Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Программа по Госам.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
28.04.2019
Размер:
217.6 Кб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный технический университет – УПИ

УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебной работе

_____________ В.И. Лобанов

« ___ » ____________ 2001 г.

Программа

Государственного экзамена по специальности 11.01-

Металлургия черных металлов

Екатеринбург 2001

УДК 669.162

Программа Государственного экзамена по специальности составлена на основании учебного плана и квалификационной характеристики инженера-металлурга по специальности 11.01 – Металлургия черных металлов.

Программа Государственного экзамена утверждена на заседании кафедры металлургии железа и сплавов 21 декабря 2000г., протокол № 30.

Заведующий кафедрой С.П. Бурмасов

Одобрена методической комиссией металлургического факультета 27/12/2000, протокол № 3.

Председатель комиссии М.А. Гервасьев

Составители С.П. Бурмасов

Н.С. Шумаков

В.Т. Луценко

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая программа составлена на основе рекомендаций методической комиссии металлургического факультета Уральского государственного технического университета - УПИ, охватывает материалы по основным разделам всех специальных и прикладных дисциплин учебного плана и включает типовые вопросы – задачи, отвечающие требованиям квалификационной характеристики инженера-металлурга по специальности 11.01 – Металлургия черных металлов.

В ходе экзамена выпускники должны показать:

  • знания по принципиальным аспектам специальных и прикладных дисциплин, теоретическим основам процессов подготовки железорудных материалов, доменной плавки и процессов бескоксовой металлургии, сталеплавильного, электрометаллоплавильного и ферросплавного производств, экономике отрасли и предприятия, основам организации, планирования и управления производством, математическому моделированию и автоматизированному управлению технологическими процессами, конструктивным особенностям технологического оборудования, основам проектирования соответствующих цехов, вопросам охраны труда и окружающей среды;

  • умение обосновать выбор технологической схемы предварительной подготовки (дробление, измельчение, обогащение, окускование и др.) железных руд или полученных из них концентратов;

  • умение выбирать рациональные и экономически обоснованные параметры технологических режимов процессов окускования железорудных материалов и доменной плавки производства стали и ферросплавов в конкретных производственных условиях;

  • умение обосновывать выбор исходных данных для расчета состава шихт для получения окатышей, агломерата, чугуна, стали и ферросплавов заданного состава, а также других технологических расчетов, выполнять эти расчеты (в том числе с использованием ЭВМ) и анализировать полученные результаты;

  • умение управлять технологическими процессами окускования железорудных материалов и ходом доменной плавки, сталеплавильными и электрометаллургическими процессами, устранять возникающие нарушения их нормального протекания.

Раздел 1. Подготовка шихтовых материалов к доменной плавке.

    1. Характеристика железных руд.

Железорудные минералы и типы разделяются по минералогическим признакам. Минералы пустой породы. Полезные и вредные примеси, их влияние на качество металла и работу доменной печи. Требования к качеству железных руд. Принципы металлургической и экономической оценки рудного сырья. Факторы определяющие рентабельность промышленной переработки руды данного месторождения. Требования, предъявленные к железорудному сырью со стороны доменной плавки.

    1. Марганцевые руды.

Основные рудные минералы и типы марганцевых руд. Требования черной металлургии к марганцевым рудам: химический состав, отношение содержания марганца к содержанию железа, гранулометрический состав.

    1. Флюсы доменной плавки.

Роль флюсов в доменной плавке. Типы флюсов: основные, кислые, глиноземистые. Требования к химическому составу флюсов. Определение флюсующей способности известняка. Характеристика флюсующих материалов: известняки, доломитизированные известняки, ракушечник, мел, кварциты и бедные кремнистые руды – для плавки руд с основной пустой породой.

    1. Заменители руд и флюсов.

Возможность замены руд и флюсов отходами различных производств. Характеристика отходов передельных металлургических и других производств: чугунный скрап, мартеновские, конвертерные, сварочные и другие шлаки, окалины, пиритные огарки, колошниковая пыль, шламы газоочисток и др.

    1. Дробление и измельчение.

Цель и характеристика процессов. Способы дробления и измельчения. Устройство и принцип работы дробилок для крупного, среднего и мелкого дробления. Мельницы для измельчения материалов. Устройство и принцип работы барабанных мельниц: шаровых, стержневых, самоизмельчения, рудогалечных.

    1. Грохочение и классификация.

Цель и способы разделения сыпучих материалов по крупности. Процессы грохочения и классификации. Устройства и принцип работы грохотов и типы. Теоретические основы классификации. Устройство классификаторов и их типы.

    1. Обогащение руд.

Физические основы и показатели процесса обогащения. Методы обогащения рудного сырья: промывка, гравитационные способы, магнитная сепарация, флотация. Устройство аппаратов для обогащения руд. Обезвоживание концентратов мокрого обогащения.

    1. Усреднение шихтовых материалов.

Цель и показатели усреднения. Методы усреднения химического состава и физических свойств руд при добыче, на складах, в бункерах. Оборудование и организация усреднения шихтовых материалов в доменных цехах.

    1. Топливо доменной плавки.

Требования, предъявляемые к доменному топливу. Функции, выполняемые топливом в доменном процессе. Процесс производства кокса, устройство коксовых печей (батарей), технология коксохимического производства. Качество доменного кокса: технический анализ, физические и механические свойства. «Заменители» кокса в доменной плавке: природный газ, коксовый газ, мазут, пылеугольное топливо, их состав и характеристика.

    1. Окускование мелких руд и концентратов.

Общее представление об агломерационном процессе, его схема. Характеристика компонентов агломерационной шихты, подготовка ее к спеканию, смешивание и окомкование, загрузка на спекательные тележки. Зажигание шихты и ход процесса спекания, его показатели. Изменение температуры и других характеристик процесса во времени и по высоте спекаемого слоя.

Физико-химические процессы при агломерации железных руд. Разложение гидратов и карбонатов. Диссоциация оксидов. Окислительно-восстановительные реакции оксидов железа. Поведение серы, фосфора, мышьяка при агломерации. Процессы формирования физической структуры агломерата. Химический и минералогический состав агломерата. Обработка агломерационного спека, сходящего с агломашины.

Схема производства окатышей: подготовка материалов, состав шихты, получение сырых окатышей, обжиг окатышей – сушка, подогрев, обжиг, охлаждение. Схема газовых потоков обжиговой машины и тепловые зоны обжига. Физико-химические процессы при обжиге окатышей: реакции окисления магнетита и сульфидов, разложение карбонатов, реакции оксидов железа и оксидов пустой породы. Формирование физической структуры обоженных окатышей. Особенности удаления серы при обжиге окатышей.

Требования к качеству окускованного сырья: прочность в холодном состоянии, прочность при восстановлении, причина потери прочности при восстановительно-тепловой обработке, восстановимость, температура начала и конца размягчения, интервал размягчения.

Углубленные вопросы специализации «Окускование металлургического сырья»

    1. Окомкование агломерационной шихты; факторы, влияющие на окомкование: гранулометрический состав, режим увлажнения, интенсифицирующие добавки, режим работы окомкователей. Основные закономерности испарения влаги из агломерационной шихты: изменение параметров газа и шихты по высоте зоны сушки; количественные характеристики: удельный расход газа, скорость перемещения зоны сушки, толщи на зоны сушки, зависимость между температурами газа на входе и на выходе их зоны сушки.

    2. Процессы удаления серы при агломерации железорудных материалов: по каким химическим реакциям удаляется сульфидная и сульфатная сера; основные технологические факторы, способствующие удалению сульфидной и сульфатной серы. Особенности поведения серы при производстве офлюсованных агломератов и окатышей.

    3. Переувлажнение агломерационной шихты: механизм, отрицательное воздействие переувлажнения на агломерационный процесс; скорость перемещения зоны конденсации, количество конденсирующейся влаги; мероприятия по предупреждению переувлажнения при агломерации и уменьшению отрицательного воздействия при обжиге окатышей.

    4. Окислительно-восстановительные процессы при агломерации железорудных материалов: причины возникновения зон восстановления и окисления; взаимное расположение этих зон в высокотемпературном слое; изменение содержания FeO по высоте этого слоя; различия в протекании окислительно-восстановительных процессов при агломерации гематитовых и магнетитовых железорудных материалов.

    5. Основное уравнение газодинамики пористого слоя, преимущества этого уравнения по сравнению с одночленным. Особенности горения твердого топлива в процессе агломерации. Основная реакция горения углерода шихты при агломерации. Состав конечного агломерационного газа.

    6. Влияние основности шихты и содержания в ней углерода топлива на минералогический состав железорудных агломератов.

    7. Особенности теплообмена в агломерируемом слое: распределение температур в слое; две ступени теплообмена; факторы влияющие на удельный расход воздуха на агломерацию и на скорость перемещения тепловой волны (вертикальную скорость спекания).

    8. Сушка железорудных окатышей: особенности образования зон сушки и переувлажнения на обжиговой машине по сравнению с этими процессами при агломерации; разрушение окатышей при сушке: виды разрушения и причины, вызывающие разрушение; мероприятия по предупреждению разрушения окатышей.

Радел 2. Производство чугуна и прямое получение железа.

2.1. Восстановительные процессы в доменной печи.

Восстановление оксидов железа. Прямое и косвенное восстановление. Влияние соотношения степеней прямого и косвенного восстановления на расход кокса в доменной плавке. Восстановление оксидов железа водородом. Технологические мероприятия по увеличению степени развития косвенного восстановления железа. Восстановление в доменной печи марганца, кремния, фосфора и других элементов. Факторы, способствующие или затрудняющие восстановление этих элементов.

2.2. Десульфурация чугуна.

Источники поступлений серы в доменную печь, ее поведение в различных зонах печи. Распределение серы между чугуном, шлаком и газом. Основная реакция перехода серы из чугуна в шлак. Факторы, способствующие протеканию этой реакции. Внедоменная десульфурация чугуна.

2.3. Испарение влаги шихты, разложение гидратов, гидратной влаги и карбонатов.

Разложение гидратов и гидратной влаги. Степень разложения гидратной влаги. Влияние разложения гидроксидов и гидратной влаги на доменный процесс. Поведение карбонатов в доменной печи. Изменение упругости кальцита, парциального давления СО2 и общего давления печной атмосферы по высоте печи. Эффективность использования в доменной плавке офлюсованных агломерата и окатышей.

2.4. Образование чугуна и шлака.

Общая схема формирования чугуна и шлака. Размягчение железорудных материалов при нагревании. Процесс науглероживания восстановительного железа. Первичный и конечный шлак. Влияние химического состава шлака на его температуру плавления и вязкость. Роль шлакового режима на ход доменной плавки и состав чугуна.

2.5. Горение топлива в доменной печи.

Значение и особенности процесса горения топлива в доменной печи. Изменение состава газа по оси фурмы. Зона горения, ее структура. Реакции горения углерода и природного газа в горне печи. Теоретическая температура горения, ее зависимость от температуры дутья, концентрации кислорода в дутье, влажности дутья. Изменение температуры газа по оси фурмы. Фокус горения.

2.6. Изменение качества и состава газа по высоте доменной печи.

Влияние различных химических процессов на изменение количества и состава газа на различных горизонтах печи. Количество и состав колошникового газа. Влияние обогащения дутья кислородом и вдувания природного газа на состав и количество колошникового газа.

2.7. Теплообмен в доменной печи.

Понятие о теплоемкостях потоков газа и материала в доменной печи, изменение их по высоте рабочего пространства печи. Изменение температуры газов и материалов по высоте печи. Определяющая роль нижней ступени теплообмена в установлении удельного расхода кокса в доменной плавке.

Тепловой баланс доменной плавки. Влияние отдельных статей баланса на удельный расход кокса, направления снижения удельного расхода кокса.

2.8. Движение шихты и газа в доменной печи.

Силы, действующие на столб доменной шихты. Условия ровного схода шихты. Особенности движения шихты в печи. Особенности движения газа в доменной печи. Мероприятия по повышению производительности доменной печи – по увеличению интенсивности горения кокса и снижению удельного расхода кокса. Способы рационального распределения материалов и газа по сечению доменной печи.

2.9. Показатели работы доменных печей.

Суточная производительность, суточный и удельный расход кокса, КИПО, интенсивность работы печи (ее выражение). Взаимосвязь этих показателей.

2.10. Устройство и оборудование доменных печей и цехов.

Доменная печь. Профиль рабочего пространства. Фундамент. Огнеупорная футеровка. Охлаждение печи. Устройство леток и фурменных приборов. Засыпный и распределительный аппараты. Устройства для загрузки шихтовых материалов в печь: бункерная эстакада, оборудование для сортировки компонентов шихты их взвешивания и подачи на колошник.

Устройство и работа воздухонагревателей « на газу» и «на дутье». Подача дутья в доменную печь. Устройства для уборки чугуна и шлака, очистки доменного газа. Планировка литейного двора. План доменного цеха.

2.11. Прямое получение железа.

Социально-экономические предпосылки развития бескоксовой металлургии: проблема кокса, проблема скрапа и качества металла, проблема малой металлургии, проблема капитальных затрат и их окупаемости. Развитие и современный уровень методов бескоксовой металлургии в мире и в нашей стране.

Классификация и характеристика способов прямого получения железа: по видам железорудного сырья для металлизации, по видам топлива  восстановителя, по типам аппаратов для осуществления металлизации, по назначению продуктов металлизации. Применение методов бескоксовой металлургии для переработки комплексных руд. Эффективность применения металлизованных железорудных материалов в доменной плавке. Методы получения жидкого металла из руд.

Металлизация окатышей на конвейерных обжиговых машинах в процессе их производства. Металлизация в трубчатых вращающихся печах и комбинированных установках. Металлизация в шахтных печах. Технологическая схема производства металлизованных окатышей по способу «Мидрекс» на Оскольском электрометалургическом комбинате. Металлизация в аппаратах кипящего слоя.

Углубленные вопросы специализации «Металлургия чугуна»

    1. Восстановление оксидов железа в доменной печи. Условия равновесия реакций восстановления оксидов железа монооксидом углерода и водородом. Восстановление оксидов железа в твердых и жидких фазах. Двухстадийная адсорбционно-каталитическая теория восстановления оксидов железа. Параметры, характеризующие восстановительную способность газа и развитие низкотемпературного и высокотемпературного восстановления оксидов железа; методы из расчета.

    2. Восстановление окисидов марганца в доменной печи. Баланс марганца в доменной печи. Зависимость коэффициента распределения марганца между продуктами плавки от различных факторов. Особенности выплавки чугуна с высоким содержанием марганца.

    3. Восстановление оксидов кремния в доменной печи. Механизм восстановления оксидов кремния в печи твердым углеродом из жидких фаз. Образование силицидов железа. Условия, необходимые для перевода кремния в чугун. Особенности выплавки низкокремнистых чугунов, литейных чугунов и доменного ферросилиция.

    4. Восстановление фосфора в доменной печи. Причины полного перехода фосфора в чугун при доменной плавке. Особенности выплавки феррофосфора в доменной печи.

    5. Восстановление хрома, никеля и меди в доменной печи. Восстановление оксидов ванадия; температурный и шлаковый режим плавки для более полного перевода ванадия в чугун.

    6. Восстановление титана в доменной печи; образование карбидов, нитридов и карбонитридов титана в печи и влияние этих процессов на шлаковый режим плави и унос металла со шлаком.

    7. Поведение серы в доменной печи. Баланс серы в доменной печи. Коэффициент распределения серы между шлаком и чугуном и зависимость этого показателя от различных факторов. Равновесный и фактический коэффициенты распределения серы между шлаком и чугуном. Методика расчета коэффициента распределения серы между продуктами плавки. Сульфидная емкость доменных шлаков. Условия, необходимые для получения чугунов с низким содержанием серы. Методы внедоменной десульфурации чугуна.

    8. Образование чугуна в доменной печи. Процессы науглероживания восстановленного железа. Динамика перехода восстановленных элементов в чугун по мере движения расплава в горн печи. Явление вторичного окисления элементов чугуна в фурменном очаге. Конечное содержание углерода в чугуне и его зависимость от параметров плавки.

    9. Шлакообразование в доменной печи. Определение вязко - пластичных характеристик железорудного сырья. Образование газо-шлаковых систем в зоне шлакообразования. Расчет важнейших свойств конечных доменных шлаков.

    10. Горение топлива в доменной печи. Кислородная, углекислотная и циркуляционныя зоныфурменного очага. Расчетное определение протяженности этих зон в зависимости от параметров дутья и воздушных фурм. Состав конечного горнового газа и методы его расчета. Механические процессы, происходящие в фурменном очаге. Расчет количества фурменного газа. Расчет количества фурменного газа. Теоретическая температура горения кокса и методы ее расчета.

    11. Изменение количества и состава газа по высоте печи во взаимосвязи с протеканием основных процессов. Состав колошникового газа и его изменение в зависимости от параметров дутья и состава шихты. Балансовые методы определения выхода колошникового газа.

    12. Движение шихты и газов в доменной печи. Доменная шихта как «сыпучее тело». Основные характеристики сыпучих материалов. Процессы, вызывающие движение шихты в доменной печи. Расчет сил, управляющих сходом шихтовых материалов в печи. Зависимость сопротивления слоя шихты движущемуся газу от параметров слоя, газа и характера взаимодействия этих потоков. Мероприятия, направленные на повышение производительности доменной печи.

    13. Теплообменные процессы в доменной печи. Истинная и кажущаяся теплоемкости шихтовых материалов. Изменение теплоемкостей и температуры шихты и газа по высоте доменной печи. Верхняя, нижняя и резервная тепловые зоны в доменной печи и их изменение в зависимости от параметров комбинированного дутья.

    14. Материальные и тепловые балансы доменной плавки. Основные приходные и расходные статьи этих балансов. Методы составления тепловых балансов доменной плавки. Основные мероприятия по сохранению удельного расхода кокса при доменной плавке.

    15. Методы интенсификации доменной плавки. Состояние и перспективы развития доменного производства в России и за рубежом.