Теоретические и технологические основы производства материалов.

Теоретические основы производства материалов включают в себя такие разделы знаний как экономика и управление (менеджмент), материаловедение и станочное оборудование и т. д. Однако, в рамках ОПД «ЭРЭ и материалы» достаточно освоить теоретические основы материаловедения, рассмотренные в I разделе курса, и технологию создания материалов.

Технологические основы производства материалов включают в себя научную часть – совокупность способов воздействия на сырье для получения материалов – и собственно сами технологические процессы как часть производства. Это оборудование и операции изменения формы, размеров и свойств материалов.

Наиболее крупными по объему информации являются металлургия, литейное производство, обработка давлением, сварка и резка, механическая обработка на станках (токарных, сверлильных, расточных и т. д.), специальная обработка на электротехнических установках.

Ключевыми понятиями являются следующие:

Производство – процесс создания материальных благ (условия человеческой жизни) и основа других видов деятельности.

Производственная среда – совокупность материально-пространственных условий деятельности в сфере, складывающейся из зданий, оборудования, транспорта.

Технология – наука о способах воздействия на сырье для получения материалов.

Технологический процесс – часть производственного процесса как действия по изменению и последующему определению состояния предмета труда.

Технологичность – соответствие изделия условиям производства.

В совокупности все это – работа по созданию материалов и работа с этими материалами. В учебном плане есть дисциплина «Конструирование и производство инфосистем и оборудования», которая полностью раскроет тему 4.

Тема 5. Металлургия черных и цветных металлов (руда, топливо, флюс, огнеупорные материалы). Общие вопросы.

Металлургия, т. е. извлечение металлов из природныз соединений и дальнейшая обработка с целью придания металлу формы и свойств, основывается на химико-термических методах.

Стали и чугуны выплавляются из руд железных:

· безводная окись железа Fe2O3 – красный железняк (Кривой Рог), содержит 70% железа и 30% пустой породы;

· водная окись железа 2Fe2O3•3H2O – бурый железняк (Тула, Липецк, Керчь), 60% железа и 40% пустой породы;

· магнитная закись железа Fe3O4-FeO•Fe2O3 – магнитный железняк (Урал), 70% железа и 30% пустой породы;

· углекислая закись железа FeCO3 – шпатовый железняк, 48% железа.

Химическая реакция горения (окисления) топлива дает тепло для нагрева руды и осуществления химических превращений руды в металл (в домнах-печах).

У. е. измерения теплотворной способности (7000 [ккал/кг] – для жидкого топлива, 7000 [ккал/м³] – для газа). Для перевода натурального топлива в у. е. его теплотворная способность делится на 7000:

Расход кокса на 1 т металла 0,6÷1,0 т.

Флюсы применяют для сплавления пустой породы и золы: известняк СаСО3, доломит CaCO3•MgCO3. Расход флюса на 1 т чугуна 0,2÷0,5 т.

Огнеупорные материалы – внутренняя облицовка (футеровка) печи, выдерживают высокую температуру:

· динасовый кирпич (кислая реакция) [SiO2 – 96%] tпл=1700º - пламенные и электрические печи

· магнезитовый кирпич (основная реакция) [MgO – 94%] tпл=2000º - сталеплавильные печи

· углеродосодержащие огнеупоры (нейтральная реакция) tпл>1580º - порошки, обмазки, графитовые наполнители.

Испытания на стандартном образце – пирамиде h=30мм (конус Зейгера) – tº размягчения при касании подставки вершиной.

Химико-физические процессы:

Горение кокса в воздухе с tº=800ºС: С+О2=СО2+97650 кал.

Разложение солей с поглощением тепла: 3FeCO3→Fe3O4+2CO2+CO-57800 кал.

Восстановление окислов железа: ряд превращений: Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe, затем 6FeO+6CO→6Fe+6CO2+19500 кал.

Удаление серы из чугуна: FeS+CaO+C→Fe+CO+CaS-33730 кал.

Науглероживание железа: 3Fe+2CO→Fe3C+CO2.