Тема 1.2 Производство стали

Сталь, сущность передела чугуна в сталь. Современные способы производства стали, их сущность. Технико-экономические показатели разных методов получения стали

Сравнение качества стали, полученной в различных плавильных агрегатах. Способы разливки стали. Достоинства непрерывной разливки. Стальной слиток. Новые прогрессивные методы получения стали: вакуумный, электрошлаковым переплавом, обработка жидкой стали. Развитие производства стали, увеличение производства качественных сталей

Литература: [2, c. 39-53]; [3, c. 14-23]

Методические рекомендации

Прежде всего, уясните разницу между чугуном и сталью по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Выпишите в конспект количество углерода и основных примесей, которые входят в сталь.

В настоящее время сталь получают преимущественно путем передела чугуна. Основные способы получения стали: конвертерный, мартеновский, электроплавка. Процесс получения стали – это окислительный процесс. При любом способе получения стали происходит окисление примесей, содержащихся в чугуне. Окислителем является оксид железа (FeО), который растворяется в металле и в шлаке.

Изучать способы производства стали нужно в такой последовательности: исходные материалы, устройство плавильного агрегата, сущность способа, химические превращения (реакции), технологические особенности процесса, способы интенсификации процесса, технико-экономические показатели процесса (производительность, качество получающейся стали, ее применение и т.п.)

Изучая конверторный способ получения стали, обратите внимание на конструктивные особенности конвертера при воздушном и кислородном дутье (воздух подается снизу, а кислород–через трубку сверху). При кислородном дутье почти все недостатки конвертерного способа практически устраняются. В кислородном конвертере можно получать качественные углеродистые и низколегированные стали.

В мартеновской печи высокая температура получается за счет сгорания топлива, теплота химических реакций имеет второстепенное значение. Выпишите основные реакции, протекающие в мартеновской печи, уясните процессы раскисления и удаления фосфора и серы в основной печи. Нужно знать способы интенсификации мартеновского процесса.

Процесс плавки высококачественной стали в электрических печах приобретает все большее значение в связи с тем, что постоянно расширяется ассортимент, увеличивается выпуск новых, наиболее экономичных и прогрессивных видов конструкционных материалов для машиностроения, приборостроения, строительства и других областей промышленности.

Плавку в электрических печах можно производить как в воздушной среде, так и в вакууме. В вакуумных печах переплавляют стальные заготовки, выплавленные в конвертерах и мартеновских печах. Заготовка (расходуемый электрод) является катодом, а слиток очищенного металла–анодом. При вакуумной плавке и вакуумных переплавах жидкий металл наиболее полно очищается от газов. Этим способом получают жаропрочные стали и сплавы, стали с особыми физико-химическими свойствами. Недостаток вакуумной плавки–сложность оборудования и высокая стоимость выплавляемого металла. Значительно более дешевый способ повышения качества стали–электрошлаковый переплав, который можно производить в воздушной среде. Этим способом получают шарикоподшипниковые, инструментальные и другие стали.

Повысить качество стали можно также путем ее обработки в ковшах. Производится вакуумная обработка в ковшах или обработка стали в ковшах синтетическими шлаками, которые специально готовят в других печах. Если при вакуумной плавке и вакуумных переплавах сера практически не удаляется, то при рафинировании синтетическими шлаками и электрошлаковом переплаве сера удаляется наиболее полно.

Выпишите в конспект влияние способа получения стали на ее качество. Разберите, как влияет способ разливки на качество стали. Нужно знать разницу между кипящей и спокойной сталью и область применения кипящей стали. Наибольшее внимание уделите непрерывной разливке стали как наиболее прогрессивному способу, выпишите достоинства этого способа. Запомните, что способ непрерывной разливки широко применяется в цветной металлургии.

Разберите строение стального слитка, возможные дефекты в нем и способ их предупреждения.

После изучения этой темы нужно уметь:

1) определять наиболее целесообразный способ получения стали в зависимости от состава стали и ее назначение;

2) объяснять влияние способа разливки на свойства стали и строение стального слитка;

3) объяснять влияние способа выплавки стали на ее качество;

4) объяснять, почему наиболее широкое развитие должны получать способы выплавки стали в кислородных конвертерах и в электрических печах.

Вопросы для самоконтроля

1 Какой сплав называется сталью?

2 Какая разница между чугунов и сталью по содержанию углерода и основных примесей и их механическим свойствам?

3 В чем отличие кислородного конвертора от конвертора, работающего на воздушном дутье?

4 На каком топливе работают мартеновские печи? Назначение регенераторов

5 В чем заключается процесс раскисления стали? Для чего его производят?

6 Укажите качество конверторной стали и область ее применения.

7 Какие факторы способствуют получению высококачественной стали в электрических печах?

8 По схемам, имеющимся в учебниках, объясните устройство и работу дуговых и индукционных электрических печей.

9 Сравните качество стали, полученной в различных плавильных агрегатах.

10 Какая разница между сталями обыкновенного качества, качественными и высококачественными?

11 Укажите способы внепечной обработки стали.

12 В чем достоинства электрошлакового переплава стали?

13 Какой способ разливки стали наиболее прогрессивен и почему?

Тема 1.3 Производство цветных металлов

Цветные металлы; их характеристика по применению в народном хозяйстве. Производство меди; медные руды, их характеристика, способы обогащения. Рафинирование меди. Применение меди в промышленности

Производство алюминия. Сырье для производства алюминия. Способы получения глинозема из руд. Электролиз глинозема, рафинирование алюминия. Применение алюминия

Сведения о получении магния и титана, их руды. Практическое применение

Литература: [2, c. 156-172, 173-190, 235-249]; [3, c. 38-45]

Методические рекомендации

Изучение этой темы начните с особенностей производства цветных металлов. Руды цветных металлов значительно беднее полезным металлом, чем руды железа. Кроме того, большинство руд цветных металлов полиметаллические, при обогащении происходит отделение соединений одних металлов от других. Поэтому обогащение руд цветных металлов имеет первостепенное значение.

В цветной металлургии, как и в других отраслях промышленности, предусмотрено разработать и осуществить комплексные программы технического перевооружения и реконструкции производства, его непрерывного обновления на основе современной техники и передовой технологии. Должно быть увеличено в 2,5–3 раза применение плавки в жидкой ванне, обеспечено производство 35% меди, свинца и никеля с использованием ресурсосберегающих автогенных процессов. Производительность труда должна быть повышена на 6–7%.

При изучении способов обогащения основное внимание уделите методу флотации, который применяется чаще всего особенно для комплексных руд.

Из всех способов получения меди наиболее широкое распространение получил сухой (пирометаллургический) способ. Надо законспектировать описания процессов, из которых состоит этот способ. Нужно знать, что черновая медь в промышленности не применяется, так как примеси значительно ухудшают механические, электрические и технологические свойства меди.

Разберите способы рафинирования черновой меди. После электролитического рафинирования медь содержит меньше примесей, в том числе и кислорода. Такая медь применяется в электротехнике, так как любые примеси снижают электропроводимость. Кроме того, при электролитическом рафинировании из осадка ванны удается извлечь ценные металлы–теллур, селен, сурьму, серебро, золото и ряд других элементов, которые содержатся в медной руде. При огневом рафинировании эти элементы теряются, но медь после огневого рафинирования дешевле, такая медь идет на изготовление медных сплавов. В конспект выпишите марки меди и запишите, что означают буквы и цифры.

Алюминий является вторым после железа металлом техники. Нужно знать, что производство алюминия складывается из двух самостоятельных процессов: получение оксида алюминия (глинозема) и электролиз расплавленного глинозема. При изучении электролиза глинозема обратите внимание на роль криолита. Разберите схему современного электролизера и принцип его работы. Выпишите в конспект марки алюминия и запишите, что означают буквы и цифры.

О производстве магния и титана нужно иметь общее представление, т.е. знать, из каких основных процессов состоит получение магния и титана из руды. Выпишите в конспект марки титана и магния, укажите их свойства и область применения.

После изучения этой темы нужно уметь:

- писать и расшифровывать марки меди и, исходя из ее состава, указывать область ее применения;

1) объяснять необходимость получения алюминия двумя самостоятельными процессами;

2) записывать марки алюминия, расшифровывать их и указывать их свойства и область применения;

3) записывать марки титана, указывать его свойства и область применения.

Вопросы для самоконтроля

1 В чем особенности производства цветных металлов?

2 Перечислите основные методы обогащения руд цветных металлов.

3 Укажите сущность основных процессов при получении меди пирометаллургическим способом.

4 В чем достоинства и недостатки огневого и электролитического рафинирования меди?

5 Напишите марки меди по ГОСТ и расшифруйте их.

6 В чем сущность получения глинозема сухим способом путем спекания?

7 Для чего при электролизе глинозема применяется криолит?

8 Напишите марки алюминия по ГОСТ и расшифруйте их.

9 Укажите область применения алюминия.

10 Из каких процессов состоит способ получения магния из руд?

11 Укажите сущность технологии получения металлического титана из руды.

12 Какое значение для народного хозяйства имеет увеличение выпуска редких цветных металлов (ниобия, вольфрама, молибдена и др.)?