连续铸钢生产 连续铸钢生产 凝固教案.doc

PAGE PAGE 1 凝固理论教案 （10冶金技术） 2011-2012第二学期 主讲教师：刘燕霞 一. 岗位群需要的毕业生工作中用到的知识技能 1.微观:从结晶角度分析钢液凝固过程，凝固结构特点，凝固结构的控制方法，以及凝固结构对产品质量的影响。 2.宏观：从传热角度分析钢液凝固过程，钢液凝固传热的机构以及影响钢液凝固传热的因素，为设备设计参数（如结晶器倒锥度、长度、厚度、二冷区喷嘴等）和一些操作参数（如拉坯速度，水温、水速）的设定提供理论参考依据。 3.凝固过程对铸坯质量的影响。 二.教学任务分析 1.钢液结晶与凝固结构； 2.凝固结构的控制； 3.凝固传热机构及影响凝固传热的因素； 4.凝固过程，铸坯质量的控制。 三.课程在教学系统的地位和衔接关系 这门课程是介于工艺和理论之间的一门课程，属于连续铸钢生产这门课程的一个附属知识体系。学好本门课程需要的知识基础：1.金属学2.物理化学3.传输原理。这门课程服务的后续课程：1.连续铸钢生产 四.教材分析 主要内容： 1.绪论；2.钢液凝固结晶与钢锭结构；3.结晶过程；4.凝固传热；5.凝固质量； 本次教学改革的特点： 由于金属学和物理化学基础知识学生已基本掌握，所以，由传统的以教师为主的课堂讲授向以学生为主的课堂讨论、任务驱动方向转变。 主要通过三大学习模块， 个学习任务,通过教师部分讲授、引导、策划、学生课堂讨论、教师总结，以掌握钢液凝固的知识。 第一部分学习模块：钢液凝固结晶 第二部分学习模块：钢液凝固传热 第三部分学习模块：凝固质量控制 学习任务一：分析钢液结晶的过程以及结晶的热力学和动力学条件 学习任务二：分析镇静钢、沸腾钢、连铸坯和电渣重熔钢锭凝固结构的特点，以及凝固结构的控制方法。 学习任务三：分析结晶器传热，以及影响传热的因素。 学习任务四：分析二冷区传热，以及影响传热的因素。 学习任务五：分析凝固过程中，铸坯各种缺陷的形成以及控制方法。 教案首页 课程 凝固理论 专业 冶金技术 班级 冶金技术1、2班 授课日期 教学目的 项目一：钢液凝固结晶 1、分析钢液结晶的过程以及结晶的热力学和动力学条件 教学内容 知识目标：掌握钢液结晶的过程以及结晶的热力学条件； 能力目标：引导学生，通过对金属学知识的掌握，能够自己分析出钢液结晶的热力学和动力学条件。 教材分析 重点 结晶的热力学、动力学条件 难点 结晶的热力学、动力学条件 授课方法及手段 讲授、讨论 第一部分学习模块 钢液凝固结晶 学习任务一：钢液结晶的过程以及结晶的热力学和动力学条件　　　　　 知识目标：（1）掌握钢液结晶的过程以及结晶的热力学和动力学条件； （2）掌握晶体长大的方式 能力目标：（1）引导学生，通过对金属学知识的掌握，能够自己分析出结晶的热力学条件和动力学条件。 （2）分析实际钢液晶体长大的方式，以及实际生产中，对晶体形态的控制。 子任务1：分析结晶的热力学条件 结晶的热力学条件 课堂讨论： 提示： 1.金属从液态转变为固态的过程，必须满足一定的热力学条件才能自发进行：系统的自由能降低 2.液态和固态纯金属的自由能分别为： G固=H固-T*S固 G液=H液-T*S液 3.结晶的驱动力为固液两相自由能的差值即：G固-G液 纯金属固液两相体积自由能与温度的关系 纯金属固液两相体积自由能与温度的关系 要求： 推导：结晶的热力学条件 结论：（1）具有一定值的过冷度 （2）结晶潜热的散失小于或等于一定速度冷却散发到周围的热量 子任务2：从分析形核的条件，分析结晶的动力学 课堂讨论思考： 已知条件： 一个均匀液相A中，在一定过冷度下，产生了新相B,而B只有达到一定临界体积时才能稳定。 思考：形成新相晶核系统自由能的变化包括？ 1.体积自由能变化△GV 2.表面自由能变化△GF 若形成球形晶核，半径为r，则： 推导：均质形核的条件 结论：（1）从临界晶核的角度分析 一切大于临界半径的晶核趋向于长大，小于临界晶核的晶核趋向于消失 （2）从形核功的角度进行分析 系统必须获得大小相当于形核功的额外能量 额外能量是由原子集团的能量涨落提供的，所以，原子集团的能量涨落是结晶的动力学条件。 子任务3：通过课堂讲授晶体长大方式，以及实际钢液晶体长大的驱动力（温度过冷和成分过冷），分析实际钢液晶体长大的方式，以及在实际生产中我们如何通过控制晶体形态，以得到性能良好的组织形态。 结论：晶体长大的方式有三种：平面生长、树枝状生长和胞状生长 实际钢液是树枝状的生长方式，形态由树枝间距决定。 冷却速度越大→树枝间距越小 所以在实际生产中，用机械、电磁、惰性气体搅拌钢液，加大冷却速度，也可以得到较细的树枝晶结构。 基础知识部分：