Литература -->  Доменное производство металла 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 [ 124 ] 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155

правлении в результате механич. обработки. Если обработка происходила при невысоких t°, то на поверхности зерен появляются линии сдвигов (линии Неймана), как результат скольжения отдельных частей кристаллитов но плоскостям их спайности (вкл. л., 2). Эти линии являются одним из признаков паклена и тех изменений в свойствах, о которых было упомянуто выше. См. Сталь специальная.

Лит.: Oberhoffer Р., Das technische Eisen, 2 Auflage, Berlin, 1925; Landolt-Bornstein, Physikalisch-chemische Tabellen, Berlin, 1924 - 27; Cnp. ТЭ., t. II. M. Okhob.

Железо в металлургии.

Термин Ж. в современной металлургии присваивается лишь сварочному Ж., т. е. малоуглеродистому продукту, получаемому в тестообразном состоянии нри t°, недостаточной для плавления Ж., но высокой настолько, что отдельные частицы его хорошо свариваются друг с другом, давая после проковки однородный мягкий продукт, не принимающий закалки. Ж. (в указанном смысле слова) получается: 1) непосредственно из руды в тестообразном состоянии сы- родутным процессом; 2) таким же способом, но при более низкой Г, недостаточной для сваривания частиц Ж.; 3) переделом чугуна кричным процессом; 4) переделом чугуна пудлингованием.

1) Сыродутный процесс в наст, время применяется лишь малокультурными народами и в таких местностях, куда не может (по отсутствию удобных путей сообщения) проникнуть американское или европейское Ж., получаемое современными способами. Процесс ведется в открытых сыродутных горнах и печах. Сырыми материалами для него служат железная руда (обыкновенно бурый железняк) и древесный уголь. Уголь засыпается в горн в той половине его, куда подводится дутье, руда же - кучей, с противоположной стороны. Образующаяся в толстом слое горящего угля окись углерода проходит через всю толщу руды и, имея высокую t°, восстанавливает Ж. Восстановление руды совершается постепенно-с поверхности отдельных кусков к сердцевине. Начинаясь с верхних частей кучи, оно ускоряется но мере продвижения руды в область более высокой t°\ окись Ж. при этом переходит сначала в магнитную окись, затем в закись, и, наконец, на поверхности кусков руды появляется металлич. Ж. В то же время землистые примеси руды (пустая порода) соединяются с еще не восстановленной закисью Ж. и образуют легкоплавкий железистый шлак, к-рый вытапливается через щели металлич. оболочки, образующей как бы скорлупу в каждом куске руды. Будучи нагретыми до белокалильного ятра, эти скорлупки свариваются друг с другом, образуя на дне горна губчатую массу Ж.-к р и-ц у, проникнутую шлаком. Для отделения от последнего вынутую из горна крицу разрубают на несколько частей, из которых каждую проковывают, подваривая, после охлаждения в том же горне в полосы или прямо в изделия (вещи домашнего обихода, оружие). В Индии сыродутный процесс ведется и теперь всыродутных печах,

к-рые отличаются от горнов только несколько большей высотой-ок. 1,5 Л1. Стены нечей делаются из глиняной массы (не кирпича) и служат лишь одну плавку. Дутье подается в печь через одну фурму мехами, приводимьши в движение ногами или руками. В пустую печь загружается нек-рое количество древесного угля ( холостая колоша ), а затем попеременно, отдельными слоями, руда и уголь, при чем количество первой постепенно увеличивается до тех пор, пока не дойдет до определенного опытом отношения к углю; вес всей засыпанной руды определяется желаемым весом крицы, который, вообще говоря, незначителен. Процесс восстановления идет так же, как и в горне; Ж. тоже полностью не восстанавливается, и получающаяся на лещади крица заключает в себе много железистого шлака. Крицу извлекают разломкой печи и разрубают на части, в 2-3 кг весом. Каждую из них нагревают в кузнечном горне и обрабатывают под молотом; в результате получается превосходное мягкое железо, служащее, меяеду прочим, материалом для изготовления индийской стали вуц (булат). Состав его следующий (в %):

с Si Мп Р S Ее Щлак Из горнов . . 0,17 Нет Нет 0,025 Нет 99,625 0,155 Из индийских нечей .... 0,03 0,01 Нет 0,013 Нет 99,947 -

Ничтояшое содержание элементов-примесей Ж.-или совершенное их отсутствие объясняется чистотой руды, неполнотой восстановления Ж. и низкой t° в печи. Расход древесного угля благодаря малым размерам горнов и печей и периодичности их действия очень велик. В Финляндии, Швеции и на Урале Ж. выплавляли в сыродутной печи Хусгавеля, в к-рой можно было регулировать ход процесса восстановления и насыщения Ж. углеродом; расход угля в ней-до 1,1 на единицу Ж., выход к-рого достигал 90% содеря:ания его в руде.

2) В будущем нужно ожидать развития производства Ж. неносредственно из руды не ирименением сыродутного процесса, а восстановлением Ж. ири t°, недостаточной для образования шлака и даже для спекания пустой породы руды (1 000°). Преимущества такого процесса-возможность применения низкосортных видов топлива, устранение флюса и расхода тепла на плавление шлака (см. Губчатюе железо).

3) Получение сварочного железа переделом чугуна кричньпл процессом ведется в кричных горнах гл. обр. в Швеции (у нас- на Урале). Для передела выплавляют специальный чугун, т. н. ланкаширский,-Дающий наименьший угар. В составе его: 0,3- 0,45% Si, 0,5-0,6о/о Мп, 0,02 Р, <0,01% S. Такой чугун в изломе кая-сется белым или половинчатым. Горючим в кричных горнах может служить только древесный уголь.

Процесс ведется след. обр.: горн, освобожденный от крицы, но с оставшимся на донной доске спелым шлаком конца процесса, наполняется углем, гл. обр. сосновым, на который укладывается подогретый продуктами горения чугун в количестве 165- 175 кг (на /g поперечного сечения горна приходится 100 кг садки чугуна). Поворотом



клапана в воздухопроводе дутье направляется через трубы, расположенные в под-сводовом пространстве горна, и нагревается здесь до t° в 150 - 200°, ускоряя т. о. плавление чугуна. Плавящийся чугун все время поддерживается (при помощи ломов) на угле выше фурм. При такой работе вся масса чугуна подвергается окислительному действию кислорода воздуха и углекислоты, проходя зону горения в виде капель. Большая поверхность их способствует быстрому окислению Ж. и его примесей-кремния, марганца и углерода. Смотря по содержанию этих примесей, чугун в большей или меньшей степени теряет их, пренеде чем соберется на дне горна. Т. к. в шведском горне переделывается малокремнистый и маломарганцовый чугун, то, проходя горизонт фурм, он теряет весь свой Si и Мп (окислы к-рых с закисью Ж. образуют основн. шлак) и значительную часть углерода. Плавление чугуна продолжается 20-25 мин.По окончании этого процесса пускают в горн холодное дутье. Осевший на дно горна металл начинает реагировать с находящимися там же спелыми шлаками,содержащими в себе большой избыток (по сравнению с количеством кремнезема) окислов Ж.-FegOj и FeO, окисляющих углерод с выделением окиси углерода, что приводит в кипение весь металл. Когда металл загустеет (от потери углерода) и сядет товаром , последний поднимают ломами выше фурм, пускают опять горячее дутье и плавят товар .

Во время вторичного плавления металл окисляется кислородом как дутья, так и шлаков, к-рые из него вытапливаются. На дно горна после первого подъема падает металл, достаточно мягкий для того, чтобы из отдельных наиболее спелых частей его собирать крицу. Но прежде, при употреблении кремнистых сортов чугуна, приходилось прибегать ко второму и даже третьему подъему товара, что, конечно, уменьшало производительность горна, увеличивало .расход горючего и угар Ж. На результаты работы оказывали влияние расстояние фурм от донной доски (глубина горна) и наклон фурм: чем круче поставлена фурма и меньше глубина горна, тем значительнее действие окислительной атмосферы на металл. Более пологий наклон фурм, как и большая глубина горна, уменьшает непосредственное действие кислорода дутья, предоставляя, т. о., ббльшую роль действию шлака на примеси Ж.; окисление ими идет медленнее, но зато без угара Ж. При всяких данных условиях наивыгоднейшее полонсение фурм относительно донной доски определяется опытом; в современном шведском горне глаз фурмы устанавливается на расстоянии 220 мм от донной доски, а наклон фурм меняется в тесных пределах-от 11 до 12°.

Получающаяся на дне горна крица заключает в себе, в отличие от сыродутной, очень мало механически увлеченного шлака; что же касается химич. примесей Ж., то Si, Мп и С м. б. полностью удалены (указываемое анализами ничтожное содержание Si и Мп входит в состав механич. примеси-шлака), а сера-только отчасти, окисляясь дутьем во время плавления. В это же время окис-

ляется и фосфор, уходя в шлак в виде фос-форножелезной соли, но последняя затем восстанавливается углеродом, и конечный металл может заключать в себе даже относительно больше фосфора (от угара Ж.), чем исходный чугун. Вот почему для получения первоклассного металла для экспорта в Швеции берут в передел исключительно чистый в отношении Р чугун. Вынутую из горна готовую крицу разрубают на три части (каждая 50-55 кг) и обжимают их под молотом, придавая вид параллелепипеда.

Длительность процесса нередела в шведском кричном горне-от 65 до 80 мин.; в сутки получается от 2,5 до 3,5 m обжатых кусков на огонь , при расходе древесного угля всего 0,32-0,40 на единицу готового материала и выходе его от 89 до 93,5% заданного в нередел чугуна. В самое последнее время в Швеции были произведены удачные опыты нередела жидкого чугуна, взятого от доменных печей, и ускорения процесса кипения перемешиванием металла нри помощи механич. граблей; при этом угар снизился до 7%, а расход угля-до 0,25.

О химическом составе шведского и южноуральского Ж. дают понятие следующие данные (в %): с

Шведское Ж..

0,04 . 0,06

Южно-ур. . 0,21

Si 0,04 0,02 0,08

Mn 0,02 0,01 0,07

Р S Шлак 0,03 0,008 1 От 0,5 0,02 0,01 f до 0,1 0,045 Следы Не опред.

Из всех родов Ж., получаемых промышленными способами, шведское кричное наиболее нриблилсается к химически чистому и вместо последнего применяется в лабораторной практике и исследовательских работах. От сыродутного Ж. оно отличается своей однородностью, а от самого мягкого мартеновского металла (литого Ж.) отсутствием марганца; ему свойственна высшая степень свариваемости, тягучести и ковкости. Шведское кричное Ж. обнаруживает незначительное временное сопротивление на разрыв-всего около 30 кг/мм, при удлинении в 40% и уменьшении попереч. сечения в 75%. В настоящее время годовая производительность кричного Ж. в Швеции упала до 50 000 т, так как после войны 1914-18 гг. область промышленных применений для этого Ж. сильно сократилась. Наибольшее количество его идет на изготовление (в Англии гл. обр. и в Германии) высших сортов инструментальной и специальной сталей; в самой Швеции из него делают специальную проволоку ( цветочную ), подковные гвозди, хорошо кующиеся в холодном состоянии, цепи и полосовую заготовку для сварных труб. Для юследних двух целей особенно важны свойства кричного Ж.: надежная свариваемость, а для труб, сверх того, высшая устойчивость против ржавления.

4) Развитие производства Ж. кричным процессом влекло за собой истребление лесов; после того как последние в различных странах были взяты под защиту закона, ограничившего их вырубку годовым приростом, Швеция, а затем и Россия-лесистые страны, изобилующие рудами высокого качества,-сделались главными поставщиками железа на международном рынке в течение всего 18 в. В 1784 г. англичанин Корт изобрел



пудлингование-процесс передела чугуна на поду пламенной печи, в топке которой сжигался каменный уголь. После смерти Корта Роджерс и Голл ввели существенные улучшения в конструкцию пудлинговой печи (см. Печи), что способствовало быстрому распространению пудлингования во всех промышленных странах и совершенно изменило характер и размеры производства в них Ж. в течение первой половины 19 века. Этим процессом получили ту массу металла, которая понадобилась для постройки железных судов, железных дорог, локомотивов, паровых котлов и машин.

Топливом для пудлингования служит длинной л аменный каменный уголь, но там, где его нет, приходилось прибегать и к бурому углю, а у пас на Урале-к дровам. Сосновые дрова дают более длинное пламя, чем каменный уголь; оно хорошо греет, но содержание влаги в дровах не должно превосходить 12%. Впоследствии па Урале была применена к пудлингованию регенеративная печь Сименса. Наконец, в С. Ш. А. и у нас (в Волжском и Камском бассейнах) пудлинговые печи работали на нефти, распы-ливаемой в рабочее пространство печи непосредственно.

Для быстроты передела и уменьшения расхода топлива желательно иметь холодный пудлинговый чугун; нри выплавке его на коксе, однако, в продукте получается много серы (0,2 и даже 0,3%), а при высоком содержании фосфора в руде--и фосфора. Для обыкновенных торговых сортов Ж. такой чугун с низким содерясанием кремния (менее 1 %), нод названием передельного, выплавлялся прежде в большом количестве. Древесноугольный чугун, к-рый переделывался на Урале и в центральной России, не содержал серы и давал продукт, шедший и на изготовление кровельного ж. В настоящее время пудлингование служит для производства качественного металла по особым спецификациям, и потому в пудлинговые печи поступает не обыкновенный передельный чугун, а высококачественный, напр. марганцовый или гематит (малофосфористый), или, наоборот, сильнофосфористый для производства гаечного Ж. Ниже указано содержание (в %) главных элементов в нек-рых сортах чугуна, применяемых лСля нудлингования: Сорт чугуна

Кохчсовый (стальной) ......

Коь-совый гематит

Коксовый фосфо-

3,7 4,0

0,6 2,0

4,0 1,0

0,2 0,08

<0.1 <0,1

<0,1

3,65

0,04

0,02

Древесноугольп. уральский . . .

Пудлинговая печь по окончании предыдущей операции обыкновенно имеет на иоду нормальное количество шлака для работы со следующей садкой. При переработке сильно кремнистого чугуна шлака остается в печи много, и его приходится спускать; наоборот, белый чугун оставляет под печи сухим , и работу приходится начинать заброской на под нужного количества шлака, к-рый берут из-под молота ( спелый , наиболее богатый магнитной окисью). На шлак забрасывается садка чугуна, подогретая в чугуннике (250-

300 кг в ординарных и 500-600 %г в двойных печах); затем в топку забрасывают свежую порцию горючего, прочищают колосники, и в печи устанавливается полная тяга. В течение 25-35 мни. чугун плавится, претерпевая б. или м. значительное изменение в своем составе. Твердый чугун окисляется кислородом пламени, при чем Ж., марганец и кремний дают двойной силикат, стекающий на под печи; плавящийся чугун обнажает все новые и новые слои твердого чугуна, к-рый тоже окисляется и плавится. В конце периода плавления на поду получаются два жидких слоя-чугуна и шлака, на поверхности сонрикосновения к-рых происходит, хотя и в слабой степени, процесс окисления углерода магнитной окисью Ж., о чем свидетельствуют выделяющиеся из ванны пузыри окиси углерода. Смотря по содержанию кремния и марганца в чугуне, в расплавленном металле их остается неодинаковое количество: в малокремнистом древесно-угольном чугуне или белом-коксовой плавки-кремний в большинстве случаев выгорает нри плавлении полностью; иногда ясе остается нек-рое количество его в металле (0,3-0,Й5%), равно как и марганца. Фосфор тоже окисляется в это время, переходя в фосфорнояселезную соль. От уменьшения веса металла ири выгорании названных примесей %-ное содержание углерода может даже возрасти, хотя нек-рое количество его несомненно сжигается кислородом пламени и шлаков, покрывающих первые порции расплав ленно го металла.

Для ускорения выгорания оставшихся количеств кремния, марганца и углерода прибегают к пудлингованию, т. е. перемешиванию чугуна со шлаком при помощи клюшки с загнутым иод прямым углом концом. Если металл ясидок (серый чугун, сильно углеродистый), то перемешивание не достигает цели, и ванну предварительно делают густой забрасыванием в нее холодного спелого шлака или же уменьшением тяги устанавливают в печи неполное горение, сопровождающееся получением сильно коптящего пламени (томление). Через несколько минут, в течение к-рых производят непрерывно неремешивание, на поверхности ванны появляются обцльные пузыри горящей окиси углерода-продукта окисления углерода чугуна кислородом магнитной окиси, растворенной в основном железистом шлаке. По мере хода процесса окисление С усиливается и переходит в бурное кипение всей массы металла, к-рое сопровождается вспучиванием ее и таким значительным увеличением объема, что часть шлака переливается через порог рабочих отверстий. По мере выгорания С повышается f° . металла, и для того, чтобы кипение продолжалось, повышают непрерывно t° в печи. Оконченное при низкой t° кипение дает сырой товар, т. е. высокоуглеродистую губчатую массу Ж., неспособную свариваться; в горячей печи садится спелый товар. Процесс окисления примесей Ж. в пудлинговой нечи начинается за счет кислорода шлака, представляющего сплав одиокремнеземика железа (FegSiOi) с магнитной окисью и закисью Ж. переменного состава. В английск. печах



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 [ 124 ] 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155