Министерство сельского хозяйства рф

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

Механико-технологический институт

Кафедра СХиММ

Методические указания

к проведению

Лабораторной работы № 2

по курсу:

“Материаловедение”

Тема: «Изучение исходных материалов и продуктов металлургического производства»

для направления 110800 «Агроинженерия» профиль «Технология деревообработки», «Электрооборудование и электротехнологии АПК», «Эемлеустройство и кадастры», «Кадастр недвижимости»

дневной и заочной форм обучения

Тюмень 2013

Утверждено редакционно-издательским советом

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

Составитель: к.п.н., доцент А.В. Головкин

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

2013

1. Общие положения

Современное машиностроение является основным потребителем производимых в нашей стране металлов. В станкостроении, судостроении, автомобильной и авиационной промышленности, электронике и радиотехнике из металлов изготовляют огромное число деталей машин и при­боров.

В Основных направлениях экономического и со­циального развития России на 2005—2010 гг. и на период до 2020 г. подчеркнута необходимость обеспечения дальнейшего ускорения научно-тех­нического прогресса благодаря созданию и внед­рению в производство принципиально новой тех­ники, материалов и прогрессивных технологичес­ких процессов.

Наряду с приобретением практиче­ских навыков по избранной специальности изу­чение основ материаловедения позволит студентам повысить теоретическую подготовку, стать квалифицированными специалистами и принять актив­ное участие в дальнейшем совершенствовании производственных процессов, повышении эффек­тивности производства и улучшении качества вы­пускаемой продукции.

2. Цель работы

Закрепить теоретические положения разделов дисциплины: «Материаловедение», привить навыки в пользовании справочным материалом, ознакомить студентов с основными типами расчетов.

3. Содержание работы

1. Изучить основные понятия.

2. Изучить методику расчетов.

4. Материальное обеспечение

4.1. Методические указания.

2. Задание (приложения).

4.3. Справочный материал.

5. Организация работы

Группа студентов в составе 25 – 30 человек изучает под руководством преподавателя вопросы, входящие в содержание работы.

Цель работы.

Ознакомиться с основными исходными материалами для производства черных металлов, с продукцией доменного производства, сортаментом проката.

Теоретические сведения.

Основными исходными материалами для производства черных металлов служат железные руды, топливо, флюсы

Железная руда — горная порода, из которой экономически выгодно извлекать железо в промышленных масштабах. Железные руды состоят из рудной части (Fe₃04 ; Fe₂0₃; Fe0₃) и пустой породы (Si0₂; MnO; А1₂0₃; MgO и др.) с вредными примесями (Р5О5; FeS).

Промышленное применение имеют магнитные, красные, бурые и шпатовые железняки.

Магнитный железняк (Fе₃0₄) содержит 50—69% железа, имеет черный цвет, плотное строение и хорошо восстанавливается. Пустая порода кремнистая и глиноземистая.

Красный железняк (Fe₂0₃) содержит 55—65% железа, может иметь красный, серый или темно-синий цвет. Встречается в виде плотных кусков, а также в пыле­видном состоянии. Легко восстанавливается. Пустая порода обычно кремнистая.

Бурый железняк (2 Fe₂0₃ • ЗН₂0) содержит 35—40% железа и относится к бедным рудам. Встречается в виде кусков и в пылевидном состоянии. Хорошо восстанавливается.

Шпатовый железняк — сидерит (FeCC>3) содержит 30—40% железа, имеет светло-серый и желтоватобелый цвет, легко восстанавливается.

Железные руды загружают в доменную печь преимущественно в виде агломерата.

Агломерат — пористые куски руды, более удобные для переработки в чугун, чем обычные железные руды. Для его получения мелкоизмельченную руду смешивают с 6—12% коксовой мелочи. Смесь поджигают на специальной установке, при этом мелкие куски руды спекаются, образуя агломерат.

Топливо - различные естественные и искусственные продукты, выделяющие при сжигании значительное количество тепла и допускающие рентабельное их использование. Топливо содержит органические соединения углерода, водорода, азота, кислорода, серы, а также влагу и золу.

Топливо тем лучше, чем больше в нем углерода и водорода и чем меньше серы, влаги, золы.

В доменной печи в качестве топлива используют кокс (редко — древесный уголь). Получают кокс из коксующихся углей сухой перегонкой без доступа воздуха в специальных коксовальных печах при температуре 1000 - 1100°С в течение 15—18 часов.

Кокс представляет собой ноздреватые куски черного цвета, имеющие прочность в два-три раза выше, чем у древесного угля. В мартеновских печах

используют три вида топлива: коксовальный, доменный, генераторный и природный газы; мазут и пылевидное топливо.

Коксовальный газ получают попутно при производстве кокса, доменный — при сжигании топлива в доменных печах, генераторный газ — при сжигании твердого топлива в газогенераторах.

Мазут получают при крекингованин нефти, пылевидное топливо — измельчелием в дробилках каменных углей в тонкий порошок.

Основные виды топлива и их характеристик приведены в таблице 1.

Таблица 1- Виды топлива и их характеристика

Топливо	Теплотворная способность, кДж/м3 (кДж/кг)
Естественное
Антрацит	29,4-103—21,0-103
Нефть	46,2-103—42,0-103
Природный газ	35,7-103—31,5-103
Искусственное
Древесный уголь	31,6-10»—27,3-Ю3
Кокс	27,3 • 103—27,-3-103
Мазут	42,0-103
Г енераторный газ	5,88-103—46,2-103
Доменный газ	4,62-103—3,36-103

Флюсы предназначены для сплавления пустой породы и золы в шлак- Окислы, содержащиеся в железной руде, делятся на основные (FeO; MnO; CaO; MgO), кислотные (Si0₂ ; Р₂0₅) и амфотерные (АЮ₃ ). Основные и кислотные окислы при смешении их при высоких температурах образуют легкоплавкие соединения. Так, температура плавления Si0₂ — 1750°С, СаО — 2100°С, а температура плавления их смеси (СаО • Si0₂) 1350°С. Поэтому, если пустая порода содержит кремнезем (Si0₂), к ней добавляют обожженный известняк (СаО), если пустой породой служит основной окисел (СаО) — флюсом должен быть кремнезем (Si0₂).

В доменных печах в качестве флюса применяют обожженный известняк.

Огнеупоры — материалы, которые выдерживают без разрушения высокую рабочую температуру пече (от 600 до 2000°С). Огнеупоры применяют в виде кирпичей, фасонных! изделий, влажных и сухих порошков, набоек (сбитой массы) для кладки печей и облицовки ковшей.

Основной продукцией доменного производства являются чугун, побочной — шлаки и газы.

Шлаки—сплавы различных окислов, образующиеся в результате физико­химического взаимодействия их с флюсами. Доменные шлаки применяют для изготовления цемента, кирпича, гравия, стеклянной ваты и др.

Доменные газы — (СО — 26— 30%; Н₂ — 1,0—2,5%; СИ, - 0,2-0,5%; С0₂ -9-16%; остальное - N₂) используют для отопления воздухонагревателей, котлов, коксовальных печей и других нагревательных установок.

Рисунок 1. Сортамент изделий, полученных прокаткой.

а — прокат простого профиля; б — сложного профиля; в — профили специального назначения; г — периодического профиля.

Сортамент проката делят на следующие группы (рисунок 1):

а) простого профиля: фасонный — 1; квадратный — 2, 3; круглый — 4; полосовой — 5; шестигранный — б', овальный — 7; полуовальный — 8; сегментный — 9\ ромбовидный — 10', б) сложного профиля: неравнобокий — 11; равнобокий — 12; швеллерный — 13; двутавровый — 14; тавровый — 15; рельсовый — 16; зетовый — 17; квадрантный —18; в) профиля специального назначения (19—34); г) периодического профиля: арматурная сталь — 85; заготовка вагонной оси — 36; полуось автомобиля — 37; заготовка шатуна двигателя автомашины —38..

Порядок выполнения работы.

1. Изучить по данному учебному пособию исходные материалы и продукцию металлургического производства.

2. Ознакомиться с образцами железных руд, топлива, флюсов, огнеупоров, чугунов, шлаков и профилей проката и описать их особенности.

Содержание отчета.

В отчет необходимо включить описание образцов изучаемых руд (наименование, химическая формула соединения железа, цвет, примерное содержание железа), кокса, огнеупорных материалов (наименование, химическая формула, примерная температура плавления); перечень и область применения чугунов; основные виды сортамента проката.