Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности


Технология производства черных металлов



Скачать 443.16 Kb.
страница2/3
Дата31.07.2016
Размер443.16 Kb.
ТипПрограмма-минимум
1   2   3

1Технология производства черных металлов



2.1. Производство первичного металла

2.1.1. Подготовка сырья к плавке

Классификация железорудных материалов. Месторождения руд чёрных металлов. Флюсы. Топливо. Техногенное сырьё

Схема подготовки железорудных материалов к плавке. Отличия в подготовке бедных и богатых руд. Дробление и измельчение. Обогащение руд. Грохочение. Показатели обогащения. Предельная степень обогащения. Энергозатраты на дробление, грохочение и обогащение. Выбросы в окружающую среду при дроблении, грохочении и обогащении.

Окускование железорудных материалов. Агломерация железных руд. Физико-химические основы агломерации. Удаление воды и конденсация влаги. Разложение карбонатов и гидратов. Твердофазные химические реакции. Плавление шихты и кристаллизация расплава. Формирование агломерата. Горение топлива. Газодинамика агломерационного процесса. Теплообмен в слое и тепловые балансы процесса. Поведение попутных элементов. Технология агломерационного производства. Ресурсосбережение. Рециклинг материалов. Металлургические свойства агломерата. Энергозатраты на производство агломерата. Выбросы в окружающую среду в агломерационном производстве. Экономика процесса.

Получение железорудных окатышей. Физико-химические процессы при формировании сырых окатышей и их упрочнении. Поведение попутных элементов. Технология производства окатышей. Ресурсосбережение. Металлургические свойства окатышей. Энергозатраты и выбросы в окружающую среду при производстве окатышей. Экономика процесса.

Конструкция агрегатов для окускования железорудных материалов. Коксование углей и формирование кокса. Качество кокса. Выбросы в окружающую среду при производстве кокса.



      1. Производство чугуна в доменных печах

Доменная печь. Основные процессы. Нагрев и разложение шихты.

Процессы восстановления в доменных печах. Термодинамика восстановления железа. Особенности восстановления марганца, кремния, фосфора, ванадия, хрома, титана, свинца. Поведение легковосстановимых элементов. Поведение цинка и щелочей в доменной печи. Кинетика восстановления в доменных печах и влияние различных факторов на скорость восстановления. Показатели развития процесса восстановления в доменных печах.

Науглероживание железа и формирование чугуна. Качество чугуна. Шлакообразование в доменных печах. Свойства шлака. Влияние шлакового режима на ход доменной плавки.

Поведение серы в доменных печах. Термодинамика и кинетика процессов десульфурации. Внедоменная обработка чугуна.

Горение топлива у фурм доменной печи. Верхняя и нижняя ступени теплообмена. Тепловые балансы плавки.

Движение газа и материалов в доменной печи. Формирование газа и его движение в слое. Порозность слоя. Распределение шихты на колошнике печи. Движение расплавов. Изменение давления газа по высоте доменной печи и эффективность повышения давления в рабочем пространстве печи.

Ресурсосбережение и методы интенсификации процесса. Нагрев дутья. Кислород в доменной плавке. Комбинированное дутьё. Вдувание пылеугольного топлива. Горение восстановительных газов. Использование доменных печей для утилизации техногенных материалов. Экономика доменной плавки.

Конструкция доменных печей. Профиль печи. Футеровка и кожух. Система охлаждения. Чугунная и шлаковая лётки. Воздушные фурмы. Засыпной аппарат.

Оборудование доменных цехов. Подача материалов к доменной печи. Устройства для уборки чугуна и шлака. Разливочная машина. Очистка доменного газа. Устройство и режим работы воздухонагревателя.

Управление доменной плавкой. Эксплуатация доменной печи. Ведение доменной плавки с помощью компьютерных моделей процесса. Энергозатраты и выбросы в окружающую среду.



      1. Внедоменное получение первичного металла.

Твердофазные процессы производства первичного металла. Сырьё и топливо. Физико-химические особенности процесса. Степень металлизации. Пирофорность и методы её подавления. Качество металлизованного сырья. Агрегаты для твердофазного получения первичного металла. Энергозатраты и выбросы в окружающую среду. Экономика производства.

Жидкофазные процессы. Физико-химические особенности жидкофазных процессов. Сырьё и топливо. Качество продукции. Агрегаты для жидкофазного восстановления. Энергозатраты и выбросы в окружающую среду.

Особенности переработки комплексных руд и техногенных материалов при внедоменном получении металлов и сплавов.


    1. Металлургия стали

2.2.1. Очищение от примесей. Кристаллизация и разливка стали. Окисление примесей сталеплавильной ванны. Термодинамика окисления углерода. Концентрация углерода и кислорода в стальной ванне в процессе плавки. Кинетика окисления углерода. Окисление углерода на различных межфазных границах.

Термодинамика окисления кремния, марганца и хрома. Кинетика совместного окисления. Физико-химические основы окисления фосфора и удаление серы. Влияние состава шлака и температуры металла на коэффициент распределения фосфора и серы между металлом и шлаком.



Раскисление стали. Термодинамика раскисления стали. Раскислительная способность отдельных раскислителей. Анализ изотерм раскисления. Зависимость активности кислорода от концентрации раскислителя. Раскисление комплексными раскислителями. Кинетика зарождения неметаллических включений, их коагуляция и коалисценсия. Ассимиляция включений шлаковым расплавом.

Удаление неметаллических включений из металла. Роль плотности и размера включений, роль межфазного натяжения на границе с металлом, влияние тепловой конвекции и движения металла под действием выделяющихся газов.

Остаточные (экзогенные и эндогенные) включения, не удаляемые из металла включения (кристаллизационные и послекристаллизационные), их природа, влияние на свойства металла, способы уменьшения содержание кристаллизационных и послекристаллизационных включений. Диффузионное (экстракционное) раскисление. Раскисление углеродом. Вторичное окисление стали и методы борьбы с этим явлением. Свойства основных раскислителей.

2.2.2.Газы в стали и методы борьбы с ними.

Водород в стали, его влияние на свойства стали, пороки, вызываемые присутствием водорода в стали и его выделением из раствора в отдельную фазу. Растворимость водорода в железе и стали, влияние температуры, аллотропических превращений и химического состава на растворимость водорода.

Поведение водорода в процессе выплавки стали (в мартеновских печах, кислородных конверторах, дуговых печах). Роль формы существования водорода в шлаках, массоперенос его в шлаках. Шлаковый режим. Практика борьбы с водородом в стали.

Азот в стали, влияние азота на служебные свойства низкоуглеродистых сталей, старение стали и азота, азот как легирующий элемент и заменитель дорогостоящих компонентов сталей.

Растворимость азота в железе и его сплавах, влияние температуры и состава сплава. Температурные условия формирования и диссоциации нитридов. Кинетика массообмена азота между газовой фазой и металлом, тормозящее звено процесса в разных условиях взаимодействия жидких металлов и газов. Поведение азота в ваннах сталеплавильных агрегатов (кислородных конвертерах, мартеновских, двухванных и дуговых печах).

Переход азота в жидкий металл в зоне дуг. Обезуглероживание ванны и его влияние на поведение азота. Пути обеспечения низких содержаний азота в стали. Защитная (против азота) роль передельных шлаков. Защитные среды от повторного перехода азота в сталь.



2.2.3.Кристаллизация и разливка стали.

Гомогенное и гетерогенное зарождение кристаллов. Механизм роста кристаллов. Влияние теплоотвода. Дендритный рост. Коэффициент распределения примеси между твердой и жидкой фазами. Концентрационное переохлаждение. Кристаллизация в интервале температур. Двухфазная зона. Влияние условий теплообмена на ширину двухфазной зоны. Переход от дендритной кристаллизации к объемной.

Поведение металлической струи при разливке. Особенности гидродинамики металла в изложницах в процессе кристаллизации. Физические методы воздействия на процесс затвердевания стали.

Пороки слитков «кипящего» металла, методы ограничения их развития. Внутренние и внешние дефекты слитка спокойной стали, управление распределением сегрегатов, газов, неметаллических включений, пути повышения плотности слитка.

Современные тенденции в области повышения выхода годного от стального слитка.

Слиток «полуспокойной» стали.

Особенности формирования слитков, отлитых на МНЛЗ. Пороки литых заготовок, их причины и меры ограничения развития отдельных видов пороков. Тепловые потоки от затвердевающего металла к кристаллизатору. Тепловая работа зоны вторичного охлаждения.

Особенности технологии выплавки стали для разливки на МНЛЗ. Пути повышения качества непрерывно литых слябов и заготовок.



2.2.4.Особенности производства стали в различных сталеплавильных агрегатах.

Теоретические основы и практика кислородно-конвертерного процесса.

Источение газовой струи из сопла. Механизм и основные закономерности взаимодействия газовой струи с жидкой металлической ванной. Теоретические основы перемешивания сталеплавильной ванны при продувке ее сверху.

Реакционная зона конвертора, ее температурный режим, образование бурого дыма, окислительные процессы в реакционной зоне, роль реакционной зоны в процессах шлакообразования, теплообмен в реакционной зоне.

Кинетика растворения твердых металлов в жидких расплавах.

Термодинамика и кинетика окисления элементов металлической ванны при кислородно-конвертерных процессах.

Окисление углерода.

Окисление шлакообразующих компонентов ванны.

Поведение серы при кислородно-конвертерном процессе.

Служба футеровки конвертера.

Особенности конвертерного процесса с продувкой кислородом через дно. Комбинированная продувка. Проблемы переработки скрапа в конверторах. Способы снижения доли чугуна.

Перспективы кислородно-конвертерного процесса.

Аргоно-кислородная продувка. Получение нержавеющих сталей в конверторах.

Марки стали выплавляемых в кислородных конверторах.

Качество кислородно-конвертерной стали в сравнении с мартеновской и электросталью. Пути дальнейшего совершенствования кислородно-конвертерного процесса и повышение качества стали.

Новые направления в конструировании конвертера и кислородно-конвертерных цехов. Техника безопасности при работе в кислородно-конвертерных цехах.

Математическое моделирование и управление конвертерными процессами.

Энергозатраты и выбросы в окружающую среду.

Теория и технология подовых процессов производства стали.

Тепловая работа плавильного пространства современных печей, использующих кислород для сжигания топлива и продувки ванны. Особенности теплообмена в печах, работающих при продувке металла кислородом. Службы наварки или набивки ванных подовых сталеплавильных печей.

Методы повышения стойкости ванны.

Шихтовка плавок в мартеновских и двухванных большегрузных печах. Теплопередача в ванне в процессе завалки шихты, прогрева и плавления скрапа.

Шлакообразование в большегрузных мартеновских печах, работающих с применением жидкого чугуна. Рафинирующая и защитная роль шлака во время плавления.

Окисление углерода в агрегатах подового типа. Природа и кинетика окисления углерода при скрап - процессе.

Поведение кремния, марганца и фосфора при разных вариантах подового процесса.

Сера в шихте подовых сталеплавильных агрегатов. Десульфурация чугунов. Поведение серы в процессе плавки. Десульфурация стали вне печи за счет применения синтетических шлаков и сильных десульфураторов.

Микропримеси цветных металлов, их значение для качества стали. Полезные микропримеси в стали: микролегирование, модифицирование.

Сравнение технико-экономических показателей работы мартеновских печей. Качество стали, выплавляемой в мартеновских и двухванных печах. Автоматизация управления мартеновскими печами и двухванными агрегатами.

Применение порошкообразных материалов. Техника безопасности прои работе в мартеновских цехах. Современные тенденции в конструировании мартеновских и двухванных печей.

Энергозатраты и выбросы в окружающую среду.



2.2.5. Электросталеплавильное производство.

Современное состояние и перспективы развития электросталеплавильного производства.

Современные методы расчета при плавке в дуговых электропечах.

Основные условия обезуглероживания. Обезуглероживание высокохромистых и высокомарганцовистых расплавов. Особенности получения слабонизкоуглеродистых сталей в дуговой печи внепечными методами.

Физико-химические особенности процесса дефосфорации.

Продувка металла порошками.

Современные методы проведения восстановительного периода в основной печи. Оптимальный режим раскисления. Основные пути сокращения восстановительного периода. Выплавка стали в электродуговых печах с кислой футеровкой.

Физико-химические основы вакуумной плавки: раскислительная способность углерода, поведение неметаллических включений, дегазация, взаимодействие металла с футеровкой, раскисление, испарение.

Открытая и вакуумная индукционная плавка (ИП и ВИП). Поведение огнеупоров при ИП и ВИП. Технология плавки. Интенсификация технологического процесса при ИП и ВИП.

Вакуумный дуговой переплав (ВДП). Влияние электрического режима на процессы рафинирования. Строение жидкой ванны и динамика её изменения. Структура металла при ВДП и пути управления её формирования. Основные дефекты слитков ВДП и пути их предупреждения.

Электрошлаковый переплав (ЭШП). Состав шлаков при ЭШП. Механизм рафинирования металла от неметаллических включений.

Плазменная плавка и плазменно-дуговой переплав (ПДП). Особенности горения плазменной дуги. Взаимодействие металла с газами в условиях плазменной дуги. Легирование металла азотом. Плавка стали в плазменной печи с керамическим тиглем.

Электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Температурный режим. Особенности формирования слитка при ЭЛП. Техника безопасности при работе в электросталеплавильных цехах. Мероприятия по охране окружающей природы. Технико-экономические показатели переплавных процессов.

Энергозатраты и выбросы в окружающую среду.



2.2.6. Теория и практика внепечной обработки стали.

Неравномерность металла в ковше по составу и температуре. Способы гомогенизации металла: продувка аргоном и электромагнитное перемешивание. Дегазация и удаление включений при гомогенизации. Кавитационная продувка.

Десульфурация стали в ковше: обработка синтетическими шлаками и продувка порошками. Сульфидная емкость шлаков. Механизм процессов десульфурации при продувке порошкообразными материалами. Управление процессами десульфурации. Варианты безокислительной дефосфорации стали.

Раскисление и дегазация стали в вакууме. Способы вакуумирования и их сравнительная эффективность. Вакуумное обезуглероживание. Влияние вакуумирования на качество стали. Понятие «чистая сталь».

Проблема непрерывных процессов производства стали. Технологические преимущества непрерывных процессов в сравнении с периодическими. Наиболее опробованные и перспективные варианты непрерывного сталеплавильного процесса. Комбинирование непрерывного сталеплавильного процесса с непрерывной прокаткой. Перспективы непрерывных сталеплавильных процессов.

2.3. Автоматизированное управление процессами производства. Характеристика процессов производства стали (ППС) как объектов автоматизации: периодичность и непрерывность; входные (измеряемые, управляющие, возмущающие) и выходные (режимные) переменные факторы, предъявляемые к ним требования. Граничные условия и ограничения. Параметры оптимизации и предъявляемые к ним требования.

Математическая модель, задачи этапы математического моделирования ППС. Методы построения математических моделей ППС (экспериментальный, детерминированный подход, стохастические). Выбор и отсеивание фактора ППС (обоснование вида уравнений, допущение при включении этих уравнений в состав математического описания). Статистические, динамические, стохастические и адаптивные модели. Идентификация математических моделей ППС и определение коэффициентов уравнений по экспериментальным данным. Критерии оценки точности математических моделей.

Методы получения рабочей информации о ППС. Локальные системы автоматического контроля и регулирования параметров ППС. Автоматическая система управления технологическим процессом (АСУТП).

АСУТП выплавки, разливки и внепечной обработки стали (структурные схемы, функционирование, эффективность).



2.4.Производство ферросплавов

Современное состояние и перспективы развития ферросплавной промышленности классификация процессов получения ферросплавов.

Карботермические процессы. Физико-химические основы восстановления окислов углерода. Восстановление кремния. Роль моноокиси кремния и карбида кремния. Восстановление марганца из окислов и силикатов. Роль карбидов марганца. Восстановление хрома и других элементов их окислов хромовой руды.

Технология получения промежуточных кремниевых сплавов. Производство особонизкоуглеродистых сплавов силикотермическим методом.

Металлотермические процессы, физико-химические основы металлотермии. Методика расчёта шихты и составления теплового баланса металлотермического процесса.

Вакуумно-термические процессы, физико-химические основы. Вакуумная плавка и обработка жидких ферросплавов под вакуумом.

Азотированные ферросплавы. Физико-химические основы взаимодействия азота с ведущими элементами ферросплавов в твердом и жидком состоянии.

Энергозатраты на производство ферросплавов и выбросы в окружающую среду.




  1. Металлургические печи


3.1. Оборудование печей.

Устройства для сжигания газообразного топлива. Горелки без пред-

варительного смешения, с улучшенным смешением и с предварительным смешением. Радиационные трубы.

Устройства для сжигания жидкого топлива, форсунки низкого и высокого давления. Газомазутные горелки.

Устройства для утилизации тепла отходящих газов.

Регенеративные теплообменники. Устройство, тепловая работа и расчет регенеративных теплообменников. Виды насадок. Регенераторы мартеновских печей. Кауперы.

Рекуперативные теплообменники. Температурное поле рекуператоров. Рекуператоры металлические и керамические: тепловая работа, преимущества и недостатки. Расчет рекуператоров.

Теплосиловые устройства. Котлы – утилизаторы и турбинные установки.

Испарительное охлаждение доменных, мартеновских и нагревательных печей. Охлаждение конвертерных газов.


    1. Защита воздушного и водного бассейнов от вредных выбросов.

Теоретические основы и общая характеристика газоочистных устройств. Сухая механическая очистка газов; очистка газов фильтрацией; мокрая очистка газов; электрическая очистка газов. Очистка газов доменного и сталеплавильного производства.

Очистка газов печей цветной металлургии.

Борьба с выбросами вредных веществ в водоемы. Осветление, химическая обработка и охлаждение оборотной воды.


    1. Огнеупорные материалы.

Требования к огнеупорным материалам, применяемым в печах черной и цветной металлургии. Физические и рабочие свойства огнеупорного материала, используемых в металлургических печах. Перспективные виды огнеупорных материалов: волокнистые материалы.

    1. Печи черной металлургии.

3.4.1. Топливные печи.

3.4.1А Шахтные печи.

Гидродинамика и теплообмен в плотном подвижном слое. Поля скоростей в шахтных печах при различных способах ввода дутья: фурменном, щелевом и центральном. Условия, обеспечивающие оптимальное газораспределение в шахтных печах.



3.4.1Б. Пламенные нагревательные печи.

Тепловая работа нагревательных печей. Особенности теплообмена в рабочем пространстве пламенных печей. Схемы движения металла и продуктов сгорания. Тепловой и температурный режимы работы печей. Способы отопления и транспортировки металла. Импульсное отопление.



Нагревательные колодцы. Тепловой и температурный режимы. Нагрев холодного и горячего посада. Нагрев слитков с жидкой сердцевиной; использование дутья обогащенного кислородом. Шлакоудаление и стойкость подины. Регенеративные нагревательные колодцы; рекуперативные нагревательные колодцы с отоплением из центра подины и с верхней горелкой. Особенности теплообмена в нагревательных колодцах и математическое описание нагрева слитков.

Толкательные печи. Конструкции и режимы работы противоточных печей. Влияние глиссажных труб на тепловую работу печи. Рейтеры. Особенности теплообмена и математическое описание нагрева металла. Прямо - противоточные толкательные печи.

Печи с шагающим подом (балками). Конструкции, режимы работы, особенности нагрева металла, математическое описание нагрева металла.

Печи с кольцевым подом. Конструкции, тепловой и температурный режимы, особенности теплообмена и нагрева металла.

Печи для скоростного нагрева металла. Физические основы скоростного нагрева металла, импульсный нагрев. Секционные печи и печи конвективного (ударного) нагрева.

3.4.1В. Пламенные термические печи.

Печи для темной термической обработки горячекатаного проката; садочные печи; печи с цепным конвейером и роликовым подом. Особенности теплообмена и нагрева металла. Печи для светлой термической обработки холоднокатаных листов и ленты. Колпаковые печи для термообработки плотносмотанных и распущенных рулонов. Протяжные горизонтальные и башенные печи. Контактный нагрев. Особенности теплообмена и нагрева металла в жидких средах.



3.4.2. Печи с теплогенераиией за счет химической энергии жидкого чугуна.

Теплотехника сталеплавильных процессов.

Тепловой баланс рабочего пространства сталеплавильного агрегата. Предварительный нагрев скрапа и его значение. Влияние тепловых потерь на температуру ванны в допродувочный период. Математическое описание нагрева металла по ходу конверторной плавки.


    1. Печи цветной металлургии.

3.5.1. Топливные печи.

Шахтные печи для плавки окисленных никелевых руд. Шахтные печи для свинцовой плавки. Конструкция и особенности тепловой работы.

Отражательные печи для плавки на штейн. Конструкции, тепловой и температурный режим плавки.

Анодные и вайербарсовые печи. Конструкции, тепловой и температурный режим.

Трубчатые вращающиеся печи. Конструкции, тепловой и температурный режим.

Нагревательные печи. Конструкции, тепловой и температурный режим.



3.5.2. Печи с полной или частичной теплогенерацией за счет химической энергии сырьевых материалов.

Общая характеристика процессов, протекающих при обжиге сульфидов в кипящем слое. Газодинамический режим работы печей. Температурный и тепловой режимы обжига сульфидных материалов. Время пребывания материала в кипящем слое.

Печи для обжига сульфидных материалов в кипящем слое. Печи для обжига цинковых, медных и молибденовых концентратов. Особенности конструкции и тепловой работы.

Конвертеры заводов цветной металлургии. Конструкции, тепловой и температурный режим работы.

Печи для автогенной плавки медных концентратов на штейн и черновую медь.

Плавка в жидкой ванне. Печь А.В. Ванюкова для плавки руд и концентратов.



3.6.Печи машиностроительных заводов.

Тепловая работа и конструкции топливных плавильных печей машиностроительных заводов.

Нагревательные печи кузнечных цехов. Печи с полным сжиганием топлива. Печи для малоокислительного нагрева металла.

Термические печи машиностроительных заводов. Печи для термической обработки тяжелых и крупногабаритных изделий. Печи для термической обработки автотракторных деталей. Термические печи специального назначения.

Сушила. Установки для сушки сыпучих материалов. Барабанные сушила. Сушила для сушки в пневмопотоке и в кипящем слое.

Установки для сушки изделий. Сушила с конвективным режимом работы. Сушила с радиационным режимом работы.

Установки для сушки в высокочастотном (микроволновом) поле.

3.7. Печи огнеупорного производства.

Гидродинамика, тепловой и температурный режимы, конструкции шахтных, вращающихся, тоннельных и др. печей заводов по производству огнеупорных изделий.


3.8. Электрические печи.

Общая характеристика электрических печей применяемых в черной, цветной металлургии и машиностроении. Теплотехнические особенности работы печей различной конструкции. Характеристики внешнего теплообмена. Тепловой баланс.



Дуговые и плазменно — дуговые печи.

Дуговые печи сталеплавильные печи; дуговые вакуумные печи; рудо- восстановительные печи; плазменные печи.



Индукционные печи.

Канальные и тигельные печи; вакуумные печи; установки для плавки во взвешенном состоянии, нагревательные установки.



Печи сопротивления.

Печи прямого и косвенного действия; вакуумные печи сопротивления; плавильные печи сопротивления.



Специальные печи.

Установки диэлектрического нагрева; установки электронного нагрева; установки нагрева излучением оптического квантового генератора; оптические печи; установки для зонной плавки.



3.9. Основы механизации и автоматизации печей. Современные методы исследования печей.


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница