Чугун
Чугун , также известный как сырое железо , является промежуточным продуктом , используемым в черной металлургии при производстве стали . Он вырабатывается путем плавки железной руды в доменной печи . Чугун имеет высокое содержание углерода , обычно 3,8–4,7%, [1] вместе с кремнием и другими шлаками , что делает его хрупким и непригодным для использования в качестве материала, за исключением ограниченного количества применений. [2]
Этимология
Традиционная форма форм, используемых для чугунных слитков, представляет собой разветвленную структуру, сформированную в песке, со множеством отдельных слитков под прямым углом [3] к центральному каналу или «литнику», напоминающему выводок поросят, выкармливаемых свиноматкой . Когда металл остывал и затвердевал , более мелкие слитки («литники») просто отламывались от литейного желоба («литника»), отсюда и название «чугун». [4] Поскольку чугун предназначен для переплавки, неравномерный размер слитков и включение небольшого количества песка являются незначительными проблемами по сравнению с простотой литья и обращения.
История
Китайцы уже производили чугун во время поздней династии Чжоу (которая закончилась в 256 г. до н. э.). [5] Такие печи, как Lapphyttan в Швеции, могут датироваться XII веком; а некоторые в графстве Марк, датируемые XIII веком, которое сейчас является частью Вестфалии , Германия. [6] Остается установить, были ли эти североевропейские разработки производными от китайских. Вагнер [7] предположил возможную связь через персидские контакты с Китаем вдоль Шелкового пути и контакты викингов с Персией, [5] но между периодом викингов и Lapphyttan существует хронологический разрыв.
Выплавка и производство кованого железа были известны в древней Европе и на Ближнем Востоке, но его производили в кричах методом прямого восстановления . Небольшие гранулы чугуна, диспергированные в шлаке, производятся во всех железоделательных печах, но оператор кричах должен был избегать условий, вызывающих фазовый переход железа в жидкость в печи, поскольку гранулы или любой полученный чугун не являются ковкими, поэтому их нельзя выковать в виде единого куска. В качестве альтернативы, обезуглероживание чугуна в сталь было чрезвычайно утомительным процессом с использованием средневековой технологии, поэтому в Европе до Средних веков гранулы выбрасывались вместе со шлаком. [8]
Использует
Традиционно чугун перерабатывался в кованое железо в кузницах для тонкого литья , позже в пудлинговых печах , а в последнее время в сталь . [9] В этих процессах чугун плавится и сильный поток воздуха направляется на него, пока он перемешивается или взбалтывается. Это приводит к тому, что растворенные примеси (такие как кремний) полностью окисляются. Промежуточный продукт пудлингования известен как очищенный чугун , тонкий металл или очищенное железо . [10]
Чугун также может быть использован для производства серого чугуна . Это достигается путем переплавки чугуна, часто вместе со значительным количеством стали и железного лома, удаления нежелательных примесей, добавления сплавов и регулирования содержания углерода. Ковкий чугун также может быть получен с использованием определенных сортов чугуна высокой чистоты; в зависимости от сорта производимого ковкого чугуна выбранные чугуны могут иметь низкое содержание элементов кремния, марганца, серы и фосфора. Чугун высокой чистоты используется для разбавления любых элементов в шихте ковкого чугуна, которые могут быть вредны для процесса получения ковкого чугуна (кроме углерода).
Современное использование
Исторически чугун выливался непосредственно из нижней части доменной печи через желоб в ковшовую машину для транспортировки на сталелитейный завод в основном в жидком виде; в этом состоянии чугун назывался горячим металлом . Затем горячий металл выливался в сталеплавильный сосуд для производства стали , как правило, в электродуговую печь , индукционную печь или кислородный конвертер , где избыток углерода сжигался и контролировался состав сплава . Более ранние процессы для этого включали плавильную печь , пудлинговую печь , бессемеровский процесс и мартеновскую печь .
Современные сталелитейные заводы и заводы по производству железа прямого восстановления перекачивают расплавленный чугун в ковш для немедленного использования в сталеплавильных печах или разливают его в чушки на машине для литья чушек для повторного использования или перепродажи. Современные машины для литья чушек производят чушки, которые при выгрузке распадаются на более мелкие чушки весом 4–10 кг (9–22 фунта).
Ссылки
- ^ Кэмп, Джеймс Макинтайр; Фрэнсис, Чарльз Блейн (1920). Изготовление, формовка и обработка стали (2-е изд.). Питтсбург: Carnegie Steel Co., стр. 174. OCLC 2566055.
- ^ Сэмюэл Томас (сентябрь 1899 г.). «Воспоминания о ранней антрацитово-железной промышленности». Труды Американского института горных инженеров (перепечатка TheHopkinThomasProject.com) . Архивировано из оригинала 14 марта 2014 г. Получено 5 декабря 2016 г.
- ^ Словарь терминов металлообработки. Industrial Press . 2003. стр. 297. ISBN 9780831131289. Архивировано из оригинала 2017-02-24.
- ^ Изготовление, формовка и обработка стали: том по производству чугуна (PDF) . AISE Steel Foundation. 1999. стр. 18. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-04.
- ^ ab Вагнер, Дональд. Железо и сталь в Древнем Китае . Лейден 1996: Brill Publishers [ ISBN отсутствует ] [ нужна страница ]
- ↑ Несколько статей в «Значение производства чугуна: технические инновации и социальные изменения: доклады, представленные на конференции в Норберге», май 1995 г. , ред. Герт Магнуссон (Jernkontorets Berghistoriska Utskott H58, 1995), 143–179.
- ^ Голас, Питер (1995). «Дональд Б. Вагнер: Железо и сталь в Древнем Китае». Бюллетень Французской школы Крайнего Востока . 82 (1): 426–428 .
- ^ "Средневековое железо в обществе II. Доклады и обсуждения, представленные на симпозиуме в Норберге, 6–10 мая 1985 г.". Rapport H 39 - Jernkontoret (на шведском языке) . Получено 15.12.2023 .
- ^ RF Tylecote, История металлургии (2-е издание, Институт материалов, Лондон, 1992).
- ^ Раджпут, РК (2000). Инженерные материалы . С. Чанд. стр. 223. ISBN 81-219-1960-6.
