Kinetyka krzepnięcia wlewka stalowego, MBM PWR, Inżynierskie, Obrona (przydatne materiały), Dodatkowe ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Kinetyka krzepnięcia wlewka stalowegoI.Część teoretycznaCiekła stal przechodzi we wlewnicy w stan stały. Kryształy wydzielające się z ciekłejstali nazywają się kryształami pierwotnymi, a powstająca struktura – strukturą pierwotną wodró nieniu od struktury wtórnej utworzonej w stanie stałym.Postać utworzonej struktury pierwotnej wpływa na właściwości stali odlanej w postaciwlewka, na jej dalsze zachowanie przy dalszej przeróbce i pewnym stopniu na właściwościwyrobów gotowych. Z wymienionych powodów istotne jest zapoznanie się z przebiegiemkrystalizacji i szybkością krzepnięcia wlewka, jak równie z kolejnością krystalizacji jegoposzczególnych stref. Znajomość szybkości i kolejności krzepnięcia poszczególnych strefumo liwia ustalenie optymalnego czasu wytrzymania wlewków we wlewnicach, warunkówpotrzebnych do zasilania środkowych stref wlewka ciekłym metalem z nadstawki itp.1. Warunki energetyczne procesu krystalizacjiW przyrodzie wszystkie przemiany przebiegają samorzutnie, czyli zarównokrystalizacja jak i topnienie przebiegają samorzutnie wywołane są tym,e nowy stanskupienia jest w nowych warunkach bardziej stabilny, tzn. ma mniejszy zasób energii.Ogólnie mo na stwierdzić, e im większa jest energia swobodna układu tym mniejszajest jego trwałość /stabilność/ i jeśli jest to tylko mo liwe , to w układzie zachodzą takiezmiany aby energia układu w nowym stanie była mniejsza. Zawsze wraz ze zmianąwarunków zewnętrznych, np. temperatury, energia swobodna układu zmienia się, przy czymprzebieg tej zmiany jest inny w stanie ciekłym ni w stanie stałym. Na rys. 1 przedstawionoschematycznie charakter zmiany energii swobodnej w stanie ciekłym i stałym zale nie odtemperatury.1Rys. 1. Zmiana energii swobodnej układu w stanie ciekłym i stałym w zale ności odtemperatury.Powy ej temperatury Tsmniejszą energię swobodną ma substancja w stanie ciekłym,poni ej temperatury Tsta sama substancja w stanie stałym. Wynika stąd, ze powy ejtemperatury Tssubstancja powinna znajdować się w stanie stałym, a poni ej w stanie stałymw postaci krystalicznej. Jest oczywiste, e przy temperaturze równej Tsenergia swobodna wstanie ciekłym jest równa energii w stanie stałym i substancja występuje zarówno w stanieciekłym jak i stałym w stanie równowagi. Temperatura Tsjest zatem temperaturą stanurównowagi lub teoretyczną temperaturą krystalizacji. Je eli jednak chłodzimy ciecz to przytemperaturze Tsproces krystalizacji nie będzie przebiegał, poniewa przy tej temperaturzeFc=F krystalizacji. Aby krystalizacja mogła się rozpocząć konieczne jest zmniejszenie energiiswobodnej układu. Na podstawie krzywych zamieszczonych na rys. 1 mo na wnioskować, emo liwe jest to jedynie w przypadku gdy temperatura cieczy obni y się poni ej temperaturyTs. Temperaturę przy której rozpoczyna się krystalizacja nazywamy rzeczywistą temperaturąkrystalizacji.Ochłodzeniecieczyponi ejtemperaturyrównowaginazywasięprzechłodzeniem cieczy, a wielkość przechłodzenia nazywa się stopniem przechłodzenia.Mo na równie stwierdzić, e przemiana odwrotna, a mianowicie przejście ze stanustałego w stan ciekły, mo e odbywać się jedynie powy ej temperatury Ts. Zjawisko tonazywa się przegrzaniem.Przedstawione powy ej rozwa ania dotyczą czystych substancji. Ciekła stal jest2wieloskładnikowym roztworem. Z tego powodu nale y uwzględnić jeszcze efektprzechłodzenia stę eniowego, co jest wyczerpująco przedstawiane w ramach wykładu.2 Szybkość krzepnięcia stali we wlewnicyKrzepnięcie stali we wlewnicy jest procesem zło onym, a analiza procesu jestutrudniona z następujących powodów:---stal nie krzepnie przy stałej temperaturze ale w pewnym zakresie temperatur,na przekroju krzepnącego wlewka występuje ró nica temperatury,własności fizycznerozszerzalnościeliwa /wlewnica/ i stali są ró ne, współczynnikliniowej eliwa wynosi 0,10·10-4/ºC, współczynniki dla stali sązmienne i wahają się w granicach 0,15·10-4/ºC do 0,25·10-4/ºC,-tworząca się szczelina pomiędzy wlewkiem a wlewnicą utrudnia przepływ ciepłaz wlewka do wlewnicy.Wy ej wymienione trudności są przyczyną, e do chwili obecnej dla określeniagrubości zakrzepniętej warstwy wlewka posługujemy się wzorem D. Stefana:d=k⋅tgdzie:d – grubość zakrzepniętej warstwy, cm,k – współczynnik krzepnięcia, cm/min-0,5Przedstawione powy ej równanie zostało wyprowadzone w 1889 roku dla określeniagrubości lodu na biegunie i nazywane jest prawem pierwiastka kwadratowego. Skorygowanywzór Stefana dla warunków krzepnięcia wlewka stalowego ma postać:(1)d=k t−Cgdzie:C – stała uzale niona od stopnia przegrzania stali.(2)Współczynnik k nie jest wielkością stałą, ale zale y od czasu krzepnięcia wlewka,materiału z jakiego wykonana jest wlewnica oraz od temperatury ścian wlewnicy.3 Metody określania czasu krzepnięcia wlewka1.2.Wylewanie wlewków w czasie ich krzepnięcia.Analiza matematyczna.33.4.5.Wykorzystanie wyników pomiarów przewodności elektrycznej.Pomiar temperatury krzepnących wlewków.Badania modelowe z zastosowaniem parafiny lub naftalenu.Dotychczasowe badania wykazały, e wartość współczynnika k w pierwszym okresiekrzepnięcia wlewków kwadratowych i płaskich waha się w granicach 22-24, a dla wlewkówokrągłych wynosi 22. Krzepnięcie wlewka w tym okresie jest zgodne z prawem pierwiastkakwadratowego. W miarę upływu czasu szybkość krzepnięcia wzrasta wraz ze wzrostemstosunku powierzchni odprowadzającej ciepło do ciekłej części wlewka.II.Cel ćwiczeniaOkreślenie współczynnika szybkości krzepnięcia k na podstawie badań modelowych.III.Opis stanowiska badawczegoAparatura: kadź odlewnicza, wlewnice, ciecz modelowa – naftalen.IV.Przebieg ćwiczenia----roztopienie naftalenu,odlanie naftalenu do 3-ch wlewnic,po upływie 10, 30 i 40 minut wylanie z wlewnic nie zakrzepniętego naftalenu,przecięcie w osi otrzymanych wlewków i zmierzenie w kilku punktachzakrzepniętej warstwy.V.Opracowanie wyników---korzystając z wzoru Stefana obliczyć współczynnik krzepnięcia k,wykonać wykres zale ności grubości warstwy zakrzepniętej od czasu krzepnięcia,na podstawie otrzymanych wyników opracować wnioski.Literatura:1.Cramb A.W.: The making, shaping and treating of steel 11thedition, Castingvolume 2003, CD.2.3.Schwerdtfeger K.: Metallurgie des Stranggiessens, Stahleisen 1992.Schrewe H.,F.: Continuous casting of steel, Stahleisen, 1989.4 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • klobuckfatima.xlx.pl