ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

При отвердевании стали в результате избирательной кристаллизации сера, растворенная в расплавленном металле, концентрируется в остающейся жидкости. Обладая очень малой растворимостью в железе, сера выделяется на границах зёрен металла в виде легкоплавких соединений в смеси с оксидами железа. Сталь с повышенным содержанием серы становится красноломкой – хрупкой при температурах горячей обработки (800-1000°С) а в холодном состоянии сталь имеет низкую механическую прочность.

При производстве литейных сплавов сера может находиться в газовой фазе (SO₂), в топливе (FeS), в металлическом и шлаковом расплавах. Удалить серу из металла методом окислительного рафинирования невозможно, так как сера обладает меньшим сродством к кислороду, чем железо.

Десульфурация расплавленного металла производится переводом серы в шлак при помощи реагентов, способных давать более прочные и существенно менее растворимые в железе сульфиды, чем FeS, например CaS, MgS, MnS, Na₂S и др. В качестве такого реагента чаще всего используют оксид кальция CaO.

В плавильных агрегатах процесс сводится к взаимодействию шлака, содержащего CaO, с металлом по реакции

[FeS]+(CaO)=(FeО)+(CaS),

которая является частным случаем взаимодействия серы, растворенной в железе, с основными оксидами шлака

[FeS]+(МеO)=(FeО)+(МеS).

Константа равновесия

.

Концентрации (CaS) и [FeS] можно заменить общим содержанием серы в шлаке (S) и расплаве [S] с введением коэффициентов активности серы в шлаке γ_(S) и расплаве γ_[S], учитывающих в суммарном виде степень связанности серы в соответствующих фазах. Тогда

.

Коэффициент распределения .

Эта величина служит для оценки обессеривающей способности шлака.

Из уравнения константы равновесия

.

Отсюда следует, что константа распределения серы L_S возрастает с увеличением активности СаО, то есть основности шлака, и со снижением активности FeO, то есть его окислительной способности.

Таким образом, для обессеривания наиболее пригодны основные восстановительные процессы.

В электросталеплавильном процессе после завершения окислительного рафинирования наводят раскислительный шлак с низким содержанием FeO (менее 1%) путём введения восстановителей (C и Si). Это обеспечивает и раскисление и десульфурацию стали.

Обессеривающая способность шлака зависит от его химического состава. Из всех компонентов шлака наиболее существенно влияют на обессеривающую способность оксиды кальция и кремния. CaO ее увеличивает; SiO₂ уменьшает. Поэтому обессеривающую способность шлака оценивают отношением: . Чем больше отношение, тем выше константа распределения . Температура влияет на и незначительно.

Процесс десульфурации определяется в значительной степени кинетикой взаимодействия. Чем быстрее идёт процесс, тем ближе система к состоянию равновесия и полнее используется обессеривающая способность шлака.

Большое значение имеют интенсивность перемешивания и вязкость шлака. Скорость процесса десульфурации возрастает по мере увеличения интенсивности перемешивания металла и шлака, а также понижения вязкости шлака, что может быть достигнуто повышением температуры и введением разжижающих добавок. Такой эффект связан с тем, что десульфурация расплавов железа протекает в диффузионной области и основным лимитирующим звеном процесса является переход серы из металлического расплава в шлак.

Раскисление

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методические указания по выполнению

лабораторного практикума для студентов очной

и заочной форм обучения по специальности 170402

«Машины и механизмы деревообрабатывающей

промышленности», 170409 “ Электромеханическое оборудование лесного комплекса”

Екатеринбург 2003

Печатается по рекомендации методической комиссии факультета МТД

Протокол № 1 от 30.09. 2001 года

Рецензент – А.С. Красиков, канд. техн. наук, доцент кафедры станков и инструментов.

Редактор Сайгина Р.В.

Редакционно-издательский отдел УГЛТУ

Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ

ВВЕДЕНИЕ

В процессе подготовки инженера-механика по специальности 170402 «Машины и механизмы деревообрабатывающей промышленности» и специальности 170409 “Электромеханическое оборудование лесного комплекса” важно, чтобы он овладел методологией исследования оборудования и технологических процессов обработки древесины, позволяющей осуществить рациональную и эффективную их эксплуатацию. Для этого в учебном плане специальностей предусмотрена дисциплина «Основы научных исследований».

Цель дисциплины – ознакомление с методами получения научного знания и приложения этих методов к проведению научных исследований по проблемам рабочих процессов, режущих инструментов, конструирования и эксплуатации машин и механизмов деревообрабатывающей промышленности.

Задачи, решаемые дисциплиной, раскрываются на основе требований к знаниям и умениям, которыми должен владеть студент.

После изучения дисциплины студент должен

Знать:

- актуальные научные проблемы и научно-технические задачи отрасли;

- организацию научно-исследовательской работы в вузе и Российской Федерации;

- принципы и аппарат теоретической разработки научной проблемы;

- основы теории планирования и проведения научного эксперимента;

- методы накопления и обработки научной информации;

- экспериментальную базу и измерительные системы, применяемые в

экспериментальных исследованиях в отрасли.

Уметь:

- сформулировать научно-техническую задачу исследования (ограничи-

тель сложности);

- выделить цель и промежуточные (частные) задачи;

- предложить подходы к теоретической разработке научно-технической

задачи;

- разработать общую стратегию экспериментального исследования;

- составить план (методику) проведения эксперимента;

- провести эксперименты с использованием современных контрольно-

измерительных средств;

- обработать результаты эксперимента с применением ПЭВМ;

- сделать выводы и рекомендации по результатам эксперимента;

- определить формы и методы внедрения результатов научного исследо-

вания;

- составить отчет по выполненной работе.

Для формирования умений в программе дисциплины «Основы научных исследований» предусмотрен лабораторный практикум. Студенты выполняют пять лабораторных работ и отвечают письменно на десять контрольных вопросов из общего перечня вопросов по теории эксперимента. По результатам лабораторного практикума каждый студент оформляет отчет. Требования к содержанию отчета приведены в методических указаниях к лабораторным работам, а общие требования к оформлению текстовой части пояснительной записки в работе [1].

Выбор варианта задания