Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни icon

Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни




НазваМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни
Сторінка1/4
Дата11.06.2012
Розмір0.56 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ





МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Теорія і технологія розливки феросплавів і спеціальних сталей» для студентів напряму 6.050401 - металургія (груп електрометалургія сталі і феросплавів) усіх форм навчання


Дніпропетровськ НМетАУ 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

^ НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Теорія і технологія розливки феросплавів і спеціальних сталей» для студентів напряму 6.050401 - металургія (груп електрометалургія сталі і феросплавів) усіх форм навчання


ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні Вченої ради академії

Протокол №15 від 27.12.2010


Дніпропетровськ НМетАУ 2011

УДК 621.746(07)


Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Теорія і технологія розливки феросплавів і спеціальних сталей» для студентів напряму 6.050401 - металургія (груп електрометалургія сталі і феросплавів) усіх форм навчання / Укл.: М.І. Гасик, О.В. Жаданос, В.Л. Зубов, Ю.С. Пройдак, І.Б. Парімончик. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2011. – 49 с.


Методичні вказівки для студентів напряму 6.050401 - металургія (груп електрометалургія сталі і феросплавів) призначені для забезпечення науково-дослідного характеру лабораторних робіт і набуття студентами практичних навичок при аналізі конкретних ситуацій і вирішенні виробничих завдань при розливці електросталей і електроферосплавів. Наведено стислі теоретичні відомості щодо теорії і технології розливки електросталей і електроферосплавів.

Передбачено їх використання для проведення лабораторних робіт в режимі експерименту і тренажеру.


Укладачі: М.І. Гасик, академік НАН України, д-р техн. наук, проф.

О.В. Жаданос, канд. техн. наук, доц.

В.Л. Зубов, д-р техн. наук, проф.

Ю.С. Пройдак, д-р техн. наук, проф.

І.Б. Парімончик, канд. техн. наук, доц.


Відповідальний за випуск М.І. Гасик, академік НАН України, д-р техн. наук, проф.


Рецензент А.В. Рабінович, д-р техн. наук, проф. (НМетАУ)


ЗМІСТ


стор.

Вступ 5

Інструкція з техніки безпеки в навчальній лабораторії

кафедри електрометалургії 6

Порядок оформлення звітів 7

  1. Лабораторна робота №1. Моделювання структуроутворення зон

зливка спокійної сталі 8

  1. Лабораторна робота №2. Моделювання розливки електросталі

у виливниці 19

  1. Лабораторна робота №3. Моделювання безперервної

розливки електросталі 32

  1. Лабораторна робота №4. Суспензійна розливка електроферосплавів 41



Виконання лабораторних робіт у відповідності з робочим планом для студентів заочної форми навчання




робіт

Назва заняття

Тривалість (годин)

1

Моделювання структуроутворення зон зливка спокійної сталі

2

3

Моделювання безперервної розливки електросталі

2



^ Виконання лабораторних робіт у відповідності з робочим планом для студентів денної форми навчання




робіт

Назва заняття

Тривалість (годин)

1

Моделювання структуроутворення зон зливка спокійної сталі

4

2

Моделювання розливки електросталі у виливниці

4

3

Моделювання безперервної розливки електросталі

4

4

Суспензійна розливка електроферосплавів

4


ВСТУП


Важливим елементом системи навчання є лабораторні роботи, які наближаючись за своєю суттю до експерименту, дозволяють майбутньому спеціалісту отримати навики практичного використання теорії при рішенні широкого спектру наукових і виробничих задач, аналізу конкретних ситуацій.

Процеси розливки і кристалізації електросталі і електроферосплавів здійснюють великий вплив на якість металу і вихід гідного. У зв’язку з підвищенням рівня вимог до продукції електрометалургійного виробництва, необхідністю підвищення продуктивності розливочних прольотів, широкого впровадження безперервної розливки сталі зростають вимоги до якості теоретичної і практичної підготовки спеціалістів-електрометалургів. Розроблений комплекс лабораторних робіт дозволяє практично повністю охопити весь цикл проблем, що розглядається в дисципліні.

Творче виконання лабораторних робіт, особливо при використанні лабораторних установок в режимі тренажерів або імітаторів, дозволить суттєво підвищити рівень підготовки спеціалістів, надати їм навиків роботи як у звичайних, так і екстремальних умовах, експериментально розкрити теоретичні положення дисципліни, забезпечити глибоке розуміння студентами закономірностей, що вивчаються, і форм їх прояву, привити навики експериментаторської діяльності.

З метою активації процесу навчання для контролю підготовки студентів кожна з розроблених лабораторних робіт містить контрольні питання.


^ ІНСТРУКЦІЯ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ В УЧБОВІЙ ЛАБОРАТОРІЇ КАФЕДРИ ЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЇ


    1. Перед початком лабораторної роботи зо всіма студентами виконується інструктаж з техніки безпеки. Інструктаж виконують викладачі, котрі ведуть лабораторні заняття, а також завідувач учбової лабораторії.

    2. Проходження інструктажу з техніки безпеки оформлюється в спеціальному журналі лабораторії.

    3. При проведені лабораторних робіт академічна група ділиться на підгрупи, чисельність яких визначається умовами роботи, що виконується, але не може перевищувати 15 осіб.

    4. До виконання лабораторних робіт допускаються тільки ті студенти, котрі мають головні убори і закритий обув.

    5. Знаходячись у лабораторії, необхідно виконувати наступні правила:

      • строго підтримувати встановлену в лабораторії навчальну дисципліну;

      • дотримуватися чистоти робочого міста;

      • не доторкатися до різних електричних приборів і пристрої, розташованих у лабораторії;

      • не заходити в огороджені ділянки лабораторії;

      • не використовувати в лабораторії інструменти і пристосування, що не передбачені при виконанні даної роботи;

      • не виконувати одному роботу, що вимагає участі в неї декількох осіб;

      • не включати і не виключати рубильники без дозволу керівника занять;

      • точно знати ділянку свого робочого місця і не пересуватися по лабораторії.

    6. Студенти, котрі виконують лабораторні роботи, зобов’язані знати і суворо виконувати як загальні, так і особливі правила техніки безпеки для кожної електропечі і лабораторної установки:

      • для плавлення або підігрівання рідини, що моделює, використовувати джерело тепла – електропіч із закритою спіраллю;

      • плавлення парафіну, що має гострий запах, або його підігрівання виконувати тільки під витяжкою;

      • розливка матеріалу по виливницям виконується керівником роботи, лаборантом або призначеними студентами, при цьому інші студенти знаходяться не ближче ніж 2 метри від місця розливки;

      • система охолодження виливниць повинна бути обладнана видимим розривом. Перед заливкою необхідно переконатися в тому, що виливниця охолоджується водою;

      • у випадку попадання крапель рідини, що моделює, на шкіру або слизисті оболонки: очі, ніс – промити 1% розчином питної соди і проточною водою;

      • при роботі з рідким металом персонал, що обслуговує піч, повинен бути одягненим у відповідний спецодяг, мати захисні очки і каски;

      • злив металу може виконуватися тільки в ретельно просушені ковші, виливниці і мульди. Всі присадки, що вводяться у метал під час розливки, повинні бути висушеними.



^ ПОРЯДОК ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТІВ


  1. Звіт у стислій та чіткій формі повинен містити наступні відомості:

    • Номер та назва роботи;

    • Мету роботи;

    • Характеристику приладів;

    • Схеми дослідних установок, приладів;

    • Стислі теоретичні відомості та розрахункові формули;

    • Таблиці та графіки з результатами вимірювань та обчислень;

    • Стислі висновки по роботі, що виконується.

  2. Звіт повинен оформлюватися акуратно у відповідності до вимог ЄСКД та нормативних документів.

  3. Студент повинен оформлювати звіт на самому занятті.


Лабораторна робота №1


Моделювання структуроутворення зон зливка спокійної сталі


  1. Мета роботи




  • Вивчити і описати процес утворення зон структурної неоднорідності сталевого зливка;

  • Визначити швидкість твердіння різних шарів злитку, що кристалізується, її вплив на розвиток структурної неоднорідності;

  • Оцінити вплив технологічних факторів на швидкість кристалізації і структурну неоднорідність;

  • Скласти звіт по роботі.




  1. Стислі теоретичні відомості


2.1. Загальні положення


Перехід сплаву з рідкого стану в твердий супроводжується двома наступними процесами ­ кристалізацією та твердінням.

Кристалізацією називається утворення з розплаву окремих кристалів і кристалічних зон зливка.

Твердінням називається процес, що пов’язаний з динамікою збільшення кількості твердої фази і зменшення об’єму рідкої фази в різних частинах зливка.

Первинна кристалізація для зливків визначає їхні механічні та спеціальні властивості, а дефекти, що виникають під час кристалізації сплавів, практично невиправні.

Незважаючи на розповсюджену думку про те, що дефекти литої структури усуваються в процесі наступної обробки тиском, такі їхні види, як тріщини, усадкові раковини, макроліквація та ін., переносяться на готові вироби і багато в чому визначають його властивості.

Однією з основних задач, що стоять перед металургами є пошук способів управління розмірами та формою литого зерна з метою отримання однорідної дрібнозернистої литої структури.

Оскільки спостерігання картини затвердіння металу безпосередньо у виливниці вельми ускладнено, використовується низка непрямих методів вивчення процесу кристалізації.

Найголовнішими з них є:

  • Дослідження структури і хімічного складу металу зливків;

  • Використання радіоактивних ізотопів;

  • Математичне моделювання;

  • Вивчення процесів кристалізації і затвердіння на холодних моделях.

Жоден з цих методів не є універсальним, кожен з них описує одну або декілька сторін складної фізико-хімічної, гідродинамічної і теплотехнічної обстановки процесів, що досліджуються і розширює наші уяви щодо загальної картини кристалізації сталевого зливка.

Спостерігання за ходом цього процесу на прозорих моделях дозволяє уточнити низку положень, що стосуються формування різних кристалічних зон у зливках спокійної сталі, механізму утворення усадкової раковини і дефектів усадкового походження, визначення низки кількісних характеристик швидкості процесу кристалізації та ін.


^ 2.2. Будова зливка спокійної сталі


Структура злитку спокійної сталі представлена на рис. 1.1 і характеризується наявністю наступних зон:




Рис. 1.1. Структура зливка спокійної сталі
1 – зона усадкової раковини і зона усадкової пористості; 2 – “міст” щільного металу в верхній частині зливка з сильно деформованих крупних неорієнтованих кристалів; 3 – поверхневий шар мілких кристалів; 4 – зона стовбчастих кристалів; 5 - внутрішня зона кристалів, що різно орієнтовані; 6 – конус мілких неорієнтованих кристалів знизу зливка, так званий “конус осадження”. Одним з основних факторів, що визначають утворення литої структури зливка, є швидкість кристалізації.

Зливок, що розливається у виливницю, характеризується тим, що основна частина його тіла кристалізується при раціональному відведенні тепла до стінок виливниці. Вертикальна складова швидкості кристалізації на відміну від кристалізації заготівки МБЛЗ при цьому практично відсутня. Точка на фронті кристалізації рухається нормально до поверхні охолодження і вектор її швидкості по одиниці та напряму співпадає з вектором швидкості стовщення твердої кірки в даному перерізі зливка.



Рис. 1.2. Етапи формування зливка

а – початкове осадження кристалів; б – утворення нижньої частини конусу осадження, мілких рівноосних кристалів, початок утворення зони стовбчастих кристалів; в – завершення формування конусу осадження, зони стовбчастих кристалів, формування зони крупних різнооріентованих кристалів; г – завершення утворення основних зон зливка

цифрами позначено: 1 – прибуткова надставка; 2 – корпус виливниці; 3 – рідка фаза; 4 – мілкі рівноосні кристали; 5 – стовбчасті кристали; 6 – конус осадження; 7 – крупні різноорієнтовані кристали; 8 – усадочна раковина; 9 – міст щільного металу.


Кристалізація сталі при відливанні зливків відбувається в умовах інтенсивного теплообміну між металом, що твердіє і корпусом виливниці (рис. 1.3). Під час наповнення виливниці рідкою сталлю на межі контакту розплаву з металевою поверхнею утворюється кірка, через яку передається основна кількість тепла масивній формі від злитка, що формується. Тепловий потік, що визначає умови і швидкість охолодження злитка, залежить від різниці температур кірки, що утворилася, і стінки виливниці, а також від коефіцієнта тепловіддачі в зазорі між зливком і виливницею, причому теплопередача через вказаний зазор може відбуватися за допомогою випромінювання і теплопровідності.



Рис. 1.3. Схема виливниці й зливка і розподіл температури у них:

^ 1 - рідка сталь; 2 – виливниця; 3 – прибуткова надставка; 4 - тверда кірка; 5 - двохфазна зона; 6 – газовий зазор; Tм – температура рідкої сталі; Тлікв – температура ліквідус; Тсол – температура солідус; Ткір – зовнішня температура кірки; Твил1- внутрішня температура виливниці; Твил2 – зовнішня температура виливниці; Тнавк – температура навколишнього середовища; - товщина кірки


Співвідношення кількості тепла, що передається обома способами, безперервно змінюється у міру охолодження злитка і зміни зазору між ним і виливницею. Після кількох хвилин з початку кристалізації металу цей зазор різко збільшується. Це пов'язано з одночасним розширенням виливниці, що нагрівається, і деяким зменшенням лінійних розмірів злитка, що охолоджується. Після усадки і відходу злитка від внутрішньої поверхні стінок виливниць основна частка тепла передається їй випромінюванням. Первинно це тепло поглинається масивним корпусом виливниці. Процес нагріву її стінок на всю товщину залежно від маси і розмірів злитка, що відливається триває від 2 до 7 хвилин. У міру прогрівання корпусу виливниці із зовнішньої її поверхні в навколишній простір починається відведення тепла із зростаючою інтенсивністю. З цього моменту процес передачі тепла від рідкої фази в центральній частині зливка, що формується, в навколишнє середовище є багатоступінчастим.

Питомий тепловий потік в цьому випадку в спрощеному вигляді може бути описаний виразом

, (1.1)

де – температура рідкого металу, К; – температура навколишнього середовища, До; – коефіцієнт тепловіддачі від рідкої фази до твердої кірки, Вт/(мІ·К); – товщина кірки, що утворилася, м; – теплопровідність кірки, Вт/(м·К); – термічний опір газового зазору, м2·К/Вт; – висота стінки виливниці, м; – теплопровідність стінки виливниці, Вт/(м·К); – коефіцієнт тепловіддачі від стінки виливниці в навколишнє середовище, Вт/(мІ·К).

Математична модель, що описує тепловий стан зливка в процесі кристалізації і твердіння може бути представлена у вигляді системи з трьох диференціальних рівнянь:

  1. Динаміка теплового стану перегрітого розплаву у просторі і часі описується диференційним рівнянням (1.2)

, (1.2)

де, і – відповідно теплоємність, густина і теплопровідність розплаву;,, – швидкості переміщення розплаву по напряму координат.

  1. В межах двофазної зони у рівнянні (1.2) додатково враховується теплота фазового переходу при кристалізації розплаву:

,(1.3)

де – густина рідкої фази; – частка твердої фази в двофазній зоні; – теплота фазового переходу.

  1. В межах затверділої частини зливка і виливниці має місце рівняння:

(1.4)

Якщо розглядати стінку виливниці і метал, що застигає, як напівбезкінечні тіла, на поверхні яких підтримується постійна температура, а теплофізичні властивості матеріалів залишаються постійними на всьому температурному інтервалі при відсутності переохолодження, після інтегрування обох частин рівняння (1.4), відповідно, від 0 до ? та від 0 до x, отримуємо відоме рівняння квадратного кореня

, (1.5)

де К – коефіцієнт пропорційності, що отриманий в результаті об’єднання всіх постійних параметрів, м/c0,5.

Зв’язок між швидкістю кристалізації та товщиною шару, що твердіє, можна отримати шляхом диференціювання рівняння (1.5).

, (1.6)

де f – швидкість переміщення фронту кристалізації.

Враховуючи, що , вираз (1.6) запишеться так

, (1.7)

Тож, якщо зливки та відливки твердішають не в результаті простого переміщення межі кристалізації, а крізь зону твердо – рідкого стану сплаву, то під товщиною кірки х розуміється відстань від зовнішнього краю кірки злитку до межі зони твердо-рідкого стану, що звернена у внутрішню частину злитку.


  1. ^ Лабораторна установка, матеріали і інструменти

  1   2   3   4

Схожі:

Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національка академія міського господарства методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисциплін «Топографія»
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Топографія», «Геодезія», для студентів спеціальностей 080101 «геодезія,...
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства методичні вказівки до виконання лабораторних робіт
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Харчова хімія" (для студентів 1 – 2 курсів денної та заочної форм...
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки? Молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства
Методичні вказівки з самостійного вивчення дисципліни, практичних занять І виконання контрольних робіт з дисципліни
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «інформаційні технології в прикладній та інженерній екології»
«Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування»
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харкiвська національна академiя мiського господарства методичні вказівки
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Електробезпека» (для студентів денної форми навчання напряму підготовки...
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconІнформація про застосування процедури закупівлі в одного учасника Замовник: Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти І науки, молоді та спорту України Ідентифікаційний код за єдрпоу
Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconІнформація про застосування процедури закупівлі в одного учасника Замовник: > Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти І науки, молоді та спорту України Ідентифікаційний код за єдрпоу
Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconІнформація про застосування процедури закупівлі в одного учасника Замовник: > Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти І науки, молоді та спорту України Ідентифікаційний код за єдрпоу
Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconІнформація про застосування процедури закупівлі в одного учасника Замовник: > Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти І науки, молоді та спорту України
Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни iconІнформація про застосування процедури закупівлі в одного учасника Замовник: > Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти І науки, молоді та спорту України
Найменування. Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи