Классификация черных металлов
Черные металлы – это смеси железа и различного количества углерода, которые отличаются кристаллическими решетками.
К черным металлам относятся все классы сталей и чугунов. Классификация металлов основывается на разделении элементов по их химическому составу и свойствам. Согласно этому критерию, металлы делятся на следующие классы:
- Редкоземельные металлы.
- Железные металлы.
- Щелочноземельные металлы.
- Тугоплавкие металлы.
- Урановые металлы.
Тугоплавкие металлы – это класс металлов, обладающих высокой температурой плавления и стойкостью к изнашиванию, к ним относятся храм, титан, ванадий, молибден, ниобий, цирконий, рутений, родий, осмий, иридий, гафний, тантал, рений, а также вольфрам.
Классификацией черных металлов предусмотрено выделение сталей легированных и нелегированных или углеродистых, в которых основным компонентом является углерод. В состав легированных сталей входит один или несколько легирующих элементов, которые улучшают определенные свойства сплава. Такие стали широко используются при изготовлении ответственных деталей, деталей несущих большую нагрузку, а также испытывающих сильное фрикционное воздействие или температурный режим. Все виды стали разные и имеют определенное предназначение и отличительные свойства, приобретаемые, например, в процессе термической обработки. Некоторые виды хорошо поддаются литью, прокатке или прессованию, а другие очень мягкие и могут обрабатываться вручную. В чугунах содержится гораздо больше углерода, чем в сталях, он обладает хорошими литейными свойствами. Чугуны делятся на следующие виды:
- Чугуны с вермикулярным графитом для отливок.
- Литейные чугуны.
- Чугуны с шаровидным графитом.
- Передельные чугуны.
- Высоколегированные чугуны.
- Антифрикционные чугуны.
- Низколегированные чугуны.
- Ковкие чугуны.
Литейный чугун применяется для литья, чем способствует наличие в его составе пластинчатого графита. Ковкие чугуны обладают хорошей пластичностью и отлично поддаются ковке. Некоторые виды черных металлов, например, чугуны с шаровидным графитом, благодаря своей структуре широко используются в производстве деталей, обладающих очень высоким качеством.
Основы технологии производства черных металлов
Основной способ производства черных металлов заключается в получении чугуна из железной руды и его последующей переработкой в сталь. Иногда для получения стали может быть использован металлический лом. Чугун получают в доменной печи в результате высокотемпературной (1900 градусов по Цельсию) обработки смеси, флюса и твердого топлива - кокса. Флюс, в качестве которого в большинстве случаев используется известняк, нужен для перевода пустой горной породы в руде, а также золы от сжигания топлива в расплавленное состояние. Данные составляющие сплавляются с друг другом и образуют доменный шлак, представляющий собой смесь алюминатов кальция и силикатов.
Доменная печь является большим инженерным сооружением. Ее полезный объем составляет от 2000 до 3000 кубометров, производительность за сутки в среднем 5000 - 7000 тонн. Пример схемы доменной печи представлен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема доменной печи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - летка для выпуска жидкого чугуна; 2 - расплавленный шлак; 3 - загрузочное устройство; 4 - газоотводная труба; 5 - капли расплавленного чугуна; 6 - капли шлакового расплава; 7 - фурма для подачи воздуха; 8 - летка для выпуска расплавленного шлака; 9 - жидкий чугун.
В печь через загрузочное устройство загружается шихта, а через фурму подается воздух. Продвижение шихты сопровождается увеличением ее температуры. Кокс, который сгорает в условиях ограниченного кислорода, образует окись углерода, которая в результате взаимодействия с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа и окисляется до углекислого газа. Железо плавится, при этом в нем растворяется до 5 % углерода, и превращается в чугун. Жидкий чугун стекает в низ печи, расплав шлака остается сверху чугуна. В среднем на одну тонну чугуна получается около 600 килограммов шлака.
Доменный шлак является ценным сырьем, которое используют для изготовления шлаковой пемзы, шлакопортланд-цемента, шлакоситаллов, шлаковой ваты и других строительных материалов.
Сталь получается из железного металлолома со специальными добавками, в том числе легирующими элементами, и чугуна, посредством плавления в конверторных, электрических или мартеновских печах. Выплавка стали представляет собой сложный технологический процесс, который состоит из большого количества химических реакций между сырьевой шихтой, добавками, а также газами для топки. Выплавленная сталь разливается на слитки и затем перерабатывается в заготовки посредством непрерывной разливки.
