Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Факультет металлургии, машиностроения и транспорта Кафедра металлургии ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ Методические указания по изучению дисциплины (заочная форма обучения) Павлодар Ф СО ПГУ 7.18.1/07 УТВЕРЖДАЮ Декан ФММиТ _____________ Токтаганов Т.Т. «___»_________200__г Составитель: магистр, старший преподаватель Быков П.О.. Кафедра металлургии Методические указания по изучению дисциплины по дисциплине «Электрометаллургия стали» для студентов специальности 050709 «Металлургия» Рекомендовано на заседании кафедры металлургии «_____»______________200__г., протокол №__ Заведующий кафедрой____________________ Суюндиков М.М. (подпись) Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта «____»______________200__г., протокол №____ Председатель УМС_________________ Ахметов Ж.Е. (подпись) 2 Содержание Введение 1 Сроки и объем изучения дисциплины 2 Тематический план дисциплины 3 Контрольные вопросы Литература 3 4 5 5 10 12 Введение Целью дисциплины «Электрометаллургия стали» является обучение студентов знаниям об устройстве и конструкции электрических печей, электрическом и механическом оборудовании, электрической и тепловой работе печей, знаниям о физико-химических процессах, протекающих при плавке стали в электрических печах и технологии плавки стали. Стали бывают различных марок: обычного качества, конструкционные, легированные и т.д. Для их выплавки применяют различные печи: дуговые печи, индукционные печи, специальные печи, установки внепечной обработки и т.д. Для выплавки стали используют различные материалы: вторичный металлолом, металлизованные окатыши, шлакообразующие, окислители, ферросплавы, легированные отходы и т.п. Большое разнообразие сталей, печей для выплавки и исходных материалов подразумевает наличие разнообразных способов выплавки стали. Основные из них изучаются в курсе «Электрометаллургия стали». 4 1 Сроки и объем изучения дисциплины Работа студента по изучению дисциплины включает в себя следующие виды работы: проработку пройденного лекционного материала по конспекту лекций, учебникам и пособиям; проработку дополнительных тем, не вошедших в лекционный материал; выполнение и защиту практических работ; подготовку к рубежному контролю и его сдачу; выполнение расчетно-графического задания (семестровой работы) или контрольной работы (заочники). Как правило, дисциплина изучается 2 семестра (для студентов заочной формы обучения). В первом семестре студенту выдается: программа дисциплины для студента (ПДС, силлабус); методические указания по изучению дисциплины; опорный конспект лекций; перечень вопросов на рубежный контроль и экзамен; тема семестровой работы (или контрольной работы); В этом семестре проводится часть занятий (лекций, практических занятий, СРСП). В межсессионный период студент должен посещать консультации и занятия СРСП согласно графику проведения СРСП в межсессионный период и защитить необходимые темы СРСП. Во втором семестре студенту проводится оставшаяся часть занятий. Студент во втором семестре должен: сдать на проверку семестровую работу (или контрольную работу) и защитить ее; сдать рубежный контроль; сдать экзамен. 2 Тематически план дисциплины 2.1 Наименование тем 1 Введение. Развитие электросталеплавильного производства 2 Электросталеплавильные печи 5 3 Печи, плавильные установки и оборудование специального назначения 4 Физико-химические основы плавки стали в дуговых электропечах 5 Технология плавки стали в открытых дуговых печах 6 Технологические процессы специальных видов электрометаллургии 2.2 Содержание теоретического курса Тема 1. Введение. Развитие электросталеплавильного производства Значение электрометаллургии в современной технике и промышленности. Факторы, определяющие потребность в сплавах со специальными свойствами, а также способствующие возникновению новых способов электрометаллургии – вакуумного дугового, электрошлакового, плазменно-дугового, электронно-лучевого. Рекомендуемая литература: [2]. Тема 2. Электросталеплавильные печи Общая характеристика электрических печей. Электрическая дуга как источник тепловой энергии. Рабочее пространство дуговых печей. Футеровка дуговых печей. Механическое оборудование печей. Электрическое оборудование и работа дуговых печей. Рекомендуемая литература: [2]. Тема 3. Печи, плавильные установки и оборудование специального назначения Индукционные печи. Техника получения и измерения вакуума. Вакуумные индукционные печи. Вакуумные дуговые печи. Электронно-лучевые установки. Плазменно-дуговые печи. Установки электрошлакового переплава. Шлакоплавильные печи. Рекомендуемая литература: [2]. Тема 4. Физико-химические основы плавки стали в дуговых электропечах Строение и свойства жидкого железа и его сплавов. Шлаки сталеплавильных процессов. Реакции окисления и восстановления. Десульфурация стали. Раскисление стали. Газы в стали. Рафинирование стали в вакууме. Рекомендуемая литература: [2]. Тема 5. Технология плавки стали в открытых дуговых печах Основы технологии плавки стали в открытых дуговых печах. Внепечное рафинирование стали. Выплавка конструкционной стали. 6 Выплавка шарикоподшипниковой стали. Выплавка нержавеющей и жаропрочной стали. Выплавка быстрорежущей стали. Кислый процесс в дуговых печах. Рекомендуемая литература: [2]. Тема 6. Технологические процессы специальных видов электрометаллургии Рафинирование металла методами специальной электрометаллургии. Особенности выплавки стали и сплавов в первичных агрегатах специальной электрометаллургии. Основы технологии рафинирующих переплавов. Рекомендуемая литература: [2]. 2.3 Содержание практических занятий Занятие №1. Расчет шихты Определение требуемого количества шихтовых материалов. Рекомендуемая литература: [8]. Занятие №2. Тепловые процессы плавки Тепловая мощность, к.п.д. и производительность печи. Рекомендуемая литература: [8]. Занятие №3. Рафинирование расплавов газами и вакуумированием Закон сохранения массы в количественных расчетах химических реакций. Рекомендуемая литература: [8]. Занятие №4. Рафинирование фильтрованием Оценка эффективности очистки расплава фильтрованием. Рекомендуемая литература: [8]. Занятие №5. Флюсовое рафинирование расплавов. Термодинамика процесса флюсового рафинирования Факторы, определяющие возможность протекания процесса. Рекомендуемая литература: [8]. Занятие №6. Флюсовое рафинирование расплавов. Кинетика процесса флюсового рафинирования Факторы, определяющие скорость очистки расплавов от неметаллических включений. Рекомендуемая литература: [8]. 2.4 Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения 7 1 Горение дуги в вакууме Рекомендуемая литература: [2, с. 43 – 46] 2 Рациональные режимы электроплавки Рекомендуемая литература: [2, с. 108 – 114]; [14, с. 154 – 160]. 3 Рафинирование стали в вакууме Рекомендуемая литература: [2, с. 328 – 341]; [14, с. 81 – 106] 4 Разновидности технологии плавки в большегрузных печах Рекомендуемая литература: [1, с. 457] 5 Плавка в высокомощных водоохлаждаемых печах Рекомендуемая литература: [1, с. 463] 6 Плавка с использованием металлизованных окатышей Рекомендуемая литература: [1, с. 474] 7 Работа дуговых печей и экология Рекомендуемая литература: [1, с. 479] 2.5 Темы семестровой (контрольной) работы Семестровая работа обычно включает в себя пояснительную записку и графическую часть. Расчетно-пояснительная записка должна иметь объем 20-25 страниц машинописного текста и содержать в себе следующие основные разделы: титульный лист; задание; содержание; введение; общее описание печного агрегата и его работы; расчет основных размеров печи; технология выплавки стали; указания по эксплуатации печного агрегата, технике безопасности и охране труда; список использованной литературы. Графическая часть может включать один - два листа формата А1, на которых могут изображаться: чертеж общего вида печного агрегата; чертеж геометрических размеров плавильного пространства; чертежи основных узлов печи. При необходимости, руководитель проекта имеет право изменить тематику чертежей. Темы семестровой (контрольной) работы 8 1 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 3 тонны. 2 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 0,25 т/ч. 3 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 5 тонн. 4 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 0,4 т/ч. 5 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 6 тонн. 6 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 0,5 т/ч. 7 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 10 тонн. 8 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 1 т/ч. 9 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 12 тонн. 10 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 2,5 т/ч. 11 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 15 тонн. 12 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 5 т/ч. 13 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 25 тонн. 14 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 6 т/ч. 15 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 50 тонн. 16 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 8 т/ч. 17 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 60 тонн. 18 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 10 т/ч. 19 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 100 тонн. 20 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 12 т/ч. 9 21 Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки стали производительностью 15 т/ч. 22 Конструкция и расчет дуговой сталеплавильной печи для выплавки стали емкостью 120 тонн. 3 Контрольные вопросы 1 2 3 Классификация электропечей Устройство дуговой электропечи Механическое оборудование ДСП: 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Кожух печи Сводовое кольцо Уплотняющие кольца (экономайзеры) Рабочее окно Сливной желоб Электрододержатели Механизм перемещения электродов Механизм наклона печи Системы опор печи на фундамент Водяное охлаждение Механизм подъема свода Механизм поворота свода Механизм вращения ванны Загрузочная бадья (корзина) 4 Способы загрузки шихты в дуговую печь 5 Футеровка печей. Огнеупорные материалы (динас, шамот, магнезит и т.д.) 6 Кладка и набивка подины основной электропечи 7 Выполнение футеровки стен 8 Футеровка кислой печи 9 Кладка свода ДСП 10 Сушка и спекание подины 11 Повышение стойкости футеровки электропечей 12 Электроды применяемые в ДСП 13 Электрическая дуга и ее горение 14 Электрооборудование печи: 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 Разъединитель Главный автоматический выключатель Печной трансформатор Дроссель Переключатель ступеней напряжения Короткая сеть Автоматические регуляторы Устройство для электромагнитного перемешивания 15 16 Оптимальный режим работы дуговой печи Меры защиты персонала от действия тока 10 17 Размеры плавильного пространства печи и мощность трансформатора (расчет основных размеров печи и расчет печного трансформатора) 18 Сырые материалы и подготовка шихты к плавке: 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.6.1 18.6.2 18.6.3 18.6.4 18.6.5 18.7 18.7.1 18.7.2 18.7.3 18.8 18.8.1 18.8.2 18.8.3 18.8.4 18.9 Стальной и железный лом Губчатое железо Легированные металлоотходы Мягкое железо Передельный чугун Шлакообразующие материалы Известняк Свежеобожженная известь Плавиковый шпат Песок Шамотный бой Окислители Железная руда Окалина Газообразный кислород Добавочные материалы (раскислители и легирующие) Ферросплавы Алюминий Силикоцирконий и другие Никель Науглероживатели 19 Подготовка шихтовых материалов к плавке 20 Технология плавки на углеродистой шихте в основной дуговой печи: 20.1 Загрузка печи 20.2 Загрузка шихты в печь 20.3 Плавление шихты 20.4 Окислительный период плавки 20.5 Шлаки окислительного периода плавки 20.6 Восстановительный период плавки 21 Технология плавки на шихте из легированных отходов 22 Технология плавки в кислой дуговой печи 22.1 22.2 22.3 Требования, предъявляемые к шихтовым материалам Плавление Окислительный период 23 Область применения и преимущества кислой и основной печи 24 Техника безопасности при работе ДСП 25 Технико-экономические показатели работы ДСП (производительность, продолжительность плавки, себестоимость продукции) Литература 11 1.Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов. – 6-е изд., перераб и доп. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 768 с. 2.Поволоцкий В.Я. и др. Электрометаллургия стали и ферросплавов: учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1984. 3.Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. – М.,1977. 4.Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах. Том IV-5 Машины и агрегаты металлургического производства. – М.: Машиностроение, 2004 – 912 с. 5.Телегин А.С. Теплотехнические расчеты металлургических печей. М.,1982. 6.Разливка и кристаллизация: методические указания к практическим занятиям / сост. П.О. Быков, Штиль И.Э. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2007. – 57 с. 7.Авдеев В.А. и др. Основы проектирования металлургических заводов: Справочное издание / В.А. Авдеев, В.М. Друян, Б.И. Кудрин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002. – 464 с. 8.Инкин С.В., Мазалов И.Ф., Пикунов М.В., Тен Э.Б., Шуголь Б.М. Инженерные расчеты по теории литейных процессов. Под ред. Шуголя Б.М. Алма-Ата: Рауан, 1991. – 224 с. 9.Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Т.2 – М.:Металлургия, 1986. 10. Мастрюков Б.С., Сборщиков Г.С. Теплофизика металлургических процессов. Учебник. М.: Металлургия, 1993. – 319 с. 11. Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Энергетический баланс дуговых сталеплавильных печей. – М.: Металлургия, 1971. – 216 с. 12. Роменец В.А., Леонтьев А.М. Дуговые сталеплавильные печи (технико-экономический анализ). М.: Металлургия, 1971. – 216 с. 13. Толоконникова Л.С. Расчет и конструирование механизмов электрических печей. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961 – 239 с. 14. Сойфер В.М., Кузнецов Л.Н. Дуговые печи в сталелитейном производстве. – М.: Металлургия, 1989. 175 с. 15. Лабораторные работы по технологии литейного производства: Учеб. пособие. А.В. Курдюмов, А.М. Михайлов, Б.В. Бауман. Под общ. ред. А.В. Курдюмова. – 2-е изд. М.: Машиностроение, 1990. – 272 с. 16. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Оборудование термических цехов и лабораторий испытания металлов. Учебное пособие. – М., 1988. – 335 с. 12 17. Электрометаллургия стали. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов металлургических и машиностроительных специальностей./ Сост. Сулеймен Е.Б., Быков П.О. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – 49 с. 18. Ищанов Т.К., Василевский О.В., Баймаханова С.Б. Металлургическая теплотехника. Методические указания к курсовому проектированию. – Алматы: КазНТУ, 2003. – 15 с. 19. Гусовский В.А. Теплотехника: Выбор и расчет элементов печей: учебно-методическое пособие / Под ред. Кривандина В.А. – М.: МИСиС, 2002. – 108 с. 20. Гусовский В.А. Теплотехника: Тепловой расчет печей непрерывного действия / Под ред. Кривандина В.А. – М.: МИСиС, 2002. – 84 с. 21. Гусовский В.А. Теплотехника: Тепловой расчет печей периодического действия / Под ред. Кривандина В.А. – М.: МИСиС, 2002. – 71 с. 13
