Питома вага сталі. Питома теплоємність стали

Сталлю вважають сплав заліза з іншими хімічними сполуками. Серед компонентів, що входять до складу, присутній вуглець в кількості 2,14%. Завдяки його наявності сплави заліза набувають свою міцність. Питома вага стали дорівнює 75500-77500 Н / мsup3-. У складі сплаву іноді можуть міститися легуючі елементи. Питома теплоємність стали при 20 ° C вимірюється в 460 Дж / (кг * ° C), або 110 кал / (кг * ° C).

Класифікація

Існують різні параметри, відповідно до яких характеризується розглянутий матеріал. Так, наприклад, сталь буває інструментальної та конструкційної. Швидкорізальний сплав вважається одним з видів інструментальної. Існують також відмінності і відповідно до хімічним складом. Залежно від того, які присутні в сплаві елементи, поділяють леговані і вуглецеві. Також прийнята класифікація за рівнем концентрації вуглецю. Так, існує три види сплавів:

1. Низьковуглецеві. У ньому вміст вуглецю до 0,25%.

2. Сталь середньовуглецеві. У цьому сплаві вуглецю близько 0,25-0,6%.

3. Високовуглецева сталь. У цьому сплаві присутній порядку 0,6-2% вуглецю.

Аналогічним чином класифікується і легована сталь за процентним вмістом легуючих елементів:

1. Низьколегована сталь містить до 4%.

2. У середньолеговані сплаві присутні до 11%.

3. Високолегована сталь. У ній міститься більше 11%.

Сталь проводиться різними методами і з застосуванням спеціальних технологій. Залежно від того чи іншого способу у складі сплаву містяться різні металеві включення. Цей показник впливає на питому вагу сталі. Класифікуючи сплави по кількості домішок, розрізняють:

1. Суміші звичайної якості.

2. Якісні.

3. Високоякісні.

4. Особливо якісні.

Існує також класифікація у відповідності зі структурним складом матеріалу. Наприклад, випускаються ферритні, бейнітного, аустенітні, перлітні і мартенситні сплави. Безсумнівно, структурний склад впливає і на питому вагу сталі. Сплави також поділяються на двофазні і багатофазні. Це залежить від наявності фаз в структурі. Також сплави класифікуються за характером затвердіння і ступеня розкислення. Так, існує спокійна, полуспокойная і кипляча сталь.

Методи виробництва сталі

В якості сировини для виготовлення сталі застосовується чавун. Наявність великої кількості вуглецю, фосфору і сірки в його складі робить його ламким і крихким. Для переробки одного матеріалу в інший необхідно зменшити вміст цих речовин до потрібної концентрації. При цьому зміниться і питома вага сталі, і її властивості. Той чи інший метод виробництва сплавів передбачає різні способи окислення вуглецю в чавуні. Найчастіше використовуються:

1. Мартенівський метод виплавки сталі. Треба відзначити, що цей варіант останнім часом погано конкурує з іншими способами.

2. Конверторний метод. Сьогодні більшість видів продукції зі сталі виробляється з використанням цієї технології.

3. Електротермічний - один з передових технологічних способів отримання сталі. В результаті вироблений матеріал відрізняється дуже високою якістю.

Конверторний метод

Використовуючи цей технологічний спосіб, надлишок чавуну, фосфору і сірки окислюють за допомогою кисню. Здійснюється продув під тиском через розплавлений матеріал у спеціальній печі. Називається вона конвертер. Ця піч має форму груші. У внутрішній її частині - футеровка вогнетривкою цеглою. Ця піч відрізняється високою мобільністю: може повертатися на 360 градусів. Ємність конвертера близько 60 тонн. Для футеровки використовується, як правило, два типи сировини:

1. Динас - до його складу входить SiO2, який володіє кислотними властивостями.

2. доломітний маса - MgO і CaO. Вона отримана з доломітного матеріалу MgCO3 * CaCO3, що володіє властивостями підстав.

Через різного матеріалу для футерування конверторні печі діляться на Томасівські і бесемерівський. Продувається повітря під тиском охоплює всю площу металу. Необхідно відзначити, що процеси, що відбуваються в печі, мають тривалість не більше 20 хвилин. Тривалість перебування матеріалу в конверторі впливає на теплоємність сталі. Сплав, який виходить в конверторних печах, часто містить велику кількість монооксиду заліза. Саме тому матеріал найчастіше виходить низької якості.

Мартенівська піч

Цей спосіб переробки чавуну застарів. Безсумнівно, при використанні кілька відсталих технологій при обробці істотно знижується якість матеріалу, змінюються його технічні характеристики (теплоємність сталі і інші). Мартенівська піч являє собою велику плавильну ванну. Вона покрита склепінням з вогнетривкої цегли і камер-рекуператорів. Ці відсіки призначені для підігріву пального газу і повітря. Вони наповнені насадкою з цегли (вогнетривкої). Потік гарячого газу і повітря вдувається в піч через третій і четвертий рекуператори. А перший і другий тим часом нагріваються від пічних газів. Після достатнього підвищення температури весь процес йде у зворотний бік.

Електротермічний спосіб

Цей метод має низку переваг перед мартенівським і конверторним. Електромеханічний спосіб дозволяє змінювати хімічний склад отриманої сталі. При цьому суміш після процесу переробки виходить дуже високої якості. Через обмеженого доступу повітря в електропечі знижується кількість монооксиду заліза. Він, як відомо, своїми домішками забруднює сталь. А це, у свою чергу, робить істотний вплив на її якість. У електропечі температура не опускається нижче 2000 ° C. Таким чином, такі шкідливі домішки, як сірка і фосфор, повністю видаляються зі складу чавуну.

Метод роботи печі

Електротермічні печі, завдяки своїй високій температурі, дозволяють легувати сталь за допомогою тугоплавких металів. До них відносять, зокрема, вольфрам і молібден. Електросталеплавильний спосіб дозволяє отримати високоякісну суміш: питома теплоємність стали, а також її якісні характеристики - на найвищому рівні. Але, на жаль, ці печі витрачають велику кількість електричної енергії (до 800 кВт на годину на одну тонну сировини). Ємність електропечей може скласти від 500 кг до 360 тонн. В агрегатах використовують звичайну футеровку. Структура шихти може скласти 90% брухту заліза і 10% чавуну. Іноді пропорції сировини можуть бути іншими. Вапно, яка додається до шихти, грає роль флюсу. Основні хімічні процеси в електросталеплавильних печах не особливо відрізняються від мартенівських.

Питома вага

Струмами промислової частоти здійснюється індукційний нагрів металу. Завдяки великій масі сердечника такого впливу виявляється цілком достатньо. Для плавлення сталі масою до 100 тонн достатньо струму частотою в 50 Гц. Потрібно сказати, що деякі параметри у різних типів однієї сировини можуть збігатися. Так, наприклад, корозійна, жароміцний і нержавіюча сталь питому вагу мають 7,9 г / см³. Цей показник безпосередньо пов`язаний з вагою готового виробу на виході. Тобто чим він більший, тим виріб, відповідно, важче. А питома вага оцинкованої сталі теж близько 7,9 г / см<sup>3</sup>. Може відзначатися незначна різниця в залежності від типу. А ось питома вага листової сталі - 7,85 г / см<sup>3</sup>. Як видно, показник дещо нижчий, значить, і матеріал легше. Треба думати, що питома вага чавуну і сталі різний. У сплаву на виході показник вищий, як правило. Це більшою мірою пов`язано з тим, що в процесі обробки, незважаючи на те що деякі компоненти усуваються із сировини, в суміш додаються додаткові елементи. Саме вони впливають на параметри вихідного вироби. Різні види чавуну володіють своїм питомою вагою (в г / см³):

- білий - 7,5 ± 0,2-

- сірий - 7,1 ± 0,2-

- ковкий - 7,5 ± 0,2.

Розрахунок

Співвідношення між обсягом сплаву і його масою характерно тільки для конкретної речовини. Крім того, це параметр постійний. За допомогою спеціальної формули можна дізнатися щільність речовини. Вона має пряме відношення до обчислення питомої ваги сплаву. Ось як це виглядає.

Питома вага металу призначається у формулі як gamma-. Він дорівнює відношенню Р - ваги однорідного тіла - до обсягу з`єднання. І розраховується за наступною формулою: gamma- = P / V.

Вона працює тільки тоді, коли метал має абсолютно щільне стан, непористе.

Висновок

Нові технології, які використовуються у важкій промисловості, в чому відрізняються від тих, що застосовувалися на початковому етапі розвитку цієї галузі. Завдяки науковому прогресу сучасна маталлопромишленность випускає величезну кількість варіацій сплавів. Питома вага з`єднань впливає на вибір конкретного виду сировини, яке буде використано на виробництві. Якщо взяти три різних металу: залізо, латунь і алюміній з однаковим об`ємом, - то у всіх буде різна маса. Тому при виборі того чи іншого металу повинен враховуватися, крім інших параметрів, його питома вага.