Основы производства и обработки металлов: Рабочая программа, задания на контрольные работы, методические указания к выполнению контрольных работ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо – Западный государственный заочный технический университет Кафедра металлургии и литейного производства

ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ Рабочая программа Задания на контрольные работы Методические указания к выполнению контрольных работ

Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста : 651300 – металлургия 110400 – литейное производство чёрных и цветных металлов Специализация 110409 – литейное производство и экономика металлургии Направление подготовки бакалавра 550500 – металлургия Санкт – Петербург 2004

2

Утверждено редакционно – издательским советом университета УДК 669.053 Основы производства и обработки металлов: Рабочая программа, задания на контрольные работы, методические указания к выполнению контрольных работ. – СПб, СЗТУ, 2004. – 23 с. Библиогр. 5. Рабочая программа разработана в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 651300 – “Металлургия” (специальность 110400 – “Литейное производство чёрных и цветных металлов”, специализация 110409 – “Литейное производство и экономика металлургии”) и направлению подготовки бакалавра 550500 – “Металлургия”. Состав заданий на контрольные работы (по вариантам) соответствует актуальным вопросам современной технологии производства и обработки чёрных и цветных металлов. Задания сопровождаются необходимыми методическими указаниями к их выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры металлургии и литейного производства ( протокол № 10 от 21.06. 2004 г.), одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов (протокол № 26 от 21.05.2004 г.). Рецензенты: кафедра металлургии и литейного производства (заведующий кафедрой А.А.Яценко, канд. техн. наук, доц.); А.А.Хохлов, канд. техн. наук, ст. научн. сотр. ЦНИИ КМ «Прометей». Составители: В.В.Дембовский, канд. техн. наук, проф, В.И.Ларионов, канд. техн. наук, доц.; С.П.Пименов, аспирант каф. МиЛП; Р.В.Сулягин, зам. директора Научно-исследовательского центра ТК «ОМЗ-Ижора», канд. техн.наук; Хлямков Н.А., канд. техн. наук, ст. научн. сотр. ЦНИИ КМ «Прометей».

© Северо – Западный государственный заочный технический университет, 2004

3

Предисловие Цель изучения настоящей дисциплины заключается в приобретении студентом знания теоретических основ и принципов практической реализации современных технологических приёмов производства чёрных и цветных металлов. Задачи изучаемой дисциплины состоят в формировании у студента чётких представлений о том, из каких исходных материалов и как получают чугун, сталь, различные ферросплавы, алюминий, медь, никель, титан и пр. и каким способам обработки они при этом подвергаются. Тем самым закладывается один из фундаментов профессиональной подготовки будущего специалиста или бакалавра на предмет осознанного выбора компонентов литейных сплавов, рациональных способов управления процессом плавки и прогнозирования свойств получаемой отливки. Для изучения настоящей дисциплины необходимо знать высшую математику, химию, кристаллохимию и минералогию, физику, информатику. Материал изучаемой дисциплины распределён по двум семестрам. При этом темы 1.2.1 … 1.2.7 приводимой ниже рабочей программы изучаются на протяжении 3-го семестра, а темы 1.2.8 … 1.2.11 приходятся на 4-й семестр.

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Содержание дисциплины по Государственным Образовательным Стандартам (ГОС) Физико – химические основы получения чёрных и цветных металлов и сплавов; металлургия железа; сталеплавильные процессы; производство цветных металлов и сплавов; получение слитков и литых заготовок чёрных и цветных металлов; теория и технология литейного производства; основы теории и технологические процессы обработки металлов давлением; принципы и виды термической обработки различных типов сплавов.

4

1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объём дисциплины 166 ч.) ВВЕДЕНИЕ (2 ч.) [1], с. 10 … 19 Использование железа и его сплавов. История возникновения и развития способов производства железа в виде чугуна и стали, а также – цветных металлов. Развитие металлургической промышленности. Вклад отечественных и зарубежных учёных в развитие металлургии и технологии обработки металлов. Роль металлов в современном промышленном производстве. 1.2.1. СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПРОЦЕССОВ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И ПОДГОТОВКА ИХ К ПЛАВКЕ (12 ч.) [1], с. 20 … 66 Понятие о рудах. Полезные и вредные примеси в рудах. Виды железных руд и их основные месторождения в Российской Федерации и СНГ. Флюсы (известняк, боксит, кварцевый песок, шамотный бой, плавиковый шпат) и их назначение. Подготовка руды: дробление и грохочение (сортировка) руд. Обогащение руд — промывка, гравитация (отсадка), магнитная сепарация, флотация, обжиг. Окускование руд. Брикетирование. Агломерация. Удаление серы при агломерации. Устройство и работа агломерационных машин. Окатывание (окомкование) руд. Обжиг окатышей. Топливо для металлургических печей. Требования, предъявляемые к твердому горючему. Производство кокса, его физикохимические и физико-механические свойства. Содержание в коксе углерода, влаги, фосфора и серы. Пылевидное топливо, мазут и смола. Генераторный, доменный, коксовый, смешанный и природный газы.

5

1.2.2. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА (14 ч.) [1], с. 66 … 146; 170 … 190 Конструкция доменной печи, ее профиль и футеровка. Чугунные летки. Шлаковые и фурменные приборы. Охлаждение доменной печи. Загрузка в неё материалов и их распределение на колошнике. Работа и устройство засыпного аппарата. Подача дутья в доменную печь. Воздуходувные машины. Воздухонагреватели. Насадка воздухонагревателей. Отвод и очистка колошникового газа. Уборка и использование чугуна и шлака. Разливочная машина. Грануляция шлака. Физико-химические процессы, протекающие. в доменной печи. Нагрев шихты, удаление влаги, разложение карбонатов. Последовательность восстановления оксидов железа при низких и высоких температурах, ряд академика Байкова. Косвенное и прямое восстановление. Восстановление окислов железа монооксидом углерода и водородом. Восстановление твёрдым углеродом как совокупность процессов восстановления монооксидом углерода и последующего реагирования углекислого газа с углеродом. Степень развития процессов прямого и косвенного восстановления железа в доменной печи. Восстановление кремния и марганца. Выплавка кремнистых и марганцовистых чугунов. Восстановление фосфора, хрома, ванадия, никеля, меди и титана. Поведение цинка и свинца в доменной печи. Науглероживание железа и образование чугуна. Зависимость содержания углерода в чугуне от содержания марганца, кремния и фосфора. Шлакообразование. Изменение состава шлака по мере опускания шихты. Поведение серы в доменном процессе, удаление ее с газовой фазой и распределение между металлом и шлаком. Внедоменная десульфурация чугуна. Процессы горения в горне. Окислительная и циркуляционная зоны. Изменение температуры и состава газов в печи. Современные способы интенсификации доменной плавки. Повышение давления газа на колошнике и обогащение дутья кисло-

6

родом. Вдувание в горн природного газа, мазута и угольной пыли. Регулирование хода доменной плавки и способы устранения нарушений ее режима. Задачи автоматического управления доменным процессом. Производительность доменной печи, коэффициент использования ее полезного объема. Расход кокса. Выплавка чугуна в электрических и низкошахтных печах. Прямое (внедоменное) получение железа, перспективы развития. Процессы твёрдофазного и жидкофазного восстановления железа. Способы производства металлизированных окатышей, губчатого и кричного железа. 1.2.3. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ (16 ч.) [1], с. 191 … 252 История развития сталеплавильного производства. Классификация стали. Термодинамика и кинетика сталеплавильных процессов. Окисление углерода, марганца, кремния, фосфора и удаление серы. Водород и азот в стали. Неметаллические включения. Раскисление и легирование стали. Глубинное, диффузионное раскисление и раскисление стали шлаком и в вакууме. Кипящая, спокойная и полуспокойная сталь. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. 1.2.4. КОНВЕРТЕРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ (10 ч.) [1], с. 253 … 329; 335 … 342 Бессемеровский процесс. Устройство бессемеровского конвертера. Футеровка и конструкция днища конвертера. Подача воздушного дутья. Исходные материалы для процесса. Периоды продувки. Томасовский процесс. Футеровка томасовского конвертера. Исходные материалы для процесса. Ход плавки. Удаление фосфора. Состав шлаков и их использование. Качество бессемеровской и томасовской сталей. Кислородно-конвертерный процесс. Устройство кислородного конвертера. Футеровка конвертера. Кислородная фурма. Требова-

7

ния к шихтовым материалам. Технология плавки. Режим дутья. Поведение кремния, марганца, углерода, фосфора и серы в процессе продувки. Отвод и очистка конвертерных газов. Контроль и автоматизация процесса. Разновидности кислородно-конвертерного процесса для передела высокофосфористых чугунов. Процессы ОЛП, ЛД-АС и Калдо. Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом. Задачи автоматизации кислородно – конвертерного процесса. Технико-экономические показатели конвертерного производства стали. 1.2.5. МАРТЕНОВСКИЙ ПРОЦЕСС (10 ч.) [1], с. 342 … 404 История мартеновского производства. Устройство и работа мартеновской печи. Рабочее пространство, под и свод печи. Головки. Шлаковики. Регенераторы. Перекидные клапаны. Разновидности мартеновского процесса. Технология плавки в основных мартеновских печах. Скрап-рудный процесс. Заправка печи. Завалка и прогрев шихты. Заливка чугуна. Плавление. Полировка. Чистое (безрудное) кипение. Реакции, протекающие в основном мартеновском процессе. Перенос кислорода из печной атмосферы в металл. Окисление кремния и марганца. Дефосфорация металла. Десульфурация мартеновской стали. Окисление углерода и кипение мартеновской ванны. Образование и рост пузырьков СО в расплавленном металле. Дегазация металла. Технология выплавки стали в основных мартеновских печах скраппроцессом. Кислый мартеновский процесс. Под кислой печи. Кремневосстановительный и активный варианты кислого процесса. Тепловая работа и отопление мартеновской печи. Двухванные сталеплавильные печи. Задачи автоматизации мартеновской плавки. Технико-экономические показатели мартеновского производства стали.

8

1.2.6. СПОСОБЫ ВНЕПЕЧНОГО РАФИНИРОВАНИЯ СТАЛИ. ПОНЯТИЕ О НЕПРЕРЫВНЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ (16 ч.) [1], с. 598 … 660 Обработка стали синтетическими шлаками в ковше. Вакуумная обработка стали и продувка её аргоном. Ввод порошкообразных рафинирующих материалов в струе аргона. Непрерывные сталеплавильные процессы. 1.2.7. ПРОЦЕССЫ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ (14 ч.) [1], с. 405 … 496 Значение и развитие электрометаллургии стали. Устройство электродуговой печи, её механическое оборудование. Кожух печи. Сводовое кольцо. Уплотняющие кольца (экономайзеры). Рабочее окно. Электрододержатели. Механизмы перемещения электродов и наклона печи. Электроды. Электрооборудование дуговой печи. Печной трансформатор. Переключатель ступеней напряжений. Дроссель. Короткая сеть. Устройство для электромагнитного перемешивания. Футеровка дуговой печи. Шихтовые материалы и предъявляемые к ним требования. Технология плавки в основной дуговой печи, заправка печи. Загрузка шихты и ее плавление. Окислительный и восстановительный периоды. Раскисление стали. Особенности плавки на шихте из легированных отходов (метод переплава). Выплавка стали в кислых дуговых печах. Техникоэкономические показатели плавки в дуговых печах. Выплавка стали в открытых индукционных, вакуумных дуговых и вакуумных индукционных печах. Задачи автоматизации процессов электроплавки стали.

9

1.2.8. РАЗЛИВКА СТАЛИ И СТРОЕНИЕ СЛИТКОВ (12 ч.) [1], с. 497 … 598 Конструкция сталеразливочных ковшей. Изложницы и слитки. Способы разливки стали, их достоинства и недостатки. Кристаллизация и строение стальных слитков. Усадочные раковины и меры борьбы с ними. Химическая неоднородность стальных слитков-. Дефекты стальных слитков (заворот корки, поперечные и продольные трещины, подкорковые газовые пузыри) и меры борьбы с ними. Непрерывная разливка стали, ее преимущества. Типы установок для непрерывной разливки стали. Конструкция кристаллизаторов. Макро – и микроструктура слитков; её изменение при различных видах термической обработки: oтжиге 1-го рода (гомогенизационный) и 2-го рода (нормализация). 1.2.9. ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

(10 ч.) [4], с. 127 … 142 или [5], с. 204 … 222 Кузнечно-прессовое оборудование, его назначение, сортамент изделий и технология ковки и прессования. Прокатные станы, их устройство и классификация. Температурные режимы горячей прокатки. Виды проката. Условия захвата металла валками. Определение толщины листа с учётом модуля упругости стана и модуля пластичности металла. 1.2.10. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ (10 ч.) [1], с. 420 … 437; [2], с. 314 … 323 Способы производства и применение ферросплавов. Электроды. Технология производства ферросилиция. Сырые материалы. Физико-химические условия и технология проведения плавки, ее технико-экономические показатели. Технология производства и применение углеродистого ферромарганца. Сырые материалы. Физико-химические условия и технология проведения плавки, ее технико-экономические показате-

10

ли. Технология производства углеродистого феррохрома. Физикохимические условия и технология плавки, ее техникоэкономические показатели. Основы технологии производства ферромарганца и феррохрома с низким содержанием углерода. Производство ферротитана. Сырые материалы. Плавильный агрегат. Физико-химические условия и технология плавки, ее технико-экономические показатели. Основы технологии получения феррованадия. 1.2.11. ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ (14 ч.) [1], с. 438 … 475 Металлургия меди. Свойства меди и ее применение. Медные руды и концентраты, их обжиг. Выплавка штейнов в шахтных и отражательных печах. Пиритная и полупиритная плавки. Усовершенствованная пиритная плавка. Конвертирование медных штейнов. Конструкция конвертора, предназначенного для продувки медного штейна. Плавка меди в конверторе. Огневое и электролитическое рафинирование меди. Металлургия никеля. Никелевые руды и их подготовка к плавке. Переработка окисленных никелевых руд. Плавка в шахтных печах. Конвертирование штейнов. Обжиг белого никелевого штейна и восстановительная плавка для получения никеля. Получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд. Электролитическое рафинирование никеля. Металлургия алюминия. Сырье для получения алюминия. Производство глинозема. Способ Байера. Выщелачивание. Разложение алюминатного раствора. Кальцинация. Производство глинозема спеканием. Электролитическое получение алюминия. Конструкция электролизера. Анодный эффект. Извлечение алюминия из ванны и его рафинирование. Производство магния. Сырье для его получения. Электролитическое производство магния. Обезвоживание карналлита. Хлорирование окиси магния. Состав электролита для получения магния. Конструкции магниевых ванн. Производство титана. Сырье для его получения. Выплавка титанистых сплавов и их хлорирование. Металлотермическое произ-

11

водство титана.

1.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (44 ч.) Согласно действующему учебному плану изучение настоящей дисциплины осуществляется на протяжении двух семестров 2-го курса. В соответствии с этим в табл.1 представлен план лекций с разбивкой материала по семестрам. Таблица 1 План лекций № № 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12 13

Тема 3-й семестр (28 ч.) Основы производства чугуна Факторы, влияющие на расход кокса Сущность процесса передела чугуна в сталь Влияние способа выплавки стали и футеровки агрегата на потребность во внешних источниках тепла и на протекание процессов удаления вредных примесей Перспективные способы выплавки стали на металлургических и машиностроительных предприятиях Преимущества и недостатки выплавки стали в различных агрегатах Внепечная обработка стали 4-й семестр (16 ч.) Электроплавка стали. Особенности технологии ведения плавки. Раскисление (кипящей и спокойной стали). Легирование стали Разливка стали. Изложницы. Непрерывное литьё Строение слитков спокойной и кипящей стали. Развитие дендритной и зональной ликвации Основы обработки металлов давлением Основы производства ферросплавов Основные сведения о способах производства алюминия, меди, никеля, титана

Кол. ч. 4 4 4 4

4 4 4 4 2 2 2 2 4

12

1.4. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (24 ч.) В табл.2 представлена тематика лабораторного практикума по семестрам курса обучения. Таблица 2 План лабораторного практикума №№ 1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12

Тема 3-й семестр (16 ч.) Ознакомление с сырыми материалами металлургической плавки и способами их подготовки Изучение макетов доменной печи и движения материалов и газов в ней Исследование влияния температуры на скорость прямого восстановления железа Компьютерное моделирование процесса работы доменной печи Компьютерное моделирование кислородноконвертерной плавки Компьютерное моделирование процесса массообмена между сталью и шлаком Компьютерное моделирование процесса обезуглероживания стали Оценка влияния различных элементов на процесс раскисления, микроструктуру и свойства стали 4-й семестр (8 ч.) Физическое моделирование процесса кристаллизации расплава на прозрачной модели Исследование влияния температуры и конусности изложниц на образование усадочных раковин на физических моделях Компьютерное моделирование процессов разливки стали Компьютерное моделирование процесса прокатки листа

Кол. ч. 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2

13

2. Библиографический список Основная литература: 1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М.. Общая металлургия: Учебник. – М.: Металлургия, 2002. 2. Крамаров А.Д., Соколов А.Н. Электрометаллургия стали и ферросплавов: Учебник. – М.: Металлургия, 1976. Дополнительная литература: 3. Дембовский В.В. Компьютерные технологии в металлургии и литейном производстве: Учеб. пособие в 2-х ч. Ч.1.– СПб.: СЗТУ, 2003. 4. С у в о р о в И. К. Обработка металлов давлением. — М.: Высш. школа, 1980. 5. Линчевский Б.В., Соболевский А.Л., Кальменев А.А. Металлургия чёрных металлов: Учебник. – М.: Металлургия, 1980.

3. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ В процессе изучения настоящей дисциплины предусмотрено выполнение двух контрольных работ. Работу №1 выполняют на 3-м семестре, а работу №2 – на четвёртом. Варианты заданий выбирают по последней и предпоследней цифрам шифра студента согласно указаниям к каждой задаче. Материал, необходимый для решения задач и формулировки ответов на поставленные вопросы, изложен в литературе [1], [2]. Оформление контрольных работ производят на основе общих требований, принятых в университете. Ответы на представленные задачи и вопросы контрольных работ следует давать в развернутом виде с приведением схем, графиков, подробной расшифровкой принятых условных обозначений. Обязательно использовать единицы Международной системы единиц (СИ). Особое внимание рекомендуется обращать на выяснение физической сущности рассматриваемых явлений и технологических процессов и их увязку с основными направлениями современного научно-технического прогресса в металлургии и технологии обработки металлов.

14

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 Задача. Рассчитать расход кокса в кг на 1 т чугуна в зависимости от заданного исходного параметра (табл.3) и пределов его варьирования на основании формулы К = 1151 + 50(Siч + Sк) + 5Aк + 2,5Bм – 10Feж – 0,1tД – –1000Sч – 0,8Pг – 2,5ηм + 25Mnч, где К — расход кокса, кг/(т чугуна); Siч — содержание кремния в чугуне, %; S K — содержание серы в коксе, %; АК — содержание золы в коксе, %; Вм — содержание мелочи в шихте, загружаемой в печь, %; Feж – содержание железа в руде, агломерате или железорудных окатышах, %; tД — температура дутья, °С; Sч — содержание серы в чугуне, %; Рг — количество природного газа, м3/(т чугуна); η м — степень металлизации шихты, %; Мnч — содержание марганца в чугуне, %. Исходный каждый из исходных параметров выбирается по предпоследней, а его расчётные значения — по последней цифре шифра студента. Диапазон варьирования соответствующего параметра равен пределам его изменений в строке (от минимума до максимума), и именно для них определяется ряд значений расхода кокса. Методические указания к решению задачи контрольной работы №1 Пусть, например, шифр заканчивается цифрами 26. Это значит, что студент рассчитывает расход кокса по данным столбца 6, а затем последовательно изменяет параметр «Содержание серы в коксе» (строка 2) от 0,5 до 1,3%, сохраняя все остальные параметры, равными их значениям в столбце 6. По результатам расчёта необходимо в масштабе построить график зависимости расхода кокса от варьируемого параметра. Рекомендуется для решения задачи использовать персональный компьютер (например, – электронные таблицы Excel [3]), а распечатку решения приложить к выполняемой контрольной работе. В любом из вариантов необходимо объяснить, как и почему

15

влияет на расход кокса варьируемый параметр, содержащийся в формуле для вычисления расхода кокса. Следует особо пояснить, что называют золой кокса, почему она не горит, что называют мелочью в шихте, что называют степенью металлизации шихты и от чего зависит её значение, с помощью какой операции можно повысить содержание железа в железорудной части шихты. Вопрос 1. Номер варианта соответствует предпоследней цифре шифра студента. Вариант 1. Как протекает процесс горения кокса в горне доменной печи? Укажите состав горнового газа. Вариант 2. Как протекает процесс горения природного газа в горне доменной печи? Как процесс вдувания природного газа влияет на расход кокса, на состав горнового и колошникового газа и на процессы восстановления? Вариант 3. Как протекает косвенное восстановление железа в доменной печи? Как этот процесс зависит от температуры и состава газа? Вариант 4. Перечислите достоинства и недостатки прямого и косвенного восстановления железа. Какой должна быть оптимальная степень прямого восстановления железа и как ее можно достичь? Вариант 5. Как протекает процесс восстановления марганца и каково его содержание в чугунах и доменных ферросплавах? Как содержание марганца влияет на содержание углерода в сплаве? Вариант 6. Как протекает восстановление кремния в доменной печи? Каково содержание кремния в чугунах и доменных ферросплавах и как оно влияет на содержание углерода в сплаве? Вариант 7. Как протекает восстановление фосфора в доменной печи? Каково содержание фосфора в чугунах и как оно влияет на содержание углерода? Вариант 8. Как протекает процесс десульфурации в доменной печи? Каковы оптимальные условия для удаления серы из печи с газовой и шлаковой фазами? Вариант 9. Как протекают процессы нагрева доменной шихты, удаления влаги и разложения карбонатов? Вариант 0. Как и при каких температурах образуются в доменной печи чугун и шлак?

16

Таблица 3 Исходные данные для расчета расхода кокса Предпоследняя цифра шифра 1

2 3

4

5 6 7

8

9

Исходные параметры Содержание железа в железорудной части шихты, % Содержание серы в коксе, % Содержание золы в коксе, % Содержание мелочи в шихте, % Расход природного газа, м3/т чугуна Температура дутья, °С Степень металлизации шихты, % Содержание кремния в чугуне, % Содержание серы в чугуне, %

Последняя цифра шифра 0

1

2

3

4

57

61

59

63

58

0,5

0,8

1,2

0,7

0,9

12

9

8

11

12

10

15

20

15

10

0

30

50

90

120

1100

1200

1250

1140

1230

0

5

3

10

12

0,7

0,9

1,1

0,6

1,0

0,020

0,040

0,050

0,035

0,045

17

0

Содержание марганца в чугуне, %

0,2

0,4

0,3

0,5

0,6

Продолжение таблицы 3 Предпос- Исходные Последняя цифра шифра ледняя параметры цифра 5 6 7 8 9 шифра Содержание 62 65 60 64 66 железа в 1 железорудной части шихты, % Содержание 1,0 1,1 0,6 1,3 1,15 2 серы в коксе, % Содержание 9,5 10,0 8,5 11,5 9,0 3 золы в коксе, % Содержание 8 12 14 16 17 4 мелочи в шихте, % 100 80 110 70 120 Расход при5 родного газа, м3/т чугуна 6 Температура 1190 1120 1230 1240 1260 дутья, °С Степень ме8 9 15 11 7 7 таллизации шихты, % 8 Содержание 0,8 2,0 1,2 0,6 0,5 кремния в чугуне, % Содержание 0,030 0,060 0,050 0,070 0,030 9 серы в чугуне, % Содержание 0,7 0,9 0,8 0,65 1,0 0 марганца в

18

чугуне, % Вопрос 2. Номер варианта соответствует последней цифре шифра. Вариант 1. Какие виды чугуна выплавляют в доменной печи? Укажите их состав и назначение. Вариант 2. Почему для литейных чугунов необходимо иметь более высокое содержание кремния и как это влияет на расход кокса при выплавке чугуна? Вариант 3. Как определяют коэффициент использования полезного объема доменной печи и что характеризует этот показатель? Вариант 4. Из каких компонентов шихты образуется доменный шлак? Как он обрабатывается и используется? Вариант 5, Как образуется доменный (колошниковый) газ, каков его состав и как он используется? Вариант 6. Как и для чего производят подогрев дутья перед подачей его в доменную печь? Вариант 7. Как работает двухконусный засыпной аппарат и какие ещё конструкции засыпного аппарата применяются в настоящее время? Вариант 8. Каким образом производят очистку доменного газа? Вариант 9. Как повышают давление газа на колошнике и почему это повышение влияет на технико-экономические показатели работы доменных печей? Вариант 0. Как обогащение дутья кислородом влияет на работу доменных печей? Почему оно особенно выгодно при одновременном вдувании природного газа в горн печи? КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2 Задача. Рассчитать количества ферромарганца ФМн75 (75% Мn) и ферросилиция ФС45 (45% Si), которые необходимо присадить в сталь для её раскисления и получения заданных содержаний марганца и кремния в готовом металле. Состав стали выбирается по табл. 4: до раскисления — по предпоследней цифре шифра студента, после раскисления (готовая сталь) — по последней цифре шифра.

19

Методические указания к решению задачи контрольной работы №2 Расчёт количества ферросплавов следует вести на 100 кг стали, приняв угар как Мn, так и Si равным 30%. Материальный баланс раскисления рассчитывать не требуется, однако необходимо указать, к каким типам сталей (спокойным или кипящим) относится заданная по варианту сталь, в какие стали и с какой целью вводят марганец, а в какие — кремний. Необходимо также описать достоинства и недостатки кипящей стали и спокойной стали. Таблица 4 Данные для расчёта раскисления стали Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Состав стали, % до раскисления после раскисления Mn Si Mn Si 0,20 0,35 0,10 0,40 0,25 0,12 0,43 0,22 0,16 0,45 0,32 0,14 0,32 0,09 0,48 0,25 0,17 0,51 0,28 0,13 0,38 0,25 0,50 0,24 0,15 0,48 0,30

Вопрос 1. Номер варианта соответствует предпоследней цифре шифра студента. Вариант 1. Привести схему рабочего пространства и описать принцип работы электродуговых печей для выплавки стали. Вариант 2. Привести схемы устройства различных типов дуговых сталеплавильных печей, загружаемых сверху, и описать принцип их работы. Вариант 3. Привести схему электропитания дуговой ста-

20

леплавильной печи и объяснить назначение и устройство разъединителя, выключателя, дросселя, печного трансформатора, переключателя ступеней напряжения и электромагнитного перемешивателя. Вариант 4. Из каких материалов изготавливают электроды дуговых сталеплавильных печей? Как определяется диаметр электродов? Как осуществляется перемещение и наращивание электродов? Вариант 5. Охарактеризовать требования к шихтовым материалам для электродуговой плавки стали. Вариант 6. Описать заправку, завалку и плавление шихты в дуговых сталеплавильных печах. Привести схему плавления материалов и указать, какие элементы, по каким реакциям и в какой степени окисляются в период плавления. Вариант 7. Охарактеризовать задачи окислительного периода дуговой электроплавки стали, указать, какие реакции протекают в нем и какова роль кипения стали. Вариант 8. Охарактеризовать задачи восстановительного периода, привести уравнения реакций, протекающих в нем. Указать, с какой целью перед началом восстановительного периода из печи удаляют окислительный шлак. Какие операции осуществляются в восстановительный период, какие качества стали он обеспечивает? Вариант 9. Охарактеризовать ведение плавки стали в дуговых печах методом переплава. В каких случаях используется этот метод, каковы его достоинства и недостатки? Вариант 0. Привести схему устройства индукционных печей для выплавки стали, указать достоинства и недостатки этих печей. На каких частотах тока работают индукционные сталеплавильные печи? Описать технологию плавки стали в индукционных печах. Вопрос 2. Номер варианта соответствует последней цифре шифра Вариант 1. Описать строение слитка кипящей стали. Вариант 2. 1. Описать механизм формирования усадочных раковин и пористости в слитках и охарактеризовать их влияние на качество металла. Описать основные приемы борьбы с усадочными пороками в слитках. 2. Привести и описать схему технологического процесса не-

21

прерывного литья на машинах вертикального типа, указать область применения процесса и качество получаемого металла. Вариант 3. 1. Охарактеризовать причины возникновения холодных и горячих трещин в сальных слитках и указать основные приемы по борьбе с этими дефектами. 2. Описать строение слитка спокойной стали. Вариант 4. 1. Описать способы сокращения высоты усадочной раковины в слитках спокойной стали. 2. Привести и охарактеризовать схему машины непрерывного литья заготовок радиально-изогнутого типа. Вариант 5. 1. Охарактеризовать влияние химического состава стали на условия её нормального кипения в изложнице. 2. Описать основные признаки углетермического и металлотермического способов производства ферросплавов. Вариант 6. 1. Описать причины возникновения химической неоднородности стали в стальном слитке. 2. Как влияет форма изложницы на процесс образования продольных трещин в стальном слитке? Вариант 7. 1. Охарактеризовать достоинства и недостатки непрерывной разливки стали. 2. Описать способы производства низкоуглеродистого феррохрома. Вариант 8. 1. Какие технологические приёмы применяют для ограничения рослости слитков кипящей стали? 2. Привести схемы и охарактеризовать способы разливки стали сверху и сифоном. Вариант 9. 1. Для чего применяют возвратно-поступательное движение кристаллизаторов на машинах непрерывного литья стальных заготовок, и как оно осуществляется? 2. Как получают высококремнистый ферросилиций? Вариант 0. 1. Охарактеризовать процесс образования газовых раковин в стальных слитках и влияние на этот процесс качества выплавки

22

металла и технологии разливки стали. 2. Привести и описать технологическую схему производства алюминия. СОДЕРЖАНИЕ с. Предисловие 3 1. Содержание дисциплины 4 1.1. Содержание дисциплины по ГОС 4 1.2. Рабочая программа Введение 4 1.2.1. Сырые материалы процессов чёрной металлургии и подготовка их к плавке 4 1.2.2. Производство чугуна 5 1.2.3. Теоретические основы производства стали 6 1.2.4. Конвертерное производство стали 6 1.2.5. Мартеновский процесс 7 1.2.6. Способы внепечного рафинирования стали. По8 нятие о непрерывных сталеплавильных процессах 1.2.7. Процессы выплавки стали в электрических печах 8 1.2.8. Разливка стали и строение слитков 9 1.2.9. Основы обработки металлов давлением 9 1.2.10. Производство ферросплавов 9 1.2.11. Производство цветных металлов 10 1.3. Тематический план лекций для студентов очнозаочной формы обучения 11 1.4. Перечень тем лабораторных работ 12 2 Библиографический список 13 3 Задания на контрольные работы 13 Контрольная работа №1 13 Контрольная работа №2 18