|
|
|
|
Вариант 1
Опишите технологический процесс производства заготовок валов диаметром не ниже 150 мм. Вал ответственного назначения.
Для изготовления наиболее ответственных деталей, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях, используются хромоникельмолибденованадиевые стали. Примерами таких деталей являются: поковки валов и цельнокованных роторов турбин, валы высоконапряженных трубовоздуходувных машин, детали редукторов и т.д.
Для работы в указанных условиях наиболее подходит материал - сталь 36Х2Н2МФА (легирующими элементами в данной стали являются Cr, Ni, Mo, и V), т.к. она обладает высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплоемкость. Эту сталь можно использовать при 400-500 оС. Также данная сталь обладает высокой прокаливаемостью (критический диаметр свыше 100 мм), что позволяет упрочнять термической обработкой крупные детали. Даже в очень больших сечениях (1000 - 1500 мм и более) в сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска сорбит.
Недостатками высоколегированных хромоникельмолибденованадиевых сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. При их обнаружении бракуют всю партию паковок. Также данные стали являются дорогими и их следует применять только в том случае если более дешевые стали не обеспечивают требования, предъявляемые к изделию.
Так как в данном случае не указаны требования предъявляемые к изделию, то будем считать что свойства стали данного изделия соответствуют предъявляемым.
Химический состав, термическая обработка и механические свойства стали 36Х2Н2МФА
Содержание элементов, %
Термическая обработка
Механические свойства
Порог хладноломкости, оС
Обрабатываемость резанием
С
Mn
Cr
Ni
другие элементы
Закалка (tзак, оС, среда)
Отпуск (tзак, оС, среда)
(в
(0,2
(
(
(н, кгс*м/см2
tв
tн
HB
K(
кгс/мм2
%
0,33-0,4
0,25-0,5
1,3-1,7
1,3-1,7
0,2-0,3 Mo
0,1-0,18 V
850, масло
600, воздух
120
110
12
50
8
- 60
- 140
229
0,4
Буква А в конце марки означает, что сталь выплавлена по улучшенной технологии и со специально сниженным содержанием серы и фосфора (( 0,030% каждого).
Производство чугуна
Исходные материалы: железные руды; флюс (СаСО3); топливо (кокс, мазут); огнеупорные материалы.
Железная руда - это природное минеральное сырье. Кроме железа в руде содержатся Al2О3, SiC2 (это пустая порода) и вредные примеси: мышьяк, фосфор более 1%.
Доменные флюсы нужны для удаления из печи тугоплавкой пустой породы, руды и золы топлива. Доменным флюсом служит известняк
СаС03 RСаО + С02 (
Топливо в доменной печи является не только источником тепла, но и восстановителем железа из его оксидов. Кокс - это кусковое топливо, получаемое путем окисления коксуяцихся углей. Используют природный газ СН4 - метан, мазут, угольную пыль.
Схема подготовки руды и плавке
дробление R обогащение R окускование R агломерацияR Rскатывание.
Дробление необходимо для того, чтобы получить нужную степень измельчения, руды для плавни (10-30 мм), для агломерации - менее 5-8 мм.
Сортировку руды по классам крупности проводят на механических грохотах и установках типа гидроциклоп, где разделение частиц происходит под действием центробежной силы.
Основной способ обогащения - магнитный. Он состоит в том, что тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы отделяются от пустой породы.
А: томерация - это окускование мелкого железного сырья путем спекания (puc.1).
Ркс.1. Схема процесса спекания:
1- колосниковая решетка; 2-постель; 3-слой агломерирующей шихты; 4-зона спекания; 5-слой агломерата
На решетку загружают слой агломерате - постель, чтобы не было просыпания мелкой шихта через зазоры. Затем засыпают агломерируемой шихты: железосодержащие компоненты (агло-руда) - 70%; флюсы (измельченный известняк) - 20%; топливо (мелкий кокс, угольная мелочь и пиль) - 5-7%; марганцевая руда 1%.
Агломерируемую шихту увлажняют (4-6%) и тщательно перемешивают во вращающихся барабанах, при этом шихта окомковывается, что повышает ее газопроницаемость. После зажигания газовыми горелками топлива начинается его горение (рис.2). Воздух для горения просасывается через слой шихты с помощью вакуумных устройств, остаточное давление 6-10 МПа.
Зона горения постепенно перемещается вниз до постели колосников. При температуре 1300-16ОО°С происходит спекание шихты в пористый продукт - агломерат. После сортировки на грохоте куски крупностью 10-40 мм использует для плавки, менее 10 ми направляют на переработку. При спекании из руды удаляются вредные принеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты.
Окатывание. Шихта из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах, приобретает форму шариков - окатышей диаметром до 30 им. Окатыши высушивают и обжигают (1200-1350°С) на обжиговых машинах. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, т.к. флюс в необходимом количестве входит в их состав.
Выплавка чугуна
Чугун выплавляют в печах (рис.2) шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса - восстановление оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом.
Доменная печь имеет до 40 мм стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Шамот получают из обожженной и сырой глины - это нейтральный по химическим свойствам (50-60% SiO2 30-45 % Al2O3), наиболее распространенный и дешевый огнеупорный материал (толщина до 700 мм). Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть, начиная от распара, сооружают на стальном кольце с опорными колоннами. Нижнюю часть горна выкладывают из особо огнеупорных материалов - графитизированных блоков (толщина стенок до 1500 мм). Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливает металлические водяные холодильники (3/4 высоты печи)
Рис.2. Схема доменной печи;
I - чугунная летка; 2 -горн; 3- фурма; 4- заплечики;
5 -распар; 6 -шахта; 7 -колошник; 8- засыпной аппарат;
9 -шлаковая летка
Для выплавки 1 т чугуна расходуется 1,8 т офлюсованного агломерата, 500 кг кокса.
Печь загружают шихтовыми материалами по мере необходимости, непрерывно подают воздушное литье и удаляют доменные газы, периодически выпуская чугун и шлак.
Шихтовый материал загружает при помощи засыпного аппарата, шихту задают отдельными порциями по мере опускания протравляемых материалов. Навстречу им снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива.
Горение топлива. В районе воздушных фурм происходит полное сгорание кокса: C + O2= + Q и природного газа: CH4 + +2O2=CO2 + 2H2 + Q. В фокусе горения температура 1800-2000°С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом: CQ2 + C = 2CО-Q; H2О(пар) + С(кокс) =Н2+СО - Q . Образуется смесь восстановительных газов, в которых СО - главный восстановитель железа из его оксидов
Восстановление железа в доменной печи
Восстановителями являются оксид углерода CO2, твердый углерод и водород. Восстановлена