МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учебно-методическое объединение по образованию
в области металлургического оборудования и технологий
УТВЕРЖДАЮ
Первый заместитель Министра образования
Республики Беларусь
_________________
_____________
Регистрационный № ТД - ____________/ тип.
ОБЩАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
Типовая учебная программа по учебной дисциплине
для специальности
1-42 01 01 Металлургическое производство и материалообработка
(по направлениям)
СОГЛАСОВАНО Председатель Учебно-методического _________________ _________________ | СОГЛАСОВАНО Начальник Управления Министерства образования Республики Беларусь ______________ ______________ СОГЛАСОВАНО Проректор по научно-методической работе Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» _____________ _____________ Эксперт-нормоконтролер _____________________________ _____________ |
Минск 2017
СОСТАВИТЕЛЬ:
, заведующий кафедрой «Металлургия литейных сплавов» Белорусского национального технического университета, доктор технических наук, профессор
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Кафедра «Металлургия и литейное производство» Учреждения образования «Гомельский государственный технический университет им. »
(протокол № от );
, заведующий кафедрой «Материаловедение и технология металлов» Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:
Кафедрой «Металлургия литейных сплавов» Белорусского национального технического университета
(протокол № от )
Научно-методическим советом Белорусского национального технического университета (секция «Совершенствование учебного процесса и учебно-нормативной документации»)
(протокол № от )
Научно-методическим советом по металлургии Учебно-методического объединения по образованию в области металлургического оборудования и технологий
(протокол № от )
Ответственный за редакцию:
Ответственный за выпуск:
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая учебная программа по учебной дисциплине «Общая металлургия» разработана для учреждений высшего образования Республики Беларусь в соответствии с требованиями образовательного стандарта высшего образования I ступени по специальности 1-42 01 01 «Металлургическое производство и материалообработка (по направлениям)».
Цель учебной дисциплины - изучение технологий производства чугуна, стали, основных цветных металлов и ферросплавов, что позволит будущему специалисту находить оптимальные технологические решения производственных вопросов с учетом проблем ресурсосбережения и охраны окружающей среды, получать сплавы высокого качества с минимальными затратами трудовых и материальных ресурсов.
Основные задачи учебной дисциплины:
- ознакомить студентов с сырыми материалами для доменной плавки и способами их подготовки;
- изучить устройство доменной печи, основных сталеплавильных агрегатов, оборудования для внепечной обработки стали и ее разливки в слитки;
- довести до студентов информацию по современным технологиям получения стали высокого качества;
- ознакомить студентов с основными реакциями, протекающими в доменной печи, в сталеплавильных агрегатах и при получении цветных металлов;
- формирование у обучаемых профессиональных компетенций по выбору оптимальных технологий плавки и заливки металла с учетом экологических требований и ресурсосбережений;
- подготовка студентов к будущей профессиональной деятельности на основе совокупности фундаментальных, общенаучных и специальных знаний.
Учебная дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении таких курсов, как «Математика», «Физика», «Химия», «Информатика», «Металлургическая теплотехника и теплоэнергетика». Знания и умения, полученные студентами при изучении данной учебной дисциплины, необходимы для освоения последующих специальных дисциплин и дисциплин специализаций, связанных с процессами плавки сплавов черных и цветных металлов, способами упрочения заготовок, защитой металлов от коррозии, способами металлургической переработки отходов производства и управления качеством продукции металлургического производства.
В результате изучения учебной дисциплины «Общая металлургия» студент должен
знать:
- физико-химические основы получения металлов и сплавов;
- современные способы внедоменного получения железа;
- конструкции доменных печей и сталеплавильных агрегатов;
- технологии внепечной обработки стали и переплавных процессов;
- основы цветной металлургии и ферросплавного производства;
- перспективы развития металлургического производства;
уметь:
- рассчитывать составы шихты для выплавки чугуна и стали;
- рассчитывать материальный баланс плавки;
- составлять уравнения химических реакций для сталеплавильных процессов и описывать их кинетику;
- составлять технологическую схему получения цветных металлов;
- управлять процессом структурообразования при затвердевании слитков;
владеть:
- методикой расчета шихты для выплавки чугуна и стали;
- методикой расчета материального баланса металлургических агрегатов;
- информацией о современных технологиях производства стали высокого качества.
Освоение данной учебной дисциплины обеспечивает формирование следующих компетенций:
- АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач.
- АК-2. Владеть системным и сравнительным анализом.
- АК-3. Владеть исследовательскими навыками.
- АК-4. Уметь работать самостоятельно.
- АК-6. Владеть междисциплинарным подходом при решении проблем.
- СЛК-2. Быть способным к социальному взаимодействию.
- СЛК-6. Уметь работать в коллективе.
- ПК-1. Проводить расчет состава шихты для плавки стали, чугунов, алюминиевых, медных и цинковых сплавов;
- ПК-4. Владеть вопросами металлургической переработки лома и отходов производства;
- ПК-12. Используя информацию о вредных выбросах от металлургических агрегатов, предлагать системы эффективных очистных сооружений;
- ПК-19. Обосновывать способы контроля химического состава сплава и оценивать качество расплава по твердым и газообразным неметаллическим включениям;
- ПК-21. Анализировать и оценивать тенденции развития техники и технологий;
- ПК-28. Самостоятельно работать с научной литературой, словарями, справочными материалами, рационально использовать справочную литературу по выбору материалов, технологий их обработки, обеспечивающей необходимые показатели свойств;
- ПК-30. Проводить сравнительный анализ технологических процессов плавки, заливки, изготовления форм и стержней, нагрева заготовок, термической обработки;
- ПК-32. Владеть вопросами экологической безопасности и охраны труда при производстве отливок и эксплуатации нагревательных печей;
- ПК-37. Готовить доклады, материалы к презентациям и представительствовать на них;
- ПК-40. Понимать сущность и социальную значимость своей профессии, основные проблемы в конкретной области своей деятельности;
- ПК-41. Налаживать контроль основных параметров технологических процессов плавки и разливки сплавов черных и цветных металлов;
- ПК-42. Осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективам развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям;
- ПК-44. Работать с научной, технической и патентной литературой;
На изучение учебной дисциплины «Общая металлургия» отведено всего 140 часов, из них - 84 аудиторных часа.
Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий:
лекции - 50 ч.;
лабораторные занятия - 34 ч.
В качестве формы контроля предусмотрен экзамен, на подготовку к которому дополнительно отводится от 28 до 54 часов.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Наименование раздела и темы | Количество аудиторных часов | ||
лекции | лабораторные занятия | всего | |
Раздел 1. Производство чугуна и железа | 8 | 12 | 20 |
Тема 1.1. Введение в курс «Общая металлургия» | 2 | 2 | |
Тема 1.2. Сырые материалы и их подготовка | 2 | 4 | 6 |
Тема 1.3. Доменный процесс | 2 | 4 | 10 |
Тема 1.4. Способы внедоменного получения железа | 2 | 2 | |
Раздел 2. Производство стали | 18 | 8 | 26 |
Тема 2.1. Общие основы сталеплавильного производства | 4 | 4 | 8 |
Тема 2.2. Конвертерное производство стали | 4 | 4 | 8 |
Тема 2.3. Мартеновское производство стали | 2 | 2 | |
Тема 2.4. Выплавка стали в электрических печах | 8 | 8 | |
Раздел 3. Современные технологии получения стали высокого качества | 6 | 4 | 10 |
Тема 3.1. Общие вопросы внепечного рафинирования | 2 | 4 | 6 |
Тема 3.2. Переплавные процессы | 2 | 2 | |
Тема 3.3. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали | 2 | 2 | |
Раздел 4. Слитки и разливка стали | 4 | 8 | 12 |
Тема 4.1. Способы разливки стали | 2 | 4 | 6 |
Тема 4.2. Кристаллизация и строение стальных слитков | 2 | 4 | 6 |
Раздел 5. Производство цветных металлов | 6 | 2 | 8 |
Тема 5.1. Металлургия алюминия | 2 | 2 | |
Тема 5.2. Металлургия меди | 2 | 2 | 4 |
Тема 5.3. Металлургия титана и магния | 2 | 2 | |
Раздел 6. Производство ферросплавов | 4 | 4 | |
Тема 6.1. Способы получения ферросплавов | 2 | 2 | |
Тема 6.2. Технологические схемы производства основных ферросплавов | 2 | 2 | |
Раздел 7. Металлургия и проблемы охраны окружающей среды | 4 | 4 | |
Тема 7.1. Защита воздушного бассейна | 2 | 2 | |
Тема 7.2. Использование шлаков, шламов выбросов и отходов смежных производств | 2 | 2 | |
ВСЕГО | 50 | 34 | 84 |
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
РАЗДЕЛ I. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И ЖЕЛЕЗА
Тема 1.1. Введение в курс «Общая металлургия»
Значение металлургии для народного хозяйства. Краткая история развития металлургии. Вклад ученых России и СНГ в развитие металлургии. Современная схема металлургического производства.
Тема 1.2. Сырые материалы и их подготовка
Сырые материалы доменной плавки. Железные и марганцевые руды. Месторождения железных руд в Республике Беларусь. Флюсы и топливо. Подготовка железных руд к доменной плавке. Производство окатышей и агломерата.
Тема 1.3. Доменный процесс
Конструкция доменной печи. Загрузка шихтовых материалов. Горение топлива. Восстановительный процесс в доменной печи. Образование чугуна и шлака в доменной печи. Продукты доменной плавки. Перспективы развития доменного производства.
Тема 1.4. Способы внедоменного получения железа
Актуальность проблемы. Процессы твердофазного восстановления железа: MIDREX-процесс; HyL-процесс. Процессы жидкофазного восстановления: COREX-процесс и ROMELT-процесс. Перспективы развития технологий прямого восстановления.
РАЗДЕЛ II. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
Тема 2.1. Общие основы сталеплавильного производства
Классификация стали. Основные реакции и процессы сталеплавильного производства. Окисление углерода, кремния, марганца. Окисление и восстановление фосфора. Удаление из стали фосфора и серы. Газы в сталях и способы их удаления. Роль шлаков при выплавке стали. Неметаллические включения в сталях.
Тема 2.2. Конвертерное производство стали
Конвертерные процессы с воздушным дутьем. Кислородно-конвертерный процесс (ККП). Устройство кислородной фурмы. Поведение составляющих чугуна при продувке расплава кислородом. Плавка в кислородном конвертере с верхней продувкой. Конвертерные процессы с донной и комбинированной продувкой. Конвертеры для передела высокофосфористых чугунов. Перспективы развития ККП.
Тема 2.3. Мартеновское производство стали
Устройство и принцип работы мартеновской печи. Особенности и разновидности мартеновской плавки. Основной мартеновский процесс. Кислый мартеновский процесс. Двухванные мартеновские печи. Использование кислорода при мартеновской плавке.
Тема 2.4. Выплавка стали в электрических печах
Классификация электрических печей. Устройство дуговых электропечей. Технология плавки стали в основной и кислой электродуговой печи. Выплавка стали методом переплава. Плавка стали с использованием в шихте металлизованных окатышей. Особенности плавки стали в крупнотоннажных электропечах. Электродуговые печи постоянного тока. Электродуговые печи с непрерывной загрузкой шихты.
РАЗДЕЛ III. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ
СТАЛИ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА
Тема 3.1. Общие вопросы внепечного рафинирования
Технологические основы внепечного рафинирования. Обработка расплава вакуумом. Продувка металла инертными газами. Обработка расплава синтетическим шлаком. Продувка металла порошкообразными материалами. Современные способы вакуумирования.
Тема 3.2. Переплавные процессы
Назначение переплавных процессов. Вакуумный индукционный переплав. Вакуумный дуговой переплав. Электрошлаковый переплав и варианты его реализации. Электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплав. Перспективы развития переплавных процессов.
Тема 3.3. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали
Внедоменная десульфурация и дефосфорация чугуна. Совместное проведение операции дефосфорации и десульфурации. Комплексные технологии внепечной обработки стали. Установка «печь-ковш». Нанотехнологии при производстве качественной стали.
РАЗДЕЛ IV. СЛИТКИ И РАЗЛИВКА СТАЛИ
Тема 4.1. Способы разливки стали
Способы разливки стали. Разливка сифоном и сверху. Оборудование для разливки стали (сталеразливочные ковши, изложницы, промежуточные ковши). Непрерывная разливка стали. Разновидности и преимущества способа. Устройство установок непрерывной разливки.
Тема 4.2. Кристаллизация и строение стальных слитков
Кристаллизация стали. Зарождение и рост кристаллов. Строение слитка спокойной и кипящей стали. Усадочная раковина в слитке спокойной стали. Дефекты слитков. Химическая неоднородность слитков и способы ее уменьшения. Управление процессом затвердевания непрерывнолитых заготовок.
РАЗДЕЛ V. ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Тема 5.1. Металлургия алюминия
Свойства алюминия и область его применения. Современные технологические схемы получения алюминия электролитическим и электротермическим способами. Производство глинозема и его электролиз. Рафинирование алюминия и его маркировка. Нанотехнологии в производстве алюминиевых сплавов.
Тема 5.2. Металлургия меди
Свойства меди и ее применение. Сырье для получения меди. Схема пирометаллургического способа получения меди. Подготовка медных руд к плавке. Выплавка медного штейна и его конвертирование. Черновая медь. Огневое и электролитическое рафинирование меди.
Тема 5.3. Металлургия титана и магния
Основы хлоридных методов производства металлов. Производство магния. Способы рафинирования первичного магния. Производство титана. Маркировка магния и титана.
РАЗДЕЛ VI. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ
Тема 6.1. Способы получения ферросплавов
Значение ферросплавов. Исходное сырье для производства ферросплавов. Восстановительные ферросплавные печи. Рафинировочные ферросплавные печи. Углевосстановительный, силикотермический и алюминотермический способы получения ферросплавов.
Тема 6.2. Технологические схемы производства основных ферросплавов
Производство ферросилиция. Производство ферромарганца. Получение силикомарганца. Производство углеродистого феррохрома. Основы технологии получения ферромарганца и феррохрома с низким содержанием углерода. Маркировка ферросплавов.
РАЗДЕЛ VII. МЕТАЛЛУРГИЯ И ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Тема 7.1. Защита воздушного бассейна
Основные направления защиты воздушного бассейна. Очистка доменного газа. Аппараты грубой, полутонкой и тонкой очистки колошникового газа. Очистка конвертерных газов. Системы улавливания и отвода газов от дуговых печей.
Тема 7.2. Использование шлаков, шламов,
выбросов и отходов смежных производств
Утилизация шлаков доменного и сталеплавильного производства. Использование шлаков и выбросов. Использование отходов смежных производств. Использование вторичных энергоресурсов. Переработка бытовых отходов в металлургических агрегатах.
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Список литературы
Основная литература
1. Воскобойников, металлургия: учебник для ВУЗов/ , , – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005-768 с.
2. Воскобойников, металлургия: учебник для ВУЗов/ , , – М.: Металлургия, 1985-480 с.
3. Дюдкин, технология производства стали / , . – М.: Теплотехник, 2007 – 528 с.
4. Гасик, и технология электрометаллургии ферросплавов: учебник для ВУЗов/ , . – М.: СП Интермет-Инжиниринг, 1999. – 764 с.
Дополнительная литература
1. Поволоцкий, обработка стали / , , . – М.: МИСИС, 1995. – 256 с.
2. Поволоцкий, стали и ферросплавов/ , , . – М.: Металлургия, 1995. – 592 с.
3. Кудрин, и технология производства стали / . – М.: Мир, 2003. – 528 с.
4. Москвитин, легких сплавов / , , . –М.: Интермет, 2005. – 414 с.
Методические рекомендации по организации и выполнению
самостоятельной работы студентов
При изучении дисциплины рекомендуется использовать следующие формы самостоятельной работы:
- решение индивидуальных заданий;
- подготовка рефератов по индивидуальным темам, в том числе с использованием патентных материалов;
- подготовка сообщений, тематических докладов, презентаций по заданным темам;
- выполнение патентно-информационного поиска;
- проработка тем (вопросов), вынесенных на самостоятельное изучение;
- изготовление макетов;
- составление тематической подборки литературных источников, интернет-источников.
Перечень рекомендуемых средств диагностики
Для оценки достижений студента рекомендуется использовать следующий диагностический инструментарий:
- устный и письменный опрос во время лабораторных занятий;
- проведение текущих контрольных работ (заданий) по отдельным темам;
- защита выполненных на лабораторных занятиях индивидуальных заданий;
- собеседование при проведении индивидуальных и групповых консультаций;
- выступление студента на конференции по подготовленному реферату;
- сдача экзамена.
Примерный перечень тем лабораторных занятий
1. Изучение сырых материалов и способов их подготовки к доменной плавке.
2. Восстановление оксидов железа углеродом и шлакование пустой породы в доменной печи.
3. Расчет шихты для выплавки передельного чугуна.
4. Изучение основных параметров конвертерного процесса путем холодного моделирования.
5. Моделирование процесса разливки стали в изложницы.
6. Изучение процесса кристаллизации слитков на прозрачной модели.
7. Изучение конструкций установок непрерывной разливки стали.
8. Получение металлов высокой степени чистоты.
9. Диссоциация и обжиг сульфидов.
Характеристика рекомендуемых методов и технологий обучения
Рекомендуемыми методами обучения, отвечающими целям изучения дисциплины, являются:
- элементы проблемного обучения (проблемное изложение, вариативное изложение, частично-поисковый метод), реализуемые на лекционных занятиях;
- элементы учебно-исследовательской деятельности, реализуемые на практических занятиях и при самостоятельной работе;
- коммуникативные технологии (дискуссия, учебные дебаты, «мозговой штурм» и другие формы и методы), реализуемые на практических занятиях и конференциях.
Примерная тематика рефератов
1. Способы снижения себестоимости чугуна при доменной плавке.
2. Варианты использования пылеугольного топлива в доменной печи.
3. Современное состояние и перспективы производства железорудного сырья.
4. Процессы прямого восстановления железа и перспективы их развития.
5. Технологические схемы выплавки стали.
6. Способы повышения стойкости футеровки при кислородно-конвертерной плавке.
7. Распределение материалов в кислородном конвертере при подаче кислорода сверху.
8. Анализ теплового баланса конвертерной плавки.
9. Факторы, влияющие на качество кислородно-конвертерной стали.
10. Конвертерный процесс с комбинированной продувкой.
11. Кислородный конвертер - плавильный агрегат для новых процессов.
12. Особенности конструкций высокомощных дуговых сталеплавильных печей.
13. Топливно-дуговые сталеплавильные печи.
14. Дуговые печи постоянного тока.
15. Дуговые печи постоянного тока с непрерывной загрузкой металлической шихты.
16. Дуговые печи с удерживающими пальцами.
17. Варианты снижения расхода электроэнергии при плавке в дуговых электрических печах.
18. Проблемы ресурсосбережения и экологии при плавке стали в дуговых электрических печах.
19. Сталеплавильные шлаки и варианты их переработки.
20. Современные технологии получения стали высокой степени чистоты.
Примерный перечень контрольных вопросов и заданий
для самостоятельной работы
1. Роль металлургии для промышленного комплекса страны. Вклад ученых России и СНГ в развитие металлургии.
2. Общая характеристика железных и марганцевых руд. Отходы производства.
3. Топливо и флюсы в металлургии.
4. Подготовка железных руд к доменной плавке и определение оптимального содержания железа в железосодержащей части шихты.
5. Способы обогащения руд и оборудование для их реализации.
6. Окускование железорудного сырья агломерацией.
7. Производство окатышей и их роль в черной металлургии.
8. Устройство доменной печи.
9. Назначение, конструкция и работа колошникового устройства доменной печи.
10. Загрузка шихты и горение топлива в доменной печи.
11. Восстановление оксидов железа в доменной печи.
12. Восстановление в доменной печи оксидов кремния, марганца и других элементов.
13. Науглероживание железа и образование чугуна в доменной печи. Выплавка кремнистых и марганцовистых чугунов.
14. Образование шлака и удаление серы в доменной печи.
15. Продукты доменной плавки и способы очистки колошникового газа.
16. Подача и нагрев дутья в доменном процессе. Основные технико-экономические показатели доменной плавки.
17. Способы внедоменного получения железа и их значение.
18. Классификация стали. Сталеплавильные шлаки, источники их образования, строение и составы.
19. Окисление углерода и значение данной реакции в сталеплавильном производстве.
20. Окисление и восстановление кремния и марганца в сталеплавильной ванне.
21. Поведение фосфора в сталеплавильных агрегатах, способы и условия его удаления.
22. Поведение серы в сталеплавильных агрегатах, способы и условия десульфурации стали.
23. Газы в сталях и способы их удаления.
24. Неметаллические включения в сталях и способы их удаления.
25. Конвертерные процессы с воздушным донным дутьем.
26. Сущность кислородно-конвертерного процесса. Устройство конвертера и кислородной фурмы.
27. Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса и технология плавки в нем.
28. Поведение составляющих чугуна при продувке расплава кислородом. Виды охладителей и их назначение.
29. Технико-экономические показатели кислородно-конвертерного процесса и очистка конвертерных газов.
30. Разновидности кислородно-конвертерных процессов и особенности передела фосфористых чугунов в конвертерах с верхней продувкой.
31. Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом и комбинированным дутьем.
32. Устройство мартеновской печи.
33. Разновидности и особенности мартеновской плавки.
34. Окисление углерода и кипение мартеновской ванны.
35. Ход плавки при основном мартеновском процессе.
36. Кислый мартеновский процесс и качество получаемой стали.
37. Двухванные сталеплавильные печи.
38. Устройство дуговых электрических печей.
39. Плавка стали в основной электродуговой печи на углеродистой шихте. Окислительный и восстановительный периоды.
40. Выплавка стали методом переплава и с использованием металлизованных окатышей.
41. Разновидности технологии плавки стали в большегрузных печах.
42. Выплавка стали в кислых дуговых электропечах.
43. Классификация и устройство индукционных печей. Выплавка стали в печах с кислой и основной футеровкой.
44. Внепечные способы рафинирования стали.
45. Переплавные процессы, их характеристика и область применения.
46. Непрерывные сталеплавильные процессы.
47. Способы разливки стали.
48. Строение слитка спокойной и кипящей стали.
49.Оборудование для разливки стали: ковши, изложницы.
50. Дефекты стальных слитков.
51. Непрерывная разливка стали и разновидности машин непрерывного литья заготовок.
52. Технология производства ферросилиция.
53. Технология производства углеродистого ферромарганца и феррохрома.
54. Пирометаллургический способ получения меди.
55. Электролитический способ получения алюминия.
56. Электротермический способ получения силумина.
57. Производство магния.
58. Производство титана.
