Конверторный способ производства стали: технологический процесс, преимущества и недостатки, качество стали
2.2.3. Производство стали в электропечах.
3. Классификация стали по химическому составу, назначению и качеству.
1. Общие сведения о металлах.
Металлы и их сплавы находят самое широкое применение во всех сферах жизнедеятельности человека. На производстве, в быту, в медицине, в сельскохозяйственном производстве металлы встречаются повсеместно.
Наиболее широко применяются черные металлы, т.е. сплавы железа с углеродом и другими элементами (кремний, марганец, сера, фосфор и др.). Черные металлы делятся в зависимости от содержания в них углерода на два больших класса.
Если содержание углерода в сплаве не превышает 2,14 процента, то такой сплав обладает достаточной пластичностью и называется сталью. Практически же предельное содержание углерода в стали составляет 1,3%. Большее содержание углерода ухудшает пластические свойства стали и делает ее непригодной для ковки.
При увеличении содержания углерода выше 2,14% последний не полностью растворяется в железе и находится между зернами в свободном (пластинчатом или шаровидном) состоянии. При этом сплав теряет пластические свойства - его называют чугун.
2. Производство черных металлов.
2.1. Производство чугуна, его свойства и область применения.
Железоуглеродистые сплавы делятся на стали(с содержанием углерода менее 2,14%) и чугуны(более 2,14% углерода).
Чугуны отличаются большей твердостью, хрупкостью, хорошо льются, плохо обрабатываются резанием, не поддаются обработке давлением. Чугуны выплавляются из железных руд(оксидов железа) в доменных печах - домнах. С этой целью руду после магнитного обогащения, агломерации(спекания) и окатывания(окускования), смешивают с флюсом(известняком, служащим для вывода примесей при плавке) и коксом и подают в домну.
Сущность доменного процесса состоит в восстановлении железа из оксидов руды, науглероживании железа, соединения пустой породы с флюсом и слива её в виде шлака, получения слива чугуна.
Чугуны подразделяются на: передельные(около 80% выхода) - идут на переплавку в сталь; литейные(20%) - используются для производства отливок; и специальные.
По назначению:
1. серые - с высокими механическими свойствами, применяются для производства станин станков и другого оборудования, зубчатых колёс, корпусов и т.п. Маркируются СЧ - число, показывающее предел прочности на разрыв;
2. ковкие - с лучшими механическими свойствами; для изготовления деталей сельскохозяйственных машин, тракторов; обозначаются: КЧ - число, показывающее предел прочности на разрыв, второе число - относительное удлинение, например КЧ 30-5;
3. высокопрочные - с добавлением различных присадок - модификаторов – марганец, что повышает их прочность и качество; маркируются ВЧ 20-5;
4. спецчугуны, легированные другими металлами.
Чугуны широко экспортируются в среднем 166230 т в месяц.
Продуктом доменного производства являются и ферросплавы - сплавы железа с кремнием, хромом и другими металлами, используемые в дальнейшем для легирования сталей в процессе их выплавки.
2.2. Производство стали, её свойства, общая схема производства и применение.
Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие механические и технологические свойства, обрабатывается давлением, резанием, льётся, является основным видом конструкционных материалов.
В последние годы производство стали снизилось примерно на 50%. В 1995 г. - несколько возросло, что связано с ростом экспорта.
Исходные материалы для производства стали: металлолом, передельный чугун, скрап - отходы металлургического производства. В промышленно развитых странах скрап(металлолом) пользуется большим спросом, чем чугун, так как при переплавке он экологически менее вреден.
Задача плавки при получении стали состоит в удалении углерода и примесей(фосфора, серы, кремния и др.).
3 этапа выплавки стали:
1. расплавляется шихта, под воздействием вдуваемого кислорода и содержащей кислород руды окисляются и всплывают примеси в виде шлака;
2. углерод окисляется кислородом и удаляется с поверхности расплава - сталь как бы кипит;
3. так как при продувке часть кислорода соединилась с железом, производится раскисление стали(удаление кислорода) путём ввода ферромарганца, ферросилиция, ферроалюминия. Раскисленная сталь при разливке не кипит и обозначается маркировкой СП, что означает(спокойная); нераскисленная сталь называется кипящей и обозначается КП; сталь, раскисленная в процессе выплавки одним раскислителем обозначается ПС -(полуспокойная).
2.2.1. Производство стали в мартеновских печах: сырье, технологический процесс, экологические и энергетические особенности.
Наиболее древний вид получения - с помощью мартеновских печей, в печке находится плавильное пространство, которое заполняется чугуном или металлоломом, через переключатель поступает кислород метал под температурой плавится, дым уходит, горячий газ выходит через блок в виде спирали с огнеупорными кирпичами, через который потом проходит другой газ, нагреваясь.
Сейчас в некоторых странах от этого способа уже отказались, у нас же ещё активно используются. Мартеновская печь представляет собой пламенную печь, в которой над плавильным пространством достигается необходимая температура за счёт сгорания газа, предварительно нагретого в регенераторах (теплообменниках). Через регенераторы попеременно пропускается отработанный газ, который их нагревает, и газ, направляемый в печь, то есть используется тепло сгоревших газов. Предварительный нагрев дает возможность получить необходимую температуру Недостатки требует затрат на энергоресурсы, сжигание загрязняет атмосферу, производительность конверторов более высокая, поэтому в Японии, Англии, Германии мартены заменены конверторами В 2002 году выплавка Мартеновской стали составила 24%
Недостаток мартеновского способа выплавки стали состоит в том, что: 1) он требует затрат на энергоресурсы; 2) сжигание газа загрязняет атмосферу; 3) производительность конверторов для выплавки стали более высокая. Поэтому в Японии, Англии, Германии мартены заменены конверторами. В России произведены работы по модернизации мартенов, однако проблема их замены остаётся: в 1996 г. выплавка стали в мартенах составила 38%.
2.2.2. Конверторный способ производства стали: технологический процесс, преимущества и недостатки, качество стали.
Конвертеры - сосуда из кирпича, куда заливается расплавленный чугун, туда вставляется труба, откуда исходит кислород, что по мере сгорания выводит углерод из чугуна Сущность кислородно-конверторного способа состоит в окислении в расплавленном и запитом в конвертер - сосуд грушевидной форме, чугуне с проливаемым через него кислородом или смесью с кислородом, температура плавки получается за счет сгорания углерода-чугуна Отличается высокой производительностью, лучшими экологическими свойствами, так как не используется топливо, требует меньше капиталовложений, но сталь получается несколько хуже В 2002 году-61% выпуска стали через конверторы
2.2.3. Производство стали в электропечах.
Плавка стали происходит в печах, нагреваемых электрическим током, печи подразделяются на электродуговые, где плавка происходит за счёт электрической дуги, возникающей между шихтой и графитовыми электродами, и индукционные, где плавка осуществляется нагревом шихты вихревыми токами Преимущества - быстрая нагреваемость, контролируемость процесса, возможность создания вакуума или определенной газовой среды, получают сталь высокого качества и заданной рецептуры, так как исключаются примеси, в 2002 году -15 % выпуска.
3. Классификация стали по химическому составу, назначению и качеству.
Стали подразделяются:
1. по способу производства: на конверторную, мартеновскую, электросталь и сталь, полученную прямым восстановлением из руды;
2. по способу изготовления изделий: на литую, кованую, катаную (прокат), штампованную и т.д.;
3. по химическому составу: на углеродистую и легированную;
4. по назначению: на строительную, конструкционную, инструментальную и специального назначения: жаропрочную, нержавеющую, шарикоподшипниковую и т.д.
Основой товарной классификации является её химический состав. Кроме того, учитывается и ряд других признаков.
По качеству углеродистые стали делятся на: стали обыкновенного качества и качественные.
Углеродистая сталь обыкновенного качества: свойства, маркировка, применение.
Углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на группы:
А - поставляются по механическим свойствам, это значит, что в сертификате указываются прочность стали на растяжение и другие механические качества(свойства); Б - поставляется по химическому составу; В - поставляется по механическим свойствам и химическому составу.
Углеродистые стали маркируются: буква Б или В(А опускается), сочетание букв Ст. и номер группы (например, 3), далее раскисление (КП, СП):(Б Ст.3 КП). Номер группы не обозначает содержание углерода, а только номер, согласно ГОСТа; номер группы от 0 до 6 для сталей групп А и Б, и от 0 до 5 для группы В. Соответствие свойств и химических составов определяется ГОСТами.
Качественные углеродистые стали: свойства, маркировка, применение.
Качественные углеродистые стали обладают более высокими механическими свойствами, так как в них содержится меньше примесей: они на 10-15% дороже. Из качественных сталей производят прокат, сортовую сталь и т.д. Она хорошо обрабатывается всеми видами обработки. Марка стали обозначается: Сталь 45 СП (сталь, затем процентное содержание углерода в сотых долях процентов и метод раскисления, 0,45% углерода в стали этой марке). Выпускаются стали 22-х марок. В ней гарантируются химический состав, макро и микроструктура и механические свойства. Наиболее часто употребляются Сталь45 и Сталь20.
Инструментальная углеродистая сталь: свойства, маркировка, применение.
Инструментальная углеродистая сталь применяется для изготовления инструментов, маркируется буквой У и числом, показывающим десятые доли процента содержания углерода (например, сталь марки У8 содержит 0,8% углерода). Отличается более высоким содержанием углерода, низким содержанием примесей, что обозначается буквой А в конце марки стали. Выпускаются стали семи марок от У8 до У13, аналогично высококачественные от У8А до У13А.
Легированные стали: классификация, свойства, маркировка, применение. Нержавеющие стали.
Называются стали, в которую вводят одну или несколько добавок для получения заданных свойств Названия легирующих элементов определяет название стали - хромистая, хромо-марганцевая и т д Добавкой хрома или никеля получают нержавеющие стали, добавкой вольфрама - жаростойкие Основные элементы:
-хром повышает антикоррозионность стали, свыше 10% сталь становится нержавеющей никель придает коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность.
- вольфрам повышает твердость, красностойкость (сохранение свойств при нагревании) Часто применяют кремний, марганец, в небольших количествах - титан, ванадий и другие металлы В обозначение марки входит одна или две цифры, обозначающие содержание углерода в десятых или сотых долях процента, затем буквы русского алфавита, показывающего сталь, затем цифры, показывающие содержание металла в процентов, если содержание меньше 1,5%, цифра не указывается Пример 15Н2М-0,15% углерода, 2% никеля, менее 1,5% молибдена В сталях специального применения в начале ставят букву применения А - автоматные (для станков, автоматов), Ш - шарикоподшипниковые, Р -быстрорежущие (для режущих инструментов)
Обозначение легирующих элементов: Х -хром, В - вольфрам Н - никель Г – марганец М - молибден Ф - ванадий С - кремний К – кобальт Т - титан П - фосфор Ю - алюминий Р – бор А -азот Б - ниобий Д - медь Е – селен Ц – цирконий