Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра металлургии
ТЕХНОЛОГИЯ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА 1
Методические указания по изучению дисциплины
Павлодар
Ф СО ПГУ 7.18.1/07
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФММиТ
_____________
«___»_________200__г
| |
Составитель: магистр, старший преподаватель .
Кафедра металлургии
Методические указания
по изучению дисциплины
по дисциплине «Технология металлургического производства 1»
для студентов специальности 050709 «Металлургия»
Рекомендовано на заседании кафедры металлургии
«_____»______________200__г., протокол №__
Заведующий кафедрой____________________
(подпись)
Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта
«____»______________200__г., протокол №____
Председатель УМС_________________
(подпись)
Содержание
Введение 4
1 Сроки и объем изучения дисциплины 5
2 Тематический план дисциплины 5
3 Контрольные вопросы 11
Литература 13
Введение
Дисциплина «Технология металлургического производства 1» является одной из основных дисциплин. Целью дисциплины является подготовка современного специалиста в области металлургии.
Обучение по данной дисциплине осуществляется по кредитной системе обучения, что подразумевает большой объем самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Особенностью кредитной системы обучения является то, что на занятия (лекционные, практические и лабораторные) магистрант должен прийти подготовленным и изучивший материал по теме предстоящего занятия.
Для этого студенту преподаватель выдает: силлабус, Методические рекомендации и указания для подготовки к лекциям (график чтения основной литературы по дисциплине), практическим, лабораторным занятиям, СРСП и СРС с вопросами по которым будет проверяться уровень знаний на каждом занятии.
Тем самым студент, руководствуясь этими материалами, должен заранее изучать необходимый материал, для успешного и эффективного проведения занятий.
Рекомендуемый материал должен быть прочтен перед каждым занятием.
Таким образом, занятия будут проходить в режиме диалога преподавателя и студента по наиболее трудным и интересным вопросам каждой темы, что в итоге повысит эффективность обучения и объем изучаемого материала.
1 Сроки и объем изучения дисциплины
Работа студента по изучению дисциплины включает в себя следующие виды работы:
- проработку пройденного лекционного материала по конспекту лекций, учебникам и пособиям;
- проработку дополнительных тем, не вошедших в лекционный материал;
- выполнение и защиту практических и лабораторных работ;
- подготовку к рубежному контролю и его сдачу;
- выполнение расчетно-графического задания (семестровой работы).
Как правило, дисциплина изучается 1 семестр (для студентов очной формы обучения).
В начале семестра студенту выдается:
- программа дисциплины для студента (ПДС, силлабус);
- методические указания по изучению дисциплины;
- опорный конспект лекций;
- перечень вопросов на рубежный контроль и экзамен;
- тема семестровой работы (или контрольной работы);
В течение семестра проводятся занятия (лекции, лабораторные занятия, СРСП). Студент должен посещать их согласно расписания.
В течение семестра студент сдает первый и второй рубежный контроль.
В экзаменационную сессию студент сдает экзамен.
Работа студента оценивается по бально-рейтинговой системе.
2 Тематический план дисциплины
2.1 Наименование тем
Тема 1. Введение
Общая характеристика производства чёрных и цветных металлов и сплавов, их значение для промышленного комплекса страны. Классификация черных и цветных металлов и сплавов. Современное состояние производства металлов в Казахстане, странах ближнего и дальнего зарубежья. Перспективы металлургии в связи с развитием новой техники и инновационных технологий. Экономические предпосылки развития металлургического производства.
Тема 2. Теоретические основы процесса производства металлов. Физико – химические основы горения. Процессы образования и диссоциации сульфидов, оксидов, хлоридов и фторидов. Теоретические основы процессов восстановления. Теоретические основы окислительной плавки.
Физико – химические основы горения. Общая характеристика и разновидности процессов горения в металлургии. Термодинамика реакций горения окиси углерода, водорода и метана. Расчетные характеристики равновесия. Диссоциация продуктов горения и свойства газовых атмосфер. Основы механизма и кинетики процессов горения в газовых смесях. Условия воспламенения и горения по цепному механизму. Термодинамика реакций горения углерода. Предельные составы газовой фазы при реагировании углерода с СО2 и Н2О. Основы механизма и кинетики взаимодействия углерода с газообразным окислителями. Кинетический, диффузионный, переходный режимы реагирования.
Процессы образования и диссоциации сульфидов, оксидов, хлоридов и фторидов. Общие закономерности реакций образования и диссоциации оксидов и других соединений, количественные характеристики химической прочности соединений. Изменение химической прочности при фазовых переходах и образовании растворов. Термодинамические свойства оксидов железа и последовательность их превращений. Анализ диаграммы состояния железо-кислород. Сопоставление химической прочности оксидов и других соединений. Механизм и основы кинетики процессов окисления железа и других металлов. Роль дефектов кристаллической решетки в диффузионной кинетике.
Теоретические основы процессов восстановления. Общая характеристика процессов восстановления металлов и применяемых восстановителей. Термодинамика восстановления оксидов железа водородом и коисью углерода. Диаграммы равновесия. Эффективность восстановителей и закономерность процессов. Механизм и кинетика восстановления оксидов металлов газовыми реагентами.
Термодинамические основы металлотермии. Эффективность применения вакуума.
Восстановление металлов из оксидов углеродом. Условия восстановления углеродом прочных оксидов. Температуры начала восстановления. Влияние вакуума. Роль карбидообразования. Свойства карбидов различных металлов. Процессы науглераживания железа окисью углерода и метаном.
Теоретические основы окислительной плавки. Железоуглеродистые расплавы, их свойства и строение. Металлургические шлаки и их физические свойства. Особенности твердофазных реакций. Структуры расплавленных шлаков. Важнейшие диаграммы состояния. Процессы превращений при отвердевании шлаков. Взаимодействие фаз при окислительной плавке. Закономерности распределения кислорода между металлом и шлаком. Термодинамика окисления примесей металлического расплава.
Тема 3. Исходные материалы металлургического производства
Руды, их характеристика. Значимость для промышленности страны. Принципы обогащения руд. Физико-химические основы процессов окускования руд: агломерация и производство окатышей. Экономическая целесообразность подготовки материалов для металлургического производства.
Тема 4. Производство чугуна
Общая характеристика процессов доменной плавки. Движение шихты и газов в доменной печи, рациональное их распределение. Развитие косвенного и прямого востановления в доменной печи. Образование чугуна и шлака. Процессы в горне доменной печи. Методы интенсификации доменного процесса. ГОСТы на чугун. Технико-экономические показатели доменной плавки.
Тема 5. Производство стали
Общая характеристика способов производства стали. Экономические предпосылки их применения и развития.
Кислородно-конвертерный процесс. Конструкция конвертера. Изменение состава металла, шлака и газа по ходу процесса. Варианты конвертерного передела. Основы контроля и автоматизации конвертерного процесса. Производство легированных сталей. Технико-экономические показатели конвертерного производства.
Подовые процессы. Разновидности мартеновского процесса. Основные реакции. Интенсификация мартеновской плавки и ее технико-экономические показатели. Применение двухванных печей. Современное состояние и перспективы подовых процессов производства стали.
Производство стали в электрических печах. Устройство дуговой электропечи. Плавка с окислением и методом переплава. Технико-экономические показатели работы электросталеплавильных печей. ГОСТы на стали. Сравнение себестоимости и качества сталей по методу выплавки. Экономическое обоснование выбора способа выплавки. Сравнение различных способов выплавки по совокупности защитных мероприятий.
Выплавка сталей и сплавов в открытых и вакуумных индукционных печах. Вакуумный дуговой переплав. Электрошлаковый переплав. Электронно-лучевая плавка. Плазменно-дуговой переплав. Зонная плавка металлов высокой чистоты. Экономическое обоснование применения новых методов выплавки высоколегированных сталей и сплавов (ЭШП, ВДП, ЭЛП, ПДП).
Тема 6. Производство ферросплавов
Назначение и виды ферросплавов. ГОСТы на ферросплавы. Устройство ферросплавных печей. Основы ппроизводства сплавов на основе кремния, марганца, хрома. Основы ппроизводства малой группы ферросплавов на основе вольфрама, титана, молибдена, ванадия и других. Технико-экономические показатели производства ферросплавов.
Тема 7. Производство цветных металлов
Классификация и стандартизация цветных металлов. Пиро-, гидро - и электрометаллургические способы получения цветных металлов.
Металлургия меди. Схемы пирометаллургического производства: обжиг руд и концентратов, плавка на штейн, конвертирование медных штейнов, огневое и электролитическое рафинирование.
Металлургия алюминия. Производство глинозема. Получение чернового алюминия и его рафинирование.
Производство тугоплавких металлов. Основы производства титана. Хлорирование титаносодержащих материалов. Получение титана металлотермическим и электролитическим методами.
Основы производства металлического вольфрама. Технико-экономические показатели производства тугоплавких металлов. Перспективы развития производства цветных металлов. Новые направления в технологии.
2.3 Перечень и содержание лабораторных занятий
Целью лабораторных занятий является получение более полного представления о производстве черных и цветных металлов.
Тема 3. Исходные материалы металлургического производства.
Занятие № 1. Технология брикетирования рудной мелочи.
Целью занятия является изучение режима брикетирования рудной мелочи и свойства полученных брикетов.
Тема 5. Производство стали
Занятие № 2. Изучение влияния положения сопла над ванной на величину реакционной зоны и глубину проникновения газовой струи в жидкость.
Целью занятия является наблюдение за формой реакционной зоны и глубиной проникновения газовой струи в жидкую ванну при изменении положения фурмы над поверхностью жидкости.
Занятие № 3. Исследование процесса формирования слитка на прозрачной модели.
Целью занятия является путем моделирования воспроизвести геометрическое подобие процесса формирование различных кристаллических зон в слитках и ее влияние на кристаллическое строение металла, а также показать механизм образования усадочной раковины и развитие физической неоднородности.
Перечень и содержание практических занятий
Целью практических занятий является углубить и закрепить теоретические знания, полученные на лекциях, приобрести навыки расчетов.
Тема 2. Теоретические основы процесса производства металлов. Физико – химические основы горения. Процессы образования и диссоциации сульфидов, оксидов, хлоридов и фторидов. Теоретические основы процессов восстановления. Теоретические основы окислительной плавки.
Занятие № 1. Расчет материального и теплового балансов восстановительного процесса.
Целью занятия является рассмотреть основные статьи теплового баланса, расчет материального и теплового балансов восстановительного процесса.
Тема 4. Производство чугуна
Занятие № 2. Конструкция и расчет профиля доменной печи.
Целью занятия является ознакомиться с профилем и конструкцией доменной печи, рассчитать размеры профиля доменной печи по методу А, и
Тема 5. Производство стали
Занятие № 3. Расчет конструктивных размеров кислородного конвертора.
Целью занятия является изучение конструкции кислородного конвертора, профиля рабочего пространства и расчет, определение основных размеров кислородного конвертера
Тема 6. Производство ферросплавов
Занятие № 4. Расчёты шихты для выплавки ферросплавов.
Целью занятия является изучение основных компонентов шихты, расчёты по составлению материального и теплового балансов плавки ферросплавов.
2.4 Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения
1 Введение. Классификация черных и цветных металлов и сплавов
Рекомендуемая литература: [2, 10 – 19 с.], [21, с., 318 – 322 с., 478 – 533 с.].
2 Месторождения железных и марганцевых руд Казахстана.
Рекомендуемая литература: [6, 127 – 135 с.], [22, 130 – 183 с.].
3 Конструкция доменной печи.
Рекомендуемая литература: [2, 66 – 87 с.].
4 Доменный процесс. Восстановительные процессы в доменной печи.
Рекомендуемая литература: [2, 87 – 105 с.].
5 Образование чугуна и шлака. Дутье, процессы в горне и движение газов в печи.
Рекомендуемая литература: [2, 105 – 128 с.].
6 Интенсификация доменного процесса. Продукты доменной плавки.
Рекомендуемая литература: [2, 128 – 142 с.].
7 Внедоменное получение железа.
Рекомендуемая литература: [2, 177 – 191 с.].
8 Конвертерное производство стали.
Рекомендуемая литература: [2, 253 – 342 с.].
9 Производство стали в электрических печах.
Рекомендуемая литература: [2, 405 – 494 с.].
10 Внепечная обработка стали. Разливка стали.
Рекомендуемая литература: [2, 497 – 643 с.].
11 Ферросплавы. Производство сплавов на основе кремния и марганца.
Рекомендуемая литература: [2, ].
12 Производство феррохрома.
Рекомендуемая литература: [2, ].
13 Производство глинозема и алюминия.
Рекомендуемая литература: [2, ].
3 Контрольные вопросы
1. Железные и марганцевые руды, добыча, предприятия и месторождения.
2. Руды цветных металлов, добыча, предприятия и месторождения.
3. Руды комплексные и полиметаллические добыча, предприятия и месторождения.
4. Основные огнеупорные материалы.
5. Нейтральные огнеупорные материалы.
6. Кислые огнеупорные материалы.
7. Доломитовые изделия и порошки.
8. Периклазошпинелидные огнеупоры.
9. Динасовые огнеупоры.
10. Физико-химические требования к динасовым изделиям
11. Физико-химические требования к шамотным изделиям
12. Доменные флюсы
13. Топливо в доменных печах
14. Подготовка железной руды к плавке.
15. Дробление и сортировка руд
16. Обогащение руды
17. Агломерация, сущность процесса, оборудование.
18. Окатывание
19. Устройство доменной печи.
20. Основные элементы доменной печи (горн, заплечики, фурмы), устройство, назначение и конструкция.
21. Окислительно-плавильные процессы доменного производства.
22. Восстановление твердым углеродом
23. Десульфурация в доменной печи.
24. Высокотемпературное дутье при плавке в доменной печи.
25. Восстановление других элементов в доменной печи.
26. Виды передельных чугунов.
27. Доменные ферросплавы.
28. Содержание основных химических элементов в литейных чугунах ЛКО — ЛК5.
29. Шлакообразование в доменной печи.
30. Продукты доменного производства.
31. Газы и неметаллические включения в стали.
32. Раскисление и легирование стали.
33. Классификация стали.
34. Влияние углерода и постоянных (технологических) примесей на свойства сталей и сплавов
35. Влияние легирующих элементов на свойства стали и сплавов
36. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах
37. Маркировка сталей.
38. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82
39. Конверторное производство стали.
40. Конверторные и кислородно-конверторные процессы.
41. Сущность кислородно-конверторного процесса
42. Шихтовые материалы кислородно-конверторного процесса
43. Окисление углерода и других элементов кислородно-конверторного процесса
44. Глубинное (или осаждающее) раскисление стали.
45. Продукты кислородно-конверторного процесса
46. Устройство кислородных конверторов.
47. Мартеновское производство стали. Разновидности процесса (основной, кислый).
48. Регенерации тепла в мартеновских печах.
49. Рафинирование металла
50. Двухванные печи их конструкция и достоинства и недостатки.
51. Тепловой и материальный баланс мартеновской плавки.
52. Выплавка стали в дуговых электропечах.
53. Устройство дуговых электропечей.
54. Электрическое оборудование дуговых электропечей.
55. Выплавка стали в основных дуговых электропечах.
56. Выплавка стали в кислых дуговых электропечах.
57. Выплавка стали в индукционных печах.
58. Технология плавки стали в индукционных печах.
59. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали.
60. Технологические основы разливки ферросплавов.
61. Вакуумный дуговой переплав.
62. Вакуумный индукционный переплав.
63. Электрошлаковый переплав.
64. Электронно-лучевой и плазменно-дуговой переправ.
65. Производство ферросплавов.
66. Сырье, материалы для производства ферросплавов и их месторождения, их добыча и подготовка.
67. Назначение ферросплавов в сталеплавильном производстве.
68. Восстановительные, рафинировачные печи (РТП), их устройство.
69. Открытые и закрытые руднотермические печи.
70. Электрическое оборудование руднотермических электропечей
71. Коксование электродов
72. Технология производства ферросилиция, сортамент.
73. Технология производства феррохрома, сортамент.
74. Технология производства ферромарганца, сортамент.
75. Технология производства феррованадия.
Литература
Основная литература
1 Валиев свинца, цинка и сопутствующих металлов. Учебник / , . – Алматы, 2000. – 441 с.
2 Воскобойников В. Г. Общая металлургия [Текст]: Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. / , , . – М. : ИКЦ «Академкнига», 2005. – 768 с.
3 Металлургия: учебное пособие / Т. Ж. Жукебаева, . – Караганда: КарГТУ, 2002. – 87 с.
4 Ибраева и технология выплавки стали в кислородных конвертерах и мартеновских печах. Методическое указание / , , . – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2005. – 40 с.
5 Лякишев хрома / Н. П. Лякишев, М. И. Гасик. – М. : ЭЛИЗ. – 1999. – 582 с.
6 Металлургия Казахстана: состояние, инновационный потенциал, тренд развития. – Алматы, 2005. – 290 с.
7 Уткин цветных металлов. – 2-е изд. – М. : Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.
8 Худайбергенов легких металлов: Учебник.– Алматы, 2001.– 235 с.
9 , Акбердин , технологические и экологические особенности производства низкоуглеродистой стали для листового проката. Научно-учебное пособие. – Алматы: НИЦ «Ғылым», 2008 – 386 с.
10 , Нұрымғалиев А.Қ. Болат және ферроқорытпалар электрометаллургиясы бойынша технологиялық есептеулер. Оқу құралы – Алматы: ҒБО «Ғылым», 2006. – 262 с.
11 Тлеугабулов металлургических процессов. Учебное пособие для вузов. – Алматы: издание РИК по учебной и методической литературе, 2007. – 351 с.
Дополнительная литература
12 Арсентьев металлургия / , , . – М. : Металлургия, 1986. – 360 с.
13 Борнацкий -химические основы сталеплавильных процессов. – М. : Металлургия, 1974. – 320 с.
14 Еднерал стали и ферросплавов. – М. : Металлургия, 1963. – 641 с.
15 Еднерал по электрометаллургии стали и ферросплавов. Учебное пособие / , . – М. : Металлургиздат, 1963. – 230 с.
16 Зеликман редких металлов / , , . – М. : Металлургия, 1978. – 560 с.
17 Красавцев чугуна. – М. : Металлургиздат, 1952. – 639 с.
18 Машины и агрегаты металлургических заводов. Учебник в 3-х томах. – М. : Металлургия, 1976. – 1981 с.
19 Поволоцкий стали и ферросплавов. – М. : Металлургия, 1984. – 568 с.
20 Общая металлургия / , , . – М. : Металлургия, 1976. – 568 с.
21 Гуляев : учебник для вузов – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
22 Возрождение. – Алматы, 2004. – 276 с.
