Лекція 2. Функція радіального розподілення атомів рідких металів і сплавів продовження).

Основні питання:

• Дифракція рентгенівських променів у бінарних розплавах.
• Електронна структура рідких металів.
• Моделі мікронеоднорідної будови розплавів.

Лекція 3. Дифузія газів (кисень, водень, азот) у рідких металах.

Основні питання:

Механізми дифузії:

• кисню
• азоту
• водню.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №1.Визначення мінімальної концентрації газів при вакуумній обробці та мінімальна кількість газів у металі при витримці його у глибокому вакуумі (закінчення).

Лекція 4. Дифузія металевих атомів у рідких металах.

Основні питання:

• Механізм дифузії металевих атомів

Практичні заняття:

• Практична робота №2. Стадії та закономірності випаровування. Кінетична характеристика процесу випаровування домішок з розплаву в умовах вакуумної обробки (закінчення).

Лекція 5. Взаємозв’язок між дифузією та будовою рідких сплавів.

Основні питання:

• Дифузія газів у рідких металах – як структурно-чутлива характеристика будови розплавів.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №2. Стадії та закономірності випаровування. Кінетична характеристика процесу випаровування домішок з розплаву в умовах вакуумної обробки (4 години).

Лекція 6. Взаємозв’язок між дифузією та будовою рідких сплавів (продовження).

Основні питання:

• Дифузія металевих атомів у розплавах – як структурно-чутлива характеристика будови рідких металів.

Розділ 2. Гази і неметалічні включення в металах.

Тема 2.1. Джерело газів у рідкому металі. Вплив газів на властивості металів.

Лекція 7.       Проникнення і видалення газів з металу.

Основні питання:

• Розчинність газів і механізм розчинення.
• Методи позапічної обробки розплавів.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №2. Стадії та закономірності випаровування. Кінетична характеристика процесу випаровування домішок з розплаву в умовах вакуумної обробки (закінчення).

Лекція 8.       Проникнення і видалення газів з металу (продовження).

Основні питання:

• Фізичні основи формування газових пухирів в рідкому металі.
• Умови видалення газів у вигляді пухирів.

Лекція 9.       Дегазація вакуумуванням.

Основні питання:

• Вакуумування розплавів.
• Механізм видалення газів у вакуумі.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №3. Укрупнення неметалічних включень у розплавленому металі (2 год.).

Лекція 10.     Дегазація вакуумуванням (продовження).

Основні питання:

• Концентрації газів у металі та мінімальна кількість газів при витримці металу у глибокому вакуумі.

Лекція 11.     Випаровування домішок з розплаву в умовах вакуумної обробки.

Основні питання:

• Стадії та закономірності випаровування.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №4. Розрахунок видалення НВ під дією гравітаційних сил та вплив конвекції на видалення неметалічних включень (2 год.).

Лекція 12.     Випаровування домішок з розплаву в умовах вакуумної обробки (продовження).

Основні питання:

• Кінетична характеристика процесу, коефіцієнт випаровування.

Тема 2.2. Джерело неметалічних включень (НВ) у розплавах та їх вплив на якість металу.

Лекція 13.     Класифікація неметалічних включень. Фізичні основи видалення НВ.

Основні питання:

• Класифікація і видалення НВ під дією гравітаційних сил і конвекції.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №5. Взаємодія металу з матеріалом тигля вакуумної індукційної печі (2 год.).

Лекція 14.     Класифікація неметалічних включень. Фізичні основи видалення НВ.

Основні питання:

• Укрупнення НВ у розплаві. Видалення неметалічних включень у вакуумі.

Лекція 15.Неметалічні включення у циркулюючих потоках металу, вплив легування.

Основні питання:

• Задача про поводження неметалічних включень у циркулюючих потоках металу.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №6. Рафінування сталі від неметалічних включень при крапельному переносі через шар шлаку і розрахунок розподілення сірки між металом і шлаком (4 год.).

Лекція 16.Неметалічні включення у циркулюючих потоках металу, вплив легування (продовження).

Основні питання:

• Вплив концентраційного поля поверхнево активних речовин розплаву на рух неметалічних включень.

Розділ 3.Обробка металу синтетичними шлаками.

Тема 3.1. Видалення сірки та НВ з розплавів шлаками.

Лекція 17.     Мета обробки. Шкідливі домішки та умови їх видалення з металу. Сульфідна ємність шлаку.

Основні питання:

• Шкідливі домішки та умови їх видалення з металу.
• Шлакові системи, механізм переходу шкідливих домішок у шлак.
• Коефіцієнт розподілення елементів між металом і шлаком.

Лабораторні заняття:

• Лабораторна робота №6. Рафінування сталі від неметалічних включень при крапельному переносі через шар шлаку і розрахунок розподілення сірки між металом і шлаком (закінчення).

Лекція 18.     Десульфурація сталі шлаком. Розподілення сірки між металом і шлаком.

Основні питання:

• Механізм переходу сірки у шлак.
• Умови десульфурації. Видалення сірки в газову фазу.
• Видалення сірки при обробці метала сульфідоутворювальними реагентами.

Перелік питань, що виносяться на МКР:

1. Будова та властивості рідин. Теорія Ван-дер-Ваальса. Теорія Френкеля.
2. Функція радіального розподілення атомів і крива радіального розподілення атомів в рідині.
3. Геометрична модель рідини Дж. Д. Берналла.
4. Дифракційні дослідження розплавлених металів. Вплив температури. Результати досліджень та висновки.
5. Методи визначення координаційних чисел для розплавлених металів. Загальні висновки з експериментальних даних.

Перелік питань, які виносяться на залік:

1. Розрахувати зміну концентрації неметалічних включень при краплинному переносі крізь шар шлаку при умовах: радіус краплі 5·10^-3 м, товщина шару шлаку змінюється: (0,2, 0,3, 0,4м), середній радіус неметалічних включень 10^-4 м.
2. Розрахувати зміну концентрації неметалічних включень при краплинному переносі крізь шар шлаку при умовах: радіус краплі 5·10^-3 м, товщина шару шлаку змінюється: (0,2, 0,3, 0,4м), середній радіус неметалічних включень 10^-5 м.
3. Розрахувати зміну концентрації неметалічних включень при краплинному переносі крізь шар шлаку при умовах: радіус краплі 5·10^-3 м, товщина шару шлаку змінюється: (0,2, 0,3, 0,4м), середній радіус неметалічних включень 10^-6 м.
4. Оцінити вплив конвекції на укрупнення неметалічних включень у сталі при градієнті швидкості конвекційних потоків 1 с^-1. Швидкість перикінетичної і ортокінетичної коагуляції оцінюється за рівняннями: Температура металу 1900К, в’язкість металу 0,006Па•с, стала Больцмана 1,38•10^-23.

5. Оцінити вплив конвекції на укрупнення неметалічних включень у сталі при градієнті швидкості конвекційних потоків 1 с^-1. Швидкість перикінетичної і ортокінетичної коагуляції оцінюється за рівняннями: Температура металу 2100 К, в’язкість металу 0,005 Па•с, стала Больцмана 1,38•10^-23.

6. Оцінити вплив конвекції на укрупнення неметалічних включень у сталі при градієнті швидкості конвекційних потоків 0,1 с^-1. Швидкість перикінетичної і ортокінетичної коагуляції оцінюється за рівняннями: Температура металу 2100 К, в’язкість металу 0,005 Па•с, стала Больцмана 1,38•10^-23.

7. Оцінити вплив конвекції на укрупнення неметалічних включень у сталі при градієнті швидкості конвекційних потоків 0,1 с^-1. Швидкість перикінетичної і ортокінетичної коагуляції оцінюється за рівняннями: Температура металу 1900 К, в’язкість металу 0,006 Па•с, стала Больцмана 1,38•10^-23.

8. Розрахувати швидкість спливання твердих неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (коефіцієнт форми включень к=6, розмір часток 2•10^-5 м і 2•10^-6 м, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, густина металу 7200 кГ/м³, густина включення 4000 кГ/м³).
9. Розрахувати швидкість спливання твердих неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (коефіцієнт форми включень к=6, розмір часток 5•10^-5 м і 5•10^-4 м, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, густина металу 7100 кГ/м³, густина включення 3900 кГ/м³).
10. Розрахувати швидкість спливання твердих неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (коефіцієнт форми включень к=6, розмір часток 5•10^-5 м і 5•10^-4 м, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, густина металу 7100 кГ/м³, густина включення 4000 кГ/м³).
11. Розрахувати швидкість спливання рідких неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (розмір часток 510^-5 м і 2•10^-6, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, в’язкість включення 5•10^-1Па•с, густина металу 7000 кГ/м³, густина включення 2600 кГ/м³).
12. Розрахувати швидкість спливання рідких неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (розмір часток 210^-5 м і 2_•10^-6, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, в’язкість включення 5•10^-1Па•с, густина металу 7100 кГ/м³, густина включення 2500 кГ/м³).
13. Розрахувати швидкість спливання рідких неметалічних включень у сталі при 1873 К в гравітаційному полі без обліку конвекції (розмір часток 210^-5 м і 2_•10^{-6 м}, число Рейнольдса£ 1, в’язкість металу 6•10^-3Па•с, в’язкість включення 5•10^-1Па•с, густина металу 7100 кГ/м³, густина включення 2600 кГ/м³).
14. Зіставити внески конвекції і спливання в процесі рафінування металу від неметалічних включень. Швидкість руху потоків металу в ковші – 0,5 м/с, в індукційній печі – 3 м/с. В’язкість сталі при 1873 К дорівнює 4•10^-3Па•с. Щільності рідкого металу – 7,1•10³ кг/м³, глинозему – 3,97•10³ кг/м³. Радіус дзеркала металу в ковші – 1 м, у тиглі індукційної печі – 0,5 м. Коефіцієнт форми неметалічних включень дорівнює 6.

15. Зіставити внески конвекції і спливання в процесі рафінування металу від неметалічних включень. Швидкість руху потоків металу в ковші – 0,5 м/с, в індукційній печі – 3 м/с. В’язкість сталі при 1873 К дорівнює 4•10^-3Па•с. Щільності рідкого металу – 7,1•10³ кг/м³, глинозему – 3,97•10³ кг/м³. Радіус дзеркала металу в ковші – 0,8 м, у тиглі індукційної печі – 0,5 м. Коефіцієнт форми неметалічних включень дорівнює 6.

16. Зіставити внески конвекції і спливання в процесі рафінування металу від неметалічних включень. Швидкість руху потоків металу в ковші – 0,5 м/с, в індукційній печі – 3 м/с. В’язкість сталі при 1873 К дорівнює 4•10^-3Па•с. Щільності рідкого металу – 7,1•10³ кг/м³, глинозему – 3,97•10³ кг/м³. Радіус дзеркала металу в ковші – 0,6 м, у тиглі індукційної печі – 0,5 м. Коефіцієнт форми неметалічних включень дорівнює 6.

17. Визначити стадію, яка визначає (лімітує) випаровування марганцю зі сплаву з залізом якщо після 15-ти хвилинної витримки у вакуумі при 1900 К його концентрація знижується з 4,4 % до 0,35 %. Об’єм плавки 15•10^-6 м³, площа поверхні ванни 5,6•10^-4 м², густина сплаву 7000 кГ/м³, активність марганцю в залізі 1,5, тиск насиченої пари марганцю при 1900 К дорівнює 5400 Па, залишковий тиск у системі менший за 0,133 Па. Формула Лангмюра має вигляд:

18. Визначити стадію, яка визначає (лімітує) випаровування марганцю зі сплаву з залізом, якщо після 10-ти хвилинної витримки у вакуумі при 1900 К його концентрація знижується з 4,4% до 0,35%. Об’єм плавки 12•10^-6 м³, площа поверхні ванни 4,6•10^-4 м², густина сплаву 7000 кГ/м³, активність марганцю в залізі 1,5, тиск насиченої пари марганцю при 1900 К дорівнює 5400 Па, залишковий тиск у системі менший за 0,133 Па. Формула Лангмюра має вигляд:

19. Визначити стадію, яка визначає (лімітує) випаровування марганцю зі сплаву з залізом, якщо після 15-ти хвилинної витримки у вакуумі при 1900 К його концентрація знижується з 4,0% до 0,3%. Об’єм плавки 10•10^-6 м³, площа поверхні ванни 4,6•10^-4 м², густина сплаву 6900 кГ/м³, активність марганцю в залізі 1,4, тиск насиченої пари марганцю при 1900 К дорівнює 5400 Па, залишковий тиск у системі менший за 0,133 Па. Формула Лангмюра має вигляд:

20. Визначити мінімальні концентрації кисню, азоту і водню в рідкій низьковуглецевій сталі при вакуумному обробленні. Температура металу 2100 К, поверхневий натяг сталі, що містить вуглець і кисень, 1400 мДж/м², константа реакції розчинення азоту дорівнює 0,04, константа реакції розчинення водню дорівнює 0,003, константа реакції розкислення металу вуглецем дорівнює 490, вміст вуглецю в металі 0,15 %.
21. Визначити мінімальні концентрації кисню, азоту і водню в рідкій низьковуглецевій стали при вакуумному обробленні. Температура металу 2000 К, поверхневий натяг стали, що містить вуглець і кисень, 1480 мДж/м², константа реакції розчинення азоту дорівнює 0,045, константа реакції розчинення водню дорівнює 0,0025, константа реакції розкислення металу вуглецем дорівнює 490, вміст вуглецю в металі 0,1 %.
22. Визначити мінімальні концентрації кисню, азоту і водню в рідкій низковуглецевій стали при вакуумному обробленні. Температура металу 2100 К, поверхневий натяг стали, що містить вуглець і кисень 1450 мДж/м², константа реакції розчинення азоту дорівнює 0,05, константа реакції розчинення водню дорівнює 0,003, константа реакції розкислення металу вуглецем дорівнює 490, вміст вуглецю в металі 0,2 %.
23. Визначити мінімальні концентрації кисню, азоту і водню в рідкій низьковуглецевій сталі при вакуумному обробленні. Температура металу 1900 К, поверхневий натяг сталі, що містить вуглець і кисень 1500 мДж/м², константа реакції розчинення азоту дорівнює 0,04, константа реакції розчинення водню дорівнює 0,003, константа реакції розкислення металу вуглецем дорівнює 490, вміст вуглецю в металі 0,3 %.

Залік

• Рейтингова оцінка рівня підготовки студентів визначається відповідно до «Положення про рейтингову систему оцінювання успішності студентів з дисципліни «Дегазація та рафінування розплавів»
• Письмовий.