Измерение и оценка уровня качества чугуна литейного - Курсовая работа

С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом - в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита. Кремний - важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким. В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FEC) и серый (свободный углерод в виде графита). Обозначение марок различных групп чугуна: чугун передельный - П1, П2; передельный чугун для отливок - ПЛ1, ПЛ2, передельный фосфористый чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3, передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3 чугун с пластинчатым графитом СЧ; цифры стоящие после букв "СЧ", обозначают величину временного сопротивлению разрыву в кгс/мм; антифрикционный чугун АЧС - антифрикционный серый, АЧВ - антифрикционный высокопрочный, АЧК - антифрикционный ковкий; чугун с шаровидным графитом для отливок ВЧ; цифры после букв "ВЧ" означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм ; чугун легированный со специальными свойствами Ч; буквы после буквы "Ч" означают легирующие элементы: Х - хром, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, Д - медь, М - молибден, Т - титан, П - фосфор, Ю - алюминий. Буква "Ш" в конце марки чугуна указывает, что чугун имеет графит шаровидной формы. ковкий чугун КЧ ; цифры, стоящие после букв "КЧ", означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение в процентах.Флюсами называются материалы, добавляемые к железной руде и загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглатительной способностью. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы - кокс, железосодержащие компоненты и флюс - в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ. Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса в нагретом до 1000 - 1200 °С воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его окружности фурмы. В доменной печи шихта опускается под действием своей массы в пространство, освобождающееся в результате уменьшения ее объема при протекании различных процессов, основными из которых являются горение углерода кокса в фурменных очагах, расход углерода кокса на прямое восстановление, образование и плавление чугуна и шлака, а также уплотнение шихты при движении. Восстановленное в доменной печи из руды железо поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун.Метод основан на возбуждении излучения атомов анализируемого образца электрическим разрядом, разложении излучения в спектр, измерении аналитических сигналов, пропорциональных интенсивности спектральных линий и последующем определении значений массовой доли элементов с помощью градуировочных характеристик. Для определения массовой доли меди может использоваться экстракционно-фотометрический метод исследования согласно ГОСТ 22536.8-87. Для определения массовой доли меди может использоваться атомно-абсорбционный метод исследования согласно ГОСТ 22536.8-87. Для определения массовой доли меди в виде аммиачного комплекса при массовой доле 0,10-0,50 % может использоваться фотометрический метод. Рассчитаем относительный показатель массовой доли углерода, так как показатель снижает качество продукции, используем формулу (2): Рассчитаем относительный показатель массовой доли кремния, так как показатель снижает качество продукции, используем формулу (2): Рассчитаем относительный показатель массовой доли марганца, так как показатель снижает качество продукции, используем формулу (2): Рассчитаем относительный показатель массовой доли фосфора, так как показатель не снижает качество продукции, используем формулу (1): Рассчитаем относительный показатель массовой доли серы, так как показатель снижает качество продукции, используем формулу (2): Рассчитаем относительный показатель массовой доли хрома, так как показатель снижает качество продукции, используем формулу (2): Рассчитаем относительный показатель массовой доли меди, так как показатель не снижает качество продукции, используем формулу (1): Для остальных образцов расчеты проведены аналогично.В первом разделе курсовой работы описывается объект исследования - чугун литейный, а также описание технологического процесса его производства. Во втором разделе было дано описание нормативной документации на чугун литейный, составлено иерархическое дерево показателей качества чугуна литейного, а также описаны методы определения единичных показателей качества продукта. В третьем разделе курсовой работы были описаны методы оценк

1. Содержание железа.

2. Тип основного железосодержащего минерала.

3. Состав и свойства пустой породы.4. Содержание вредных примесей.

В данной курсовой работе будет рассмотрена проблема измерения и оценки уровня качества чугуна литейного. Чугун - дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов. Получение чугуна - сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии. Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%). Углерод - один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом - в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита. Кремний - важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким. Марганец повышает прочность чугуна. Сера в чугуне - вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму. Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FEC) и серый (свободный углерод в виде графита). Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом.

Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным. Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3-1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья. Серый чугун маркируется буквами и двумя числами, например СЧ 120-280. Буквы СЧ обозначают серый чугун, первое число - предел прочности (в МПА) при испытании на разрыв, а второе число - предел прочности (также в МПА) при испытании на изгиб. В зависимости от химического состава и назначения чугуны подразделяют на легированные, специальные, или ферросплавы, ковкие и высокопрочные чугуны. И так как современная промышленность не может существовать без литейного чугуна, в настоящее время данная проблема очень актуальна.

1.

Описание объекта исследования и технологического процесса его производства

1.1 Описание объекта исследования

Чугун - сплав железа с углеродом (более 2 %), разделяют на нелегированный и легированный, содержащий хром, никель, марганец и другие легирующие элементы. По структуре различают белый чугун (с белым изломом), в котором углерод находится в виде цементита, и серый чугун (с серым изломом), в котором углерод находится в основном в форме графита. Серый чугун подразделяют на чугун литейный, высокопрочный, ковкий, жаростойкий, жаропрочный, коррозионностойкий и антифрикционный. В зависимости от массовой доли кремния и назначения чугун изготовляют: литейный марок Л1, Л2, Л3, Л4, Л5, Л6 и литейный рафинированный магнием марок ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4, ЛР5, ЛР6, ЛР7. Обозначение марок различных групп чугуна: чугун передельный - П1, П2; передельный чугун для отливок - ПЛ1, ПЛ2, передельный фосфористый чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3, передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3 чугун с пластинчатым графитом СЧ; цифры стоящие после букв "СЧ", обозначают величину временного сопротивлению разрыву в кгс/мм; антифрикционный чугун АЧС - антифрикционный серый, АЧВ - антифрикционный высокопрочный, АЧК - антифрикционный ковкий; чугун с шаровидным графитом для отливок ВЧ; цифры после букв "ВЧ" означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм ; чугун легированный со специальными свойствами Ч; буквы после буквы "Ч" означают легирующие элементы: Х - хром, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, Д - медь, М - молибден, Т - титан, П - фосфор, Ю - алюминий. Цифры после букв означают среднее содержание основных легирующих элементов в процентах. Буква "Ш" в конце марки чугуна указывает, что чугун имеет графит шаровидной формы. ковкий чугун КЧ ; цифры, стоящие после букв "КЧ", означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение в процентах. Чугун передельный предназначен для дальнейшего передела в сталь или переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок. В зависимости от массовой доли кремния и назначения изготовляется: передельный чугун для сталеплавильного производства (П1 и П2); передельный чугун для литейного производства (ПЛ1 и ПЛ2); передельный фосфористый чугун (ПФ1, ПФ2, ПФ3); передельный высококачественный чугун (ПВК1, ПВК2, ПВК3). Чугун передельный изготовляется в чушках без пережимов, с одним или двумя пережимами. Толщина чушки в месте пережима должна быть не более 50 мм. Масса чушки должна быть не более 18, 30, 45, 55 кг. Количество боя чушек чугуна должно быть не более 2% массы партии. К бою относятся куски не более 2 кг. В низкокремнистом передельном чугуне марок П2, ПФ3 и ПВК3, а также в чугуне марок ПЛ1 и ПЛ2 в малых чушках количество боя должно быть не более 4% массы партии. доменный плавка чугун шлак

1.2 Описание технологического процесса производства

1.2.1 Сырые материалы и подготовка их к доменной плавке

Топливо доменной плавки. В качестве топлива в современной доменной плавке применяют кокс, мазут, природный и коксовый газы и каменноугольную пыль. Основным видом топлива является кокс. Коксом называется пористое спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании его до 950-1200° С без доступа воздуха. Это единственный материал, который сохраняет форму куска в доменной печи на всем пути движения от колошника к горну. Благодаря этому обстоятельству обеспечивается прохождение газового потока через слой жидких, полужидких и твердых материалов в доменной печи. В нижней части печи раскаленный кокс образует своеобразную дренажную решетку, через которую в горн стекают жидкие продукты плавки.

Высота столба шихты в современной доменной печи достигает 30 м, поэтому кокс, особенно в нижней части печи, воспринимает большие нагрузки. Отсюда вытекает основное требование, предъявляемое к коксу: высокая механическая прочность как в холодном, так и в нагретом состоянии. Загружаемый в доменную печь кокс не должен содержать ни мелких кусков, ухудшающих газопроницаемость шихты, ни чрезмерно крупных кусков, которые, как правило, поражены трещинами и легко разрушаются в печи с образованием мелких фракций. Кокс должен быть пористым для обеспечения хорошей горючести в горне печи и обладать высокой теплотой сгорания для получения требуемого количества тепла и необходимой температуры. Теплота сгорания кокса зависит от содержания в нем углерода, которое определяется содержанием золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе. Чем выше содержание золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе, тем меньше в нем углерода и меньше теплота его сгорания. Кроме того, с увеличением содержания золы и серы в коксе возрастают количество шлака, расход тепла на его расплавление и снижается механическая прочность кокса, а с увеличением содержания серы и фосфора в коксе ухудшается качество чугуна. Повышенное содержание летучих веществ в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования, что приводит к снижению механической прочности кокса. Чрезмерно низкое содержание летучих в коксе, получающееся при пережоге кокса, также отрицательно сказывается на его качестве. Поэтому кокс должен содержать по возможности меньше золы, серы, фосфора и умеренное количество летучих веществ. В коксе всегда содержится влага, поступающая в кокс при его тушении на коксохимическом заводе или из атмосферы. В связи с тем, что кокс в доменной печи загружают по массе, содержание влаги в коксе должно выдерживаться постоянным для сохранения заданного теплового режима печи.

Руды и флюсы доменной плавки. Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4,2 %) после кремния (26 %) и алюминия (7,4 %). Железо в недрах земли в чистом виде не встречается. Оно входит в состав горных пород в различных химических соединениях. В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой железные руды. Железными рудами принято называть такие горные породы, из которых экономически выгодно извлекать железо методом плавки. Экономическая целесообразность извлечения железа из руд зависит от уровня развития техники и характеристики месторождений. Среди известных видов руд наиболее распространены в природе руды осадочного происхождения. Из этих руд выплавляется более 90 % чугуна. Железная руда состоит из минерала (орудняющего вещества), пустой породы и примесей. Главной частью руды является рудный минерал, в состав которого входит железо. Чаще всего железо в минерале химически связано с кислородом, реже с другими элементами и соединениями. Пустая порода состоит из кремнезема, глинозема, извести и магнезии, образующих сложные минералы. Примеси руд делятся на полезные и вредные. Полезными примесями считаются марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси - сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и в большинстве случаев медь - либо ухудшают качество металла, либо разрушающе действуют на огнеупорную футировку доменной печи. В зависимости от типа рудного минерала железные руды делятся на четыреосновные группы: 1. Красный железняк или гематитовая руда. Минерал гематит - безводный оксид железа, в чистом виде содержит 70 % железа и 30 % кислорода. Это наиболее распространенная железная руда.

2. Магнитный железняк или магнетитовая руда. Минерал - магнетит (72,4 % железа и 27,6 % кислорода).

3. Бурый железняк представлен железосодержащими минералами водных оксидов железа, которые содержат от 59,8 % до 69 % железа.

4. Шпатовый железняк - железная руда, основу которой составляет минерал сидерит, содержащий 48,3 % железа.

Кроме перечисленных четырех разновидностей железных руд, железо в значительном количестве (46,6 %) содержится в серном колчедане или пирите. Однако пирит в доменную плавку не дают, его используют в качестве сырья в сернокислотной промышленности, а отходы в виде окисленного железа применяют при производстве агломерата. Также находят промышленное применение бедные железные руды: магнетитовые и гематитовые кварциты, в которых содержится до 45 % кремнезема в виде свободного кварца. Кварциты обогащают, получая железнорудный концентрат, содержащий более 60 % железа. Критерием оценки железных руд являются: