Методическая разработка открытого занятия на тему: «Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ДОНЕЦКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

ЦК «Металлургических дисциплин»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Открытого занятия

по ПМ.01 Введение технологического процесса производства черных металлов (чугуна, стали и ферросплавов)

МДК.01.03 «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними» 

На тему: «Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах»

2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ДОНЕЦКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

ЦК «Металлургических дисциплин»

СОГЛАСОВАНО:                                                 УТВЕРЖДАЮ:
зам. директора                                                        и.о. директора
по учебной работе                                       
_____________Р.Н. Михненко                              ______________И.А. Караван
«10»         11     2015г.                                             «10»         11     2015г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия

по ПМ.01 Введение технологического процесса производства черных металлов (чугуна, стали и ферросплавов)

МДК.01.03 «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними» 

На тему: «Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах»

2015

Составитель  -   Заика   Виталий  Иванович, преподаватель металлургических
                             дисциплин высшей категории, к.т.н Донецкого электрометал-
                             лургического техникума

Рецензенты:

Ухин В.Е., зам. декана физико-металлургического факультета, доцент, к.т.н Донецкого национального технического университета

Жук В.Л., доцент, к.т.н физико-металлургического факультета Донецкого национального технического университета

В данной методической разработке на тему: «Технология выплавки конструк-ционных сталей в дуговых электропечах» дана методика проведения лекции на основе педагогических инновационных технологий. Разработка занятия направ-лена на обобщение и систематизацию знаний студентов, на освоение теоретичес-кого материала, самореализацию личности студента путем применения форм и методов технологии проблемного обучения.

Методическая разработка рекомендована преподавателям металлургических дисциплин среднего профессионального образования для внедрения в учебно-воспитательный процесс технологии проблемного обучения.

Методическая разработка на тему: «Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах» рассмотрена и одобрена на заседании ЦК «Металлургических дисциплин»

ПЦК___________________В.В. Гурковская

Протокол №_____от «_____»____________2015г.

ВВЕДЕНИЕ

     Методическая разработка по дисциплине «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними» подготовлена в соответствии с учебной программой Государственного образовательного стандарта Министерства образования и науки среднего профессионального образования Донецкой народной республики.

   Преподаватель показывает современный подход к организации учебного процесса с использованием интерактивных методов обучения (проблемно-информационный, частично-поисковый; мультимедийная презентация) путем конструирования творческих учебных задач, стимулирующих познавательный процесс и повышающий активность обучающихся.

   Беседа, на занятиях, является одним из методов проблемного обучения, а её построение на основе производственного материала, способствует достижению цели занятия – основательному закреплению студентами теоретических знаний; получению практических навыков и умений, которые используются при решении проблемных производственных задач; анализа конкретных ситуаций, направленных на активное освоение знаний; на формирование приёмов исследовательской познавательной деятельности и приобщение студентов к научному поиску, творчеству; на воспитание профессионально значимых качеств личности.

   Организация самостоятельной работы студентов, при решении проблемных ситуаций, а также актуальность выбранной темы, связанной с современным  металлургическим производством, позволяет выявить позицию студентов, их правильность и ошибочность суждений.

   Использование проблемно-поисковых методов обучения направлено на творческую самостоятельную работу студентов, на самореализацию.

   Полученные знания студенты могут применить при выполнении курсового и дипломного проекта.

Содержание занятия

Дата - 13.11.2015г.        Группа -  МЧМ 12-1/д         Курс -  4

Специальность - 22.02.01 «Металлургия черных металлов».

ПМ. 01 – Введение технологического процесса производства черных металлов (чугуна, стали и ферросплавов).

МДК.01.03- «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними».

Преподаватель - Заика Виталий Иванович

Тема: «Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах»

Цель:

методическая – совершенствования методики проведения лекции с применением форм и методов инновационных педагогических технологий (проблемное обучение);

дидактическая  – систематизировать и обобщить материал предыдущих тем, касающихся технологии выплавки конструкционных сталей в электропечах; поэтапное усвоение нового материала; решение проблемы данной темы; контроль знаний и умений студентов с применением дифференцированного подхода;

развивающая - ориентация студентов на реализацию и развитие творческих способностей при решении проблемных вопросов;

воспитательная -  прививать интерес к профессии «техник - металлург», что обеспечивает социальный запрос на  специалистов среднего звена, которым присуще активная жизненная позиция.

Вид занятия – лекция.

Тип занятия -  проблемная лекция с решением производственных задач на основе анализа конкретных ситуаций.

Методы проблемного изложения материала: эвристический, поисковый.

Формы:  коллективная, индивидуальная, работа в парах с элементами игры; дискуссия.

Междисциплинарные связи:

обеспечивающие - конструкции металлургических агрегатов; основ металлургической теплотехники;  физхимии металлургического производства;                                                                                 обеспечиваемые - курсовая работа, дипломные проекты.

Методическое обеспечение занятия: 1. Рабочая программа профессионального модуля ПМ.01 -  Введение технологического процесса производства черных металлов (чугуна, стали и ферросплавов); МДК.01.03 «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними» 2. Лекция. Технология выплавки конструкционных сталей в дуговых электропечах. 3. Раздаточный материал для контроля знаний и умений студентов.  

Наглядность: таблицы, плакаты, графики.

ТСО: мультимедийный проектор, экран; ноутбук.

Литература:
основная -  1. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А. и др. Электрометаллургия стали и ферросплавов – М.: Металлургия, 1984. – 568с. 2 Борнацкий И.И., Михневич В.Ф. Яргин С.А. Производство стали – М.: Металлургия, 1991.-400с.  3.  «Производство электростали и ферросплавов » под редакцией А.Ф. Каблуковский ИКЦ «Академкнига», 2003г.

дополнительная: 1. Кудрин В.А.  Металлургия стали. М.: с,   1989 - 560с.    2. Рысс М.А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия. 1985.-343с. 

Ход занятия

Номер п/п		Элементы занятия, учебные вопросы	Продолжи-тельность (80мин.)
1		2	3
1.		Организационная часть	2 мин
	1.1	Взаимное приветствие преподавателя и студентов.
	1.2	Проверка присутствия студентов на занятии и их готовность к занятию.
2.		Актуализация опорных знаний домашнего задания (связь с предыдущими темами)	13 мин.
	2.1 2.2 2.3	Фронтальный опрос. Краткие выступления студентов. Контроль знаний студентов (путем устного и письменного опроса, по таблицам, картам и  иллюстрациям).
3.		Мотивация учебной деятельности Главным направлением современной металлургии есть коренное улучшение качества металлов. Студенты ПМ.01 Введение технологического процесса  производства черных металлов ( чугуна, сталей и ферросплавов). МДК.01.03 «Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигутар в электропечах и контроль за ними»  являются будущими специалистами, которые должны владеть глубокими знаниями по основам технологических процессов металлургии,  шихтовых материалов, конструкций технологических агрегатов. Одной из задач преподавателя - научить студентов совре-менным теоретическим и практическим представлениям о процессах, которые обеспечивают производство качествен-ных металлов и сплавов. Изучение технологии выплавки сталей в дуговых электро-печах обусловлено тем, что этот процесс является одним из перспективных методов сталеплавильных процессов в сравнении с другими технологиями. Студентам необходимо знать технологию выплавки самых востребованных в народном хозяйстве конструкционных сталей для дальней-шего практического применения данного материала. Проблема: Рассмотреть два варианта выплавки стали в дуговых электропечах. Путем сравнения технико-экономических показателей выплавки и качества металлов, самостоятельно утвердить наиболее прогрессивную технологию на современном этапе.	5 мин
4.		Основная часть (объявление темы, проблемы занятия)	40 мин
	4.1	Изложение материала лекции (по плану): 1. Технология выплавки стали двушлаковым процессом. 2. Технология выплавки стали по схеме ДСП + УПК.
	4.2	Актуализация опорных знаний нового материала. Самостоятельная работа (тесты. Фронтальный опрос, направленный на формирование умения студентов анали-зировать свою творческую деятельность на занятии через раскрытия узловых вопросов темы, пояснения, демонстра-ции слайдов).
	4.3	Решение проблемы занятия (через дискуссию с элементами игры).
5.		Заключительная часть. Подведение итогов занятия (акцентирование внимания на основные понятия темы, выводы по изучению темы; комментирование и оценка работы студентов).	15 мин
6.		Домашнее задание (преподаватель подробно указывает на объём домашнего задания, конкретно ставит цели и задачи, формы и способы его выполнения). Литература: Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А. Электрометаллургия стали и ферросплавов, - М.: Металлургия, 1984. – 567. - С. 341 - 364.  «Производство электростали и ферросплавов » под редакцией А.Ф. Каблуковский ИКЦ «Академкнига», 2003г.	5 мин

ПРИЛОЖЕНИЕ

(раздаточный материал)

1.    Актуализация опорных знаний домашнего задания:

·       Тесты - (А)

·       Вопросы (Б)

·       Таблицы (В)

·       Карты (Г)

·       Иллюстрации (Д)

·       Деловая игра «Производственный мастер» (Е)

2.    Материал лекции (Ж)

·       Графики (З)

·       Рисунки (И)

·       Тесты (К)

3.    Актуализация опорных знаний нового материала:

·       Тесты (Л)

·       Вопросы (М)

·       Деловая игра (Н)

Приложение (Ж)

ЛЕКЦИЯ

По теме: «Технология выплавки конструкционных сталей

в дуговых электропечах»

             Конструкционные стали составляют основную часть в общем объеме металлопродукции, которая выпускается электросталеплавильными цехами металлургических предприятий. В условиях рыночной экономики главной задачей специалистов сталеплавильного производства является не количество произведенной стали, а повышение ее качества на возможно больший уровень относительно необходимых по нормативным документам показателей. Знание закономерностей и условий, необходимых для удаления вредных примесей из объёма металлического расплава, в том числе серы, фосфора, неметаллических включений и растворенных в металле азота и водорода позволяет на каждом этапе процесса выплавки стали организовать и реализовать необходимые меры, обеспечивающие получение высокого качества стали на заключительной стадии её производства. В процессе развития сейчас производство стали в дуговых электропечах, а на некоторых металлургических заводах и в настоящее время нашла технология плавки, основанная на двушлаковом процессе, которая включает проведение окислительного и восстановительного периодов. В последнее время все более широкое применение находит новая технология производства стали, которая включает выплавку в дуговой электропечи углеродного полупродукта с доведением его до марочного состава и необходимого качества на установке печь-ковш (УПК ). Для построения технологии выплавки конструкционных сталей по указанным вариантам необходимо дать ответы на следующие вопросы:

1) Какие примеси металлического расплава являются вредными для выплавляемой стали и в чем проявляется их вредное воздействие?

( Сера, фосфор, растворенные в металле газы, неметаллические включения).

2) Какие условия необходимы для удаления вредных примесей, в том числе серы, фосфора, неметаллических включений, растворенных газов?

3) В какие периоды плавки, создаются благоприятные условия для удаления серы, фосфора, неметаллических включений, газов?

1.     Технология выплавки стали двушлаковым процессом.

            Заправка печи. Перед началом плавки все необходимые материалы и инструмент должны находиться на рабочей площадке.

После выпуска предыдущей плавки производственный мастер печного пролета и сталевар делают обзор печи, проверяют состояние рабочего пространства и при необходимости, заправляют поврежденные участки подины и откосов магнезитовым или периклазовым порошком.

            Этот период должен быть проведен в минимально короткий срок, избегая охлаждения огнеупорной футеровки печи (5-10 мин.).

            Период завалки шихты. Завалка шихты производится бадьями с днищем, которое открывается. Формирование бадей осуществляют в шихтовом пролете.

            Вопрос. В каком порядке закладывается шихта в завалочной бадье?

            (Мелкий лом, средний лом, большой лом, сверху мелкий лом. В середину завалки чугун, под электроды кокс или электродный бой. Ближе к стенкам -  бадьи шлакообразующие).

            Завалку делают в два - четыре приема, то есть основная завалка и 1-3 подвалки. Основная завалка производится по 5-10 мин.

            Особенности шихты:

1) чугун полностью или частично может быть заменен коксом или электродным боем.

2) при наличии в цехе технического кислорода расход руды на окисление примесей может быть сокращен или полностью исключено использование ее в шихте.

            Период плавления: правильная организация этого периода и эффективность его проведения во многом определяют продолжительность плавки в целом. Многие дуговые электросталеплавильные печи в данное время оснащены механизмами поворота корпуса печи вокруг вертикальной оси. Это позволяет проплавлять не 3, а 9 колодцев и за счет этого ускорить расплавление всей массы лома. Однако более эффективным является использование газообразного и технического кислорода для увеличения скорости плавления шихты. Рядом с сокращением продолжительности плавления это позволяет снизить затраты электроэнергии на выплавку стали.

            С практического занятия, проведенного в ЭСПЦ ЧАО «ДЭМЗ»,  при ознакомлении с конструкцией ДСП -1 , изготовленной Новосибирским заводом электротермического оборудования, вы должны были обратить внимание на то, что она в процессе эксплуатации была дооборудована газокислородными горелками и кислородным копьем для подрезки шихты при плавлении.

            В период плавления создаются благоприятные условия для удаления фосфора из расплава металла. Поэтому в процессе образования металлической ванны и шлакового расплава необходимо следить за состоянием шлака в печи. Он должен иметь удовлетворительную жидкоподвижность.

            Вопрос:

1) Что такое основность шлака?

2) Какая основность шлака должна быть в период плавления?

3) Какое содержание FeO должен иметь шлак в период плавления?

            В период плавления происходит окисление кремния шихты. Шлак постоянно обогащается кремнеземом. Поэтому заданную основность шлака поддерживают периодическими присадками свежеобожженной извести. Для окисления примесей вырабатываются присадки железной руды.

Вопрос: Как производится удаление шлака? Какую цель преследует удаления шлака?

            Продолжительность периода плавления в зависимости от емкостей печи, условий интенсификации его проведения составляет 40-90 мин.

            Окислительный период. Основной задачей окислительного периода является снижение содержания фосфора в металлической ванне до уровня на 0,005-0,015 % ниже допустимого предела в марочном составе выплавляемой стали. По окончании окислительного периода содержание фосфора может быть только выше за счет внесения его в ванну металла дополнительными материалами, раскислителями и ферросплавами. Поэтому в окислительный период необходимо сделать возможно глубокую дефосфорацию  выплавляемой стали.

            Вопрос: С какой целью в  шихту вносят избыточное количество углерода, и в каком количестве?

            Окислительный период начинают формированием высокоосновного шлака, содержащего 15-25% FeO. Для этого в печь добавляют известь, железную руду и в качестве разбавителя шамотный бой. Последний вводится из расчета обеспечения основности шлака на уровне 2,5-3,0. Для устойчивого активного кипения железную руду добавляют периодически небольшими порциями (до 200кг в печах большой емкости).

            Вопрос: Почему не допускается введение больших порций руды?

            В процессе проведения окислительного периода необходимо следить за состоянием шлака. Густые шлаки исправляют присадками шамотного боя или боксита, чрезмерно жидкоподвижные шлаки сгущают добавками извести.

            При наличии технического кислорода и соответствующего оборудования металл желательно продувать кислородом. Это позволит сократить расход железной руды и продолжительность окислительного периода. В процессе проведения окислительного периода периодически отбирают пробы металла на содержание углерода и фосфора и делают замеры температуры. Перегрев металлошлакового расплава в этот период  нежелателен, так как при этом снижается скорость окисления фосфора. В конце периода отбирают пробу металла на полный химический анализ, измеряют температуру металла и скачивают максимально возможное количество шлака (не менее 90%). Содержание углерода должно быть на 0,05-0,015% ниже нижнего предела в марочном составе, а содержание фосфора не превышать значения на 0,005-0,015% ниже, чем в выплавляемой марке стали.

Вопрос: С какой целью необходимо максимально удалять окислительный шлак из печи?

            Продолжительность окислительного периода составляет 30-60 минут.

Восстановительный период. 

            Этот период иногда называют рафинирующий. Основными задачами его являются удаление из металла серы и подготовка плавки до выпуска из печи.

             Перед наведением восстановительного шлака металл раскисляют 45% -ым ферросилицием или силикомарганцем. Шлак формируют добавками  извести, шамотного боя и в небольших количествах плавикового шпата. Для переформирования его в карбидный в печь  вбрасывают мелкий коксик или электродный бой и плотно закрывают завалочные окна. При подъеме температуры в печи, в зоне действия электрических дуг, в шлаке образуется карбид кальция (СаС2) в  количестве 2-5% от его массы.

            Необходимо учесть, что в восстановительный период металлическая ванна перемещается слабо, поэтому на малых печах, при наличии устройства электромагнитного перемешивания, ванну перемещают с его помощью. Более современным средством оказывается продувка металла аргоном через пористые вставки в поддоне дуговой электропечи. 

По ходу проведения восстановительного периода следят за состоянием шлака в печи. В этот период необходимо следить за его жидкоподвижностью, так как от эффективности взаимодействия металла и шлака на границе их распределения зависит дефосфорация металла и удаления из металла неметаллических включений.

            Перед выпуском плавки карбидный шлак переводят в белый. Для этого открывают завалочное окно, увеличивая доступ кислорода в рабочее пространство печи. Необходимо учитывать, что карбидный шлак имеет повышенную смачиваемость металлом и  при его наличии в ковше металл может быть загрязнен грубыми шлаковыми включениями.

            Перед выпуском плавки проводят предварительное  раскисление металла в печи силикомарганцем и алюминием. При этом отбирают пробу металла на полный химанализ и делают измерение температуры.

            Продолжительность восстановительного периода 60-90 минут.

            Окончательное раскисление и доведение стали до заданного химического состава делают на выпуске плавки в ковш.

            Общее время плавки составляет 2,5 - 4,0 часа.

            Особенности легирования стали.

            Большая часть ферросплавов, в том числе ферросилиций, ферромарганец, феррохром, феррованадий и др. имеют температуру плавления меньшую температуры металла в печи, но их сродство к кислороду, а соответственно к горению неодинакова. Так, частичное или полное легирование металла марганцем и хромом можно делать в печи. Легирование кремнием, ванадием, титаном, алюминием делают только в ковше. Никель практически не окисляется даже в окислительный период плавки. Поэтому его можно вводить в состав завалки. Окись никеля в виде никелевого концентрата может вводиться вместо части железной руды в окислительный период для окисления примесей шихты.

            Ферровольфрам и ферромолибден относятся к тугоплавким сплавам,  и усвоение их расплавом металла происходит за счет растворения. Поэтому желательно их вводить в металл мелкой фракцией в ранние стадии восстановительного периода.

            2. Технология выплавки стали по схеме ДСП + УПК.

            После образования мини металлургического завода ЧАО «ДЭМЗ»   электросталеплавильный цех, вошедший в его состав, был оснащен современным сталеплавильным оборудованием, изготовленным итальянской фирмой «Даниэли», в том числе дуговой электропечью и установкой "печь-ковш". Эти агрегаты вы видели на практическом занятии, проведенном в условиях ЭСПЦ.

            Вопрос:

1) В чем заключаются особенности конструкции ДСП-2 ЭСПЦ?

2) Какие технологические операции предусмотрены на установке "печь-ковш"?

            Технология выплавки стали построена по схеме: выплавка в дуговой электропечи углеродного полупродукта с раскислением его при выпуске плавки в ковш и доведения до заданных химического состава и качества на установке "печь-ковш".

            Выплавка полупродукта в ДСП практически не отличается от первой стадии выплавки стали двушлаковым процессом, включая период плавления шихты и окислительный период. Отличие составляет использование всех прогрессивных приемов ведения плавки, включая интенсификацию плавления шестью газокислородными горелками, употребление технического кислорода для подрезки шихты и продувки металлической ванны, эжектора углерода для ввода его в металл и вспенивания шлака т.д. Полупродукт выпускают без печного шлака в ковш.

            В ковш ферросплавы для раскисления стали и ее частичного легирования добавляют на нижнюю границу заданных элементов.

            Для предотвращения повторного окисления при наполнении ковша на 2/3 высоты в ковш присаживают известь и плавиковый шпат.

            После установки сталеразливочного ковша под крышку УПК отбирают пробу металла на полный хим. анализ, приводят рафинирующий шлак из извести, плавикового шпата и алюминиевого шлака (отходы алюминиевого производства).

            После получения результатов химического анализа в металл вводят необходимые ферросплавы, делают, усредняя, продувку металла аргоном, нагревают металл до температуры разливки и передают ковш на МНЛЗ или сифонную разливку в слитки.

            Длительность плавки в ДСП составляет 45-50 минут, обработка на УПК 25-45 мин. Таким образом, использование установки "печь-ковш" позволило до минимума сократить продолжительность плавки и увеличить производительность цеха до 800000 тонн стали в год при работе одной ДСП.

Приложение (В)

Таблица 1. Качественное сравнение выплавки
марки 4ОХ стали в ДСП и по схеме ДСП + ОПК

Условия выплавки	ДСП	ДСП + ОПК
Длительность плавки	Больше ( - )	Меньше в 3-4 раза (+)
Затраты электроэнергии	Больше ( - )	Меньше ( + )
Термостойкость футеровки	Больше ( + )	Меньше ( - )
Тепловые затраты	Больше ( - )	Меньше ( + )
Содержания газов в металле	Больше ( - )	Меньше ( + )
Содержание S и P	Больше ( - )	Меньше ( + )
Затраты на разливку	Меньше ( + )	Больше ( - )
Балл неметаллических включений	Больше ( - )	Меньше ( + )
Простой на ремонт	Меньше ( + )	Больше ( - )
Анизотропия механических свойств	Больше ( - )	Меньше ( + )
Выход годного металла	Меньше ( - )	Больше ( + )