Технология термической обработки стали

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РБ

УО «Белорусский государственный экономический университет»

 

 

 

 

Кафедра технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индивидуальная работа

на тему: Технология термической обработки стали (закалка).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка ВШТ,                                        

 

 

Руководитель:                                                                  Тарасевич В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2004

 

Реферат

 

В данной работе рассматривается процесс термической обработки стали (закалка). Даётся характеристика используемого сырья, технология производства, а также характеристика, параметры и назначение получаемой продукции.

В ходе написания работы было использовано три литературных источника.

Ключевые слова: «сталь», «закалка», «чугун».

Работа состоит из введения, трех глав и выводов. Она содержит блок-схему, таблицу и 2 графика.

 

План

 

 

Введение

Глава 1. Описание технологии процесса производства продукции и его характеристика.

1.1. Характеристика получаемой продукции

1.2. Характеристика используемого  сырья

1.3.Характеристика технологии производства продукции

1.4. Блок-схема

Глава 2. Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса

Глава 3. Уровень технологий технологического процесса

Выводы

Список использованных источников литературы

 

Введение

 

В современных условиях перехода к рыночным отношениям резко повысились требования к качеству и конкурентоспособности товаров потребления, которые в большой степени определяются технологическими и экономическими аспектами деятельности производственных предприятий. Такие требования продиктовали необходимость расширить знания в области технологии производства как основной стадии жизненного цикла товара, на которой формируются его потребительские свойства. Очевидно, что развитие и усовершенствование технологий производства товаров позволит значительно повысить качество производимой продукции.

В большой степени это относится к обработке стали, поскольку именно от уровня технологии её обработки зависит качество стальных материалов, а соответственно и результаты производительной деятельности в нашем государстве.

 

Глава 1. Описание технологического процесса производства продукции и его характеристика

1.1. Характеристика получаемой продукции

Сталь – это сплав железа с углеродом и другими веществами (металлами и неметаллами). Массовая доля углерода в стали не превышает 2%.

Сталь производят из чугуна (передел чугуна) и металлического лома. В процессе передела чугуна на сталь уменьшается содержание различных  веществ в сплаве: углерода, кремния, фосфора, серы, марганца. Удаление этих примесей основано нас реакциях их окисления кислородом или оксидами железа в расплаве (выплавка стали).

При взаимодействии кислорода с компонентами расплавленного чугуна происходит ряд процессов. Прежде всего это реакция газа с железом – компонентом, концентрация которого наибольшая:

2FeO + C = Fe + CO

 Образуется FeO, а также оксиды железа, содержащиеся в металлическом железном ломе, который используется в качестве сырья, взаимодействуют с различными компонентами сплава, например:

FeO + C = Fe + CO

       2FeO + Si = 2Fe + SiO2

                                     5FeO + 2P = 5Fe +P2 О5

Получающиеся оксиды, взаимодействуя флюсами, которые добавляют в печь при выплавке стали (СаСО3), образуют шлаки. Шлаки легко удаляются из печи. Если кислород продувается через расплавленный чугун, что возможно также непосредственное окисление примесей кислородом.

2С + О2 – 2СО

Si + О2 - SiО2                       4Р + 5О2 - 2Р2О5

Для удаления избыточного кислорода в процессе получения стали в расплавленный чугун вводят раскислители (марганец, титан), которые взаимодействуют с избыточным FeО:

FeО + Mn – MnO + Fe

Образовавшиеся оксиды переходят в шлак.

При выплавке сталей в них вводят легирующие добавки, в качестве которых используют кремний, марганец, кобальт, никель, хром, вольфрам, титан, алюминий и другие металлы. Изменяя состав, можно получить стали, обладающие повышенной прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью (нержавеющие стали).

Применяется несколько способов получения.  При конвертном способе кислород (реже воздух) продувают через расплавленный чугун в специальных аппаратах-конвертах. Это высокопроизводительный способ, позволяющий получать сталь высокого качества.

При мартеновском способе получения стали кислород или воздух пропускаются над расплавленным чугуном. При этом железо окисляется в поверхностном слое. Мартеновский способ менее экономичен, чем конверторный, сталь получается менее высокого качества, поэтому в настоящее время производство стали мартеновским способом сокращается.

Для производства стали применяется также электротермический способ, при котором в качестве сырья используется главным образом лом, к которому добавляют немного чугуна окисление углерода, фосфора и некоторых других примесей осуществляется также кислородом и оксидами железа, имеющимися в ломе. Электропечи позволяют достичь более высокой температуры расплава, чем другие установки, поэтому данный способ часто применяют для выплавки сталей, легированных тугоплавкими металлами.

1.2. Характеристика используемого  сырья

Сырьём, из которого получают сталь, является чугун.

Чугун – сплав  железа, содержащий углерод (2-6% по массе),

 кремний марганец, фосфор, серу  и другие компоненты. Это твёрдый и хрупкий материал.  Чугун выплавляют в доменных печах, изготовленных из огнеупорных материалов. Перед выплавкой чугуна в железную руду обогащают методами магнитной сепарации и флотации. В печи происходят следующие химические процессы. Как сгорает, соединяясь с кислородом, получающийся оксид углерода (IV) реагирует с избытком углерода (коксом) с образованием оксида углерода (II)

С + О2 – СО2              СО2 + С – 2СО

В результате первой реакции выделяется большое количество теплоты, которое необходимо для осуществления последующего процесса восстановления оксидов железа. Под действием оксида углерода (II) оксиды железа, содержащиеся в концентрате, постепенно восстанавливаются до металла:

                                       3Fe2О3 + CO = 2Fe3О4 + СО2 

    Fe2О4 + CO = 3FeО + СО2 

             FeO + CO = Fe + СО2  

Некоторое количество оксидов железа восстанавливаются также коксом: 

3Fe2О3 + C = 2Fe2О4 + СО

Образуется металлическое железо может реагировать с углеродом и СО, образуя карбид железа, который часто входит в состав чугуна:

3Fe + C = Fe3C  или  3Fe + 2CO = Fe3C + СО2

Другие оксиды SiО2, Mn2О3, которые содержатся   в глихте, также частично восстанавливаются:

SiО2 + 2С = Si + 2СО    Mn2О3 + 3С = 2Mn + 3СО

Выделенные в результате реакции элементы входят в состав чугуна.

Оксиды кремния, алюминия и другие оксиды, содержащиеся в шихте, взаимодействуют с оксидом кальция, который образуется при разложении известняка:

СаСО3 = СаО + СО2

СаО + SiО2 = СаSiО3              СаО + Аl2О3 = Са(Аl2О2)2

              В результате образуются шлаки, которые легко отделяются от  чугуна. Из чугуна отливают различные изделия, однако большая часть производимого чугуна перерабатывается в сталь.

 

1.3. Характеристика технологии  производства продукций

Закалка – это процесс, осуществляемый для повышения твёрдости и прочности материала. При закалке заготовки (наиболее часто стальные) нагреваются выше температуры превращения и быстро охлаждают в воде, минеральном масле, растворах солей или в расплавленных солях (270 – 290 С). Тип охлаждающей среды определяет скорость охлаждения, которая влияет на получение этой или иной структуры.

Большинство конструкционных сталей нагревают при закалке до температуры 850-900 С, а охлаждают в воде, масле или соляных растворах. Охлаждение  в расплавленных солях применяют для высоколегированных сталей, например для инструментальных, быстрорежущих сталей, содержащих большое количество легирующих элементов(вольфрама, хрома и др.)

В зависимости от температуры нагрева различают закалку полную и неполную. При полной закалке углеродистых сталей в холодной воде получают структуру мартенсита с  некоторым количеством аустенита.

Мартенсит – это пересыщённый твёрдый раствор внедрения углерода в L –железо, имеющий весьма высокую твёрдость и большую хрупкость. Если охлаждение стали вести менее интенсивно, то можно получить менее твёрдые и напряжённые структуры троостита или сорбита закалки. Для  уменьшения хрупкости и внутренних напряжений, вызванных закалкой стали, т. е. получения необходимых механических свойств стали подвергают отпуску.

При необходимости получить высокую твёрдость лишь поверхностного слоя применяют поверхностную закалку заготовок, нагревая их токами высокой частоты с последующим быстрым охлаждением окунанием в жидкость или на дождевальной установке.

 

 

1.4. Блок-схема технологического процесса термической обработки стали

 

 

 

 

 

Глава 2. Динамика трудозатрат при развитии технологических процессов

Таблица 1. Значения показателей трудозатрат за 10 лет

t	Тж	Тп	Тс	Тж/Тп
1	0,59	0,30	0,89	1,97
2	0,58	0,31	0,89	1,87
3	0,56	0,32	0,88	1,75
4	0,54	0,33	0,87	1,64
5	0,51	0,35	0,86	1,46
6	0,48	0,37	0,85	1,30
7	0,45	0,40	0,85	1,13
8	0,42	0,43	0,85	0,98
9	0,39	0,46	0,85	0,85
10	0,36	0,50	0,86	0,72

 

График 1. Динамика трудозатрат при развитии технологических процессов

Как видно из графика 1, развитие технологических процессов производства фосфорных удобрений является ограниченным рационалистическим, при котором экономический предел накопления прошлого труда равняется: t* = 0,85.

А теперь определим вариант развития для данного технологического процесса.

График 2. Вариант развития технологического процесса

 

Из вида графика 2 делаем вывод, что технологический процесс производства имеет трудосберегающий вариант развития.

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Уровень технологии технологического процесса производства

Произведем расчеты:

1. производительности живого труда за 3, 5 и 7 года по формуле L = 1/Tж

L3 = 1/0.56 = 1.79

L5 = 1/0.51 = 1.96

L7 = 1/0.45 = 2.22

2. фондовооруженности за 2, 4, 6 года по формуле В = Тп/Тж

В2 = 0.31/0.58 = 0.53

В4 = 0.33/0.54 = 0.61

В6 = 0.37/0.48 = 0.77

3. уровень технологии за 2, 4, 6 года по формуле У = 1/Тж * 1/Тп

У2 = 1/0.58 * 1/0.31 = 5.56

У4 = 1/0.54 * 1/0.33 = 5.61

У6 = 1/0.48 * 1/0.37 = 5.62

4. относительный уровень технологии за 3, 5, 7 года по формуле У* = У/L

У*3 = 1.79/1.52 = 0.57

У*5 = 1.96/2.86 = 0.69

У*7 = 2.22/2.50 = 0.88

Для того, чтобы определить целесообразность применения данной технологии сравним относительный уровень технологии и производительность живого труда за 3, 5 и 7 года:       

                  У*3 > L3

У*5 < L5

У*7 < L7

Следовательно, на 3 годe применение данной технологии удобрений целесообразно, а уже на 5 и 7 год — нецелесообразно.

 

Выводы

В ходе данной работы было установлено, что технологический процесс имеет ограниченный рационалистический вид и трудосберегающий вариант развития. Также мы выяснили, что в ходе развития технологии производительность и фондовооруженность с каждым годом увеличиваются, а целесообразность ее применения уменьшается. Следовательно, применение данной технологии производства фосфорных удобрений имеет смысл только в первые 4-5 лет, пока совокупные трудозатраты уменьшаются и достигают своего минимума в точке, называемой экономическим пределом накопления прошлого труда.