Удельный вес стали. Удельная теплоемкость стали

Сталью считают сплав железа с другими химическими соединениями. Среди компонентов, входящих в состав, присутствует углерод в количестве 2,14%. Благодаря его наличию сплавы железа приобретают свою прочность. Удельный вес стали равен 75500—77500 Н/м³-. В составе сплава иногда могут содержаться легирующие элементы. Удельная теплоемкость стали при 20 °C измеряется в 460 Дж/(кг*°C), или 110 кал/(кг*°C).

Классификация

Существуют различные параметры, в соответствии с которыми характеризуется рассматриваемый материал. Так, например, сталь бывает инструментальной и конструкционной. Быстрорежущий сплав считается одним из видов инструментальной. Существуют также различия и в соответствии с химическим составом. В зависимости от того, какие присутствуют в сплаве элементы, разделяют легированные и углеродистые. Также принята классификация по уровню концентрации углерода. Так, существует три вида сплавов:

1. Низкоуглеродистый. В нем содержание углерода до 0,25%.

2. Сталь среднеуглеродистая. В этом сплаве углерода около 0,25—0,6%.

3. Высокоуглеродистая сталь. В этом сплаве присутствует порядка 0,6—2% углерода.

Аналогичным образом классифицируется и легированная сталь по процентному содержанию легирующих элементов:

1. Низколегированная сталь содержит до 4%.

2. В среднелегированном сплаве присутствует до 11%.

3. Высоколегированная сталь. В ней содержится более 11%.

Сталь производится различными методами и с применением особых технологий. В зависимости от того или иного способа в составе сплава содержатся разные металлические включения. Этот показатель оказывает влияние на удельный вес стали. Классифицируя сплавы по количеству примесей, различают:

1. Смеси обыкновенного качества.

2. Качественные.

3. Высококачественные.

4. Особо качественные.

Существует также классификация в соответствии со структурным составом материала. Например, выпускаются ферритные, бейнитные, аустенитные, перлитные и мартенситные сплавы. Несомненно, структурный состав влияет и на удельный вес стали. Сплавы также разделяются на двухфазные и многофазные. Это зависит от наличия фаз в структуре. Также сплавы классифицируются по характеру затвердевания и степени раскисления. Так, существует спокойная, полуспокойная и кипящая сталь.

Методы производства стали

В качестве сырья для изготовления стали применяется чугун. Наличие большого количества углерода, фосфора и серы в его составе делает его ломким и хрупким. Для переработки одного материала в другой необходимо уменьшить содержание этих веществ до нужной концентрации. При этом изменится и удельный вес стали, и ее свойства. Тот или иной метод производства сплавов предполагает разные способы окисления углерода в чугуне. Чаще всего используются:

Видео: Металлургический калькулятор. Металлургический калькулятор метры в тонны

1. Мартеновский метод выплавки стали. Надо отметить, что этот вариант в последнее время плохо конкурирует с прочими способами.

2. Конверторный метод. Сегодня большинство видов продукции из стали производится с использованием этой технологии.

3. Электротермический – один из передовых технологических способов получения стали. В результате производимый материал отличается очень высоким качеством.

Конверторный метод

Используя этот технологический способ, избыток чугуна, фосфора и серы окисляют с помощью кислорода. Осуществляется продув под давлением через расплавленный материал в специальной печи. Называется она конвертер. Эта печь имеет форму груши. Во внутренней ее части - футеровка огнеупорным кирпичом. Эта печь отличается высокой мобильностью: может поворачиваться на 360 градусов. Емкость конвертера около 60 тонн. Для футеровки используется, как правило, два типа сырья:

1. Динас – в его состав входит SiO2, который обладает кислотными свойствами.

2. Доломитная масса – MgO и CaO. Она получена из доломитного материала MgCO3*CaCO3, обладающего свойствами оснований.

Из-за разного материала для футеровки конверторные печи делятся на томасовские и бессемеровские. Продуваемый воздух под давлением охватывает всю площадь металла. Необходимо отметить, что процессы, происходящие в печи, имеют продолжительность не больше 20 минут. Длительность пребывания материала в конверторе оказывает влияние на теплоемкость стали. Сплав, который получается в конверторных печах, часто содержит большое количество монооксида железа. Именно поэтому материал зачастую получается низкого качества.

Мартеновская печь

Этот способ переработки чугуна устарел. Несомненно, при использовании несколько отсталых технологий при обработке существенно снижается качество материала, изменяются его технические характеристики (теплоемкость стали и прочие). Мартеновская печь представляет собой большую плавильную ванну. Она покрыта сводом из огнеупорного кирпича и камер-рекуператоров. Эти отсеки предназначены для подогрева горючего газа и воздуха. Они наполнены насадкой из кирпича (огнеупорного). Поток горячего газа и воздуха вдувается в печь через третий и четвертый рекуператоры. А первый и второй тем временем нагреваются от печных газов. После достаточного повышения температуры весь процесс идет в обратную сторону.

Видео: Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Урок 37

Электротермический способ

Этот метод обладает рядом преимуществ перед мартеновским и конверторным. Электромеханический способ позволяет менять химический состав полученной стали. При этом смесь после процесса переработки получается очень высокого качества. Из-за ограниченного доступа воздуха в электропечи понижается количество монооксида железа. Он, как известно, своими примесями загрязняет сталь. А это, в свою очередь, оказывает существенное влияние на ее качество. В электропечи температура не опускается ниже 2000 °C. Таким образом, такие вредные примеси, как сера и фосфор, полностью удаляются из состава чугуна.

Видео: Галилео. Эксперимент. Теплоёмкость

Метод работы печи

Электротермические печи, благодаря своей высокой температуре, позволяют легировать сталь с помощью тугоплавких металлов. К ним относят, в частности, вольфрам и молибден. Электросталеплавильный способ позволяет получить высококачественную смесь: удельная теплоемкость стали, а также ее качественные характеристики - на самом высоком уровне. Но, к сожалению, эти печи расходуют большое количество электрической энергии (до 800 кВт в час на одну тонну сырья). Емкость электропечей может составить от 500 кг до 360 тонн. В агрегатах используют обычную футеровку. Структура шихты может составить 90% лома железа и 10% чугуна. Иногда пропорции сырья могут быть другими. Известь, которая добавляется к шихте, играет роль флюса. Основные химические процессы в электросталеплавильных печах не особо отличаются от мартеновских.

Видео: Золото , делают так !!!

Удельный вес

Токами промышленной частоты осуществляется индукционный нагрев металла. Благодаря большой массе сердечника такого воздействия оказывается вполне достаточно. Для плавления стали массой до 100 тонн достаточно тока частотой в 50 Гц. Нужно сказать, что некоторые параметры у разных типов одного сырья могут совпадать. Так, например, коррозийная, жаропрочная и нержавеющая сталь удельный вес имеют 7,9 г/см³. Этот показатель напрямую связан с весом готового изделия на выходе. То есть чем он больше, тем изделие, соответственно, тяжелее. А удельный вес оцинкованной стали тоже около 7,9 г/см³. Может отмечаться незначительная разница в зависимости от типа. А вот удельный вес листовой стали - 7,85 г/см³. Как видно, показатель несколько ниже, значит, и материал легче. Надо полагать, что удельный вес чугуна и стали разный. У сплава на выходе показатель выше, как правило. Это в большей степени связано с тем, что в процессе обработки, несмотря на то что некоторые компоненты устраняются из сырья, в смесь добавляются дополнительные элементы. Именно они оказывают влияние на параметры выходного изделия. Разные виды чугуна обладают своим удельным весом (в г/см³):

- белый – 7,5±0,2;

- серый – 7,1±0,2;

Видео: Решение задач олимпиады по физике. Домашняя кошка любит валяться на полу и играть в мячик

- ковкий – 7,5±0,2.

Расчет

Соотношение между объемом сплава и его массой характерно только для конкретного вещества. Кроме того, это параметр постоянный. С помощью специальной формулы можно узнать плотность вещества. Она имеет прямое отношение к вычислению удельного веса сплава. Вот как это выглядит.

Удельный вес металла назначается в формуле как &gamma-. Он равен отношению Р - веса однородного тела - к объему соединения. И рассчитывается по следующей формуле: &gamma-=P/V.

Она работает только тогда, когда металл имеет абсолютно плотное состояние, непористое.

Заключение

Новые технологии, которые используются в тяжелой промышленности, во многом отличаются от тех, что применялись на начальном этапе развития этой отрасли. Благодаря научному прогрессу современная маталлопромышленность выпускает огромное количество вариаций сплавов. Удельный вес соединений влияет на выбор конкретного вида сырья, которое будет использовано на производстве. Если взять три разных металла: железо, латунь и алюминий с одинаковым объемом, - то у всех будет разная масса. Поэтому при выборе того или иного металла должен учитываться, кроме прочих параметров, его удельный вес.