Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 1 )

Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м

Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м

	Усього	Чверті
3	4
Усього годин за навчальним планом, у тому числі:	150	90	60
Аудиторні заняття, з них:	72	40	32
Лекції	40	24	16
Лабораторні роботи	0	0	0
Практичні заняття	32	16	16
Семінарські заняття	-	-	-
Самостійна робота, у тому числі при:	78	50	28
Підготовці до аудиторних занять	36	20	16
Підготовці до контрольних заходів	15	9	6
Виконанні курсових проектів (робіт)	-	-	-
Виконанні індивідуальних завдань	-	-	-
Опрацюванні розділів програми, які не викладаються на лекціях	27	21	6
Підсумковий контроль		Екзамен	Екзамен

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лекція 1. 5

ВВЕДЕНИЕ. 5

Лекція 2. 6

1 МЕСТО НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ 6

1.1 Технологические цепочки в металлургии. 6

1.2 Основные преимущества непрерывной разливки перед разливкой в изложницы 7

Лекція 3. 10

2 ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ.. 10

2.1 Температурный режим охлаждения слитка в узлах МНЛЗ. 11

2.2 Условия получения слитков высокого качества. 12

2.3 Методы повышения коэффициента использования и производительности МНЛЗ 13

Лекція 4. 16

2.4 Выбор скорости разливки слитка. 16

2.5 Факторы, влияющие на ухудшение качества слитка, появление трещин и других дефектов. 18

2.6 Напряжение в непрерывнолитом слитке. 18

Лекції 5, 6 и 7. 20

3 КОНСТРУКЦИИ МНЛЗ. 20

3.1 Основные принципы классификации конструкций МНЛЗ. 20

3.2 Вертикальные МНЛЗ: преимущества и недостатки. 22

3.3 Радиальные МНЛЗ: преимущества и недостатки. 23

3.4 Криволинейные МНЛЗ: преимущества и недостатки. 24

3.5 Наклонные МНЛЗ: преимущества и недостатки. 26

3.6 Горизонтальные МНЛЗ: преимущества и недостатки. 27

Лекція 8. 29

4 РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ 29

4.1 Три стадии процесса охлаждения слитка. Проблемы с отводом теплоты в ходе непрерывной разливки. 29

4.2 Основные направления исследований при изучении тепловой работы МНЛЗ 30

Лекція 9. 32

5 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ МНЛЗ. 32

5.1 Методика составления теплового баланса МНЛЗ. 32

5.2 Анализ статей теплового баланса для различных конструкций МНЛЗ. 34

5.3 Основные процессы теплообмена по зонам охлаждения. 35

Лекція 10. 37

5.4 Подходы к решению задач оптимизации. 37

5.5 Основные требования к оптимальному температурному режиму охлаждения слитка по длине МНЛЗ. 38

Лекція 11. 40

6 ПРИНЦИП РАБОТЫ КРИСТАЛЛИЗАТОРА.. 40

6.1 Функции кристаллизатора. 40

6.2 Стационарные и подвижные кристаллизаторы.. 41

6.3 Сборные, блочные и гильзовые кристаллизаторы: особенности конструкции и область применения. 41

Лекція 12. 45

7 ТЕПЛООБМЕН В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ. 45

7.1 Тепловые условия формирования твердой корочки слитка в кристаллизаторе 45

7.2 Термические сопротивления при передаче теплоты от жидкого металла к охлаждающей воды.. 46

Лекція 13. 50

7.3 Гидродинамика жидкого расплава. 50

7.4 Охлаждение кристаллизатора. 51

7.5 Расчетная оценка термических сопротивлений кристаллизатора. 52

Лекція 14. 55

8 ПРИНЦИП РАБОТЫ ЗВО.. 55

8.1 Назначение системы охлаждения и поддерживающей системы ЗВО.. 55

8.2 Методы водяного охлаждения. 56

8.3 Брусьевая, роликовая и комбинированная поддерживающие системы.. 58

Лекція 15. 61

8.4 Форсунки для вторичного охлаждения слитка. 61

8.5 Интенсивность охлаждения для различных видов охладителей. 61

Лекція 16. 63

9 ТЕПЛООБМЕН В ЗВО.. 63

9.1 Связь интенсивности охлаждения с качеством отливок. 63

9.2 Критериальные зависимости для определения коэффициента теплоотдачи в ЗВО.. 63

9.3 Схема орошения слитка при ролико-форсуночном охлаждении. 64

Лекція 17. 67

9.4 Связь между коэффициентом теплоотдачи и плотностью орошения. 67

9.5 Охлаждение слитка на воздухе после ЗВО.. 71

Лекція 18. 73

10 ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ МЕТАЛЛОВ.. 73

10.1 Затвердевание и кристаллизация в процессе непрерывной разливки металлов 73

10.2 Теплофизические свойства стали, температуры ликвидус и солидус, теплота кристаллизации. 74

10.3 Скорость затвердевания. Длина жидкой фазы, общая высота и протяженность технологической линии МНЛЗ. 74

10.4 Напряженное состояние слитка. 75

Лекція 19. 76

11 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ.. 76

11.1 Экспериментальные и расчетные методы исследования процесса затвердевания. 76

11.2 Основные подходы к расчету процессов затвердевания. 77

Лекція 20. 80

11.3 Математическая модель охлаждения и затвердевания сплава на основе теории квазиравновесной двухфазной зоны.. 80

ЛИТЕРАТУРА.. 84

Лекція 1

Вступ

План лекції: Вступ. Роль МБЛЗ в розвитку металургії.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие металлургии связано с использованием производительных, энерго - и материалосберегающих технологий.

Одним из таких решений в металлургии является метод непрерывной разливки стали, который позволяет значительно повысить выход годного и улучшить качество металла, а также сократить расход энергии на производство металла.

Успешное решение задач увеличения объема разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с одновременным расширением сортамента и повышением качества отливаемых заготовок невозможно без теплотехнического обоснования режимов работы МНЛЗ, так как качество литого металла определяется, в основном, температурным режимом затвердевания металла.

При изучении дисциплины студенты должны овладеть не только теорией, но и методами расчета основных теплотехнических процессов, поэтому в данной дисциплине рассматриваются теоретические и практические вопросы совершенствования МНЛЗ, подробно анализируются теплотехнические особенности работы кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения, приводятся основные расчетные формулы.

Лекція 2

Місце безперервного розливання сталі в металургійному циклі

План лекції: Технологічні ланцюжки металургійного комбінату. Основні переваги безперервного розливання перед розливанням у виливниці.

1 МЕСТО НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ

1.1 Технологические цепочки в металлургии

Для лучшего запоминания особенностей тех или иных тепловых устройств желательно уяснить место этих устройств в основных технологических цепочках металлургических предприятий. Основная, но не самая совершенная технологическая цепочка металлургического предприятия, представлена на рис. 1.1. На этом рисунке прямоугольниками обозначены основные типы (группы) тепловых устройств, а овалами и кружочками – название используемого или образующегося материала. Для удобства пользования на схеме не показаны некоторые шихтовые материалы, используемые в ферросплавной, агломерационной, доменной, литейной и сталеплавильной печах, такие как: скрап, бой шамотного кирпича, плавиковый шпат, боксит, песок, марганцевая руда и некоторые другие.

Эта цепочка технологии является общей (полной), но на конкретном металлургическом предприятии могут отсутствовать отдельные типы тепловых устройств. Чаще всего отсутствуют печи для подготовки сырья. Так, коксовая печь обычно принадлежит коксохимическому заводу, а ферросплавная печь – ферросплавному заводу. Попутно отметим, что печи для подготовки сырья связаны с обработкой пылевидных материалов и поэтому являются самыми неблагополучными с экологической точки зрения.

В долгосрочном плане известны тенденции с перемещением печей для подготовки сырья (экологически грязные производства) в беднейшие страны, а электросталеплавильных, нагревательных и термических печей – в богатые, развитые страны.

Технологическая цепочка постоянно совершенствуется с целью исключения из неё комплекса коксовых и доменных печей. Это происходит на базе так называемой бескоксовой металлургии или технологии прямого получения железа (металлизованного сырья). Бескоксовая металлургия подразумевает включение в технологическую цепочку печи металлизации сырья. Структурно эта печь, можно сказать, замещает доменную печь (рис. 1.2).

Кроме того, с введением установок непрерывного литья заготовок, из технологической схемы удаляется нагревательный колодец. Роль методической печи, как основного элемента схемы, падает до уровня вспомогательной подогревательной печи. Современные заводы в мире создаются на основе схемы, подобной той, которая представлена на рис. 1.2. Металл, полученный по этой схеме, более качественный и немного дешевле. Качество выше из-за отсутствия кокса, вносящего в сталь серу и фосфор. Дешевизна достигается за счёт исключения из технологической цепочки отдельных структурных элементов.

1.2 Основные преимущества непрерывной разливки перед разливкой в изложницы

Непрерывным литьём металла называют разливку металла непосредственно из печи или из промежуточного ковша в водоохлаждаемый кристаллизатор, из которого частично затвердевшая заготовка непрерывно вытягивается через отверстие в противоположном торце.

Преимущества непрерывной разливки по отношению к разливке в слитки:

а) значительно повышается выход годного металла. При разливке в изложницы у каждого слитка головная обрезь из-за усадочной раковины составляет 10-12 %, а донная обрезь – до 4 %. При непрерывном литье потери составляют всего 3-5 % от массы жидкой стали;