Современные промышленные технологии

1)Введение  в технологию. Понятие  технических систем.

2)Структура  курса СПТ.

3)Модель  системы преобразования. Её элементы.

4)Системы  технологий производства  материала ( изменение качества за счет изменения состава)

Металлургия подразделяется на:

• Черную

• Цветную

К черной относится:

- Сталь – сплав железа с углеродом (C<2%)

По химич составу бывает:

a) Углеродистые

b) Легированные

По назначению:

a) Нержавеющие

b) Жаростойкие

c) Электротехнические

d) Инструментные

Вредными являются сера и фосфор.

Сталь Фосфор, сера

Обыкновенная <=0.06 %

Качественная <=0.04%

Высококачественная <=0.02%

особовысококачественная <=0.01% 

- Чугун – сплав Fe с С (C>2%)

a) Серый чугун (С4 20)

b) Высокопрочный чугун (B4 60-5)

c) Ковкий чугун (K4 45-10) 

d) Белый чугун (углерод находится в составе карбида железа Fe3C)

Получение черных металлов – Чугун.Сырьем для производства чугуна является: руда, топливо, флюс. Основным видом сырья являются железные руды:  магнитный железняк 70% FE, красный железняк 60% FE, бурый железняк 50% FE. Для выплавки используют кокс или природный газ, в качестве флюсов применяют доломит или известняк. Перед плавкой руду подвергают обработке: 1) перемешивание 2) дробление 3) окускование 4) обогащение. Кокс – продукт высокотемпературной обработки антороцида в безвоздушном пространстве. Плавка – в результате плавки происходит процесс восстановления железа из руды. Химические реакции протекают при t от 500 до 1200. Чистое железо скаплевается внизу доменной печи, насыщается углеродом, вбирает в себя шлаковые примеси и через 1.5- 2 часа сливается в ковш. Полученный чугун обладает плохими свойствами и является сырьем для получения высококачественных чугунов и сталей. При получении стали, чугун не остывая передается в конверторы или в мартэновские печи. Производительность печей может составлять до 2млн. тонн чугуна в год . Процесс плавки непрерывен. Срок службы печи до 10 – 12 лет. Сталь. Для производства используют жидкий или твердый чугун, стальной или чугунный лом. В зависимости от требуемого качества стали используются различные компоненты. Способы: 1) кислородно – конверторный 2) в мартэновских печах 3) в электрических печах.  Основной процесс это удаление избытка углерода. Технология получения. Исходное сырье расплавляется, продувается кислородом, добавляются раскислители. Сталь выдерживается и поступает на разливку.

Получение цветных  металлов – Медь. В чистом виде имеет  красный цвет, t плавления 1083, используется в качестве сплавов (бронза, латунь) Сырье – сульфиды и окисные  руд: медный кольчеган, медный блеск. Технология получения. 1) Обогащение медных руд методом флотации. Из всей руды забираем до 90% меди. 2) Обжег в каменной печи 3) в результате получается Штейн 4) для получения черновой меди расплавленный штейн продувают воздухом и подают в песок. 5) рафинирование – огневым или электролитическим способом. Алюминий . Сырьем является – горные породы с высоким содержанием гликозема. Технология получения 1) получение гликозема  из руды 2) получение алюминия из гликозема. Гликозем получают 3 способами: 1) химико – термический 2) кислотный 3) щелочной Для получения чистого алюминия его продувают хлором 10 – 15 минут.   

5)Общая схема металлургии. Основные стадии.

1) Добыча железной руды

2) Обогащение

3) Окомкование

4) Производство чугуна

5) Производство стали

6) Изготовление слитков

7) Готовая продукция 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6)Методы  добычи, обогащения  и окомкования.

Добыча железной руды (железная рeда считается богатой (Fe>50%)

          Бедной (Fe<50%))

a) Отбоимка

b) Уборка

c) Транспортировка

Обогащение:

Обогащением руды называется операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных примесей в руде

a) Гидрогравитационный способ (основан на разнице объемчастиц в воде)

b) Электромагнитный способ (применит только для магнитного железняка)

c) Флотационный (основ на разнице смачиваемых частиц)

Но во всех этих случаях  концентрат представляет собо порошок и в таком виде в печь заложить нельзя.

Окомкование:

a) Агломерация (спекание)

-концентр+кокс+глина+вода

b) Производство окатышей (отс кокс)

Смесь поставляют а окатывание тарельчатого или барабанного типа. 
 

7)Первый  металлургический  передел (доменное  производство)

Окатыши переплавляются в доменных печах. Доменные печи шахного типа работают по принципу тока (сверху вниз движется исходный материал,снизу вверх осуществляется горячее дутье)

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны и зеркальные (+Mg) для лигированной раскисл стали.

Основным параметром характеризующим доменную печь является полезный объем. Самая крупная печь V=6000м^3 в Японии. В РФ в череповце V=5600м^3. Такя печь потребляет 20000т окатышей, 7000т кокса,около 2000 флюса за сутки. (Флюсы, материалы, применяемые в металлургических процессах с целью образования или регулирования состава шлака, предохранения расплавленных металлов от взаимодействия с внешней газовой средой, а также служащие для связывания окислов при пайке и сварке металлов.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8)Второй  металлургический  передел (выплавка  стали)

Сталеплавильное производство, производство стали из чугуна и стального  лома в сталеплавильных агрегатах  металлургических заводов. Сталеплавильное  производство включает 2 основных технологических процесса — выплавку и разливку стали.

В современной металлургии  важнейшие способы выплавки стали  — кислородно-конвертерный процесс, мартеновский процесс и электросталеплавильный процесс.

Кислородно-конвертерный процесс, один из видов передела жидкого  чугуна в сталь без затраты  топлива путём продувки чугуна в  конвертере технически чистым кислородом сверху.

 кислород под  давлением подаётся водо-охлаждаемой  фурмой через горловину конвертера. С целью образования основного  шлака, связывающего фосфор, в  конвертер в начале продувки  добавляют известь. Под воздействием  дутья примеси чугуна окисляются, выделяя значительное количество  тепла, в результате чего одновременно  снижается содержание примесей  в металле и повышается температура,  поддерживая его в жидком состоянии.  Когда содержание углерода достигает требуемого значения продувку прекращают и фурму извлекают из конвертера. Полученный металл содержит в растворе избыток кислорода, поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металла.

Мартеновское производство, производство в мартеновских печах  металлургических или машиностроительных заводов литой стали заданного  химического состава. Сталь получается путём окислительной плавки загруженных  в печь железосодержащих материалов — чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных  физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой  средой печи.

Электротермические  процессы охватывают плавку стали в  дуговых и индукционных печах. Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная  для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых  печах с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счёт электрической дуги, восстановительная атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов, высокоосновные шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили их использование для производства легированных высококачественных сталей - коррозионностойких, инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, жаропрочных и др., а также сплавов на никелевой основе. Плавка стали в индукционной печи, осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (P, S). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9)Способы  разливки стали.  Прокатное производство.

Разливка металла, процесс наполнения жидким металлом форм, в которых металл кристаллизуется, образуя слитки. Разливка металла  отличают от литья, при котором металл, затвердевая, образует фасонные отливки (детали). В сталеплавильном производстве жидкую сталь из ковша разливают  либо в изложницы, либо на установках непрерывной разливки стали. Существует 2 способа разливки стали в изложницы - сверху и сифоном (снизу). В первом случае сталь поступает непосредственно  из ковша в изложницу (см. рис.); после  наполнения изложницы отверстие  в ковше закрывают, краном перемещают ковш к следующей изложнице, и процесс повторяется. При сифонной разливке одновременно заполняют сталью несколько изложниц (от 2 до 60), установленных на поддоне, в котором имеются каналы, выложенные пустотелым огнеупорным кирпичом; сталь из ковша заливают в центровой литник (трубу), затем она по каналам в поддоне поступает в изложницы снизу. Непрерывная разливка стали, процесс получения из жидкой стали слитков-заготовок (для прокатки, ковки или прессования), формируемых непрерывно по мере поступления жидкого металла с одной стороны изложницы-кристаллизатора и удаления частично затвердевшей заготовки с противоположной стороны. При Непрерывная разливка стали жидкий металл поступает в сквозную изложницу-кристаллизатор (рис. 1). Стенки кристаллизатора (изготовляемого обычно из меди) интенсивно охлаждаются водой, циркулирующей по имеющимся в них каналам. В начале процесса в кристаллизатор вводится временное дно — так называемая затравка. Металл затвердевает у стенок кристаллизатора и у затравки, и оболочка заготовки начинает извлекаться из кристаллизатора с заданной скоростью. Сверху в кристаллизатор непрерывно подаётся жидкий металл в таком количестве, чтобы его уровень был постоянным в процессе всей разливки. Для уменьшения усилий вытягивания кристаллизатору сообщается возвратно-поступательное движение по продольной оси, а на его стенки подаётся смазка. Поверхность жидкого металла предохраняется от окисления слоем синтетического шлака или защитной атмосферой из инертного газа. Выходящая из кристаллизатора заготовка с жидкой сердцевиной попадает в зону вторичного охлаждения, где на её поверхность подаётся из форсунок распылённая вода. После затвердевания по всему сечению заготовка разрезается на части требуемой длины.

Прокатное производство, получение путём прокатки из стали  и других металлов различных изделий  и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения  качества. Прокатка стали. производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т.п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения.

 При втором  способе, применяемом с середины 20 в., прокатка исходной заготовки  заменяется непрерывным литьём (разливкой)  на специальных машинах. После  осмотра и удаления дефектов  заготовка, как и при первом  способе, поступает на станы  для прокатки готовой продукции.  

10)Теория  и практика термической  обработки 

Термическая обработка  металлов, процесс обработки изделий  из металлов и сплавов путём теплового  воздействия с целью изменения  их структуры и свойств в заданном направлении. Термическая обработка металлов подразделяется на собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл, химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействия, и термомеханическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию. Собственно термическая обработка включает следующие виды: отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку без полиморфного превращения и с полиморфным превращением, старение и отпуск. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

11)Пластическое  формообразование.

Тот вид формообразования применимо для пластичных материалов. Пластичность-способность материала  трансформироваться не разрушаясь.особой пластичностью обладает цвет мет. Сталь менее пластична. чистые металлы можно трансформировать в холодном состоянии. Это состояние называется наклеп. Наклёп металлов и сплавов, изменение структуры и соответственно свойств металлов и сплавов, вызванное пластической деформацией при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Наклеп можно ликвидировать  путем нагрева.