ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

7.1  Характеристика и закономерности электрохимических

процессов

Электрохимические процессы основаны на непосредственном переходе электрической энергии в химическую без промежуточного превращения энергии в теплоту.

Широкое распространение электрохимические процессы получили после изобретения динамомашины в 1870 г. Сначала возникли заводы для рафинирования, а затем по производству продуктов электролиза.

Основные задачи электрохимических технологий следующие:

■  получение, рафинирование цветных и благородных металлов;

■  получение щелочных, щелочноземельных и других легких металлов;

■  получение металлических сплавов;

■  получение хлора, щелочей, кислорода, водорода;

■  получение неорганических солей, окислителей;

■  защита металлов от коррозии;

■  декоративные, специальные покрытия;

■  гальванопластическое изготовление копий;

■  получение химических источников тока.

В последние десятилетия область применения электрохимических процессов расширилась. Их применяют в машиностроении, для синтеза органических веществ, получения редких металлов, в радиоэлектронике.

По сравнению с химическими методами электрохимические имеют ряд преимуществ. Прежде всего, с их помощью по простым технологическим схемам получают чистые продукты. Использование электрической энергии упростило технологию получения веществ, например, производства легких металлов (алюминия, натрия, магния), причем удается получать ценные побочные продукты.

Недостатки электрохимических процессов состоят в применении энергии постоянного тока, в наличии затрат на создание источников постоянного тока.

Основные аппараты, где идут электрохимические процессы,-электролизеры. В них через растворы, расплавы солей (электролиты) проходит постоянный ток от положительного электрода (анода) к отрицательному (катоду).

На аноде идет реакция растворения или окисления металла, а на катоде - выделение, восстановление.

Количественно явление электролиза описывается законами Фарадея:

1-й закон: количество выделяющегося при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока и времени прохождения тока.

2-й закон: различные вещества при электролизе выделяются прямо пропорционально их электрохимическим эквивалентам.

Количество электричества, необходимое для выделения 1 грамм-эквивалента вещества при электролизе называют числом Фарадея. Оно составляет 96 500 Кл/моль.

Электрохимический эквивалент (с) - это количество вещества, выделенное или растворенное при пропускании через электролит единицы количества электричества. Тогда можно записать:

Q = c х/хт,

где Q - количество вещества; / - сила тока; г - продолжительность электролиза.

На практике количество выделенного вещества меньше теоретического. Это обусловлено протеканием параллельных реакций. Доля электричества, пошедшая на данную реакцию, называется выходом по току (//). Выход по току - это отношение практически получаемого вещества при электролизе к теоретически возможному, согласно законам Фарадея. Тогда количество выделяемого вещества при электролизе будет определяться по формуле:

Q = cXlXt0Xtj.

Скорость реакции в электрохимии характеризуют по плотности тока. Это количество электричества, прошедшее в единицу времени через единицу поверхности электрода на его границе с электролитом. Расчетная плотность тока находится как отношение силы тока к геометрической площади электродов.

Затраты электроэнергии на единицу продукции прямо пропорциональны произведению напряжения электролиза на количество электричества, необходимое для выработки продукта.

Разность равновесных потенциалов на аноде и катоде называют напряжением разложения. При таком напряжении, при токе близком к нулю, при наличии условий обратимости электродных реакций начинается электролиз.

Перенапряжением называют разность между потенциалом электрода при электролизе и его равновесным потенциалом.

7.2 Примеры выполнения заданий

Пример 1. Провести очистку черновой меди и получить 400 кг рафинированной меди в сутки. Напряжение на клеммах ванны 0,25 В, напряжение на клеммах машины 15 В. Выход по току 90%. Какое количество электричества нужно пропустить через ванну?

Решение. Количество ванн при последовательном их соединении равно:

Решение. Количество никеля, которое нужно осадить на пластинку, равно:

10X10X2X0,005 = 1см3.

Тогда фактическое количество никеля, осевшее на пластинке, составит:

G^eKm = 1-0X8,9 = 8,9 г,

где 8,9 г/см3 - плотность никеля.

Для выделения такого количества никеля потребуется:

Пример 7. Электролизное отделение имеет производительность 30 000 т/год алюминия. Определить необходимое число электролизеров, среднее напряжение на электролизере, если используют электролизеры с само обжигающими анодами, рассчитанными на силу тока 45 000 А; выход по току 90%; выход алюминия на 1 кВт-ч равен 60 г; потери алюминия при переплавке 1,5%; время работы электролизеров 8000 ч/год.

Решение. Сначала рассчитывают часовую производительность электролизеров с учетом потерь:

(30 000 + 30 000 х 0,015 х 1000) = 3806,25 кг.

8000

На 1 А-ч выделяется алюминия 0,90X0,335 = 0,30 г, где 0,335 -электрохимический эквивалент алюминия.

Тогда за 1 ч электролизер дает:

0,3x45000- = 13,5 кг алюминия.

1000

Следовательно, требуется установить в отделении:

3806,25 •

= 282 электролизера.

7.3 Контрольные задания к практическим занятиям

1.  Провести процесс рафинирования черновой меди и получить 350 кг чистой меди в сутки. Какое количество электричества нужно пропустить через электролизеры, если напряжение на клеммах машины 13 Б, на клеммах ванны 0,20 В, выход по току - 89%, электрохимический эквивалент меди 31,8 г.

2.  Какое количество электролитических ванн необходимо установить для рафинирования черновой меди с целью получения 390 кг меди в сутки. Напряжение на клеммах машины 15 В, а на клеммах электролизеров 0,24 В. Каков выход по току, если количество электричества составляет 13,0 X108 Кл.

3.  Определить электрохимический эквивалент бертолетовой соли в процессе получения ее электролизом хлорида калия.

4.  Рассчитать количество электричества для получения 600 г бертолетовой соли (КСЮ3) путем электролиза хлорида калия, если напряжение электролиза 5 В, выход по току 89%.

5.  Определить расход электроэнергии для получения 10 г гидроксида калия электролизом раствора хлорида, если за время опыта израсходовано 5,0 А-ч электричества, напряжение на клеммах электролизера 4,5 В.

6.  Рассчитать выход по току гидроксида натрия, получаемого электролизом раствора хлорида натрия в течение 24 ч при силе тока 15 000 А. Полученный электролитический щелок содержит 120 г/л гидроксида натрия.

7.  Чему равен фактический выход гидроксида натрия при электролизе раствора хлорида натрия, если образующийся щелок в количестве 3000 л содержит 100 г/л гидроксида натрия?

8.  Определить время электролиза для никелирования металлической пластики разменом 20x20 см. Толщина слоя покрытия 40 мкм, сила тока при электролизе 2,5 А, выход по току 93%.

9.  Чему равна масса никеля, осевшего при электролизе на пластинках размером 15x15 см, если толщина слоя никеля равна 50 мкм, а плотность никеля 8,9 г/см3.

10. Рассчитать дополнительный расход электроэнергии на получение 200 кг продукта, вызванный перенапряжением 0,25 В в процессе электролитического получения водорода.

11. Производительность электролизного отделения составляет 25 тыс. т/год алюминия. Определить требуемое число электролизеров, среднее напряжение на электролизере, если применяют электролизеры с самообжигающимися анодами, рассчитанными на силу тока 4500 А. Выход по току 91%, время работы электролизеров 7500 ч/год, выход алюминия на 1 кВт-ч равен 55 г, потери алюминия при переплавке 1,0%.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

ЗАДАНИЕ № 1

1.  Понятие технология. Виды технологии, их характеристика.

2.  Охарактеризовать плазменную обработку материалов.

3.  В цехе работают печи, характеризуемые потребностью условного топлива 35 000 кг. КПД каждой печи 70%. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, нормального пара соответствует расход условного топлива на непосредственную термообработку изделий?

4.  Охарактеризовать углеродистые стали обыкновенного качества. Раскрыть принципы маркировки следующих сталей: Ст2пС, ВСт5, БСтЗГпс.

5.  Определить расходные коэффициенты сырья и составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера для портландцемента. Шихта для обжига включает (% масс): известняка - 19, глины - 21. Известняк содержит (% масс): СаСОэ - 96, примесей - 4. В состав глины входят (96 масс): Si02 - 73; А1203- 15; Fe203- 6,9; K20 - 1,9; Na20 - 3,2.

ЗАДАНИЕ № 2

1.  Описать связь технологии и экономики.

2.  Охарактеризовать лазерную обработку материалов.

3.  Электрическая печь термического цеха завода потребляет 2500 кВт-ч электроэнергии. Печь работает 900 ч/год. Какому количеству условного топлива, механической энергии, нормального пара эквивалентен расход электроэнергии, если КПД печи равен 8096?

4.  Привести краткую характеристику углеродистых конструкционных качественных сталей. Описать принципы маркировки и механические свойства этих сталей на примере сталей 10, 20,40, 50.

5. Провести расчет паропроизводительности котла-утилизатора типа КУ-50, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед КУ-50 равна 600°С, а на выходе из котла-утилизатора - 200°С. Состав дымовых газов перед котлом-утилизатором (% объемн.): углекислый газ - 12,5; водяной пар - 10; кислород - 5,5; азот - 72. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора составляет 0,06 объема дымовых газов, идущих в котел-утилизатор.

ЗАДАНИЕ № 3

1.  Описать технический прогресс, его основные направления.

2.  В чем сущность фотохимических процессов? Дать классификацию этих процессов.

3.  В цехе работает оборудование, характеризуемое потребностью нормального пара 4500 кг. Какому количеству электроэнергии, условного топлива соответствует расход нормального пара?

4.  Охарактеризовать преимущества и недостатки легированных сталей по сравнению с углеродистыми сталями. Описать химический состав, механические свойства и назначение следующих сталей: 18Г2, 35ГС, 20Х, ЗОХГТ.

5.  Определить расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве камерной печи. Состав сухого газа (% объемн.): метан - 96; этан - 1,35; пропан - 1,0; бутан - 0,43; углекислый газ - 0,21; азот - 0,50. Содержание влаги в сухом газе равно 15,50 г/м3. Коэффициент расхода воздуха принять 1,15.

ЗАДАНИЕ № 4

1. Раскрыть понятия «отрасль промышленности», «комплексная отрасль». Каковы принципы классификации отраслей промышленности?

2.  Охарактеризовать электронно-лучевую обработку материалов.

3.  Оборудование цеха обеспечивает выработку механической энергии 250 л. с.-ч. Какое количество электроэнергии, условного топлива непосредственно затрачивается на обработку изделий, если КПД оборудования 70%?

4.  Привести краткую характеристику низколегированных сталей. Раскрыть принципы маркировки этих сталей. Указать химический состав и механические свойства сталей 10ХСНД, 20ХГ2Ц, 10Г2С1,12ГН2МФАЮ.

5.  Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера для портландцемента. Шихта для обжига включает (% масс): известняка - 78,5; глины - 21,5. Известняк содержит (% масс): СаСОэ - 95,5; примесей - 4,5. В состав глины входят (% масс): Si02 - 71; А1203- 15,5; Fe203- 7,5; К20 - 2,5; Na20 - 3,5.

ЗАДАНИЕ № 5

1.  Описать связь технологии и экономики.

2.  Что такое электроэрозионная обработка, ее характеристика и разновидности?

3.  Потребление электроэнергии каждой электрической,печью цеха составляет 3500 кВт-ч. В цехе установлено 5 печей. КПД одной печи равен 85%. Какое количество условного топлива, механической энергии, нормального пара эквивалентно расходу электроэнергии на непосредственный нагрев деталей?

4.  Дать характеристику цементуемым конструкционным сталям. Указать химический состав, механические свойства, твердость следующих сталей: 20, 20ХР, 20ХФ, 15Х2Г2СВА.

5.  Определить время нагрева стальных заготовок при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Размеры заготовок 35x35x300 мм. Материал - Сталь 30. Плотность стали равна 7800 кг/м3. Металл нагревается от 0°С до 800°С в камерной печи с температурой 1050°С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ № 6

1.  Охарактеризовать производственный и технологический процессы. Каковы принципы классификации технологических процессов?

2.  Указать направления использования ультразвука в промышленности.

3.  Для термической обработки деталей применяют электрические печи, потребляющие 4000 кВт-ч электроэнергии. КПД одной печи равен 80%. Какому количеству условного топлива, механической энергии, нормального пара соответствует расход электроэнергии на непосредственную термообработку деталей?

4.  Что такое улучшаемые конструкционные стали? Привести химический состав, механические свойства, температуру закалки следующих сталей: 40Г, 40ХР, ЗОХГС, 40ХНР, 34ХНЗМ.

5.  Рассчитать число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем наружный диаметр которой 200 мм. Толщина стенки - 30 мм. Определение скорости вращения изложницы провести по гравитационному коэффициенту.

ЗАДАНИЕ № 7

1.  Охарактеризовать материальный и энергетический балансы технологических процессов.

2.  В чем значение электрофизических методов обработки материалов? Привести общую характеристику этих процессов.

3.  Каждая из четырех электрических печей термического цеха завода характеризуется потреблением электроэнергии 15 000 кВт-ч. КПД одной печи равен 80%, а длительность работы 800 ч. Какое количество условного топлива, механической энергии, нормального пара эквивалентно расходу электроэнергии на непосредственную термообработку изделий?

4.  Какие углеродистые и легированные стали относят к улучшаемым конструкционным сталям? К каким группам этих сталей нужно отнести стали 45, 35ХРА, 30ХМ, 25ХГС, 30ХН2ВФА. Каков химический состав и свойства этих сталей?

5. Определить продолжительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса отливки 2,0 кг, плотность сплава 7 г/см3, удельное сопротивление 300 кг/см, сечение питателя машины 0,2 см.

ЗАДАНИЕ № 8

1.  Дать краткую экономическую оценку технологических процессов.

2.  Охарактеризовать сущность и назначение методов пайки, склеивания.

3.  Для термической обработки деталей используют газовые печи, потребляющие 600 нм3 природного газа в год. Эквивалент для природного газа равен 1,14. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, условного топлива соответствует расход природного газа?

4.  Привести характеристику и классификацию конструкционных сталей. Описать принципы маркировки, химический состав, механические свойства и назначение следующих сталей: Orlcn, БСтЗсп, ВСт5,18Г2, 40Х.

5.  Сырая прочность смеси, используемой для изготовления стержней для литья в песчано-глинистые формы, равна 0,25 кг/см2. При какой нагрузке разрушится сырой образец диаметром 40 мм, если плотность смеси образца составляет 1,7 г/см 3?

ЗАДАНИЕ № 9

1.  Охарактеризовать типы производств.

2.  В чем сущность специальных методов сварки?

3.  Оборудование цеха вырабатывает механическую энергию в количестве 1000 л. с.-ч. Какое количество электроэнергии, условного топлива, нормального пара эквивалентно расходу механической энергии, если КПД оборудования равен 70%?

4.  Описать автоматные стали. Указать механические свойства, характер обработки, назначение следующих сталей: АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, ЛИ, А20.

5. Провести расчет производительности котла-утилизатора типа КУ-60-2, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед КУ-60-2 равна 650°С, а на выходе из котла-утилизатора - 245°С. Состав дымовых газов, выходящих из мартеновской печи, принять следующий (% объемн.): углекислый газ - 11, водяной пар - 10, кислород - 6, азот - 73. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора составляет 0,04 объема дымовых газов, идущих в аппарат.

ЗАДАНИЕ № 10

1.  Что такое химико-технологические процессы? Привести характеристику и классификацию этих процессов.

2.  Охарактеризовать сварку давлением. В чем сущность электрической контактной сварки?

3.  Термический цех завода включает печи, каждая из которых характеризуется потребностью условного топлива 1000 кг. КПД одной печи 75%. Какое количество электроэнергии, механической энергии, природного газа, нормального пара непосредственно затрачивается на термообработку изделий?

4.  Какие стали используют для изготовления изделий, работающих при низких температурах? Привести механические свойства, назначение следующих марок сталей: А12, С40Х, 10ХСНД, 15Г2СФ, 10Х18Н10Т.

5.  Найти расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве камерной печи. Состав сухого газа (% объемн.): метан - 95; этан - 2,82; пропан - 1,06; бутан - 0,40; углекислый газ - 0,20; азот - 0,52. Содержание влаги в сухом газе равно 14,55 г/м3. Коэффициент расхода воздуха равен 1,2.

ЗАДАНИЕ № 11

1. Охарактеризовать скорость и равновесие химико-технологических процессов. Каковы пути интенсификации этих процессов?

2.  Описать атомно-водородную и электрошлаковую сварку.

3.  В цехе работает оборудование, характеризуемое потребностью нормального пара 8000 кг. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, условного топлива, природного газа соответствует расход нормального пара?

4.  Какие требования предъявляются к сталям, используемым для изготовления рессор, пружин? Из перечисленных сталей выбрать рессорно-пружинные стали и указать их механические свойства: Ст1, БСт5, 55ГС, 55С2, 70СЗА, 60С2Н2А.

5.  Определить время нагрева стальных заготовок при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Размеры заготовок 45x45x350 мм. Материал - Сталь 30. Плотность стали равна 7800 кг/м3. Металл нагревается от 0"С до 800°С в камерной печи с температурой 1050°С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ №12

1.  Дать характеристику и привести классификацию сырья.

2.  В чем сущность газовой сварки? Что такое огневая резка металлов?

3.  Электрические печи термического цеха потребляют 20 000 кВт-ч электроэнергии. КПД каждой печи 80%. Перевести термообработку изделий на природный газ, если эквивалент для природного газа равен 1,14.

4.  Привести краткую характеристику износостойких сталей и сплавов. К какой группе износостойких сталей относят стали ШХ15, Г13, ШХ9?

5.  Определить продолжительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса отливки 2,5 кг; плотность сплава 7 г/см3; удельное давление 300 кг/см; сечение питателя машины 0,18 см2.

ЗАДАНИЕ №13

1. Каковы пути повышения качества сырья? Описать методы обогащения сырья.

2.  В чем сущность сварки плавлением? Охарактеризовать элск-тродуговую сварку.

3.  Определить время обработки изделия при новом способе на станке, если время обработки изделия действующим способом на том же станке равно 370 с. Экономия электроэнергии составляет 0,035 кВт-ч, а мощность потерь холостого хода равна 0,4 кВт.

4.  Охарактеризовать коррозийно-устойчивые (нержавеющие) стали. Перечислить наиболее важные технические коррозийно-устойчивые стали. Указать принципы маркировки, механические свойства, химическую стойкость следующих сталей: 10X13, 30X13, Х25,1Х13НЗ, Х18Н9, Х18Н10Т, 10Х15Н9Ю.

5.  Сырая прочность смеси, используемой для изготовления стержней для литья в песчано-глинистые формы, равна 0,5 кг/см2. При какой нагрузке разрушится сырой образец диаметром 50 мм?

ЗАДАНИЕ № 14

1.  Что такое комплексное использование сырья? Описать влияние качества сырья на качество готовой продукции.

2.  Охарактеризовать неразъемные соединения. Дать характеристику и классификацию сварки.

3.  Необходимо провести укрупнение ламп единичной мощности с целью получения экономии электроэнергии 1000 кВт-ч. Вместо 20 ламп мощностью 250 Вт нужно взять лампы мощностью 800 Вт. Сколько требуется ламп большей мощности, если длительность горения составляет 1200 ч?

4.  Что понимают под жаропрочностью и жаростойкостью материалов? Каковы основные направления по созданию жаропрочных материалов? К какому классу сталей относят следующие стали: 12МХ, 12Х2МФСР, Х6С, Х18Н10Т, 1Х4В116Б? Указать принципы маркировки, химический состав и свойства этих сталей.

5.  Определить число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем трубы, наружный диаметр которой 600 мм. Толщина стенки трубы 45 мм. Гравитационный коэффициент принять равным 95.

ЗАДАНИЕ № 15

Указать источники воды. Привести характеристику и классификацию вод. В чем сущность формообразования деталей методами порошковой металлургии?

Какова мощность потерь холостого хода станка, на который переведена обработка изделий с целью получения экономии электроэнергии 0,050 кВт-ч? Продолжительность обработки изделия на прежнем и новом станке соответственно равна 200 с и 100 с, потребляемые станками мощности - 2 и 2,5 кВт, мощность потерь холостого хода прежнего станка равна 0,25 кВт, время холостого хода - 100 с и 60 с.

Дать характеристику сталям и сплавам с особыми физическими свойствами. Какие группы материалов относятся к сплавам с особыми физическими свойствами? Указать маркировку, свойства следующих сплавов: инвар, константан, пермаллой, альсиферн.

Рассчитать сечение подводящего канала (питателя) для заполнения формы алюминиевым сплавом на компрессорной машине. Исходные данные принять следующие: масса отливки 300 г, плотность сплава 2,7 г/см3, давление воздуха 20 кг/см2, продолжительность заполнения 0,15 с.

ЗАДАНИЕ № 16

Что такое промышленная водоподготовка? Каковы пути рационального использования воды?

Охарактеризовать плазмохимические процессы. Привести классификацию, указать области применения. При укрупнении ламп единичной мощности взяли лампы мощностью 1000 Вт в количестве 6 шт. и получили экономию электроэнергии 1500 кВт-ч. Сколько было заменено ламп мощностью 300 Вт, если длительность работы ламп 1000 ч?

4.  Охарактеризовать инструментальные стали. Привести классификацию и свойства инструментальных сталей. К каким группам инструментальных сталей относятся стали 9ХС, Х12Ф1, Р12, ЗХ7В7С? Описать их свойства и состав.

5.  Сырая прочность смеси, используемой при изготовлении стержней для литья в песчано-глинистые формы равна 0,8 кг/см2. Образец разрушается при нагрузке 15,7 кг. Определить диаметр образца из стержневой смеси.

ЗАДАНИЕ № 17

1.  Описать виды энергии. Какова роль энергии в технологических процессах?

2.  Что такое радиационно-химические процессы? Дать характеристику этих процессов и указать направления использования их в системах технологий.

3.  Какова мощность потерь холостого хода станка, с которого переведена обработка изделий на другой станок, имеющий мощность потерь 0,3 кВт? Время обработки изделий на прежнем станке и новом станке соответственно равно 270 с и 200 с. Экономия электроэнергии 0,045 кВт-ч. Мощность, потребляемая прежним станком,- 2,5 кВт, новым станком -3,0 кВт. Длительность работы станков на холостом ходу соответственно равна 150 с и 120 с.

4.  Привести классификацию инструментальных сталей. Какое место в этой классификации занимают стали ХВГ, Х12М, 5ХНМ, ЗХ7В7С, Р18Ф2? Указать отличительные свойства перечисленных сталей.

5.  Определить время нагрева стальных заготовок при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Размеры заготовок 30x50x450 мм. Материал - Сталь 30. Плотность стали 7,8 г/см3. Металл нагревается от 0°С до 600°С в камерной печи с температурой 1050°С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ №18

1.  Дать общую характеристику высокотемпературных процессов.

2.  Каково содержание биохимических процессов? Указать значение, области применения этих процессов.

3.  Определить время обработки изделия при прежнем способе на станке, если время обработки изделия при новом способе на том же станке составляет 100 с. Экономия электроэнергии составляет 0,025 кВт-ч, а потери холостого хода 0,2 кВт.

4.  Какие основные признаки классификации инструментальных сталей? Охарактеризовать состав и свойства сталей следующих: В1, 7ХФ, Р6М5,4Х8В2, 9ХС, Р9Х5.

5.  Определить расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве камерной печи. Состав сухого газа (% объемн.): метан - 95,5; этан- 2,06; пропан - 1,30; бутан - 0,43; углекислый газ - 0,21; азот - 0,5. Содержание влаги в сухом газе 14,50 г/м3, коэффициент расхода воздуха 1,22.

ЗАДАНИЕ № 19

1.  Описать высокотемпературные процессы черной металлургии, доменный процесс.

2.  Указать направления использования биотехнологических процессов в системах технологий.

3.  Термический цех завода работает на природном газе. Потребность газовых печей 5000 нм3 газа. Эквивалент для природного газа равен 1,14. Перевести работу цеха на электроэнергию, если электрические печи имеют КПД 85%.

4.  Описать основные свойства инструментальных сталей. Какими отличительными свойствами обладают следующие стали: ХГ2М, 6ХВ2С, Р10Ф5К5, ЗХ7В7С? Указать состав этих сталей и назначение.

5.  Провести расчет паропроизводительности котла-утилизатора, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед котлом-утилизатором типа КУ-100-1, равна 650°С, а на выходе из аппарата - 245°С. Состав дымовых газов перед котлом-утилизатором принять таким (% объемн,): углекислый газ - 12,5; водяной пар - 10,0; кислород - 5,8; азот - 71,7.

ЗАДАНИЕ № 20

1.  Описать производство стали кислородно-конвертерным методом. Дать технико-экономическую оценку метода по сравнению с мартеновским способом.

2.  Охарактеризовать каталитические процессы нефтепереработки.

3.  Электрические печи термического цеха завода характеризуются потреблением электроэнергии 10 000 кВт-ч. КПД печей составляет 85%. Какое количество условного топлива потребуется на непосредственный нагрев деталей в электропечах?

4.  Какие стали применяют для изготовления режущих инструментов? Дать характеристику нетеплостойких сталей для режущего инструмента. Описать принципы маркировки, свойства следующих сталей: У10А, ХВ5, У7, 6ХС, 7ХФ. Для каких типов инструментов используют указанные стали?

5.  Определить число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем трубы, наружный диаметр которой 800 мм. Толщина стенки равна 50 мм. Гравитационный коэффициент принять равным 60.

ЗАДАНИЕ № 21

1.  Описать контактный способ получения серной кислоты.

2.  Описать внедоменные способы производства стали. Каковы методы разливки стали?

3.  Определить экономию электроэнергии при переходе на новый способ обработки изделий на прежнем станке, при этом машинное время сократилось с 250 с до 150 с. Мощность потерь холостого хода равна 0,35 кВт. Какова будет экономия электроэнергии при переводе обработки изделий на другой станок, имеющий мощность потерь холостого хода 0,30 кВт?

4.  Охарактеризовать теплостойкие стали для режущих инструментов. Каковы принципы маркировки и химический состав следующих сталей: Р18, Р6М5, Р18Ф2, Р18Ф2К5? Дать техническую характеристику этих сталей.

5. Сырая прочность смеси, используемой при изготовлении стержней для литья в песчано-глинистые формы, равна 0,08 кг/см2. 11ри какой высоте образец из этой смеси разрушится под действием собственной нагрузки, если плотность смеси составляет 1,8 г/см3?

ЗАДАНИЕ № 22

1.  Охарактеризовать мартеновский способ производства стали. Привести технико-экономическую характеристику этого метода.

2.  Указать состав, свойства твердых катализаторов. Дать характеристику оборудования для каталитических процессов.

3.  В цехе работают печи, характеризуемые потребностью условного топлива 2000 кг. КПД каждой печи - 0,75. Какое количество электроэнергии, нормального пара, механической энергии эквивалентно условному топливу, непосредственно затрачиваемому на обработку деталей?

4.  Описать штамповые стали. К какой группе штамповых сталей относят следующие стали: У10, ХВСТ, Х12Ф1, Х6ВФ? Каковы принципы их маркировки и назначение?

5.  Прессование медного сплава на поршневой машине протекает в течение 0,12 с. Определить удельное давление, если плотность материала равна 8,8 г/см3, сечение питателя -0,11 см2, а масса отливки - 1 кг.

ЗАДАНИЕ № 23

1.  Раскрыть содержание высокотемпературных процессов производства цветных металлов.

2.  В чем значение и каковы закономерности каталитических процессов?

3.  Участок цеха включает оборудование, обеспечивающее выработку механической энергии 150 л. с.-ч. Какому количеству электроэнергии, условного топлива эквивалентно количество механической энергии ? КПД оборудования составляет 70%.

4.  Дать краткую характеристику сталей для штампов горячего деформирования металлов. Указать принципы маркировки, свойства и назначение следующих сталей: 4Х5МС, ЗХ2В8Ф, 4Х5В4ФСМ, 55Г.

5.  Определить сечение подводящего канала (питателя) для заполнения формы алюминиевым сплавом на компрессорной машине. Продолжительность заполнения формы равна 0,13 с. Алюминиевый сплав имеет плотность 2,7 г/см3. Масса отливки 350 г, а давление воздуха составляет 25 кг/см .

ЗАДАНИЕ № 24

1.  Дать характеристику производства строительных материалов, его сырьевой базы и технологии.

2.  В чем сущность электролиза расплавленных сред? Описать производство алюминия.

3.  Обработка деталей переведена с двух токарных станков на станок-полуавтомат. На токарных станках время обработки изделий соответственно равно 330 с и 350 с, а потребляемая станками мощность - 3,5 кВт и 3,0 кВт. Какова экономия электроэнергии при обработке 100 шт. деталей, если станок полуавтомат потребляет 4,5 кВт электроэнергии, длительность обработки деталей на полуавтомате - 200 с? Вспомогательное время на токарных станках 120 с и 130 с, мощность потерь холостого хода 0,15 кВт и 0,20 кВт.

4.  Охарактеризовать стали, твердые сплавы для измерительных инструментов, а также алмазные инструменты. Какие стали и сплавы применяются для изготовления измерительных инструментов, в качестве инструментального материала? Указать марки, состав и свойства этих материалов.

5.  Рассчитать число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем трубы, наружный диаметр которой 600 мм, толщина стенки 1,5 мм. Изготовление трубы осуществляется горизонтальным центробежным литьем.

ЗАДАНИЕ № 25

1.  Описать производство керамических изделий.

2.  Охарактеризовать методы волочения, прессования, ковку, штамповку.

3.  Определить экономию электроэнергии, получаемой в результате замены 25 ламп мощностью 300 Вт, шестью лампами мощностью 800 Вт. Световой поток не изменился. Длительность горения ламп составляет 1000 ч.

4.  Охарактеризовать сплавы на основе титана. Указать основы классификации титановых сплавов. Каковы принципы маркировки, химический состав, механические свойства следующих сплавов: Вт4, ВТ18, ВТ9, ИВТ, ВТ31Л, ВТ21Л?

5.  Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера. Для обжига используют шихту, содержащую (96 масс): известняка - 81; глины - 19. Известняк содержит (96 масс): СаСОэ - 96,5; примесей - 3,5. В состав глины входят (96 масс): Si02 - 71,5; А1203 - 16,5; Fe203 - 6,8; К20 - 1,8; Na20 - 3,4.

ЗАДАНИЕ № 26

1.  Охарактеризовать гидравлические вяжущие вещества. Раскрыть сущность технологического процесса производства портландцемента.

2.  К каким методам обработки металлов относится прокатка? Содержание и области применения прокатки.

3.  Оборудование цеха характеризуется потребностью условного топлива 1500 кг. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, природного газа, нормального пара соответствует расход условного топлива?

4.  Описать алюминиевые и магниевые сплавы. Указать принципы маркировки этих сплавов. Дать краткую характеристику деформируемым термообработкой алюминиевым сплавам. К каким группам сплавов относятся следующие сплавы: АМгЗ, Д16, В95, АК6, А12, А18? Указать химический состав и механические свойства этих сплавов.

5. Сырая прочность смеси, используемой при изготовлении стержней для литья в песчано-глинистые формы, равна 0,10 кг/см2. Какова площадь поперечного сечения образца, если его высота составляет 38 см? Плотность смеси принять равной 2,0 г/см3.

ЗАДАНИЕ № 27

1.  Привести общую характеристику процессов переработки топлив.

2.  Раскрыть содержание методов пластической деформации материалов. Дать характеристику оборудования, используемого в этих методах.

3.  В цехе работает оборудование, имеющее потребность в условном топливе 5000 кг. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, природного газа, нормального пара эквивалентен расход условного топлива:1

4.  Охарактеризовать алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой, а также ковочные и литейные сплавы алюминия. Каковы принципы маркировки этих сплавов? Описать химический состав, механические свойства, назначение следующих сплавов: АК6, АК4-1, А14, А18, Д1, АМг5.

5.  Рассчитать длительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса отливки - 2,3 кг; плотность сплава 7 г/см3; сечение питателя машины 0,2 см2; удельное давление 300 кг/см2.

ЗАДАНИЕ № 28

1.  Описать технологический процесс коксования каменного угля.

2.  Что такое гидроэлектрометаллургия? Раскрыть содержание и указать области применения гидроэлектрометаллургии.

3.  Определить время обработки изделий на станке при прежнем способе, если время обработки изделий при новом способе равно 120 с. Экономия электроэнергии составляет 0,03 кВт-ч, а мощность потерь холостого хода равна 0,25 кВт.

4.  Дать краткую характеристику алюминиевым подшипниковым сплавам и порошковым алюминиевым сплавам. Описать принципы маркировки этих сплавов. Из перечисленных сплавов: АМц, АМгЗ, Д16, В96, А120, АН, САП, выделить жаропрочные литейные сплавы и спеченные сплавы. Указать химический состав и механические свойства этих сплавов.

5.  Найти число оборотов изложницы для отливки с помощью горизонтального центробежного литья трубы, наружный диаметр которой 200 мм, толщина стенки 30 мм. Расчет провести по гравитационному коэффициенту.

ЗАДАНИЕ № 29

1.  В чем сущность процессов газификации твердого топлива?

2.  Охарактеризовать специальные методы литья.

3.  Определить экономию электроэнергии при переходе на новый способ обработки изделий на прежнем станке, при этом машинное время сократилось с 220 с до 150 с. Мощность потерь холостого хода станка равна 0,25 кВт. Как изменится экономия электроэнергии при переводе обработки изделий на другой станок, имеющий мощность потерь холостого хода 0,2 кВт?

4.  Охарактеризовать магний и его сплавы. Какие типы сплавов магния выпускает промышленность? Указать химический состав, механические свойства и назначение следующих сплавов: МА9, МА5, ВМА1, ВМ65-1.

5.  Установить время нагрева стальных заготовок при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Размеры заготовок 30x30x300 мм. Материал - Сталь 30. Плотность стали 7800 кг/м3. Металл нагревается от 0°С до 800°С в камерной печи с температурой 1050°С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ № 30

1.  Привести характеристику термических процессов переработки нефти и газа. Раскрыть сущность технологического процесса фракционной перегонки нефти.

2.  Каковы основы технологии литейного производства? В чем сущность методов литья в песчано-глинистые формы?

3.  Термический цех завода включает газовые печи, каждая из которых потребляет 1000 нм3 природного газа. Перевести термическую обработку деталей на электроэнергию. КПД электропечей принять равным 85%. Эквивалент для природного газа взять 1,14.

4.  Дать краткую характеристику сплавам меди. Какие медные сплавы называют латунями? Указать принципы маркировки латуней. Описать механические свойства, назначение, химический состав следующих сплавов: Л90, ЛЖМц50-1-1, ЛС59, ЛК80-ЗЛ, ЛКС80-3-3.

5.  Рассчитать расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве камерной печи. Состав сухого газа принять (% объемн.): метан - 94,52; этан - 0,44; пропан - 1,42; бутан - 0,81; углекислый газ - 0,20; азот - 0,61. Содержание влаги в сухом газе равно 14,30 г/м3.

ЗАДАНИЕ № 31

1.  Охарактеризовать термический крекинг мазута.

2.  Перечислить этапы производства машин и их технико-экономические показатели.

3.  Потребность газовой печи термического цеха завода составляет 1500 нм3 природного газа. Какому количеству электроэнергии механической энергии, условного топлива, нормального пара эквивалентен расход природного газа. Эквивалент для природного газа принять равным 1,14.

4.  Привести краткую характеристику сплавов меди с оловом. Указать принципы маркировки этих сплавов и их техническое название. К какой группе сплавов меди с оловом относятся следующие сплавы: БрОЦС4-4-2,5; БрОЦС4-4-17; БрОЦСНЗ-7-5-1.

5. Определить паропроизводительность котла-утилизатора типа КУ-125, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед КУ-125 равна 650°С, а температура дымовых газов на выходе из аппарата 245°С. Дымовые газы включают (% объемн.): углекислый газ - 12,1; водяной пар - 10,4; кислород - 5,7; азот - 71,8. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора составляет 0,06 объема дымовых газов, поступающих в аппарат.

ЗАДАНИЕ № 32

1.  Что такое пиролиз нефтяных фракций?

2.  Дать краткую характеристику машиностроения. Какова структура машиностроительного предприятия?

3.  Какую экономию электроэнергии можно получить при переводе обработки изделий с двух станков-полуавтоматов на то-карно-карусельный станок? На станках-полуавтоматах время обработки изделий соответственно равно 240 с и 230 с, потребляемая мощность 3,5 кВт и 4 кВт; время холостого хода 110 с и 100 с, мощность потерь 0,20 кВт и 0,15 кВт. Время обработки изделий на токарно-карусельном станке составило 150 с. Потребляемая мощность 4,5 кВт. Вспомогательное время равно 70 с при мощности потерь 0,1 кВт.

4.Описать сплавы меди с алюминием, авинцом, бериллием. Ка-

ковы принципы маркировки этих сплавов? Указать механические свойства и назначение следующих сплавов: БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрКМцЗ-1, 5рБ2, БрСЗО.

5.Рассчитать сечение подводящего канала (питателя) для заполнения формы алюминиевым сплавом на компрессорной машине. Плотность сплава 2,7г/см3, продолжительность заполнения формы 0,11 с, давление воздуха 25кг/см2, а масса получаемой отливки составляет 280 г.

ЗАДАНИЕ № 33

1. Привести характеристику и указать закономерности электрохимических процессов.

2.  Какие существуют типы производств? Дать им характеристику и технико-экономическую оценку.

3.  В цехе работает компрессионная холодильная установка, характеризуемая потребностью в условном топливе 250 кг. КПД установки 80%. Какое количество электроэнергии, механической энергии, тепловой энергии, нормального пара непосредственно затрачивается на выработку холода?

4.  Охарактеризовать сплавы цинка, свинца, олова. Какими отличительными свойствами обладают эти сплавы? Описать химический состав, структуру, назначение следующих сплавов: Б83, БН, БС, ЦАМ-10-5, ЦАМ-5-10, АСС6-5.

5.  Сырая прочность смеси, применяемой для изготовления стержней в способе литья в песчано-глинистые формы, равна 0,75 кг/см2. Определить диаметр образца из этой смеси, если нагрузка, при которой разрушается образец, составляет 15,5 кг.

ЗАДАНИЕ № 34

1.  В чем сущность электролиза водных растворов. Описать технологический процесс получения хлора и гидроксида натрия.

2.  Охарактеризовать методы получения стали в электропечах.

3.  Определить время обработки изделий по новому способу на станке, если машинное время обработки этих изделий прежним способом на том же станке составило 340 с. Мощность потерь холостого хода равна 0,30 кВт, а экономия электроэнергии - 0,02 кВт-ч.

4.  Кратко описать материалы, изготавливаемые методами порошковой металлургии. Каков химический состав, механические свойства и назначение этих материалов.

5.  Найти время нагрева стальных заготовок при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Размеры заготовок 35x35x450 мм. Материал - Сталь 30. Плотность стали 7,8 г/см3. Заготовки нагреваются от 0°С до 600°С в камерной печи с температурой 1000"С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ № 35

1.  Раскрыть содержание процесса электролиза воды. Описать электрохимические процессы производства продуктов окисления.

2.  Дать характеристику высокотемпературным процессам в производстве цветных металлов.

3.  Действующее механическое оборудование цеха обеспечивает выработку энергии в количестве 150 л. с.-ч. Какому количеству электроэнергии, условного топлива, тепловой энергии, нормального пара эквивалентен полезный расход механической энергии, если КПД оборудования равен 15%?

4.  Что такое композиционные материалы? Охарактеризовать принципы маркировки, состав, отличительные механические, физико-химические свойства, стадии получения и назначение этих материалов.

5.  Определить расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве камерной печи. Сухой газ имеет состав (% объемн.): метан - 95,0; этан - 2,42; пропан -1,42; бутан - 0,43; углекислый газ - 0,22; азот - 0,51. Коэффициент расхода воздуха равен 1,2.

ЗАДАНИЕ № 36

1.  Дать определение понятия «технология». Описать виды технологии, связь технологии и экономики.

2.  Каково значение давления для технологических процессов? Указать влияние давления на протекание газофазных, жидко-фазных и твердофазных процессов.

3.  На станке-полуавтомате внедрен новый способ обработки деталей при мощности потерь 0,30 кВт. Время обработки деталей составило 300 с. На сколько сократилась длительность обработки деталей на станке по сравнению с прежним способом, если экономия энергии равна 0,35 кВт-ч.

4.  Дать краткую характеристику строения, свойств полимеров. Какие различают состояния полимеров? Как изменяются механические свойства полимеров в кристаллическом состоянии?

5. Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера для портландцемента. Для обжига берут шихту, содержащую (% масс): известняка - 80,5; глины - 19,5. В состав известняка входит (% масс): СаС03 -95,5; примесей - 4,5. Глина содержит (% масс): Si20 - 71,6; А1203 - 15.9: ре2°з - 7>1> К2° ~2'°; Na2° ~3'4-

ЗАДАНИЕ № 37

1.  Раскрыть содержание высокотемпературных процессов производства цветных металлов.

2.  Дать характеристику машиностроения, как комплексной отрасли. Описать структуру машиностроительного предприятия.

3.  Проведено укрупнение ламп единичной мощности, Вместо ламп мощностью 300 Вт установили 6 ламп мощностью 1000 Вт. Получена экономия электроэнергии 1100 кВт-ч. Сколько заменено ламп меньшей мощности, если длительность горения ламп равна 1000 ч? Принять, что величина светового потока не изменилась.

4.  Что называют пластмассами? Чем они отличаются от полимеров? Привести классификацию пластмасс по отношению к температуре. Кратко описать важнейших представителей групп пластмасс, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности. •

5.  Рассчитать паропроизводительность котла-утилизатора КУ-60-2, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед котлом-утилизатором равна 650°С, а после аппарата - 200°С. Дымовые газы, поступающие в КУ-60-2, имеют состав (% объемн.): углекислый газ - 12,2; водяной пар - 10,3; кислород - 5,9; азот - 71,1. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора составляет 0,055 объема дымовых газов, поступающих в аппарат.

ЗАДАНИЕ № 38

1.  Дать характеристику важнейшим видам энергии. Что такое коэффициент использования энергии? Его значение для систем технологий.

2.  Описать кислородно-конверторный метод производства стали. Дать технико-экономическую оценку этого способа. Как осуществляется разливка стали?

3.  Определить время обработки изделий на станке при прежнем способе, если время обработки изделий при новом способе равно 210 с. Экономия электроэнергии составляет 0,018 кВт-ч, а мощность потерь холостого хода равна 0,20 кВт.

4.  Описать технологию термической обработки стали. Указать виды этой обработки и дать им краткую характеристику. К какой группе марок сталей относятся следующие стали: Ст1, Стб, БСт1, БСтЗ, ВСт2, ВСтЗ, Ст5пс, БСтбсп? Указать их состав и механические свойства.

5.  Найти продолжительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса получаемой отливки 2,4 кг. Цинковый сплав имеет плотность 7г/см3. Удельное давление поршня машины 300 кГ/см2, сечение питателя машины 0,19 см2.

ЗАДАНИЕ № 39

1.  Раскрыть понятия «производственный» и «технологический процессы». Каковы принципы классификации технологических процессов?

2.  Каковы особенности производства стали в электропечах? Дать характеристику применяемого оборудования и получаемой продукции.

3.  Какова моидность потерь холостого хода станка, на который переведена обработка изделий с другого станка, имеющего мощность потерь холостого хода 0,36 кВт-ч.? Время обработки изделий на прежнем и новом станках соответственно равны 290 с и 200 с, потребляемая мощность - 2,5 кВт и 3,0 кВт. Время холостого хода равно 90 с и 70 с. Экономия электроэнергии составляет 0,020 кВт-ч.

4.  Охарактеризовать углеродистые конструкционные качественные стали и легированные конструкционные стали. Раскрыть принципы маркировки этих сталей. К каким сталям относят следующие материалы: 20, 60, 10Г201, 14ХГС, 25Г2С, 20Х2Ц, 12ХГ2Ц, 12ХНЗА, 38ХС, 25ХГС?

5.  Определить число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем трубы, наружный диаметр которой 600 мм, толщина стенки 45 мм. Применяют вертикальное центробежное литье, для которого гравитационный коэффициент принять равным 100.

ЗАДАНИЕ № 40

1.  Раскрыть содержание внедоменных способов получения стали.

2.  Охарактеризовать производственные сточные воды. Какими методами ведут очистку сточных вод?

3.  Энергетический цех вырабатывает энергию в количестве 5000 кг у. т. Сколько киловатт-часов электроэнергии, тепловой энергии, нормального пара получают производственные цехи, если доля электроэнергии и нормального пара в полученном количестве энергии соответственно равна 50% и 10%?

4.  Описать износостойкие стали, сплавы и нержавеющие стали. Указать особенности их химического состава. Каковы принципы маркировки, назначение следующих сталей: ШХ15, ЗОХ13, Х25, Х18Н10Т, ОХ17Н1МЗТ, ОХ18Н12Т, ОХ23Н2-8МЗДЗТ?

5.  Формовочная смесь для получения стержней методом литья в песчано-глинистые формы имеет сырую прочность 0,6 кг/см2. При какой нагрузке разрушится сырой образец из этой смеси, имеющий диаметр 40 мм?

ЗАДАНИЕ № 41

1. Охарактеризовать материальный и энергетический балансы технологических процессов. Указать статьи калькуляции себестоимости продукции, при составлении которых используют результаты этих балансов.

2.  Указать классификацию и структуру текстильных волокон. Каковы основные технологические свойства волокон?

3.  Оборудование цеха вырабатывает механическую энергию в количестве 2000 л. с.-ч. Какому количеству электроэнергии, условного топлива, нормального пара соответствует выработка механической энергии, если КПД оборудования равен 75%?

4.  Охарактеризовать композиционные материалы. По каким признакам их классифицируют? К каким группам композиционных материалов относят следующие материалы: ВКА-1; ВКУ-1; КАС-1; КМУ-IV; карбоволокнит; КМБ-ЗК. Указать основные свойства этих материалов и области применения.

5.  Длительность прессования медного сплава на поршневой машине составляет 0,11 с. Рассчитать удельное давление; если плотность материала равна 8,8 г/см3, сечение питателя 0,12 см , масса отливки 1,2 кг.

ЗАДАНИЕ № 42

1.  Дать краткую характеристику и указать классификацию вторичных энергетических ресурсов. Каковы направления использования этих ресурсов?

2.  Дать характеристику азотной кислоты. Почему она находит применение в разных отраслях промышленности? Описать методы производства разбавленной азотной кислоты.

3.  Термический цех завода включает печи, каждая из которых характеризуется потребностью 2000 нм3 природного газа. КПД одной печи равен 70%. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, природного газа, нормального пара эквивалентен расход природного газа?

4.  Дать краткую характеристику материалов высокой твердости. Указать преимущества твердых сплавов, материалов высокой твердости и особо высокой твердости. Описать принципы маркировки, химический состав, назначение следующих сплавов: Т30К; Т5К12; Т17К12; БК6; ВК8В; ВК15; ВК25. К каким группам твердых сплавов относят перечисленные сплавы?

5. Рассчитать количество, состав продуктов горения, расход воздуха в рабочем пространстве камерной печи. Сжигаемый в печи сухой газ имеет следующий состав (% объемн.): метан - 95,1; этан - 2,26; пропан - 1,40; бутан - 0,53; углекислый газ - 0,19; азот - 0,52. Содержание влаги в сухом газе равно 14,3 г/м3. Коэффициент расхода воздуха составляет 1,19.

ЗАДАНИЕ № 43

1.  Описать технологические процессы переработки топлив. Привести их классификацию и дать сравнительную технико-экономическую оценку.

2.  Привести классификацию зданий, сооружений и их конструктивных схем.

3.  В цехе работает оборудование, характеризуемое потребностью нормального пара 10 000 кг. Какому количеству-электроэнергии, механической энергии, условного топлива, природного газа эквивалентен расход пара?

4.  Охарактеризовать алюминиевые, магниевые, титановые сплавы. Какие отличительные свойства этих сплавов? Раскрыть принципы маркировки, состав, назначение следующих сплавов: В95; АК4; Амг2; Амгб; АЛ4; АЛ7; АЛ1; МА14; МА2; МЛ5; МЛ15; ВТ5; ОТ4-1; ВТ8; ВТ15.

5.  Найти длительность нагрева стальных заготовок в камерной печи при условии их плотной упаковки на монолитном поду. Материал заготовок - Сталь 20. Плотность стали принять равной 7,8 г/см3. Заготовка имеет размеры 35x35x400 мм. В печи создается температура 1000°С. Металл заготовок нагревается от 0°С до 800°С. Приведенный коэффициент излучения равен 2,5 Вт/м2-К4.

ЗАДАНИЕ № 44

1.  Охарактеризовать свойства, методы обработки, испытания металлов и их сплавов.

2.  Привести классификацию материалов и изделий из стекла. Охарактеризовать основное сырье и вспомогательные материалы для производства изделий из стекла.

3.  Электрические печи термического цеха потребляют 18 000 кВт-ч электроэнергии. КПД каждой печи равен 85%. Перевести термообработку изделий на природный газ, если эквивалент для природного газа составляет 1,14.

4.  Указать преимущества и принципы маркировки медных сплавов. Какие сплавы меди называют бронзами, латунями? К каким группам латуней, бронз относят следующие сплавы: Л96; ЛС59-1; АА67-2.5; ЛАН59-3-2; ЛМцОС58-2-2-2; БрОЦ4-3; Бр0810-1? В каких областях систем технологий используют указанные сплавы;

5.  Определить паропроизводительность котла-утилизатора типа КУ-80-3, установленного за мартеновской печью. Расчетная температура дымовых газов перед котлом-утилизатором составляет 650"С, а на выходе из аппарата - 200°С. Дымовые газы, поступающие в котел-утилизатор, имеют следующий состав (% объемн.): углекислый газ - 12,0; водяной пар - 10,1; кислород - 6,0; азот - 71,9. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора равен 0,060 объема дымовых газов, идущих в аппарат.

ЗАДАНИЕ № 45

1.  Что понимают под термином «качество» сырья, материалов, продукции на стадии изготовления?

2.  Охарактеризовать состав и свойства пластмасс. Указать признаки, по которым классифицируют пластмассы.

3.На станке внедрен новый способ обработки деталей. Определить машинное время обработки изделий на станке при прежнем способе, если длительность обработки изделий новым способом равна 360 с. Экономия электроэнергии составляет 0,030 кВт-ч, а мощность потерь холостого хода равна 0,35 кВт.

4.Какие признаки заложены в основу классификации чугунов? Указать принципы маркировки, свойства, назначение следующих чугунов: СЧ15, СМ20, СЧ30, КЧ-35-10, ВЧ50-7, ВЧ80-2. Какие из перечисленных марок чугунов относят к высокопрочным, ковким, серым чугунам?

5. Найти число оборотов изложницы для отливки центробежным литьем трубы, наружный диаметр которой 800 мм. Толщина стенки трубы 40 мм. Гравитационный коэффициент принять равным 63.

ЗАДАНИЕ № 46

1.  Привести краткую характеристику понятия «взаимозаменяемость» деталей, сборочных единиц, агрегатов.

2.  Охарактеризовать строительный процесс. Что понимают под строительной продукцией? Как организуется производственный контроль строительного процесса?

3.  Какова мощность потерь холостого хода станка, на который переведена обработка изделий с целью получения экономии электроэнергии 0,045 кВт-ч. Продолжительность обработки изделий на старом и новом станках соответственно равна 190 с и 100 с, потребляемая станками мощность - 2,3 кВт и 2,8 кВт, мощность потерь холостого хода прежнего станка -0,25 кВт, время холостого хода станков 110 с и 70 с.

4.  Охарактеризовать стали и сплавы с особыми химическими и физическими свойствами. Раскрыть принципы маркировки этих сталей. К каким группам относятся следующие стали: 20X13, 95X18, 12Х18Н10Т, 09Х15Н8Ю, 79НМ, 83НФ, 45Н, I1200HH1? Указать состав, свойства, области применения этих сталей.

5.  Определить длительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса отливки 1,6 кг; плотность сплава 7 г/см3; сечение, питателя машины 0,25 см2; удельное сопротивление 300 кг/см2.

ЗАДАНИЕ № 47

1.  Дать характеристику производств и отдельных технологических процессов в зависимости от доли отдельных элементов затрат в себестоимости продукции.

2.  Описать состав, свойства и принципы классификации нефти. Указать способы добычи нефти.

3.  Термический цех завода работает на природном газе. Потребность каждой печи составляет 2500 нм3 газа. Эквивалент для природного газа принять равным 1,14. Перевести работу цеха на электроэнергию, если КПД электрических печей составляет 80%.

4.  Привести краткую характеристику машиностроительных сталей и сплавов специализированного назначения. К каким группам сталей относятся следующие стали: Н18К9М5Т, 40Х9С2, 20Х20Н14С2, 12Х1МФ, 20X13, ХН70Ю, ОН9, 10Х14Г4Н4Т? Указать принципы маркировки, состав, свойства и области применения перечисленных сталей.

5.  Какое сечение имеет подводящий канал питателя для заполнения формы алюминиевым сплавом на компрессорной машине, если продолжительность заполнения формы 0,12 с, давление воздуха 20 кг/см2, масса готовой отливки 300 г.

ЗАДАНИЕ №48

1.Описать основные этапы производства машин. Перечислить технико-экономические показатели машин?

2.Дать характеристику и указать классификацию минеральных удобрении. В чем сущность технологических процессов производства фосфорных удобрений.

3.  Электрические печи термического цеха завода характеризуются потреблением электроэнергии 14000 кВт-ч. КПД каждой печи равен 85%. Какому количеству механической энергии, тепловой энергии, условного топлива эквивалентен расход электроэнергии на непосредственную термообработку деталей?

4.  Охарактеризовать высококачественные и особо высококачественные стали. Указать принципы маркировки, состав и свойства следующих марок сталей: 30ХГСА-Ш; 12Х2Н4А; 18ХГТ; 40ХНМА; 40ХНМ. Указать области применения этих сталей.

5.  Смесь, применяемая для изготовления стержней в способе литья в песчано-глинистые формы, имеет сырую прочность 0,8 кг/см2. Каков диаметр образца из этой смеси, если нагрузка, при которой разрушается образец, равна 16 кг.

ЗАДАНИЕ № 49

1.В чем сущность процесса сборки машин? Описать виды сборки по принципу полной взаимозаменяемости, ограниченной взаимозаменяемости, индивидуальной пригонки.

2.  Что такое гипсовые вяжущие вещества? Описать сырьевую базу и технологический процесс строительной извести.

3.  Определить экономно электроэнергии при переходе на новый способ обработки деталей на прежнем станке, если машинное время сократилось с 260 с до 190 с. Мощность потерь холостого хода станка равна 0,33 кВт. Какова будет экономия электроэнергии при переводе обработки изделий на другой станок, имеющий мощность потерь холостого хода 0,25 кВт?

4.  Указать классификацию сталей по применению. Описать стали машиностроительные (конструкционные). Указать принципы маркировки, свойства, области применения следующих сталей: 08, 20ХГНР, 58ПП, ЗЗХС, 25ХГСА, 35ХМ. К каким группам сталей относятся перечисленные стали?

5.  Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера для портландцемента. Шихта для обжига содержит (% масс): известняка - 81,1; глины -18,9. В состав известняка входит (% масс): СаСО, - 96; примесей - 4. Глина содержит (% масс): S^O - 71,1; А1203 - 16; Fe2Os - 7,3; К20 - 2,1; Na20 -3,5.

ЗАДАНИЕ № 50

1.  Охарактеризовать понятия «агрегатные станки», «обрабатывающие центры». В чем сущность агрегатирования?

2.  Описать технологический процесс производства стеклянных изделий. Указать виды стеклянных изделий, выпускаемых промышленностью.

3.  Участок цеха включает оборудование, обеспечивающее выработку механической энергии 500 л. с.-ч. Какому количеству электроэнергии, условного топлива, тепловой энергии эквивалентна выработка механической энергии, если КПД оборудования равен 78%?

4.  (Описать классификацию сталей по химическому составу и способу производства. Охарактеризовать стали: углеродистые общего назначения (обыкновенного качества), качественные. Раскрыть принципы маркировки и указать свойства следующих сталей: СтО, СтЗпс, СтЗсп, СтЗкп, БСтЗГсп, Ст5Гпс.

5.  С помощью горизонтального центробежного литья изготавливают трубы диаметром 200 мм и с толщиной стенки 25 мм. Определить число оборотов изложницы для отливки трубы, если гравитационный коэффициент равен 64.

 

ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ

Пример 1. В цехе работает печь, характеризуемая потребностью условного топлива 1500 кг/сутки. Какому количеству электроэнергии, механической энергии, нормального пара соответствует расход условного топлива?

Решение. Для сравнения различных энергоносителей используют переводные коэффициенты (эквиваленты), которые представлены в табл. 1 (см. материал практических занятий, табл. 1 на с. 47).

Тогда количество электроэнергии, механической энергии, нормального пара соответственно равны:

W=1500x 8,141= 12211,5 кВт-ч;-

Q = 1500x7000 =10 500 000 Дж; L = 1500х 11,06 = 16 590 л.с.-ч; DH= 1500x10,13 = 15 195 кг.

Пример 2. Для термической обработки деталей в цехе используют электрическую печь, которая потребляет 10 000 кВт-ч/сут электроэнергии. Коэффициент полезного действия печи равен 85%. Перевести термообработку деталей на природный газ, если эквивалент для перевода в природный газ равен 1,14.

Решение. Количество электроэнергии на непосредственную термическую обработку деталей составит:

10 000x0,85 = 8500 кБт-ч. Используя табл. 1, переводят полученный расход электроэнергии в эквивалентное количество условного топлива:

Пример 8. Определить продолжительность заполнения формы цинковым сплавом на поршневой машине методом литья под давлением. Масса отливки 2,1 кг; плотность сплава (р) 7 г/см3; удельное давление (Р) 300 кг/см , сечение питателя машины (q ) равно ОД 6 см2.

Решение. Процесс литья под давлением состоит в том, что жидкий металл вводится в металлическую форму под давлением выше атмосферного. Используют два типа машин: компрессионные и поршневые. В компрессионных машинах жидкий металл вводится в полость формы под действием сжатого воздуха. В поршневых машинах жидкий металл заполняет форму под давлением поршня. Поршневые машины делятся на машины с горячей и холодной камерой сжатия. Первая группа поршневых машин применяется для легкоплавких (свинцовых, цинковых и др.) сплавов, а вторая - для цинковых, алюминиевых, медных сплавов.

Время, необходимое для заполнения формы жидким металлом, зависит от объема металла (V, см3), сечения отливки, сечения подводящего канала (q, см2), теоретической скорости движения металла (оз. с). Оно оассчитывается по формуле:

Пример 9. Определить расход воздуха, количество и состав продуктов горения в рабочем пространстве кузнечной камерной печи. Состав сухого газа (% объемн.): метан (СН4) = 95,82; этан (С2Н6)= 2,04; пропан (C3Hg) = 1,02; бутан (С4Н10) = 0,41; С02 = 0,2; N2= 0,51. Содержание влаги в сухом газе (W) равно 15,55 г/м3. Температура подогрева газа и воздуха tB= t = 300°C.

Решение. Для осуществления высокотемпературных процессов в черной и цветной металлургии, нефтяной и нефтехимической промышленности, в производстве строительных материалов применяют промышленные печи.

Представителем таких печей являются камерные печи, в которых источником тепловыделения является топливо, сжигаемое в рабочем пространстве печи. Нагреваемые изделия в камерных печах располагают на поду печи. Передача тепла от факела горелок к поверхности изделий идет за счет излучения и смывания нагреваемых тел потоком продуктов сгорания топлива.

При сжигании топлива в камерной печи необходим избыток воздуха. Пусть коэффициент расхода воздуха (а) составляет 1,1.

Пример 11. Провести расчет паропроизводительности котла-утилизатора, установленного за мартеновской печью.

Котлы-утилизаторы в зависимости от количества дымовых газов перед ними (тыс. м3/ч) классифицируются на следующие типы: КУ-50, КУ-60-2, КУ-80-3, КУ-100-1, КУ-125 (120 тыс. м3/ч). Расчетная температура дымовых газов перед КУ-50 равна 600°С, а перед остальными конами-утилизаторами - 650°С.

Состав дымовых газов перед КУ-80-3 (% объемн.): углекислого газа - 12; водяного пара - 10,5; кислорода - 5,5; азота - 72. Объем подсасываемого воздуха в газоходах котла-утилизатора составляет 0,05 объема дымовых газов, поступающих в аппарат. Температура дымовых газов на выходе из котла-утилизатора равна 245°С.

Для расчета использовать табл. 6.

Таблица 6

Энтальпия компонентов дымовых газов при различных температурах

Наименование газов	Энтальпия, кДж/м3
	650	600	245	200
Углекислый газ	1306,0	1236,76	462,0	361,67
Водяной пар	1058,0	964,68	381,4	303,47
Кислород	925,0	851,64	337,3	267,38
Азот	865,0	805,06	22,4	260,60

Решение. Определяем энтальпию дымовых газов на входе в котел-утилизатор:

АНвх= 0,12x1306,0 +0,105x1058,0 + 0,055x925 + 0,72x865,0 = =156,9 + 111 + 51 + 623,0 = 942 кДж/м3.

Пример 12. Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве полупродукта (цементного клинкера) для портландцемента. Шихта для обжига включает 80% известняка и 20% глины. Известняк содержит 95% масс. СаСО и 5% масс. - примесей. В состав глины входят (% масс): SiOz - 72; А12Оэ - 16,0; Fe203 - 7,0; К20 - 1,7; Na20 - 3,3.

Расчет материального баланса можно вести на единицу готовой продукции, сырья, в единицу времени. Учитывая, что результаты материального баланса используются при составлении статьи затрат на сырье и материалы калькуляции себестоимости продукции, принимаем, что целесообразно расчет вести на 1 т цементного клинкера.

Процесс обжига шихты с целью получения полупродукта для портландцемента ведут во вращающихся печах. "Сначала идет испарение влаги из шихты, затем при температуре около 50СГС дегидратация минералов, содержащихся в глине. Далее протекает разложение известняка с образованием оксида кальция, взаимодействие компонентов глины с оксидом кальция с образованием силикатов кальция и других веществ. При температуре 1400 - 1450°С идет спекание шихты и образуется клинкер.

Основываясь на составе шихты, используя химический состав глины и известняка, определяют содержание компонентов шихты (% масс):

Поскольку при образовании клинкера карбонат кальция разлагается с образованием оксида кальция и углекислого газа, из 100 кг шихты получится клинкер следующего состава (табл. 7).

Таблица 7

Компонент	СаО	Si02	А1203	Fe203	к2о	Na20	Примеси	Итого
Масса, кг	76X56 =43 100	14,40	3,20	1,40	0,34	0,66	4,00	67

Газовая фаза образуется в виде углекислого газа и составляет:

Состав клинкера (% масс.) представлен в табл. 8.

Таблица 8

Компонент	СаО	Si02	Al203	Fe203	К.0	Na20	При	Итого
% масс.	43x100 67 = 64,2	14,4x109 67 = 21,5	3,2x100 67 = 4,71	1,4x100 67 = 2,08	0,34x109 67 = 0,51	0,66x100 67 = 1,00	4x100 67 = 6,00	100

Для получения 1 т цементного клинкера требуется: карбоната кальция: 642 : 56 -100= 1146 кг; известняка: 1146 :0,95 = 1206 кг. Количество примесей составит: 1206 - 1146 = 60 кг. Расход глины на 1 т клинкера представлен в табл. 9.

Таблица 9

Компонент	Si02	А1203	Fe203	К20	№20	Итого
Масса, кг	215	47,1	20,8	5,1	10,0	100

Таблица 10 Материальный баланс печи для получения 1 т цементного клинкера

Приход		Расход
Исходные вещества	кг	Продукты	кг
1. Известняк:		1. Клинкер:
СаС03	1146	СаО	642
примеси	60	Si02	215
2. Глина:		А!203	47,1
Si02	215	Fe203	20,8
Al203	47,1	кр	5,1
Fe203	20,8	Na20	10,0
К20	5,1	примеси	60,0
Na20	10,0	2.С02	504
Итого:	1504		1504

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

ЧАСТИ ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ И РАБОТ