Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Утверждаю

Директор института

Чупров В.Б.

«_»2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

“ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ”

Направление подготовки: 150400 Металлургия Профиль подготовки: металлургия чёрных металлов Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2012 г.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Электрометаллургия и производство ферросплавов» является:

- изучение теории и технологии производства стали в электродуговых печах;

- изучение теории и технологии производства стали в индукционных печах;

- изучение теории и технологии производства основных видов ферросплавов;

-изучение теории и технологии специальной электрометаллургии (электро-шлаковый, электро-лучевой, плазменный переплав и т.д).

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Учебная дисциплина «Электрометаллургия и производство ферросплавов» является вариативной частью профессионального цикла образовательной программы подготовки бакалавров по направлению «Металлургия».

Для успешного изучения дисциплины «Теория металлургических расплавов» студенты должны освоить материал ряда дисциплин предшествующего периода обучения: «Физическая химия», «Химия», «Математика», «Физика», «Теплофизика», «Информатика», «Физико-химия металлургических процессов и систем», учебно-ознакомительной практики.

Изучение дисциплины обеспечит формирование у бакалавров профессиональных навыков в области производства стали и ферросплавов в электропечах.

3. Компетенции студента, формируемые в результате освоения дисциплины «Теория металлургических расплавов»

В результате освоения дисциплины студент должен:

1) знать:

- теоретические основы производства стали и ферросплавов в электродуговых печах;

- конструктивные, теплотехнические и технологические особенности различных электросталеплавильных и ферросплавных агрегатов;

- основы технологии выплавки различных марок стали в электродуговых и индукционных печах;

- основы технологии выплавки основных видов ферросплавов;

- способы повышения качества стали за счёт использования вакуумноиндукционных; вакуумно-дуговых, плазменно-дуговых, электронно-лучевых, электрошлаковых установок.

2) уметь:

- рассчитывать состав шихты для производства углеродистых и легированных марок стали в электродуговых печах и индукционных печах;

- рассчитывать размеры ферросплавных печей, в зависимости от марки выплавляемого сплава и производительности;

- рассчитывать состав шихты для выплавки основных марок ферросплавов;

- осуществлять технологический процесс выплавки стали в электродуговой печи (на компьютерной модели);

- оценивать эффективность работы металлургических агрегатов и выбирать.

3) владеть:

- культурой мышления, обобщать и анализировать информацию, ставить цель и выбирать пути её достижения;

- основными методами, способами и средствами защиты производственного персонала и окружающей среды от негативного воздействия металлургических процессов;

- методами самостоятельного сбора информации с использованием компьютера, как средства её получения, обработки и хранения.

Приобретаемые компетенции:

1) общекультурные компетенции:

- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4);

- работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);

2) общепрофессиональные компетенции:

- выбирать направления использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

- осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

- выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11);

- уметь применять методы технико-экономического анализа (ПК-14);

- выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-19);

- использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20).

4. Структура и содержание дисциплины «Теория металлургических расплавов»

4.1. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

Курс Содержание и структура лекционного курса Модуль 1. Производство стали в электродуговых печах.

Тема 1.

Роль и место электрометаллургии стали в современном металлургическом комплексе. История развития в мире и России. Преимущества и недостатки получения стали в электродуговой печи. Классификация электродуговых печей.

Тема 2.

Состав электросталеплавильного цеха. Основное технологическое оборудование участков сталеплавильного цеха. Основные варианты конструктивного исполнения электродуговых печей. Механическое оборудование электросталеплавильной печи. Принцип действия и устройство отдельных элементов конструкции. Материалы применяемые в футеровке электродуговой печи.

Тема 3.

Электрическая дуга, её природа. Типы электродов. Параметры устойчивого горения электрической дуги. Электрическая сеть электродуговой печи.

Шихтовые материалы электросталеплавильного производства.

Углеродсодержащие материалы. Требования к чугуну. Науглероживатели.

Стальной лом. Классификация металлолома. Подготовка металлолома.

Продукты прямого восстановления железа. Твёрдые окислители.

Флюсующие добавки.

Тема 4, 5.

Выплавка стали в электродуговой печи с основной футеровкой. Подготовка печи к плавке. Загрузка шихтовых материалов. Период расплавления, способы его интенсификации. Окислительный период. Окисление примесей твёрдыми окислителями и газообразным кислородом. Восстановительный период. Восстановление оксидов из шлака, десульфурация. Период доводки и раскисления стали.

Тема 6.

Выплавка стали в электродуговой печи с кислой футеровкой. Особенности кислого процесса, область его применения. Безопасность жизнедеятельности труда и охрана окружающей среды в сталеплавильном процессе.

Модуль 2. Специальная электрометаллургия.

Тема 7.

Производство стали в индукционных печах. Сущность индукционного нагрева. Область применения индукционной плавки. Конструкция и принцип действия индукционных печей. Вакуумные печи. Технико-экономические показатели работы индукционных печей.

Тема 8.

Общая характеристика специальных способов электрометаллургии.

Назначение и область применения методов электрометаллургии. Вакуумный дуговой переплав. Электрошлаковый переплав. Электронно-лучевой переплав. Плазменно-дуговая плавка.

Модуль 3. Электротермическое производство ферросплавов.

Тема 9.

Назначение ферросплавов, их классификация и способы производства.

История и тенденции развития производства ферросплавов в России и в мире. Классификация печей производящих ферросплавы. Особенности устройства и работы рудовосстановительных и рафинировочных печей.

Загрузка шихтовых материалов в печи. Способы выпуска жидких продуктов плавки и их разливка.

Тема 10.

Производство ферросилиция. Классификация кремниевых ферросплавов.

Сортамент ферросилиция. Шихтовые материалы для производства ферросилиция и их подготовка к плавке. Требования качеству шихтовых материалов. Диаграмма состояния Fe-Si. Основные физико-химические превращения в пространстве ферросплавной печи. Технико-экономические показатели работы печей, производящих ферросилиций.

Тема 11.

Производство ферромарганца. Классификация сплавов ферромарганца.

Сортамент ферромарганца. Шихтовые материалы для производства ферромарганца и их подготовка к плавке. Требования качеству шихтовых материалов. Диаграмма состояния Fe-Mn. Основы теории и технологии производства углеродистого ферромарганца. Основы теории и технологии выплавки мало- и среднеуглеродистого ферромарганца. Техникоэкономические показатели производства ферромарганца.

Тема 12, 13.

Производство феррохрома. Классификация сплавов феррохрома. Сортамент феррохрома. Шихтовые материалы для производства феррохрома и их подготовка к плавке. Требования качеству шихтовых материалов. Диаграмма состояния Fe-Cr. Основы теории и технологии производства углеродистого ферромарганца. Основы теории и технологии производства среднеуглеродистого феррохрома. Основы теории и технологии производства малоуглеродистого феррохрома. Рециклинг металлургических отходов образующихся при производстве феррохрома. Техникоэкономические показатели производства феррохрома.

Модуль 4 Металлотермический, доменный и электротермический способы производства ферросплавов Тема 14.

Металлотермические способы производства ферросплавов. Сущность металлотермического производства ферросплавов, применяемое оборудование, конструкция тиглей. Производство ферротитана. Сортамент ферротитана. Шихтовые материалы для производства ферротитана и их подготовка к плавке. Требования качеству шихтовых материалов. Диаграмма состояния Fe-Ti. Основы теории и технологии производства ферротитана.

Технико-экономические показатели производства ферротитана.

Тема 15.

Доменный способ выплавки ферросплавов. Сортамент доменных ферросплавов. Особенности технологии выплавки ферросплавов в доменных печах. Технико-экономические показатели производства ферросплавов в доменных печах.

Электролитический способ производства ферросплавов. Сортамент ферросплавов, выпускаемых электролитическим способом. Конструкция и принцип действия электролизёра. Технико-экономические показатели производства ферросплавов электролитическим способом.

Определение основных размеров дуговой электросталеплавильной печи Расчёт шихты для выплавки стали в дуговых Расчёт основных размеров установки электрошлакового переплава Расчёт шихты для выплавки ферросилиция Расчёт шихты для выплавки феррохрома 4.3. Нормы распределения бюджета времени на самостоятельную работу Подготовка к практическим Остаточное время на самостоятельную работу, которое распределяется между Подготовка к коллоквиуму или 0,5 часа/час лекций по теме,

ИТОГО ЧАСОВ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ 58 часов

электрометаллургии в России и мире, определить направления научной работы, направленной на совершенствование технологических процессов и конструкции основного оборудования.

Способы реализации: изучение и анализ научных статей и официальной статистики в специализированных журналах: «Известия ВУЗов. Черная металлургия»; «Сталь»; «Новости черной металлургии за рубежом»; «Чёрные металлы»; «Электрометаллургия»; «Металлург»; «Металлургия и литьё Украины»; интернет ресурсов: steeluniversity.org; elibrary.ru; academic.ru, emchezgia.ru; научных трудов конференций по производству стали и ферросплавов в электропечах.

Самостоятельная работа студентов (СРС) включает:

- изучение и конспектирование литературы в соответствии с программой курса;

- подготовку к практическим занятиям в соответствии с программой курса;

- выполнение расчетных заданий по индивидуальному варианту на тему: «Определение основных размеров дуговой электросталеплавильной печи» (Методические указания Липецк 2008, ЛГТУ, авторы-составители:

В.Н. Вечер, О.Н. Голубев, Т.В. Кравченко);

«Расчёт шихты для выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах»

(Методические указания, Липецк 2006, ЛГТУ, авторы-составители: В.Н.

Вечер, Т.В. Кравченко);

«Расчёт шихты для выплавки ферросилиция, расчёт шихты для выплавки феррохрома, расчёт шихты для выплавки ферротитана» (Учебное пособие, Липецк 2011, ЛГТУ, авторы: Михайлов В.Г., Кравченко Т.В.).

- работу с Internet -источниками;

- подготовку к текущему контролю, проводимому в течение семестра;

- подготовку к экзамену.

Все формы самостоятельной работы студентов обеспечиваются наличием вычислительной техники компьютерного класса кафедры «Металлургия» с Internet-подключением и лицензионным программным обеспечением, а также учебно-методической и справочной литературой по изучаемой дисциплине. Для обеспечения выполнения студентами самостоятельного изучения теоретических вопросов предложена рекомендуемая литература и перечень источников в сети Internet.

привлечения студентов к самостоятельной творческой деятельности.

Элементы творчества являются обязательными при выполнении практических и лабораторных работ и при работе на лекциях. При подготовке к практическим, лабораторным работам и лекциям студенты используют справочную и периодическую литературу по соответствующей тематике раздела дисциплины.

Промежуточный контроль успеваемости контингента студентов осуществляется посредством аттестации (1-я аттестация, в соответствии с Положением о балльно-рейтинговой системе) на основании проведения тестирования по соответствующим темам лекционного (теоретического) курса дисциплины, осуществляемых во время проведения коллоквиумов на практических занятиях:

1) коллоквиум №1 – модуль №1 «Производство стали в электродуговых печах»;

2) коллоквиум №2 – модуль №2 «Специальная электрометаллургия»;

3) коллоквиум №3 – модуль №3 «Электротермические способы производства ферросплавов»;

4) коллоквиум №4 – модуль №4 «Металлотермический, доменный и электротермический способы производства ферросплавов.

5. Образовательные технологии Лекционные занятия проводятся в аудиториях, оборудованных компьютерами, электронными проекторами. Основная часть лекционного материала оформлена в виде презентаций с использованием стандартной программы PowerPoint, входящий в пакет MsOffice. Около 50% времени практических занятий проводятся с применением информационнокоммуникационных технологий, направленных на формирование и развитие презентационных, коммуникационных, аналитических и экспертных навыков. Занятия лекционного типа для групп студентов составляют не более 30% от аудиторных занятий.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов Текущий контроль проводится на практических занятиях с целью определения качества усвоения лекционного материала и части дисциплины, предназначенной для самостоятельного изучения. Наиболее эффективным является его проведение по окончании изучения очередной учебной темы с использованием фонда тестовых заданий и/или вопросов для текущего контроля.

Пример тестового задания для текущего контроля знаний 1. Выделите из нижеперечисленных электродуговых печей те, которые по принципу действия можно отнести к рафинировочным ферросплавным а) открытые или закрытые печи непрерывного действия, в которых шихту загружают порциями по мере её проплавления, а металл и шлак выпускают периодически;

б) открытые или закрытые печи периодического действия, в которых процесс ведут с полным проплавлением шихты и полным выпуском продуктов плавки;

в) закрытые печи периодического действия, в которых осуществляется декарбонизация сплава, путём продувки воздухом или кислородом;

г) закрытые печи непрерывного или периодического действия, в которых осуществляется декарбонизация сплава, путём продувки воздухом или кислородом;

д) открытые или закрытые печи непрерывного или периодического действия, в которых осуществляется рафинирование сплава, путём продувки аргоном.

2. Какие из нижеперечисленных механизмов и устройств не применяются в конструкции сталеплавильной электродуговой печи?

а) заслонка рабочего окна;

б) кислородная фурма;

в) газовая горелка;

г) механизм наклона печи;

д) механизм вращения печи;

е) устройство электромагнитного перемешивания.

3. Какое из нижеперечисленных определений относится к процессу электрошлакового переплава?

А) процесс выплавки синтетического флюса из смеси плавикового шпата и извести в электродуговой печи с целью получения синтетического флюса, применяемого для рафинирования стали при разливке;

Б) процесс выплавки стали в электродуговой печи с использованием специально наведённого шлака, рафинирующего расплав от вредных примесей и газов;

В) процесс повышения качества стали путём её рафинирования при расплавлении готового стального слитка в шлаке, нагрев которого осуществляется при прохождении через него электрического тока, и последующей охлаждением и застывании в кристаллизаторе с получением слитка необходимой формы;

Г) процесс повышения качества жидкой стали, путём её продувки подслоем рафинировочного шлака инертными газами, порошкообразными реагентами, а также легирования и нагрева перед разливкой в агрегате, оборудованном установкой электродугового нагрева.

Пример основных вопросов для текущего контроля знаний 1. Перечислите основные элементы конструкции электродуговой печи.

Объясните принцип нагрева стали в индукционной печи.

3. Что такое кратность шлака?

Семестровый контроль по итогам освоения дисциплины – экзамен (по билетам).

Пример основных вопросов и задач к экзамену в билетах:

1.Основы металлотермическим способом.

2.Выплавка стали в электродуговой печи с кислой футеровкой.

1. История развития электроплавки стали в мире и России. Преимущества и недостатки получения стали в электродуговой печи.

2. Сущность электроплазменного переплава.

1. Поведение вредных примесей в процессе выплавки стали в электродуговой печи с основной футеровкой.

2. Основы теории и технологии выплавки углеродистого феррохрома.

Распределение баллов текущего контроля по видам учебных работ представлено в таблице:

Выполнение расчетных работ по индивидуальному Допуском к экзамену служит успешная работа студента в семестре ( и более баллов), а именно, выполнение всех заданий на практических работах и их защита.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение данной дисциплины:

а) основная литература:

1. Гудима, Ю.А. «Производство стали в дуговых печах. Конструкции, технология, материалы». [Текст]: Ю.А. Гудима, И.Ю. Зинуров, А.Д. Киселев – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2010. – 579 с.

2. Тулуевский, Ю.Н. «Инновации для дуговых сталеплавильных печей.

Научные основы выбора» [Текст]: Ю.Н. Тулуевский, И.Ю. Зинуров – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2010. – 347 с.

3. Производство ферросплавов [Текст]: учебное пособие / В.Г. Михайлов, Т.В. Кравченко - Липецк: Издательство ЛГТУ, 2011, 56 с.

б) дополнительная литература:

затвердевание отливок. - М.: МИСиС, 2005 – 416 с.

2. Рыжонков Д.И. Теория металлургических процессов, 2-е изд. перераб.

и доп. - М.: Металлургия, 2002 г. – 324 с.

металлургических процессов, 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 2004г.- 342 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1) steeluniversity.org;

2) elibrary.ru;

3) academic.ru;

4) emchezgia.ru.

8. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины используются мультимедийные лекционные аудитории и лаборатории кафедры «Металлургия»: «Физико-химии металлургических процессов», «Холодного моделирования». Лекционные занятия проводятся с использованием мультимедийных средств, в том числе, комплектов слайдов в формате презентации темы дисциплины.

программным обеспечением, локальной вычислительной сетью и доступом в Internet для работы с Web-ресурсами по изучаемой дисциплине. Научнотехническая библиотека ЛГГУ располагает обширным фондом научнотехнической литературы по данной дисциплине.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению бакалавриата «Металлургия» и профилю подготовки «Металлургия чёрных металлов».

Автор: доц., к.т.н. Михайлов В.Г. _ Программа одобрена на заседании кафедры металлургии «_»_201_ г., протокол №_ Председатель ОПН (ОПС): к.т.н. Чупров В.Б. «»201_ г.