Технология производства черных металлов

Технология производства черных металлов

Основной способ производства черных металлов — получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное получение стали из железных руд.

Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900 °С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаС03) необходим для перевода в расплавленное состояние пустой породы (состоящей в основном из Si02 и А1203), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь силикатов и алюминатов кальция, близкую по составу к портландцементу.

Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полезный объем печи — 2000…3000 м3, а суточная производительность — 5000…7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до С02. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун 9 стекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки 1 и 8 в ковш. На каждую тонну чугуна получается около 0,6 т огненно-жидкого шлака.

Доменный шлак — ценное сырье для получения строительных материалов: шлакопортландцемента, пористого заполнителя для бетонов — шлаковой пемзы, шлаковой ваты и др.

Чугун главным образом (около 80 ) идет для производства стали, остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий.

В зависимости от состава различают белый и серый чугуны. Белый чугун твердый и прочный, содержит большое количество цементита; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Производство стали. Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печах, конверторах или электрических печах.

Рис. 7.1. Схема доменной печи:
1 — летка для выпуска жидкого чугуна; 2 — расплавленный шлак; 3 — загрузочное устройство; 4 — газоотводная труба; 5 — капли расплавленного чугуна; 6 — капли шлакового расплава; 7 — фурма для подачи воздуха; 8 — летка для выпуска расплавленного шлака; 9 — жидкий чугун

Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 получаемой стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в основном в горячем состоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).

Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. ]J Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания — упрочненную холодносплющенную арматуру.

Технология производства черных металлов

Исследование особенностей добычи и обогащения руд чёрных металлов, нерудного сырья для чёрной металлургии, производства стальных и чугунных труб. Характеристика металлургического цикла, прокатного производства. Анализ размещения предприятий отрасли в РФ.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология производства черных металлов

Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть отлитого металла из доменной печи, идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство).

В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:

добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда)

добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.);

производство чёрных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков чёрных металлов);

производство стальных и чугунных труб;

коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);

вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).

руда металл чугунный прокатный

Собственно металлургическим циклом является производство

1) чугунно-доменное производство,

2) стали (мартеновское, кислородноконвертерное и электросталеплавильное), (непрерывная разливка, МНЛЗ),

3) проката (прокатное производство).

Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.

Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты.

В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей.

Размещение предприятий отрасли в Российской Федерации

Особенность промышленности России заключается в больших расстояниях между производствами различных циклов. Металлургические комбинаты, производящие чугун и сталь из руды, традиционно располагались около месторождений железных руд в районах, богатых лесом, так как для восстановления железа использовали древесный уголь. И в настоящее время металлургические комбинаты металлургической отрасли России расположены вблизи месторождений железной руды: Новолипецкий и Оскольский — около месторождений центральной России, Череповецкий («Северсталь») — около Карельского и Костомукшского, Магнитогорский — около горы Магнитная (уже выработанное месторождение) и в 300 км от Соколовско-Сарбайского в Казахстане, бывший Орско-Халиловский комбинат (в настоящее время «Уральская сталь») около месторождений природнолегированных руд, Нижнетагильский — вблизи Качканарского ГОКа, Новокузнецкий и Западно-Сибирский — около месторождений Кузбасса. Все комбинаты России расположены в местах, где ещё в XVIII веке и ранее существовало производство железа и изделий из него с использованием древесного угля. Месторождения коксующегося угля расположены чаще всего вдали от комбинатов именно по этой причине. Только НКМК и Запсибрасположены непосредственно на месторождениях каменного угля Кузбасса. «Северсталь» снабжается углём, добываемым в Печорском угольном бассейне.

В центральной части России большая часть железорудного сырья добывается в районе Курской аномалии. В промышленных масштабах железорудное сырьё производится также в Карелии и на Урале, а также в Сибири (добыча ведётся в Кузбассе, Красноярском крае, Хакасии и близких им районах). Большие запасы железной руды в Восточной Сибири практически не осваиваются из-за отсутствия инфраструктуры (железных дорог для вывоза сырья).

Два основных района производства коксующегося угля в России — Печорский (Воркута) и Кузнецкий бассейн (Кузбасс). Крупные угольные поля есть также в Восточной Сибири; они отчасти разрабатываются, однако промышленное их освоение упирается в отсутствие транспортной инфраструктуры.

Центральная часть России, в частности Орел, Белгород, Воронеж, Тула не богаты металлами, поэтому в основном для внутренних нужд все сырье привозится из других регионов. Крупнейшими поставщиками металла в центральный регион являются общероссийские компании, такие как Импром, и местный, такие как ПРОТЭК и Союзметаллкомплект.

При строительстве всех крупных металлургических комбинатов России (в советское время) одновременно велось и строительство ориентированного на каждый завод горно-обогатительного комбината. Однако после развала СССР некоторые комплексы оказались разбросанными по территории СНГ. Например, Соколовско-Сарбайское ГПО, поставщик руды на Магнитогорский меткомбинат, теперь находится в Казахстане. Железорудные предприятия Сибири ориентированы на Западно-Сибирский и Новокузнецкий меткомбинаты. Качканарский ГОК «Ванадий» поставляет руду на Нижнетагильский меткомбинат. «Карельский Окатыш» поставляет руду в основном на Череповецкий металлургический комбинат («Северсталь») в Череповце.

При размещении предприятий учитывалось также обеспечение водой, электроэнергией, природным газом.

В России созданы три металлургические базы:

Уральская металлургическая база

Центральная металлургическая база

Сибирская металлургическая база

Основы технологии черных металлов

Производство черных металлов из железной руды — сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй — его перерабатывают в сталь.

Учитывая, что учащиеся уже знакомы с основами металлургических процессов из средней школы, ниже рассмотрим лишь основные положения технологии чугуна и стали.

Чугуном называют сплав железа с углеродом (2. 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30. 70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают под давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней части горна, образует

который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода:

Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме

Этот процесс может быть представлен следующими реакциями:

3F9Q3+ ;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2.

В нижней части печи часть восстановленного железа соединяется с углеродом и образуется карбид железа Fe3C (науглероживание железа). Затем происходит расплавление науглероженного металла, который стекает в горн доменной печи, при этом насыщение железа углеродом продолжается. В результате плавления происходит восстановление не только железа, но и других элементов, находящихся в руде (Si, Mn, P), которые, а также часть серы в виде FeS переходят в чугун. В горн стекает также расплавленный шлак и всплывает над чугуном, так как его плотность меньше, чем чугуна. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия — чугунную и шлаковую летки, сначала шлак, а затем — чугун.

К прогрессивным процессам развития доменного производства следует отнести улучшение подготовки шихты за счет дробления, тщательной промывки, сортировки и обогащения железных руд, которое производится, например, путем магнитной сепарации. Широко развивается производство агломерата путем спекания мелочи руды в более крупные куски. Объем доменных печей достиг 5 тыс. м3, что обеспечило улучшение коэффициента использования полезного объема, снижение расхода топлива на 1 т передельного чугуна. Получают большое развитие механизация и автоматизация основных процессов при производстве чугуна. В доменном процессе широко используется повышенное давление и более высокий нагрев дутья, автоматическое регулирование температур, снижение влажности дутья, промывка углей перед коксованием, а также кислород для интенсификации процессов производства.

В результате доменной плавки могут быть получены различные виды чугунов: передельные (80. 90%), идущие в основном на производство стали; литейные (8. 18 %), предназначаемые для получения чугунных отливок; ферросплавы. (2. 3%), содержащие повышенное количество марганца, кремния. Ферросплавы применяют как добавки при производстве стали.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Характеристика основных технологий в черной и цветной металлургии. Классификация металлургических процессов. Сырье для черной металлургии и его добычи. Продукты металлургического производства. Дуговые электроплавильные печи, конвертеры, прокатные станы.

курсовая работа [773,0 K], добавлен 16.10.2010

Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.

презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013

Изучение технологических процессов производства стальных бесшовных труб для нефтегазовой отрасли. Характеристика лаборатории ферросплавного производства. Правила техники безопасности на химических объектах. Методика химического анализа углистой породы.

отчет по практике [60,4 K], добавлен 07.04.2017

Технолого-экономические основы производства чугуна. Технологические мероприятия подготовки шихты. Мероприятия, связанные с экономией кокса, как топлива. Обработка металлов давлением, прокатом. Волочение. Прессование. Свободная ковка. Горячая штамповка.

реферат [34,9 K], добавлен 15.05.2005

Металлургические базы России, размещение производства. Технологическая цепочка производства чёрных и цветных металлов. География золотодобычи. Проблемы и перспективы цветной металлургии. Выбросы вредных веществ в атмосферу отраслями промышленности.

творческая работа [427,8 K], добавлен 30.04.2009

Анализ особенностей деятельности предприятия по добыче и обогащению сырья для металлургии, керамических и строительных предприятий на примере ОАО «Вишневогорский ГОК». Экономика обогатительного производства, основные перспективы развития отрасли.

отчет по практике [278,9 K], добавлен 18.10.2012

Доменный процесс как основное звено в цикле производства черных металлов. Виды углеродистого сырья коксохимического происхождения для производства углеграфитовых материалов: каменноугольный пек и пековый кокс. Прокаливание и графитирование пекового кокса.

реферат [139,2 K], добавлен 27.11.2009

Химический состав чугуна, характеристика его элементов. Влияние значения марганцевого эквивалента на эксплуатационную стойкость чугунных изделий. Процесс кристаллизации металлов и сплавов. Способы защиты металлов от коррозии. Область применения прокатки.

контрольная работа [30,5 K], добавлен 12.08.2009

Проектирование современного цеха по производству отливок из сплавов черных металлов. Выбор оборудования и расчет производственной программы этого цеха. Особенности технологических процессов выплавки стали. Расчет площади складов для хранения материалов.

курсовая работа [125,6 K], добавлен 13.05.2011

Описание технологии производства чугуна и стали: характеристика исходных материалов, обогащение руд, выплавка и способы получения. Медь, медные руды и пути их переработки. Технология производства алюминия, титана, магния и их сплавов. Обработка металлов.

реферат [101,6 K], добавлен 17.01.2011

Основы технологии черных металлов

Для получения черных металлов (чугуна и стали) необходимо определенное сырье. Таким сырьем являются железные руды, представляющие собой природную смесь рудного материала (оксидов железа) и пустой породы. Алгоритм производства чугуна и дальнейшая его переработка в сталь для изготовления различных изделий показан на рис. 12.1.

Получение чугуна

Чугун получают из железных руд при высоких температурах в результате восстановительных процессов, т.е. отнятия кислорода от оксидов железа. Наиболее ценными рудами для получения чугуна считаются: магнитный железняк Fe₃0₄, красный железняк Fe₂0₃, бурый железняк 2Fe₃0₃*3H₂0, шпатовый железняк FeC0₃.

Рис. 12.1. Схема получения черных металлов и изделий из них

Разработке подвергают преимущественно руды, содержащие незначительное количество вредных примесей (фосфора, серы, мышьяка) и пустой породы (глины, песка и др.).

Для получения чугуна железные руды перерабатывают в доменных печах (рис. 12.2). Домна — шахтная печь высотой до 30 м и более, шириной 6 м. Ее стенки выложены из огнеупорного кирпича, снаружи кладка заключена в стальной кожух толщиной 20. 40 мм.

Исходными материалами для доменной плавки являются руда, флюсы (плавни) и топливо (кокс), которые загружаются в доменную печь сверху в количествах, определяемых расчета-

Рис. 12.2. Схема доменной печи:

1 — загрузочное устройство; 2 — газоотводная труба; 3 — фурмы для подачи воздуха; 4 — лётка для выпуска жидкого чугуна; 5 — лётка для выпуска расплавленного шлака

ми. Смесь этих материалов называется шихтой. Загружаемое в один прием количество руды, кокса и флюсов (известняк, доломит) называется «подачей» или «колошей». Отсюда и название верхней части доменной печи — «колошник».

Флюсы — это материалы минерального происхождения, вводимые в шихту для образования шлака. Флюсы способствуют переходу в шлак вредных для металла примесей. По химическому составу различают основные (известняк), кислые (кремнезем) и нейтральные (глинозем) флюсы.

Температура плавления и превращения пустой породы в шлак обычно очень высока. Для ее понижения в состав шихты вводят специальные добавки (плавни).

В доменной печи происходят следующие основные процессы:

• ? горение углерода топлива;
• ? удаление из сырых материалов влаги и летучих веществ;
• ? восстановление и науглероживание железа;
• ? плавление восстановленного и науглероженного металла и отшлаковывание пустой породы и флюсов.

Шихту непрерывно подают в верхнюю часть домны через загрузочное устройство. В нижней части домны сгорает кокс (для этого через фурмы 3 подают горячий воздух):

Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раскаленным коксом и переходит в угарный газ:

который еще выше в домне взаимодействует с раскаленной рудой:

В результате образуется восстановленное железо:

Таким образом, углерод кокса при высоких температурах восстанавливает железную руду до чистого железа.

Восстановленное железо насыщается углеродом (науглероживается примерно до 3,5. 4 %), превращаясь в чугун:

Это происходит при температуре 1250 °С. Чугун стекает в нижнюю часть домны, откуда его выпускают через специальное отверстие — лётку.

Продукты плавки — чугун и шлак — периодически выпускают через лётки 4,5 в ковш.

При доменном производстве на каждую тонну чугуна получают около 0,6 огненно-жидкого шлака, являющегося ценным сырьем для промышленности строительных материалов. Из него получают шлакопортландцемент, шлаковую пемзу, шлаковую вату, шлаковый щебень и др.

Запущенная в действие доменная печь функционирует непрерывно в течение нескольких лет. Современная доменная печь за сутки выплавляет 12 000 т чугуна и выдает около 4000 т шлака и 27 000 т колошникового газа.

Руду, кокс и флюсы периодически добавляют через верхнее отверстие (колошник) домны. Также периодически (через

• 4.. .6 ч) производится выпуск из нее чугуна и шлака. При этом
• 99.. .99.8 % железа переходит в чугун и только 0,2. 1 % — в шлак.

По назначению доменные чугуны разделяют на литейный, передельный и специальный.

Литейный чугун переплавляют и из него отливают чугунные элементы строительных конструкций: тюбинги для тоннелей, опорные части железобетонных ферм и балок, санитарно-технические изделия (ванны, мойки, канализационные трубы).

Передельный чугун предназначен для переработки в сталь. На долю передельных чугунов приходится свыше 80 % всей продукции доменных печей.

Специальные чугуны (доменные ферросплавы) содержат кремний или марганец в повышенном количестве и их используют как добавки при выплавке стали.

В чугуны часто вводят медь, алюминий, титан, хром, никель. Подобно сталям такие чугуны называют легированными.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ;

Основной способ производства черных металлов — получение чу­гуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало разви­ваться непосредственное производство стали из железных руд.

Производство чугуна.Чугун получают в доменных печах высоко­температурной (до 1900° С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаСО₃) необходим для перевода пустой породы (состоящей в основном из SiO₂ и А1₂О₃), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива в расплавленное состояние. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь сили­катов и алюминатов кальция.

Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полез­ный объем печи — 2000. 3000 м 3 , а суточная производительность — 5000. 7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодей­ствуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до СО₂. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун Истекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают четэез летки 1 и S в

ковш. На каждую тонну чугуна полу­чается около 0,6 т огненно-жидкого ишака.

| Доменный шлак — ценное сырье для получения строитель­ных материалов: шлакопортланд-цемента, пористого заполнителя для бетонов — шлаковой пемзы, шлаковой ваты, шлакоситаллов и Др.

Чугун главным образом (около 80 %) идет для производства стали, осталь­ная часть чугуна используется для по­лучения литых чугунных изделий.

В зависимости от состава разли­чают белый и серый чугуны. Белый чугун твердый и прочный, содержит большое количество цементита; в се­ром из-за присутствия кремния це­ментит не образуется и углерод вы­деляется в виде графита.

Производство стали.Сталь полу­чают из чугуна и железного металло­лома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов плав­лением в мартеновских печах, кон­верторах или электрических печах. Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда хи­мических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными га-

зами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий.Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под дейст­вием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространен­ный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 % по­лучаемой стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между, вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобре­тает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в холодном со­стоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадрат­ная, полосовая, уголковая разнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через от­верстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).

Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растяги­ваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящей­ся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сече­ния, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания — упрочненную холодносплющенную арматуру.

7.4. СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Сталь наряду с бетонами — главнейший конструкционный матери­ал. Широкому использованию в строительстве сталь обязана высоким физико-механическим показателям, технологичности (возможности получения из нее конструкций различными методами) и большими объемами производства. Ниже рассмотрены основные технические характеристики стали и приведены численные значения некоторых характеристик сталей различного состава и строения.

Плотность стали — 7850 кг/м 3 , что при­близительно в 3 раза выше плотности ка­менных материалов (например, обычный тяжелый бетон имеет плотность — 2400 + ± 50 кг/м 3 ).

Прочностные и деформативные свойст­ва стали обычно определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма «напряжение — деформация». Сталь, как и другие металлы, ведет- себя как упруго-пластичный материал (рис. 7.2). В начале испытаний деформации у стали про­порциональны напряжениям. Максималь­ное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называется предел пропор­циональности а_у (при этом напряжении ос­таточные деформации не должны превы­шать 0,05 %).

При дальнейшем повышении напряже­ния начинает проявляться текучесть стали — быстрый рост деформаций при неболь­шом подъеме напряжений. Напряжение, соответствующее началу течения, называют пг>едел текучести ст_.

затем наступает некоторое замедление сопротивление; д_р — предел проч-роста деформаций при подъеме напряже- нос ™

ний («временное упрочнение»), после чего наступает разрушение об­разца, называется временным сопротивлением а_в, что является факти­ческим пределом прочности стали (Д,).

Относительное удлинение стали е в момент разрыва характеризует ее пластичность. Оно рассчитывается по формуле:

где /₀ — начальная длина расчетной части образца, мм; 1_Х — длина этой части в момент разрыва образца, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механи­ческих свойств сталей. Модуль упругости стали составляет 2,1 • 10 5 МПа.

Твердость сталей определяют на твердомерах Бринелля (НВ) или Роквелла (HR) по величине вдавливания индентера (закаленного ша­рика или алмазной пирамидки) в испытуемуто сталь. Твердость вычис­ляют в МПа с указанием метода испытаний. Твердость поверхности стали можно повышать специальной обработкой (например, цемента­цией — насыщением поверхностного слоя стали углеродом или закал­кой токами высокой частоты).

Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ее значение определяют по величине работы, необходимой для разрушения образца на маятниковом копре. Ударная вязкость зависит от состава стали, наличия легирующих элементов и заметно меняется при изменении температуры. Так, у СтЗ удар­ная вязкость при + 20° С составляет 0,5. 1 МДж/м 2 , а при —20° С —

Технологические свойства. Технологические испытания стали пока­зывают ее способность принимать определенные деформации, анало­гичные тем, которые стальное изделие будет иметь при дальнейшей обработке или в условиях эксплуатации. Для строительных сталей чаще всего производят пробу на холодный загиб.

При испытании на загиб (рис. 7.3) определяются не усилия для осуществления деформации, а условия (угол загиба, диаметр оправки), при которых возможно протекание деформации без нарушения сплош­ности образца (т. е. без появления трещин и расслоения). Чем пла­стичнее сталь, тем меньше диаметр оправки при испытаниях (см. табл.

Для стальной проволоки подобные испытания проводятся на уста­новке, позволяющей перегибать проволоку на заданный угол. Мерой пластичности служит число перегибов проволоки до разрушения.

Теплотехнические свойства сталей в малой степени зависят от ее

Теплопроводность стали, как и всех металлов, очень высока и

составляет около 70 Вт/(м К).

Коэффициент линейного термического расширения стали составляет

Температура плавления стали зависит от ее состава и для обычных углеродистых сталей находится в пределах 1500..Л300° С (чугун с содержанием углерода 4,3 % плавится при 1150° С).

Температуроустойчивость стали связана с тем, что при нагревании в ней происходят полиморфные превращения, приводящие к сниже­нию прочности. Небольшая потеря прочности наблюдается уже при нагреве выше 200° С; после достижения температуры 500. 600° С обыч­ные стали становятся мягкими и резко теряют прочность. Поэтому стальные конструкции не огнестойки и их необходимо защищать от действия огня, например, покрытием цементными растворами.

7.5. УГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия изготовляют, как правило, из конструкционных углеродистых сталей. Конструкционные легированные стали используют только дня особо ответственных ме­таллических конструкций и арматуры для предварительно напряжен­ного бетона. Однако благодаря эффективности объем использования легированных сталей постоянно расширяется.

Углеродистые стали— это сплавы, содержащие железо, углерод, марганец и кремний, а также вредные примеси — серу и фосфор, снижающие механические свойства стали (их содержание не должно превышать 0,05. 0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25. 0,6 %) и высокоуглеродистые (> 0,6 %). С увеличением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента — цементита.

Углеродистые стали по назначению подразделяют на стали общего назначения и инструментальные.

Углеродистые стали общего назначения подразделяют на три груп­пы: А, Б и В.

Стали группы А изготовляют марок СтО, Ст1 и т. д. до Стб и поставляют потребителю с гарантированными механическими свойст­вами без уточнения химического состава. Чем больше номер стали, тем [больше в ней содержится углерода: в стали СтЗ — 0,14. 0,22 %углерода, |в стали Ст5 — 0,28. 0,37 %. Механические свойства стали группы А йриведены в табл. 7.2.

г Из стали марок Ст1 и Ст2, характеризующейся высокой пластич­ностью, изготовляют заклепки, трубы, резервуары и т. п.; из сталей ргЗ и Ст5 — горячекатаный листовой и фасонный прокат, из которого выполняют металлические конструкции и большинство видов армату­ры для железобетона. Эти стали хорошо свариваются и обрабатываются.

Стали группы Б (БСтО, БСт1, БСтЗ и т. д.) поставляют с гаранти­рованным химическим составом; стали группы В— с гарантированным

химическим составом и механическими ™*^„*™^^ деленности химического состава стали групп Б и Б можно подвергать термической обработке.

Легированные сталипомимо компонентов, входящих в углероди­стые стали, содержат так называемые легирующие элементы, которые повышают качество стали и придают ей особые свойства. К легирую щим элементам относятся: марганец (условное обозначение — Г). кремний — С, хром — X, никель — Н, молибден — М, медь — Д v другие элементы. Каждый элемент оказывает свое влияние на сталь марганец повышает прочность, износостойкость стали и сопротивление ударным нагрузкам без снижения ее пластичности, кремний повышас упругие свойства, никель и хром улучшают механические свойства повышают жаростойкость и коррозионную стойкость; молибден улуч шает механические свойства стали при нормальной и повышенно!

Легированные стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавею­щие, жаростойкие и др.). Для строительных целей применяют е основном конструкционные стали.

Конструкционные низколегированные стали содержат не более 0,6 % углерода. Основные легирующие элементы низколегированны? сталей: кремний, марганец, хром, никель. Другие легирующие элемен­ты вводят в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшит] свойства стали. Общее содержание легирующих элементов не превы

Низколегированные стали обладают наилучшими механическим)

свойствами после термической обработки.

При маркировке легированных сталей первые две цифры показы вают содержание углерода в сотых долях процента, следующие за н№ буквы — условное обозначение легирующих элементов. Если количе