лабораторная работа №3

Лабораторная работа 3.
Ознакомление с образцами материалов и продуктов черной металлургии.
Цель работы: ознакомление с внешним видом, свойствами и назначением
материалов и продуктов черной металлургии.
Оборудование и материалы: коллекция с образцами материалов и продуктов
черной металлургии.
3.1. Теоретическое введение
Металлы - главных конструкционный материал, который используют для
изготовления машин и механизмов.
Металлы из-за их большой химической активности в природе находятся в виде
химических соединении - оксидных, сернистых, углекислых и других, входящих в состав
различных минеральных пород. Исключение составляют химически стойкие самородные
металлы: золото, платина, серебро, реже - медь.
Получение металлов из руд называется металлургическим процессом. Схематически
производство металлов из руд можно разбить на два этапа: отделение минерала,
содержащего металл, от пустой породы; разложение рудных минералов с целью
извлечения металла. Второй этап предполагает обязательное химическое воздействие на
минералы различными способами: пирометаллургический, гидрометаллургический,
электрометаллургический и др.
Получение стали - процесс двухступенчатый, вначале получается чугун, а затем 8085% его перерабатывается в сталь, а остальной чугун идет для производства литья. Для
литейного производства используются материалы и сырье, изучению которых и
посвящена данная работа.
Сырьем для выплавки чугуна служат железные руды - это природное минеральное
сырье, из которого экономически целесообразно извлекать металл промышленными
способами. Железо в рудах в основном содержится в виде окислов, реже в виде карбоната
FеСо3 К наиболее богатым относятся железные руды, содержащие 40-60% железа.
В черной металлургии применяют различные виды железных руд, различающихся
по химическому составу рудного материала.
Образец №1: магнитный железняк (магнетит) или FеO-Fе (магнитная окись).
Содержит 50-60% Fе. Это наиболее богатые железные руды, они могут служить в
качестве дополнительного сырья при производстве стали. Залежи магнетита
разрабатываются в Соколовском, Курском и др. месторождениях.
Образец №2: красный железняк (гематит), содержит 50-70% Fе в виде безводной
окиси Fе2О3 Это богатые руды, содержащие наибольшее количество фосфора и серы.
Наиболее крупные залежи этой руды находятся в Кривом Роге, Курской магнитной
аномалии и др. Пустая порода - кремнеземистая.
Образец №3: бурый железняк (лимонит) содержит 25-50% Fе в виде гидроокиси
2Fе2О3-Н2О (лимонит) и Fе2О3-Н2О (гетит). Это бедные руды, загрязненные мышьяком и
фосфором. Пустая порода - глинистая или кремнеземисто-глиноземистая. Бурые
железняки предварительно обогащают. Крупные месторождения бурого железняка Керченское, Лисаковское и др.
Образец №4: железный шпат или шпатовый железняк (сидерит) - бедная руда,
содержащая 30-40% Fе в виде карбоната FеСо3. Эта руда легко восстанавливается,
содержит мало серы и фосфора. Является сырьем для выплавки чугуна. Основные
месторождения - Криворожское, Байкальское и др.
Образец №5: кокс. В металлургической промышленности используют естественное
(природное) и искусственное топливо в твердом, жидком и газообразном состоянии.
1
Качество топлива характеризуется его теплотворностью - количеством тепла,
выделяющегося при полном сгорании массы топлива. Качество топлива зависит также от
его зольности, содержания вредных примесей и др.
В металлургии в основном используют кокс, мазут и газы (природный, доменный и
коксовый).
Кокс - пористый продукт спекания коксующихся углей, получаемых при удалении
из них летучих веществ. Процесс спекания ведется в течение 15-18 часов при температуре
950-1000°С без доступа воздуха в специальных коксовальных печах.
В среднем кокс содержит 85-90% углерода, 0,5-2% серы, до 0,2% фосфора, до 1,25%
летучих веществ, до 10-13% золы и до 4-6% влаги. Качество кокса тем выше, чем больше
в нем углерода и меньше золы, серы и летучих веществ.
Кокс служит не только для обеспечения нагрева печного пространства до
необходимой температуры, но и обеспечивает восстановление оксидов железа, являясь
источником оксида углерода.
Достоинства кокса: высокая прочность, теплота сгорания (27,2-31,4 МДж/кг),
хорошая газопроницаемость, малая зольность и др. Недостатки - это дорогое и
дефицитное топливо. В качестве топлива кокс широко применяется при производстве
чугуна, в литейном производстве при агломерации в цветной металлургии и т.д.
Образец № 6: известняк - играет в доменной печи роль флюсов, его часто называют
доломитизированным известняком.
Флюсы - это материалы, образующие с пустой породой легкоплавкие соединения
эвтектического типа, и обеспечивающие плавку пустой породы при необходимой
температуре с последующим удалением из расплава пустой породы руды или
концентрата, а также вредных примесей.
Флюсы подразделяют на кислые (содержат преимущественно SiO2, Р2О5) и основные
(преобладают CaO, МgО и др). В качестве кислых флюсов применяют кварцевый песок,
плавиковый шпат. Известняк же, а также доломит применяют в качестве основных
флюсов. В основном процессе при помощи флюсов удаляют серу и фосфор
FеS+СаО=FеО+СаS
Р25+4СаО=(СаО)4- Р2О5
Образовавшиеся прочные соединения серы и фосфора переходят в шлак.
Образец №7: серым чугуном называют сплав железа с углеродом (до 4,3%). В сером
чугуне весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии - в виде
графита, графит придает излому отливки светло-серый или темно-серый цвет. Графит в
сером чугуне содержится в виде пластинок различной степени завихренности и толщины.
В сплаве содержится также (1,2 - 2,5)% кремния и примеси Мn, S и Р. Кремний
ускоряет графитизацию, оказывает большое влияние на структуру и свойства чугуна.
Серый чугун обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается, менее
хрупок, чем белый чугун. Обладает способностью поглощать вибрации, высоким
сопротивлением разрушению под действием сжимающих нагрузок, что дает возможность
широкого его применения для получения самых различных отливок - от художественного
литья до массивных станин мощных станков.
Чем больше графита и чем крупнее включения, тем ниже механические
характеристики, снижается пластичность при растяжении, излом грубозернистый.
Графит играет роль смазки и обусловливает хорошие антифрикционные свойства
чугуна, улучшает обрабатываемость резанием.
По структуре металлической основы серые чугуны делятся на ферритные, ферритоперлитные и перлитные.
Образец №8 шлак. Расплав пустой породы с. флюсами и золой кокса при
производстве чугуна, флюса с окислами, сульфидами и другими соединениями при варке
стали называется шлаком.
2
Как правило, шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому и происходит
расслоение расплава: шлак располагается вверху, металл- внизу. Это расслоение
позволяет сравнительно просто избавляться от шлака, сливая его в процессе плавки.
Шлаки, как и флюсы, подразделяют на кислые и основные. При высоких
температурах плавки шлаки могут химически взаимодействовать с футеровкой, поэтому в
зависимости от футеровки печи выбирают и флюсы, являющиеся составной частью
шлака.
Шлаки играют большую роль также при производстве металла с заданным
химическим составом. Регулируя состав шлака, можно удалять вредные примеси,
предохранять металл от взаимодействия с печными газами и воздухом.
3.2. Порядок выполнения работы
1. Внимательно рассмотреть коллекцию образцов.
2. Ознакомиться с внешним видом, используя лупу.
3. Изучить свойства и назначение материалов и продуктов черной металлургии.
4. Зарисовать образцы.
3.3. Контрольные вопросы.
1. Что является сырьем для выплавки чугуна?
2. Какими технологическими свойствами обладает кокс? Назначение кокса.
3. Какую роль выполняют флюсы?
4. Какой чугун называется серым?
5. Какими свойствами обладает серый чугун?
6. Что входит в состав шлака?
3