Болат

Уикипедия — ашық энциклопедиясынан алынған мәлімет
Мұнда ауысу: шарлау, іздеу
Steel wire rope.JPG
The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg

Болат — темірдің көміртек (2%-ке дейін) және басқа элементтермен қорытпасы[1]; темірдің көміртегі және басқа элементтермен қосылып жасалған деформацияланатын қорытпасы.[2]

Болат - өндіру технологиясына байланысты, қорытпа құрамында көміртектен басқа марганец, кремний, күкірт, фосфор т.б. қосалқы элементтер болады. Мұндай болатты көміртекті болат деп атайды. Болат сапасын арттыру үшін, қорытпа құрамына хром, никель, молибден, ванадий вольфрам, марганец, кремний т.б. элементтер қосылады. Мұндай қорытпа легирленген болат деп аталады. Болат – қара металлургия өндірісінің негізі - машина жасау өнеркәсібі мен құрылыста пайдаланылатын негізгі материал. Пайдалану саласына қарай, болатты басты-басты төрт топқа бөлуге болады :

  • Құрылыстық болат. Әдетте, прокат күйінде құрылыс конструкцияларының әртүрлі элементтері мен вагон, кеме жасауда қолданылады.[3]
  • Машина жасау болатынан негізінен әр түрлі машина бөлшектері жасалады. Ол үшін термиялық өңдеу мен химиялық-термиялық өңдеуден өтеді.
  • Аспаптық болат әр түрлі кесу, өлшеу, штамп аспаптарын жасауға пайдаланылады.[4]
  • Айырықша-физикалық қасиеттері бар болат кәбінесе электр техникасы, химия, әскери техникаларын жасауда пайдаланылады.[5]
==Болат өндірудің конвертер әдісі==

Конвертер деп іші отқа төзімді кірпішпен астарланған болат ретортаны айтады. Конвертерде болат алу әдісін 1854 – 1856 жылдары ағылшын Г.Бессемер бірінші болып қолданған. Бастапқыда бұл әдіс бойынша болат алғанда, конвертерге қүйылған сүйық шойынды астынан ауамен үрлеген. Ауадағы оттегімен әрекеттесіп, шойындағы көміртегі кремний, марганец т.б. қоспалар тотығып, бөлініп шығып шойын болатқа айналады.Көміртегі, кремний, марганец т.б. қоспалар тотыққанда, қосымша көп жылу бөлініп шығады.Сондықтан бұл әдіс отынды қажет етпейді. Қазіргі заманды ауаның орнына техникалық оттегі қолданылады. Бұл әдіс оттегі отынды қажет етпейді. Қазіргі заманда ауаның орнына техникалық оттегі қолданылады. Бұл әдіс оттегіконвертерлік әдіс деп аталады. Зауыттардың көбінде түбі жабық (үрлейтән тесіктер жоқ) доломит немесе хром-магнезит кірпішімен астарлаған көлемі 250….400 тонналық конвертерлер қолданылады. Оттегі конвертерге сумен суытылатын вертикаль фурма арқылы беріледі. Фурма сұйық шойын деңгейінен 1200….2000 мм жоғары орналасқан. Яғни оттегі ескі әдістегідей шойын қабатынан өтпей, тек қана үстіңгі бетіне беріледі.

Оттегі конвертерінің құрлысы мен жұмысы 2.2- суретте көрсетілген. Конвертердің жұмыс циклі оның ішіне металл сынықтарын, кейде темір рудасын салудан басталады. Сонан соң сұйық шойын құйылады. Металл конвертер көлемінің 1/5 бөлігін толтырғанда, фосфорлы байланыстыру үшін әк тас қосылады. Сонан соң конвертерге оттегі үрленеді. Оттегі ағысының механикалық әсерінен металл ваннасы араласады.

Шойын қоспаларының тотығуы күшейе түсуі нәтижесінде фурманың төменгі жағында температура 2400˚C-қа жетеді. Балқыған металдағы шойын қоспаларының оттегімен тотығуы мына реакциялар арқылы жүреді:

                                                                  Si + 2O =SiO

Mn + O = MnO

                                                                C + O = CO

Тотықтанудың бұл өнімдері қожға қосылып өтеді. Қоспалардың кейбір бөлігі металмен қож шекараларында қождағы темір тотықтарымен тотықтанады:

Si + 2FeO = SO + 2Fe,

Mn + FeO = MnO + Fe,

C + FeO = CO + Fe

  Болаттың құрамындағы көміртегі тиісті мөлшерге жеткен кезде оттегімен үрлеу тоқтатылды.

Ол үшін электронды есептеу машинасын пайдаланып, автоматты бақылау жасайды. Одан кейін конвертерді бұрып, дайын болатты шөмішке құйып алады. Оттегі конвертерінде жылдам тотығатын легірлеуші элементердің шамасы 2….3% аспайтын болаттар қорытылады. Легірлеуші элементтерді бөлек электр пештерінде ерітіп, шөмішке құйып қосады.

Оттегі конвертерінде қоспалардың тотықтануы өте жылт дам жүретіндіктен, болат алу технологиялық циклі 50….60 мин жүреді. Оның ішінде оттегімен үрлеу 18…..30 мин. Бір тонна болат өндіру үшін 50….60 м оттегі жұмсалады.

Болат өндірудің конвертер әдісі[өңдеу]

Конвертер деп іші отқа төзімді кірпішпен астарланған болат ретортаны айтады. Конвертерде болат алу әдісін 1854 – 1856 жылдары ағылшын Г.Бессемер бірінші болып қолданған. Бастапқыда бұл әдіс бойынша болат алғанда, конвертерге қүйылған сүйық шойынды астынан ауамен үрлеген. Ауадағы оттегімен әрекеттесіп, шойындағы көміртегі кремний, марганец т.б. қоспалар тотығып, бөлініп шығып шойын болатқа айналады.

Болат өндірудің мартен әдісі[өңдеу]

Болат өндірудің мартен әдісі туралы қазақша реферат. Мартен үдерісін 1865 жылы француз металлургтары Э. Мартен мен оның ұлы П. Мартен ұсынған. Мартен пеші жылынды және регенеративті пеш болып табылады. Оның балқыту кеңістігінде газ тәрізді отын немесе мазут жағылады. Болат өндіруге қажетті жоғары температураны пештен шыққан газдардың жылуын қайта қолдану (регенерациялау) қамтамасыз етеді.

Мартен пештерінде болатты қатқан немесе сұйық шойыннан, болат және шойын сынықтарынан, темір рудасын, флюстер, ферроқорытпалар қосып өндіреді. Мартен пешінің құрылысының нобайы 2.4- суретте көрсетілген. Оның балқыту кеңістігі (4) төменгі жағынан ұлтанымен (7), ал жоғары жағынан күмбезімен (3) шектелген. Балқыту кеңістігінің екі жағында газ, ауа және жану өнімдері жүретін арналар орналасқан. Олар отқа төзімді кірпішпен астарланған регенераторлармен (6, 9) қосылған, Регенераторлар отын газы мен жануға қажетті ауаны қыздыруға арналған. Газбен жұмыс істейтін пештерде табиғи газ немесе домна газының, кокс газының қоспасы қолданылады. Суретте көрсетілгендей оң жақтағы арналарамен (2) жеткізілген газ бен ауа балқыту кеңістігінде ұзын жалын болып жанады. Жану өнімдері сол жақтағы арналармен (2) регенераторды (9) қыздырады. 10….15 минуттан кейін газдардың бағытын қарама-қарсыға өзгертеді. Оның нәтижесінде газ бен ауа қызған регенератордан өтіп қызады, ал жану өнімдері оң жақтағы регенераторды (6) қыздырады. Мұндай жұмыс нобайы балқыту кеңістігіне баратын газдардың температурасын жоғары деңнейде (11000……1200˚C) ұстап тұруды қамтамасыз етеді. Пештің алдыңғы қабырғасында терезелер (8) орналасқан. Олар арқылы пешке шихта салынады, құрамын тексеруге металл алынады және бақылау жүргізіледі.

Пеш ұлтаны артқы қабырғасына қарай көлбеу жасалған, ол жақта металл ағызатын летка (тесік) орналасқан. Балқыту кезінде ол отқа төзімді массамен бекітіледі, ал болатты құйып алу үшін оны ұрып теседі.

Мазутпен жұмыс істейтін мартен пештерінде мазутты қыздырмай форсункалар арқылы береді. Сондықтан мұндай пештерде ауаны қыздыратын регенераторлар ғана болады.

Мартен үдерісі металл, қож, газ орталығы және пеш астары арасындағы өзара физика-химиялық әсерлесуге негізделген. Үдерістің мақсаты болаттағы көміртегінің, марганецтің, кремнийдің шамасын қажетті шамаға жеткізу және зиянды қоспалардан арылу.

Мартен үдерісінің негізгі түрлеріне скрап-рудалық үдеріс және скрап-үдеріс жатады.

Скрап-рудалық үдеріс домна пештері бар металлургиялық зауыттарда қолданылады. Бұл үдерісте металл шихтасы 60…..80% сұйық шойыннан және 20…40% скраптан тұрады.

Металдағы қоспалардың (кремний, марганец, фосфор, күкірт, көміртегі) тотығу жылдамдығы оның құрамындағы оттегінің шамасымен анықталады. Мартен пешінде болат өндірудің негізгі химия-физикалық үдерістер конвертерде өтетін үдерістерге ұқсас. Балқыту уақыты пештің сыйымдылығына, отын түріне, шихта құрамына байланысты 5….12 сағатты құрайды. Пештердің сыйымдылығы 100 ден 1000т дейін.

Скрип-үдеріс метал қалдықтары жаңқа, кесінді, сынық метал) жиналатын машина жасау зауыттарының мартен пештерінде қолданылады. Скрап-үдерісте метал шихтасы 65….80% скраптан және шойын құймаларынан (чушкалардан) тұрады. Скрап-үдеріс реакциялары скрап-рудалық үдерісінде жүретін реакциялармен бірдей.

Мартен пештерінде көміртекті конструкциялық және легірленген болаттар өндіріледі.

Электр пештерінде болат өндіру[өңдеу]

Балқытудың басқа агрегаттарымен салаыстырғанда, электр пештерінде балқытудың артықшылықтарына мыналар жатады.

Жылдам қызып, 2000˚C-қа дейін жылудың тұрақты болуы. Тотықтанатын, бұрынғы қалпына келетін немесе бейтарап атмосфера және вакуум жасау мүмкіншілігі. Соның арқасында электр пештерінде мапасы жоғары және арнайы қасиеттері бар, зиянды қоспалары аз болаттар қорытуға болады. Металлургиялық электр пештері доғалы және индукциялы болып бөлінеді.

.

  Электр доғалы болат өндіру пеші. Болат цилиндр тәрізді (4) пешінің астары отқа төзімді кірпіштен қаланған. Корпус қабырғасында шихта салатын терезе (3) мен дайын болат ағатын науа (6) бар. Төбесіндегі күмбез (2) тесігінен графиттелген электродтар (1) өтеді. Механизм (5) жәрдемімен шихта материалдарын салу және дайын болған сұйық болат пен қожды құйып алу үшін еңкейтіледі. Диаметрі 350….500 мм электродтар мен шахта (3) арасында пайда болатын электр доғасы жылу көзі болып табылады. Электродтарға берілетін тоқ кернеуі 200-600 В, күші 1-10 кА. Электр доғалы пештердің сыйымдылығы 0,5-300 т аралығында.

Болатты көбінесе негіздік электр пештерінде қоспаларын тотықтандырып және тотықтандырмай балқытады.

Тотықтандырып балқыту көп жағдайда мартендік скрап үдерісіне ұқсас. Әдетте, оны көміртекті болат алу үшін қолданады. Бұл жағдайда шихта құрамына болат сынықтары, домна шойыны, кокс және 2-3% тас кіреді. Балқыту тотықтандыру және бұрынғы қалпына келтіру кезендерінен тұрады.

Тотықтандыру кезеңдерінде кремний, марганец, көміртегі, темір ауадан келетін оттегімен тотықтанады. Пайда болған тотықтар әк тасымен қож түзеді. Кальций тотығы бар болғандықтан, қож фосфорды біріктіреді.

Қалпына келтіру кезеңіне болатты қышқылдандыру, күкірттен тазарту және басқа құраушыларының мөлшерін реттеу жатады.

Ол үшін пешке әк тасынан, плавик қожынан CaF2; ұнтақталған кокстан және ферросилиций, қож қабатынан баяуі өтіп, темірді тазартады:

FeO + C = Fe + CO

2Feo + Si = Fe + SiO2

  Қалпына келу қожда және қож бен металл шекарасында да болады.

Сондықтан металл бөгде (SiO2, MnO, Al2)O3 қоспаларынан таза келеді.

Қожда кальций тотығы мол болғандықтан, металдан күкірттің бөлінуі күшейе түседі. Сондықтан мартен болаттарында күкірттің ең аз мөлшері 0,020% болса, электр болаттарында оның мөлшері 0,015%-дан аспайды.

Тотықсыздандырмай балқытуды легірленген болат алу үшін қолданады. Ол үшін легірленген болаттарды өндіргенде және өндегенде қалатын қалдықтар қолданылады. Шын мәнінде, бұл жағдайда болат өндіру шихтаны балқыту болып табылады. Балқыту барысында керек болған жағдайда түрлі қоспалар қосылуы мүмкін.

Электр индукциялық пеш (2.5-сурет) корпус (5) ішіндегі тигель (4), оның қақпағы (1) және сумен сақындайтын индуктордан (2) тұрады. Индуктор арқылы жиілігі 500-2000 кГц ток өткенде, индукция арқылы электромагниттік энергия беріліп, шихта (3) балқуға дейін қыздырылады.

Индукциялық пештер сыйымдылығы бірнеше келіден 5 тоннаға дейін, кейбір жағдайда 25-30 т етіп салынады.

Доғалы пештермен салыстырғанда, индукциялық пештердің біраз артықшылықтары бар:

а) доғаның болмауы, құрамында көміртегі мен газдар аз мөлшерде болатын металды балқытуға мүмкіншілік туғызады;

ә) пайда болған электродинамикалық күштер сұйық металды араластырып, химиялық құрамын реттеп, бөгде қоспалардың қалқып шығуына әсер етеді;

б) индукциялық пештердің шағын болуына байланысты, оларды арнайы камераларға қойып, әртүрлі атмосфера немесе вакуум жасауға болады.

Индукциялық пештерде легірленген болаттарды алуға болады. Индукциялық пештерде легірленген болаттардың қалдықтарын немесе күкірт мен фосфоры жоқ көміртекті скрапты және ферроқорытпаларды балқытады.

Шихта балқыған соң, металл айдынына қож төгіледі: негіздік пештерге әк тас пен плавик шпаты, қыщқылдық пештерде шыны сынықтары мен SiO2 кремнеземі мол басқа материалдар. Қож металды тотығудан және атмосфера газдарымен қанығудан қорғайды, легірлеуші элементтердің жануы мен жылу шығынын азайтады.

Вакуумда балқыту арқылы құрамында газдары мен бөгде элементтері өте аз қорытпалар алуға және оларды түрлі элементтермен легірлеуге болады.

Сыйымдылығы 1 т индукцмялы пештің балқыту уақыты 45 минут шамасында, 1 т болат алу үшін 600-700 кВт. Сағат электр қуаты жұмсалады.

Балқыған болатты құйып алу тәсілдері[өңдеу]

Балқыту пештерінде балқыған болатты шөміштерге құйып алып, көпір кранмен оны сом тьемір құятын жерге жеткізеді. Ол шөміштердің сыйымдылығы 5-250 т аралығында. Ірі балқыту пештерінде болат қорытқанда, шөміш сыйымдылығы 400 тоннаға дейін болады (диаметрі мен биіктігі 6 м-ге дейін). Шөміштің корпусы болаттан пісіріліп жасалып, іші отқа төзімиді кірпішпен астарланады.

Шөміш түбінде болатты құйып алуға арналған тесігі бар керамикалық стакан (2) орналасқан. Тесікті тығынмен (1) ашып-жабуға болады. Ол үшін рычагты механизм (3) қолданылады. Болатты үздіксіз құю қондырғысының кристалдандырғышына құяды. 1.Шойын қалыптардың пішіні құйма оңай шығу үшін конум болып жасалады. Прокатталатын құймаманың массасы 10-12 т, ал жұмыр соғылма жасау үшін 250-300 т етіліп құйылады. Мұндай қалыпқа құюдың екі түрі бар: жоғарыдан және сифонды құю

Жоғарыдан құйғанда болатты шөміштен екі қалыптың әрқайсысына жеке құяды. Болат жоғарыдан құйылғандықтан, сұйық болат шашырап, тотық қабыршықтарымен араласып, тазалығы нашарлайды.

Болат құюдың сифонды әдісінде (2.7б-сурет) еденге қойылатын қалыптардың саны 2….60 аралығында болады. Орталық құю жүйесінен құйылған болат қалып табанындағы арналар арқылы (қатынас ыдыстары заңына сәйкес) барлық қалыптарды бірқалыпты, шашырамай толтыратындықтан, құйма беті таза болады. Болат жалғанған қондырғыда, сұйық күйінде сақталып, қуыстары азырақ қатаяды. Көміртекті болаттарды жоғарыдан, ал легірленген болаттарды сифонды әдістермен құяды.

Болатты үздіксіз құю (2.8-сурет) арнайы қондырғы көмегімен іске асырылады., Сұйық болат шөміштен (2) аралық шөміш (1) арқылы үздіксіз жабылған кристалдандырғышқа (3) құйылады. Кристалдандырғыш аққан болат сумен салқындатылып, ұйытқымен (затравка) жанасып, жылдам қатаяды да, айналатын шығыршықтардың (5) жәрдемімен 1-2,5 м/мин жылдамдықпен төмен қарай тартылады. Одан соң ол белгілі өлшеммен газ шілтерлері арқылы кесіліп, көмкергіш жәрдемімен роликті конвейерге түсіп, прокаттау стандарына жеткізіледі.

Үздіксіз болат құю қондырғыларында қимасы тікбұрышты, өлшемдері 150×150-ден 300х200 мм-ге дейін сом металл, 150-ден 400 мм-ге дейін шаршы дайындамалар және қабырғасы қалың құбырлар жасалады.

Сыртқы сілтемелер[өңдеу]

Дереккөздер[өңдеу]

  1. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Машинажасау. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2007. ISBN 9965-36-417-6
  2. Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Механика / Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д., профессор Е. Арын - Павлодар : «ЭКО»ҒӨФ. 2007.-29 1 б. ISBN 9965-08-234-0
  3. Полиграфия, өлшеу техникасы, ағаш өңдеу жабдықтары және металл өңдеу техникасы мен технологиясы: Қазақша-орысша терминдердің түсіндірме сөздігі.
  4. Рахимбекова З.М. Материалдар механикасы терминдерінің ағылшынша-орысша-қазақша түсіндірме сөздігі ISBN 9965-769-67-2
  5. Химия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. Өңделген, толықтырылған 2-бас. / Н. Нұрахметов, К. Сарманова, К. Жексембина, т.б. - Алматы: "Мектеп" баспасы, 2009. — 208 бет: суретті. ISBN 9965-36-702-7