А.2.1 Методические указания по выполнению лабораторных работ

В этом разделе представлены методические указания по выполнению следующих лабораторных работ:

– Моделирование образования усадочной раковины в стальных слитках.

– Физическое моделирование кристаллизации стального слитка.

– Строение стальных слитков.

– Строение непрерывнолитой заготовки.

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И.Носова

 

Кафедра металлургии черных металлов

 

 

 

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

УСАДОЧНОЙ РАКОВИНЫ В

СТАЛЬНЫХ СЛИТКАХ

 

Методические указания

для выполнения лабораторной работы по дисциплине

“Теория и технология производства стали”

для студентов специальности 150101

(специализации “Металлургия стали”)

 

 

Магнитогорск

200 6

 

Составители: доц., канд. техн. наук В.Н. Селиванов

доц., д-р техн. наук А.М. Столяров

канд. техн. наук С.С. Масальский

 

 

Моделирование образования усадочной раковины в стальных слитках: Методические указания для выполнения лабораторной работы по дисциплине “Теория и технология производства стали” для студентов специальности 150101 специализации “Металлургия стали”. – Магнитогорск: МГТУ, 2006. – 9с.

 

Дается понятие усадки стали и усадочной раковины. Приводится формула расчета объема усадочной раковины. Приведено описание лабораторных стендов, методика проведения опытов и пересчета полученных результатов. Представлены требования к отчету и контрольные вопросы.

 

Рецензент доц. Е.В. Синицкий

 

© Селиванов В.Н., Столяров А.М., Масальский С.С. 2006

 

 

Введение

 

Выход годного проката из стальных слитков определяется, в первую очередь величиной головной обрези при прокате их на обжимных станах. Величина головной обрези во время прокатки слитков спокойной стали зависит от величины и формы усадочной раковины.

Целью данной работы является изучение влияния различных технологических факторов на глубину усадочной раковины и выход годного металла.

 

Теоретический анализ формирования

Усадочной раковины

 

Усадкой стали называется уменьшение объема металла при его затвердевании (при переходе из жидкого состояния в твердое). В результате усадки в стальном слитке образуется усадочная раковина.

Усадочной раковиной называется воронкообразное углубление в верхней части слитка. Нередко усадочная раковина закрыта сверху тонкой коркой металла (так называемым “мостом”). При прокатке слитка усадочная раковина деформируется, трансформируясь в осевое нарушение сплошности металла, называемое расслоем. После прокатки головная часть раската с расслоем удаляется в головную обрезь.

Усадочная раковина образуется вследствие уменьшения объема металла при его затвердевании. Последовательные стадии формирования усадочной раковины показаны на рисунке.

Уже при заливки металла в изложницу около ее стенок образуется слой затвердевшего металла (см. рисунок поз. а). В дальнейшем толщина затвердевшей оболочки будет постепенно увеличиваться. Так как затвердевание стали происходит с уменьшением объема, то суммарный объем затвердевшей оболочки и жидкого остатка будет меньше начального объема жидкого металла, залитого в изложницу. Поэтому уровень жидкого металла в изложнице будет постоянно уменьшаться (см. рисунок, поз. б). В конечном счете, в верхней части полностью затвердевшего слитка образуется углубление – усадочная раковина (см. рисунок, поз. в).

 

а б в

Cхема формирования усадочной раковины:

а, б, в – последовательные стадии затвердевания слитка;

1 - изложница; 2 - затвердевшая оболочка; 3 - жидкий метал;

4 - усадочная раковина; 5 - металл, теряемый с головной обрезью.

 

Потери металла с головной обрезью (см. рисунок, поз. в) определяются глубиной усадочной раковины. При прокате слитка спокойной стали головная обрезь обычно составляет 10…20%. Широкие пределы колебания головной обрези связаны с влиянием ряда технологических факторов на формирование усадочной раковины.

Уменьшение объема стали при затвердевании (усадка стали) целиком определяется параметрами металла, залитого в изложницу, прежде всего, его химическим составом и температурой.

Усадка углеродистой стали обычно составляет 3….5%. Объем усадочной раковины пропорционален объему жидкого металла в момент окончания заливки его в изложницу.

где Vур – относительный объем усадочной раковины, %;

α – усадка стали, %;

Vж – объем жидкой части слитка в момент окончания заливки, %.

 

Из формулы видно, что объем усадочной раковины уменьшается при уменьшении объема металла, находившегося в жидком состоянии в конце наполнения изложницы.

Следовательно, объем усадочной раковины будет тем меньше, чем больше металла затвердеет в период наполнения изложницы.

Существенное влияние на глубину усадочной раковины и величину головной обрези оказывает конфигурация усадочной раковины. Выгодно получить усадочную раковину чашеобразной формы, имеющую большую ширину и малую глубину. Потери металла с головной обрезью в этом случае будут относительно небольшими.

Наиболее эффективный путь уменьшения глубины усадочной раковины состоит в снижении скорости затвердевании металла в верхней части слитка с помощью прибыльных надставок, замедляющих отвод тепла. Определенное влияние может оказать и форма слитка. Цель работы состоит в изучении влияния различных технологических факторов на глубину усадочной раковины и выход годного металла

 

Методика выполнения работы

 

Влияние технологических факторов на глубину усадочной раковины и выход годного металла в данной работе изучается методом моделирования. Моделями служат парафиновые слитки, отливаемые в стальных разъемных изложницах, установленных на поддонах.

Следует отметить, что промышленные изложницы отливаются из чугуна и разъема не имеют.

Работа состоит из четырех опытов, каждый из которых выполняется в течение одного занятия. Каждый опыт заключатся в отливки 2…3 слитков с варьированием одного какого-либо технологического параметра и изучении строения полученных слитков.

Получив задание на выполнение работы, необходимо подготовить к заливки набор изложниц. Изложницы, используемые в каждом опыте, указаны в таблице 1.

Подготовка изложниц заключается в очистке их от остатков парафина, сборки и установке на поддоны. При подготовки опыта № 3 необходимо изучить устройство сифонной проводки и собрать ее, засыпав песком щели между проводкой и поддоном.

 

Таблица 1 - Указания по выполнению опытов

 

Номер опыта	Изучаемый технологический фактор	Изложница ٭	Прибыльная надставка	Способ заливки	Время заливки, мин
	Утепление и обогрев верхней части слитка	№ 1 – УВ № 2 – УВ № 3 – УВ	Неутепленная Утепленная Обогреваемая	Сверху Сверху Сверху	1,0...1,5 1,0...1,5 1,0...1,5
	Соотношение между высотой и шириной слитка	№ 4 – УН № 5 – УН № 6 – УН	- - -	Сверху Сверху Сверху	0,5...1,0 0,5...1,0 0,5...1,0
	Характер уширения изложницы	№ 7 – УН № 8 – УН	- -	Сифон Сифон	1,0...1,5 1,0...1,5

 

٭ УВ – уширенная кверху изложница; УН – уширенная книзу изложница

 

 

После подготовки изложниц в ковш заливается жидкий парафин, предварительно расплавленный в специальной печи. Температура парафина должна быть 65…75ºС.

Затем в присутствии преподавателя производится заливка парафина в изложницы. Рекомендуемое время заливки указано в таблицы 1. При выполнение опыта № 1 заливку парафином в каждую изложницы следует прерывать на 2…3 секунды в момент начала выполнения прибыльной надставки с тем, чтобы он затвердел в зазоре между изложницей и прибыльной надставкой.

После заливки изложниц следует вести наблюдение за усадкой расплава в течение 10…15 минут. При этом необходимо уяснить механизм влияния изучаемого фактора на глубину усадочной раковины. Затвердевание парафиновых слитков длиться около двух часов и исследовать их строение на этом же занятие не представляется возможным. Поэтому после заливки парафина в изложницы и окончания наблюдения производится изучение строения слитка, отлитых ранее при таких же условиях. На каждом исследуемом слитке проставлен номер изложнице в которой он был отлит. Каждый слиток распиливается по вертикальной оси специальной тросиковой пилой. Внутренние строение слитков эскизируется. На эскизах следует указать основные размеры слитка и глубину усадочной раковины. Затем от обеих половинок каждого слитка отпиливается верхняя часть, пораженная усадочной раковины. При этом длина отпиливаемой части у обеих половинок должна быть одинаковой после этого взвешиваться весь слиток (в распиленном состоянии), а так же его нижняя часть, не пораженная усадочной раковиной.

 

Обработка опытных данных

 

По результатам измерений подсчитывается относительная глубина усадочной раковины по формуле:

 

,

где – относительная глубина усадочной раковины, %;

– глубина усадочной раковины, мм;

– высота слитка, мм.

 

По результатам взвешивания подсчитывается выход годного по формуле:

,

где – выход годного металла, %:

– масса годной части и всего слитка, г

 

Данные опыта заносятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты опыта

 

Номер слитка	Характери-тика слитка	Отношение высоты к ширине слитка ٭	Относи-тельная глубина усадо-ной рако-ины, %	Масса, г	Выход год-ого, %
слитка	годной части

 

٭ Отношение высоты и ширины заполняется только при выполнении опыта № 2

По результатам опыта № 1,3 и 4 строится столбчатая диаграмма зависимости относительной глубины усадочной раковины (левая ось ординат) и выхода годного (правая ось ординат) от изучаемого технологического фактора. По результатам опыта № 2 строится график зависимости вышеназванных переменных от отношения высоты слитка к его средней ширине.

 

Техника безопасности

 

Плавление парафина производится лаборантом в специальной печи. Печь должна иметь исправный шнур и штепсельную вилку. Корпус печи должен быть заземлен. При сливе парафина из печи в ковш крышка печи снимается. Во избежание ожогов при сливе парафина в ковш и при заливке его в изложницы необходимо надевать рукавицы.

При протекании парафина через щели между изложницей, поддоном и прибыльной надставкой заливку следует прервать до прекращения течи.

Включение подогрева прибыльной надставки у изложницы № 3 производится лаборантом или преподавателем после отливки слитка. Напряжение тока, питающего обогреватель, не должно превышать 25 В.

Извлечение слитков из изложниц производится лаборантом по истечение 2 ч после отливки. Для извлечения слитка сначала снимается прибыльная надставка, затем бандажи. После этого изложница раскрывается и из нее извлекается слиток. Вся работа по извлечению слитков производится над стеллажом с изложницей.

Распиливать слитки разрешается только вручную тросиковой пилой на специальном стенде. Использование для выполнения этой операции других средств категорически запрещено.

 

Требования к отчету

 

Отчет составляется каждым студентом индивидуально в специальной тетради для лабораторных работ. Отчет по работе должен содержать следующую информацию:

- название работы;

- цель работы;

- методика выполнения работы;

- опытные данные и их обработка;

- вывод.

Оформление отчета должно соответствовать требованиям по оформлению лабораторных работ.

В разделе “Методика выполнения работы” описывается комплект изложниц, используемых при проведение работы, а также порядок выполняемых действий.

В разделе “Опытные данные и их обработка” приводятся опытные данные в виде таблицы, эскизы разрезанных слитков, график или столбчатая диаграмма по результатам опыта. Здесь же следует привести объяснение полученных данных.

В разделе “Вывод” следует сделать заключение о характере влияния исследуемого фактора на глубину усадочной раковины и выход годного.

 

6 Контрольные вопросы

 

1.Что такое усадка стали?

2.Что такое усадочная раковина?

3.От чего зависит объем усадочной раковины?

4.Одинаков ли объем усадочной раковины в слитках, отлитых в опыте № 1?

5.Как влияет утепление и обогрев верхней части слитка на относительную глубину усадочной раковины и выход годного? Каков механизм этого влияния?

6. Одинаков ли объем усадочной раковины в слитках, отлитых в опыте № 2?

7.Как влияет отношение высоты к ширине слитка на относительную глубину усадочной раковины и выход годного? Каков механизм этого влияния?

8.Одинаков ли объем усадочной раковины в слитках, отлитых в опыте № 3?

9.Как влияет уширение слитка на относительную глубину усадочной раковины? Каков механизм этого влияние?

10.Как влияет форма усадочной раковины на выход годного металла?

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………1

1 Теоретический анализ обозревания усадочной

раковины……………………………………………………….1

2 Методика выполнения работы…………………………… 3

3 Обработка опытных данных ……………………………… 5

4 Техника безопасности……………………………………… 6

5 Требования к отчету…………………………………………7

6 Контрольные вопросы……………………………………….8

 

 

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И.Носова

 

Кафедра металлургии черных металлов

 

 

 

 

Физическое моделирование

Кристаллизации

Стального слитка

 

Методические указания