Получение и исследование физико-химических, химических и механических свойств сплава СЧ 15

Министерство образования  и науки, молодежи и спорта Украины

Одесский национальный политехнический  университет

 

 

 

Кафедра ТУЛП

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине:

«Литейные сплавы и плавка»

на тему:

«Получение и исследование физико-химических, химических и                                       механических свойств сплава СЧ 15»

 

 

 

 

 

                                                                                                  Выполнила:

  

 

 

 

 

 

Одесса 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ:

ЗАДАНИЕ…………………………………………………………………………4

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..5

РАЗДЕЛ 1.ПЛАВКА ЧУГУНА В ВАНРАНКАХ……………………………….8

     1.1.Устройство вагранки………………………………………………………8

     1.2.Ваграночный комплекс……………………………………………………9

РАЗДЕЛ 2.МАТЕРИАЛЫ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ………………………12

      2.1.Серый чугун.Свойства серого чугуна.Маркировка серых чугунов….13

      2.2.Диаграмма состояния железо – графит………………………………...16

      2.3.Общая  характеристика СЧ 15…………………………………………..22

РАЗДЕЛ 3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПЛАВКИ……………………24

     3.1.Основы ваграночной плавки…………………………………………….25

     3.2.Контроль  за ходом плавки и качеством выплавляемого чугуна……...27

     3.3.Комплексная  механизация и автоматизация  ваграночного процесса           

     плавки…………………………………………………………………………28

РАЗДЕЛ 4.СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ  КОНСТРУКЦИЙ ВАГРАНОК И ПРОЦЕССОВ ПЛАВКИ ЧУГУНА……………………………………………..32

РАЗДЕЛ 5.ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВАГРАНОЧНОГО ПРОЦЕССА………...35

РАЗДЕЛ 6. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЛАВА СЧ 15……………..36

      6.1.Свариваемость металлов……………………………………………….36

     6.2.Обрабатываемость резанием…………………………………………...38

      6.3.Испытания технологических свойств………………………………….39

       6.4.Обрабатываемость давлением металлов………………………………41

     6.5.Химические и технологические свойства металлов………………….42

      6.6.Удельное электрическое сопротивление и тепловые свойства материалов………………………………………………………………………..44

       6.7. Физические свойства металлов………………………………………..46

       6.8. Методика исследования жаропрочности сплава……………………..49

       6.9. Методика исследования жаростойкости сплава……………………...50

       6.10. Методика исследования на жидкотекучесть………………………..52

       6.11. Определение хладноломкости и трещиностойкости материала…...55

       6.12. Определение ударной вязкости материала………………………….56

       6.13. Испытания на ползучесть материала………………………………..57

       6.14. Испытания на усталость металла……………………………………59

       6.15. Определение  твёрдости методами Роквелла, Виккерса и Шора…..60

       6.16. Определение  твердости методом Бринелля…………………………61

       6.17. Механические  свойства материалов и методы их определения…...63

       6.18. Микроскопический анализ металла…………………………………65

       6.19. Методы  изучения структуры металла……………………………….66

РАЗДЕЛ 7.ОРГАНИЗАЦИЯ И ОХРАНА ТРУДА…………………………….69

        7.1. Организация труда на складе шихтовых материалов……………….69

       7.2.Техника безопасности в электросталеплавильном производстве…...70

       7.3. Организация производства и требования техники безопасности….70

       7.4.Охрана окружающей среды…………………………………………….71

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….72

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………………….74

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ: получение и исследование физико-химических, химических  и  механических свойств сплава СЧ 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В 1962 г. по переплавке металла  в вагранках наша страна вышла  на первое место в мире. Решением исторического XXII съезда КПСС намечено дальнейшее развитие отечественного машиностроения, а также других отраслей промышленности. В связи с этим выпуск чугунных отливок и количество переплавленного металла в вагранках с каждым годом будет увеличиваться. Одновременно с повышением производительности вагранок и ростом выпуска чугунных отливок должно быть улучшено качество последних, а также уменьшен вес литых деталей без снижения их прочности и эксплуатационных свойств. 
Помимо применения вагранок в чугунолитейных цехах получат также распространение вагранки, предназначенные для выпуска жидкого полупродукта, используемого при выплавке стали в мартеновских и электросталеплавильных печах, работающих скрап процессом, и в конвертерах с применением кислорода. 
До последних лет вагранку рассматривали в основном как теплотехнический агрегат, не учитывая в должной мере протекающих в ней сложных металлургических процессов. Производительность вагранок использовалась неполностью, а качество получаемого чугуна порой не только не улучшалось, а ухудшалось. Чугун содержал большое количество серы, окислов и газов. 
Создание условий для активизации металлургических процессов ваграночной плавки и правильное управление ими — одна из важнейших задач, обеспечивающая повышение производительности вагранок и получение качественного чугуна. Практика эксплуатации вагранок подтвердила, что интенсификация протекающих в них металлургических процессов в основном определяется конструкцией плавильного агрегата, применяемыми исходным шихтовыми материалами, воздушным и тепловым режимами вагранки и свойствами образующегося шлака. Разработанные и проверенные за последние годы в производственных условиях мероприятия по усовершенствованию конструкций вагранок, повышению тепловых режимов в них, более правильному выбору исходных шихтовых материалов, питанию оптимальным количеством воздуха, подбору соответствующих составов шлаков и применению прогрессивных методов ведения плавки позволяют более полно использовать металлургические возможности ваграночного процесса. К таким мероприятиям относятся:

 
1. Оборудование вагранок водяным  охлаждением. При водяном охлаждении  вагранок их производительность  может быть увеличена на 50% и  более вследствие уменьшения толщины футеровки и создания условий для повышения теплового режима плавки. Кроме этого, увеличивается продолжительность ваграночной плавки между текущими ремонтами, сокращается в несколько раз расход огнеупоров по сравнению с их расходом для обычных неводоохлаждаемых вагранок, (исключается опасность прогаров кожуха при шовышенном температурном режиме и представляется возможность осуществления плавки с заданным составом шлаков. 
2. Рациональное использование шихтовых металлических материалов. В качестве исходных ваграночных шихтовых металлических материалов, помимо доменного литейного чугуна, используют также передельные чугуны различных марок (наряду с чугунным и стальным ломом, возвратом собственного производства) и стружку. Получаемый металл из вагранки на основе перечисленных компонентов шихты всегда отличается высоким качеством благодаря замене высококремнистых доменных литейный чугунов низкокремнистыми и передельными. 
3. Создание повышенного теплового режима в вагранках. Получение из вагранки перегретого чугуна (1430—1470° С) способствует резкому сокращению литейного брака и повышению качества металла благодаря более полному растворению содержащихся в нем твердых фаз, большей раскисленное и меньшему насыщению серой. Кроме того, снижается окисление кремний, марганца и железа в чугуне. 
При обычном незначительном перегреве чугуна (до 1380— 1400° С) окисление содержащегося в шихте кремния составляет в среднем 15%, а иногда повышается дб 30% и более, а марганца 20—25%. Таким образом, большое «количество окислов кремния и марганца переводится в шлак в виде безвозвратных потерь. 
Помимо этих потерь, у чугуна, насыщенного окислами, снижаются      технологические и механические свойства. 
4. Управление шлаковым режимом ваграночного процесса. С введением водяного охлаждения в вагранках материал футеровки печи в меньшей степени участвует в шлакообразовании, поэтому характер шлаков в основном определяется составом применяемых флюсов. 
В зависимости от количества и химического состава вводимого флюса могут быть получены кислые или основные шлаки. Основные шлаки целесообразно применять при выплавке серого чугуна, поскольку они позволяют существенно снизить содержание серы в металле. Такой чугун обладает повышенными технологическими и механическими свойствами по сравнению с обычным чугуном. При обработке малосернистого металла модификаторами вне вагранки с целью получения высокопрочного чугуна сокращается их расход и во многом упрощается технологический процесс модифицирования. 
Основные шлаки позволяют получать высокопрочный или белый (ковкий) чугун непосредственно из вагранки путем обработки металла модификаторами в горне или копильнике вагранки. 
Ваграночный малосернистый металл может быть также успешно использован в качестве полупродукта при плавке стали в сталеплавильных печах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 1.ПЛАВКА ЧУГУНА В  ВАНРАНКАХ

        Несмотря на создание в настоящее время ряда новых плавильных агрегатов, основное количество чугуна для отливок выплавляется в вагранках.

      1.1.Устройство вагранки

   Вагранка (рис.1.1.) представляет собой шахтную печь, диаметр которой колеблется в пределах 700— 2300 мм, а производительность 4— 50 т/ч. По конструктивным особенностям вагранки делят на два типа: с копильником и без него. Первые применяют при производстве крупных отливок, когда необходимо накопить большое количество расплава, а вторые — при получении мелких и средних отливок с небольшой толщиной стенок, когда требуется расплав, обладающий более высокой жидкотекучестью.

 

Рис.1.1.Схема устройства вагранки открытого типа с копильником: 
1-летка,2-дверцы днища,3-горн, 4-колонны, 5-подовая плита,6 –лещадь,7-окна,8-фурмы,9 -кирпичная кладка,10-кожух,11-чугунные кирпичи,12-загрузочное окно,13-искроуловитель,14-шахта,15-бадья,16 -металлическая шихта,17 –коксовая колоша,18-копильник,19-летка для расплава, 20-желоб

          Кожух вагранки 10 изготовляют из листовой стали в виде цилиндра, внутренняя поверхность которого выкладывается огнеупорным кирпичом 
9. Между кожухом и огнеупорным кирпичом оставляется зазор размером 20—50 мм, который засыпается кварцевым песком. Кожух вагранки устанавливается на массивную стальную подовую плиту 5, имеющую посредине отверстие (равное внутреннему диаметру футеровки), которое закрывается дверцами 2, снабженными запорным устройством. В свою очередь, подовая плита опирается на четыре колонны 4, установленные на бетонный фундамент. 
Дно 6 вагранки, называемое лещадью, набивается слоем формовочной смеси. В нижней части вагранки у лещади предусмотрено отверстие — летка 1 для выпуска чугунного расплава в копильник 13, а затем через летку 19 и желоб 20 в разливочный ковш. Для выпуска шлака в копильнике предусмотрена шлаковая летка. Для введения необходимого для горения топлива воздуха в шахте вагранки предусмотрены окна 7 и специальные трубы S, называемые фурмами; в них воздух поступает из фурменной коробки, соединенной с вентилятором. Чтобы обеспечить равномерность распределения воздуха, он вводится в плавильную зону двумя рядами фурм, располагаемых в шахматном порядке. 
Завалка исходных материалов в вагранку производится с колошниковой площадки через загрузочное окно 12 бадьей 15. Отходящие при плавке газы удаляются через верхнюю часть шахты 14, после чего направляются в искроуловитель 13. Для предохранения футеровки печи от ударов кусками загружаемой шихты верхнюю часть шахты вагранки выкладывают пустотелыми чугунными кирпичами 11. 
По виду используемого при плавке топлива вагранки подразделяют на коксовые, коксогазовые и газовые. В связи с необходимостью защиты окружающей среды вагранки с открытыми искроуловителями (см. рис.1.1) заменяют на вагранки закрытого типа (рис.1.2).

 

Рис.1.2.Схема устройства вагранки закрытого типа без копильника: 
1 — узел герметизации загрузки шихты, 2 — узел отбора ваграночных газов, 3 — водоохлаждаемая шахта, 4 — фурменные трубы. 5 — сифонный шлакоотделитель, 6 — опорная часть, 7 — фурма

 

Нормы производительности вагранки представлены в табл.1.1.

 

 Табл.1.1.

Внутренний диаметр шахты  вагранки, мм	Средняя производительность вагранки , т/ч
	с подогревом дутья до 400-500  °C	без подогрева дутья
1300	12	9

 

    1.2.Ваграночный комплекс

     Современные литейные цехи характерны использованием коксогазовых вагранок закрытого типа, которые снабжаются системами очистки 
ваграночных газов от пыли и подогрева дутья, устройствами для механизации и автоматизации операций по дозированию, набору и загрузке в вагранку шихты, выдачи из нее расплава, а также уборке отходов и грануляции шлака (рис.1.3). Подогрев дутья до 400—600°С за счет теплоты, выделяющейся при дожигании ваграночных газов и сжигания природного газа, позволяет получить из вагранки расплав чугуна с температурой до 1550°С, а оборудование плавильного пояса и фурм системой водяного охлаждения — продлить цикл плавки без выбивки и текущего ремонта до нескольких недель. Автоматизация управления процессом плавки позволяет стабилизировать температуру и химический состав выплавляемого чугуна, что является залогом высокого качества производимых в цехах отливок.

 

 

Рис.1.3.Технологическая схема  устройства ваграночного комплекса: 
1 — вагранка закрытого типа, 2 — система очистки ваграночных газов, 3 — система дожигания к использования теплоты ваграночных газов, 4 — системы подачи и подогрева дутья, 5 — системы дозирования, набора и загрузки в вагранку шихтовых материалов, 6 — миксер. 7 — устройства для грануляции шлака, уборки отходов, 8 — пульт управления

 

 

 

РАЗДЕЛ 2.МАТЕРИАЛЫ ВАГРАНОЧНОЙ  ПЛАВКИ

     К ним относят огнеупоры, металлургическую шихту, флюсы и топливо. 
    Огнеупоры — обладающие высокой температурой плавления материалы и изделия, применяемые для оформления рабочего пространства (шахты) вагранки, благодаря которым обеспечивается процесс плавки в условиях высоких (свыше 1580°С) температур. В качестве огнеупоров для футеровки горна, плавильного пояса и фурменной зоны чаще всего применяют шамотный кирпич марок ШАВ и ШБВ, поставляемый литейным цехам по ГОСТ 3272—71. Для заделки швов кирпичной кладки используют массу, состоящую из кварцевого песка (80—85%), огнеупорной глины (20—15%), крошки шамота и воды. 
    Металлургическая шихта — строго подобранный набор исходных металлических материалов, обеспечивающих требуемый (заданный) химический состав получаемого чугуна. В состав ваграночной шихты могут входить выплавляемые в доменных печах чушковые чугуны (литейные и передельные), чугунный и стальной лом, возврат собственного производства (литники, сплески, брак отливок), а также различные присадки (ферросилиций, ферромарганец и др.). При получении высококачественных чугунов в шихту вводят специальные легированные (содержащие хром, никель) чугуны. 
     Флюсы — неметаллические шихтовые материалы, которые вводят в вагранку для понижения температуры плавления неметаллических включений и перевода в шлак золы топлива, кварцевого песка, а также вредных (серы и фосфора) и посторонних примесей. В качестве флюса в ваграночной плавке наиболее широко применяют известняк (содержащий не менее 97% СаСО3), расход которого составляет 2,5—4,0% от массы расплавляемой шихты, реже плавиковый шпат и др. 
    Топливо. Наиболее распространенным видом топлива для ваграночной плавки является кокс, при горении которого выделяется теплота, обеспечивающая плавление исходных шихтовых материалов и образующегося шлака, понижение его вязкости, с тем чтобы наиболее полно протекали металлургические процессы между расплавом чугуна и шлаком. Расход кокса в вагранках составляет 10—12% от массы расплавляемой шихты.