Паспорт конверторної плавки

Рік 2009 місяць жовтень число 14 Конвертор 2

Зміна № 2 с 7⁰⁰ до 15⁰⁰

ККЦ бригада № 3

Старший майстер Чупріна Старший контролер Савченко

Майстер виробництва Нечіпоренко Контролери Гроздь

Майстер ОПС Гончаренко Симонов

Майстер розливки Іванов Семеняк

 

Плавка № 11748 Марка сталі 3пс Чистота кисню 99,2 %, азоту 99,6 %.

 

№ проби чавуну	Хіманаліз чавуну, %	Температура чавуну, °С	Метало завалка, т
Six100	Mnx100	Sx1000	Px1000	Чавун	Лом	Чавун чушков
						49,8	8,4	5,0

 

Продувка		Шлакоутворюючі, кг
Початок час. хв.	Кінець час. хв.	Трива-лість, хв	Витрати кисню, м3		Вапно	Плавиковий шпат	Бій шамоту	MgO брикет
Влас-на	привізна
7.16	7.35

 

Аналіз сталі до розкислення, %		Темп. сталі, °С		Аналіз шлаку
Перед випуск.	В ковші		Fe загальне	Основн., од
Cx100	Mnx100	Sx1000	Px1000			CaO SiO2	CaO+MgO SiO2
								13,76	2,53	2,88

 

Термоан-трацит, кг	Розкислювачі, кг/пл.		Кінець розливки	Тривалість наповнення виливниць
FeMn	SiMn	FeSi 75 %	FeSi 65 %	Al чушк	Al брикет	Ti брикет
									810	520-620

 

Хіманаліз сталі, %
Cx100	Mnx100	Six100	Sx1000	Px1000	Crx100	Nix100	Cux100	Alx100	Tix100

 

Кількість зливків, що відлито 4/4 Прийнято 59,64 т

№	Стан поверхні зливка	Тривалість іскріння, сек.		Зауваження
Ковша	Шибера	Діаметр стакана	Возика
				Рівна	10// / 9//

 

Таблиця 1

Індивідуальні завдання до виконання лабораторної роботи «Паспорт конверторної плавки»

№ пл.	Хімічний склад чавуну, %	Т чав, °С	Витрати металевої частки шихти, т	Хім. склад шлаку, %	м3/хв	Три- ва- лість про- дувки, хв.	Температура сталі, °С	Хімічний склад сталі на випуску, %	Витрати феросплавів, т	Вес плав- ки, т
Si	Mn	S	P	Ча- вун	Брухт	Ч/ч	CaO	MgO	SiO2	на пов.	в ковші	С	Mn	S	P	FeMn	FeSi	SiMn
	0,79	0,156	0,031	0,091			45,9		51,5	5,7	18,2					0,04	0,11	0,02	0,007
	0,78	0,313	0,026	0,1					49,6	9,5	19,4					0,04	0,21	0,034	0,008
	0,93	0,18	0,031	0,06					50,3	6,6	17,8					0,09	0,15	0,027	0,009
	0,62	0,31	0,035	0,06					47,6	5,8	18,6					0,07	0,26	0,025	0,005
	0,77	0,16	0,046	0,053					52,0	5,4	18,4					0,05	0,14	0,025	0,003
	0,86	0,15	0,037	0,053					48,5	8,2	19,5					0,08	0,13	0,023	0,006
	0,86	0,28	0,03	0,061			48,1		51,2	6,5	16,8					0,04	0,18	0,019	0,003
	0,9	0,19	0,024	0,039				6,6	49,6	7,8	18,0					0,06	0,16	0,015	0,006
	0,93	0,208	0,043	0,093			42,8		50,7	5,6	18,4					0,11	0,18	0,018	0,027
	0,88	0,39	0,027	0,077			45,7	4,6	46,5	5,5	16,5					0,12	0,22	0,02	0,013
	0,66	0,36	0,034	0,074					49,5	8,2	17,6					0,14	0,21	0,021	0,02
	1,12	0,24	0,025	0,062					51,5	5,8	16,8					0,05	0,20	0,014	0,003
	0,8	0,36	0,025	0,075					52,0	6,6	18,5					0,03	0,21	0,015	0,012
	0,98	0,38	0,021	0,061					50,1	7,5	17,2					0,04	0,22	0,02	0,007
	0,78	0,15	0,044	0,06					49,6	6,8	17,1					0,08	0,13	0,023	0,003
	0,75	0,41	0,034	0,084					49,5	8,5	18,4					0,08	0,25	0,03	0,015
		0,45	0,017	0,085					48,7	6,5	18,1					0,03	0,28	0,02	0,004
	1,04	0,48	0,014	0,073			49,5		51,4	7,5	17,2					0,03	0,21	0,024	0,003
	1,14	0,49	0,018	0,084			49,5		46,8	7,7	16,8					0,0646	0,21	0,034	0,007
	0,9	0,38	0,022	0,073			51,5		50,9	7,4	17,2					0,04	0,22	0,027	0,003
	0,71	0,35	0,034	0,09			48,1		48,6	6,8	17,8					0,03	0,15	0,02	0,004
	0,94	0,4	0,02	0,074			51,1		44,2	6,8	15,6					0,06	0,24	0,019	0,008
	0,57	0,35	0,02	0,098					52,4	6,9	17,5					0,05	0,20	0,02	0,005
	0,87	0,46	0,036	0,094					48,5	5,9	17,6					0,08	0,19	0,03	0,008
	0,82	0,37	0,023	0,071			53,5		47,6	7,2	17,8					0,04	0,21	0,035	0,003
	0,79	0,4	0,03	0,011			53,5		48,9	6,8	18,5					0,04	0,14	0,027	0,006
	1,08	0,43	0,02	0,071					49,1	5,9	16,9					0,09	0,17	0,025	0,015
	0,84	0,4	0,028	0,072			49,8	13,6	51,4	6,2	18,2					0,06	0,14	0,022	0,013
	1,23	0,43	0,023	0,079			46,8	9,5	52,2	7,5	18,1					0,1	0,27	0,023	0,008
	0,79	0,156	0,031	0,091			45,9		49,8	7,7	17,5					0,04	0,11	0,02	0,007

Лабораторна робота

"ДОСЛІДЖЕННЯ СПОСОБУ ЗАВАЛКИ МАТЕРІАЛІВ У ПОЛУМ'ЯНІЙ ПЕЧІ НА ЗАСВОЄННЯ ТЕПЛА ШИХТОЮ"

 

1. ВСТУП

Одним з основних завдань мартенівського процесу є нагрів і розплавлення шихтових матеріалів. Тривалість мартенівської плавки залежить в першу чергу, від швидкості поглинання тепла, що виділяється в робочому просторі при спалюванні палива.

Певний вплив на швидкість поглинання тепла шихтовими матеріалами надає порядок їх завалення в мартенівську піч, тобто їх розташування на подині.

Швидкість поглинання тепла шихтовими матеріалами за інших рівних умов (температура факела, маса шихти) залежить від коефіцієнта теплопровідності і розмірів шматка.

Шихта мартенівської плавки складається з металевої частини (дрібний і великогабаритний лом, твердий чавун, добавки, що легують) і неметалевої частини (залізна руда, вапняк, вапно), що володіють різною теплопровідністю, і, отже, різною здатністю засвоювати тепло.

Крім того, зменшення швидкості нагріву шихти приводить до збільшення витрати палива, зниженню КВТ палива.

В даний час прийнятий наступний порядок завалення: спочатку завантажують сипкі матеріали (залізна руда, вапняк), потім - сталевий лом. Сипкі матеріали завантажують пошарово (руда - вапняк - руда), причому першим на подину завалюється залізна руда. Це забезпечує більш рівномірний знос подіни і запобігає утворенню ям і горбів перед сталевипускним отвором. Дрібний сталевий лом завалюють завжди під великогабаритний, що забезпечує рівномірність прогріву лому і вищі швидкості його нагріву.

Вивчення впливу способу завалення шихтових матеріалів в мартенівську піч на швидкість нагріву, на засвоєння тепла шихтою і є завданням справжньої лабораторної роботи.

 

2. МЕТА І ЗМІСТ РОБОТИ

Мета роботи: дослідження впливу порядку завалення шихтових матеріалів на теплозасвоєння шихтою при нагріві факелом.

Зміст роботи: досліджуються два варіанти завалення шихти, що відрізняються розташуванням шихтових матеріалів. У першому варіанті завалення металобрухт розташований на подині робочої камери установки (спочатку дрібний лом, потім великий), а поверх лому завалені сипкі. У другому варіанті - на подину завантажуються сипкі, а металобрухт зверху. По ходу нагріву вивчається розподіл температур в різних шарах матеріалів, розраховується кількість тепла, акумульованого шихтою за період нагріву, визначається КВТ палива по ходу нагріву і середній за весь період нагріву, оцінюється продуктивність установки при різних способах завалення.

 

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка являє собою полум'яну піч, що складається з двох абсолютно однакових ванн (рис.1). Ванни футеровані зсередини шамотним кирпічем і обладнані кожна одним пальником, що забезпечує спалювання природного газу в струмені ежектованого газу повітрям. Продукти горіння відводяться з ванн по газоходу.

У кожну з ванн завантажуються пошарово дрібний лом (розмір шматків 10 мм), крупний лом (розмір шматків, в основному, 30-60 мм) і бій шамота (фракції 20-60 мм) в різній послідовності (див. рис.1).

Зверху ванни закриваються вогнетривким зведенням з шамотної цегли.

В середині кожного шару встановлені хромельалюмелеві термопари: у верхньому шарі - термопари №1,2,3, розташовані рівномірно по довжині факела, в середньому шарі - термопара 4, в нижньому - термопара 5. Термопари через перемикач сполучені з потенціометрами. Газ від магістралі напівпромислової лабораторії подається до пальників за допомогою гумового рукава. У газопроводі перед пальниками встановлений газовий лічильник і приєднаний водяний манометр.

Рис. 1. Схема завалки шихтових матеріалів та установка

 

4. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ

У першу камеру (зона А) лабораторної установки на подину завантажується дрібний металевий лом (20 кг), потім - крупний лом (108 кг), а зверху - сипкі матеріали (17,5 кг).

Включають пальники, конструкція яких забезпечує надходження однакових кількостей тепла в обидві камери. Загальна витрата газу контролюється газовим лічильником, тиск - водяним манометром, регулюється пробковим краном.

Тиск газу перед пальниками (повинно бути до 120 мм.вод.ст.) указується керівником роботи і підтримується постійним протягом всього часу нагріву шихти. Контроль за тиском і витратою природного газу проводять студенти, регулювання витрати природного газу здійснює вчений майстер.

Через кожні 5-10 хв (по вказівці керівника роботи) знімаються показники термопар, витрати природного газу і записуються в таблицю спостережень.

Для зняття показників необхідно встановити ручку перемикача послідовно в 1,2,3,4 і 5 положення, в результаті чого потенціометр покаже температуру в місці розташування відповідних термопар.

Прогрів шихти і вимірювання її температури тривають 2,0 -2,5 години. Після чого дані вимірів наносяться на графіки і проводиться розрахунок кількості тепла, засвоєного шихтою, величина КВТ палива, оцінюється продуктивність кожної ванни лабораторної установки.

Схема запису спостережень показана в таблиці 1.1.

Необхідні розрахунки виконуються по наступній схемі.

Кількість тепла, засвоєного різними шарами шихти, розраховується по формулі

, (1)
де — маса шару шихти, кг;

— середня теплоємність в інтервалі до ; кДж/кг·град;

для лому: =0,70 кДж/кг·С;

для сипких: =1,20 кДж/кг·С;

— нагрів шару в даний момент часу, ^оС;

— температура шарів в даний момент часу, ^оС;

— початкова температура шару, ^оС.

 

Кількість тепла, що засвоєно шихтою, дорівнює

, (2)
де — кількість тепла, засвоєна шаром сипких;

— кількість тепла, засвоєна мілким ломом;

— кількість тпела, засвоєна великим ломом.

 

Кількість тепла, що виділяється в одній камері при спалюванні газу (теплотворна властивість палива):

, (3)
де — витрати природного газу, м³;

— нижча теплота зпалювання, кДж/м³;

= 36200 кДж/м³ (для природного газу).

Коефіцієнт використання тепла (КВТ) палива

. (4)

Продуктивність кожної ванни визначається по швидкості засвоєння тепла шихтою

, кДж/хв, (5)
де — час нагрівання шихти, хв.

 

Результати розрахунків заносяться в таблицю 1.2.

За наслідками спостережень і розрахунків будуються графіки змін температури шихти, кількості засвоєного тепла, КВТ палива, швидкості засвоєння тепла по ходу нагріву при різному порядку завалення матеріалів.

Координати графіків приведені на рис. 2, 3, 4.

 

5. ЗМІСТ ЗВІТУ ПО РОБОТІ:

а) назва роботи

б) мета роботи

в) короткий зміст роботи

г) короткий зміст методики роботи

д) схеми завалення і установки термопар

е) розрахункові формули

ж) таблиця з обробкою результатів

и) графіки зміни: температури, теплосодержанія шихта, КВТ палива, швидкості нагріву шихти по ходу нагріву

к) висновки.

 

 

Температура шихти, ◦С	а
б

 

Тривалість нагріву, хв

Рис. 2. Зміна температури шихових матеріалів

під час нагріву: а – зона А;

б – зона Б;

 

● – сипучі матеріали;

▲ — дрібний лом;

■ — крупний лом.

Кількість тепла засвоєнного шихтою, кДж	а
б

 

Тривалість нагріву, хв

Рис. 3. Зміна кількості тепла засвоєнного

шихтою під час нагріву: а – зона А;

б – зона Б;

 

● – сипучі матеріали;

▲ — дрібний лом;

■ — крупний лом;

○ — вся шихта.

 

 

КВТ топлива (η), %	а	Швидкість нагріву (засвоєння шихтою тепла), кДж/хв
б

 

 

Тривалість нагріву, хв

 

Рис. 4. Зміна коефіцієнту використання тепла (КВТ)

топлива та швидкості нагрівання шихти

під час нагріву:

а — зона А; б — зона Б;

● — КВТ палива;

▲ — швдкість нагріваня шихти.

 

Таблиця 1

Результати вимірювань підігріву шихти

№ п/п

Час, хв

Витрати газу, м3

Тиск газу мм вод. ст.

Зона А (сипучі зверху)

Зона Б (лом зверху)

Температура сипучих, ◦С

температура лому, ◦С

Температура лому, ◦С

Сипуч., ◦С

т-ра №1

т-ра №2

т-ра №3

Середн.

т-ра №4

т-ра №5

т-ра №1

т-ра №2

т-ра №3

Середн.

т-ра №4

т-ра №5

 

Таблиця 2

Рзультати розрахнків ількості тепла, засвоєного шихтою, КВТ топлива та швидкості нагріву

№ п/п

Час, хв

Зона А (сипучі зверху)

Зона Б (лом зверху)

Кількіст тепла, що засвоєно шихтою, кДж

η

Vд

Кількіст тепла, що засвоєно шихтою, кДж

η

Vд

qсип

qмл

qкл

qших

qсип

qмл

qкл

qших

Ітого*∆τ

∆qсип

∆qмл

∆qкл

∆qших

ηсер

Vд сер

∆qсип

∆qмл

∆qкл

∆qших

ηсер

Vд сер

 

* Визначаються значення параметрів за весь період нагріву.

 

6. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ РОБОТИ:

а) у лабораторії, де проводиться робота, всі студенти повинні бути в головних уборах;

б) студенти, які знаходяться на робочих місцях біля лабораторної установки, повинні бути одягнені в суконні куртки і мати рукавиці;

в) студентам забороняється включати електроустаткування лабораторії, газові прилади, устаткування;

г) забороняється знаходитися в приміщеннях лабораторії, не пов'язаних з виконанням справжньої роботи.

 

 

Лабораторна робота

«Моделювання утворення усадочної раковини»

 

1. ВСТУП

Один з найбільш відповідальних етапів технологічного процесу виробництва стали - розливання - значною мірою визначає якість металу і економічні показники сталеплавильного виробництва.

Вивчення процесів розливання, твердіння і усадки сталевих злитків у виробничих умовах пов'язане з цілим рядом труднощів і тому незручно для безпосереднього дослідження. Моделювання цих процесів дозволяє з найменшими витратами праці, часу і засобів виявити необхідні закономірності і використовувати отримані відомості для створення оптимальних умов протікання процесів, що вивчаються. Взаємозв'язок зразка і моделі доцільно виражати в безрозмірній (критеріальній) формі. При вивченні гідродинамічних, теплофізичних процесів використовують критерії (числа) подібності Рейнольдса (Re), Вебера (We), Фурье (Fo), Нусельта (Nu),
Біо (Bi) та ін.

Вивчення технологічних чинників, що мають вплив на усадку злитків спокійної сталі, має велике практичне значення. Річ у тому, що усадка металу при твердінні злитків і супутні з нею процеси визначають форму і глибину усадкової раковини, які, у свою чергу, роблять вирішальний вплив на втрати металу з головною обріззю і вихід придатного при прокаті злитків.

Утворення усадкової раковини є наслідком дії ряду законів, зокрема усадки металу при переході з рідкого стану в твердий, що супроводжується помітним зменшенням питомого об'єму і збільшенням щільності.

Усадкова раковина в злитку спокійної сталі являє собою порожнину, що розташовується у верхній частині злитка.

Відносний об'єм усадкової раковини змінюється незначно (залежно від хім. складу сталі) і складає 3,0 - 3,5 % від об'єму залитого металу. Тому ступінь ураженості злитка усадковою раковиною визначається в значній мірі формою і розташуванням її в злитку. При однаковому об'ємі усадкової раковини від злитка, що має вузьку, але глибоку усадкову раковину, після його прокатки доводиться видаляти в обрізь значно більшу частину металу, ніж у разі утворення широкої, але неглибокої усадкової раковини.

Та чи інша форма усадкової раковини визначається впливом цілого ряду технологічних параметрів розливання і умов твердіння. Твердіння певного шару металу у стінок і дна виливниці викликає зниження рівня рідкого металу в результаті зменшення об'єму затверділої частини. Твердіння шарів металу приводить до подальшого пониження рівня дзеркала, і зрештою у верхній частині злитка утворюється порожнина тієї або іншої конфігурації - усадкова раковина.

На форму і глибину усадкової раковини впливають наступні технологічні параметри:

1) конструкція виливниці (її конусність, відношення висоти до середньго поперечного розміру, товщина стін та ін.),

2) ступінь утеплення верхньої (головної) частини злитка,

3) швидкість наповнення виливниці металом,

4) ступінь перегріву рідкого металу та інші.

Глибина проникнення усадкової раковини в тіло злитка буде тим менше, чим повільніше опускається дзеркало металу, тобто, чим довше зберігається в рідкому стані метал у верхній частині злитка. Це має місце при збільшенні відносного об'єму рідкого металу у верхній частині злитка (розливання в розширену догори виливницю), а також при ефективному утепленні (або додатковому підігріві) верхньої частини злитка (додатка). У останньому випадку рідкий метал у верхній частині злитка довше зберігає перегрів, поволі тверіє на стінках, стікає в тіло злитка і заповнює порожнини усадкового походження, що утворилися там. Злиток виходить щільним, а усадкова раковина концентрується вгорі.

Розливання металу у високу і вузьку виливницю (при великому відношенні висоти виливниці до її середнього діаметру) сприяє отриманню вузької і витягнутої усадкової раковини. У злитку з такої виливниці, так само як і в злитку, що розширюється донизу, можлива поява вторинної усадкової раковини, розташованої нижче основної. Чим нижче і ширше виливниця (чим менше відношення висоти виливниці до її середнього діаметру), тим менше розповсюджується усадкова раковина углиб злитка.

Із зменшенням швидкості розливання збільшується кількість металу, що твердіє за час наповнення виливниці і зменшується об'єм не затверділої частини злитка після кінця розливання. Глибина проникнення усадкової раковини в тіло злитка при цьому зменшується. Приблизно такий же механізм впливу і пониження температури розливання. Вмілий вибір оптимальних параметрів розливання сприяє зменшенню глибини усадкової раковини в злитку, зниженню головної обрізі і збільшення виходу придатного металу при прокатці злитків.

 

2. МЕТА І ЗМІСТ РОБОТИ

2.1. Загальні положення

Метою цієї роботи є практичне ознайомлення з впливом різних чинників технології розливання на форму і глубину розташування усадкової раковини у злитку спокійної сталі.

В якості матеріалу, що моделює рідку сталь і сталевий злиток, що утворюється у виливниці, застосовується парафін, при твердінні якого розташування усадкової раковини аналогічне розташуванню її в злитках спокійної сталі.

Основні теплофізичні параметри матеріалів натури і моделі приведені в таблиці 1.

 

Таблиця 1 - Основні теплофізичні параметри матеріалів натури і моделі

Об’єкт	Матеріал	Температура плавления, оС	Щільність твердого матеріалу (ρ), кг/м3	Коефіцієнти
Натура	Сталь (С ≤0,5 %)
Модель	Парафин

 

Параметри (геометричні розміри) злитків, що вивчаються в процесі моделювання, представлені в таблиці 2.2.

Для перерахування результатів, отриманих при фізичному моделюванні, на дійсні умови (тобто на «натуру») необхідно заздалегідь визначити значення відповідних масштабів, що враховують відмінність властивостей матеріалу і розмірів моделі і натури. Властивості матеріалу визначають величину його об'ємної усадки при твердінні, а отже, об'єм і глибину розповсюдження усадкової раковини в злитку. Властивостями матеріалу за інших рівних умов визначається і тривалість твердіння злитка. Абсолютна величина цих параметрів залежить також і від геометричних розмірів злитка.

«Перехід» від матеріалу моделі до матеріалу «натури» краще виконувати при однакових геометричних розмірах. В цьому випадку розкривається вплив властивостей матеріалу. Для виявлення впливу геометричних розмірів дослідження виконують зазвичай з одним і тим же матеріалом. Можливий і одночасних перехід від матеріалу моделі одного розміру до матеріалу-натури інших розмірів (по відповідних формулах).

 

2.2. Геометричний (лінійний) маштаб

При моделюванні процесів наповнення виливниць (кристалізаторів) та затвердіння злитків необхідно дотримуватися геометричної подоби моделі та натури. Якщо моделюється процес у злитку розмірами , то модель повинна мати розміри . При цьому відношення характерних розмірів

Таблиця 2

 

Параметри зливків, що вивчаються

 

№ п/п

Матеріал

Номер виливниці

параметри зливків

висота (Н), м

діаметр, м

об’єм (V) м3

висота (Н), м

діаметр, м

об’єм (V) м3

Д1

Д2

Д1

Д2

1.   2.

Парафін   Сталь (С < 0,5%)

0,15   0,15

0,062   0,062

0,052   0,052

0,0004   0,0004

0,15   0,15

0,05   0,05

0,04   0,04

0,00024   0,00024

 

 

Продовження таблиці 2

 

Номер виливниці	Геомет- ричний масштаб
параметри зливків
тіло зливка, висота, діаметр, м	об’єм (V1), м3	прибу- ток висота (Н2), м	діаметр, м	об’єм (V2), М3	об’єм зливка у рідкому вигляді	Мl
(Н1)	Д1	Д2	Д2	Д3
0,12   0,12	0,052   0,052	0,0062   0,0062	0,0003   0,0003	0,3   0,3	0,062   0,062	0,048   0,048	0,00007   0,00007	∑V=V1+V2 0,00037   0,00037	-

 

(2.1)

повинно зберегтися для інших розмірів, відповідно:

; (2.2)

Величина відношення є лінійним геометричним масштабом моделювання (масштаб геометричної подоби).

Якщо у відношення підставити значення (2.1) та (2.2), то отримаємо:

(2.3)

Відповідно можна отримати і співвідношення площин натури та моделі:

(2.4)

 

2.3. Масштаб об’ємної усадки при затвердінні

В результаті змінення питомого об’єму при переході з рідкого стану у твердий переважна кількість речовин, у тому числі парафін та сталь, піддаються усадці. Загальних об’єм усадки V_ус дорівнює різниці об’ємів у рідкому та твердому стані:

V_yc= V_зл.р–V_зл.т (2.5)

Відносний об’єм усадки дорівнює:

(2.6)

Величину називають коефіцієнтом об’ємної усадки при затвердінні. Вона є одною з характеристик матеріалів (речовини).

Для злитків спокійних марок сталі практично весь об’єм усадки V_ус (до 98 %) концентрується у вигляді усадкової раковини. Це дозволяє з достатнім ступенем вірогідності прийняти:

V_yс= V_ус.р.

 

Базуючись на цьому, використовуючи (2.5) та (2.6), можна записати:

.

З виразу (2.6) можна записати

для натури: ,

для моделі: .

Відношення цих двох величин буде являти собою масштаб об’ємної усадки при затвердінні :

. (2.7)

Таким чином, відносних об’єм усадкової раковини в дійсних умовах буде дорівнювати:

. (2.8)

 

2.4. Масштаб глибини усадкової раковини

Абсолютна глибина усадкової раковини може бути виражена так:

, (2.9)

де - глибина усадкової раковини,

- площа дзеркала метала,

- доля тепла, що передається з додаткової надставки в тіло злитка,

0< <1 – функція теплової роботи головної частини злитка (збільшується по мірі підвищення ефективності утеплення головної частини злитка).

Значення глибини усадкової раковини для натури та моделі запишуться так:

, (2.10)

. (2.11)

З (2.10) та (2.11) знаходимо:

.

Прийнявши умови утеплення головної частини злитка для натури та моделі однаковими () та використовуючи вираз (2.3), (2.4) і (2.7), отримаємо:

. (2.12)

Це означає, що

. (2.13)

Часто буває зручно користуватися не абсолютною величиною глибини усадкової раковини , а відносною:

. (2.14)

З виразів (2.10) та (2.11) отримаємо шляхом відношення їх до висоти злитка:

,

.

Відношення отриманих виразів дасть:

.

При умові, що , з останнього виразу отримаємо:

(2.15)

 

2.5. Масштаб часової подоби

При моделюванні затвердіння злитків для вибору масштаба часу потрібно використовувати рівність критерію Фурьє Fo для натури та моделі:

, (2.16)

где - коефіцієнт температуропровідності,

- характерний розмір тіла (наприклад, діаметр),

- тривалість затвердіння (процесу охолодження).

З (2.18) отримуємо величину масштабу часу :

, (2.17)

де - масштаб температуропровідності.

До вибору масштабу часу можна підходити з точки зору тривалості затвердіння по закону квадратного коріння , де х – половина товщини злитка , К_з – коефіцієнт затвердіння.

Виходячи з цього, для натури та моделі отримаємо:

. (2.18)

З (2.18) знаходимо:

.

Позначивши , а після перетворень отримаємо:

чи

 

Тривалість твердіння натурального злитка в дійсних умовах складе (якщо визначена тривалість твердіння моделі):

, (2.20)

, (2.21)

. (2.22)

Таким чином встановлені основні масштаби для перерахунку результатів моделювання твердіння злитків на натуральні умови:

 

Маючи в своєму розпорядженні масштаби моделювань можна: 1) вибрати необхідні розміри моделі (або по наявній моделі відповідну «натуру»); 2) визначити глибину усадкової раковини, що утворюється, в дійсному злитку по зміряній на моделі; 3) орієнтування оцінити тривалість твердіння злитка моделі.

 

2.6. Маса злитка

Розрахувавши основні параметри моделюючих злитків, можна визначити масу злитка

(2.23)

 

Використовуючи відомі характеристики теплофізичних властивостей парафіну і сталі (табл.2.1) але виведеним вище формулам перерахунку можна на підставі результатів моделювання розливання сталі на парафіні визначити геометричні розміри злитків (табл. 2.2) та вплив на розташування усадкової раковини в злитку швидкості розливання, конусності виливниці, відношення висоти злитка до його середнього діаметру, умов утеплення верхньої частини злитка та ін., а також тривалість затвердіння злитка.

 

3. УСТАТКУВАННЯ, ЩО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ ПРИ ВИКОНАННІ РОБОТИ

 

3.1. Піч для плавління матеріалу, що моделює сталь

Імітує модель прямоточної мартенівської печі, що відрізняється одночасним підведенням «палива» (гарячого повітря) в робочий простір через обидва пальники. Місткість ванни печі складає приблизно 12 літрів.

Нагрів повітря до необхідної температури (125-175 С) проводиться в пристроях, що імітують "регенератори", за допомогою встановлених в них спеціальних електронагрівачів. Повітря в нагрівальні пристрої подається вентилятором через роздвоєний повітропровід.

У зв'язку з малою теплопровідністю матеріалу-моделі з метою прискорення його розплавлення і нагріву і, враховуючи відсутність перемішування «ванни», гаряче повітря з верхньої частини робочого простору подається по мідних трубках, що проходять через товщу матеріалу, що розплавляється, в ємність (повітряну коробку), розташовану під піччю (під "ванною"), з якої «відпрацьоване» повітря видаляється потім в атмосферу.

Для контролю температури розплавленого матеріалу в печі (у середній честі "ванни") встановлені хромель-копелєві термопари, свідчення яких фіксуються гальванометром із спеціально отградуйованою шкалою, що встановлений на приладовому щиті.

Для випуску розплавленого матеріалу в розливний ківш в передній стінці «ванни» є випускний отвір з механічним затвором (стопором) і випускний жолоб.

 

3.2. Розливний ківш

Призначений для розливання розплавленого матеріалу по виливницях. Він являє собою судину з подвійними стінками, між якими є теплоізоляція і електрообмотка для підігріву стінок з метою підтримки необхідної температури матеріалу, що розливаеться (рис.3.1).

 

Рис.3.1. Ківш для розливання матеріалів, що моделюють сталь

1 - металевий кожух; 2 - внутрішня стінка ковша з електроспіралями;
3 - розливний стакан; 4 - стопор; 5 - стопорний механізм.

 

Розливання проводиться через стакан в дні ковша, отвір якого перекривається стопором за допомогою стопорного механізму. Для регулювання швидкості наповнення виливниць залежно від варіанту досліду є набір легкозмінних (з гвинтовим різьбленням на зовнішній поверхні) алюмінієвих стаканчиків з різним діаметром каналу (2; 5 і 8 мм).

 

Таблиця 3

 

Параметр, що досліджується	Матеріал, що досліджується	Геомет-ричний масштаб	Розміри зливка, м
Найменування	Значення	Дверх	Дниз	Нзл (Нзл+Нпр)
Конусність зливка     - “ -   Швидкість Розливки     - “ -   Утеплення головної частини   Відношення висоти зливка до середн. діаметру	- 3,3%   +3,3%     > 2,5 м/хв     < 0,2 м/хв   з обігрів.     без обігрів.   2,6   3,3	Парафін (П) Сталь(С) - “ - П С С П С С П С С П С С П С С П С С С П П С С	0,833

 

Продовження таблиці 3

 

Маса зливка, т mзл	Усадочна раковина	Тривалість твердіння
Масштаб Усадки Мα	Глибина усадочної раковини
абсолют. hаб.	відносн. hвід=hа-1Нзл	Масштаб часу Мτ	Тривалість Твердіння τ3,4

 

Для зручності роботи і пересування над виливницями ківш підвішений траверсами до розливного візка, який може переміщатися по спеціальному «підкрановому» шляху, що проходить над виливницями.

 

3.3. Алюмінієві крізні виливниці круглого поперечного перетину

Набір виливниць включає наступні конструкції (типи);

а) виливниця № 1 - розширена донизу (догори) крізна виливниця без додаткової надставки з однаковою товщиною стінок (6,5 км.) по всій висоті (ркс.3.2а);

б) виливниця № 2 - розширена донизу (догори) крізна виливниця без додаткової надставки з однаковою товщиною стінок (5,5 мм) по всій висоті (рис.3.26);

в) виливниця № 3 - 1) розширена догори крізна виливниця з однаковою товщиною стінок (6,5 мм) по всій висоті і знімною додатковою надставкою, що не обігрівається (рис.3.2в); 2) розширена догори крізна виливниця з однаковою товщиною стінок (6,5 мм) по всій висоті і знімною додатковою надставкою, що обігрівається (рис.3.2г).

Рис. 3.2. Виливниці для розливання моделюючих сталь матеріалів

 

3.4. Пластмасові піддони з алюмінієвими прокладками

Піддони встановлені стаціонарно. Вони є двох- і чотиримісними для установки відповідної кількості виливниць під розливання зверху (у одну лінію).

3.5. Ртутний термометр зі шкалою до 150°С

Призначений для виміру температури матеріалу, що моделює сталь в ковші перед розливанням його по виливницях.

3.6. Ножівки, колуни і молотки

Це допоміжний інструмент, призначений для подовжнього розрізання я розколювання злитків.

3.7. Лінійки

Призначені для обміру габаритів злитків і усадкової раковини.

 

4. МЕТОДИКА І ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Вивчення впливу різних чинників технології розливання на величину, форму і розташування усадкової раковини і рихлості в злитку проводиться на моделях злитків шляхом проведення окремих дослідів, в кожному з яких вивчається вплив якого-небудь одного чинника. Для кожного такого досліду відлилися два парафінові злитки з витримкою всіх параметрів розливання постійними, окрім того, що вивчається.

При проведенні справжньої лабораторної роботи вивчається вплив наступних чинників:

1. Конусність виливниць.

Конусність виливниці визначається так:

В цьому досліді використовуються виливниці №1 (рис. 3.2 а, табл. 2.2), одна з яких ставиться розширенням донизу, інша – розширенням догори. Таким чином, конусність першої виливниці дорівнює – 3,33 %, а конусність другої – +3,33 %. Наповнення обох виливниць проводиться зверху послідовно крізь стакан у ковші з діаметром отвору 5 мм.

2. Умов утеплення верхньої частини злитка (з обігрівом і без обігріву). У цьому досліді використовуються розширена догори виливниця № 3 з прибутковими надставками, що обігрівається (рис.3.2г і табл. 2.2) і не обігрівається (рис. 3.2в, табл. 2.2). Обігрів включається в кінці наповнення злитка. Наповнення обох виливниць проводився зверху послідовно через стакан в ковші з діаметром отвору 5 мм.

3. Відношення висоти виливниці (злитка) до середнього діаметру.

У цьому досліді використовуються розширені донизу виливниці № 1 з відношенням Н/Д_ср = 2,6 (рис. 3.2а, табл.2.2) і № 2 з відношенням Н/Д_ср = 3,3 (рис. 3.2б, табл.2.2). Наповнення обох виливниць проводиться зверху через стакан в ковші діаметром 5 мм послідовно.

4. Швидкості розливання. При цьому один яз злитків наповнюється поволі, а інший - швидко. Відливання обох злитків проводиться у виливниці № 1 (рис,3.2а, табл. 2.2), встановлені розширенням донизу. Обидва злитки наповнюються зверху. Швидке наповнення виливниці (за 3-5 с) проводиться через стакан в ковші з діаметром отвору 8 мм, повільне (за 60-80 с) - через стакан з діаметром отвору 2 мм. Крім того, для використання впливу на швидкість закінчення величини натиску в ковші, швидка заливка виливниці проводиться при вищому рівні розплаву в ньому (тобто, на початку розливання), повільна, навпаки, - при нижчому рівні в кінці розливання (після відливання серія злитків для інших варіантів досліду). У першому випадку досягається подібність розливання із швидкістю 2-2,5 м/хв (що спостерігається при розливанні стали зверху), а в другій випадку - подібність розливання із швидкістю 0,1-0,2 м/хв, що, характерний для повільного розливання стали сифоном.

Примітка:

1. При виконанні роботи учбова група (або підгрупа) розбивається на окремі бригади, кількість студентів в яких у кожному конкретному випадку встановлюється керівником роботи.

2. Оскільки при виконанні завдань окремими бригадам вивчається вплив на утворення усадкової раковини в злитку тільки якого-небудь одного чинника технології розливання, для ознайомлення студентів з впливом інших чинників технології розливання в кінці роботи складається зведена таблиця, в яку заносяться остаточні результати дослідів, проведених окремими бригадами, і проводиться їх порівняння.

Виконання роботи складається з двох основних етапів.

а) перший етап - розливання.

1. Ознайомлення з інструкцією і методикою виконання роботи.

2. Ознайомлення з правилами техніки безпеки при виконанні роботи.

3. Розподіл студентів по бригадах і отримання конкретних завд