microbik.ru
1
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Утверждаю

_____________________

Руководитель ООП

по направлению 150400

зав.кафедрой металлургии

проф. В.М. Сизяков



ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ»

Направление: 150400 «Металлургия»

Профиль: «Металлургия цветных металлов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Составитель: доц. Г.В. Коновалов


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Составитель: доц. Г.В.КОНОВАЛОВ

Кафедра металлургии

1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – дать студентам основы знаний в области технологии и аппаратуры производства черных и цветных металлов и сплавов, литейного производства, обработки металлов давлением и термической обработки сплавов.

Задачи дисциплины – изучение теории, технологии и аппаратурного оформления основных металлургических процессов, используемых при производстве чугуна и стали, тяжелых, легких, благородных и редких цветных металлов и сплавов, в литейном производстве, при обработке металлов давлением и термической обработке сплавов. При рассмотрении всех технологических процессов обращается внимание студентов на вопросы экологии.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Учебная дисциплина «Металлургические технологии производства и обработки металлов» является дисциплиной базовой части ФГОС третьего уровня высшего профессионального образования (бакалавриата).

Для освоения учебного материала данной дисциплины необходимы знания по физике, общей и физической химии, информатике (Б.2), металлургической теплотехнике, обогащению руд цветных металлов, основам кристаллографии и минералогии, материаловедению и технологии конструкционных материалов (Б.3). Необходимо уметь пользоваться компьютером, работать с информацией из различных источников; уметь пользоваться оборудованием химической лаборатории, владеть основными методиками проведения химических анализов; иметь знания по технике безопасности при работе в химической лаборатории.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Изучение дисциплины «Металлургические технологии производства и обработки металлов» направлено на формирование у студентов следующих компетенций: ОК-1, 4, 6, 10-13, ПК-1, 2, 4, 10-12, 18-22.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: основные процессы и аппараты, используемые в производстве черных и цветных металлов и сплавов, в литейном производстве, обработке металлов давлением, термической обработке сплавов; важнейшие физико-химические закономерности перечисленных выше процессов и особенности их аппаратурного оформления;

уметь: использовать полученные знания по технологии и аппаратурному оформлению изученных процессов для выбора рационального варианта технологии и аппаратуры в условиях конкретного производства; оценить возможное экологическое воздействие выбранной технологии на окружающую среду.

владеть: понятийно-терминологическим аппаратом в области металлургических процессов; навыками составления технологических схем производства металлов и составлением их материальных и тепловых балансов процессов.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц.


Вид учебной работы

Всего часов

Семестр

5

Аудиторные занятия (всего)

102

102

В том числе:







Лекции

51

51

Практические занятия (ПЗ)

17

17

Семинары (С)







Лабораторные работы (ЛР)

34

34

Самостоятельная работа (всего)

114

114

В том числе:







Курсовой проект (работа)







Расчетно-графические работы

46

40

Реферат

22

22

Другие виды самостоятельной работы

46

40










Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)




Экзамен

Общая трудоемкость час

зач. ед.

216




6





5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины


№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1.

Введение.

Роль и значение производства металлов. Промышленная классификация металлов. Масштабы производства важнейших металлов. Сырье для производства металлов. Понятие о технологической схеме его переработки.

2.

Физико-химия металлургических процессов.

Прочность соединений металлов с кислородом и серой. Диаграмма восстановимости оксидов металлов оксидом углерода (II). Теоретические основы плавок на металл и штейн. Характеристика основных продуктов металлургических плавок. Двойные и тройные диаграммы плавкости сульфидов и оксидов металлов.

3.

Основы производства чугуна и стали.

Физико-химические свойства и применение железа и его сплавов. Характеристика сырья для получения железа (минералы, руды, концентраты) и способы его переработки. Подготовка шихты к доменной плавке. Общее описание доменной плавки. Устройство доменной печи. Основные процессы, протекающие в доменной печи. Восстановление оксидов железа и других соединений. Образование и науглероживание чугуна, шлакообразование. Десульфуризация при доменной плавке, продукты доменной плавки и их использование. Способы производства стали из чугуна. Основные реакции сталеплавильных процессов (удаление примесей, раскисление стали). Устройство и принцип действия конвертеров, мартеновских и электрических печей для производства стали. Теоретические осно

вы и практика производства различных ферросплавов. Способы бездоменного получения железа и стали в виде губчатого и жидкого металла.

4.

Основы производства тяжелых цветных металлов.

Физико-химические свойства меди и ее соединений; области применения меди. Сырье для производства меди и краткая характеристика методов его переработки. Сущность и назначение окислительного обжига сульфидных медных концентратов. Плавка сульфидного медьсодержащего сырья на штейн в различных типах агрегатов. Переработка медных штейнов на черновую медь конвертированием. Огневое и электролитическое рафинирование меди. Общие сведения о получении меди гидрометаллургическим способом.

Физико-химические свойства никеля и его соединений; области применения никеля. Сырье для производства никеля и краткая характеристика методов его переработки. Технология переработки сульфидных медно-никелевых руд пирометаллургическим методом. Технология переработки окисленных никелевых руд пирометаллургическим методом с получением металлического никеля и ферроникеля. Общие сведения о гидрометаллургии никеля.

Физико-химические свойства цинка и его соединений; области применения цинка. Сырье для производства цинка и краткая характеристика методов его переработки. Обжиг цинковых концентратов. Основы получения цинка пирометаллургическим способом. Основы технологии переработки сульфидных цинковых концентратов гидрометаллургическим методом.

Физико-химические свойства свинца и его соединений; области применения свинца. Сырье для производства свинца и способы его переработки пирометаллургическим путем. Двухступенчатый метод переработки свинцовых концентратов. Автогенные процессы переработки свинцовых концентратов. Теоретические основы и практика рафинирования чернового свинца пирометаллургическим методом.

5.

Основы производства легких цветных металлов.

Физико-химические свойства алюминия и магния и их соединений; области применения алюминия и магния. Сырье для производства алюминия и краткая характеристика способов его переработки. Получение глинозема по способу Байера и спеканием. Получение алюминия электролизом из криолито-глиноземного расплава.

Сырье для производства магния и методы его переработки. Получение хлорида магния из различных видов сырья. Получение магния электролизом из расплава хлоридов.

6.

Основы производства тугоплавких редких и благородных металлов.

Свойства и области применения титана, вольфрама, молибдена. Сырье для их производства. Получение диоксида титана и четыреххлористого титана. Производство металлического титана. Переработка вольфрамовых концентратов с получением триоксида вольфрама. Получение металлического вольфрама восстановлением его триоксида водородом. Получение триоксида молибдена и металлического молибдена.

Свойства и области применения золота. Основные источники сырья для получения золота и краткая характеристика методов его переработки. Гравитационный метод извлечения золота из руд. Сущность метода переработки золотосодержащих концентратов амальгамацией. Переработка золотосодержащих руд цианистым процессом.

7.

Получение литых заготовок и слитков.

Назначение литейного производства и способы изготовления отливок. Общее описание технологии изготовления отливок в песчаных формах. Формовочные материалы. Оборудование и оснастка литейных цехов. Ручная и машинная формовка. Назначение и изготовление стержней. Окраска и сборка форм. Заливка и другие окончательные операции.

Специальные способы литья. Литье в кокиль. Литье по выплавляемым моделям. Центробежное литье. Литье под давлением. Литье по газифицируемым моделям. Назначение разливки в слитки металлов, получаемых в металлургическом производстве. Разливка стали и изложницы. Устройство разливочного ковша и изложниц, технология разливки. Схема установок и технология непрерывной разливки стали.

Разливка меди, никеля и свинца с получением анодов. Устройство разливочных машин и технология разливки. Переплавка и разливка чистых цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка, алюминия) в слитки. Конструкция и характеристика печей для плавки этих металлов. Технология разливки в изложницы. Непрерывная разливка меди и алюминия. Технология получения гранулированного никеля.

8.

Производство сплавов прямым сплавлением.

Сущность способа. Характеристика исходных материалов для получения различных сплавов. Технология производства сплавов (составление шихты, последовательность загрузки шихтовых материалов и их плавления, наведение шлака или защитного покрытия, дегазация сплава и его разливка). Схема устройства, описание конструкции и характеристика печей для производства сплавов (тигельные печи с пламенным и электрическими обогревом, отражательные печи, дуговые и индукционные электрические печи и др.).

9.

Обработка металлов давлением.


Назначение, сущность и основные виды обработки металлов давлением. Способы прокатки и технология получения различных изделий этим способом. Сущность процесса волочения. Производство волочением проволоки, прутков, профилей, труб. Прессовое оборудование и технология изготовления изделий прессованием. Понятие о свободной ковке. Схемы свободной ковки и технология ковки. Сущность изготовления изделий штамповкой и виды штамповки. Технология горячей и холодной объемной штамповки. Изготовление изделий методом листовой штамповки. Высокоскоростные и импульсные методы обработки металлов давлением.

10.

Термическая обработка металлоизделий.

Назначение и сущность технологии различных видов термической обработки металлоизделий (закалка, отжиг, отпуск, нормализация, старение, цементация и др.). Схемы устройства и организация работы печей для термообработки металлоизделий.



5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами


№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1.

Металлургия тяжелых цветных металлов




х




х










х







2.

Металлургия легких цветных металлов




х







х







х







3.

Металлургия редких металлов




х










х













4.

Металлургия благородных металлов
















х













5.

Автоматизация металлургических процессов




х

х

х

х

х

х

х







6.

Экология




























х


5.3. Разделы дисциплин и виды занятий


№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц., час.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Все-го

час.

1.

Введение

2













2

2.

Физико-химия металлургических процессов

6

2

6




12

26

3.

Основы производства чугуна и стали

10

2

4




16

32

4.

Основы производства тяжелых цветных металлов

14

6

12




16

48

5.

Основы производства легких цветных металлов

6

7







16

29

6.

Основы производства тугоплавких редких и благородных металлов

4










10

14

7.

Получение литых заготовок и слитков

2




4




10

16

8.

Производство сплавов металлов прямым сплавлением

4




4




12

20

9.

Обработка металлов давлением

2










12

14

10.

Термическая обработка металлоизделий

1




4




10

15


6. Лабораторный практикум


№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)

1

2

Обжиг сульфидных концентратов

6

2

3

Восстановление оксида металла

4

3

4

Штейновые плавки медных и никелевых руд, концентратов и промпродуктов

4

4

4

Электролиз в водных растворах (рафинирование меди или никеля; выделение цинка)

4

5

4

Выщелачивание цинкового огарка

4

6

7

Кристаллизация слитков в изложнице

4

7

8

Плавка аккумуляторного лома

4

8

10

Термическая обработка углеродистой стали

4


7. Практические занятия (семинары)


№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование практических занятий

Трудо-емкость

(час.)

1

2

Расчет термодинамических величин. построение диаграмм фазовых равновесий.

2

2

3

Построение диаграммы равновесных кривых восстановления оксидов металлов в зависимости от температуры и содержания монооксида углерода

2

3

4

Расчет материального и теплового балансов обжига и плавки на штейн сульфидных руд и концентратов.

6

4

5

Расчет материального баланса спекания нефелинового концентрата

7



8. Примерная тематика рефератов и расчетно-графических работ:



Тема

1

Подготовка мелкого железосодержащего сырья к доменной плавке.

2

Схема устройства доменной печи и общая характеристика доменной плавки.

3

Основные процессы, протекающие в доменной печи.

4

Схема устройства вертикальных конвертеров и электропечей для производства стали и их работа.

5

Прямое получение железа и стали.

6

Плавка медьсодержащего сырья на штейн во взвешенном состоянии.

7

Плавка медьсодержащего сырья на штейн в жидкой ванне.

8

Плавка медьсодержащего сырья на штейн в отражательной и электрической печах.

9

Переработка медных штейнов на черновую медь конвертированием.

10

Огневое рафинирование черновой меди.

11

Электролитическое рафинирование меди.

12

Плавка на штейн сульфидного медно-никелевого сырья.

13

Восстановительно-сульфидирующая плавка на штейн окисленных никелевых руд.

14

Переработка медно-никелевого и никелевого штейнов конвертированием.

15

Окислительный обжиг никелевого файнштейна и никелевого концентрата, получаемого при флотации файнштейна.

16

Восстановительная электроплавка технического оксида никеля на металл и аноды.

17

Электролитическое рафинирование никеля.

18

Переработка окисленных никелевых руд на ферроникель.

19

Назначение и сущность обжига цинковых концентратов.

20

Выщелачивание цинкового огарка

21

Очистка раствора сульфата цинка от примесей.

22

Электролиз раствора сульфата цинка.

23

Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов.

24

Восстановительная плавка свинцового агломерата в шахтных печах.

25

Рафинирование чернового свинца пирометаллургическим методом.


9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

  1. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухлов М.Б. Плавка и литье сплавов цветных металлов. М., Металлургиздат, 1963, с.524.

  2. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М., "Металлургия, 2000, с.768.

  3. Уткин Н.И. Цветная металлургия. Технология отрасли. М., Металлургия, 1990. с.448.

  4. Челищев Е.В.. Арсентьев Е.П., Яковлев В.В. и др. Металлургия черных и цветных металлов. М., Металлургия, 1993, с.446.

б) дополнительная литература

  1. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М., Металлургия, 1970, 368 с.

  2. Ветюков М.М. Электрометаллургия алюминия и магния. Учебник для вузов. М., 1987

  3. Еремин Н.И. Производство глинозема. Учебное пособие. Л, 1983

  4. Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1991, 432 с.

  5. Кожевников И.Ю., Равич Б.М. Окускование и основы металлургии. М., Металлургия, 1991, с.304.

  6. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В., Борбат В.Ф. и др. Металлургия благородных металлов. М., Металлургия, 1987, 482 с.

  7. Сатановский Л.Г., Мирский Ю.А. Нагревательные и термические печи в машиностроении. М.: Металлургия, 1971, с.383

  8. Солнцев Ю.П., Веселов В.Н., Демянцевич В.П. и др. Металловедение и технология металлов. М., Металлургия, 1988, с.505.

  9. Тройцкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. М., Металлургия, 1984, с.400

  10. Основы производства и обработки металлов. / А.К.Орлов, Г.В.Коновалов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2006. 115 с.

  11. Технологические расчеты и задачи по металлургии тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие / А.К.Орлов, Г.В.Коновалов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2009. 105 с.

в) программное обеспечение

    1. Компьютерные презентации («Металлургическое оборудование», «Металлургия меди и никеля», «Металлургия свинца и цинка»)

2. Физические модели металлургических агрегатов;

3. Аппаратурно-технологические схемы;

4. Образцы сырья, полупродуктов и готовой продукции предприятий.

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

Операционные системы Windows, стандартные офисные программы, электронно-поисковая база по металлургии цветных металлов.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

1. Пирометаллургическая лаборатория (установки для обжига, плавки и прокаливания);

2. Гидрометаллургическая лаборатория (установки для выщелачивания, осаждения металлов из растворов и электролиза);

3. Компьютерный класс (12 персональных компьютеров).
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Программа предусматривает возможность обучения в рамках традиционной поточно-групповой системы обучения. При этом обучение рекомендуется в течение двух семестров: для бакалавров — в IV и V семестрах.