Содержание

  [убрать] 

• 1 Этимология

• 2 История

• 3 Описание и процессы

• 4 Фундамент печи

• 5 Горн доменной печи

• 6 Чугунная лётка

• 7 Воздухонагреватели

• 8 См. также

• 9 Примечания

• 10 Литература и источники

• 11 Ссылки

Этимология[править | править вики-текст]

Слово «домна» образовано от старославянского «дмение» — дутьё. На других языках: англ. blast furnace — дутьевая печь, нем. Hochofen — высокая печь, фр. haut fourneau — высокая печь.

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов «домница» и «доменная печь»: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слова «сырое», то есть неподогретое дутьё) железа, а в доменной печи — жидкий чугун.

История[править | править вики-текст]

Первые доменные печи появились в Европе в середине XIV века, в России — около 1630 года^[1].

11 сентября 1828 г. Джеймс Бомон Нилсон получил патент на использование горячего дутья (британский патент №5701)^[2] и в 1829 г. осуществил нагрев дутья на заводе Клайд в Шотландии. Использование в доменной печи нагретого только до 150°С дутья вместо холодного привело к снижению удельного расхода каменного угля, применяемого в доменной плавке, на 36 %. 19 мая 1857 года Э. А. Каупер запатентовал воздухонагреватели(британский патент №1404)^[3], также называемые регенераторами или кауперами, для доменного производства, позволяющие сэкономить значительные количества кокса.

Описание и процессы[править | править вики-текст]

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихтыосуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ —монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

Доменная печь в Сестао(Испания)

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

Диоксид углерода, покидая зону, обогащенную кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

Поднимаясь вверх монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную летку одновременно. Разделение чугуна ишлака происходит уже вне доменной печи — в желобе, при помощи разделительной плиты. Отделенный от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа и вывозится либо в сталеплавильный цех, либо в разливочные машины.

Фундамент печи[править | править вики-текст]

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух). Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи[править | править вики-текст]

Горн доменной печи - нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая ( иногда цилиндрическая) по наружной форме. Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100-1400 °С, обогащенного кислородом до 23-25%, воздуха. Горн доменной печи - наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т. и больше расплавленных продуктов плавки - чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9-12 тыс. т. Давление горновых газов составляет 0.4-0.5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700-2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна - кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка[править | править вики-текст]

Это канал прямоугольной формы шириной 250-300 мм с высотой 450-500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600-1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000-3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50-60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки входит и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200-5500 м3) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции: 1) открытие чугунной лётки (в необходимых случаях и шлаковой); 2) обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака; 3) закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой); 4) ремонт лётки и желобов.

Воздухонагреватели[править | править вики-текст]

Основная статья: Доменный воздухонагреватель

Воздухонагреватели сооружаются при домнах с момента изобретения Э. А. Каупера, т.е. с 1857 года. Воздухонагреватели имеют вид больших башен, расположенных рядом с домной. Из домны по трубе — газоотводу — в воздухонагреватель поступает горячий колошниковый газ, который в специальной камере внутри воздухонагревателя смешивается с поступающим по другой трубе воздухом и сгорает. Образующийся ещё более горячий газ проходит через насадку — сложенную из кирпичей колонну с зазором между ними для прохода газа. Этот газ нагревает насадку и выводится из воздухонагревателя через третью трубу. Когда насадка нагреется до необходимой температуры, в воздухонагреватель пускают обычный, ненагретый, воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры свыше 1000 °С и далее идёт в домну для выплавки чугуна. Насадка при этом постепенно охлаждается, и когда она достаточно охладится, её снова разогревают сжиганием колошникового газа. Отсюда видно, что процесс нагрева воздуха для домны не является непрерывным, а поскольку выплавка чугуна в домне идёт постоянно, при ней сооружают несколько воздухонагревателей — пока один из них работает на нагрев насадки колошниковым газом из домны, другой работает на нагрев насадкой воздуха для домны^[4].

34.Классификация сталей. Строительные стали низколегированные и легированные.

Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04...2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси - кремний и марганец, а также вредные -фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05...0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25...0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %). С повышением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента - цементита.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали содержат углерода не более 0,65 %. Их применяют для изготовления арматуры железобетонных конструкций. Используемые в строительстве конструкционные углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б, В, учитывающие условия поставки. Сталь группы А поставляют потребителям по механическим свойствам: пределам прочности и текучести, относительному удлинению, способности к изгибу в холодном состоянии. В стали группы Б нормируют химический состав, а группы В - одновременно химический состав и механические свойства.

Маркировка сталей. Каждая группа включает несколько марок стали - от СтО до Стб. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность. Сталь марок от Ст1 до Ст4 выпускают кипящей, полуспокойной, спокойной, марок Ст5 и Стб - полуспокойной и спокойной. Указание о степени раскисления делают в-виде индекса: кп - кипящая, пс -полуспокойная, сп - спокойная. Стали марок СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс содержат повышенное количество марганца, на что указывает буква Г. СтО содержит углерода не более 0,23 %, СтЗ - от 0,14 до 0,22 %, а Стб - от 0,38 до 0,49 %.

 

 

Сталь группы Б изготовляют тех же марок, что и сталь группы А, но в начале обозначения марки вводят букву Б, например сталь БСт1кп. Для сталей группы А букву впереди марки не ставят.

В обозначении марок сталей всех групп вводят также цифры от 1 до 6, характеризующие категорию стали. Категория определяется совокупностью механических свойств стали либо особенностями ее химического состава. Цифру 1 в сталях первой категории не указывают.

Примеры обозначения марок стали: СтЗкп - группа А, сталь 3, кипящая, категория 1; БСт2пс2 - группа Б, сталь 2, полуспокойная, категория 2; ВСт2спЗ - группа В, сталь 2, спокойная, категория 3.

В строительстве используют стали всех групп. Наиболее пластичные Ст1 и Ст2 применяют в конструкциях резервуаров, трубопроводах, для заклепок. Из СтЗ, Ст4 и Ст5 изготовляют строительные конструкции, а также арматуру для железобетона. В большом количестве углеродистая сталь обыкновенного качества расходуется на изготовление листового, круглого, швеллерного, двутаврового проката.

Легированные стали, кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1 %.

Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образуют с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит Fe3C, хрупкими и твердыми веществами. В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей.

Стали, применяемые для изготовления арматуры железобетонных конструкций, содержат в качестве легирующих элементов чаще всего марганец, кремний, хром. Марганец и кремний увеличивают прочность легированной стали, но снижают ее ударную вязкость. Хром и никель повышают не только прочность, но и ударную вязкость. Практически все легирующие элементы улучшают термическую обрабатываемость сталей.

По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь.

По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

В строительстве наиболее часто применяют низколегированные (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5 %) конструкционные стали. Их подразделяют на стали для металлоконструкций и стали для армирования железобетонных конструкций.

Для обозначения марок легированной стали по ГОСТу используют буквенно-цифровую систему. В начале обозначения приводят цифры, указывающие содержание углерода в сотых долях процента. Далее ставят буквы, обозначающие легирующий элемент: Ю - алюминий, Р - бор, Ф - ванадий, В - вольфрам, С - кремний, Г - марганец, Д - медь, М - молибден, Н -никель, Т - титан, X - хром, Ц - цирконий. Наконец, цифра, стоящая за буквами, указывает содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1 %, то цифру не ставят. При содержании I ...1,5 % ставят цифру 1, свыше 1,5 до 2 % - цифру 2.

Например, марка стали 20ХГ2С означает: легированная сталь с содержанием углерода 0,20 %, хрома - менее 1 %, марганца - 2 %, кремния - менее 1 %.

Сталь для металлических конструкций обладает высокими пластичностью и ударной вязкостью, причем эти свойства незначительно ухудшаются при отрицательных температурах (до -40...50 °С). Основная характеристика такой стали - предел текучести - составляет в среднем 350 МПа, в то время как у углеродистой стали он равен 225 МПа. Низколегированные строительные стали весьма пластичны: относительное удлинение в них достигает 18...20 %. Для изготовления металлоконструкций чаще всего применяют стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 10Г2СД,09Г2, 14Г2.

Сталь для армирования лселезобетонных конструкций должна обладать хорошей свариваемостью, высокой прочностью и быть достаточно пластичной. Этим условиям отвечают легированные стали марок ЮГТ, 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц, 80С, 23Х2Г2Т и 20Х2Г2СР.

35.Цветные металлы и сплавы.

Цветные металлы и сплавы, их свойства и назначение

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами.

Сплавы на магниевой основе отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием. Они нашли широкое применение в машиностроении и в частности в авиастроении.

Техническая медь, содержащая не более 0,1 % примесей, применяется для различных видов проводников тока.

Медные сплавы по химическому составу классифицируются на латуни и бронзы. В свою очередь латуни по химическому составу подразделяются на простые, легированные только цинком, и специальные, которые, помимо цинка, содержат в качестве легирующих элементов свинец, олово, никель, марганец.

Бронзы также подразделяются на оловянные и безоловянные. Безоловянные бронзыимеют высокую прочность, хорошие антикоррозионные и антифрикционные свойства.

В металлургии широко используется магний, с помощью которого осуществляют раскисление и обессеривание неко

торых металлов и сплавов, модифицируют серый чугун с целью получения графита шаровидной формы, производят трудно восстанавливаемые металлы (например, титан), смеси порошка магния с окислителями служат для изготовления осветительных и зажигательных ракет в реактивной технике и пиротехнике. Свойства магния значительно улучшаются за счет легирования. Алюминий и цинк с массовой долей до 7 % повышают его механические свойства, марганец улучшает его сопротивление коррозии и свариваемость, цирконий, введенный в сплав вместе с цинком, измельчает зерно (в структуре сплава), повышает механические свойства и сопротивление коррозии.

Из магниевых сплавов изготавливают фасонные отливки, а также полуфабрикаты – листы, плиты, прутки, профили, трубы, проволоки. Промышленный магний получают электролитическим способом из магнезита, доломита, карналлита, морской воды и отходов различного производства по схеме получение чистых безводных солей магния, электролиз этих солей в расплавленном состоянии и рафинирование магния В природе мощные скопления образуют карбонаты магния – магнезит и доломит, а также карналлиты.

В пищевой промышленности широко применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов – для обертки кондитерских и молочных изделий, а также в больших количествах используется алюминиевая посуда (пищеварочные котлы, поддоны, ванны и т. д.).