1. Виробництво сталі в конвертерах
Киснево-конвертерний процес являє собою один з видів переділу рідкого чавуну в сталь без витрати палива шляхом продувки чавуну в конвертері технічно чистим киснем, що подається через фурму, яка вводиться в метал зверху. Кількість повітря необхідного для переробки 1 т чавуна, складає 350 кубометрів.
Процес займає чільну роль серед існуючих способів масового виробництва сталі. Такий успіх киснево-конвертерного способу полягає в можливості переробки чавуну практично будь-якого складу, використанням металобрухту від 10 до 30%, можливість виплавки широкого сортаменту сталей, включаючи леговані, високою продуктивністю, малими витратами на будівництво, великий гнучкістю і якістю продукції.
Киснево-конвертерний процес з верхньої продувкою
Конвертер має грушоподібної форми з концентричною горловиною. Це забезпечує найкращі умови для введення в порожнину конвертера кисневою фурми, відведення газів, заливання чавуну і завалки брухту і шлакоутворюючих матеріалів. Кожух конвертера виконують зварним з сталевих листів товщиною від 20 до 100 мм. У центральній частині конвертера зміцнюють цапфи, що з'єднуються з пристроєм для нахилу. Механізм повороту конвертера складається з системи передач, що пов'язують цапфи з приводом. Конвертер може повертатися навколо горизонтальної осі на 360 о зі швидкістю від 0,01 до 2 об / хв. Для великовантажних конвертерів ємністю від 200 т застосовують двосторонній привід, наприклад, чотири двигуни по два на кожну цапфу.
Конвертер ємністю 300 т з двостороннім приводом механізму повороту
У шлемной частини конвертера є льотка для випуску сталі. Випуск сталі через річку виключає можливість попадання шлаку в метал. Льотка закривається вогнетривкої глиною, замішаної на воді.
Хід процесу. Процес виробництва сталі в кисневому конвертері складається з наступних основних періодів: завантаження металобрухту, заливання чавуну, продувки киснем, завантаження шлакообразующих, зливу сталі та шлаку.
Завантаження конвертера починається з завалки сталевого брухту. Лом завантажують в нахилений конвертер через горловину за допомогою завалочних машин лоткового типу. Потім за допомогою заливальних кранів заливають рідкий чавун, конвертер встановлюють в вертикальне положення, вводять фурму і включають подачу кисню з чистотою не менше 99,5% О 2. Одночасно з початком продувки завантажують першу порцію шлакообразующих і залізної руди (40 - 60% від загальної кількості). Іншу частину сипучих матеріалів подають у конвертер в процесі продувки однією або декількома порціями, найчастіше 5 - 7 хвилин після початку продувки.
На процес рафінування значний вплив надають положення фурми (відстань від кінця фурми до поверхні ванни) і тиск подаваного кисню. Зазвичай висота фурми підтримується в межах 1,0 - 3,0 м, тиск кисню 0,9 - 1,4 МПа. Правильно організований режим продувки забезпечує хорошу циркуляцію металу та її перемішування зі шлаком. Остання, у свою чергу, сприяє підвищенню швидкості окислення які у чавуні C, Si, Mn, P.
Важливим в технології киснево-конвертерного процесу є шлакоутворення. Шлакоутворення значною мірою визначає перебіг видалення фосфору, сірки та інших домішок, впливає на якість виплавленої сталі, вихід придатного і якість футерівки. Основна мета цієї стадії плавки полягає у швидкому формуванні шлаку з необхідними властивостями (основністю, жидкоподвижность і т.д.). Складність виконання цього завдання пов'язана з високою швидкістю процесу (тривалість продувки 14 - 24 хвилини). Формування шлаку необхідної основності і заданими властивостями залежить від швидкості розчинення вапна в шлаку. На швидкість розчинення вапна в шлаку впливають такі чинники, як склад шлаку, його окисненість, умови змочування шлаком поверхні вапна, перемішування ванни, температурний режим, склад чавуну і т.д. Ранньому формуванню основного шлаку сприяє наявність первинної реакційної зони (поверхню дотику струменя кисню з металом) з температурою до 2500 о. У цій зоні вапно піддається одночасному впливу високої температури і шлаку з підвищеним вмістом оксидів заліза. Кількість введеної на плавку вапна визначається розрахунком і залежить від складу чавуну і змісту SiO 2 руді, бокситі, вапна та ін Загальний витрата винищити становить 5 - 8% від маси плавки, витрата бокситу 0,5 - 2,0%, плавикового штампа 0 , 15 - 1,0%. Основність кінцевого шлаку мусить бути не менше 2,5.
Окислення всіх домішок чавуну починається з самого початку продувки. При цьому найбільш інтенсивно на початку продувки окислюється кремній і марганець. Це пояснюється високою спорідненістю цих елементів до кисню при порівняно низьких температурах (1450 - 1500 о С і менше).
Окислювання вуглецю в киснево-конвертерному процесі має важливе значення, оскільки впливає на температурний режим плавки, процес шлакоутворення і рафінування металу від фосфору, сірки, газів і неметалевих включень.
Характерною особливістю киснево-конвертерного виробництва є нерівномірність окислення вуглецю як за обсягом ванни, так і протягом продувки.
З перших хвилин продувки одночасно з окисленням вуглецю починається процес дефосфорации - видалення фосфору. Найбільш інтенсивне видалення фосфору йде в першій половині продувки при порівняно низької температури металу, високому вмісті в шлаку (FeO); основність шлаку і його кількість швидко збільшується. Киснево-конвертерний процес дозволяє отримати <0,02% Р в готової стали.
Умови для видалення сірки при киснево-конвертерному процесі не можна вважати таким же сприятливим, як для видалення фосфору. Причина полягає в тому, що шлак містить значну кількість (FeO) і висока основність шлаку (> 2,5) досягається лише в другій половині продувки. Ступінь десульфурації при киснево-конвертерному процесі перебуває в межах 30 - 50% і змістом сірки в готової стали становить 0,02 - 0,04%.
Після досягнення заданого змісту вуглецю дуті відключають, фурму піднімають, конвертер нахиляють і метал через річку (для зменшення перемішування металу і шлаку) виливають у ківш.
Отриманий метал містить підвищений вміст кисню, тому заключною операцією плавки є розкислення металу, яке проводять у сталерозливних ковшів. Для цієї мети одночасно зі зливом стали за спеціальним поворотному жолобу в ківш потрапляють раскислители і легуючі добавки.
Шлаки з конвертера зливають через горловину в шлаковий ківш, встановлений на шлаковозе під конвертером.
Перебіг киснево-конвертерного процесу обумовлюється температурним режимом і регулюється зміною кількості дуття і введенням у конвертер охолоджувачів - металобрухту, залізної руди, вапняку. Температура металу під час випуску з конвертера близько 1600 о С.
Під час продувки чавуну в конвертері утворюється значна кількість газів, що відходять. Для використання тепла відхідних газів і отчистки їх від пилу за кожним конвертером обладнані котел-утилізатор і установка для очищення газів.
Управління конвертерним процесом здійснюється за допомогою сучасних потужних комп'ютерів, у яких вводиться інформації про вихідні матеріали (склад і кількість чавуну, брухту, вапна), а також про показники процесу (кількість і склад кисню, газів, що відходять, температура і т.п.).
2. Кристалічна будова металів і її вплив на властивості метало в
У металів електрони на зовнішніх оболонках мають слабкий зв'язок з ядром, легко відриваються і можуть вільно переміщатися між позитивно зарядженими ядрами. Отже, в металі позитивно заряджені іони оточені колективізованими електронами. Так як ці електрони рухливі аналогічно часткам газу, то використовується термін «електронний газ».
Металургійний тип зв'язку характерний тим, що немає безпосереднього з'єднання атомів один з одним, між ними немає прямого зв'язку. Атоми в металах розміщуються закономірно, утворюючи кристалічну решітку.
Кристалічна решітка - це подумки проведені в просторі прямі лінії, що з'єднують найближчі атоми, які проходять через їх центри, щодо яких вони здійснюють коливальні рухи. У результаті утворюються фігури правильної геометричної форми - кристалічна решітка (рис. 1).
Рис. 1
Відстані (а, b, c) між атомами, тобто параметри кристалічної решітки, знаходяться в межах 2 ... 6A (1A = 10-8 см). Кожен атом належить 8 кристалічним гратам. У аморфних тілах з хаотичним розташуванням атомів в просторі, властивості в різних напрямках однакові, а в кристалічних тілах відстані між атомами в різних напрямках неоднакові, тому різні і властивості. Тип кристалічної решітки (рис. 2) залежить від металу, температури і тиску. Це використовується при термообробці металів для зміцнення їх.
Реальні метали складаються з великої кількості кристалів, по-різному орієнтованих у просторі відносно один одного. На кордонах зерен атоми кристалів не мають правильного розташування, тут накопичуються домішки, дефекти і включення. Експериментально встановлено, що внутрішнє кристалічна будова зерен не є правильним. У гратах є різні дефекти (недосконалості), які порушують зв'язок між атомами і впливають на властивості металів.
Рис. 2 Види кристалічних граток
Є такі недосконалості в кристалічних гратах:
1. Точкові (рис. 3):
а) Наявність вакансій, тобто місць в решітці, не зайнятих атомами. Це відбувається через зсув атомів від рівноважного стану. Кількість вакансій збільшується із зростанням температури.
Рис. 3 Дефекти кристалічної решітки
б)
Дислоковані атоми, тобто атоми вийшли з вузла решітки та зайняли місце у міжвузлі. в) Домішкові атоми, тобто в основному металі є чужорідні домішки. Наприклад, у чавуні основними атомами є атоми заліза, а домішковими - атоми вуглецю, які або займають місце основного атома, або впроваджуються всередину елементу.
2. Поверхневі недосконалості, що мають невелику товщину при значних розмірах у двох інших напрямках.
3. Лінійні недосконалості (ланцюжки вакансій, дислокацій і т.д.). Лінійні дефекти малі в двох напрямках і значно більшого розміру в третьому.
Кількість дефектів у металі робить істотний вплив на його міцність. На першій ділянці кривої (рис. 4) при мінімумі дислокацій менше можливостей для зрушення атомів по кристалічній решітці, тому буде максимум міцності металу (теоретична, недосяжна міцність). Шляхом відновлення з хлористого або бромистого заліза в лабораторних умовах вирощують «вуса» кристалів заліза довжиною до 10 см і діаметром 0,5 ... 1 мкм, які мають відносно високу міцність на розтяг (бb = 1200 ... 1300 кгс / мм 2). Для порівняння, високоміцна сталь має міцність всього 150 ... 200 кгс / мм 2, тобто на порядок нижче, а міцність залізних «вусів» приблизно в 100 разів вище, ніж у звичайного заліза (мінімум на кривій).
Підвищення міцності зі збільшенням щільності дислокацій вище їх критичного значення пояснюється тим, що є не тільки паралельні, а й взаимопересекающиеся (об'ємні) дислокації. Вони перешкоджають взаємному переміщенню металу і, як результат, призводять до збільшення міцності металу.
Рис. 4 Вплив кількості дефектів на міцність сплаву (сталі)
Усі сучасні способи зміцнення металів (легування, гарт, прокатка, ковка, штампування, волочіння і т.д.) - це збільшення кількості дефектів у металі. Найвища міцність, яку можна отримати шляхом збільшення кількості дефектів у металі, становить близько 1 / 3 від теоретично можливої (ідеальної) міцності.
Кристалізація металів
Рис. 5 Криві нагрівання й охолодження аморфного тіла
При нагріванні та охолодженні (рис. 5) аморфних тіл (смола, скло, пластмаси, ...) при переході з рідкого у твердий стан якісних змін не відбувається. У твердому стані атоми в аморфному тілі розташовані так само хаотично, як і в рідкому, мають тільки меншу ступінь переміщення. З рис 1. 5 бачимо, що температура плавлення Тпл дорівнює температурі кристалізації Ткр, а перехід з одного стану в інший (з твердого в рідке - точка Тпл, і з рідкого у твердий - точка Ткр) відбувається стрибкоподібно.
По іншому поводяться метали (рис. 1.6). На ділянці 1 - 2 відбувається нагрів металу; кристалічна решітка зберігається, але атоми збільшують амплітуду коливань за рахунок поглиненої теплової енергії. На горизонтальній ділянці 2 - 3 також підводиться тепло, але температура Тпл не підвищується, тому що підводиться тепло цілком витрачається на руйнування кристалічної решітки. Атоми переходять в неврегульоване (рідке) стан. Після зруйнування останньої ділянки кристалів, після точки 3 починається підвищення температури рідкого металу по лінії 3 - 4.
При охолодженні (4 - 5) на горизонтальній ділянці 5 - 6 відбувається кристалізація, при якій виділяється тепло, тому процес проходить при постійній температурі Ткр. Кристалізація металу відбувається не при температурі t, величина, яка залежить від D плавлення Тпл, а при деякому переохолодженні природи металу, наявності домішок і від швидкості охолодження.
Кристалізація починається з того, що при зниженні температури до значення Ткр починають утворюватися дрібні кристалики, звані центрами кристалізації (зародками). При подальшому зменшенні енергії металу відбувається зростання кристалів і в той же час в рідині виникають нові центри кристалізації, тобто процес кристалізації складається з двох одночасно відбуваються: зародження нових центрів кристалів і росту кристалів з раніше утворених центрів. Дрібнокристалічний метал більш твердий і міцний, ніж крупнокристаллической. Отже, підбором температури переохолодження t можна регулювати механічні характеристики металу. Багато що залежить від кількості нерозчинних домішок, які є центрами кристалізації. Чим більше цих частинок, тим менше зерна металу. Отримана в конверторі або в мартені, сталь (0,5 ... 3 тн) заливається в виливницю. Великий перепад температур (понад 1500 С) буде між розплавленим металом і атмосферою по висоті і ширині злитка. У результаті на поверхні злитка, тобто там, де є найбільший перепад температур, буде дрібнозерниста структура, а в центрі злитка при мінімальному перепаді температур виникнуть при кристалізації великі, а між ними - стовпчасті кристали.
3. Хіміко-термічна обробка металів
Хіміко-термічна обробка полягає в обробці готових деталей при високих температурах в активних середовищах, що призводить до зміни структури і хімічного складу поверхневих шарів. Цей вид обробки застосовується в тому випадку, коли властивості поверхневого шару вироби повинні бути іншими, ніж властивості внутрішніх шарів. Хіміко-термічна обробка дозволяє отримати більш твердий зносостійкий або коррозионностойкий поверхневий шар. Найбільш поширеним видом хіміко-термічної обробки є цементація.
Цементація - Процес насичення вуглецем поверхневого шару сталі з метою підвищення зносостійкості робочих поверхонь деталей. Кількість вуглецю в поверхневому шарі в результаті цементації досягає 1-1,2%, при цьому деталі добре сприймають гарт. Цементації піддають сталі з вмістом вуглецю до 0,3%. Глибина насичення вуглецем цементованої поверхні 0,5-2 мм залежно від розмірів деталі.
Існує кілька способів цементації: твердим карбюризатором, рідким карбюризатором і газоподібним карбюризатором (карбюризаторами називаються суміші, багаті вуглецем). Першим способом виробляється, зокрема, цементація ножівкові полотен, губок кліщів.
При цементації твердим карбюризатором деталі ретельно очищають і вкладають в сталевий ящик з насичуватися вуглецем сумішшю, що складається з 5-6 мас. ч товченого запашного деревного вугілля і 1 мас. ч. соди. Ящик закривають кришкою, щілини промазують вогнетривкої глиною, ставлять у холодну піч, поступово нагрівають до температури 850-920 ° С і витримують при цій температурі певний час.
Після закінчення цементації ящики вивантажують з печей, охолодження деталей проводиться повільно в ящиках. Після цементації деталі піддають обов'язковій термічній обробці: загартуванню і низькому відпуску.
Цементація рідким карбюризатором здійснюється шляхом занурення деталей у соляні ванни за температури 830 - 850 ° С. карбюризатором при цьому є розплавлені солі, що містять 75-80% вуглекислого натрію (сода), 10-15% кухонної солі і 6-10% карбіду кремнію. Цементація відбувається за рахунок вуглецю, що виділяється в ванні при 820-850 ° С внаслідок взаємодії солей з карбідом кремнію. Тривалість процесу складає 0,5-2 ч.
Газова цементація полягає в насиченні поверхні сталевих деталей вуглецем в атмосфері вуглецевмісних газів.
Газову цементацію здійснюють в герметично закритих камерах (муфеля) печей періодичної або безперервної дії шляхом нагрівання при температурі 930-950 ° С у середовищі вуглецевмісних газів, наприклад природничих, що складаються в основному з метану та оксиду вуглецю СО. Використовують також рідкі карбюризатора: бензол, піробензол, освітлювальний гас і зріджений природний газ.
Тривалість процесу встановлюється в залежності від необхідної глибини шару, що підлягає цементації.
4. Неметалічні конструкційні матеріали та їх застосування в теплоенергетиці
Пластичними масами називаються неметалеві матеріали, одержувані на основі природних і синтетичних полімерів і переробляються в вироби методами пластичної деформації.
До полімерам належать природні або штучні смоли. Штучні смоли отримують з продуктів переробки кам'яного вугілля, нафти й іншої природної сировини.
Пластичні маси складаються з наступних компонентів: сполучні (природні або штучні смоли), наповнювачі пластифікатори, барвники та інші спеціальні добавки.
Смоли є основою пластичних мас і визначають їхні головні властивості.
Наповнювачі служать для додання пластичної маси міцності, твердості та інших властивостей. Наповнювачі бувають органічні і неорганічні. Органічними наповнювачами є деревне борошно, бавовняні пачоси, целюлоза, папір, бавовняна тканина, деревне шпон. В якості неорганічних наповнювачів використовують азбест, графіт, скловолокно, склотканина, слюду, кварц.
Пластифікатори збільшують пластичність і плинність пластичних мас, підвищують морозостійкість. Пластифікаторами є спирти, камфори та ін
Барвники забарвлюють пластичну масу і вироби з неї в певний колір. Застосовуються як мінеральні барвники (мумія, охра, умбра), так і органічні.
До складу пластичних мас часто вводять спеціальні добавки, що впливають на властивості пластичних мас, наприклад стабілізатори - речовини, що запобігають розкладання полімерних матеріалів під час їх переробки і експлуатації під впливом атмосферних умов, підвищених температур і інших чинників.
Пластичні маси характеризуються значно меншою щільністю в порівнянні з металами (1,1-1,8 т/м3), поряд з цим міцність деяких пластичних мас наближається до міцності металу. Наприклад, межа міцності склопластику при розтягуванні трохи менше стали марки Ст5. Заміна в будівництві металу пластичними масами знижує масу і металоємність конструкцій. Пластичні маси володіють виключно високою пластичністю, завдяки чому трудомісткість виготовлення найскладніших деталей з пластичних мас значно менше трудомісткості виготовлення деталей з інших матеріалів. Однак пластичні властивості цих матеріалів проявляються по-різному. Одні з них (термореактивні) при затвердінні повністю втрачають свою пластичність, і їх неможливо вдруге розм'якшити шляхом нагрівання. Інші пластичні маси (термопластичні) можна вдруге розм'якшити і використовувати повторно.
Пластичні маси не схильні до корозії, а багато хто з них стійкі до агресивних середовищ, тому термін їх служби більш тривалий, ніж виробів з металу.
Багато пластичні маси володіють Електра - і теплоізоляційними властивостями. Деякі пластичні маси з азбестовим наповнювачем мають хороші фрикційні якості і характеризуються високим коефіцієнтом тертя, малим зносом; інші з тканинним наповнювачем мають антифрикційними властивостями і успішно замінюють бронзу і бабіт в підшипниках.
Пластичні маси мають низьку теплостійкість - від -60 до + 200 ° С, що обмежує сферу їх застосування.
До пластичним масам, що застосовуються у санітарно-технічних та вентиляційних пристроях або виробах для них, відносяться вініпласт, поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, полістирол, капрон, фторопласти та ін
Плівкою з вініпласту обклеюють поверхні металевих деталей хімічної апаратури, вентилятори, повітропроводи для захисту від дії агресивних речовин.
З поліетилену виготовляють труби, з'єднувальні частини для труб, деталі санітарних приладів (сифони для умивальників і ванн, змивних бачків, душових сіток, водорозбірної арматури та ін.)
З поліпропілену виготовляють труби, трубопровідну і водорозбірну арматуру, деталі сифонів до умивальників і ванн.
Поліізобутилен - еластична пластична маса, добре протистоїть дії кислот, водостійка. У вигляді листів та плівки застосовується для футеровки вентиляторів і повітроводів, призначених для транспортування агресивних парів і газів.
Полістирол-безбарвний прозорий матеріал, що володіє високою водостійкістю. Вироби з полістиролу стійкі до різних агресивних рідин, у тому числі до розчинників нафтового походження. Полістирол володіє достатньо високою міцністю. Він легко переробляється в різні вироби методами пресування, лиття під тиском і екструзії при температурі 200-220 ° С.
З фторопластів виготовляють хімічно стійкі прокладки, ущільнення для різьбових з'єднань і сальників.
Крім перерахованих вище пластичних мас в санітарно-технічних та вентиляційних пристроях використовуються фена пласти, склопластики і інші полімери, але в значно меншому ступені.
5. Теплоізоляційні та гідроізоляційні матеріали для теплових мереж
Теплоізоляційні та гідроізоляційні матеріали, використовувані в теплових мережах тридцять - п'ятдесят років тому, не відповідають сучасним вимогам щодо енергозбереження, екологічних та економічних норм. Вітчизняні виробники труб сьогодні володіють більшістю технологій з виробництва сучасних труб, теплоізоляційні матеріали економічні, а спектр їх сьогодні значно широкий. Сьогодні розроблені і застосовуються така теплоізоляція, як пінополіуретан (ППУ), пінополістирол, сучасні мінераловатні теплоізоляційні матеріали. ППУ ізоляція трубопроводів теплових мереж добре зарекомендувала себе в країнах з холодним кліматів. ППУ ізоляція сталевих труб - сьогодні це добре налагоджена система виробництва теплоізоляції трубопроводів. Пінополіуретан є довговічним та ефективним теплоізоляційним матеріалом.
Середня щільність теплоізоляційних матеріалів (кг / куб. М) - фізична величина, що визначається відношенням маси тіла або речовини до всього займаного ними обсягом, включаючи наявні в них порожнечі і пори. Середня щільність матеріалів в сухому стані прямо пропорційна обсягу пористості, і з її допомогою наближено оцінюють теплопровідність. За інших рівних умовах за середньою густиною можна судити і про міцність теплоізоляційних матеріалів, звичайно, у суто наближеному вигляді. Фізико-механічні властивості характеризують міцність і деформативність теплоізоляційних матеріалів, тобто загальнобудівельні якості. До міцності показників відносять міцності при стисненні, вигині і розтягуванні. Як правило, значення цих показників не велика і залежить від багатьох факторів: виду пористої структури, міцнісних показників, форми та просторового розташування каркасообразующего елементів структури. Вид пористої структури в значній мірі зумовлює здатність матеріалів сприймати той чи інший вид навантаження. У зв'язку з цим стандарти регламентують проведення випробувань теплоізоляційних матеріалів на один або декілька показників міцності. Так, теплоізоляційні матеріали з волокнистою структурою випробовують на вигин і рідше на розтяг, з зернистою та ніздрюва структурами - на стиск і рідше на вигин.
Ставлення теплоізоляційних матеріалів до дії води
Наявність води в теплоізоляційних матеріалах завжди погіршує їх функціональні та будівельно-експлуатаційні властивості. У вологих матеріалів різко підвищуються теплопровідність і теплоємність, у більшості з них знижуються фізико-механічні показники. Тому зниження вологості є важливим чинником поліпшення властивостей теплоізоляції. Ставлення теплоізоляційних матеріалів до дії води оцінюється декількома показниками. Вологість характеризується відношенням маси (обсягу) вологи, що міститься в обсязі матеріалу, до його маси в сухому стані (вологість по масі) або до його об'єму (об'ємна вологість). Показник вологості за масою істотно залежить від середньої щільності матеріалу, з її зменшенням показник вологості за масою зростає і для теплоізоляційних матеріалів може досягати значень набагато більше 100%. Властивості матеріалу поглинати (сортувати) вологу з навколишнього повітря називають гігроскопічністю, а досягається при цьому зволоження - сорбційної або рівноважною вологістю. Гігроскопічність залежить від природи матеріалів, характеру пористої структури, величини поверхні пор, а також від відносної вологості повітря. За інших рівних умов гігроскопічність вище у тих теплоізоляційних матеріалів, у структурі яких більше дрібних капілярів, так як у них вище капілярна конденсація парів води. Зниження гігроскопічності теплоізоляційних матеріалів досягають шляхом їх об'ємної гідрофобізації, зменшення вмісту мікропор, захисту поверхні виробів обкладочнимі матеріалами або затирочними розчинами. Властивість матеріалів змочіться при зіткненні одній з поверхонь з водою називається капілярного ефекту (насиченням). Величина капілярного підсмоктування головним чином залежить від пористої структури матеріалу і змочуваності його водою. Чим більше капілярних пір, тим вище за інших рівних умовах цей показник. Великі пори в процесі капілярного підсмоктування не беруть участь. Здатність матеріалу вбирати і утримувати воду характеризує його водопоглинання. Водопоглинання має помста при занурення матеріалу у воду. За обсягом воно завжди менше обсягу пористості теплоізоляційних матеріалів, а за масою - часто перевищує 100%. Коефіцієнт розм'якшення характеризує вплив вологи на будівельні властивості матеріалів і, перш за все, на їх міцність. Однак цей показник непридатний для багатьох теплоізоляційних матеріалів, оскільки насичення водою призводить до незворотних змін їхньої структури. Наприклад, мінераловатні вироби при цьому ущільнюються і різко знижують теплоізоляційні властивості, деревоволокнисті плити набухають і втрачають форму. Тому їх ставлення до дії води оцінюється комплексно. Морозостійкість характеризує здатність матеріалів в насиченому водою стані витримувати багатократне поперемінне заморожування і відтавання. Цей показник оцінюється числом циклів, яке для різних теплоізоляційних матеріалів встановлюється відповідними нормативними документами.
Ставлення теплоізоляційних матеріалів до дії високих температур Група показників, що характеризують поведінку теплоізоляційних матеріалів при впливі на них високих температур, дозволяє оцінити ефективність застосування їх у тих чи інших умовах служби. Термічна стійкість - здатність матеріалу витримувати різке багаторазове нагрівання і охолоджування. Кількісно вимірюється числом циклів і характеризує тривалість служби матеріалів в періодично діючих теплових агрегатах. Цей важливий показник у теплоізоляційних матеріалів залежить головним чином від їх пористої структури. У зв'язку з тим, що теплопровідність їх значно менше, ніж щільних матеріалів, то різниця температур на гарячої та холодної сторонах рівновеликих виробів буде значно більше. Отже, і величина температурних напружень, що визначається розширенням матеріалу при нагріванні і зменшенням об'єму при охолодженні, буде набагато вище. Якщо ж врахувати, що високопористі будова теплоізоляційних матеріалів зумовлює невисоку міцність, то стає зрозумілим, що у більшості теплоізоляційних матеріалів термічна стійкість невисока. Особливо низька вона у матеріалів з жорстким комірчастим каркасом, наприклад, одержуваних пеновим способом. Наявність у структурі дефектів (мікротріщин) сприяє часткової релаксації температурних напружень і, як наслідок, підвищення термічної стійкості матеріалів. Така будова характерна для керамічних теплоізоляційних матеріалів, одержуваних способом вигоряючими добавок. Найбільш високої термічної стійкістю мають матеріали, в яких елементи твердої фази, складові пористий каркас, мають можливість вільно деформуватися при нагріванні та охолодженні. Це, перш за все матеріали на основі вогнетривких волокон. Їх термічна стійкість у десятки, а іноді і в сотні разів перевищує той самий показник матеріалів з комірчастою структурою і набагато вище термостійкості щільних матеріалів. Для підвищення термостійкості прагнуть застосовувати матеріали з меншими значеннями коефіцієнта лінійного температурного розширення (ТЛКР), який залежить від природи застосовуваного сировини. Вогнетривкість - властивість матеріалу протистояти, не деформуючись і не розплавляючись, тривалого впливу високих температур. Вогнетривкість залежить тільки від речовинного складу матеріалу, тобто від вогнетривкості матеріалів, що становлять цей матеріал, і їх співвідношення в ньому. Вогнетривкість є важливою ознакою для визначення граничної температури застосування теплоізоляційних матеріалів. Завдяки своїм властивостям, вогнетривкі теплоізоляційні матеріали широко застосовуються на підприємствах металургії, хімічної промисловості, машинобудування, у промисловості будівельних матеріалів, енергетики. Температура початку деформації під навантаженням - показник, що визначає граничну температуру застосування матеріалу. Вона відповідає температурі 4%-ної деформації матеріалу під питомим навантаженням, яка для теплоізоляційних матеріалів приймається, як правило, відповідно до їх середньої щільністю. Температура початку деформації під навантаженням завжди нижче вогнетривкості і з підвищенням пористості знижується. Горючість - здатність матеріалу витримувати без руйнування дію високих температур і відкритого полум'я. Горючість характеризується ступенем возгораемости будівельних матеріалів. За ступенем возгораемости всі будівельні матеріали, в тому числі і теплоізоляційні, ділять на три групи: вогнетривкі, важкозгораємі, спаленні. До неспаленим матеріалів відносять всі неорганічні теплоізоляційні матеріали. Матеріали з органічної сировини відносять до групи горючих. Негорючість матеріалів підвищують введенням в їх склад мінеральних компонентів, просоченням антипіренами, покриттям вогнезахисними складами. Модифіковані таким чином матеріали та вироби відносять до групи важкогорючих матеріалів.
6. Електродугове зварювання та її застосування при монтажі теплоенергетичного обладнання
Найбільш поширеним способом зварювання металів, на галузях промисловості і будівництва, є електрична дугова зварка, винайдена російським інженерами Миколою Миколайовичем Бенардосом і Миколою Гавриловичем Слав 'янова.
Дуга є електричний розряд в газі між електродами, до яких підведена напруга джерела струму. Струм в дузі обумовлений так званими вільними електронами і позитивно і негативно зарядженими частинками речовини - іонами. Процес утворення цих частинок називається іонізацією. У середній частині дуги розташований стовп дуги, яскраво світиться і має температуру близько 6000 ° С. Стовп закінчується на електродах катодним і анодним плямами, через які проходить весь струм дуги.
Ручна електродугова зварювання досить широко поширена при виробництві електромонтажних робіт і для виготовлення електроконструкцій. З її допомогою виготовляються опори електромереж, кожухи комплектних розподільчих пристроїв і трансформаторних підстанцій, численні підтримуючі конструкції, розподільні шафи, щити тощо
Особливу широке поширення отримала дугове зварювання за способом Н.Г. Слав 'янова. Сутність цього способу полягає в тому, що електрична дуга збуджується між зварюваної деталлю і металевим електродом, що плавиться в процесі горіння дуги і заповнюється тим самим зварний шов. Одночасно плавляться кромки деталей, що зварюються. Такий процес називається зварювання металевим електродом.
При зварюванні за способом М.М. Бенардоса використовується неплавким (вугільний) електрод, а заповнення шва досягається за рахунок плавлення присадочного прутка.
Якщо дугове зварювання за способом Бенардоса проводиться голим вугільним електродом, то при зварюванні за способом Славянова на плавящийся металевий електрод зазвичай наноситься покриття, яке в залежності від складу і товщини шару, що наноситься може бути іонізуючим або так званим якісним, тобто забезпечує отримання підвищеної якості наплавленого металу.
Зварювання вугільним електродом сталі, а також чавуну і кольорових металів здійснюється із застосуванням флюсу, що наноситься на присадні стрижні і на кромки деталей, що зварюються.
Електродугове зварювання застосовується при монтажі теплоенергетичного обладнан-ня: для зварювання труб, арматури, залізобетонних конструкцій, лінії електропередач, при монтажі розподільних шаф.
7. Вкажіть позначення і найменування державного стандарту на матеріал, розшифруйте його марку, вкажіть механічні та експлуатаційні властивості, можливу сферу застосування.
КЧ 30-6
Чавун - це залізовуглецевих сплавів, що містить більше 2% вуглецю (якщо сплав містить менше 2% вуглецю, він відноситься до сталей). Крім вуглецю, чавун містить кремній (до 4%), фосфор (до 1,2%), марганець (до 2%), сірку (до 0,2%).
Ковкий чавун виробляють з білого чавуну за допомогою тривалого витримування (томління) його при температурі 800-850 ° С. Змінюючи режим термічної обробки, отримують ковкий чавун вище 900 ° С графіт може розпадатися і утворювати цементит, що викликає втрату ковкості і погіршує зварюваність. Щоб відновити первинну структуру ковкого чавуну після зварювання доводиться проводити повний цикл термообробки.
Ковкий чавун володіє підвищеною міцністю на розтяг невисокою пластичністю і високий опір удару.
Марка ковкого чавуну за ГОСТ 1215-59 (КЧ 30-6).
Ковкий чавун позначається літерами КЧ і двома числами: перше число (30) означає тимчасовий опір при розтягнення (300 МН / м?), Друге число (6) означає відносне подовження у відсотках.
Твердість КЧ 30-6 по Бринеллю 163.
Куванням чавун застосовується для виготовлення корпусів вентилів, кранів, засувок малих розмірів, а також фітингів діаметром до 1 1 / 2 »включно.
Література
«Зварювальні роботи« В.А. Чебан
«Зварювання при виробництві електромонтажних робіт» Р.Є. Євсєєв, В.Р. Євсєєв
Етус. Матеріалознавство