Основы металлургического производства. Основы технологии производства заготовок и деталей машин из неметаллических и композиционных материалов - Курс лекций

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫЦели лекции: 1.Учебные: - сформировать у учащихся понятие о курсе “Материаловедение и технология материалов”; сформировать у учащихся понятие о металлургическом производстве и процессах получения металлических материалов; изучить материалы, используемые в металлургическом производстве. Развивающие: - развить мышление; Литература, использованная при подготовке к лекцииЭто обусловлено тем, что современный уровень производства во многом определяется применением новых экономичных и технологичных материалов и технологий их получения, что в конечном итоге определяет научно-технический и экономический потенциал страны. При доменной плавке происходит избирательное восстановление железа из руды, а также восстановление фосфора, марганца и кремния, науглероживание железа и частичное насыщение его серой, т.е. образуется чугун - сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором. Основной продукцией металлургического производства являются следующие продукты: 1) черная металлургия, которая производит чугун передельный для производства сталей, чугун литейный для производства отливок, железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали, ферросплавы (сплавы железа с Mn, Si, V, Ti и др.), предназначенные для выплавки легированных сталей, стальные слитки для производства сортового проката и стальные слитки для крупных поковок; Руда состоит из минералов, содержащих металл (окислов и гидроокисей), силикатов, карбонатов, сернистых соединений), и пустой породы (окислов кремния, алюминия, кальция и магния). Целесообразность извлечения металлов из руды определяется их содержанием в руде.Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях. Основа современной металлургии - двухступенчатая схема, включающая доменную выплавку чугуна и передела его в сталь. Производство металлических материалов в металлургическом производстве осуществляется несколькими процессами: пирометаллургическим, электрометаллургическим, электролизом, металлотермией и др. Цели лекции: 1.Учебные: - сформировать понятие о чугуне; изучить физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.Кроме углерода чугун всегда содержит кремний до 4%, марганец - до 2%, а также серу и фосфор (вредные примеси). В качестве топлива в производстве чугуна, главным образом используют кокс, который при сгорании не только поддерживает температуру, но и создает условия для восстановления железа из руды. Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, , оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.Перед доменной плавкой осуществляется подготовка руд по нескольким этапам: дробление и сортировка руд, обогащение, окускование, что увеличивает содержание железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей. Чугун выплавляется в доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, , оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. Все физико-химические процессы в доменной печи определяются существующими на разных уровнях температурными режимами. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.Сталь - это сплав железа с углеродом, содержащий практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твердость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения. В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MNO, SIO2, Al2O3 и др., которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак; Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично - в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.

Основа современной металлургии - двухступенчатая схема, включающая доменную выплавку чугуна и передела его в сталь.

Черная и цветная металлургия является основной продукцией металлургического производства.

Производство металлических материалов в металлургическом производстве осуществляется несколькими процессами: пирометаллургическим, электрометаллургическим, электролизом, металлотермией и др.

Задание на самоподготовку

Самостоятельно рассмотреть физико-химические основы пирометаллургического и электрометаллургического процессов получения металлов.

Лекция 2. Производство чугуна

Цели лекции: 1.Учебные: - сформировать понятие о чугуне;

- сформировать знания о доменном процессе, о продуктах доменного производства;

- изучить физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.

2. Воспитательные: - воспитать аккуратность;

- воспитать сознательное отношение к учебным обязанностям;

- формировать интеллектуальные умения и способности.

3. Развивающие: - развивать внимание;

- развивать память;

- развивать мышление.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение: Плакаты: Плакат “Физико-химические процессы в доменной печи”

Литература, использованная при подготовке к лекции

1 Арзамасов Б.Н., Крашенинников А. И., Пастухова Ж.П. Научные основы материаловедения: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумна, 1994. - 336 с.

2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998. - 758 с.

3 Пейсахов А.М., Кугер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - СПБ.: изд-во Михайлова, 2004. - 407 с.

4 Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

5 Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. / Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. М.: Металлургия, 1982. - 479 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (3 - 5 мин).

2. Вступление (5 мин).

3. Вопросы лекции: 1. Исходные материалы для доменного производства (10 мин).

2. Подготовка руд к плавке (10 мин).

3. Устройство доменной печи и ее работа (15 мин).

4. Доменный процесс (15 мин).

5. Продукты доменной плавки и технико-экономические показатели производства чугуна (10 мин).

4. Заключение (3 - 5 мин).

5. Задание на самоподготовку (5 мин).Производство чугуна - один из основных процессов металлургического производства.

Исходными материалами при доменном производстве являются в основном, железные руды, а также марганцевые, хромовые и комплексные руды, топливо, флюсы и огнеупорные материалы.

Перед доменной плавкой осуществляется подготовка руд по нескольким этапам: дробление и сортировка руд, обогащение, окускование, что увеличивает содержание железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей.

Чугун выплавляется в доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, , оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. Все физико-химические процессы в доменной печи определяются существующими на разных уровнях температурными режимами.

Чугун - основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Задание на самоподготовку

Самостоятельно составить схему протекания физико-химических процессов по высоте доменной печи.

Лекция 3. Производство стали

Цели лекции: 1.Учебные: - сформировать понятие о стали;

- изучить способы производства стали;

- изучить способы разливки стали.

2. Воспитательные: - воспитать аккуратность;

- воспитать сознательное отношение к учебным обязанностям;

- формировать интеллектуальные умения и способности.

3. Развивающие: - развить внимание;

- развить память;

- развить мышление.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение: Плакат “Этапы процесса выплавки стали ”

Литература, использованная при подготовке к лекции

1 Арзамасов Б.Н., Крашенинников А. И., Пастухова Ж.П. Научные основы материаловедения: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумна, 1994. - 336 с.

2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998. - 758 с.

3 Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.: Высш. шк., 2004. - 519 с.

4 Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

5 Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. / Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. - М.: Металлургия, 1982. - 479 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин.)

2. Вступление (5 мин)

3. Вопросы лекции: 1.Сущность процесса и исходные материалы для производства стали (15 мин).

2. Кислородно-конверторный процесс (10 мин).

3. Производство стали в мартеновских печах (10 мин).

4. Производство стали в электропечах (10 мин).

5. Способы разливки стали (15 мин).

4. Заключение (3 - 5 мин).

5. Задание на самоподготовку (5 мин).