Сучасна цивілізація нерозривно пов'язана з розвитком техніки виробництва, неможливою без вдосконалення знарядь праці і матеріалів, що використовуються для їх виготовлення.
Серед усіх матеріалів природного походження або створених людиною, саме значуще місце займають чорні метали – сплав заліза і вуглецю з присутністю інших елементів.
Сплави, у складі яких частина вуглецю становить 2 – 5%, відносяться до чугунам, при наявності вуглецю менше 2% сплав відноситься до сталей. Для плавки металів використовується спеціальна технологія доменного виробництва.
Доменна плавка – це процес виробництва чавуну з залізної руди, що переробляється в доменних печах або, як їх ще називають, домнах.
Основними матеріалами, необхідними в процесі такого виробництва, є:
паливо, у вигляді одержуваного з кам'яного вугілля коксу;
залізна руда, яка є безпосереднім сировиною для виробництва;
флюс – спеціальні добавки з вапняку, піску, а також інших матеріалів.
В доменні печі залізна руда потрапляє у вигляді спучених між собою шматків дрібної породи – агломератів окатишів, у вигляді рудних грудок. Вихідне сировину завантажують у колошник доменної печі пошарово, чергуючи із шарами коксу і з пошаровим додаванням флюсу.
Новий на поверхні розпеченого чавуну шлак, зливається до того, як метал застигне. Завантажуваний для плавки чавуну матеріал з залізної руди, коксу і флюсу, називають шихтою.
Доменна піч, що має в профіль схожість з вежею з широкою основою, всередині викладається вогнетривким матеріалом – шамотом.
Основними елементами конструкції є:
заплічка;
розпарити;
колошник;
шахта
горн.
Розпар — це найширша частина доменної печі. У ньому плавиться порожня порода руди і флюсу, в результаті чого з них виходить шлак. Для запобігання впливу високих температур на кладку й кожух печі, застосовуються холодильні установки з циркулюючою водою.
Доменна шахта будується у формі розширює внизу конуса – такий пристрій домни дозволяє шихті вільно опускатися під час процесу плавки. Освіта чавуну, який в процесі плавки спускається в горн, відбувається в розпарі та заплечиках. Для утримання знаходиться в розпарі та шахті твердої шихти, заплічка мають форму конуса, з розширенням до верху.
Основними продуктами доменного виробництва є чавун і феросплави. Чавуни поділяються на переробні, ливарні й спеціальні.
Переробні чавуни — основний вид чавуну, призначений для виробництва сталі. На зламі вони мають білий відтінок, тому їх ще називають білими. Відзначаються великою твердістю, обробляти різанням їх важко.
Ливарні чавуни призначені для отримання фасонного литва. їх розливають у закріплені на безперервному конвеєрі розливальної машини виливниці. Після затверднення і охолодження водою 50-кілограмові чавунні чушки випадають при повороті конвеєра із виливниць прямо в залізні вагони для відправлення на машинобудівні заводи. На зламі вони мають сірий відтінок, тому їх ще називають сірими.
Спеціальні чавуни, або феросплави — це сплави заліза із значним вмістом силіцію, мангану та інших елементів. Їх використовують для розкислення та легування сталі.
> переробні чавуни — 75—80;
> ливарні чавуни — 15—20;
> феросплави — 1—2.
Шлак використовують для виробництва шлаковати, шлакоблоків, цементу.
Леговані чавуни поділяються на
корозієстійкі,
жаростійкі,
жароміцні.
До жаростійких належать чавуни, леговані силіцієм (ЧС13, ЧС15, ЧС17) і хромом (ЧХ22, ЧХ28, ЧХ32). Вони досить стійкі в сірчаній, азотній і в багатьох органічних кислотах. Для підвищення корозійної стійкості кремнисті чавуни додатково легують молібденом (ЧС15М4, ЧС17МЗ). У лугах високу корозійну стійкість мають нікелеві чавуни, наприклад ЧН15Д7.
Жаростійкість чавунів підвищують легуванням силіцієм (ЧС4) або хромом (ЧХ32). Високу жаростійкість мають аустенітні чавуни — сірий ЧА15Д7 і з кулястим графітом ЧН15ДЗШ.
Як жароміцні використовують аустенітні чавуни з кулястим графітом ЕН19ХЗШ і ЧН11Г7Ш.
Вироби з легованого чавуну найчастіше використовують в місцях, де є ймовірність великого зносу, наприклад, при роботі вузлів в умовах тертя, підвищених температур або агресивному середовищі. Важливо не забувати про те, що чавун досить тендітний і не витримує великих ударних навантажень.
Найчастіше чавун виплавляють в доменних печах, його виробляють з залізорудних матеріалів, які в подальшому переробляються в сталь і мають назву переробний чавун. Для виготовлення фасонного лиття використовується ливарний чавун.
Залежно від того, де будуть використовуватися виливки, і які характеристики потрібні для експлуатації, визначають складові компоненти. Так, це можуть бути виливки з такими властивостями:
Жаростійкі;
Морозостійкі;
Жароміцні;
Зносостійкі;
Корозійностійкі;
Маломагнітні.
Виливки з легованого чавуну можуть піддаватися різній обробці. Серед найпопулярніших процесів обробки можна виділити:
Високотемпературний відпал – зменшує твердість;
Витримка з нормалізацією – дозволяє знизити магнітну проникність і в той же час підвищує пластичність і міцність;
Нормалізація – дозволяє підвищити твердість кожного виробу;
Відпуск – дозволяє зняти внутрішнє напруження;
Відпал з високим відпуском – знижує твердість і полегшує обробку таких виливків з легованого чавуну.
Час для обробки і нагріву виливків вибирається для кожного виливка окремо в залежності від її ваги і розмірів. Всі основні властивості, якими повинен володіти виливок, визначаються кінцевими споживачами в залежності від майбутніх умов експлуатації виробу.