Розподіл навчальних годин дисципліни «металургія чавуну та сталі» за напрямом 6. 050402 - ливарне Виробництво

Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 6.050402 - ливарне виробництво

	Усього	семестри
IV	V
Усього годин за навчальним планом
у тому числі: Аудиторні заняття
з них: - лекції
- лабораторні заняття		-
- практичні заняття	-	-	-
- семінари	-	-	-
Самостійна робота
Кількість індивідуальних завдань
Підсумковий контроль		уст.сес	зал.

 

ВСТУП

Дисципліна "Металургія чавуну та сталі" викладається для надання студентам металургійних спеціальностей необхідних знань з виробництва чорних металів і сплавів, частка яких складає 90 % всього металургійного виробництва.

На сьогодні найбільше використання має двоступінчастий спосіб отримання сталі, який включає виплавку чавуну в доменних печах і різні види сталеплавильних переділів. Сучасний рівень металургійного виробництва заснований не тільки на знанні технології і устаткування металургійних виробництв, але і процесів, які супроводжують виплавку чавуну і сталі. В методичних вказівках наведено короткий огляд основних металургійних переділів, виробничих агрегатів, допоміжного устаткування, технологічних особливостей виробництва чавуну і сталі.

Вивчення дисципліни для студентів напряму 6.050402 – ливарне виробництво включає лекції по розділах дисципліни, самостійну роботу над підручниками, виконання лабораторного практикуму та індивідуального завдання. Виконані індивідуальні завдання повинні бути представлені для перевірки. Після вивчення дисципліни «Металургія чавуну та сталі» студент, який навчається за напрямом 6.050402 - Ливарне виробництво, здає залік.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия / Под. ред. В.Г. Воскобойникова. - 3-е изд. – М.: Металлургия, 1979. – 487 с.

2. Линчевский Б.В., Соболевский А.Л., Кальменев А.А. Металлургия черных металлов: Учеб. для техникумов. - 2-е изд. – М.: Металлургия, 1986. – 360 с.

3. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. - 2-е изд. – К.: Вища школа, 1974. – 488 с.

4. Металлургия чугуна / Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. - М.: Металлургия, 1989. – 512 с.

5. Кудрин В.А. Металлургия стали: Учеб. для вузов. - 2-е изд. – М.: Металлургия, 1989. – 560 с.

6. Бигеев А.М. Металлургия стали. – М.: Металлургия, 1977. – 440 с.

7. Технология производства стали в современных конвертерных цехах /
С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др. – М.: Машиностроение, 1991. – 464 с.

8. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ

Область технології металів, яка займається вивченням способів виробництва металів і сплавів, називається металургією. Відповідно до загальної класифікації металів її можна розділити на металургію чорних металів і металургію кольорових металів.

Найбільше використовуються в промисловості чорні метали, до яких в першу чергу відносять сплави заліза з вуглецем - сталі і чавуни, які мають цінні фізико-механічні властивості.

Для виплавки чавуну використовують шихту - суміш матеріалів, що підлягає переробці в доменних печах. Шихта для виробництва чавуну складається з підготовленої руди, палива і флюсів, взятих в певних співвідношеннях.

Руда представлена різними оксидами заліза. Паливо забезпечує необхідну температуру для плавлення компонентів шихти, вуглець палива бере участь в процесах відновлення і входить до складу залізовуглецевих сплавів. Флюси знижують температуру плавлення пустої породи - з'єднань, що не містять елементів, необхідних для отримання чавуну.

Вихідні матеріали, що використовуються при виробництві чавуну

Руда - гірська порода, в якій залізо знаходиться у вигляді хімічних сполук з киснем, сіркою і іншими елементами. В руді знаходяться інші з'єднання, що не містять заліза, такі як кремнезем (SiO₂), глинозем (А1₂О₃) і ін. Вони практично повністю переходять в шлак.

У рудах присутні такі залізовмісні мінерали: магнітний залізняк, червоний залізняк, бурий залізняк, шпатовий залізняк.

Магнітний залізняк складається головним чином з мінералу магнетиту (Fe₃O₄). Ця руда містить 60-70% заліза і невелику кількість шкідливих домішок (сірки і фосфору), вона важка, майже чорного кольору, має високу щільність і володіє магнітними властивостями.

Червоний залізняк містить в основному мінерал гематит - безводний оксид заліза (Fе₂O₃). Руда червоного кольору з різними відтінками, пориста, внаслідок чого залізо легше відновлюється.

Бурий залізняк є водним оксидом заліза і зустрічається у вигляді лимоніту (2Fe₂О₃^.ЗН₂О) і гетиту (Fе₂O₃^.Н₂О). Руда бурого кольору з відтінками.

Шпатовий залізняк - це вуглекислі з'єднання заліза - сидерити (FеСО₃), найбідніша руда. Вона сірого, жовтуватого або бурого кольору.

Виплавка чавуну відбувається при високій температурі. Джерелом тепла є паливо, яке бере участь у хімічних реакціях, що протікають при виробництві чавуну.

Паливо для виробництва чавуну повинно мати високу теплотворну здатність, міцність, пористість, невелику зольність і мінімальний вміст сірки. Цим вимогам відповідає кокс. Він добре горить, розвиває високу температуру і зберігає достатню міцність. Кокс є основним видом палива при виплавці чавуну.

Одержують кокс шляхом сухої перегонки кам'яного вугілля, що коксується, в коксівних печах. Процес коксування полягає в нагріванні вугілля без доступу повітря до температури 1000-1100 °С.

Для нормального ходу доменного процесу необхідно, щоб домішки плавилися при певній температурі після відновлення з руди заліза. Температури плавлення домішок і золи палива, що є в шихті, значно вище необхідних.

Для зниження температури плавлення пустої породи і золи в доменну піч вводять флюси, які сплавляються з порожньою породою руди і золою, утворюючи шлак. Флюсом при отриманні чавуну є вапняк.

Підготовка руди до плавки

Залежно від характеристики руди, що добувається, застосовують наступні стадії підготовки: 1) дроблення; 2) сортування по класах крупності;
3) збагачення; 4) обпал; 5) усереднення; 6) окускування.

Машини, що застосовують для дроблення - дробарки, можуть зменшувати розмір кусків до 5-6 мм. Отримання менших фракцій називають подрібненням. Його здійснюють в млинах різних конструкцій.

Дроблення і подрібнення майже завжди супроводжується грохоченням і класифікацією - процесами, мета яких - розділення кусків і частинок руди по крупності. Відмінність грохочення від класифікації полягає в тому, що при грохоченні проводять сортування кусків на ситах, а класифікацією розділяють дрібні куски і частинки (менше 1-3 мм) у водному або в повітряному середовищі.

Збагачення - розділення руди на концентрат з високим вмістом рудного мінералу і хвости з низьким його вмістом. Існують такі способи збагачення корисної копалини: 1) промивка; 2) гравітаційне збагачення; 3) магнітна сепарація; 4) флотація.

Промивка ефективна для матеріалів з м'якою, особливо глинистою порожньою породою і щільними мінералами металу. Гравітаційне збагачення засновано на відділенні корисних мінералів від порожньої породи по відмінності їх питомої щільності. Магнітна сепарація заснована на різній магнітній сприйнятливості залізовмісних мінералів і частинок порожньої породи. Флотація заснована на різній змочуваності поверхні зерен рудних мінералів і пустої породи.

Окислювальне випалення (нагрів руди до високих температур 900-1000°С в атмосфері повітря) проводять для видалення СО₂ карбонатів і сірки (у вигляді SО₂). Мета відновлювального випалення (нагрів руди у відновлювальній атмосфері) полягає в перетворенні слабомагнітного оксиду Fе₂О₃ в сильномагнітний Fe₃O₄ по реакції Fе₂О₃+СО(Н₂)=Fе₃О₄+СО₂(Н₂О).

Усереднення полягає у перемішуванні великої маси рудного матеріалу для отримання постійного вмісту заліза.

Одержані після збагачення руд тонкоподрібнені концентрати (<0,1 мм) не можна використовувати в доменній печі, оскільки вони не забезпечують високої газопроникненості шихти. Перетворення дрібних частинок рудних концентратів і деяких інших матеріалів в крупніші куски складає основну мету процесів окускування. Агломерація - це термічний спосіб окускування дрібних матеріалів для поліпшення їх металургійних властивостей, що здійснюється шляхом спалювання дрібного палива в шарі матеріалу за рахунок безперервного проходження повітря. Способом окускування тонкоподрібнених концентратів (<0,1 мм) є отримання обкотишів (кульок діаметром 15-20 мм). Технологія виробництва залізорудних обкотишів складається із двох стадій:
1) отримання сирих обкотишів з концентрату; 2) зміцнюючого випалення.

Вогнетривкі матеріали

Металургійні процеси відбуваються при високих температурах. Тому металургійні агрегати футерують вогнетривкими матеріалами. Вони повинні бути механічно міцними, не розм'якшуватися і не розтріскуватися при високих температурах, не вступати в хімічні реакції з пічними газами, розплавленими шлаком та металом.

Вогнетриви - це матеріали, температура оплавлення яких не нижче 1500°С. Захисне внутрішнє облицьовування печей називається футеровкою.

Всі вогнетривкі матеріали розподіляються на кислі, основні і нейтральні. До кислих матеріалів відноситься динас, основу якого складає кремнезем (90-96%). Його вогнетривкість 1670-1730 °С.

До основних вогнетривких матеріалів відносять магнезит, доломіт і хромомагнезит. Магнезит (MgO) - тугоплавкий матеріал (температура плавлення 2000-2200 °С), володіє хімічною стійкістю. Доломіт - містить в основному СаО і MgO. Його вогнетривкість 1800-1900 °С. Хромомагнезит містить оксид хрому (Сг₂О₃) і оксид магнію (MgO). Вогнетривкість хромомагнезиту 2000 °С, він витримує коливання температури і не розтріскується при різких термозмінах.

Нейтральними вогнетривкими матеріалами є шамот і хромовий залізняк. Шамот відносно дешевий вогнетривкий матеріал, що містить 35-42% (А1₂О₃), 45-64% (SiO₂) і трохи (Fe₂O₃). Шамот має достатню вогнетривкість (температура плавлення 1600-1700 °С), трохи розтріскується при високих температурах. Хромовий залізняк є нейтральним вогнетривким матеріалом (вогнетривкість його 1850-1950 °С), міцний і не чутливий до змін температури.

Під доменних печей футерують вуглецевими блоками, що складаються з суміші антрациту, коксу або графіту з маслопеком, і високоглиноземистими вогнетривкими матеріалами.

Конструкція доменної печі

Виплавка чавуну здійснюється в доменній печі, що представляє шахтну піч безперервної дії. Зверху в піч завантажується шихта, яка по ходу плавки опускається вниз. Назустріч шихті знизу підіймаються гази. Доменні печі мають висоту в середньому 30 м.

Верхня частина називається колошником. Через колошник в піч завантажується шихта і з печі відводяться колошникові гази. Для завантаження шихти використовується колошниковий пристрій. Нижче після колошника розташовується шахта. Щоб шихта, що нагрівається, опускалася в процесі плавки, шахта в нижній частині має більший діаметр. Найширша частина печі - розпар - має циліндричну форму. Нижній усічений конус - заплечики - звужується донизу, для утримання шихти, що знаходиться в шахті і розпарі. В нижній частині доменної печі - горні - йде горіння коксу і накопичуються рідкий чавун і шлак. Нижня частина горна - під. У верхній частині горна рівномірно по колу розташовані 12-20 отворів - фурм, через які повітродувними машинами під тиском подається в піч підігріте до температури 900-1100°С повітря, що забезпечує горіння палива.

Частина горна, що розташована нижче фурм, називається металоприймачем. У ньому накопичуються чавун і шлак. В горні, нижче фурм, розташована шлакова льотка - отвір для випуску шлаку, а в нижній частині - чавунна льотка для випуску чавуну.

Основними технологічними характеристиками доменної печі є її корисна висота і корисний об'єм. Корисною висотою називається відстань від осі чавунної льотки до рівня опускання великого конуса засипного апарата. Корисний об'єм - об'єм, заповнений шихтою і продуктами плавки. Доменні печі мають корисний об'єм до 5000 м³.

Доменний процес

В основі виробництва чавуну лежить процес відновлення заліза з його оксидів (в руді залізо може бути у вигляді Fe₂O₃, Fe₃O₄). Відновники - оксиди вуглецю, вуглець коксу і водень, що утворюються в ході доменного процесу. В результаті фізико-хімічних процесів залізняк втрачає кисень. Відновлене залізо має здатність поглинати вуглець. В результаті утворюється сплав заліза з вуглецем (чавун).

Чавун, що утворюється в доменній печі, накопичується в горні. Він випускається періодично 6—8 разів на добу через чавунну льотку. Для цього в льотці спеціальними бурильними машинами пробивається отвір, і рідкий чавун по жолобу прямує в чавуновозні ковші. Після випуску чавуну чавунна льотка закладається вогнетривкою масою.

Шлак накопичується в горні на поверхні чавуну і видаляється через шлакову льотку в шлаковозні ковші і далі на переробку або у відвал. На сучасних крупних доменних печах шлак випускають через чавунну льотку після випуску чавуну.

Киснево-конвертерна плавка

Для киснево-конвертерної плавки використовуються кисневі конвертери місткістю до 250 т. Вони футеруються доломітовою або магнезитовою цеглою. Кисневий конвертер має суцільне дно і кисневе дуття подається зверху за допомогою кисневої фурми, що вводиться в конвертер через горловину.

Спочатку в конвертер завантажують тверду шихту (металевий лом, руду, окалину), потім заливають розплавлений чавун, додають флюси і починають продування киснем.

У результаті окислення домішок чавуну киснем температура досягає 2000°С, тому процес не потребує додаткового палива.

Після закінчення продувки одержана сталь розкислюється і зливається з конвертера через спеціальний отвір, а шлак - через горловину.

Одержана цим способом сталь за якістю не поступається мартенівській. При цьому зберігаються всі переваги конвертерного способу отримання сталі, з'являється можливість використовувати металеві відходи, регулювати процес за рахунок зміни складу твердої шихти.

Розливання сталі

При всіх способах виробництва рідка сталь випускається в розливний ківш, виконаний з листової сталі і футерований вогнетривкою цеглою. Місткість розливного ковша повинна вміщати всю плавку. В днищі ковша є отвори, які закриваються або вогнетривкими пробками, укріпленими на стрижнях, або шиберними затворами.

З ковша сталь розливають у виливниці - чавунні форми з гладкою внутрішньою поверхнею для полегшення витягання зливка і щоб уникнути утворення на ньому тріщин. Перед заповненням виливниці рідкою сталлю її стінки змащують кам'яновугільною смолою. При заливці металу смола згорає, і утворюються гази, які перешкоджають попаданню шлаку між тілом зливка і стінками виливниці.

Розливання рідкої сталі у виливниці може здійснюватися двома способами: розливанням зверху і сифоном.

Розливання зверху полягає в заливці сталі безпосередньо з ковша у виливниці.

Сифонне розливання сталі полягає в тому, що рідкий метал з ковша поступає в центральний вертикальний канал, сполучений горизонтальними каналами з декількома виливницями. Рідкий метал, проходячи по каналах, одночасно заповнює знизу всі виливниці. Цей спосіб розливання застосовується для зливків невеликої ваги.

Зараз широко використовується безперервне розливання сталі. Сталь з ковша через проміжний розливний пристрій потрапляє в кристалізатор, що безперервно охолоджується водою. Перед заливкою металу в кристалізатор вводять металеву плиту, яка замінює дно кристалізатора, на якій починає кристалізуватися рідкий метал.

Потім включається механізм витягання і безперервний зливок витягується роликами з кристалізатора. В зоні охолоджування зливок охолоджується дрібними краплями води і далі розрізається на заготовки необхідної довжини.

Переваги безперервного розливання - підвищення якості зливка, зростання продуктивності, можливість механізації і автоматизації процесу.

Класифікація сталей

За хімічним складом сталь підрозділяється на вуглецеву і леговану.

Вуглецева сталь - сплав заліза з вуглецем (вміст вуглецю до 2%). Окрім заліза і вуглецю, до складу вуглецевої сталі входять також кремній, марганець, сірка і фосфор.

Вуглець в сталі знаходиться у вигляді цементиту. Із збільшенням вмісту вуглецю до 1,2% збільшуються твердість, міцність і пружність сталі, при цьому, зменшуються пластичність і ударна в'язкість, погіршуються оброблювальні і зварювальні якості.

Кремній в невеликих кількостях (звичайний вміст його в сталі 0,05-0,35%) не дуже впливає на властивості сталі. При підвищенні вмісту кремнію підвищуються пружність, корозійна стійкість і жаростійкість сталі.

У звичайній сталі вміст марганцю складає 0,3-0,8%, що мало впливає на її властивості. При високому вмісті марганцю сталь набуває твердість та зносостійкість.

Сірка - шкідлива домішка, що додає сталі червоноламкість і знижує корозійну стійкість. Вміст сірки в сталі не повинен перевищувати 0,06%.

Фосфор (не більше 0,07%) додає сталі підвищену крихкість в холодному стані. Він трохи покращує оброблюваність сталі.

Кисень - шкідлива домішка, утворюючи закис заліза, який додає сталі крихкість.

По використанню сталі діляться на сталі загального призначення, що йдуть на виготовлення деталей машин, і інструментальні, призначені для виготовлення інструментів.

Конструкційні сталі містять іноді до 0,7% вуглецю. Ці сталі повинні володіти достатньою міцністю і пластичністю. Конструкційні сталі в свою чергу діляться на сталі звичайної якості і якісні.

Вуглецеві інструментальні сталі містять більше 0,7 % вуглецю. Порівняно великий вміст вуглецю додає цим сталям високу твердість і міцність.

Залежно від вмісту вуглецю сталі підрозділяються на три групи: низьковуглецеві (до 0,25% вуглецю), середньовуглецеві (0,25-0,6%) і високовуглецеві (0,6-2%).

Легованими називають сталі, до складу яких, окрім заліза, вуглецю і звичних домішок, входять легуючі елементи, що підвищують їх фізичні, хімічні і механічні властивості.

ТЕМИ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ

Питання навчальної програми

Шихтові матеріали, що використовуються при виробництві чавуну. Характеристика залізняку і концентратів. Види і вимоги до металургійного палива, отримання коксу, інші види доменного палива. Флюси і вогнетривкі матеріали: види, призначення. Підготовка руди до плавки: дроблення і подрібнення, сортування по класах крупності, збагачення руд, випалення, усереднення по хімічному складу, окускування.

Література: [1], С. 9-57, [2], С. 14-42, [3], С. 28-142, [4], С. 18-151.

Питання для самоперевірки

1. Перерахуйте сирі матеріали для виробництва чавуну. Що таке промислова руда?

2. Наведіть загальну характеристику руди.

3. Основні стадії підготовки руди до плавки, дайте коротку їх характеристику.

4. Перерахуйте обладнання, яке застосовують для дроблення і подрібнення, принцип дії.

5. Як проводять розділення кусків і часток руди по крупності? Принцип роботи грохотів і класифікаторів.

6. Перерахуйте основні способи збагачення корисних копалин, їх характеристика.

7. Як усереднюють руди по хіміко-мінеральному складу?

8. Для чого існує метод підготовки руди до плавки як окускування? Перерахуйте основні способи окускування.

9. Що таке агломерація? Перерахуйте основні складові агломераційної шихти.

10. Опишіть сутність агломерації, процеси що її супроводжують.

11. Розгляньте складові і принцип роботи агломераційної машини.

12. Опишіть технологію отримання обкотишів.

13. Назвіть основні функції флюсів, наведіть основні металургійні флюси.

14. Перерахуйте схему, пристрій і роботу коксівної батареї.

15. Опишіть процеси, що відбуваються при коксуванні.

ТЕМА 2 Виробництво чавуну

Питання навчальної програми

Склад доменного цеху. Пристрої для завантаження шихтових матеріалів в доменну піч, подачі і нагріву дуття, очищення доменного газу, обслуговування горна і прибирання продуктів плавки. Конструкція доменної печі, принцип роботи, допоміжні пристрої. Фізико-хімічні процеси в доменній печі: відновлення оксидів заліза, марганцю, кремнію, фосфору і сірки, інших елементів, утворення чавуну і шлаку, процеси горіння палива і утворення доменного газу. Продукти доменного виробництва: склад, призначення. Методи інтенсифікації доменної плавки.

Література: [1], С. 58-127, [2], С. 42-91, [3], С. 143-270; 301-410, [4], С. 152-281; 337-497.

Питання для самоперевірки

1. Перерахуйте основні частини профілю доменної печі, їх характеристика.

2. Розгляньте будову доменної печі.

3. Розгляньте пристрої для підведення дуття в піч і випуску з неї продуктів плавки.

4. Перерахуйте основні складові доменного цеху.

5. Призначення рудного двору, з яких ділянок він складається, основне устаткування двору.

6. Як здійснюється зважування і доставка шихтових матеріалів на колошник доменної печі?

7. Розгляньте схему і принцип роботи повітронагрівачів.

8. Перерахуйте, з яких стадій складається газоочищення і розгляньте пристрої газоочистки.

9. Перерахуйте обладнання для обслуговування горна і прибирання продуктів плавки (чавуну і шлаку).

10. У якій послідовності йде відновлення оксидів заліза? Наведіть реакції відновлення оксидів заліза.

11. Сутність прямого і непрямого відновлення? Розгляньте температурні зони доменної печі, де реалізуються різні схеми відновлення оксидів заліза.

12. Наведіть схему і реакції відновлення оксидів марганцю. Вплив умов на ступінь відновлення марганцю.

13. Наведіть реакцію відновлення кремнію. Виявіть вплив температури і кількості шлаку на відновлення кремнію.

14. Наведіть реакцію відновлення фосфору. Поведінка фосфору в умовах доменної плавки?

15. Наведіть реакції десульфурації. Виявіть вплив температури, основності і кількості шлаку на вміст сірки в чавуні.

16. Розгляньте сутність способів позадоменної десульфурації чавуну.

17. Наведіть класифікацію доменних чавунів, їх склад та призначення.

18. Основні шляхи використання доменних шлаків і газів.

19. Перерахуйте методи інтенсифікації доменної плавки.

ТЕМА 3 Виробництво сталі

Питання навчальної програми

Технологічні особливості сталеплавильного виробництва: агрегати, шихта, загальна схема сталеплавильного процесу. Продукція сталеплавильного виробництва. Фізико-хімічні основи процесів виробництва сталі: окислення вуглецю, поведінка кремнію, марганцю і інших елементів. Шкідливі домішки в сталі: фосфор, сіра, гази в сталі. Розкислювання і легування сталі. Конвертерні способи виробництва сталі. Конструкція і футеровка кисневих конвертерів. Технологія плавки в кисневих конвертерах. Схема і робота мартенівської печі. Технологія мартенівського виробництва. Різновиди мартенівського процесу. Виплавка сталі в двохванних сталеплавильних агрегатах. Виробництво сталі в електричних печах. Класифікація електричних печей. Виплавка сталі в електродуговій печі. Виплавка сталі в індукційних печах.

Література: [1], С. 147-343, [2], С. 98-195, [5], С. 27-339, [6], С. 15-41; 70-102; 121-428, [7], С. 8-150.

 

Питання для самоперевірки

1. Перерахуйте шихтові матеріали для виробництва сталі.

2. Наведіть загальну схему сталеплавильного процесу.

3. Основні фізико-хімічні закономірності процесів, що протікають в сталеплавильній ванні.

4. Розгляньте властивості шлаків, їх роль і функції в процесі виплавки сталі.

5. Перерахуйте сучасні сталеплавильні процеси і дайте їх характеристику.

6. Наведіть реакції окислення вуглецю, залежність вмісту кисню від вуглецю.

7. Які умови виділення пузирів СО.

8. Розгляньте вплив реакції окислення вуглецю на сталеплавильний процес.

9. Наведіть реакції окислення марганцю і кремнію. Виявіть вплив основності, окисленості шлаку і температури на поведінку цих елементів в сталеплавильній ванні.

10. Як впливає фосфор на властивості сталі? Що є основним джерелом надходження фосфору в метал?

11. Наведіть реакції окислення фосфору. Виявіть вплив основності, окисленності шлаку і температури на поведінку фосфору.

12. Як впливає сірка на властивості сталі? Що є основним джерелом надходження сірки в метал?

13. Наведіть реакції видалення сірки. Виявіть вплив основності, окисленості шлаку і температури на поведінку сірки.

14. Розгляньте джерела забруднення сталі газами і шляхи дегазації металу.

15. Як впливають гази на властивості сталі? Розгляньте вплив температури на розчинність газів в залізі.

16. Як впливає кисень на властивості сталі? Якою технологічною операцією закінчується виплавка сталі в будь-якому агрегаті?

17. Наведіть існуючі способи розкислювання сталі, достоїнства і недоліки.

18. Розгляньте рівняння Стокса, виявіть чинники, що впливають на швидкість видалення продуктів розкислювання.

19. Вкажіть шляхи зниження забруднення сталі неметалічними включеннями при розкислюванні.

20. Перерахуйте конвертерні способи виробництва сталі і дайте їх характеристику.

21. Розгляньте будову і футеровку кисневого конвертера.

22. Визначте сутність технології плавки сталі в кисневих конвертерах.

23. Розгляньте будову і роботу мартенівської печі.

24. Перерахуйте різновиди мартенівського процесу.

25. Визначте сутність технології мартенівського виробництва сталі.

26. Розгляньте особливості основного і кислого мартенівських процесів.

27. Наведіть варіанти технології процесу виробництва сталі в електричних печах.

28. Розгляньте будову дугової сталеплавильної печі.

29. Технологія плавки сталі в основній і кислій дуговій електропечі.

30. Розгляньте будову індукційної печі, технологію плавки, переваги, недоліки.

Питання навчальної програми

Способи підвищення якості рідкої сталі. Продувка сталі інертним газом. Обробка металу синтетичним шлаком. Обробка металу в умовах розрідження. Продування газо-порошковими струменями. Розливання сталі. Випуск сталі в ківш. Розливання сталі в виливниці. Безперервне розливання заготовок.

Література: [1], С. 347-413, [2]. С. 196-228, [5], С. 365-499, [7], С.. 155-377, [8], С. 122-198.

Питання для самоперевірки

1. Перерахуйте основні способи підвищення якості сталі і дайте їх коротку характеристику.

2. Для чого застосовується продування сталі інертним газом, обробка металу синтетичним шлаком?

3. Як впливає розрідження на протікання реакцій за участю газової фази?

4. Наведіть способи обробки сталі в умовах розрідження (вакуумування).

5. Розгляньте існуючі способи розливання сталі в виливниці. Порівняйте ці способи.

6. Розгляньте технологію безперервного лиття заготовок.

7. Конструкції машин безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).

 

ПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ

Індивідуальне завдання студента складається з п'яти теоретичних питань. Номери питань індивідуального завдання розраховується студентом за номером залікової книжки:

Номер першого питання дорівнює останній цифрі залікової книжки студента (якщо остання цифра залікової книжки 0, тоді перше питання – 1.10).

Номер другого питання дорівнює передостанній цифрі номера залікової книжки (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер третього питання дорівнює останній цифрі номера залікової книжки (якщо передостання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер четвертого питання дорівнює передостанній цифрі номера залікової книжки (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер п'ятого питання дорівнює останній цифрі номера залікової книжки (якщо передостання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Завдання до першого питання

1.1 Дати характеристики основним видам промислових залізних руд.

1.2 Класифікація і характеристика основних видів палива доменного процесу, основні вимоги до нього.

1.3 Загальна характеристика процесів підготовки сирих матеріалів до відновлювальної плавки.

1.4 Описати процес дроблення залізних руд і дати характеристику основним типам дробильного устаткування.

1.5 Описати процес сортування залізняку по крупності і дати характеристику основним типам сортувального устаткування.

1.6 Які флюси застосовують в доменному виробництві? Їх призначення.

1.7 Мета збагачення руд. Описати процес збагачення залізних руд і устаткування для його здійснення.

1.8 Описати процеси окускування дрібних руд і концентратів. Мета окускування залізорудних матеріалів.

1.9 Охарактеризувати процес агломерації руд. Устаткування агломераційного процесу.

1.10 Описати процес виробництва обкотишів, їх використання для виробництва металу.

Завдання до другого питання

2.1 Описати рудний двір доменного цеху. Призначення та устаткування рудного двору.

2.2 Основні елементи конструкції доменних печей. Принцип роботи доменної печі.

2.3 Принцип роботи повітронагрівачів доменної печі. Мета нагрівання повітря перед подачею в доменну піч.

2.4 Подача матеріалів в доменну піч. Скіпова і транспортерна системи подачі.

2.5 Елементи профілю робочого простору доменної печі, трансформація матеріалів шихти при переміщенні їх в робочому просторі.

2.6 Розкрити принцип роботи і призначення засипного (колошникового) пристрою доменної печі.

2.7 Фізико-хімічні процеси, що протікають в доменній печі.

2.8 Відновлення оксидів заліза газами і твердим вуглецем. Порівняння прямого і непрямого відновлення.

2.9 Поведінка сірки в доменному процесі. Способи зниження її в чавуні.

2.10 Очищення доменного (колошникового) газу і подальше його використання.

Завдання до третього питання

3.1 Класифікація сталей.

3.2 Конструкція кисневого конвертера з верхнім дуттям. Основні елементи робочого простору конвертера.

3.3 Технологія киснево-конвертерної плавки.

3.4 Поведінка складових чавуну по ходу киснево-конвертерної плавки.

3.5 Конвертерні процеси з донною продувкою киснем. Порівняння процесів з верхньою і донною продувкою киснем.

3.6 Конвертерні процеси з комбінованою продувкою.

3.7 Мартенівський спосіб виробництва сталі: скрап-процес, скрап-рудний процес.

3.8 Дати характеристику періодам мартенівської плавки сталі.

3.9 Особливості виплавки сталі в кислій мартенівській печі. Вимоги до сирих матеріалів і палива.

3.10 Вдосконалення мартенівського процесу. Двохванні сталеплавильні печі.

Завдання до четвертого питання

4.1 Класифікація електричних печей.

4.2 Конструкція сталеплавильної електродугової печі. Загальні відомості.

4.3 Вихідні матеріали і технологія плавки в електродуговій печі.

4.4 Охарактеризувати спосіб виплавки сталі в електропечах з повним окисленням домішок.

4.5 Охарактеризувати спосіб виплавки сталі в електропечах методом переплаву.

4.6 Дати характеристику способу виплавки електросталі в дугових печах з кислою футеровкою.

4.7 Охарактеризувати сучасні способи виплавки сталі в електропечах.

4.8 Виплавка сталей в індукційних печах. Технологічні особливості методу.

4.9 Виплавка сталей і сплавів у вакуумних електричних печах. Технологічні особливості процесу.

4.10 Електрошлаковий переплав. Конструкція та технологічні особливості методу.

 

Завдання до п'ятого питання

5.1 Види розкислювання сталі, технологічні особливості різних способів розкислювання.

5.2 Охарактеризуйте спосіб осаджуючого розкислювання сталі і методи видалення продуктів розкислювання.

5.3 Розкислювання і рафінування сталі вакуумним методом. Сутність процесів, що протікають при вакуумуванні сталі.

5.4 Обробка сталі синтетичними шлаками: розкислювання і рафінування.

5.5 Мета і способи обробки сталі інертними газами в сталерозливному ковші.

5.6 Що таке легування? Основні класи легованих сталей.

5.7 Способи розливання сталі в зливки. Типи виливниць для різних способів розливання сталі.

5.8 Типи сталевих зливків, їх характеристика та будова.

5.9 Особливості кристалічної будови зливків спокійної, киплячої сталі. Особливості конструкції виливниць для зливків спокійної і киплячої сталей.

5.10 Типи установок безперервного розливання сталі. Технологія безперервної розливки сталі.

 

ЗМІСТ

Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 6.050402 - ливарне виробництво.. 3

ВСТУП.. 3

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА.. 4

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ.. 4

1.1 Вихідні матеріали, що використовуються при виробництві чавуну. 5

1.2 Підготовка руди до плавки. 6

1.3 Вогнетривкі матеріали. 7

1.4 Конструкція доменної печі 8

1.5 Допоміжні пристрої доменної печі 9

1.6 Доменний процес. 10

1.7 Фізико-хімічні процеси в доменній печі 10

1.8 Процеси відновлення інших елементів і шлакоутворення в доменній печі 11

1.9 Продукти доменного виробництва. 11

2 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО СТАЛІ 12

2.1 Бесемерівський і томасівській способи виробництва сталі 12

2.2 Киснево-конвертерна плавка. 13

2.3 Виробництво сталі мартенівським способом. 13

2.4 Виплавка сталі в електропечах. 15

2.5 Розливання сталі 16

2.6 Класифікація сталей. 17

3 ТЕМИ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ.. 18

ТЕМА 1 Сирі матеріали для виробництва чавуну і їх підготовка до плавки. 18

Питання навчальної програми. 18

Питання для самоперевірки. 19

ТЕМА 2 Виробництво чавуну. 19

Питання навчальної програми. 19

Питання для самоперевірки. 20

ТЕМА 3 Виробництво сталі 21

Питання навчальної програми. 21

Питання для самоперевірки. 21

ТЕМА 4. Способи підвищення якості і розливання сталі 22

Питання навчальної програми. 22

Питання для самоперевірки. 23

4 ПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ.. 23

Завдання до першого питання. 23

Завдання до другого питання. 24

Завдання до третього питання. 24

Завдання до четвертого питання. 25

Завдання до п'ятого питання. 25

 

Підписано до друку 19.04.2010. Формат 60x84 _1/16. Папір друк. Друк плоский. Облік.-вид. арк. 1,58. Умов. друк. арк. 1,56. Тираж 50 пр. Замовлення №

 

Національна металургійна академія України

49600, Дніпропетровськ - 5, пр. Гагаріна, 4

__________________________________

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ

Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 6.050402 - ливарне виробництво

	Усього	семестри
IV	V
Усього годин за навчальним планом
у тому числі: Аудиторні заняття
з них: - лекції
- лабораторні заняття		-
- практичні заняття	-	-	-
- семінари	-	-	-
Самостійна робота
Кількість індивідуальних завдань
Підсумковий контроль		уст.сес	зал.

 

ВСТУП

Дисципліна "Металургія чавуну та сталі" викладається для надання студентам металургійних спеціальностей необхідних знань з виробництва чорних металів і с<