Презентация по химии Сплавы железа. Производство чугуна и стали

Сплавы железа и их применение. Производство чугуна и стали. Развитие черной и цветной металлургии в Казахстане. Черная металлургия Сплавы железа – металлические системы, основным компонентом которых является железо Доменная печь Производство чугуна Чугун — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (до 4,5%) Свойства чугуна Самый дешевый металлический материал, обладает хорошими литейными свойствами, износостойкостью, способностью гасить вибрации. Хрупкий и жирный на ощупь. Различают передельный, литейный и легированный чугун. Легированный чугун отличается жаростойкостью и коррозионной стойкостью. 1. Сталь – это сплав железа Fe с углеродом С, где углерода менее 2,14% Чугун – это сплав железа Fe с углеродом С, где углерода более 2,14% 2. Исходными материалами для получения чугуна являются……. Железная руда и кокс Сталь. Производство стали. Сталь — сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода (при большем количестве углерода образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность.Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45% железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами(легированная, высоколегированная сталь). Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей — фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. В зависимости от способа окисления углерода существуют различные способы переработки чугуна на сталь: конверторный, мартеновский и электротермический, причем мартеновский способ выплавки стали не выдерживает конкуренции, обострившейся на мировых рынках после 2008 г. Подавляющее большинство стальной продукции в мире производится конвертерным способом. Получают из чугуна и железного лома. Основные химические реакции: Окисление примесей: 2С +О₂ = 2СО Si+O₂ = SiO₂ Взаимодействие примесей с оксидом железа: Mn + FeO = Fe + MnO 2Р + 5FeO = 5Fe + P₂O₅ Удаление образовавшихся оксидов: СаО +SiO₂ = CaSiO₃ Кислородно-конверторный способ Производство стали в электропечах Первые сведения о чугуне относятся к 6 веку до нашей эры. Чугун был известен и античным металлургам 4-5 веков до нашей эры. У мистической алхимии металлургия заимствовала немало методов3-4 вв. нашей эры В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% Р(фосфора), с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. В Китае выплавляли металл в закрытых тиглях 63 г. нашей эры Производство чугуна в Китае Производство чугуна в Западной Европе началось в 14 веке с появлением первых доменных печей для выплавки чугуна из руд. Полученный чугун использовали для передела в сталь в кричном горне, для изготовления оружия (пушки, ядра) и различных строительных деталей Производство чугуна в России началось в 16 веке; при Петре I Россия по выпуску чугуна превзошла все страны, но через столетие вновь отстала от западно-европейских стран. Появление во второй половине 18 века вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т.е. положило начало чугунолитейному производству Чугун как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами. В 19 - 20 веках более массивное, чем бронзовое, но и более дешёвое чугунное литьё применяется так же широко, как и бронзовое. С конца 18 века чугунное литье находит широкое применение в архитектуре. Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 века, справедливо называемым «веком Чугуна». Широкое распространение чугуна в промышленности обусловлено оптимальным сочетанием различных свойств: технологических (литейных, обрабатываемости резанием); эксплуатационных (механических и специальных); технико-экономических показателей. Классификация и свойства чугуна Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на: передельный чугун, используемый для передела в сталь; литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве. Зеркальный чугунДо 70-х гг. 20 века в доменных печах иногда выплавляли так называемый зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают природнолегированные чугуны. Классификация чугуна с различной формой графита производится по ГОСТ 3443-77. Классификация чугунав зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома: серый, белый, половинчатый (или отбелённый)в зависимости от формы включений графита: с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; в зависимости от назначения: конструкционный и со специальными свойствами; по химическому составу: легированные и нелегированные. Классификация чугуна по состоянию углерода - свободный или связанный; по форме включений графита - пластинчатый, вермикулярный, шаровидный, хлопьевидный; по типу структуры металлической основы (матрицы) - ферритный, перлитный; чугуны со смешанной структурой: феррито-перлитные, перлитно-цементитные; по химическому составу - нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения). В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe3C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения. Структура чугуна Процесс графитизации (выделение углерода в структурно-свободном виде), от него зависит не только количество, форма и распределение графита в структуре, но и вид металлической основы (матрицы) чугуна. В зависимости от степени графитизации матрица может быть перлитно-цементитной (П - Ц), перлитной (П), перлитно-ферритной (П - Ф), ферритной (Ф). В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. Белый чугун получают путем кристаллизации из жидкого сплава при быстром охлаждении. Представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит), который придает чугуну бело-матовый цвет. Структура белого чугуна При переохлаждении жидкого чугуна ниже 1147ОС образуется цементит. Если при эвтектической кристаллизации выделяется (ГОСТ 1412 -85) только цементит - то чугун называют б е л ы м. Белый чугунв котором весь углерод (2,0...3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали. Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).