Химия | Болат өндірісі

[quote] 1 Болат өндірісі
Болат - өнеркәсіптің басты материалы. Оның сұр шойыннан негізгі айырмашылығы - құрамында көміртегі мен басқа да қоспалардың аз болуында.
Болаттың құрылымы мен қасиетіне негізгі әсер ететін компонент көміртегі болып табылады. Болаттың құрамында көміртегінің мөлшері артқан сайын, оның қаттылығы мен беріктігі де арта түседі, ал пластикалық қасиеті мен тұтқырлығы едәуір төмендейді.
Болатта кездесетін қоспаларды келесі шартты төрт топқа бөлуге болады:
Тұрақты қоспалар - марганец, кремний, фосфор және күкірт.
Жасырын қоспалар - оттегі, сутегі және азот. Олар болатта өте аз мөлшерде болады.
Кездейсоқ қоспалар - мысалы, күшала, қорғасын жөне басқа элементтер. Олардың болаттағы мөлшері болат өндіру, технологиялық үдерістерге байланысты.
Арнайы коспалар (қоспалы элементтер) - болат құрамына пайдаланудағы керекті қасиеттерін алу үшін қосылады.
Марганец - пайдалы қоспа. Болат құрамына шамамен Мп = = 0,3...0,8% қосылады. Ол феритте еріп, Мп3С карбидін түзейді де, оның механикалық қасиеттерін арттырады (әсіресе серпімділігін және күкіртті марганец (МпS) түзеді), күкірттің болатқа зиянды әсерін азайтады.
Кремний де пайдалы қоспа болады, оның мөлшері Sі = 0,2...0,4% тең. Кремний ферритпен қатты ерітінді түзіп, оның серпімділігін арттырады.
Күкірт зиянды қоспаға жатады, оның шамасы S =0,01...0,05% болады. Күкірт қорытпа құрамында көп болса, ол болатта балқу температурасы (985%) төмен Ғе - ҒеS эвтектика түзеді. Ол қысыммен өңдеуде болатты (1200°С дейін) қыздырғанда, түйір шекараларында орналасқан эвтектика Ғе - ҒеS ериді де, оның жоғарғы температурада сынғыштығын арттырады. Сондықтан болат құрамындағы күкірттің мөлшері 0,05%-дан аспауы керек.
Фосфор ферриттің қатты ерітіндісінде болып, оның төменгі температурадағы сынғыштығын арттырады. Былайша айтқанда, фосфордың атом диаметрі мен құрылымы темірден өзгеше болады да, оның кристалл торын қатты қисайтады. Сондықтан оның мөлшері 0,04%-дан артық болмауы керек.
Оттегі - болаттағы өте зиянды қоспа. Оттегі болатта 0,1% мөлшерінде болса, ол оған морттық қасиет беріп, кескіш аспаптарымен өңдеуге кедергі болады.
Азот болатта өте қатты және морт нитридтер түзеді.
Болат алу үшін қажетті негізгі материалдар - ақ шойын мен болат сынықтары (скрап).
Көміртегі мен коспалар шойынға қарағанда болатта аз болады.
Сондықтан шойынды болатқа айналдыру жолы ондағы көміртегі мен қоспалардың мөлшерін азайту болып табылады.
Болат өндірудің негізгі әдістеріне оттегі конвертерлерінде, мартен пештерінде және доғалы электр пештерінде өндіру жатады

Болатта кездесетін қоспалар
Конвертер деп іші отқа төзімді кірпішпен астарланған болат ретортаны айтады. Конвертерде болат алу әдісін 1954-1956 жылдары ағылшын Г.Бессемер бірінші болып қолданған. Бастапқыда бұл әдіс бойынша болат алғанда, конвертерге құйылған сұйық шойынды астынан ауамен үрлеген. Ауадағы оттегімен әрекеттесіп, шойындағы көміртегі кремний, марганец т.б. қоспалар тотығып, бөлініп шығып, шойын болатқа айналады. Көміртегі, кремний, марганец т.б. қоспалар тотыққанда, қосымша көп жылу бөлініп шығады. Сондықтан бұл әдіс отынды қажет етпейді. Қазіргі заманда ауаның орнына техникалық оттегі қолданылады. Бұл әдіс оттегі-конвертерлік әдіс деп аталады. Зауыттардың көбінде түбі жабық (үрлейтін тесіктер жоқ) доломит немесе хром-магнезит кірпішімен астарланған көлемі 250....400 тонналық конвертерлер қолданылады. Оттегі конвертерге сумен суытылатын вертикаль фурма арқылы беріледі. Фурма сұйық шойын деңгейінен 1200...2000 мм жоғары орналасқан. Яғни оттегі ескі әдістегідей шойын қабатынан өтпей, тек қана үстіңгі бетіне беріледі.
Оттегі конвертерінің құрылысы мен жұмысы 2.3-сурет-те көрсетілген. Конвертердің жұмыс циклі оның ішіне металл сынықтарын, кейде темір рудасын салудан басталады. Сонан соң сұйық шойын құйылады. Металл конвертер көлемінің 1/5 бөлігін толтырғанда, фосфорлы байланыстыру үшін әк тас қосылады. Сонан соң конвертерге оттегі үрленеді. Оттегі ағысының механикалық әсерінен металл ваннасы араласады.
Шойын қоспаларының тотығуы күшейе түсуі нәтижесінде фурманың төменгі жағында температура 2400°С-қа жетеді. Балқыған металдағы шойын қоспаларының оттегімен тотығуы мына реакциялар арқылы жүреді:
Sі + 20 = SіО,
Мп + О = МпО,
C + О = СО.
Тотықтанудың бұл өнімдері қожға қосылып өтеді. Қоспалардың кейбір бөлігі металмен қож шекараларында қождағы темір тотықтарымен тотықтанады
Si+ 2ҒеО = S0 +2Ғе,
Mп + ҒеО = МпО + Ғе,
C + ҒеО = СО + Fе
Болаттың құрамындағы көміртегі тиісті мөлшерге жеткен кезде оттегімен үрлеу тоқтатылады.

3. Құрамында көміртегі бар қорытпалардың химиялық және сандық құрамына талдау.
Жұмыстың мақсаты: ГОСТ-ка сай келетін мәліметтер бойынша қорытпалардың сандық қатынасын анықтау. Теміржолда және басқа көлік түрлерінде пайдаланылатын конструкцияларға әр түрлі болат маркаларын дұрыс қолданудың тиімділігін зерттеу.
Приборлар мен құрал-жабдықтар
1 .Әр түрлі түрдегі көміртегілі болаттардың мемлекеттік стандарттары
2. Қасиеттері көрсетілген әр түрлі болаттың стандартты үлгілерінің жиынтығы: қаттылықты өлшегіш, бөлетін машиналар.
Жұмысты орындау тәртібі
1. Әр түрлі түрдегі көміртекті қорытпалардың мемлекеттік стандарттары мен кесте мәліметтерімен танысу.
2. Берілген тапсырмаға сәйкес көміртекті қорытпалардың химиялық құрамдарын және сандық катынасына байланысты талдау жасау, яғни болаттардың маркаларының мағынасын ашу және оларды қолдану аясын көрсету.
3. Болаттың сапалық талдауын хаттамаға енгізу.
Жұмыстың теориялық алғы шарты
Болаттар балқыту тәсіліне, көміртегі мөлшерінің азаю шешірежесіне, сапасына, химиялық құрамы мен қолдануыңа байланысты топтарға бөлінеді.
Болатты өндіру тәсілі бойынша бессемерлік, оттегі- конвертерлі, мартендік және электр болат деп бөлінеді. Оларды сапасы мен құрамына қарай салыстыру.
Кесте
Болаттарды балқытудың тәсілдеріне байланысты олардың сапасы мен құны
Болат Құрамы, % артық емес Алатын орны бойынша
Күкірт Фосфор Сапасы Құны
Бессемерлік 0,06 0,08 3 1
Оттегі-конвертерді 0,05 0,04 2 2
Мартендік 0,05 0,04 2 3
Электр болаты 0,03 0,03 1 4

Болаттың тазалығын арттыру үшін қосымша жақсартатын өндеу шаралары жүргізіледі, атап айтқанда, вакуумдегі индукциялық пештерде (ВИ) қайта балқыту, электрлік қожды қайта балқыту (Қ), электронды-сәулелі қайта балқыту (ЭСЬ) және т.б. Зиянды қоспалар құрамы: күкірт, оттегі мен азот бұл жағдайда 0,002-0,2 %-ға төмендейді, бірақ мұндай болаттардың құны қымбат болады.
Болатта көміртегінің азаюына байланысты қайнайтын жартылай тыныш және тыныш деп бөлінеді.
Қайнайтын болат дегеніміз құймақалыпқа құяр алдында толықтай көміртегі мөлшері бөліп алынбаған тегіс ферромарганецпен өңделген болат болып табылады. Құю процесі кезінде пайда болатын көмір қышқыл газы мен басқа да газдар металдан бөлініп шығып, болат құймакалықта қайнап жатқандай әсер қалдырады.
Көмір қышқыл газы болат ішінде жартылай шашыраған газ ойықтары күйінде қалып қояды да көлемдік шөгудің орнын толтырады, әрі құймада шоғырланып шөккен ойықтар болмайды. Қысылу процесі кезінде газ көпіршіктері жоғалып кетеді, құйманың бәрі дерлік прокат өнімдерін дайындауда пайдаланылады. Тыныш болатқа қарағанда қайнайтын болат арзан, бірақ құрамының біртекті болмауына байланысты оны қолдану аясы шектеулі болады.
Тыныш болат дегеніміз ферромаргенецпен, ферросилиций және алюминиймен толықтай көміртегі мөлшері бөліп алынған болат болып табылады. Оны құйған кезде одан газ аз бөлінеді, құймақалыпьа тыныш суиды. Құймада газ көпіршіктер толмайды деуге болады, бірақ жоғарғы бөлігінде шөккен ойық пайда болады, ал астында үгілмелі шөккен ойықтар кездеседі. Тыныш болат болаттаң басқа түрлеріне қарағанда мейілінше біртекті келеді. Тыныш болаттан рельстерді, рельстердің бекітпесі, ось, дөңгелек, парақты рессорлар мен серіппелер, сондай-ақ көп күш түсетін локомотивтердің, вагондардың, автомобильдердің детальдері жасалады.
Тыныш болат көпірлерді салғанда арқа құрылымдарына қолданылады.
Жартылай тыныш болат деп тыныш болатқа қарағанда көміртегі мөлшерін бөліп алу дәрежесі аз болатын болатты тек ферромаргенец және ферросилициймен айтамыз. Ол қасиеттері бойынша қайнайтын және тыныш болат аралығындағы күйді еншілейді. Тыныш болатқа қарағанда жартылай тыныш болаттың құймасында шөккен ойықтар аз келеді, тыныш болатпен салыстырғанда жартылай тыныш болат құймасында жарамды металдың шығуы жоғары болады. Бірақта мұндай болаттардың құрамы біркелкі болмағандықтан тыныш болатқа қарағанда сапасы кем болады. Әр түрлі тәсілдермен көміртегі мөлшері азайтылған болаттарды салыстыру.
Кесте
Болат Көміргегі мөлшерін азайту Құюдың жарамды шығуы% Кремнийдің құрамы,% Алатын орны
сапасы құны
Қайнайтын Мn 95-100

Толық нұсқасын 30 секундтан кейін жүктей аласыз!!!

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз:
Facebook | VK | WhatsApp | Telegram | Twitter

Қарап көріңіз 👇