Рабочая программа дисциплины ДВ.3.03.01 Теория и технология получения ферросплавов и лигатур (стр. 1 )

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(национальный исследовательский университет)

Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Златоусте

СОГЛАСОВАНО	УТВЕРЖДАЮ
Зав. выпускающей кафедрой	Декан металлургического
Общая металлургия	факультета
______________	___________
______________20__г	______________20__г

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины ДВ.3.03.01 Теория и технология получения ферросплавов и лигатур

для 154100.62 Металлургия

профиль подготовки: Электрометаллургия стали

форма обучения: очная

кафедра-разработчик: Общая металлургия

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 154100.62, утвержденным приказом Минобрнауки

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры Общая металлургия протокол от 2 сентября 2011-2012 уч. год

Рабочая программа рассмотрена и пролонгирована на заседании кафедры Общая металлургия, протокол от 13 сентября 2012 года на уч. год

Рабочая программа рассмотрена и пролонгирована на заседании кафедры Общая металлургия, протокол № ___ от ________ 20__ года на 20__-20___ уч. год

Рабочая программа рассмотрена и пролонгирована на заседании кафедры Общая металлургия, протокол № ___ от ________ 20__ года на 20__-20___ уч. год

Зав. кафедрой разработчика: к. т.н., профессор _______________

Ученый секретарь кафедры: к. т.н., доцент _____________________

Разработчик программы: к. т.н., доцент ________________________

Рецензент (ы) ________________________________________________________

Златоуст, 2011

1. Цели и задачи дисциплины

Целью освоения дисциплины является сформировать мировоззрение, подготовить бакалавра по направлению знающего современные тенденции развития электросталеплавильного производства во взаимосвязи с другими специальными дисциплинами цикла.

Задачами изучения дисциплины являются научить студента:

– формулировать основные требования к технологическим процессам производства;

– выбирать необходимое оборудование с учетом решения задач энерго - и ресурсосбережения;

– выбирать и обосновывать эффективные методы организации производства;

– выполнять исследования металлургических процессов и оборудования;

– составлять обзоры научно-технической литературы в области своей профессиональной деятельности.

2.Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Теория и технология получения ферросплавов и лигатур» относится к дисциплинам профессионального цикла (дисциплины по выбору).

Перечень предшествующих дисциплин, видов работ	Перечень последующих дисциплин, видов работ
ДВ.3.01.01 Современные способы получения углеродистых полупродуктов. ДВ.3.05.01 Подготовка сырьевых материалов для чёрной металлургии. В.3.07 Экономика предприятия. В.3.01 Металлургические печи. Б.3.10 Металлургические технологии. ДВ.2.03.01 Физико-химия металлургических процессов.	Подготовка выпускной работы.

Требования к «входным» знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин.

Студент должен знать:

- элементы начертательной геометрии и компьютерной графики, программные средства компьютерной графики,

- основы расчетов на прочность и жесткость деталей конструкций, принципы выбора типовых деталей,

- основы теории электрических и магнитных цепей и электромагнитного поля,

- основы метрологии, методы и средства измерения физических величин, правовые основы и системы стандартизации и сертификации,

- критерии, отечественные и международные стандарты и нормы в области безопасности жизнедеятельности,

- основные закономерности процессов генерации и переноса теплоты, движения жидкости и газов применительно к технологическим агрегатам черной и цветной металлургии,

- основные закономерности химических и физико-химических процессов, процессов массопереноса применительно к технологическим процессам, агрегатам и оборудованию переработки (обогащения) минерального сырья, производства и обработки черных и цветных металлов;

- принципы основных технологических процессов производства и обработки черных и цветных металлов, устройства и оборудование для их осуществления,

- основы теории автоматического управления,

- основные группы и классы современных материалов, их свойства и области применения, принципы выбора;

Студент должен уметь:

- выполнять чертежи деталей и элементов конструкций,

- выполнять расчеты на прочность и жесткость, расчеты деталей машин и механизмов,

- выбирать электрооборудование и рассчитать режимы его работы,

- использовать стандарты и другие нормативные документы при оценке, контроле качества и сертификации продукции,

- применять типовые подходы по обеспечению безопасности жизнедеятельности и экологической чистоты,

- рассчитывать и анализировать процессы горения топлива и тепловыделения, внешнего и внутреннего теплообмена в печах различного технологического назначения, выбирать рациональные температурные и тепловые режимы работы металлургических печей,

- рассчитывать и анализировать химические и физико-химические процессы, процессы массопереноса, происходящие в технологических процессах переработки (обогащения) минерального сырья, производства и обработки черных и цветных металлов,

- выбирать рациональные способы производства и обработки черных и цветных металлов, рассчитывать материальные балансы технологических процессов их производства,

- применять системы автоматического управления технологическими процессами в металлургии и материалообработке,

- анализировать фазовые превращения при нагревании и охлаждении сплавов,

- проводить металлографический анализ сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов,

- определять физические и механические свойства материалов при различных видах испытаний,

- прогнозировать на основе информационного поиска конкурентоспособность материала и технологии,

- применять методы анализа и обработки экспериментальных данных, систематизации научно-технической информации,

- применять программное обеспечение для решения типовых задач производства и обработки металлов и сплавов,

- применять правовые и технические нормативы управления безопасностью

жизнедеятельности,

- принимать технологические решения, позволяющие использовать безотходные и ресурсосберегающие технологии в металлургии;

Студент должен владеть:

- методами компьютерной графики,

- методами анализа напряженного и деформированного состояний материалов, принципами выбора материалов для элементов конструкций и оборудования,

- навыками расчета и проектирования металлургических печей различного технологического назначения,

- навыками работы с современными программными средствами подготовки конструкторско-технологической документации,

- методами анализа технологических процессов и их влияния на качество получаемых изделий.

3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

владеть культурой мышления, обобщать и анализировать информацию, ставить цель и выбирать пути ее достижения (ОК-1);

логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

владеть одним из иностранных языков на уровне не ниже разговорного (ОК-3);

самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4);

использовать основные положения и методы социальных, гуманитарных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач (ОК-5);

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

владеть основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-7);

работать в команде, руководить людьми и подчиняться (ОК-8);

учитывать этические и правовые нормы в межличностном общении (ОК-9);

владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ОК-10);

использовать компьютер как средство управления информацией (ОК-11);

работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);

оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13);

владеть нормами деловой переписки и делопроизводства (ОК-14);

владеть средствами самостоятельного, методически правильного использования методов физического воспитания и укрепления здоровья, быть готовым к достижению должного уровня физической подготовленности для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-15);

понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-16);

использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-17);

уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

уметь критически осмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (ПК-2);

уметь осознавать социальную значимость своей будущей профессии (ПК-3);

уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

уметь применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды (ПК-5);

уметь использовать нормативные правовые документы в своей профессиональной деятельности (ПК-6);

уметь выбирать средства измерений в соответствии с требуемой точностью и условиями эксплуатации (ПК-7);

уметь следовать метрологическим нормам и правилам, выполнять требования национальных и международных стандартов в области профессиональной деятельности (ПК-8);

уметь использовать принципы системы менеджмента качества (ПК-9);

производственно-технологическая деятельность:

уметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11);

уметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды (ПК-12);

уметь оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов (ПК-13);

организационно-управленческая деятельность:

уметь применять методы технико-экономического анализа (ПК-14);

использовать принципы производственного менеджмента и управления персоналом (ПК-15);

уметь использовать организационно-правовые основы управленческой и предпринимательской деятельности (ПК-16);

уметь организовывать работу коллектива для достижения поставленной цели (ПК-17);

научно-исследовательская деятельность:

иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18);

уметь выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-19);

уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);

уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);

уметь выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов (ПК-22);

проектная деятельность:

уметь выполнять элементы проектов (ПК-23);

уметь использовать стандартные программные средства при проектировании (ПК-24);

уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПК-25).

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать: терминологию, общие понятия и определения технологии машиностроения; методику разработки технологического процесса сборки машин и изготовления типовых деталей машин; схемы базирования деталей в машине и в процессе их изготовления; методику выбора заготовок; расчета припусков и операционных размеров; структуру временных и стоимостных затрат на выполнение операций технологического процесса; основные причины формирования погрешностей при выполнении операций и пути их уменьшения.

Уметь: разрабатывать схему сборки и технологические маршруты изготовления несложных деталей; выявлять схемы базирования деталей в машине и в процессе их изготовления; выявлять и рассчитывать технологические размерные цепи; рассчитывать припуски и операционные размеры; анализировать технологические процессы и выявлять причины формирования отклонений.

Владеть: навыками использования основных принципов проектирования технологических процессов сборки машин и технологических процессов изготовления деталей в машиностроительном производстве.

4.Объем и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

Вид учебной работы	Всего часов	Разделение по семестрам в часах. Номер семестра
7	8
Общая трудоемкость дисциплины	72		72
Аудиторные занятия	42		42
Лекции (Л)	18		18
Практические занятия, семинары (ПЗ)	–		–
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий	24		24
Самостоятельная работа (СРС): – курсовой проект – курсовая работа – реферат – расчетно-графическая работа – семестровое задание – подготовка к экзамену, зачету – другие виды самостоятельной работы	27		27 – – – – – + –
Контроль самостоятельной работы студента (КСР)	3		3
Вид итогового контроля (ИА) (зачет, экзамен)			Зачёт.

5. Содержание дисциплины

Номер раздела, темы	Наименование разделов, тем дисциплины	Объем занятий по видам в часах
Всего	Л	ПЗ	ЛР	СРС	КСР	ИА
1	Вводная лекция	3	2			1
	Сталь как конструкционный материал. Её роль в развитии человечества. Темпы роста, современное состояние и прогнозирование мирового производства стали. Определение электрометаллургии как отрасли металлургии. Виды электронагрева, их преимущества. Отличительные особенности электрометаллургии стали по сравнению с другими методами производства стали. Факторы, определяющие интенсивное развитие электрометаллургии стали на современном этапе. Задачи электроплавки. Металлургические и технико-экономические достоинства дуговой сталеплавильной печи. Рост их количества, вместимости, мощности и мирового производства электростали. Современное состояние, перспективы и тенденции развития отечественной электрометаллургии стали. Роль русских и советских ученых в развитии теории и технологии электроплавки стали.
2	Стандартизация высококачественных легированных сталей и сплавов.	21	2	8	4	7
	Характеристика сортамента электросталей и сплавов. Область применения печей различных типов. Их роль в общем производстве электросталей. Разновидности и варианты технологии плавки в основных дуговых печах. Влияние легирующих элементов и вредных примесей на механические и физико-химические свойства сталей и сплавов. Классификация стали по качеству, содержанию углерода, степени легирования и назначению. Химический состав и назначение основных групп стали и сплавов. Стандартизация и буквенно-цифровая система обозначения открытых марок стали и сплавов.
3	Огнеупорные материалы и футеровка дуговых электропечей	9	2			7
	Рациональный выбор футеровки дуговых и индукционных электропечей. Классификация и характеристика огнеупорных материалов. Дуговые электропечи с водоохлаждающими элементами стен и сводом. Дуговые электропечи с донным выпуском жидкого металла и шлака.
4	Шихтовые материалы электроплавки стали	14	2		4	7	1
	Шихтовые материалы электроплавки стали. Их назначение, состав, характеристика, предъявляемые требования, подготовка к плавке. Установки для подогрева шихты. Переработка пыли, стружки, отходов шлифования в ПШБ.
5	Основные периоды электроплавки. Заправка, завалка шихты. Период плавления.	14	2		4	7	1
	Подготовка печи к плавке. Характеристика материалов и машин для заправки печи. Загрузка шихты. Порядок и этапы расплавления завалки. Влияние удельной мощности, электрического режима, состава и размещения шихты, вращения ванны, использования газо-кислородных горелок, предварительного подогрева шихты и др. на длительность плавления. Практика и эффективность использования кислорода в период плавления. Физико-химические превращения, происходящие при плавлении шихты. Совмещение периода плавления и окисления. Формирование шлака. Дефосфорация металла. Особенности периода плавления на сверхмощных ДСП.
6	Окислительный и восстановительный периоды электроплавки	22	2	8	4	7	1
	Цели окислительного периода плавки и средства их реализации. Рудный и кислородный кип. Окончание дефосфорации, очищение от газов и неметаллических включений, десульфурация и нагрев металла. Методы интенсификации. Задачи восстановительного периода и средства их реализации. Методы и технология раскисления. Десульфурация. Порядок введения легирующих элементов и степень их усвоения. Контроль состава металла. Организация выпуска плавки. Пути сокращения длительности восстановительного периода. Окислительный и восстановительный периоды в современной технологии.
7	Теоретические основы электросталеплавильного процесса	16	4		4	7	1
	Строение и свойства жидких стали и шлака. Железо и его сплавы. Жидкое железо как растворитель. Формы существования и растворимость C, Si, P, O, S, H, N и др. в жидком железе. Влияние температуры и состава стали на растворимость и активность примесей. Методика расчета активной концентрации компонентов стали. Функции и образование шлаков электроплавки стали. Типы и разновидности шлаков электроплавки стали (основные, нейтральные, кислые, окислительные и восстановительные). Их характеристика, химический и минералогический состав. Диаграммы состояния важнейших окисных систем. Структура расплавленных шлаков. Характер взаимодействия с металлом. Современные представления о строении расплавленных шлаков и методики расчета активных концентраций их компонентов. Химические и физические свойства шлаков. Их влияние на протекание сталеплавильных процессов. Поверхностные явления в процессах производства стали. Свободная поверхностная энергия. Смачивание. Адгезия и когезия. Влияние поверхностной энергии на термодинамические параметры химических реакций в сталеплавильной ванне. Адсорбционные процессы. Методика расчета поверхностной концентрации компонентов. Обезуглероживание, дефосфорация, другие процессы окислительного периода и поведение газов при электроплавке стали. Общая характеристика процессов окислительного рафинирования. Массоперенос в стальной ванне. Влияние перемешивания и степени развития межфазной поверхности на кинетические условия, скорость и полноту протекания металлургических процессов. Роль кислорода воздуха в окислительных (и восстановительных) процессах электроплавки стали. Содержание оксидов железа в процессе окислительного рафинирования. Схемы питания ванны кислородом при рудном и кислородном кипе. Окисление кремния, марганца, хрома, вольфрама и ванадия при плавке в основных дуговых печах. Физико-химические основы уменьшения угара легирующих элементов. Роль обезуглероживания металлического расплава в реализации процессов его окислительного рафинирования и нагрева ванны при электроплавке стали. Термодинамика реакции окисления углерода. Механизм процесса и место протекания реакции в различных стадиях обезуглероживания. Сопротивление отдельных звеньев и скорость процесса. Вопрос о лимитирующем звене. Критические концентрации углерода в металле. Перераспределение потока кислорода по мере обезуглероживания. Расход кислорода на окисление углерода. Содержание кислорода в металле и окислительная способность шлака во время кипения. Поведение кислорода и особенности кинетики обезуглероживания расплава. Уменьшение окисления легирующих элементов в процессе обезуглероживания. Влияние фосфора на качество стали. Механизм и химизм процесса дефосфорации (с позиций о молекулярной и ионной структуре шлака). Условия его успешной реализации. Влияние состава, количества окислительного шлака и эффективность его обновления. Дефосфорация стали вдуванием порошкообразных материалов. Механизм очищения кипящей ванны от газов и оксидных включений. Условия и возможности нагрева металла при электроплавке. Нагрев ванны в окислительном периоде. Температурный режим плавки. Влияние водорода и азота на свойства стали. Их содержание в металле и узловые моменты и поведение при плавке. Источники поступления. Формы существования и растворимость (содержание) в сталеплавильных шлаках. Химизм растворения этих газов в шлаках и перехода в металл. Скорость процесса. Водородо - и азотопроницаемость шлака. Средства, обеспечивающие минимальную газонасыщенность стали при плавке. Внепечные способы дегазации металла. Десульфурация, раскисление и легирование стали. Вредное влияние серы на свойства стали. Прочность сульфидов, десульфурирующая способность оксидов и химизм процесса. Условия успешной десульфурации металла. Связь между процессами раскисления и десульфурации. Особенности протекания процесса в условиях восстановительного периода и выпуска плавки. Влияние изменений состава шлака и металла на условия и результаты десульфурации при смене восстановительных условий окислительными. Влияние адсорбционных процессов. Десульфурация стали с помощью РЗМ, вдуванием порошкообразных материалов, кальцием, магнием. Кислород в стали и его влияние на ее свойства. Цель раскисления. Средства, обеспечивающие получение спокойной стали, чистой от оксидных включений. Элементы-раскислители и закономерности процесса. Методы раскисления. Роль марганца. Раскисление стали кремнием, алюминием и комплексное. Влияние алюминия на свойства стали. Современные представления об образовании и удалении из стали продуктов раскисления. Влияние условий раскисления и типа раскислителей на скорость и полноту очищения стали от кислорода и включений. Основы технологии раскисления, обеспечивающей получение стали, возможно более чистой от неметаллических включений. Практика диффузионного раскисления. Его недостатки. Трудности, возникшие с увеличением ёмкости печей. Целесообразность совмещения диффузионного раскисления с предварительным осаждением. Практика реализации комбинированного метода раскисления. Раскисление стали при плавке без восстановительного периода (одношлаковым процессом и по современной технологии). Технология легирования стали. Механизм и кинетика процессов растворения ферросплавов в жидкой стали. Факторы, способствующие ускорению этого процесса и снижению потерь легирующих элементов. Тепловой эффект легирования стали. Новые комплексные ферросплавы и лигатуры для легирования стали. ГОСТы на ферросплавы. Жидкое легирование. Рациональные режимы легирования стали различными видами лигатур и ферросплавов.
8	Особенности технологии выплавки специальных сталей в основных дуговых печах	12	4			7	1
	Особенности технологии выплавки, разливки, состав, назначение, условия службы, требования к свойствам, специфические дефекты, технология выплавки различных групп конструкционных, подшипниковых, электротехнических, коррозионностойких сталей. Эффективность внепечных способов рафинирования. Одношлаковый процесс. Эффективность одностадийной схемы производства стали. Характеристика металлизованных материалов, особенности ДСП, технология и показатели электроплавкистали при низком, высоком и 100 %-ном содержании их в завалке. Особенности, достоинства, недостатки применения метода переплава легированных отходов с применением кислорода. Состав, назначение, условия службы, требования к свойствам, специфические дефекты и технология выплавки быстрорежущей и коррозионностойкой стали. Производство коррозионностойких сталей с продувкой кислородом в вакууме и методом газокислородного рафинирования. Влияние технологических факторов на усвоение легирующих элементов. Методы контроля технологии и управления качеством продукции.
9	Физико-химические особенности и технология кислого процесса электроплавки стали. Плавка стали в индукционных печах	22	2	8	4	7	1
	Достоинства, недостатки и область применения кислого процесса электроплавки стали. Образование, физические и химические свойства и активность компонентов кислых шлаков. Поведение марганца и кремния при плавке в печах с кислой футеровкой. Особенности протекания процессов обезуглероживания. Раскислительная способность марганца и кремния в условиях кислого процесса электроплавки стали. Требования к шихтовым материалам кислого процесса. Режим плавления завалки. Шихтовый и температурный режим плавки. Особенности технологии окислительного периода плавки. Режим раскисления металла и технология проведения восстановительного периода рядовой стали и металла ответственного назначения. Переплав легированных отходов в кислых печах. Сравнительная оценка технико-экономической эффективности работы основных и кислых дуговых печей. Преимущества и недостатки плавки стали в индукционных печах. Их сортамент и область применения. Типы процессов. Шихтовые материалы. Химический состав шлаков. Физико-химические особенности окисления примесей, раскисления и легирования металла. Сравнительная оценка технико-экономических показателей плавки стали в дуговых и индукционных печах.
10	Технико-экономические показатели выплавки стали в дуговых электропечах. Проблемы энерго - и ресурсосберегающей технологии в электросталеплавильном производстве	10	2			7	1
	Себестоимость электростали. Выход годного. Мероприятия по обеспечению выпуска стали высокого качества и экономии металла. Современная технология производства электростали.

5.1. Лабораторные работы