ВВЕДЕНИЕ
Уважаемый студент!
Методические указания по дисциплине «Материаловедение» для выполнения лабораторных работ созданы Вам в помощь для работы на занятиях, подготовки к ним и правильного составления отчетов.
Перед выполнением заданий лабораторных работ Вы должны:
внимательно прочитать цель и задачи занятия,
ознакомиться с требованиями к уровню Вашей подготовки в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами третьего поколения,
прочитать краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы,
ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.
Каждую лабораторную работу Вы должны выполнять в соответствии с прилагаемой инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной в данном сборнике методике.
Отчет по лабораторной работе Вы должны выполнить по приведенному алгоритму, опираясь на образец.
Наличие положительной оценки по всем лабораторным работам необходимо для получения зачета по дисциплине «Материаловедение», допуска к экзамену, поэтому, в случае отсутствия на лабораторной работе по любой причине или получения неудовлетворительной оценки, Вы должны найти время для выполнения заданий этого занятия или пересдачи.
Внимание! Если в процессе подготовки к лабораторным работам или при выполнении заданий у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий.
Время проведения дополнительных занятий можно узнать у преподавателя или посмотреть на двери его кабинета.
Желаем Вам успехов!!!
РАЗДЕЛ № 1 «ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА»
Тема № 1.1 «Производство чугуна и стали.Основы литейного производства. Кристаллизация металлов»
Лабораторная работа № 1
«Классификация и распознавание сырьевых исходных материалов для прозводства чугуна. Техпроцесс получения чугуна. Продукты доменной плавки»
Учебная цель: научиться классифицировать и распознавать сырьевые исходные материалы для производства чугуна и продукты доменной плавки по внешнему виду, по происхождению, по свойствам, знать техпроцесс получения чугуна.
Учебные задачи:
Научиться классифицировать сырьевые исходные материалы для производства чугуна по свойствам.
Научиться распознавать сырьевые исходные материалы для производства чугуна по внешнему виду.
Научиться подбирать и рассчитывать необходимое количество исходных материалов для получения чугуна.
Научиться классифицировать и распознавать по внешнему виду и по свойствам продукты доменной плавки.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО третьего поколения:
Студент должен
уметь:
распознавать и классифицировать конструкционные и сырьевые материалы по внешнему виду, по происхождению, по свойствам;
знать:
классификацию сырьевых исходных материалов и продуктов доменной плавки;
закономерности процессов кристаллизации металлов и сплавов.
Задачи лабораторной работы № 1
Повторить краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы.
Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.
Научиться распознавать и классифицировать исходные сырьевые материалы для получения чугуна.
Выполнить задания лабораторной работы.
Оформить отчет.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
Технические средства обучения:
учебная коллекция «Чугун и сталь» (1 и 2 части);
учебная коллекция исходных материалов для получения чугуна;
образцы деталей из чугуна и стали.
Учебно-методическая, справочная литература:
А.М. Адаскин Материаловедение: Учебник. – М.: Высшая школа, 2009.
Л.Д. Иванова Сборник методических указаний для студентов по выполнению лабораторных работ. – Самара: ГБОУ СПО «ПГК», 2014.
Лекционная тетрадь по материаловедению.
Тетрадь в клетку для лабораторных работ.
Калькулятор инженерный.
Ручка.
Карандаш простой.
Линейка.
Ластик.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2% (2,14%) до 6% (6,67%). Кроме углерода, в нем всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали.Это наиболее распространенный литейный сплав.
Исходными материалами для получения чугуна являются:
железосодержащие руды: красный железняк – 50-60% железа; магнитный железняк – 55-65%Fe;
бурый железняк – 30-50% Fe и др.
доменные флюсы – главным образом, известняки (Ca CO3 ∙ MgCO3);
топливо – кокс, мазут, природный газ;
марганцевая руда.
Доменные флюсы необходимы для удаления из печи тугоплавкой пустой породы и золы топлива в виде шлака.
Топливо – не только источник тепла и высокой температуры, но и реагент, обеспечивающий восстановление железа из его оксидов. В результате науглероживания железа при доменной плавке образуется чугун.
Кокс – кусковое, прочное и высокопористое топливо, которое получают путем спекания коксующихся углей, удаляя из них летучие вещества.
Природный газ – высококалорийное топливо, состоит, в основном, из метана CH4.
Марганцевая руда содержит марганец в виде оксидов, ее добавляют в шихту при выплавке чугуна и для выплавки ферромарганца.
Руда – это природное минеральное сырье (горная порода), содержащая металл, который можно извлечь экономически выгодным способом.
Подготовка руды и флюсов к плавке состоит из следующих этапов:
дробление – обеспечение нужной степени измельчения: для плавки -10-80 мм, для агломерации - 5-8 мм, для магнитного обогащения – 0,1 мм;
усреднение по химическому составу и свойствам необходимо для обеспечения ровного хода плавки, основной метод усреднения руды - ее послойная укладка в штабеля большого объема;
обогащение руды – получение концентратов, содержащих до 65-70% Fe. Основные способы обогащения: магнитный способ, промывка водой, магнетизирующий обжиг, гравитационный – отсадка и разделение в тяжелых суспензиях (взвесях), в которых рудный материал тонет, а частицы пустой породы всплывают;
агломерация –окусковывание мелкого железорудного сырья;
окатывание – окусковывание тонкоизмельченных концентратов (0,3 мм).
Шихта – материалы, применяемые для получения чугуна в определенном процентном соотношении.
Типовой состав шихты:
железосодержащие компоненты – 70-80%;
доменные флюсы – до 20%;
топливо – 5-7%;
марганцевая руда – 1%.
Устройство доменной печи. Чугун выплавляют в печах шахтного типа. Стенки печи выкладывают из огнеупорных материалов, преимущественно, из шамотного кирпича (50-60% SiO2, 30-40%Al2O3). Толщина шамотной кладки в шахте до 700 мм, в заплечиках - до 350 мм. Кладка печи заключена в стальную броню (кожух) толщиной до 40 мм.Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть, начиная от распара, сооружают на стальном кольце с опорными колоннами. Нижнюю часть горна выкладывают из особоогнеупорных материалов – графитизированных блоков с толщиной стенок до 1500 мм.Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают металлические водяные холодильники (примерно на ¾ высоты печи).
Рисунок 1 - Схема доменной печи.
Доменный процесс. Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы постепенно опускаются вниз, навстречу им – снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива.
Горение топлива. В районе воздушных фурм происходит полное сгорание кокса:
C + O2 =CO2+ Q и природного газа CH4 + O2 = CO2+ H2O(пар)+ Q, при этом развивается температура 1800-20000С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом:
CO2 +С(кокс) = CO - Q и H2O (пар) + С (кокс) = H2 + CO - Q Образуется смесь восстановительных газов, в которой СО является главным восстановителем железа из его оксидов.
Восстановление железа из оксидов происходит последовательно: от высших оксидов - к низшим
Fe2O3→ Fe3O4→ FeO →Fe (мет)
Восстановителями являются твердый углерод (кокс) – С, оксид углерода – СО и водород. Восстановление твердым углеродом называют прямым восстановлением, а газами - косвенным восстановлением.
Косвенное восстановление:
Fe2O3 + CO → Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO → FeO + CO2
FeO + CO→ Fe + CO2
Науглероживание железа. Fe + CО→ Fe3 C + CO2
Продукты доменной плавки. Основным продуктом доменного производства является чугун, побочными - шлак и доменный газ. В доменных печах выплавляют передельные чугуны, предназначающиеся для передела в сталь и литейные чугуны для отливки чугунных изделий, получают доменные ферросплавы.
Доменные ферросплавы используют при выплавке сталей для раскисления и легирования: ферро-марганец 70-75% Mn; ферросилиций 9-13% Si (иногда больше) и до 3% Mn; зеркальные чугуны 10-25% Mn.
Вопросы для закрепления теоретического материала
Дайте определение чугуна.
Что называется рудой? Назовите основные руды, применяемые для получения чугуна.
Что такое флюсы? Для чего они необходимы?
По какому принципу работает доменная печь? Устройство доменной печи.
Что такое прямое и косвенное восстановление железа?
Что такое науглероживание железа?
Назовите продукты доменной плавки. Расскажите об их применении в н/хозяйстве.
Задания для лабораторной работы № 1
Задание 1: Ознакомиться с технологиями получения чугуна. Ответить на выопросы для закрепления теоретического материала.
Задание 2: Изучить исходные материалы, необходимые для производства чугуна, научиться их распознавать по внешнему виду.
Задание 3: Изучить продукты доменной плавки, научиться их распознавать.
Задание 4: Изучить устройство доменной печи.
Задание 5: Изучить доменный процесс получения чугуна.
Задание 6: Составить отчет по лабораторной работе.
Инструкция по выполнению заданий лабораторной работы № 1
Внимательно ознакомьтесь с вопросами для закрепления теоретического материала. Сформулируйте свой ответ на каждый вопрос и запишите его в тетрадь для лабораторных работ.
По учебным коллекциям изучите исходные материалы, необходимые для получения чугуна, научитесь их распознавать.
По учебным коллекциям изучите продукты доменной плавки, научитесь их распознавать.
Изучите устройство доменной печи и процесс получения чугуна.
Составьте отчет по лабораторной работе.
Образец отчета по лабораторной работе № 1
Отчет
по лабораторной работе № 1
на тему: «Классификация и распознавание сырьевых исходных материалов для прозводства чугуна. Техпроцесс получения чугуна. Продукты доменной плавки»
Учебная цель: научится классифицировать и распознавать сырьевые исходные материалы для производства чугуна и продукты доменной плавки по внешнему виду, по происхождению, по свойствам, знать техпроцесс получения чугуна.
Задание № 1: Здесь должны быть полные ответы на вопросы для закрепления теоретического материала.
Задание № 2: Перечислите исходные материалы, необходимые для получения чугуна.
Задание № 3: Перечислите продукты доменной плавки.
Задание № 4: Укажите принцип работы доменной печи, нарисуйте схему доменной печи.
Задание № 5: Описание доменного процесса получения чугуна прямым способом.
РАЗДЕЛ № 2 «ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ
МАТЕРИАЛОВ»
Тема № 2.1 «Строение и свойства металлов. Методы исследования,испытания и анализа свойств материалов»
|