Конспект лекций по дисциплине "Основы металлургического производства"

ГБПОУ «Выксунский металлургический колледж»

Методическая разработка по дисциплине:

«Основы металлургического производства»

Специальность 150401 Металлургия черных металлов

               Разработала:

                                                                                     Преподаватель спец.дисциплин

Рогозина О.В.

г. Выкса, 2015г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

         Учебное пособие представляет собой  конспекты лекций по  дисциплине «Основы металлургического производства»  для технических специальностей среднего профессионального образования.

Пособие составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины и календарно - тематическим планом.

Цель данного пособия – оказание  помощи преподавателям при подготовке к занятиям. Пособие  содержит  теоретический материал для изучения дисциплины, задания для закрепления изученного материала, контрольные вопросы и задания  для контроля  пройденного материала, а так же домашние задания.

Пособие содержит  11  конспектов  по дисциплине и ориентировано на получение объема знаний необходимых для квалифицированных специалистов отрасли  металлургии.

В пособии изложены основные вопросы курса в объеме, соответствующие требованиям к знаниям и умениям, предъявляемым студентам федеральными государственными образовательными стандартами среднего профессионального образования технического профиля по дисциплине «Основы металлургического производства».

СОДЕРЖАНИЕ

1. Металлургическое топливо                                                                                  стр.4

2. Огнеупорные материалы                                                                                      стр.7

3. Технология производств кокса                                                                          стр.11

4. Сырые материалы для производства чугуна                                                    стр.13

5. Подготовка руд к доменной плавке                                                                   стр.16

6. Технология получения чугуна                                                                           стр.18

7. Работа доменной печи                                                                                        стр.24

8. Производство ферросплавов                                                                              стр.29

9. Структура сталеплавильного производства                                                     стр.32

10.Современные способы производства стали                                                     стр.34

11. Устройство и принцип работы мартеновской печи                                       стр.43

Раздел № 1. Топливо и огнеупорные материалы.

Тема: Металлургическое топливо.

Цель: Изучить значение металлургического топлива

Ход урока

1.Организационная часть.

2.План изложения материала.

Топливо

Горение

Факел

3.Теоретические сведения

Под топливом понимают вещество, сгорания которого сопровождается выделением тепла в количестве, достаточном для достижения температуры данного металлургического процесса. Образующая  при сгорании топлива газовая атмосфера может быть окислительной или восстановительной. Во многих случаях в металлургии используют не природные вещества в исходном состоянии, а материалы после частичной их переработки или специальной подготовки (мазут, кокс) или продукты металлургического производства (доменный газ). Для эффективного использования топлива в металлургическом процессе имеет значение его агрегатное состояние: для твёрдого - степень измельчения, для жидкого - диспергирование. Наиболее технологичным является газообразное топливо. Оно легко транспортируется по трубопроводам и, что особенно существенно для горения, смещение его с газообразным окислителем легко регулируется и обеспечивает полноту использования. Газообразное топливо широко используют в плавильных печах – мартеновских нагревательных и т.д. как добавку при подачи дутья в кислородные конвертеры с данной 3продувкой, а также до последнего времени при подаче дутья в доменные печи. Для некоторых процессов газообразное топливо не может заменить твердого. Например, доменный процесс не осуществим без применения твердого кокса. Обеспечивающего хорошую газопроницаемость столба шихтовых материалов высотой порядка трёх десятков метров. Кроме того, твердые топлива содержат углерод в элементарном состоянии, в котором он является наиболее сильным восстановителям в области высоких температур.

Горение - это физико-химический процесс соединения составляющих топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением тепла и быстрым повышением температуры образующихся продуктов сгорания. Пламя представляет собой светящийся объем движущихся газов, в котором совершается процесс горения. Пламя с четко выраженной структурой и конфигурацией обычно называется факелом. Пламя и факел бывают гомогенными и гетерогенными. Гомогенное пламя состоящие из одной газовой фазы, образуется при сжигании газообразного топлива в газообразном окислителем. Гетерогенное пламя образуется при сжигании распыленного жидкого или пылевидного твердого топлива. В пламенных отражательных печах (мартеновские, двухванные сталеплавильные, нагревательные, прокатные) факел имеет развитие в горизонтальном направлении, в котором может быть определена его длина как наиболее важный размер. В конвертерах верхнего и особенно данного или комбинированного дутья факел вертикальный и в большинстве случаев погруженный, т.е. взаимодействие происходит не в свободной газовой фазе. Горения жидкого топлива распылённого до мелких капель, является сложным гетерогенным процессом. Попадая в рабочее пространство печи и нагреваясь выше температуры воспламенения жидкого топлива, капли начинают испаряться с поверхности температура пламени значительно превышает начальную температуру рабочего пространства. После воспламенения скорость испарения резко возрастает, и пламя сохраняется до полного сгорания капли.

Контрольные вопросы:

1.Что понимают под топливом?

2.Какое топливо наиболее технологично?

3.Без чего неосуществим доменный процесс?

4.Что такое процесс горения?

5.Как называется пламя с четко выраженной конфигурацией?

6.Что образуется при сжигании распыленного жидкого или пылевидного твердого топлива?

7.Домашнее задание                                                                    

1.Конспект.

   2.Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.10

Тема: Огнеупорные материалы.

Цель: Ознакомить студентов с видами огнеупорных материалов

Ход урока

1.Организационная часть

2. Проверка домашнего задания.

1.Что понимают под топливом?

2.Какое топливо наиболее технологично?

3.Без чего неосуществим доменный процесс?

4.Что такое процесс горения?

5.Как называется пламя с четко выраженной конфигурацией?

6.Что образуется при сжигании распыленного жидкого или пылевидного твердого топлива?

3.План изложения материала.

Огнеупоры.

Классификация огнеупоров.

Достоинства и недостатки.

Огнеупорность.

Термостойкость.

Химическая устойчивость.

Механическая прочность.

  4. Теоретические сведения

Огнеупорами называются такие материалы для металлургических нагревов и футеровки их частей, которые имеют температуру плавления не ниже 1580 С.

В металлургических агрегатах для плавки сталей и специальных сплавов железа, при выплавке никеля,   кобальта и тугоплавких металлов используют материалы с огнеупорностью (температура плавления) 1700-2100С и выше. Если до 2000С можно использовать в основном керамические огнеупоры из тугоплавких оксидов и их соединений, то при 2200-3000С применяют обычно углерод и его модификацию - графит.

Огнеупоры классифицируют по их основным свойствам, среди которых главное место занимает огнеупорность (температуры плавления).

По этому признаку различают три группы огнеупоров:

1.Огнеупорные материалы с температурой плавления 1580-1770 С.

2.Высокоогнеупорные материалы с температурой плавления 1770-2000С

3.Материалы высшей огнеупорности с температурой плавления более 2000 С.

Важным свойством для классификации огнеупоров является их химический состав и технология производства. Химический состав огнеупора должен соответствовать химическому характеру металлургического процесса, который происходит в данном агрегате и особенно химическому характеру образующего в нём шлак. Шлак наиболее сильно взаимодействует с огнеупорными материалами,  быстро разъедая его при их противоположных химических свойствах.

По составу и  минералогическому происхождения огнеупоры разделяются на следующие группы  и подгруппы:

I. Кремнекислые огнеупоры:

1.Динасовые на известковой связке (5 % СаО 92-95%,Si O2)

2.Динасовые на глинистой связке (5% Al2 O3 95% Si o2)

II .Алюмосиликатные огнеупоры:

А. Полукислые (<70% Si O2; < 30% Al 2O3) 1) кварцево – глинистые 2) шамотно – полукислые 3) кварцево -  шамотные

Б. Нейтральные:1) шамотные(25-40% Al2 O3) 2) каолиновые (- 40% Al2O3) 3) высоко – глиназёмистые (> 45% Al2O3) 4) корундовые (> 75% Al2O3)

III Огнеупоры с основными свойствами

А. Магнезиальные (90 % Mg O;  5-7% Fe) 1) магнезитовые 2) форстеритовые на основе 2 Mg О Si О2) 3) шпинельные на основе Mg O. Al2O3 4) доломитовые на основе Mg O. СаО 5) тальковые на основе 3 Mg O.4 Si O2.Н2О с Mg O> 30% 6) хромомагнезитовые 55-65% Mg O 15-20% Сr2O3 и < 15% Fe O

Б. Хромитовые  (> 30% Cr2O3 – 16% Mg O-18%Fe O)

IV Углеродистые и углеродосодержащие огнеупоры

А.Углеродистые:  1) углеродистые  2) графитовые

Б.Углеродсодержащие:

1) карбофраксовые - карборунд Si C с глинистой связкой 2) рефраксовые- карборунд Si C с органической связкой или стеклом

V. Цирковые  (Zr O2. Si O2)

VI .Изделия из чистых термоплавких оксидов (Ti O2, Al2O3, Mg O,Be O, Zr O2)

Магнезитовые огнеупоры главной их составляющей является оксид  магния (Mg O) температура плавления 2800 С .Он представляет собой горную породу в которой содержится 97-98% Mg O СО3. 

Достоинства магнезитового кирпича, высокая огнеупорность и шлакоустойчивость.

Недостатки – высокая теплопроводность повышенный температурный коэффициент линейного расширения низкая термостойкость и строительная прочность. Доломитовые огнеупоры на смоляной связке их используют для кладки рабочего слоя футеровки основных конвертеров. Магнезитохромитовый ( термостойкий кирпич). В них преобладает магнезитовая составляющая (Mg O) содержащая 65% хромита. К огнеупорам предъявляют ряд требований.

Огнеупорность - свойства материала противостоять не расплавляясь воздействию высоких температур. Огнеупорность наиболее распространенных огнеупорных материалов шамотные 1600-1730С, магнезитовые – 2000С и др. В процессе службы в печах огнеупоры чаще всего разрушаются при более низких температурах, чем их огнеупорности.

Термостойкость - способность огнеупоров выдерживать резкие колебания температуры (нагрев и охлаждения). На термостойкость огнеупорных материалов влияет масса, толщина и форма изделий, а также способ их изготовления.

Химическая устойчивость – способность огнеупорных материалов противостоять при высоких температурах.

Механическая прочность - свойство огнеупорных изделий, противостоять не разрушаясь воздействию внешних условий.

5.Задание для закрепления:

1.Достоинства огнеупорных материалов?

2.Недостатки огнеупорных материалов?

3.Для чего применяется огнеупорный материал?

6.Контрольные вопросы:

1.Что такое огнеупоры?

2. По каким признакам определяют группу огнеупоров?

3. Что является важными свойствами для классификации огнеупоров?

4.  По составу и  минералогическому происхождения огнеупоры разделяются на следующие группы  и подгруппы?

5.Что такое огнеупорность?

6. Что такое термостойкость?

7. Способность огнеупорных материалов противостоять при высоких температурах это?

8.Что такое механическая прочность?

7. Домашнее задание:

1.Конспект.

2.Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.19

Тема: Технология производства кокса.

Цель: ознакомить студентов с производством кокса

Ход урока

1.Организационная часть.

2.Проверка домашнего задания.

1.Что такое огнеупоры?

2. По каким признакам определяют группу огнеупоров?

3. Что является важными свойствами для классификации огнеупоров?

4.  По составу и  минералогическому происхождения огнеупоры разделяются на следующие группы  и подгруппы?

5.Что такое огнеупорность?

6. Что такое термостойкость?

7. Способность огнеупорных материалов противостоять при высоких температурах это?

8.Что такое механическая прочность?

3.  План изложения материала.

Получение кокса.

Процесс коксования.

Качество кокса.

 4. Теоретические сведения

Кокс получают нагревом без доступа воздуха (сухой перегонкой) коксующихся камерных углей при 1000 1200 С. Угли перед коксованием подготавливают, измельчая и обогащая их. Обогащение угля снижает его зольность (массовое содержание золы в процентах) в 2-2 раза. Из 1 т. каменноугольной шихты получают 750-800 кг кокса,320-330 м 3 коксового газа, а также другие продукты: бензол, аммиак, смолу.

Процесс коксования осуществляют в камерных коксовых печах с внутренними размерами: шириной- 0,40-0,45 м, длиной -15 м, высотой – 5 м, собранных в батареи по 40-70 штук. Печи отапливают смесью газов, главный составляющий который является доменный газ с небольшой теплотой сгорания. Воздух для сжигания топлива, часто и газ предварительно подогревают,  использую теплоту продуктов сгорания. Выгрузку кокса производят через торцовые стенки камерных печей, имеющие специальные двери. Полученный кокс при помощи коксовыталкивателя выгружают в тушильные вагоны, в которых его обрабатывают водой и затем направляют на сортировку. Качество кокса определяют в результате технического анализа, который включает содержание летучих, залы, вредных примесей  (сера и фосфор), влаги. Массовое  количество летучих в нормальном коксе сост. 0,7-1,2%.  Количество летучих больше 1,5% указывает на незавершённость процесса коксования наличия кусков, которые обладают малой механической прочностью и  попадают в доменную печь, легко истираются и крошатся. Массовое содержание залы в коксе обычно колеблется в пределах 8-12% увеличенное количество залы не желательно, т.к. снижает содержание в нем углерода и требует добавочного количества флюса в доменной печи для её ошлакования.

5.Задание для закрепления:

1.Процесс коксования?

6.Контрольные вопросы:

1.Как получают кокс?

2.Как происходит подготовка  углей  перед коксованием?

3.Где осуществляется процесс коксования?

4.Как производят выгрузку кокса?

7. Домашнее задание

1.Конспект.

2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.24

Раздел № 2 Металлургия чугуна.

Тема: Сырые материалы для производства чугуна.

Цель: ознакомить студентов с производством чугуна.

Ход урока.

1.Организационная часть.

2.Проверка домашнего задания.

1.Как получают кокс?

2.Как происходит подготовка  углей  перед коксованием?

3.Где осуществляется процесс коксования?

4.Как производят выгрузку кокса?

3. План изложения материала. 

Чугун.

Разновидности руд.

Вредные примеси.

Колошниковая пыль

4. Теоретические  сведения.

Чугун получают из железных руд путём переработки их в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс. Руда представляет собой полезные ископаемое добываемые из недр земли.  Это горная порода, из которой извлекают металлы и их соединения. В зависимости от типа рудного минерала железные руды делятся на четыре группы:

1.Красный железняк или гематитовая руда. Минерал гематит  - безводный оксид железа Fe 2 O 3 в чистом виде содержит 70% железа и 30% кислорода.

2.Магнитный железняк содержит 72,4% Fe.

3.Бурый железняк. Минерал водных оксидов Fe Fe2 O3 H2O содержания железа 59%.

4.Шпатовый железняк, основу которой составляет минерал содержит Fe CO3 содержащий 48%.

5.Серый 47% Fe.

Наиболее распространены в природе гематитовые руды за ними идут магнезитовые, бурые железняки. Критериями оценки руд является содержание железа, свойства и состав пустой породы, содержание вредных примесей, стабильность химического состава, пористость и влажность. Очень важное значение имеет состав и свойства пустой породы.  

Для получения жидкоподвижного шлака в доменной печи с хорошей серопоглотительной способностью - это отношение близко к единице. Вредные примеси как сера, мышьяк, цинк, свинец, медь снижают металлургическую ценность руды.

Сера придает металлу красноломкость, фосфор - холодноломкость, т.е. снижает ударную вязкость, мышьяк ухудшает свариваемость металла.

Цинк в доменной печи нарушает футеровку, а иногда ведет к разрыву металлического кожуха печи.

Свинец также разрушает футеровку.

Медь ухудшает физико-химические свойства металла.

Постоянство химического состава железных руд определяет постоянство технологического режима доменной плавки. Марганец в рудах находится образцом в виде оксидов и иногда карбонатов.  Основным  соединением марганца, содержащимся в них в виде минералов, это Mn O₂,  Mn₂O₃. Содержания марганца в этих соединениях в чистом виде составляет 45-72%. Для выплавки марганцовистых ферросплавов надо использовать богатые марганцевые руды или обогащать более бедные при этом в них должно содержаться < 0,2 %.

Наиболее крупные месторождения марганцевых руд (Грузия). Кроме железных и марганцевых руд, исходно рудными материалами для производства чугуна могут быть комплексные руды. Это руды, содержащие кроме железа др. металлы. Такими рудами являются хромистые,  хромоникелевые и другие. Хромиты - железистые горные породы, богатые хромом. Эти руды используют для выплавки углеродистого феррохрома, а также для изготовления хромистых огнеупоров. Хромоникелевые руды - это комплексные руды, содержащие в виде орудняющих минералов соединения железа и хрома, хрома и никеля. Железованадиевые  руды называемые титаномагнетитами, содержат смесь минералов магнезита Fe₃ O₄ и ильменита FeO,  TiO₂.

Доменные шлаки получающиеся при выплавки ферромарганца содержат 15-20%  MnO и могут добавляться в шихту при выплавке обычных передельных чугунов для получения в них нужных содержаний марганца. Чугунный скрап или доменный скрап используют в шихте доменных печей.

 Колошниковая пыль, выносящаяся из доменных печей газами и улавливаемая на газоочистке, содержит 40-55% Fe. Колошниковую пыль используют при подготовке железных руд к доменной плавке в процессе агломерации и железо возвращают в доменную плавку вместе с агломератом производимым из железных руд. Для обеспечения нормального хода доменной печи, шлака с необходимыми элементами и физ.

Свойствами в восстановительной плавке вводят вместе с рудными материалами и коксом, флюсы. Назначение флюсов состоит в ошлаковании пустой породы железорудных материалов и золы кокса, т.е. понижении температуры плавления смеси оксидов и образования легкоплавких составов с температурой плавления больше 1300С и хорошей жидкотекучестью при 1450С. Поскольку пустая порода железорудных материалов и золы содержит преимущество SiO₂ и Al ₂O₃ и имеет кислотный характер. Ошлакование этих оксидов  эффективно осуществляется основными оксидами входящими состав флюсов - CaO и MnO. Эти оксиды обеспечивают также необходимую основность доменных шлаков, обусловливающих удаления серы из чугуна и переход её в шлак. При выплавке чугуна на коксе в качестве флюса используют известняк содержащий карбонат кальция Ca CO₃.

5.Задание для закрепления:

1.Как влияют вредные примеси на металлургическую ценность руды?

6.Контрольные вопросы:

1.Как получают чугун?

2.Что является исходным сырьем доменной плавки?

3.На какие четыре группы делятся железные руды?

4.Какие руды наиболее распространены в природе?

5.Перечислить вредные примеси доменной плавки?

6.Что подразумевается под выражением комплексные руды?

7.Что получается  при выплавке ферромарганца?

8.Как используют колошниковую пыль?

 7.Домашнее задание

1.Конспект

2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.36

Тема: Подготовка руд к доменной плавке.

Цель: ознакомить студентов с подготовкой руд к доменной плавке.

Ход урока.

1.Организационная часть.

2.Проверка домашнего задания.

1.Как получают чугун?

2.Что является исходным сырьем доменной плавки?

3.На какие четыре группы делятся железные руды?

4.Какие руды наиболее распространены в природе?

5.Перечислить вредные примеси доменной плавки?

6.Что подразумевается под выражением комплексные руды?

7.Что получается  при выплавке ферромарганца?

8.Как используют колошниковую пыль?

3. План изложения материала.

      Подготовка железных руд.

      Дробление.

      Обогащение.

      Способы обогащения.

      Агломерация.

              4.Теоретические сведения

Подготовка железных руд к плавке имеет большое значение, от этого зависит поступление в печь железорудного сырья определённой крупности равномерность химического состава хорошая восстанавливаемость, высокое содержание железа и самое главное технико-экономические показатели. В зависимости от характеристики добываемой руды применяются следующие методы подготовки: дробление и сортировка по классам, крупности обогащение, усреднение, окускование. Размеры кусков руды поступающей с рудника бывают:  равны 1500 мм и более. Для получения материалов меньшей крупности применяют дробление. Стадии дробления крупное ( 300-100 мм), средние (50-10 мм), мелкое (10-2 мм), тонкоизмельчённое (0,05 мм и менее). Для крупного дробления применяют дробилки. Сортировка руды по крупности - это разделение руд, на классы перед загрузкой в плавильный агрегат. Добываемые руды обычно имеют крупность более 400 мм. Для доменной плавки верхний предел крупности должен быть для более плотных магнитных железняков 40-50 мм, для красных и бурых железняков  70-100 мм.

Для окускования руду необходимо дробить до 5-10 мм, а для обогащения часто до более 0,1 мм. Для крупного дробления применяют щековые  конусные дробилки. Дробление в щековых дробилках происходит в результате раздавливания кусков, а также их излома и истирания. В конусных дробилках осуществляется измельчение кусков непрерывным сжатием их излом и истирания. Для среднего дробления применяют валковые дробилки с непрерывным сжатием и истиранием. Для тонкого измельчения используют главным образом мельницы, в которых удар сочетается с истиранием. Для предупреждения окомкования и распыления тонкое измельчение может быть проведено в жидкой среде с содержание твердого вещества 40-75%.

Обогащением называют разделение подготавливаемой к плавке руды на концентрат с высоким содержанием извлекаемого металла и хвосты с низким его содержанием. Если в хвостах содержатся полезные и ценные элементы они поступают на дополнительную переработку.

 Способы обогащения руд основаны на различии физических свойств минералов входящих в их состав – плотностей магнитной восприимчивости поверхностных свойств.

 В соответствии с этим существуют следующие основные способы обогащения полезных ископаемых: 1) промывка 2) гравитационное обогащение 3) магнитная сепарация  4) флотация.

Промывка  эффективна для материалов с мягкой особенно глинистой пустой породой и плотными минералами извлекаемого металла. Чаще всего промывка применяется для бурых железняков, марганцевых руд и производится бутарах, корытных или комбинированных барабанно-реечных майках.

Гравитационное обогащение основано на отделение полезных минералов от пустой породы по различию их плотности. Гравитационное обогащение может быть воздушным или мокрым. Более простым и совершенным способом в последнее время большее применение, является гравитационное обогащение в тяжёлых средах. Руду погружают в жидкость, плотность которой больше плотности пустой породы, но меньше плотности зерен минералов с извлекаемым металлом. Тяжёлые зерна рудного минерала оседают на дно, а частицы пустой породы всплывают. При обогащении железных руд плотность жидкой среды должна составлять 2,8-3 г см3.

Магнитная сепарация  основана на различной магнитной восприимчивости железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Электромагнитному обогащению подвергают гл. образом магнитные железняки. Применяют магнитные сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами для мокрой и сухой сепарации барабанного и других типов.

Флотация широко применяется для обогащения руд цветных и редких металлов. Этот способ основан на различной смачиваемости поверхности зерен отдельных минералов. При образовании пены мелкие несмачиваемые ею пузырями воздуха частицы, смачиваемые жидкостью,  остаются в ней не прилипая к пузырям воздуха. Таким образом, на поверхности скапливается обогащенная полезным минералом фракция в виде минерализованной пены, пленки или слоя. Для получения стабильной пены используют также вспениватели (органические масла, смолы).

Окускование мелких руд и продуктов обогащения (концентратов) до размеров оптимальных для современной доменной плавки,  производится до настоящего времени гл. образом путём их агломерации.

Агломерация – это термический способ окускования мелких  материалов для улучшения их металлургических свойств, осуществляемый путем сжигания мелкого топлива в самом материале за счёт непрерывного подсоса воздуха. При агломерации происходит не только спекание, но и удаление некоторых вредных примесей (серы и др.) разложения карбонатов. Часто в агломерационную шихту вводят флюсы. Для получения агломерата используют рудные материалы, измельчённые до 8-0 мм. Кроме них в агломерационную шихту вводят известняк, для получения офлюсованного агломераты отходы производства (напр. колошниковую пыль). Иногда добавляют и марганцевую руду для получения заданного содержания марганца в доменной шихте. Необходимым компонентом шихты для агломерации с прососом воздуха является топливо (коксик крупностью 3-0 мм.). Шихту для агломерации увлажняют до содержания влаги 6-9%, тщательно перемешивают и в разрыхленном состоянии загружают на колошнике агломерационной машины слоем высотой 200-340 мм.  Коксик находящейся в составе шихты, закрывается сверху специальным зажигательным устройством. В камерах расположенных под колошниками создается разрежение 10-12 мм. Под действием разряжения воздух сверху просасывается через весь слой шихты. Чтобы колошники не подгорали и шихтовые материалы не проваливались через них, на их решетки укладывают слой возврата мелкого агломерата крупностью 25 мм. При просасывании воздуха интенсивное горение осуществляется в узкой зоне по высоте слоя шихты, составляющей 20-25 мм и называемой зоной горения. Агломерацию производят на агломерационных машинах с площадью спекания 50-300м2. Кроме окускования мелких руд путем агломерации получил  распространения способ окомкования тонко измельченных материалов. Для повышения прочности окатышей в концентрат добавляют связующие: мелкодисперсную глину, известь, хлор, кальций.

Процесс производства окатышей состоит их двух стадий:

1) получение сырых окатышей

 2) их упрочнения и обжига.

 Сырые окатыши получают во вращающихся барабанах. Вторую стадию получения окатышей проводят на конвертерной обжиговой машине или в шахтной печи.

Исходные материалы промывают, увлажняют и помещают в бункер дозатор. Из бункера - дозатора исходные материалы определяют пропорциями, поступают на агломератную машину, состоящую из движущейся ленты на которой находится паллеты. Над  одной  из полет располагается горелка. Здесь происходит возгорание кокса. Ширина полет 2-4 м. Камеры разрежения под полетами установлены неподвижно. За сутки машины выдают от 1,5 до 10 тыс. тонн агломерата.

5.Задание для закрепления:

1.Какие дробилки применяют для дробления руды?

6.Контрольные вопросы

1.Какие методы подготовки в зависимости от характеристики добываемой руды применяются?

2.Что называют обогащением?

  3.На чем основаны способы обогащения руд?

4.Что такое  гравитационное обогащение?

5.Магнитная сепарация  это?

6.Для чего применяется флотация?

7.Термический способ окускования мелких  материалов для улучшения их металлургических свойств, осуществляемый путем сжигания мелкого топлива в самом материале за счёт непрерывного подсоса воздуха?

8. Из чего состоит процесс производства окатышей? 

  7.Домашнее задание:

      1.Конспект.

       2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.29

       3.Составить кроссворд по изученному материалу.

Тема: Технология получения чугуна.

Цель: ознакомить студентов с технологией получения чугуна

 Ход урока

1.Организационная часть.

2. Проверка домашнего задания.

1.Какие методы подготовки в зависимости от характеристики добываемой руды применяются?

2.Что называют обогащением?

3.На чем основаны способы обогащения руд?

4.Что такое  гравитационное обогащение?

5.Магнитная сепарация  это?

6.Для чего применяется флотация?

7.Термический способ окускования мелких  материалов для улучшения их металлургических свойств, осуществляемый путем сжигания мелкого топлива в самом материале за счёт непрерывного подсоса воздуха?

3. План изложения материала.

Доменная печь.

Рабочее пространство.

Фундамент печи.

    4. Теоретические сведения

Доменная печь относится к агломератам шахтного типа и служит для выплавки чугуна из железной руды. Шахта заполнена газопроницаемыми материалами, что обеспечивает их взаимодействие с поднимающимся газовым потоком. Очертание рабочего пространства называется профилем доменной печи. В горизонтальных сечениях профиль печи предоставляет собой окружности переменного диаметра, а в вертикальном сечении по оси печи сложную симметричную конфигурацию. Правильное соотношение размеров частей печи создает оптимальные условия доменной плавки и обуславливает рациональный профиль печи. При таком профиле обеспечивается следующие важнейшие условия доменного процесса:

Рис. Устройство доменной печи

1 — чугунная летка; 2 — горн; 3 — заплечики; 4 — распар; 5 — шахта; 6 — колошник; 7 — засыпной аппарат; 8 — горизонт образования чугуна; 9 — горизонт образования шлака; 10 — зона горение кокса; 11 — слой шлака; 12 — шлаковая летка; 13 — расплавленный чугун

1.Плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов

2.Наиболее выгодное распределение встречного газового потока

3.Успешное развитие процессов восстановления образование чугуна и шлака.

Рабочее пространство доменной печи состоит из колошника, шихты, распара, заплечиков и горна. Их форма и относит. Размеры определяются происходящими в них процессами.

Верхняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи (колошник) предназначена для распределения загружаемых в печь шихтовых материалов, которые попадают в колошник на площадь одного и того же сечения приблизительно с постоянной высоты. Это позволяет обеспечить  устойчивость начального распределения материалов на колошнике, а также правильное распределение газового потока по объему печи. Высоту колошника выбирают из условий частоты загрузки и скорости опускания уровня шихты. На крупнейших печах она составляет 3700-4200 мм. Диаметр колошника взаимосвязан с диаметрами распара и горна. Высота шахты должна быть достаточной для тепловой и химической обработки материалов поднимающимися газами в первую очередь восстановления оксидов железа. Современная доменная печь представляет собой сооружения высотой более 40м и массой более 10 тыс. т железобетонная нижняя часть фундамента (подошва)  имеет многогранную форму, изготавливается как монолитная плита и заглубляется в грунт на 6-8 м. Площадь основания подошвы выбирают в зависимости от нагрузок на грунт. Верхняя часть фундамента из жароупорного бетона (пень) выступает над уровнем земли в среднем на 5 м, имеет меньшие поперечные размеры. Огнеупорность жароупорного бетона составляет 1400- 1500С допустимая температура его нагрева 1100 С. На фундамент опирается нижняя часть футеровки и металлических конструкций доменной печи.

Фундамент печи сверху заканчивается швеллерами или специальными плитами. На устройствах охлаждения помещают металлический лист, который служит основанием огнеупорной кладки нижней части горна. Материалами для её изготовления служит  высокоглиназемистый кирпич. Высота достигает более 55 м. Для футеровки используют высокоплотный, высокообоженный шамотный кирпич. Общая толщина футеровки в шахте составляет 1265 мм. Современный доменный цех потребляет до 50 тыс. т агломерата и кокса в сутки.

В состав доменного, кроме доменных печей входят рудный двор. Рудный двор предназначен для приема складирования сортировки.

        Чугун выплавляют в шахтных печах. Процесс доменной плавки непрерывный. Сверху в печь загружают сырые материалы (офлюсованный агломерат, кокс), а в нижнюю часть через фурмы подают нагретый воздух и жидкое, газообразное или пылевидное топливо. Полученные от сжигания топлива газы проходят через столб шихты и отдают ей свою химическую и тепловую энергию. Часть кокса расходуется в печи на восстановление железа и других элементов, а также на науглероживание железа, но большее его количество достигает фурм и сгорает.

Современная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество шихты и дутья. В большой доменной печи ежеминутно выплавляется около 9 т чугуна. Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска столь большого количества материалов необходимо, чтобы конструкции печи были просты, очень надежны и позволяли работать без простоев печи в течение длительного времени. Устройство печи. Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют ее профилем, в котором различают колошник, шахту, распар, заплечики и горн.

    Рис. Схема работы доменной печи.

5.Задание для закрепления:

1.Какие материалы применяют для загрузки в доменную печь?

6.Контрольные вопросы:

1.Очертание рабочего пространства называется?

2.Основные составляющие доменной печи?

3.Из чего состоит рабочее пространство печи?

4.Какая футеровка используется в печи?

5.Где выплавляют чугун?

6.Как называют внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи?

7.Домашнее задание:

       1.Конспект.

       2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.36

       3.Подготовить реферат на тему: Доменная печь

Тема: Работа доменной печи.

Цель: ознакомить студентов с работой доменной печи

Ход урока

1.Организационная часть.

2.Проверка домашнего задания.

1.Очертание рабочего пространства называется?

2.Основные составляющие доменной печи?

3.Из чего состоит рабочее пространство печи?

4.Какая футеровка используется в печи?

5.Где выплавляют чугун?

6.Как называют внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи?

3. План изложения материала.

      Работа доменной печи.

      Процессы, протекающие в доменной печи.

      Воздухонагреватель доменной печи

     4.Теоретические сведения

Рис. Доменная печь

Доменная печь работает по принципу против тока. Температура по высоте не одинакова,  поэтому в ней определяется четыре зоны:

1.Подготовительная температура = 100-400 градусов.

В этой зоне происходит подогрев и подсушка, разложение известняка при реакции: СаО + СО₃ – СаО + СО₂.

2.Восстановительная температура = 400-900 градусов.

В этой зоне происходит восстановление железа за счет газа СО, который образуется в доменной печи в около фурменной зоне. Кислород подаваемого воздуха соприкасается с углеродом. Кокс горит и образуется газ СО. Вверх по печи поднимается доменный газ в состав которого входят : СО, СО2, N2, H2O,CH4. Восстановление железа из железной руды происходит в 3 этапа:

1 этап t = 400 градусов Fe2 O3 + CO – Fe3O4 + CO2

2 этап t = 600 градусов Fe3 O4 + CO – FeO + CO2

3 этап t = 900 градусов Fe O + CO – Fe + CO2

В этой зоне восстановление железа находится в виде пористой губки. Железа в нем находится 99-99,8 %.

3.Науглероживание температура = 900-1100 градусов.

В этой зоне образуются карбит железа, который затем активно насыщает чугун температура плавления чугуна- 1250, поэтому чугун находится в тестообразном состоянии, в этой зоне восстанавливается -  кремний, марганец, сера, фосфор, который активно насыщает чугун.

4.Плавление температура = 1100- 1400 градусов.

В этой зоне происходит плавление образовывается процесс  -  который стекают в горн. В зоне происходит образование и плавление шлака. В состав шлака входят элементы CaO, MnO, FeO, CaO –попадая в шлак из известнякового марганца и марганцевой руды.

Топливо, опускаясь вниз, постепенно нагревается и, подойдя к фурмам, сгорает, развивая температуру до 1700—1900°. Углерод топлива при сгорании образует углекислый газ. Поднимаясь кверху, углекислый газ проходит через слой раскаленного кокса, отдает ему часть кислорода, образуя при этом окись углерода. Встречаясь с окислами железа, окись углерода отнимает у них кислород, освобождая железо. Такая реакция начинается при температурах, близких к 400°, и заканчивается при температурах около 900°. Окисью углерода восстанавливается около 70% железа, содержащегося в руде, Остальная часть железа восстанавливается посредством твердого углерода, который образуется в шихте доменной печи вследствие распада окиси углерода при температуре 500—600° на углекислый газ и углерод. Углерод в виде тонкого слоя сажи проникает в поры руды, восстанавливая остающиеся еще окислы железа.
Вместе с железом восстанавливается также марганец, кремний и фосфор, находящийся в руде в виде окислов. Постоянной примесью шихты является сера, содержащаяся в руде, коксе и извести.
Выделяющийся в процессе работы печи доменный (колошниковый) газ через вертикальные газоотводы (свечи), примыкающие к верхней части кожуха печи, и наклонный газопровод отводится к пылеуловителям. Газ после очистки от пыли используется в качестве горючего для нужд завода.
Ежесуточная выплавка чугуна в одной доменной печи достигает 1800—2000 т.

Процесс получения в доменной печи чугуна из руды сопровождается различными химическими реакциями. Горячими газами, образующимися при сгорании топлива, сначала подсушиваются верхние слои шихты. Потеря влаги начинается при температуре несколько ниже 100° и заканчивается при температуре около 200°. В зоне температур 350—450° происходит выделение из руды химически связанной воды.

При температуре 400—900° разлагается известняк, превращаясь в негашеную известь и углекислоту. Перечисленные реакции должны заканчиваться в верхних зонах печи, иначе они могут отнимать тепло в тех областях печи, где совершается восстановление железа. Поэтому руду и известняк нельзя загружать слишком крупными кусками.
Топливо, опускаясь вниз, постепенно нагревается и, подойдя к фурмам, сгорает, развивая температуру до 1700—1900°. Углерод топлива при сгорании образует углекислый газ. Поднимаясь кверху, углекислый газ проходит через слой раскаленного кокса, отдает ему часть кислорода, образуя при этом окись углерода. Встречаясь с окислами железа, окись углерода отнимает у них кислород, освобождая железо. Такая реакция начинается при температурах, близких к 400°, и заканчивается при температурах около 900°. Окисью углерода восстанавливается около 70% железа, содержащегося в руде, Остальная часть железа восстанавливается посредством твердого углерода, который образуется в шихте доменной печи вследствие распада окиси углерода при температуре 500—600° на углекислый газ и углерод. Углерод в виде тонкого слоя сажи проникает в поры руды, восстанавливая остающиеся еще окислы железа.

Воздухонагреватель доменной печи представляет собой цилиндрический кожух высотой 35—55 м и диаметром 8—10,5 м с днищем и куполообразным верхом, сваренный из листовой стали толщиной 20 мм. В связи с необходимостью применения в верхней части высокотемпературных воздухонагревателей усиленной теплоизоляции кожух имеет в верхней части несколько больший диаметр, чем внизу. Изнутри кожух футеруют шамотным, а у высокотемпературных воздухонагревателей в верхней части — высокоглиноземистым кирпичом. Внутри воздухонагревателя размещается камера горения, служащая для сжигания газа. Остальное пространство заполняется насадкой, аналогичной насадке регенераторов со сплошными каналами. В воздухонагревателях печей. Объемом 3200 и 5000 мм насадка предусмотрена из специальных фасонных кирпичей с отверстиями. В воздухонагревателях доменных печей объемом 5000 м камера горения вынесена наружу в самостоятельном кожухе, а в воздухонагревателе все внутреннее пространство занято насадкой.

Как только насадка охладится до определенной температуры, подачу холодного воздуха в воздухонагреватель прекращают, и повторяется цикл нагрева насадки.

Наружную сторону стены камеры горения выкладывают из того же кирпича, что и стены воздухонагревателя; внутри камеру горения футеруют в один кирпич высокоглиноземистым кирпичом.

Для уменьшения потерь тепла через кожух кладку стен воздухонагревателя изолируют снаружи доломитовым или легковесным шамотным кирпичом.

Между кожухом и кладкой оставляют зазор толщиной около 65 мм для температурного роста кладки; зазор обычно заполняют смесью гранулированного доменного шлака с асбестом. Из этих же соображений оставляют свободное пространство между кладкой купола и изоляцией купола кожуха.

Купол кожуха изолируют изнутри жаростойким бетоном.

Бетон армируют стальной сеткой, закрепляемой на приваренных к кожуху штырях.

Переключение воздухонагревателей с «дутья» на «нагрев» и обратно производится автоматически в зависимости от заданной минимальной температуры воздуха или температуры нагрева насадки.

5.Задание для закрепления:

1. Воздухонагреватели доменной печи.

6.Контрольные вопросы:

1.Как работает доменная печь?

2.Какими химическими реакциями сопровождается процесс получения чугуна в доменной печи?

3.Что представляет собой воздухонагреватель доменной печи?

4.Чем изолируют  кладку стен воздухонагревателя?

Домашнее задание:

       1.Конспект.

       2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.36

Тема: Производство ферросплавов.

Цель: ознакомить студентов с производством ферросплавов

Ход урока:

   1. Организационная часть.

   2. Проверка домашнего задания.

1.Как работает доменная печь?

2.Какими химическими реакциями сопровождается процесс получения чугуна в доменной печи?

3.Что представляет собой воздухонагреватель доменной печи?

4.Чем изолируют  кладку стен воздухонагревателя?

3.  План изложения материала. 

 Ферросплавы

Способы получения ферросплавов.           

Процесс производства ферросплавов.

      4.Теоретические сведения   

Рис. Ферросплавная печь.

Ферросплавами называется сплав железа с  Mn, Si, Ti и другими элементами. Кроме ведущих элементов ферросплавы содержат также и вредные примеси концентрация которых строго лимитируется. Производятся ферросплавы в которых содержатся два или несколько ведущих элементов так называемые комплексные ферросплавы  (железо) в таких ферросплавах содержится незначительном количестве.

В металлургии ферросплавы применяются для раскисления и легирования стали. Использование ферросплавов для раскисления и легирования стали более целесообразно, чем применения для этого чистых металлов. Температура плавления ферросплавов ниже, чем температура плавления чистых металлов. Это облегчает его растворение, при введении в жидкую сталь приводит к уменьшению угара ведущего элемента.

Способы получения ферросплавов.

При производстве ферросплавов в ведущий элемент восстанавливают из оксида углеродом или элементом оксид,  которого прочнее оксида ведущего элемента. В качестве таких восстановителей применяют их сплавы.

Восстановительные ферросплавные печи работают непрерывно. В работающей печи электроды погружены в твердую шихту, которую пополняют по мере ее проплавления; сплав и шлак выпускают периодически. Печи этого типа оснащены мощными трансформаторами: 7500 - 65000 кВА. Печи трехфазные, стационарные или вращающиеся обычно изготавливают открытыми, а новые печи закрыты сводами.

Процесс производства ферросплавов.

Называют углетермическим, силикотермическим или алюмотермическим. Для производства ферросплавов с особо низким содержанием углерода применяют силико и алюмотермические процессы.

Ферросплавы производят в мощных электрических печах. По своему назначению они могут быть восстановительными и рафинировочными. Восстановительные печи работают непрерывным процессом. Электроды в этих печах опускаются в твердую шихту, которая непрерывно погружается, а сплав и шлак выпускают периодически. В рафинировочных печах процесс ведут с полным проплавлением шихты. По окончании плавки сплав и шлак выпускают. Современные печи трехфазные – восстановительные.  Исходным сырьём для ферросплавов служат руды или концентраты восстановители железосодержащие руды и флюсы.

Рис. Плавка в ферросплавной печи

5.Задание для закрепления:

1.Печи для производства ферросплавов.

6.Контрольные вопросы:

1.Что называется ферросплавами?

2. Способы получения ферросплавов?

3. Как происходит процесс получения ферросплавов?

4. Что служит исходным сырьём для ферросплавов?

7.Домашнее задание.

       1.Конспект.

       2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.149

Раздел № 3. Металлургия стали.

Тема: Структура сталеплавильного производства.

Цель: ознакомить студентов со структурой сталеплавильного производства.

Ход урока

1.Организационная часть.

2.Проверка домашнего задания

1.Что называется ферросплавами?

2. Способы получения ферросплавов?

3. Как происходит процесс получения ферросплавов?

4. Что служит исходным сырьём для ферросплавов?

3. План изложения материала.

Сталеплавильное производство.

Сталь.

Основное сырье.

4.Теоретические сведения

Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатов металлургических заводах. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии.

 В современной металлургии основными способами выплавки стали являются:  кислородно - конвертерный, мартеновский, электросталеплавильный, а также специальные методы производства качественных сталей.

Сталеплавильный процесс является окислительным процессом: сталь получается в результате окисления и удаления большей части примесей чугуна. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы.

 Сталь – это сплав железа с углеродом,  где углерода содержится менее 2, 14 %. В качестве примесей во всех сталях присутствуют. Сера, фосфор (вредные примеси), марганец  (сопутствующий  элемент). По сравнению с чугуном сталь обладает лучшими механическими свойствами, пластичностью, прочностью.

Основным сырьем для производства стали является: передельный чугун, металлический лом. Сущность переработки чугуна в сталь заключается: в выкислении избытка примесей чугуна и в переводе их в газовую или шлаковую фазу.

Существуют следующие способы производства стали: мартеновский, конвертерный, электрометаллургический.

Рис. Выпуск стали из ковша

5.Задание для закрепления:

1.Основное сырье для производства стали.

6.Контрольные вопросы:

1.Что такое сталеплавильное производство?

2.Основные способы выплавки стали?

3.Окислительный процесс?

4.Что называется сталью?

5.Сырье для производства стали?

6.В чем заключается сущность переработки чугуна в сталь?

7.Домашнее задание:

 1.Конспект.

  2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.66

Тема: Современные способы производства стали.

Цель: ознакомить студентов с современными способами производства стали.

Ход урока.

1.Организационная часть

 2.Проверка домашнего задания.

3. План изложения материала.

    Кислородный конвертер.

    Футеровка конвертера.

    Разновидности мартеновского процесса

   4.Теоретические сведения.

Кислородный конвертер, который вместе с футеровкой достигает 1000 т, заключен в мощный корпус (кожух). Его изготавливают сварным из гнутых и штампованных стальных листов толщиной до 50-120 мм с ребрами жесткости. Кожух через цапфы опирается на подшипники, установленные в опорных станинах. Конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонт. Оси на 360 градусов. Форма и размеры нижней части рабочего пространства конвертера связаны с размерами там заливаемого чугуна обеспечивающим  лучшего перемешивания металла и соответствуют конфигурации износа футеровки. Для больших конвертеров оптимальной считают глубину ванны 1,4 -1,8 м.

Кислородные конвертеры футеруют основными огнеупорными материалами. Постоянный слой толщиной 230-250мм применяющий к кожуху выполняют из магнезитового кирпича. Внутренний слой футеровки выходит в рабочее пространство конвертера и изнашивается под действием агрессивных шлаков. Толщиной рабочего слоя составляет до 750мм. Внутренний слой выполняют чаще всего из смолодоломитового кирпича.

Рис. Кислородный конвертер.

1 — опорный подшипник; 2 —цапфа; 3 — кожух;

4 — опорное кольцо; 5 — футеровка; 6 — опорная станина

Рис. Процесс плавки в кислородном конвертере.

1 – загрузка конвертера сыпучими материалами; 2 – заливка чугуна;

3 – продувка кислородом; 4 – выпуск стали; 5 – выпуск шлака;

Рис. Продувка кислородом.

1 – корпус; 2 – опорный пояс; 3 – днище; 4 – воздушная коробка; 5 – кожух; 6 – сопла; 7 – «спина»; 8 – горловина; 9 – пустотелая цапфа; 10 – воздушный патрубок.

В мартеновской печи можно переплавлять в сталь чугун и скрап в любых соотношениях. В зависимости от состава шихты и применения твердого или жидкого чугуна существует 2 основные разновидности мартеновского процесса:

 1.Скрап – процесс в котором главной составляющей металлической шихты является твердый, стальной скрап кроме скрапа в шихту загружают твердый чугун (25-40% от общей массы металлической шихты), который облегчает расплавление шихты являясь легкоплавким чем скрап.

2. Скрап- рудный процесс в котором, главной составляющей металлической шихты является жидкий чугун из доменного цеха того же завода (55- 75 % - металлической шихты). Остальной её частью является твердый стальной скрап.

Плавка производится на заправленной печи при наличии всех шихтовых материалов и ферросплавов. Плавка производится под руководством сменного мастера и контролем отдела КиСП. Выплавка стали производится методом полного окисления металлической ванны путем присадки железной руды или железорудных окатышей по ТУ 14-9-287.

Химический состав выплавляемой углеродистой стали должен соответствовать требованиям ГОСТ 977, а также требованиям технологической документации на конкретную марку стали.

        В качестве шихты применяются углеродистые отходы прокатных цехов, углеродистый стальной лом марки 1А по ГОСТ 2787, тщательно обследованный на предмет взрывобезопасности, предельный чугун по ГОСТ 805.

         Для печи емкостью 3,0 т рекомендуется использовать лом с максимальной массой куска 50 кг.

         При выплавке стали применяют следующие ферросплавы: ферросилиций, ферромарганец, силикокальций, алюминий первичный. Железная руда, железорудные окатыши, электродный бой, кокс, порошок алюминиевый — применяются в качестве окислителей и науглероживающих присадок.

          В качестве шлакообразующих применяются: известняк, известь, шамотный бой, боксит, плавиковый шпат.

          Все поступающие в цех материалы должны иметь сертификаты качества. Все загружаемые в печь материалы должны быть сухими. Ферросплавы, присаживаемые в жидкий металл, должны быть прокалены.

          Размер кусков шлакообразующих материалов не должен превышать 100 мм в поперечнике. Контроль  осуществляется визуально.

После выпуска плавки углубления на подине и откосах тщательно очищаются от оставшегося металла и шлака. После этого подина и откосы заправляются магнезитовым порошком ГОСТ 24862, смоченного жидким стеклом. В качестве заправочного материала допускается применять доломитовый порошок. После большой заправки  рекомендуется заправленные места покрыть известью.

При назначении марки стали для выплавки следует:

Учитывать состояние печи и к концу компании не назначать в плавку марок стали, требующих повышенного теплового режима.

Принимать во внимание марку стали предыдущей плавки, и при значительном расхождении последней с назначаемой по составу, предварительно выполнять сталь промежуточного состава.

После холодного ремонта следует выплавлять сталь менее ответственного назначения, после капитального ремонта следует выплавлять не менее 2 плавок не ответственного назначения.

Включать печь на расплавление разрешается только при исправном ее состоянии.

За операцию подготовки печи к плавке ответственность несет сталевар, контроль возлагается на мастера участка

Завалка производится при наличии исправной и хорошо заправленной печи. Завалку необходимо составлять из 20 — 30% мелкого лома (стружки) и 70 — 80% крупного и среднего лома (допускается до 15% передельного чугуна).

     Порядок завалки: на подину печи загружается мелкий лом, далее тяжелые и средние по массе куски, затем передельный чугун, а наверх оставшуюся мелкую шихту.

     Для более ровного горения дуги под каждый электрод следует давать по несколько кусков кокса.

     Включать электросталеплавильную печь на расплавление разрешается только при исправном состоянии охлаждающих устройств, механического и электрического оборудования.

     Ответственность за операцию завалки несет сталевар, подручный сталевара, контроль возлагается на мастера участка.

     Плавление производится при использовании полной мощности трансформатора. Во время плавления шихта периодически сталкивается с откосов в середину ванны крючком из прутка Ø 15-30 мм или полосовой стали толщиной 15-20 мм.

Разрешается присадка руды до 2% для более быстрого образования шлака, предохраняющего жидкий металл от охлаждения и насыщения газами, а также для окисления примесей и максимального офлюсования окислов кремния и фосфора.

     После полного расплавления шихты ванну тщательно перемешивают шомполом, отбирают пробу на углерод, марганец, фосфор, серу и скачивают около ¾ шлака в шлаковню.

     В случае необходимости науглероживания шлак следует удалить полностью и науглеродить металл электродным порошком или боем. После этого в печь загружают свежеобоженную известь в количестве 1-2% и разжижители: прокаленный боксит, шамот, плавиковый шпат.

Температура кожуха печи во время плавления должна быть не более 70°С. Измерение температуры производить пирометром «Смотрич» 4П-03.

     Ответственность за проведение операции плавления несет сталевар, контроль возлагается на мастера участка.

В окислительный период подводимую мощность регулируют в соответствии с температурой металла. Окисление металла рудой производится только при наличии хорошо прогретого металла. Металл с ложки должен сливаться начисто. Введение руды в холодный металл не допустимо.

     После каждой присадки необходимо делать выдержку в пределах 10 мин. Для того, чтобы руда успела прореагировать с металлом. Шлак в период кипения должен быть пенистым, жидкоподвижным и самотеком сходить через порог рабочего окна. Шлак окислительного периода должен иметь черный цвет, плотный излом и не должен рассыпаться на воздухе в порошок. Для его разжижения используется шамотный бой. Боксит или плавиковый шпат. К моменту скачивания окислительного шлака необходимо иметь следующий химический состав металла: углерод на 0,02 — 0,03% ниже нижнего предела, фосфор менее 0,015%.

     Температура металла к концу кипения, перед скачиванием окислительного шлака, должна быть достаточно высокой (1620 — 1660°С). После присадки последней порции железной руды необходимо ванну выдержать 5-10 минут на «чистом» кипении. После этого берется проба металла, после чего окислительный шлак удаляется из печи полностью.

     Раскисление металла производится под белым шлаком. Шлак наводится из извести и плавикого шпата (в соотношении 5:1), в количестве 2 — 3% от массы садки. Допускается замена плавикого шпата шамотным боем в том же соотношении.

  После образования в печи жидкоподвижного шлака при хорошо нагретом металле, присаживается в печь расчетное количество ферромарганца, на нижний предел его содержания в данной марке стали. После этого отбирается проба на углерод, марганец, серу и начинают раскисление шлака. Он раскисляется смесью тонкомолотого кокса с известью, плавиковым шпатом в соотношении 5:1:1. Количество шлака в период рафинирования до 6% от массы металла.

     Раскисление этой смесью производится равномерными порциями до момента, когда проба шлака окрасится в серый цвет, т.е. до признаков просветления шлака.

Время выдержки металла под белым шлаком не менее 30 минут. Проба белого шлака при остывании должна хорошо рассыпаться, если этого не происходит — необходимо добавить порцию смеси молотого кокса и ферросилиция.
Состав белого шлака: FeO — не более 0,5%; CaO — 55-65%, основность шлака — не менее 2,5.
     После перемешивания металла шомполом берется контрольная проба на химический анализ.
     Продолжительность восстановительного периода 40 — 120 минут. Контроль раскисленности металла перед выпуском производится заливкой металла в чугунный стаканчик. Металл должен быть спокойным, застывать без искрения и давать усадку. За 5 минут до выпуска плавки произвести разжижение шлака шамотным боем или плавиковым шпатом (3-4 лопаты).
     Ответственность за проведение операции рафинирования несет сталевар и подручный сталевара.  Контроль возлагается на мастера участка и контролера отдела КиСП.   

 Слив металла должен производиться короткой компактной струей. После выпуска температура в ковше должна быть 1560-1610°С. Устанавливается обязательная выдержка металла в ковше, считая от момента конца наполнения, не менее 3-5 минут.

     Для определения химического состава стали, от ковша отбирают две пробы. Отбор проб производить в соответствии с требованиями ГОСТ 7565.

     Температура начала разливки по оптическому пирометру должна быть 1530-1580°С.

     Отвественность за выпуск стали несет сталевар. Контроль возлагается на мастера участка.

   При подготовке и проведении плавки следует контролировать:

 Состояние печи, и качество ремонта футеровки (заправки) печи, визуально. Состав, качество, массу шихты и шлакообразующих материалов на данную плавку. Химический анализ после расплавления, к моменту скачивания окислительного шлака, после раскисления.

Продолжительность окислительного периода

Масса раскислителей.

Состав белого шлака.

Время рафинирования.

Раскисленность металла.

Температура металла в печи, в ковше и во время разливки.

Отбор ковшевой пробы;

5.Задание для закрепления:

1. Продолжительность окислительного периода.

2.Масса раскислителей.

3.Состав белого шлака.

     4.Время рафинирования.

5.Раскисленность металла.

6.Контрольные вопросы:

1.Что представляет собой кислородный конвертер?

2.Чем футеруют кислородные конвертеры?

3.Основные разновидности мартеновского процесса?

4.Как производится плавка на заправленной печи?

5.Что применяется в  качестве шихты?

6.Что необходимо делать после каждой присадки?

7.Чем производится раскисление металла?

8.Как должен производиться слив металла?

9.Что следует контролировать при подготовке и проведении плавки?

7.Домашнее задание.

       1.Конспект.

       2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.112

Тема: Устройство и принцип работы мартеновской печи.

Цель: ознакомить студентов с устройством и принципом работы мартеновской печи

Ход урока.

1.Организационная часть

2.Проверка домашнего задания.

1.Что представляет собой кислородный конвертер?

2.Чем футеруют кислородные конвертеры?

3.Основные разновидности мартеновского процесса?

4.Как производится плавка на заправленной печи?

5.Что применяется в  качестве шихты?

6.Что необходимо делать после каждой присадки?

7.Чем производится раскисление металла?

8.Как должен производиться слив металла?

9.Что следует контролировать при подготовке и проведении плавки?

3. План изложения материала.

        Устройство доменной печи.

       Принцип работы доменной печи.

        Типы мартеновских печей.

4.Теоретическая часть.

Первая  Мартеновская печь разработана и построена П.Мартеном во Франции в 1864. В 70 х гг. XX в.

Мартен Пьер - французский металлург. По окончании горной   школы работал на металлургическом заводе своего отца в городе Фуршамбо, в 1854—1883 был директором металлургического завода. В 1864 предложил новый способ получения литой стали в регенеративных пламенных печах. Использовав разработанный незадолго до этого немецким инженером Ф. Сименсом принцип регенерации тепла продуктов горения,  Мартен применил его для подогрева не только воздуха, но и газа. Благодаря этому удалось получить температуру, достаточную для выплавки стали. Мартеновский способ стал широко применяться в металлургии в последней четверти 19 века.

Мартеновская печь состоит из следующих основных частей:

Рис. Мартеновская печь.

Рабочее пространство ограниченное подом, сводом передней и задней стенками предназначено для осуществления плавки на передней стенке устанавливаются завалочные окна через которые заваливаются шихтовые материалы,  как  правило количество завалочных окон нечетное, среднее окно размещено по центру мартеновской печи для обслуживания сталевыпускного отверстия на задней стенке по центру печей при соединении с подиной устраивают сталевыпускное отверстие предназначенное для выпуска металла.

 Свод перекрывает сверху всё рабочее пространство печи. Подина печи выдерживает нагрузку всех загруженных материалов.

 Головка печи (правая и левая) состоящая из головок и вертикальных каналов, служат для подачи топлива в печь и отвода продуктов сгорания печи.

Боковые откосы правый и левый отделяют подину печи головок. Шлаковики предназначены для улавливания пыли и частиц шлака выпадающих из проходящих через них продуктов сгорания.

Регенераторы (воздушные и газовые) предназначены для подогрева газа и воздуха поступающего в печь за счет использования тепла отходящих газов. Борова каналы для воздуха, газа, отходящих продуктов сгорания.

 Система перекидных клапанов предназначена для изменения направления подачи в печь топлива и воздуха, а также отвода из печи продуктов сгорания. Котел утилизатор предназначен для утилизации тепла отходящих продуктов сгорания.

Дымовая труба предназначена для отвода охлажденных продуктов сгорания в атмосферу.

Мартеновская печь условно делится на верхнее и нижнее строение.

 К верхнему строению относится,  рабочее пространство головки и вертикальные каналы.

К нижнему строению относится: шлаковики, регенераторы, борова, перекидные клапана, дымовая труба.

Мартеновские печи бывают двух видов стационарные и качающиеся. Большинство печей стационарные.

Рис. Устройство мартеновской печи.

1 — рабочее пространство;  2 — свод;  3 — подина;  4 — сталевыпускное отверстие;  5 — отверстие для спуска шлака;   6 — завалочные окна; 7 — передняя стенка; 8 — задняя стенка; 9 — головки; 10 — вертикальные каналы; 11 — шлаковик;  12 — регенераторы; 13 — насадка регенераторов; 14 — борова; 15 — рабочая площадка.

Рис. Завалочная машина

1 – шихта; 2 – хобот; 3 – тележка; 4 – троллей; 5 – кабина; 6 – портал;

7 – токосъемник; 8 – троллей; 9 – ходовые колеса; 10 – рельсы; 11 – мост;

12 – механизмы передвижения колес; 13 – тележка для мульд

Топливо и воздух для горения поступают в рабочее пространство по очерёдно то с правой, то с левой стороны; продукты сгорания отводятся из рабочего пространства соответственно с противоположной стороны. Изменение направления подачи топлива и воздуха, то есть изменение направления факела в рабочем пространстве, осуществляется системой клапанов и шиберов и называется «перекидкой» клапанов.

Продукты сгорания поступают из шлаковика в регенератор сверху при температуре 1500— 1600 °C и, проходя по насадке (огнеупорная кладка регенераторов), передают ей значительную часть содержащегося в них тепла.

При последующем прохождении через нагретую насадку холодного воздуха или газа они нагреваются до 1100— 1200 °С.

МП бывают двух типов — стационарные и качающиеся. Большинство МП стационарные. Качающиеся МП обычно применяются для переработки фосфористых чугунов, так как при этом требуется несколько раз «скачивать» богатый фосфором шлак, что легче осуществлять на качающихся печах.

5.Задание для закрепления:

1.Разновидности мартеновских печей, их отличие.

6.Контрольные вопросы:

1.     Кем была разработана и  построена первая  мартеновская печь?

2.      Из каких основных частей состоит мартеновская печь?

3.     Принцип работы мартеновской печи?

4.     Каких типов бывают мартеновские печи?

7.Домашнее задание.

         1.Конспект.

         2. Общая металлургия, П.П.Арсентьев, стр.97