Государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Утверждаю

Директор института

Чупров В.Б.

«_»201_ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

“ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ 2”

Направление подготовки: 150400 Металлургия Профиль подготовки: металлургия чёрных металлов Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2011 г.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Теория и технология производства стали 2»

являются: изучение современного оборудования и технологий внепечной обработки и разливки стали различными способами, а также их влияния на качество получаемой сталеплавильными цехами металлопродукции.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Учебная дисциплина «Теория и технология производства стали 2»

является вариативной частью профессионального цикла образовательной программы подготовки бакалавров по направлению 150400 «Металлургия».

Для успешного изучения дисциплины «Теория металлургических расплавов» студенты должны освоить материал ряда дисциплин предшествующего периода обучения: «Физическая химия», «Химия», «Математика», «Физика», «Теплофизика», «Металлургические технологии 1, 2, 3» и учебно-ознакомительной практики.

Изучение дисциплины обеспечит формирование у бакалавров профессиональный подход к решению задач технического характера. Знание, умения и навыки, полученные в ходе освоения дисциплины, используются в физико-химических расчётах и инженерном анализе сталеплавильных процессов и исследовательских работах.

3. Компетенции студента, формируемые в результате освоения дисциплины «Теория и технология производства стали 2»

В результате освоения дисциплины студент должен:

1) знать: задачи и способы внепечной обработки и разливки стали;

теоретические основы и закономерности внепечной обработки стали в агрегатах УДМ, УПК, RH-ваккуматорах, теоретические основы кристаллизации и закономерности формирования слитка, его физическое и кристаллическое строение; основное технологическое оборудование для разливки стали в изложницу, на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и литейно-прокатных агрегатах (ЛПА); специальные приемы, обеспечивающие ресурсо- и энергосбережение и высокую производительность технологий, получение бездефектного слитка и непрерывнолитых заготовок, экономичность процесса и безопасность труда;

автоматизацию и стандартное метрологическое обеспечение технологических процессов.

2) уметь: выбирать рациональный способ внепечной обработки и разливки конкретной марки стали, в том числе, по IF-стандарту; выбирать необходимое оборудование для внепечной обработки и разливки с обоснованием и расчетом его количества; рассчитывать и разрабатывать технологию обработки и разливки стали; определять дефекты поверхности, макроструктуры и геометрии слитка и разрабатывать мероприятия по их устранению; уметь анализировать качество исполнения технологии разливки и состояния оборудования, причины возникновения дефектов и аварийных ситуаций.

3) владеть: информацией о вкладе российский ученых в развитие теории и практики производства стали; методиками: инженерного расчета теплового и материального балансов процессов внепечной обработки и разливки стали, оценки качества слитка и непрерывнолитых заготовок, разработки рациональной технологической планировки сталеплавильных цехов, разработки мероприятий по охране окружающей среды, техникоэкономического анализа процессов.

Приобретаемые компетенции:

- общекультурные компетенции: владеть культурой мышления, обобщать и анализировать информацию, ставить цель и выбирать пути ее достижения (ОК-1); логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2), самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4); использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

- общепрофессиональные компетенции: уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1); уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4); уметь применять в природных ресурсов и защиты окружающей среды (ПК-5); уметь выбирать средства измерений в соответствии с требуемой точностью и условиями эксплуатации (ПК-7); уметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10); уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11); уметь оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов (ПК-13); уметь применять методы технико-экономического анализа (ПК-14); иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18); уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПК-25).

4. Структура и содержание дисциплины «Теория и технология производства стали 2»

4.1. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Курс «Теоретические обработки стали».

«Задачи и способы «Теоретические кристаллизации строение слитка».

разливка стали».

Тема №1. «Теоретические основы и задачи внепечной обработки стали».

Технология обработки стали жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями. Требования к шлакам, их состав. Организация процесса. Техникоэкономические показатели обработки стали шлаками. Ввод в металл порошкообразных материалов и проволоки для рафинирования металла и модифицирования неметаллических включений.

Технология продувки металла инертными газами. Устройство продувочных фурм. Требования к режиму продувки. Технико-экономические показатели продувки.

Технология обработки металла вакуумом. Способы вакуумирования:

ковшевой, струйный, порционный, циркуляционный, поточный. Сущность процесса и принципиальная схема RH-вакууматоров. Сравнительный технико-экономический анализ вакуумирования различными способами.

Теоретические основы и технологические особенности обработки стали на агрегатах УДМ, УПК (АКОС). Организация работы агрегатов.

Требования к качеству металла, прошедшего внепечную обработку.

Технико-экономическое сравнение различным технологических схем обработки стали для производств типа «конвертор-МНЛЗ», «ДЭП-МНЛЗ», «ДЭП - разливка по изложницам».

Тема №2. «Задачи и способы разливки».

Основные задачи разливки: формирование качественного слитка рациональной конструкции и массы. Способы разливки стали в изложницы и на МНЛЗ. Принципиальные схемы вариантов разливки в изложницы сифоном и сверху. История возникновения вариантов. Техникоэкономические сравнения разливки сифоном и сверху.

Принципиальная схема непрерывной разливки. История возникновения процесса. Технико-экономическое сравнение разливки непрерывной и в изложницы. Современное состояние и перспективы развития разливки. Роль русских и зарубежных учёных в развитие разливки стали.

Тема №3. «Теоретические основы кристаллизации стали».

Структура жидкой стали вблизи температур затвердевания.

Термодинамические основы кристаллизации: наличие переохлаждения.

Термическое и кристаллизационное переохлаждение. Условия и механизм образования зародыша и роста кристалла. Гомогенное и гетерогенное образование зародыша. Дендритный механизм образования стали. Теория кристаллизации стали: объёмная, последовательная, объёмнопоследовательная. Схема Ефимова В.А. кристаллизации стального слитка.

Роль русских учёных в развитии теоретических основ кристаллизации.

Кристаллическое строение стального слитка. Теплофизические условия формирования кристаллических зон слитка. Влияние факторов на кристаллическую однородность слитка.

Тема № 4. «Условия формирования и строение слитка».

Гидродинамика разливки. Истечение струи из ковша. Распространение заполненных струй. Гидродинамика разливки стали сверху, сифоном, непрерывным способом. Теплофизические процессы формирования слитка.

Теплообмен между изложницей и слитком. Распределение температур в затвердевающем слитке. Особенности теплопередачи при непрерывной разливке. Теплопередача в кристаллизаторе и в зоне вторичного охлаждения.

Строение слитка спокойной стали. Механизм формирования усадочной раковины и меры снижения головной обрези слитка. Строение непрерывного слитка спокойной стали. Строение слитка кипящей стали. Механизм образования и управление расположением пузырей в слитке кипящей стали.

Строение полуспокойной стали. Механическое и химическое закупорение слитка. Химическая неоднородность слитка. Механизм ликвации элементов.

Роль диффузионных процессов и влияние скорости затвердевания на сегрегацию в слитке. Виды сегрегации: общая, зональная, дендритная.

Сегрегация в слитке спокойной, кипящей, полуспокойной стали. Повышение химической однородности слитка. Сегрегация в непрерывном слитке.

Неметаллические включения в слитке. Источники включений. Распределение включений различного вида в слитке спокойной, кипящей, полуспокойной стали. Особенности включений и их распределение в непрерывном слитке.

Газы в стальном слитке. Выделение газов при кристаллизации. Поведение азота и водорода при формировании слитка и их распределение в нем.

Особенности распределения газов в непрерывном слитке.

Тема № 5. «Разливка стали в изложницы».

Оборудование для разливки стали в изложницы. Сталеразливочный ковш, дозирующие устройства и регулирующие устройства. Изложницы различного типа и принцип их конструирования. Прибыльные надставки.

Оборудование для сифонной разливки. Подготовка оборудования к разливке.

Технология разливки спокойной, кипящей, полуспокойной стали.

Температурный и скоростной режимы разливки. Техника безопасности при разливке стали. Дефекты поверхности и внутреннего строения слитка:

трещины, пояса, завороты, шлак, ужимы и пр. Механизм образования дефектов и способы их устранения. Способы повышения качества слитка.

Контроль качества слитка.

Тема №6. «Непрерывная разливка стали».

Типы МНЛЗ: вертикальный, вертикальный с изгибом, радиальный криволинейный с дифференцированным выпрямлением слитка, горизонтальный. Нетрадиционные типы МНЛЗ: центробежный, роторный и пр. Технико-экономические сравнения типов МНЛЗ, их преимущества и недостатки. Расчёт основных параметров МНЛЗ различного типа.

Перспективы развития МНЛЗ. Оборудование МНЛЗ: сталеразливочный и промежуточный ковши, кристаллизатор, зона вторичного охлаждения, тянуще-правильное оборудование, оборудование для резки слитка на мерные длины. Сталеразливочный ковш. Требования к ковшу при непрерывной разливке. Стенды для замены сталеразливочных ковшей. Промежуточный ковш: назначение, конструкция, футеровка различного типа. Подготовка ковшей к разливке, их нагрев. Дозирующее и регулирующее устройства ковша. Конструкция и состав различных стаканов. Стойкость ковша и пути её повышения. Механизм для замены сталеразливочных ковшей. Устройства для подвода металла в кристаллизатор заполненной струей: назначение, конструкция, материал. Кристаллизатор: назначение, типы, устройство, материал. Стойкость кристаллизатора и пути её повышения. Механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора: назначение, кинематическая схема, графическое изображение законов качания кристаллизатора. Подготовка кристаллизатора к разливке, его настройка.

Зона вторичного охлаждения (ЗВО): поддерживающая и охлаждающая система. Типы поддерживающей системы ЗВО: ролики, брусья, решетки. Их устройства, преимущества, недостатки, технико-экономическое сравнение.

Настройка поддерживающих конструкций. Система охлаждения ЗВО:

требования к охлаждению слитка, устройство форсунок. Основные характеристики форсунок. Тянуще-правильное устройство: назначение, требования, устройство. Устройство затрави, тянущей клети, привозных роликов. Режим вытягивания с поджатием слитка. Устройства для резки слитка: газовая резка, ножницы. Требования к резке. Оборудование выдачи оборудованием МНЛЗ. Закономерности и особенности формирования непрерывного слитка. Требования к качеству стали, разливаемой непрерывным способом. Подготовка металла к непрерывной разливке.

Технологические параметры разливки: температура, скорость, режим охлаждения слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, режим возвратно-поступательного движения кристаллизатора. Определение рациональной температуры разливки. Пути снижения тепловых потерь при разливке. Факторы, ограничивающие скорость разливки. Расчёт максимально допустимой скорости разливки на МНЛЗ различного типа при условии деформации слитка в одно- и двухфазном состоянии. Пути повышения скорости разливки. Производительность современных МНЛЗ. Метод разливки «плавка на плавку». Расчёт необходимого расхода воды на охлаждение кристаллизатора. Влияние технологических конструкционных факторов на тепловую работу кристаллизатора. Основные требования к вторичному охлаждению слитка. Способы расчёта необходимого расхода воды на вторичное охлаждение. Совершенствование режимов охлаждения слитка в ЗВО. Показатели режима возвратно-поступательного движения (ВПД) кристаллизатора: шаг, частота, закон изменения скорости движения формирование поверхности слитка. Особенности технологии разливки трещинообразованию и пр. Марочный сортамент стали, разливаемой непрерывным способом. Защита от вторичного окисления. Механизм вторичного окисления. Расчёт площади и времени контакта жидкой стали с воздухом при непрерывной разливке. Способы защиты от окисления:

газовый, синтетическими шлаками, огнеупорными изделиями. Влияние защиты на качество стали. Специальные режимы охлаждения слитка в ЗВО и после выдачи из МНЛЗ: водо-воздушное, циклическое, с обогревом и пр.

Особенности разливки стали в заготовки различного профиля: сляб, квадрат, круг, фасонный профиль. Перспективы развития.

Тема №7. «Качество непрерывного слитка».

Особенности формирования слитка, влияющие на его качество.

Контроль качества слитка. Стандарты на непрерывный слиток: слябы, блюмы. Дефекты поверхности слябов: трещины (продольные, поперечные, угловые, паукообразные, сетчатые), пояса, ужимы, шлаковые включения, грубая складчатость, пузыри. Механизм образования дефектов и меры борьбы с ними. Дефекты макроструктуры слябов: трещины (осевые, перпендикулярные граням, угловые, гнездообразные), шлаковые включения, пузыри, сегрегация. Механизм образования дефектов и меры борьбы с ними.

Технологические расчеты внепечной обработка стали с низким содержанием Расчет конструкции изложницы Технологические расчеты параметров Расчет конструкции криволинейных Расчет оптимальных режимов разливки Расчет конструкции толстостенных 4.3. Нормы распределения бюджета времени на самостоятельную работу Подготовка к практическим Остаточное время на самостоятельную работу, которое распределяется между Подготовка к контрольной Выполнение расчетного задания (РГЗ или типовой расчет) Самостоятельная проработка 10. Выполнение курсового проекта части, 1-2 листа в час – с расчетами;

Включает в себя консультации по выполнению расчетных заданий и подготовке к практическим занятиям. Предусматривает проведение тематической беседы-семинара по теме: «Литейно-прокатные агрегаты и модули».

Классификация ЛПА: среднеслябовые, тонкослябовые, для отливки черновых полос толщиной от 39 до 10 мм и для отливки полос толщиной менее 10 мм прямым литьем.

Особенности технологии разливки, расчет оптимальных параметров.

Технология передачи литого металла на участок прокатки. Основные параметры прокатки.

Особенности конструкции агрегатов и модулей различного типа:

участок непрерывной разливки, участок совмещения разливки и прокатки (нагревательные печи, устройства для передачи полос и т.п.), конвейер для передачи рулонов, специальные устройства (ножницы, моталки и т.п.), сталеплавильных мини-заводах.

Самостоятельная работа студентов (СРС) включает:

- изучение и конспектирование литературы в соответствии с программой курса;

- подготовку к лабораторным и практическим занятиям в соответствии с программой курса;

- выполнение курсовой работы на тему: «Разработка технологии внепечной обработки и непрерывной разливки стали на слябы» по индивидуальному варианту;

- работу с Internet -источниками;

- подготовку к текущему контролю, проводимому в течение семестра;

- подготовку к зачету.

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.

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) тест №1 – тема №1 «Теоретические основы и задачи внепечной обработки стали»;

2) тест №2 – темы №№2, 3, 4, 5, 6: «Задачи и способы разливки», «Теоретические основы кристаллизации стали», «Условия формирования и строение слитка», «Разливка стали в изложницы», «Разливка стали в изложницы», «Непрерывная разливка стали»;

3) тест №3 – тема №7 «Качество непрерывного слитка».

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 50% 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 для текущего контроля.

Пример тестового задания для текущего контроля знаний 1. Какие кристаллические зоны имеет слиток?

разноориентированных мелких кристаллов, столбчатых кристаллов, равноосных кристаллов;

- разноориентированных мелких кристаллов, равноосных кристаллов, дендритов;

- дендритов, столбчатых кристаллов, равноосных кристаллов.

2. Чем доказывается квазиполикристаллическое строение жидкого металла на примере строения слитка?

«конусом осаждения»;

- зоной дендритных кристаллов;

зоной столбчатых дендритов.

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

Пример основных вопросов и задач к экзамену в билетах:

1. Термодинамические и кинетические условия кристаллизации стали.

Кристаллическое строение тела слитка.

2. Управление кристаллическим строением слитка.

3. Требования к режимам охлаждения слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, их влияние на качество слитка. Принципы расчета.

1. Основные закономерности теплопередачи в МНЛЗ.

2. Требования к температурному и скоростному режимам разливки стали, их влияние на качество слитка. Принципы расчета.

3. Химическая неоднородность непрерывного слитка. Механизм возникновения сегрегации и способы повышения однородности слитка.

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

Выполнение семестрового плана самостоятельной Допуском к зачету служит успешная работа студента в семестре (53 и более баллов), а именно, выполнение всех заданий на практических работах и защита курсовой (расчетной) работы, выполненной по индивидуальному варианту.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение данной дисциплины:

а) основная литература:

1. Дюдкин Д.А. Производство стали. Том 1 / Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В – М.: «Теплотехник», 2008 г. – 527 с.

2. Паршин В.М. Непрерывная разливка стали. Липецк: ОАО «НЛМК», 2010. – 232 с.

б) дополнительная литература:

1. Дюдкин Д.А. Производство стали. Том 2 / Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В – М.: «Теплотехник», 2008 г. – 401 с.

2. Чертов А.Д. Современный кислородно-конверторный процесс.

Липецк: ОАО «НЛМК», 2010. – 220 с.

3. Васильев С.В. Физико-химические основы литейных процессов, уч.

пособие – М.: Инжиниринг – 2005 г. – 336 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. сайт: www. rusnauka.ru/ – дата обращения: 07.08.2011г.

2. сайт: www.wikipediy.ru/ – дата обращения: 21.06.2011г.

8. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины используются мультимедийные лекционные аудитории и лаборатории кафедры «Металлургия»: «Теории 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. Шипельников А.А. _ Программа одобрена на заседании кафедры металлургии «_»_201_ г., протокол №_ Председатель ОПН (ОПС): к.т.н. Чупров В.Б. «»201_ г.