Файл: Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов.pdf

Чугун выпускают из доменных печей по 4—6 раз в сутки.

Все выплавляемые чугуны разделяют на две группы: передельные (80—90%), применяемые для производства стали, и литейные чугуны — для литья чугунных деталей и изделий.

В зависимости от состояния углерода различают несколько видов передельного чугуна: белые, серые, ковкие и высокопрочные.

2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода (до 2%), а также других примесей (марганец, кремний, фосфор, сера). Сталь обладает высокой пластичностью и вязкостью. Ее выплавляют в кон-

в сталь заключается в удалении из него излишнего количества угле­

в том, что через жидкий чугун, залитый в грушеобразный конвертор, подают дутьем воздух (при 2—2,5 am) или технически чистый кислород под давлением 4—9 am. При этом происходит окисление примесей и превращение чугуна в сталь.

Конвертор представляет собой стальной кожух, выложенный огне­ упорным материалом (рис. 127). Емкость конвертора — 25 m и более;

344

новейшие конверторы имеют емкость до 130 т. Все реакции окисления в конверторе, за исключением реакции окисления углерода, протекают

Внедрение в производство стали конверторным способом кислород­ ного дутья улучшило качество стали и приблизило его к качеству мартеновской.

Производство стали в мартеновских печах. Наиболее распространен теперь способ получения стали выплавкой ее в мартеновских печах.

Рис. 128. Схема мартеновской печи для выплавки стали:

Этот способ позволяет использовать для плавки металлический лом (скрап), дает возможность получать сталь высокого качества из чугуна различного состава.

Мартеновская печь представляет собой камеру (рис. 128), нижняя часть которой образует ванну для плавления; стенки камеры выложены из огнеупорного кирпича. В одной из боковых стенок (передней) имеются завалочные окна для загрузки мате­ риалов, а в другой (задней) — отверстие для выпуска готовой стали. Верхняя часть камеры перекрыта сводом из огнеупорного кирпича. В торцовых стенках проходят наклонные каналы, через которые в рабочую часть печи из регенераторов подается газ и воздух.

Регенераторы представляют собой камеры, в которых сделаны насадки — клетки огнеупорных кирпичей. Основными видами топлива для этих печей являются смесь доменного и коксовального газа, генераторный газ, а при отсутствии газа — мазут. Смесь горючего газа и воздуха поступает в регенераторы, подогревается до темпе­ ратуры 1000—1200° и поступает в печь. Уходящие продукты сгорания поступают на подогрев регенераторов. В мартеновской печи температура развивается до 1700°.

345

После расплавления шихты в ванне образуются жидкий металл и шлак, находя­ щийся на поверхности расплавленного металла. Шлак связывает вредные и избы­ точные примеси, выделяющиеся в виде окислов из металла, и защищает металл от непосредственного воздействия на него пламени и воздуха и предохраняет железо от выгорания.

Длительность плавки (зависит от состава шихты, требований к хи­ мическому составу стали, емкости печи) колеблется в пределах 6—15 ч. Емкость мартеновских печей составляет 185—220 т; имеются также печи емкостью 400 т.

Производство стали в электропечах. Для получения высококачест­ венных и специальных сталей чугун плавят в электроплавильных печах. Возможность получения в этих печах более высоких темпера­ тур, чем в конверторах и мартеновских печах, позволяет получать спе­ циальные стали с большим содержанием тугоплавких легирующих элементов (вольфрам).

При этом способе можно применять шихтовые материалы с вред­ ными примесями, так как в этих печах они уничтожаются. Электропечи можно в короткие сроки привести в рабочее состояние. Основными

рической дуги между металлом и угольными (графитовыми) электро­ дами, находящимися внутри печи.

Емкость таких печей 30—70 т, имеются электропечи емкостью 200 т. Для сокращения времени плавки на 20—30% и расхода электро­ энергии в электропечах применяют кислородное дутье.

Р а з л и в к а с т а л и . Из конверторов и печей сталь выпускает­ ся в разливочные ковши. Для получения фасонных отливок сталь из ковша заливается в формы, а для получения слитков, предназначенных для прокатки или поковок,— в изложницы. В настоящее время в ме­ таллургии производится непрерывный розлив стали.

3. СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Все металлы и сплавы имеют кристаллическую структуру. В метал­ лах и сплавах при высоких температурах атомы находятся в беспоря­ дочном движении, а при переходе их в твердое состояние они ориен­ тируются определенным образом в пространстве, образуя кристалли­ ческую пространственную решетку. Строение решетки и расположение в ней атомов зависит от природы металла.

Распространенными типами кристаллической решетки являются

346

- Время

Рис. 130. Кривые охлаждения чистого железа:

Критические точки перехода ж е л е з а обозначены буквой Л с индексом г (охлаждение) и индексом с (нагревание)

высокой температуре, свинец, золото, серебро. Цинк и магний кристаллизуются по гексагональной системе.

Большинство металлов обладает свойствами аллотропии, т. е. спо­ собностью одного и того же элемента при различной температуре иметь разную кристаллическую структуру.

347

Аллотропические превращения чистого железа. Железо при охлаж­ дении от жидкого состояния до температуры 15—20° претерпевает внутренние превращения, выражающиеся четырьмя критическими точками (рис. 130).

При 1540° оно кристаллизуется в виде модификации б Fe с кристаллической решеткой в объемноцентрированный куб; при 1400° б Fe переходит в у Fe модифика­ цию железа, образуя гранецентрированную кристаллическую решетку; при 910°

у Fe переходит в a Fe модификацию железа, кристаллизуясь в гранецентрированную кубическую решетку. При 768° немагнитное железо переходит в магнитное a Fe.

Модификации железа обладают различными свойствами: у Fe относительно хорошо растворяет углерод, образуя твердый раствор внедрения, который называется а у с т е н и т о м .

затвердевание есть процесс образования из жидкости кристаллов. Структура метал­ ла, образующаяся в процессе кристаллизации, зависит от характера этого процесса.

Кристаллизация начинается у поверхности слитка, соприкасающегося с фор­ мой. Кристаллы образуются вокруг центров кристаллизации (зародыши кристал­ лов). К этим центрам начинают присоединяться все новые атомы, которые, распола­ гаясь в пространственной решетке, образуют правильные кристаллы (рис. 131). Кристаллы быстрее растут в направлении своих главных кристаллических осей. При свободном развитии кристаллы приобретают древовидную или так называемую дендритную форму.

По мере роста кристаллы соприкасаются гранями между собой. При этом рост кристаллов сдерживается соседними, и они теряют свою правильную форму и разви­ ваются теми гранями, которые окружены не закристаллизовавшимся еще металлом. В результате образуются кристаллы с неправильными внешними очертаниями.

Процесс кристаллизации заканчивается на границах отдельных кристаллов, и в этом пространстве образуются микроскопические пустоты от усадки.

348