Доменний процес

ВСТУП

Затверджено

РОБОЧА ПРОГРАМА,

Содержание

От составителей……………………………………………………………………………………….

Методика многостороннего исследования личности………………………………………………

Комбинированный личностный опросник………………………………………………………….

Краткий отборочный тест…………………………………………………………………………….

Тест-опросник уровня субъективного контроля……………………………………………………

Методика исследования ценностных ориентаций………………………………………………….

Тест «Несуществующее животное»………………………………………………………………….

Оценка функциональных состояний с использованием опросника «сан»…………………………

Оценка уровня притязаний…………………………………………………………………………….

Метод «Незаконченные предложения»……………………………………………………………….

Методика Дембо - Рубинштейна……………………………………………………………………….

Методика свободного самоописания…………………………………………………………………..

Методика «Расстановка чисел…………………………………………………….…………………….

Корректурная проба…………………………………………………………………………………….

методичні вказівки та індивідуальні завдання

до вивчення дисципліни «Системи технологій промисловості» для студентів напрямів 6.030502 – економічна кібернетика, 6.030504 – економіка підприємства, 6.030508 – фінанси і кредит, 6. 030509 – облік і аудит

на засіданні Вченої ради

академії

Протокол № від

Дніпропетровськ НМетАУ 2013

УДК 669.053

Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Системи технологій промисловості» для студентів напрямів 6.030502 – економічна кібернетика, 6.030504 – економіка підприємства, 6.030508 – фінанси і кредит, 6. 030509 – облік і аудит / Укл.: Л.В. Камкіна, А.А. Надточій, Р.В. Анкудінов, О.В. Бабенко. - Дніпропетровськ: НМетАУ, 2013. - 33 с.

Наведені робоча програма, короткий огляд основних металургійних переділів, виробничих агрегатів, допоміжного обладнання, технологічних особливостей виробництва чавуну та сталі, теми й питання навчальної програми дисципліни. Представлені варіанти індивідуального завдання, методичні вказівки до його виконання.

Призначена для студентів напрямів 6.030502 – економічна кібернетика, 6.030504 – економіка підприємства, 6.030508 – фінанси і кредит, 6. 030509 – облік і аудит.

Укладачі: Л.В. Камкіна, д-р техн. наук, проф.

А.А. Надточій, канд. техн. наук, доц.

Р.В. Анкудінов, канд. техн. наук, доц.

О.В. Бабенко, канд. техн. наук, доц.

Відповідальна за випуск Л.В. Камкіна, д-р техн. наук, проф.

Рецензент, д-р техн. наук, проф. (НМетАУ)

РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНИХ ГОДИН ДИСЦИПЛІНИ «СИСТЕМИ ТЕХНОЛОГІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ»

за напрямами 6.030502 – економічна кібернетика

6.030504 – економіка підприємства

6.030508 – фінанси і кредит

6. 030509 – облік і аудит

	Усього	семестри
II	III
Усього часів за навчальним планом
у тому числі: Аудиторні заняття
з їх: - лекції
- лабораторні заняття	-	-	-
- практичні заняття		-
- семінари	-	-	-
Самостійна робота
Кількість індивідуальних завдань
Підсумковий контроль		уст.сес	екз.

Дисципліна "Системи технологій промисловості" має мету дати студентам економічних спеціальностей необхідні знання по виробництву чорних металів і сплавів, частка яких складає 90 % всього металургійного виробництва.

В даний час найбільше використання має двоступенчатий спосіб отримання сталі, який включає виплавку чавуну в доменних печах і різних видів сталеплавильних переділів. Сучасний рівень металургійного виробництва заснований не тільки на знанні технології і устаткування металургійних виробництв, але і процесів, які супроводжують виплавку чавуну, cталі та феросплавів. В методичних вказівках приведений короткий огляд основних металургійних переділів, виробничих агрегатів, допоміжного устаткування, технологічних особливостей виробництва чавуну, сталі та феросплавів.

Вивчення дисципліни для студентів напрямів 6.030502 – економічна кібернетика, 6.030504 – економіка підприємства, 6.030508 – фінанси і кредит, 6.030509 – облік і аудит включає лекції по розділах дисципліни, самостійну роботу над підручниками, виконання практичного практикуму та індивідуального завдання. Виконані індивідуальні завдання повинні буті представлені для перевірки. Після вивчення дисципліни "Системи технологій промисловості" студент, який навчається за напрямами 6.030502 – економічна кібернетика, 6.030504 – економіка підприємства, 6.030508 – фінанси і кредит, 6.030509 – облік і аудит, здає екзамен.

ЛІТЕРАТУРА, ЩО РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ

1. Воскобойников В.Г. Общая металлургия / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев; под. ред. В.Г. Воскобойникова. – [3-е изд.]. – М.: Металлургия, 1979. – 487 с.

2. Линчевский Б.В. Металлургия черных металлов: учеб. для техникумов / Б.В. Линчевский, А.Л. Соболевский, А.А. Кальменев. - [2-е изд.]. – М.: Металлургия, 1986. – 360 с.

3. Ефименко Г.Г. Металлургия чугуна / Г.Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко. - [2-е изд.]. – К.: Вища школа, 1974. – 488 с.

4. Металлургия чугуна / [Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др.]. - М.: Металлургия, 1989. – 512 с.

5. Кудрин В.А. Металлургия стали: учеб. для вузов / В.А. Кудрин. - [2-е изд.]. – М.: Металлургия, 1989. – 560 с.

6. Бигеев А.М. Металлургия стали / А.М. Бигеев. – М.: Металлургия, 1977. – 440 с.

7. Технология производства стали в современных конвертерных цехах / [С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др.]; под. ред. С.В. Колпакова. – М.: Машиностроение, 1991. – 464 с.

8. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали / Соколов Г.А. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.

9. Гасик М.И. Электрометаллургия ферросплавов: Учебник для вузов / М.И. Гасик, Б.И. Емлин. - Киев; Донецк: Вища школа, 1983. – 376 с.

10. Гасик М. И. Теория и технология производства ферросплавов / М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин. – М.: Металлургия, 1992. – 668 с.

11. Рысс М.А. Производство ферросплавов / М.А. Рысс. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ

Область технології металів, яка займається вивченням способів виробництва металів і сплавів, називається металургією. Відповідно до загальної класифікації металів її можна розділити на металургію чорних металів і металургію кольорових металів.

Найбільше використовуються в промисловості чорні метали, до яких в першу чергу відносять сплави заліза з вуглецем - сталі і чавуни, які мають цінні фізико-механічні властивості.

Для виплавку чавуну використовують шихту - суміш матеріалів, що підлягає переробці в доменних печах. Шихта для виробництва чавуну складається з підготовленої руди, палива і флюсів, взятих в певних співвідношеннях.

Руда представлена різними оксидами заліза. Паливо забезпечує необхідну температуру для плавлення компонентів шихти, вуглець палива бере участь в процесах відновлення і входить до складу залізовуглецевих сплавів. Флюси знижують температуру плавлення пустої породи - з'єднань, що не містять елементів, необхідних для отримання чавуну.

1.1 Вихідні матеріали, що використовуються при виробництві чавуну

Руда - гірська порода, в якій залізо знаходиться у вигляді хімічних сполук з киснем, сіркою і іншими елементами. В руді знаходяться інші з'єднання, що не містять заліза, такі як кремнезем (SiO₂), глинозем (А1₂О₃) і ін. Вони практично повністю переходять в шлак.

В рудах присутні такі залізомістячі мінерали: магнітний залізняк, червоний залізняк, бурий залізняк, шпатовий залізняк.

Магнітний залізняк складається головним чином з мінералу магнетиту (Fe₃O₄). Ця руда містить 60-70% заліза і невелику кількість шкідливих домішок (сірки і фосфору), вона важка, майже чорного кольору, має високу щільність і володіє магнітними властивостями.

Червоний залізняк містить в основному мінерал гематит - безводний оксид заліза (Fе₂O₃). Руда червоного кольору з різними відтінками, рихла і пориста, внаслідок чого залізо легше відновлюється.

Бурий залізняк є водним оксидом заліза і зустрічається у вигляді лимоніту (2Fe₂О₃^.ЗН₂О) і гетиту (Fе₂O₃^.Н₂О). Руда бурого кольору з відтінками.

Шпатовий залізняк - це вуглекислі з'єднання заліза - сидерити (FеСО₃), найбідніша руда. Вона сірого, жовтуватого або бурого кольору.

Виплавка чавуну відбувається при високій температурі. Джерелом тепла є паливо, яке бере участь в хімічних реакціях, що протікають при виробництві чавуну.

Паливо для виробництва чавуну повинно мати високу теплотворну здатність, міцність, пористість, невелику зольність і мінімальний вміст сірки. Цим вимогам відповідає кокс. Він добре горить, розвиває високу температуру і зберігає достатню міцність. Кокс є основним видом палива при виплавці чавуну.

Одержують кокс шляхом сухої перегонки кам'яного вугілля, що коксується, в коксівних печах. Процес коксування полягає в нагріванні вугілля без доступу повітря до температури 1000-1100 °С.

Для нормального ходу доменного процесу необхідно, щоб домішки плавилися при певній температурі після відновлення з руди заліза. Температури плавлення домішок і золи палива, що є в шихті, значно вище необхідних.

Для зниження температури плавлення пустої породи і золи в доменну піч вводять флюси, які сплавляються з порожньою породою руди і золою, утворюючи шлак. Флюсом при отриманні чавуну є вапняк.

1.2 Підготовка руди до плавки

Залежно від характеристики руди, що добувається, застосовують наступні стадії підготовки: 1) дроблення; 2) сортування по класах крупності; 3) збагачення; 4) обпал; 5) усереднювання; 6) окусковання.

Машини, що застосовують для дроблення - дробарки, можуть зменшувати розмір шматків до 5-6 мм. Отримання менших фракцій називають подрібненням. Його здійснюють в млинах різних конструкцій.

Дроблення і подрібнення майже завжди супроводжується грохоченням і класифікацією - процесами, мета яких - розділення шматків і частинок руди по крупності. Відмінність грохочення від класифікації полягає в тому, що при грохоченні проводять сортування шматків на ситах, а класифікацією розділяють дрібні шматочки і частинки (менше 1-3 мм) у водному або в повітряному середовищі.

Збагачення - розділення руди на концентрат з високим вмістом рудного мінералу і хвости з низьким його вмістом. Існують такі способи збагачення корисної копалини: 1) промивка; 2) гравітаційне збагачення; 3) магнітна сепарація; 4) флотація.

Промивка ефективна для матеріалів з м'якою, особливо глинистою порожньою породою і щільними мінералами металу. Гравітаційне збагачення засновано на відділенні корисних мінералів від порожньої породи по відмінності їх питомої щільності. Магнітна сепарація заснована на різній магнітній сприйнятливості залізомістячих мінералів і частинок порожньої породи. Флотація заснована на різній змочуваності поверхні зерен рудних мінералів і пустої породи.

Окислювальне випалення (нагрів руди до високих температур 900-1000 °С в атмосфері повітря) проводять для видалення СО₂ карбонатів і сірі (у вигляді SО₂). Мета відновлювального випалення (нагрів руди у відновлювальній атмосфері) полягає в перетворенні слабомагнітного оксид Fе₂О₃ в сильномагнітний Fe₃O₄ по реакції Fе₂О₃+СО(Н₂)=Fе₃О₄+СО₂(Н₂О).

Усереднювання є перемішуванням великої маси рудного матеріалу для отримання постійного вмісту заліза.

Одержані після збагачення руд тонкоподрібнені концентрати (<0,1 мм) не можна використовувати в доменній печі, оскільки вони не забезпечують високої газопроникненості шихти. Перетворення дрібних частинок рудних концентратів і деяких інших матеріалів в крупніші шматки складає основну мету процесів окусковання. Агломерація - це термічний спосіб окусковання дрібних матеріалів для поліпшення їх металургійних властивостей, здійснюваний шляхом спалювання дрібного палива в шарі матеріалу за рахунок безперервного проходження повітря. Способом окусковання тонкоподрібнених концентратів (<0,1 мм) є отримання обкотишів (кульок діаметром 15-20 мм). Технологія виробництва залізорудних обкотишей складається із двох стадій: 1) отримання сирих обкотишей з концентрату; 2) зміцнюючого випалення.

1.3 Вогнетривкі матеріали

Металургійні процеси відбуваються при високих температурах. Тому металургійні агрегати футерують вогнетривкими матеріалами. Вони повинні бути механічно міцними, не розм'якшуватися і не розтріскуватися при високих температурах, не вступати в хімічні реакції з пічними газами, розплавленими шлаком та металом.

Вогнетриви це матеріали, температура оплавлення яких не нижче 1500°С. Захисне внутрішнє облицьовування печей називається футеровкою.

Всі вогнетривкі матеріали розподіляються на кислі, основні і нейтральні. До кислих матеріалів відноситься динас, основу якого складає кремнезем (90-96%). Його вогнетривкість 1670-1730 °С.

До основних вогнетривких матеріалів відносять магнезит, доломіт і хромомагнезит. Магнезит (MgO) - тугоплавкий матеріал (температура плавлення 2000-2200 °С), володіє хімічною стійкістю. Доломіт - містить в основному СаО і MgO. Його вогнетривкість 1800-1900 °С. Хромомагнезит містить оксид хрому (Сг₂О₃) і оксид магнію (MgO). Вогнетривкість хромомагнезиту 2000 °С, він витримує коливання температури і не розтріскується при різких термозмінах.

Нейтральними вогнетривкими матеріалами є шамот і хромовий залізняк. Шамот відносно дешевий вогнетривкий матеріал, що містить 35-42% (А1₂О₃), 45-64% (SiO₂) і трохи (Fe₂O₃). Шамот має достатню вогнетривкість (температура плавлення 1600-1700 °С), трохи розтріскується при високих температурах. Хромовий залізняк є нейтральним вогнетривким матеріалом (вогнетривкість його 1850-1950 °С), міцний і не чутливий до змін температури.

Лещаді доменних печей футерують вуглецевими блоками, що складаються з суміші антрациту, коксу або графіту з маслопеком, і високогліноземістими вогнетривкими матеріалами.

1.4 Конструкція доменної печі

Виплавка чавуну здійснюється в доменній печі, що представляє шахтну піч безперервної дії. Зверху в піч завантажується шихта, яка по ходу плавки опускається вниз. Назустріч шихті знизу підіймаються гази. Доменні печі мають висоту в середньому 30 м.

Верхня частина називається колошником. Через колошник в піч завантажується шихта і з печі відводяться колошникові гази. Для завантаження шихти використовується колошниковий пристрій. Нижче після колошника розташовується шахта. Щоб шихта, що нагрівається, опускалася в процесі плавки, шахта в нижній частині має більший діаметр. Найширша частина печі - розпар - має циліндричну форму. Нижній усічений конус - заплечики - звужується донизу, для утримання шихти, що знаходиться в шахті і розпарі. В нижній частині доменної печі - горні - йде горіння коксу і накопичуються рідкий чавун і шлак. Нижня частина горна - лещадь. У верхній частині горна рівномірно по колу розташовані 12-20 отворів - фурм, через які повітрядмуховними машинами під тиском подається в піч підігріте до температури 900-1100 °С повітря, що забезпечує горіння палива.

Частина горна, розташована нижче фурм, називається металоприймачем. В ньому накопичуються чавун і шлак. В горні, нижче фурм, розташована шлакова льотка - отвір для випуску шлаку, а в нижній частині - чавунна льотка для випуску чавуну.

Основними технологічними характеристиками доменної печі є її корисна висота і корисний об'єм. Корисною висотою називається відстань від осі чавунної льотки до рівня опускання великого конуса засипного апарату. Корисний об'єм - об'єм, заповнений шихтою і продуктами плавки. Доменні печі мають корисний об'єм до 5000 м³.

1.5 Допоміжні пристрої доменної печі

До допоміжних пристроїв доменної печі відносяться газоочисники, повітронагрівачі, підйомні і завантажувальні пристрої.

Доменні, або колошникові гази, що виділяються під час плавки чавуну, містять значну кількість оксиду вуглецю і водню. Їх можна використовувати як паливо. Проте доменні гази забруднені пилом і перед використанням їх потрібно очистити. Для цього колошникові гази по трубах спрямовують в газоочисники.

Спочатку проводиться грубе очищення в пилоуловлювачах, де під дією відцентрової сили тверді частинки, що знаходяться в газі, відкидаються до стінок циліндра і падають, а після первинного очищення газ йде далі. Напівтонке очищення газу проводиться в скруберах, де назустріч газу подається вода, що змочує і захоплює тверді частинки. Тонке очищення здійснюється в електрофільтрах або трубах Вентурі.

Для горіння палива в доменну піч безперервно подається повітря. З метою зменшення витрат палива і підвищення продуктивності доменної печі повітря перед подачею в піч нагрівається до температури 900-1100 °С. Підігрів проводиться у повітронагрівачах - кауперах - за рахунок спалювання в них колошникового газу.

Каупер має циліндричну форму (висота 25-40 м, діаметр 6-8 м) з куполоподібним верхом. Всередині він викладений вогнетривкою шамотною цеглою і розділений на дві частини: камеру горіння і насадку з вогнетривкої цегли. Спочатку каупер працює на нагрів. В нього подається газ, змішаний з повітрям. Продукти горіння, проходячи через вертикальні канали насадки, нагрівають кладку до заданої температури і йдуть в димар.

Після нагріву насадки (1-2 години) повітронагрівач перемикають на дуття: припиняють подачу палива і турбоповітродувкою нагнітають холодне повітря, яке нагрівається до високої температури і по трубопроводу поступає в доменну піч. Тривалість режиму дуття ~1 г.

Звичайно кожна доменна піч має 3-4 повітронагрівача.

У основі виробництва чавуну лежить процес відновлення заліза з його оксидів (в руді залізо може бути у вигляді Fe₂O₃, Fe₃O₄). Відновники - оксиди вуглецю, вуглець коксу і водень, що утворюються в ході доменного процесу. В результаті фізико-хімічних процесів залізняк втрачає кисень. Відновлене залізо має здатність поглинати вуглець. В результаті утворюється сплав заліза з вуглецем (чавун).

Чавун, що утворюється в доменній печі, накопичується в горні. Він випускається періодично 6-8 разів на добу через чавунну льотку. Для цього в льотці спеціальними бурильними машинами пробивається отвір, і рідкий чавун по жолобу прямує в чавуновозні ковші. Після випуску чавуну чавунна льотка закладається вогнетривкою масою.

Шлак накопичується в горні на поверхні чавуну і видаляється через шлакову льотку в шлаковозні ковші і далі на переробку або у відвал. На сучасних крупних доменних печах шлак випускають через чавунну льотку після випуску чавуну.

1.7 Фізико-хімічні процеси в доменній печі

У доменній печі в ході плавки є два потоки: зверху вниз переміщуються шихтові матеріали; знизу підіймаються гарячі відновлювальні гази.

Знизу в піч через фурми поступає нагріте повітря. Кисень повітря взаємодіє з вуглецем коксу по реакції: С + О₂ = СО₂ + Q.

Реакція йде з виділенням великої кількості тепла, і на рівні фурм температура досягає 1700 - 2000 °С. СО₂, реагуючи з розжареним коксом, перетворюється в СО по реакції: СО₂ + С = 2СО. Велика частина цього оксиду вуглецю йде на відновлення оксидів заліза, кремнію, марганцю і інших хімічних елементів.

Опускаючись нижче, шихта потрапляє в зони високих температур, де йдуть процеси відновлення заліза оксидом вуглецю (непряме відновлення) за реакціями:

3Fe₂O₃ + СО = 2Fe₃O₄ + СО_2.

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CО₂.

FeO + CO = Fe + CO₂.

Відновлення заліза з руди може відбуватися також за рахунок вуглецю коксу (пряме відновлення) при температурі 950-1000 °С: FеО + С_кок = Fе + СО.

Відновлене залізо, контактуючи з оксидом вуглецю, при температурі 820-850 °С навуглецьовується: 3Fe + 2СО = Fe₃C + СО₂.

У нижній частині шахти кількість вуглецю в залізі досягає 1%. Утворюється карбід заліза Fe₃C, який розчиняючись в залізі, утворює чавун, знижуючи температуру плавлення заліза.

Подальше насичення заліза вуглецем відбувається, коли метал вже знаходиться в розплавленому стані і проходить через шар гарячого коксу. Залізо звичайно розчиняє ~ 4 % вуглецю.

1.8 Процеси відновлення інших елементів і шлакоутворення в доменній печі

Разом з оксидами заліза в шихті присутні оксиди марганцю, кремнію, фосфору і з'єднання сірки. В ході доменного процесу ці сполуки вступають в хімічну взаємодію з вуглецем. Ці реакції йдуть з поглинанням теплоти, а тому відновлення цих домішок відбувається при температурі 1000-1200 °С. Відновлені марганець, кремній і фосфор переходять в чавун.

Таким чином, виплавлений в доменній печі чавун, окрім заліза і вуглецю, містить кремній, марганець, сірку і фосфор.

При нормальній течії плавки в районі розпару починається утворюватися шлак з порожньої породи руди, золи і сірки коксу.

Вапняк, що додається в шихту як флюс, при високій температурі розкладається на оксид кальцію (СаО) і вуглекислий газ (СО₂). Оксид кальцію реагує з порожньою породою (оксидами кремнію, алюмінію і т. п.) і іншими домішками і утворює шлак. Частково віддаляються в шлак сірка (у вигляді з'єднання CaS), оксиди заліза і марганцю.

Регулюючи склад шлаку можна корегувати склад чавуну.

Кількість шлаку, що утворюється в доменній печі, складає приблизно 40-50% від об'єму чавуну, що виплавляється.