Содержание
1. Основная задача технологии, т. е. изделие (товар, продукт) на выходе и его свойства.
2. Характеристика технологии как системы.
3. Данная технология как подсистема производства, его краткая характеристика.
4. Место человека в этой технологии – подсистеме и их взаимодействие.
5. Наука и ее возможное влияние на современное состояние технологии; их обратная связь.
6. Виды данного процесса по параметрам времени и пространства.
7. Необходимое технологическое оснащение, его характеристики, параметры и пределы применимости.
8. Порядок проектирования технологии.
9. Технологичность изделия (продукта, товара) на выходе технологического процесса; возможные мероприятия ее повышения.
10. Механизация и автоматизация технологии: средства, методы, уровень современного состояния.
11. Основное возможное направление совершенствования технологии на ближайшее будущее.
12. Вывод
1. Основная задача технологии, т.е. изделие (продукт, товар) на выходе, его свойства.
Металлургией стали называется наука о способах получения стали в количествах, имеющих промышленное значение.
Сталью называется деформируемый сплав железа с углеродом и другими элементами. В состав стали, как правило, входят углерод, марганец, кремний, сера, фосфор. При получении стали со специальными свойствами в металл вводят легирующие добавки: хром, никель, молибден, вольфрам, медь, ниобий, ванадий и др., а также в увеличенных количествах марганец и кремний.
Получение железа в чистом виде является трудоемким и дорогим процессом. Механические свойства, в частности прочность, у стали значительно выше, чем у чистого железа. Железо в чистом виде – материал дорогой и его используют только для специальных целей. Обычно в технике и в быту применяют сталь.
Основной примесью, входящей в состав стали, является углерод. Он в значительной мере определяет свойства стали и по его содержанию железоуглеродистые сплавы делят на сталь и чугун.
При содержании углерода ниже 1,7–2 % сплав железа с углеродом называют сталью, выше – чугуном (от 1,7% до 2,8–3 % С – сталистые чугуны, выше 3% – обычные чугуны). Сталь обладает высокой пластичностью при высоких температурах, способна при нагреве коваться, прокатываться. Чугун этими свойствами не обладает. Имея температуру плавления, значительно меньшую, чем сталь, чугун обладает хорошими литейными качествами и широко применяется в литейном производстве. В настоящее время выплавляют стали, содержащие углерода, как правило, не более 1,2%, и чугуны с 3,5 – 4,5% С.
2. Характеристика технологии как системы.
Литейное производство состоит из отдельных производственных единиц, называемых цехами, службами и хозяйствами. Цехи завода разделяются на основные, вспомогательные и побочные.
Основные цехи (литейные цеха) работают непосредственно над созданием промышленной продукции.
Производственные службы и хозяйства подразделяются на складские, энергетические, транспортные, санитарно-технические и общезаводские.
Органы управления предприятием осуществляют организацию производственного процесса и его контроль, обеспечивают разработку технической документации и технологической оснастки, бухгалтерский учет, сбыт готовой продукции и др.
3. Данная технология как подсистема производства и его краткая характеристика.
Производство-система включает следующие подсистемы связи металлургического и машиностроительного производств: добычу руды – получение кокса – обогащение руды – производство чугуна в доменной печи – производство стали – разливку стали – прокатку – механообработку – производство литых заготовок, т.е. имеет место прямая материальная связь металлургии с машиностроением.
Действительно, после добычи руды и коксующегося угля их направляют на подготовку и переработку, которая для кокса сводится к нагреву в коксовых батареях, а для руды – к ее измельчению, обогащению (например, агломерацией) и окускованию. Подготовленные таким образом исходные материалы поступают в доменную печь, где и происходят восстановление железа из оксидов и его насыщение углеродом и другими примесями. В случае выплавки передельного чугуна последний направляется в сталеплавильные печи, в которых из него получают сталь. Сталь разливается в слитки, из которых после прокатки получают заготовки для обработки резанием на станках или готовый продукт (рельсы, балки, лист, трубы), поступающий в промышленность (национальную экономику, ранее именуемую народным хозяйством). Литейный чугун в виде чушек переплавляется в плавильных агрегатах литейных цехов машиностроительных заводов. Из этого чугуна получают литые заготовки, большая часть из которых проходит механическую обработку на станках, в виде готовых деталей подается на сборку и используется в народном хозяйстве.
В свою очередь машиностроительное производство и промышленность национальной экономики поставляют отходы металлообработки (стружку) и лом черных металлов (вторчермет) заводам по производству стали, завершая кругооборот металла.
4. Место человека в этой технологии – подсистемы и их взаимодействие.
В данной технологической подсистеме человек осуществляет роль контролера в технологических процессах, проводит анализ влияния факторов на качество выпускаемой продукции, разрабатывает технологические процессы производства и др.
5. Наука и ее возможное влияние на современное состояние технологии, их обратная связь.
Процессы производства стали представляют собой сложные комплексы физико-химических превращений, происходящих при высоких температурах. Участие в процессах принимают одновременно многие компоненты, находящиеся в различных агрегатных состояниях: в твердом (футеровка плавильных агрегатов, добавочные материалы и т.д.), жидком (металл, шлак) и газообразном (атмосфера печи, продуваемый через металл воздух или кислород и т.п.).
Непрерывно повышаются требования к качеству металла, к уровню технико-экономических показателей того или иного процесса. Для выполнения этих требований необходимо непрерывно углублять знания в области теории металлургических процессов. Попытки использовать достижения физической химии для понимания и усовершенствования металлургических процессов были сделаны в 20 – 30-х годах ХХ в. Пионерами применения законов физической химии в металлургии в СССР были В.Е.Грум-Гржимайло, В.А.Байков, М.М.Карнаухов. Сейчас невозможны не только развитие и усовершенствование сталеплавильных процессов, но и получение качественной стали без использования для этой цели основных положений физической химии. При изучении металлургии стали следует иметь в виду также тесную связь металлургии стали с химией, физикой, теплотехникой, металлографией и другими науками.
Очень часто основные характеристики процесса (коэффициенты, параметры и т.п.), используемые при решении практических задач, получают экспериментально в лабораторных условиях. Однако результаты, полученные в лабораторных условиях (маленькие ванны, маленькие слитки и т.п.), не всегда совпадают с результатами, полученными в заводских условиях. Кроме того, в заводских условиях могут одновременно действовать очень много факторов, которые не всегда легко учесть в лабораторных условиях.
Для получения возможно более достоверной информации о процессе желательно сочетание, по крайней мере, трех методов: расчетного (на основании известных закономерностей и данных); экспериментального (в лабораторных условиях); опытного (в заводских условиях).
6. Вид данного процесса по параметрам времени и пространства.
Время выплавления стали в металлургическом производстве зависит от качества конечного изделия и варьируется в пределах от 8 до 20 часов.
Доменный способ изготовления чугуна требует при высоких температурах в течение 15 – 20 часов, способы внедоменного получения железа, например Хеганеса, предусматривают нагрев до 1220ºС и выдержку в течение 20 часов, способ Охилата при температуре 1100ºС – в течение 20 часов.
В мартеновских печах процесс плавки при температуре 1800ºС длится 8 – 10 часов.
7. Необходимое технологическое оснащение, его характеристика, параметры и пределы применения.
Производство чугуна.
Прошедшие предварительную подготовку руды подаются вместе с коксом, расход которого составляет около 50% от массы выплавляемого чугуна, в доменную печь. Доменные печи относятся к разряду шахтных печей и работают по принципу противотока. Шихта (руда, кокс и, если необходимо, известь) подается сверху и по мере плавления руды и выгорания кокса опускается вниз, а воздух наоборот вдувается в нижнюю часть печи и перемещается вверх, навстречу шихте.
Продуктами доменного производства являются передельные чугуны, содержащие 3,5 – 4,5 % С и 0,5 – 1,3% Si, литейные чугуны, отличающиеся более высоким содержанием кремния (0,8 – 3,6%), ферромарганца (75 – 85%) и ферро – силиция (19 – 92%). Кроме того, ценными побочными продуктами являются доменные шлаки и газ.
Одним из главных показателей работы доменных печей принято считать коэффициент использования полезного объема.
Производство стали.
Сталь – это сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14%.
Наиболее распространенные печи, применяемые для производства стали: мартеновские, конверторные, электродуговые, индукционные.
Мартеновская печь построена в середине ХIХ в. и с тех пор ее конструкция не претерпела принципиальных изменений. Она отапливается газом или мазутом. Температура факела достигает 1800º С. Современные мартеновские печи имеют емкость свыше 500 т при глубине ванны более 1м.
Кислородно-конвертерный способ выплавки стали считается более прогрессивным, так как он создает высокий перегрев расплава, а продолжительность цикла не превышает одного часа. Конвертерное производство характеризуется высокой производительностью, не требует топлива, так как разогрев идет за счет экзотермических реакций горения Si, Mn и С, позволяет перерабатывать лом и получать легированные стали, но оно привязано к доменному цеху, не гарантирует стабильного от плавки к плавке состава стали и отличается от других способов выплавки стали высокими потерями металла на угар.
Электродуговые печи обеспечивают низкий угар легирующих элементов и высокий перегрев расплава, необходимый для растворения ферросплавов. Поэтому они нашли широкое применение для выплавки сталей специального назначения, таких как инструментальные, нержавеющие, жаропрочные и т.д.
На машиностроительных заводах широкое применение для выплавки стали находят и тигельные индукционные печи. Разогрев и плавление шихты осуществляется за счет токов Фуко, возникающих в ней при подаче на индуктор тока высокой частоты от лампового или машинного генератора. Образующийся на поверхности расплавленного металла шлак имеет низкую температуру и высокую вязкость, что затрудняет проведение металлургических операций. Поэтому печи этого типа применяются для расплавления твердой шихты, а не для переработки чугуна в сталь.
После завершения плавки жидкую сталь выливают в ковши и подают на разливку в изложницы или на установки непрерывной разливки стали (УНРС).
Для разливки чаще всего используются стопорные ковши, сварной массивный кожух которых выкладывается огнеупорным шамотным кирпичом. Специальный стопор, представляющий собой штангу с нанизанными на нее цилиндрами из шамота, закрывает отверстие в днище ковша.
8. Порядок проектирования технологии (укрупненно).
Подготовка производства состоит из следующих этапов: 1) анализ исходных данных; 2) разработка технологического процесса плавки; 3) разработка технологических процессов литья в различные формы; 4) проектирование специальных инструментов, приспособлений и технологического оборудования; 5) изготовление специальных инструментов, приспособлений и оборудования; 6) внедрение технологического процесса.
9. Технологичность продукта на выходе данной технологии производства: возможные мероприятия ее повышения.
По распространенной в настоящее время схеме металлургического производства получение стали осуществляется в две стадии: 1) восстановление в доменных печах железа и руды; 2) окисление в сталеплавильных агрегатах углерода, кремния, марганца, фосфора, удаление серы, т.е. получение из чугуна стали нужного состава. Естественно поэтому, что идея создания процесса получения железа непосредственно из руды, но более совершенным по сравнению с сыродутным способом, привлекала и привлекает внимание металлургов.
В настоящее время имеется ряд технологический решений процесса прямого получения железа из руд, которые прошли достаточно широкое промышленное опробование. Получаемый этими способами продукт называют по-разному: продуктом прямого восстановления, металлизованным продуктом, губчатым железом и др., а процесс получения этого продукта – процессом прямого восстановления, или процессом металлизации. Под степенью металлизации понимается обычно процент восстановления железа, содержащегося в сырье.
Весьма заманчивой является возможность использования для процесса прямого восстановления атомной энергии ( например, получение водорода с помощью дешевой энергии из воды, подогрев ее до температур около 1000ºС и восстановление им распыленной железной руды или получение непосредственного из каких-либо распространенного углеводорода нагретого восстановительного газа и использование его затем для прямого восстановления железа). Сегодня получение температур нагрева до 950 – 1000ºС уже является реальностью.
В настоящее время лишь около 2% выплавляемой в мире стали производится с использованием материалов, полученных на установках прямого восстановления.
10. Механизация и автоматизация технологии: средства, методы, уровень современного состояния.
Современный период развития металлургической технологии характеризуется постепенным выносом операций, обеспечивающих получение металлов высокого качества, непосредственно из плавильного агрегата во вспомогательный агрегат или в специально оборудованный ковш. Роль самих плавильных агрегатов все больше сводится к получению жидкого полупродукта определенного состава и температуры. Существовавшие до последнего времени заметные отличия в технологии получения качественной стали в крупных конвертерах, мартеновских или электродуговых печах постепенно нивелируются, особенно если окисление примесей в этих агрегатах осуществляется с помощью продувки ванны кислородом.
11. Основные возможные направления в совершенствовании технологии в ближайшем будущем.
В различных промышленно развитых странах на отдельных заводах ежегодно создаются новые варианты конструкций агрегатов для обработки жидкой стали с целью повышения ее качества, появляются новые процессы и разновидности уже существующих процессов.
12. Вывод –заключение.
Появление тех или иных новых способов производства стали и методов, обеспечивающих повышение ее качества, проходят во времени и многие способы (и старые, и новые) существуют одновременно.
Литература
Бубен К.К. «Производственные технологии» ч.1-3