- •Содержание
- •Введение
- •Возникновение и развитие металлургии
- •История развития металлургии в России. Возникновение и развитие высшего металлургического образования
- •Выдающиеся российские ученые металлурги
- •Павел Петрович Аносов (1799 – 1851 гг.)
- •Павел Матвеевич Обухов
- •Дмитрий Константинович Чернов
- •Владимир Ефимович Грум-Гржимайло
- •Михаил Александрович Павлов
- •Евгений Оскарович Патон (1870 – 1953 гг.)
- •Борис Евгеньевич Патон
- •Николай Тимофеевич Гудцов
- •Иван Павлович Бардин
- •Сергейй Иванович Губкин
- •История развития металлургии и металлургического образования на Урале. Подготовка персонала для металлургических предприятий
- •2.1. Основатель Уральской научно-педагогической школы по обработке металлов давлением
- •Головин Аким Филиппович
- •Развитие теории обработки металлов давлением и работа на заводах
- •Выдрин в.Н. Доктор технических наук, Тарновский и.Я. Доктор технических наук, профессор, основатель кафедры профессор, заведующий кафедрой
- •Создание новых методов расчета формоизменения и силы деформации
- •Красовский н.Н. И Поздеев а.А. Выпускники 1949 г., отличные студенты и спортсмены, стали членами Академии наук ссср
- •Кафедра "Обработка металлов давлением"
- •Основы материаловедения
- •3.1.1. Классификация металлов
- •Средний химический состав земной коры по а.П. Виноградову (мощность 16 км без океана и атмосферы), % мас.
- •3.1.2. Потребительские свойства некоторых металлов и сплавов. Область применения
- •Примерные объемы мирового годового производства некоторых металлов
- •Разбивка нанопорошков по типам
- •3.2. Металлофонд России
- •Кристаллическое строение металлов. Аллотропические или полиморфные превращения
- •От расстояния между ними
- •Элементарной ячейки.
- •Аллотропические формы некоторых металлов
- •3.4. Структура реальных кристаллов
- •3.5. Кристаллизация металлов
- •3.6.1. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь компонентов
- •Механическую смесь компонентов:
- •(Кристаллизации) эвтектики
- •3.6.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •3.6.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы
- •3.6.4. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения
- •Системы Mg-Pb
- •Системы Cu-Zn
- •Свойства и деформация металлов и сплавов
- •Физико-химические и физико-механические свойства металлов и сплавов
- •В таблице Менделеева
- •Физические и механические свойства важнейших металлов
- •3.7.2. Механические свойства металлов и сплавов
- •Деформация металлов и сплавов
- •Сдвига в положение а'в' (б); в - выход дислокации на поверхность кристалла
- •Возврат и рекристаллизация
- •Основы металлургии
- •4.1. Принципиальные основы производства металлов
- •4.2. Руды, подготовка руд к металлургическому переделу
- •4.2.1. Способы добычи руд
- •4.2.2. Цель подготовки руд к металлургическому переделу
- •4.2.3. Дробление и измельчение руд
- •4.2.4. Грохочение и классификация
- •А) в открытом цикле; б) в закрытом
- •4.2.5. Обогащение руд
- •Сепаратора:
- •Для очистки барабана;
- •4.2.6. Обжиг руд
- •Температуры плавления и кипения хлоридов металлов
- •4.2.7. Усреднение
- •4.2.8. Окускование
- •Рекуперации и охлаждения
- •Основы технологии производства важнейших металлов и сплавов
- •5.1. Производство железа – чугунов и сталей
- •5.1.1. Рудная база черной металлургии
- •5.1.2. I стадия - подготовка железных руд к плавке
- •Важнейшие железорудные месторождения России
- •Химические составы железной руды Оленегорского месторождения и полученного из нее концентрата
- •Месторождения
- •5.1.3. II стадия - доменное производство
- •5.1.3.1. Химические процессы в доменной печи
- •5.1.3.2. Управление доменным процессом
- •Калькуляция себестоимости передельного чугуна (в ценах 1985 г.)
- •Калькуляция себестоимости передельного чугуна (в ценах 1985 г.)
- •5.1.3.3. Мероприятия по повышению количества воздуха, вдуваемого в печь
- •5.1.3.4. Устройство и оборудование доменной печи
- •Ленточными конвейерами (галереи обозначены стрелками)
- •В доменную печь:
- •5 .1.3.5. Устройства для подачи и нагрева дутья
- •И «на дутье» (б):
- •5.1.3.6. Устройства для обслуживания горна и уборки чугуна и шлака
- •Огнеупорной массы; 6 - механизм поворота пушки к летке; 7 - защелка; 8 - люк для загрузки огнеупорной массы
- •Доменной печи:
- •5.1.3.7. Использование продуктов доменной плавки
- •5.1.4. III стадия - сталеплавильное производство
- •5.1.4.1. Принципиальные основы сталеплавильного производства
- •Химические составы чугуна и стали
- •5.1.4.2. Шлаковый режим сталеплавильного процесса
- •5.1.4.3. Мартеновское производство стали
- •5.1.4.4. Кислородно-конвертерный способ производства стали
- •Элементов в металле по ходу продувки в кислородном конвертере
- •Конвертерных газов:
- •5.1.4.5. Выплавка стали в конвертерах дуплекс-процессом
- •Транспортного назначения
- •5.1.4.6. Производство стали в электрических печах
- •5.1.4.6. Разливка стали
- •5.1.4.7. Классификация сталей
- •5.1.4.8. Бездоменные способы получения железа
- •Составы восстановительного и колошникового газов шахтиой восстановительной печи, %
- •5.1.4.9. Получение особо чистого железа
- •5.1.4.10. Производство ферросплавов
- •Удельные расходы шихтовых материалов и электроэнергии при выплавке ферросплавов
- •5.1.5. IV стадия - методы повышения качества стали
- •5.1.6. Современный электросталеплавильный цех по производству трубной непрерывнолитой заготовки
- •Технические характеристики мнлз №1
- •5.2. Производство алюминия
- •5.2.1. Рудная база
- •Из высококремиземистых бокситов
- •5.2.2. II стадия - получение а12о3
- •Выщелачивания бокситов:
- •Алюминатного раствора:
- •Перемешиванием; 2- гидроциклон;
- •5.2.3. III стадия - получение металлического алюминия
- •Р ис. 5.50. Схема электролиза для получения алюминия:
- •5.2.4. IV стадия - получение чистого алюминия
- •5.3. Производство меди
- •5.3.1. Рудная база
- •Химический состав медных руд, %
- •5.3.2. I стадия передела - механическое обогащение руд
- •5.3.3. II стадия - выплавка штейна (химическое обогащение)
- •Пирометаллургическим способом
- •Р ис. 5.56. Схема распределения химических процессов по высоте шахтной печи при полупиритной плавке
- •Тепловой баланс полупиритной плавки
- •Р ис. 5.58. Схема печи для взвешенной плавки:
- •Р ис. 5.59. Схема печи Ванюкова:
- •5.3.4. III стадия - получение черновой меди
- •Р ис. 5.60. Схема горизонтального конвертера:
- •5.3.5. IV стадия - получение чистой меди
- •Распределение элементов медных анодов в процессе электролиза, %
- •5.4. Производство титана
- •5.4.1. I стадия - механическое обогащение ильменитовых руд
- •5.4.2. II стадия - химическое обогащение
- •5.4.3. Ill стадия - получение чистых TiCl4 и то2
- •Непрерывного действия:
- •И кипения (верхняя горизонталь) некоторых хлоридов; штриховкой показан температурный диапазон, в котором производится ректификация TiCl4
- •От примесей:
- •Хлоридов; 7 - бак для сбора высококипящих хлоридов; 8 - запорные и регулирующие краны;
- •5.4.4. Получение конечной продукции
- •Восстановлением TiCl4
- •Для алюмотермического производства ферротитаиа:
- •Производство изделий из металлов и сплавов металлургическими методами
- •6.1. Обработка металлов давлением
- •Классификация процессов обработки металлов давлением. Методы омд
- •Классификация процессов листовой штамповки
- •6.1.1.1. Прокатка
- •6.1.1.2. Ковка
- •Боёк; 3 - обрабатываемое изделие; 4 и 5 - верхний и нижний штампы;
- •6.1.1.3. Штамповка
- •6.1.1.4. Прессование
- •6.1.1.5. Волочение
- •6.1.2. Элементы теории обработки металлов давлением
- •Оценка степени деформации металлического тела
- •Напряженное состояние
- •Принцип минимума энергии деформации (наименьшего сопротивления)
- •Элементы теории продольной прокатки
- •Очаг деформации, угол захвата
- •Опережение и отставание
- •Уширение при прокатке
- •Усилие и давление при прокатке
- •Механическое оборудование прокатных цехов
- •Главная линия прокатного стана и ее элементы
- •Вспомогательное оборудование
- •Классификация прокатных станов
- •Для холодной прокатки жести:
- •И рельсобалочных станах:
- •И трамвайные рельсы; 8 - двутавровая балка; 9 - швеллер; 10 - z-образный профиль
- •Технология прокатного производства
- •Нагрев металла перед омд
- •Калибровка прокатных валков
- •Для упрощения рисунка из девяти калибров приведено только четыре
- •Производство заготовок
- •Стана 900/700/500
- •Производство рельсов и балок
- •Производство листового проката
- •Стана холодной прокатки
- •Обозначения те же, что и на рис. 6.23
- •Производство труб
- •6.2. Литейное производство
- •Принципиальная схема изготовления отливок
- •6.2.2. Формовочные материалы и смеси
- •6.2.2.1. Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям
- •Свойства компонентов формовочных и стержневых смесей
- •6.2.3. Изготовление форм
- •6.2.4. Заливка форм металлом
- •Основные элементы литниковых систем
- •Типы литниковых систем
- •6.2.5. Литейные сплавы
- •6.2.6. Дефекты отливок
- •6.2.7. Специальные методы литья
- •6.2.7.1. Литье по выплавляемым моделям
- •С выплавляемыми моделями
- •Литье в металлические формы
- •Литье под давлением
- •Литье под регулируемым давлением
- •Центробежное литье
Содержание
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..……… 4
1. Возникновение и развитие металлургии………………….………………………………… 6
1.1. История развития металлургии в России. Возникновение и развитие высшего
металлургического образования….………………………………………...………………… 7
1.2. Выдающиеся российские ученые металлурги………………..……………...……….…… 10
2. История развития металлургии и металлургического образования на Урале.
Подготовка персонала для металлургических предприятий…..…...………………….. 31
2.1. Основатель Уральской научно-педагогической школы по обработке металлов
давлением……………………...…………………………………….………………...………. 31
2.2. Развитие теории обработки металлов давлением и работа на заводах………………. 33
2.3. Создание новых методов расчета формоизменения и силы деформации………..…… 36
2.4. Кафедра "Обработка металлов давлением"……………………………………………… 37
3. Основы материаловедения………………………………………………………………..… 44
3.1. Металлы. Классификация, потребительские свойства и область применения…….... 44
3.1.1. Классификация металлов………………...…………………...………………………...……... 45
3.1.2. Потребительские свойства некоторых металлов и сплавов. Область применения……. 46
3.2. Металлофонд России………………………………………………………….……………… 51
3.3. Кристаллическое строение металлов. Аллотропические или полиморфные превра-
щения…………..………………………………………………………………………..……… 52
3.4. Структура реальных кристаллов…………………………………………………….…….. 56
3.5. Кристаллизация металлов…………………………………………………………………... 57
3.6. Сплавы…………………………………………………………………………………………. 61
3.6.1. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь компонентов……...... 62
3.6.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твер-
дом состоянии…………………………………………………………………………..……….... 64
3.6.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы…...…… 64
3.6.4. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения……………….… 65
3.7. Свойства и деформация металлов и сплавов………………………………….…………. 66
3.7.1. Физико-химические и физико-механические свойства металлов и сплавов……………. 66
3.7.2. Механические свойства металлов и сплавов……. .. ………………………………………… 69
3.7.3. Деформация металлов и сплавов…………….………………………………………………... 71
3.7.4. Возврат и рекристаллизация...……………...…………………………………………………. 74
4. Основы металлургии…......………………………………………………………………….. 75
4.1. Принципиальные основы производства металлов……….………………...…….……… 75
4.2. Руды, подготовка руд к металлургическому переделу………………………………….. 78
4.2.1. Способы добычи руд……………….……………………………………………...…………...… 78
4.2.2. Цель подготовки руд к металлургическому переделу………………………………………. 79
4.2.3. Дробление и измельчение руд……………...…………………………………………………… 81
4.2.4. Грохочение и классификация……………..…………………………………………………… 83
4.2.5. Обогащение руд……………….…………………………………………………………………. 85
4.2.6. Обжиг руд………………...……………………………………………………………………….. 89
4.2.7. Усреднение………………..………………………………………………………………………. 91
4.2.8. Окускование………………..…………………………………………………………………….. 93
5. Основы технологии производства важнейших металлов и сплавов……………...…… 98
5.1. Производство железа – чугунов и сталей…………………………………………………. 98
5.1.1. Рудная база черной металлургии……………..………………………………………...……… 98
5.1.2. I стадия - подготовка железных руд к плавке…………………………………………...…… 98
5.1.3. II стадия - доменное производство…………………………………………………....………. 101
5.1.3.1. Химические процессы в доменной печи………………….………………………………….… 104
5.1.3.2. Управление доменным процессом…………………..………………………………………..… 111
5.1.3.3. Мероприятия по повышению количества воздуха, вдуваемого в печь……………………. 114
5.1.3.4. Устройство и оборудование доменной печи…………………………………………………… 115
5.1.3.5. Устройства для подачи и нагрева дутья………………….……………………………….…… 117
5.1.3.6. Устройства для обслуживания горна и уборки чугуна и шлака……………...…………..… 118
5.1.3.7. Использование продуктов доменной плавки...………………….……………………………. 119
5.1.4. III стадия - сталеплавильное производство…………...………………………………….… 120
5.1.4.1. Принципиальные основы сталеплавильного производства……………...………………… 120
5.1.4.2. Шлаковый режим сталеплавильного процесса………………..……………………………... 122
5.1.4.3. Мартеновское производство стали…………………..……………………………………….… 123
5.1.4.4. Кислородно-конвертерный способ производства стали…………………………………...… 126
5.1.4.5. Выплавка стали в конвертерах дуплекс-процессом………………..………………………… 129
5.1.4.6. Производство стали в электрических печах………………...………………………………… 132
5.1.4.7. Разливка стали…………………………………………………………………………………….. 134
5.1.4.8. Классификация сталей……………………..…………………………………………………..… 136
5.1.4.9. Бездоменные способы получения железа………………….…………………………………… 137
5.1.4.10. Получение особо чистого железа……………………….……………………………………… 139
5.1.4.11. Производство ферросплавов…………………...……………………………………………… 139
5.1.5. IV стадия - методы повышения качества стали…………..……………………………...… 141
5.1.6. Современный электросталеплавильный цех по производству трубной непрерывно-
литой заготовки…………………………………………………………………………….....… 143
5.2. Производство алюминия……….………….…………………………………………...…… 152
5.2.1. Рудная база…………………………………………………………………………….……..…. 152
5.2.2. II стадия - получение А12О3…..…………….………………………………………………… 153
5.2.3. III стадия - получение металлического алюминия…………..…………………………..… 156
5.2.4. IV стадия - получение чистого алюминия…………...……………………………………… 158
5.3. Производство меди………..…...……………………………………………………………..……… 158
5.3.1. Рудная база……………….……………………………………………………………………..… 158
5.3.2. I стадия передела - механическое обогащение руд…………….………………………...… 158
5.3.3. II стадия - выплавка штейна (химическое обогащение)……...…... ……………………… 158
5.3.4. III стадия - получение черновой меди……………………………………………………...… 167
5.3.5. IV стадия - получение чистой меди…………………………………………………….….… 168
5.4. Производство титана……...……………………………………………………………….… 170
5.4.1. I стадия - механическое обогащение ильменитовых руд………….…….………………… 171
5.4.2. II стадия - химическое обогащение………………………………………………………...… 172
5.4.3. Ill стадия - получение чистых TiCl4 и ТО2…………..……….……………………………… 172
5.4.4. Получение конечной продукции…………….………………………………………………... 175
6. Производство изделий из металлов и сплавов металлургическими методами…...… 179
6.1. Обработка металлов давлением……………………………………………………………. 179
6.1.1. Классификация процессов обработки металлов давлением. Методы ОМД...........…… 179
Прокатка………………………………………………………………………………………….… 180
Ковка……………………………………………………………………………………………...… 182
Штамповка……………………………………………………………………………………..….. 183
Прессование……………………………………………………………………………………...… 183
Волочение…………………………………………………………………………………….....….. 183
Элементы теории обработки металлов давлением…………………………………..…… 184
Оценка степени деформации металлического тела……………………………………...…… 184
Напряженное состояние…………………………………………..……………………………… 184
Трение………………………………………………………………………………...…………….. 185
Принцип минимума энергии деформации (наименьшего сопротивления) …………...….. 186
Элементы теории продольной прокатки…………………………………...……………… 186
Очаг деформации, угол захвата…………………………………………………………………. 186
Опережение и отставание……………………….……………………………………………….. 186
Уширение при прокатке……………………………………………………….…………………. 187
Усилие и давление при прокатке………………………………………..……………………… 187
Механическое оборудование прокатных цехов…………………………………………… 188
Главная линия прокатного стана и ее элементы………………….………………………….. 188
Вспомогательное оборудование…………………………….…………………………………… 189
Классификация прокатных станов………………………………………….………………….. 189
Технология прокатного производства……………………………………………………… 192
Нагрев металла перед ОМД…………………………………………………..…………………. 193
Калибровка прокатных валков……………………………………………………………. 193
Производство заготовок………………………………………………………….………………. 194
Производство рельсов и балок………………………………………………………………...… 195
Производство листового проката…………………...………………………………………..…. 196
Производство труб………………………………………………………………………………… 197
6.2. Литейное производство……………………………………………......………….…………. 198
Принципиальная схема изготовления отливок…………………………………………… 198
Формовочные материалы и смеси………………………………..………………………… 199
Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям…………...……….. 199
Свойства компонентов формовочных и стержневых смесей……………………..……….. 200
Изготовление форм……………………………………………………………………………. 202
Заливка форм металлом……………………………………………………...………………. 203
Основные элементы литниковых систем………………………..……………………………. 204
Типы литниковых систем………………………………………………..………………………. 204
Литейные сплавы………………………………………………………..……………………. 206
Дефекты отливок…………………………………………………………...…………………. 207
Специальные методы литья……………………………………………………………….… 208
Литье по выплавляемым моделям…………………………………………………………...… 208
Литье в металлические формы………………………………………………………………….. 209
Литье под давлением………………………………………………………….………………….. 209
Литье под регулируемым давлением………………………………………………..……..…… 210
Центробежное литье……………………………………………………………………………… 210