1 Перечень лабораторных и практических занятий

Наименование лабораторного или практического занятия	Количество аудиторных часов
Раздел 1 Физико-химические закономерности формирования структуры материалов 1.1 Основы металлургического производства Практическая работа № 1 Основы металлургического производства получения металлов и сплавов 1.2 Строение и свойства материалов. Диаграмма состояния материалов и сплавов Практическая работа № 2 Атомно-кристаллическое строение металлов 1.3 Пластическая деформация и механические свойства металлов и сплавов Лабораторная работа № 1 Ознакомление с методикой измерения твердости по Роквеллу и Бринеллю 1.4 термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов Лабораторная работа № 2 Изучение структуры стали после термической и химико-термической обработки	2 2 2 2
Раздел 6 Основные способы обработки материалов 6.2 Литейное производство Практическая работа № 3 Основы литейного производства 6.3 Обработка металлов давлением Практическая работа № 4 Обработка металлов давлением 6.4 Обработка металлов резанием Практическая работа № 5 Обработка металлов резанием	2 2 2

Практическая работа № 1 *

Основы металлургического производства получения металлов и сплавов

Цель работы: изучить способы производства чугуна и стали, устройство, принцип действия и назначение доменной, мартеновской, электрической печей и кислородного конвертера.

1 Производство чугуна

Для производства чугуна в доменных печах необходимо иметь следующие исходные материалы: железные руды, топливо (если оно твердое) и флюсы. Эти исходные материалы называются шихтой.

Установлено, что доменный процесс становится рациональным при доле железа в шихте не менее 60...61 %. Поэтому подготовка руд к плавке является важнейшим этапом современно о металлургического производства. Руды дробят и измельчают, после чего их сортируй)! и обогащают.

Обогащение руд осуществляют следующими способами: промывкой, обжигом, магнитной сепарацией, флотацией и гравитацией. Продукты обогащения подразделяются на концентрат (более 60% Fe) и хвосты отходы с малой долей железа.

Концентрат подвергается окускованию. Результатом первого способа окускования агломерации - является кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат, второю способа - окатывания - окатыши (офлюсованные шарики диаметром 10... 15мм).

Основным топливом для доменной плавки служит кокс - продукт сухой перегонки каменного угля коксующихся сортов при температурах 900... 1100° С без доступа воздуха. Как частичные заменители кокса могут быть использованы природный газ, мазут или пылевидное топливо.

Пустая порода вместе с флюсами образует жидкий шлак. Флюс придаст шлаку необходимые состав и свойства, благодаря чему обеспечиваются заданный режим работы печи и очистка от серы. В качестве флюса используют известняк или доломитизированный известняк.

Доменная печь представляет собой шахтную печь крупного сечения объемом 2 тысячи кубических метров и более (Рисунок 1). Стальной кожух выложен изнутри огнеупорным материалом 3, колошник цилиндрической формы служит для загрузки печи шихтой, доменный (колошниковый) газ удаляется через газоотводы 2. Горячий газ нагревая шихту, охлаждается и в районе колошника имеет температуру всего 300...400 С. Агломерат, известняк и кокс подаются на колошник через засыпной аппарат 1. Шахта печи представляет собой расширяющийся книзу конус, что обеспечивает свободное перемещение шихты сверху вниз по мере расплавления. В распаре шихта плавится и объем ее уменьшается, в заплечиках образуется губчатое железо. Заплечики, имеющие форму усеченного конуса снижаются книзу. Это необходимо для удержания твердой шихты в распаре и шахте, губчатое железо каплями стекает в горн, в процессе перемещения оно насыщается углеродом.

Цилиндрический горн состоит из двух зон: верхней (фурменной) и нижней (металлоприемник).. В верхней зоне установлены фурмы 4, через которые подастся горячий воздух (дутье) и топливо (жидкое, пыле- или газообразное), температура здесь достигает 2000 °С. В нижней зоне собираются жидкий чугун и расплавленный шлак, которые выпускают через чугунную 6 и шлаковую 5 летки в ковши.

Доменный процесс относят к восстановительному противоточному процессу. Совершается взаимодействие опускающихся сверху вниз шихтовых материалов с поднимающимся снизу вверх потоком нагретых восстановительных газов.

При сжигании топлива в доменной печи первым процессом является сгорание углерода раскаленного кокса в небольших объемах вблизи фурм, при этом образуется диоксид углерода Со₂. Вследствие воздействия высокой температуры и отсутствия твердого углерода кокса Со₂ неустойчив.

Второй процесс характеризуется восстановлением железа, марганца, кремния, фосфора, серы и других элементов. Восстановителями являются СО, Н₂ (образующийся в результате воздействия углерода на влагу дутья в виде водяного пара) и твердый углерод С. Восстановление оксидов железа газами называется косвенным, а твердым углеродом - прямым.

Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод (науглероживается) и другие элементы, что приводит к образованию чугуна.

Капли жидкого металла интенсивнее взаимодействуют также с углеродом при контакте с раскаленным коксом.

Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150... 1200 °С) в сравнении с чистым железом (1539 °С) температуру плавления, что повышает] экономическую эффективность процесса.

Жидкий чугун стекает вниз и собирается в горне, пустая порода, известняк и коке при опускании вниз попадаю! в зону более высоких температур и па уровне распара расплавляются и образуют жидкий шлак.

В получаемом чугуне кроме железа содержаться полезные (Мп и Si) и вредные ( S и Р) примеси.

В чугун переходит часть марганца шихты, некоторое количество удаляется шлаком, а часть газовой фазой доменной печи.

Часть полученного кремния растворяется в чугуне, а часть остается в шлаке.

Фосфор, как и железо, полностью восстанавливается в доменной печи и переходит в металл.

В доменном процессе удалению серы из металла придается большое значение. Сера вносится в печь коксом (основная доля) и железорудными материалами. Часть серы удаляется в виде газов, большая же часть входит в состав шлака в виде CaS и FeS, последний растворяется в чугуне. Поэтому главная задача удаления серы из чугуна (десульфарация металла) заключается в том, чтобы перевести ее в нерастворимые в железе соединения в присутствии шлака.

Главной продукцией доменного производства являются чугуны. Чугуны разделяются на передельные, литейные и специальные. Передельные чугуны выпускаются трех, видов: для сталеплавильного (марки Ш П2) и литейного (ПЛ1 и ПЛ2) производств; фосфористый (ПФ1, ПФ2 и ПФЗ); высококачественный (ПВК1, IIBK2 и ПВКЗ). Доля углерода в этих чугунах составляем в среднем 4%.

Для производства фасонных чугунных отливок выпускаются литейные чушковые чугуны: обычные (маркировка Л) и рафинированные магнием (ЛР).

Специальные чугуны, или ферросплавы, применяются для раскисления и легирования сталей. К ним относятся сплавы железа с кремнием и марганцем: зеркальные чугуны, ферросилиции и ферромарганцы.

Качество чугунов может быть улучшено внедоменной обработкой в ковшах, направленной на удаление серы и кремния.

Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и колошниковый газ.

Из доменного шлака изготовляют шлаковые блоки, цемент, кирпичи, шлаковату, шлакоситаллы и др., для чего его подвергают мокрой грануляции (быстрому охлаждению в воде).

Колошниковый газ в больших объемах используется в качестве газообразного топлива для нагрева воздухонагревателей доменных печей, водяных и паров котлов, для отопления мартеновских и нагревательных печей.

Выплавка чугуна в доменных печах являемся самым распространенным и производительным процессом по сравнению с другими процессами получения чугуна. Доменный процесс широко механизирован и автоматизирован.

К основным показателям работы доменных печей относятся: коэффициент использования полезного объема печи (КИЛО), представляющий отношение полезного объема к среднесуточной производительности, и удельный расход кокса. На передовых предприятиях КИЛО имеет среднее значение 0,56. удельный расход кокса составляет 360...400 кг на TDHIIV выплавляемого чугуна.

В исследовательских организациях в содружестве с передовыми металлургическими предприятиями ведутся работы по совершенствованию доменных печей на базе современной вычислительной техники, в результате анализа комплексных параметров, выбора критериев теплового состояния разработано математическое описание процесса доменной плавки. Па ею основе создаемся автоматизированная система управления работой доменной печи, Создаются системы комплексной автоматизации процесса доменной плавки с использованием ЭВМ.