TOPIENIE METALI I

STOPÓW ODLEWNICZYCH

dr hab.inż. Andrzej

Modrzyński

prof.nadzw.PP

TOPIENIE METALI I

STOPÓW ODLEWNICZYCH



TOPIENIE – ZESPÓŁ ZABIEGÓW

MAJĄCYCH NA CELU ZMIANĘ STANU

SKUPIENIA METALU ZE STANU

STAŁEGO W STAN CIEKŁY



CEL PROCESU – TWORZENIE

STOPÓW LUB PRZETAPIANIE GĄSEK

LUB ZŁOMU ( RECYKLING ) W CELU

PRZYGOTOWANIA CIEKŁEGO

METALU DO WYPEŁNIENIA FORMY

ODLEWNICZEJ

PROCES TOPIENIA

PROCES TOPIENIA

WYWOŁUJE :



Zmianę struktury metali
i stopów,



Zmianę właściwości
metali i stopów

WYKRES RÓWNOWAGI

TERMODYNAMICZNEJ

METALI

P

MP
a

T,

o

K

Ciec
z

Ciało stałe

gaz

K

r

A

C

B

WYKRES RÓWNOWAGI

TERMODYNAMICZNEJ

METALI

K

r

– punkt krytyczny ( współistnienie

trzech stanów skupienia

A- K

r

– krzywa sublimacji

B- K

r

– krzywa parowania

C- K

r

– krzywa topnienia

WYKRES RÓWNOWAGI

TERMODYNAMICZNEJ

METALI

Z wykresu można wysnuć

następujące wnioski :

1.

Ciśnienie (p) ma mały wpływ
na krzywą C- K

r,

2.

Temperatura topnienia

wzrasta wraz ze wzrostem
ciśnienia (p)

PROCES TOPIENIA

Proces topienia najczęściej

realizowany jest poprzez
doprowadzenie ciepła

PROCESY

PIROMETALURGICZNE

Ciepło jest wytwarzane poprzez

spalanie paliwa :



stałego



ciekłego



gazowego

PROCESY

ELEKTROTERMICZNE

W TYCH PROCESACH ŹRÓDLEM CIEPŁA

JEST :



ŁUK ELEKTRYCZNY



GRZANIE INDUKCYJNE



GRZANIE OPOROWE



GRZANIE STRUMIENIEM
ELEKTRONÓW



GRZANIE PLAZMOWE

UKŁAD METALURGICZNY

Atmosfera
pieca

ŻUŻEL

CIEKŁY METAL

WYŁOŻENIE OGNIOTRWAŁE

ŹRÓDŁO
CIEPŁA

ŹRÓDŁO CIEPŁA



ŹRODŁO CIEPŁA

WYTWARZA TZW. CIEPŁO
ROZPORZĄDZANE - Q

C

CIEPŁO ROZPORZĄDZANE - Q

C

CIEPŁO AKUMULACYJNE – Q

A

ZGROMADZONE W MASIE UKŁADU

CIEPŁO UŻYTECZNE – Q

U

CIEPŁO AKUMULACYJNE WSADU
NIEZBĘDNE DO PRZEGRZANIA
WSADU DO TEMPERATURY
TOPNIENIA

CIEPŁO STRAT – Q

STR

CIEPŁO WYPROWADZONE Z
UKLADU DO OTOCZENIA

CIEPŁO UŻYTECZNE

Q

U

= Q

A

+ Q

P

+ Q

R

Q

A

– Ciepło akumulowane

wsadu,

Q

P

- Ciepło przemiany

Q

R

– Ciepło reakcji chemicznych

CIEPŁO AKUMULACYJNE

WSADU

Q

A

= M

W

·c T

M

W

– masa wsadu

c - ciepło właściwe
T - przyrost temperatury

CIEPŁO PRZEMIANY

Q

P

=  M · C

pi

C

pi

- ciepło przemiany

alotropowej,ciepło topnienia
( kJ/kg)

CIEPŁO REAKCJI

CHEMICZNYCH

Wypadkowy efekt cieplny reakcji
chemicznych zachodzących w metalu
lub stopie podczas procesu

OBLICZENIE WARTOŚCI Q

U

Q

U

= M [ c

sr

( T

p

– T

o

) + L

p

+ c

sr

(T

t

-T

p

) + L

t

+ c

l

( T

r

-T

t

)

M- masa wsadu,
T

p

- temperatura przemiany alotropowej,

T

o

- temperatura otoczenia,

T

r

- temperatura przegrzania,

C

s

– śr. ciepło właściwe w stanie stałym,kJ/kgK

C

l

- śr. ciepło właściwe w stanie ciekłym,kJ/KgK

L

p

- ciepło przemiany , kJ/kg

L

t

– ciepło topnienia, kJ/kg

ILOŚĆ CIEPŁA NIEZBĘDNA

DO STOPIENIA 1kg WSADU



W celu stopienia 1kg wsadu
metalowego należy do układu
doprowadzić energię cieplną w
ilości:

Q

A

= Q

U

+ Q

strat