Расчет шихты

 

Міністерство освіти та науки, молоді і спорту України

Запорізький національний технічний  університет

 

 

 

Кафедра М і ТЛВ

 

 

 

РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ №1

за темою: «Розрахунок шихти»

 

 

 

 

 

 

Виконала

ст. гр. ІФ-510                                                                                     Науменко О.В.

 

 

Прийняв

доцент                                                                                                      Іванов В.Г.

 

 

 

 

 

м.Запоріжжя

2013

ВСТУП

Завданням  розрахунку  шихти  є  встановлення  такого співвідношення  компонентів  шихти,  що  забезпечить  отримання сплаву,  потрібного  хімічного  складу,  при  мінімальній  його  вартості. Тобто для отримання дешевого сплаву треба використовувати дешеві шихтові матеріали, економний плавильний агрегат, а також витрачати менше часу на плавку.

Вихідними даними для розрахунку шихти є:

а) хімічний склад чавуну у виливку;

б) склад,  витрата  та  коефіцієнт  засвоєння  модифікатору  (в  разі

його використання, наприклад, для високоміцного чавуну – лігатуру з 

магнієм);

в) тип плавильного агрегату;

г) характер футеровки печі.

 

Умовно розрахунок шихти  можна поділити на три етапи.

На першому етапі визначають середній хімічний склад шихти.

Для  цього  треба  спочатку  визначити  середній  склад  чавуну  згідно його марки за відповідними стандартами. У зв’язку з тим , що під час плавки відбувається угар або пригар елементів, необхідно відповідно збільшити  або  зменшити  концентрацію  елементів  у  шихті  в порівнянні  з  їх концентрацією  у  рідкому  стані.  В  залежності  від сплаву  використовують  один  з  двох  способів  врахування  угару  у процентах:

• від середнього вмісту кожного з елементів у всіх компонентах

шихти;

• для  кожного  компонента  шихти  окремо  по  кожному  з

елементів.

На  другому  етапі  складається  список  компонентів  шихти.  У 

цей список необхідно внести:

• вороття власного виробництва;
• первинні  матеріали  (для  виробництва  чавунів використовують  чушкові  чавуни  ливарні  або  переробні. Останні менш вартісні та дефіцитні);
• феросплави,  що  містять  необхідні  легувальні  компоненти (для  чавунів  розповсюдженими  є  феросиліцій, феромарганець, ферофосфор та ін.);
• вторинні матеріали (брухт чавунний або сталевий, ошурки, сталева висічка та ін.);
• карбюризатори  (для  виплавки  синтетичних  чавунів  – електродний бій, коксік та ін.).

У  списку  компонентів  вказується  хімічний  склад  компоненту (обов’язково) та його вартість (бажано).

Третій  етап  це  власне  розрахунок  шихти.  В  наш  час  виконується    за допомогою  ПК. Існуючі раніше  методи розрахунку   аналітичний,  графічний  та  підбором  у  наш  час  заслуговують увагу  тільки  з  точки  зору  розкриття  сутності  розрахунків,  що виконуються.

Складність розрахунку шихти  полягає у громіздкості рівнянь  та їх  вирішенні.  У  наш  час  це  значно  полегшилося  використанням  швидких  прикладних  програм  для  ПК,  що  дозволяють  значно скоротити час розрахунків.

В  реальних  умовах  розрахунок  шихти  проводиться  для розплавів,  що  може  містити  до  10  і  більш  елементів,  а  число компонентів шихти  також може бути більше десятка. В  цих випадках кількість  рівнянь  збільшується,  можливі  варіанти,  коли  система  цих рівнянь  може мати декілька можливих рішень, тоді треба враховувати найменш вартісний  склад шихти. Такі задачі можна вирішити тільки за допомогою ПК. Однак підготовка даних для введення у комп’ютер  потребує  акуратності  та  чіткого  розуміння  розрахунків,  що проводяться.

При  розрахунках  шихти  для  отримання  чавунних  виливків  з високими  механічними  та  експлуатаційними  властивостями  треба 

враховувати  сучасні  тенденції  розвитку  ливарного  виробництва 

чавунних виливків:

а)  використання  більш  довершених  плавильних  агрегатів  – 

електричних печей – індукційних  або дугових замість вагранок;

б) виплавка синтетичних  та високоміцних чавунів, властивості 

яких близькі до властивостей сталі;

в)  застосування  модифікування  та  рафінування  металу  для 

покращення властивостей чавунних виливків;

г) використання довговічних  вогнетривких футерівок з високою 

вогнетривкістю,  термостійкістю,  інертністю  до  металу,  низькою 

вартістю та ін.;

д)  використання  дешевих  шихтових  матеріалів  –  брухту,

відходів, стружки, висічки  та ін.

Враховуючи вище назване  найбільш придатними плавильними 

агрегатами у виробництві  виливків з чавунів треба визнати  індукційні

або дугові печі з кислою футерівкою для плавки звичайних  сірих та

білих  чавунів  та  з  лужною  –  для  виплавки  високоміцних  чавунів,

деяких низькосірчаних та високолегованих чавунів.

В  якості  первинних  шихтових  матеріалів  доцільніше

використовувати переробні  чушкові чавуни замість більш  вартісних і дефіцитних  ливарних.  При  виплавці  синтетичних  чавунів  частка чушкових чавунів повинна  складати не менше 50 % для забезпечення високих  властивостей  і  оптимальних  термо  -  часових параметрів плавки.  У компонентах шихти для плавки  білого  чавуну,  що  буде використовуватися на  переробку в ковкий,  необхідно забезпечувати низький вміст хрому до  0,04  – 0,06  %,  що  значно  впливає на тривалість відпалу. При виплавці високоміцного чавуну у металі треба забезпечувати низький вміст сірки (до 0,05 – 0,06 %) для отримання чавуну кулястої форми.

Дані  про  угар  та  пригар  елементів,  а  також  склад  шихтових

матеріалів  для  виплавки  чавунів  різних  марок  наведені  у  довідковій

літературі.

Вміст кожного елементу у  шихті з урахуванням угару (пригару)

розраховують за формулою:

                                                        (1.1)

де – вміст елемента у шихті, %;

– вміст елемента у сплаві (заданий), %;

У – угар «-» або пригар «+» елементу в процесі плавки, %.

Необхідна  кількість  модифікатору  для  покращення  структури,

подрібнення вкраплень графіту  або для отримання вкраплень  графіту кулястої  форми  (для  високоміцного  чавуну)  розраховується  за

формулою:

                                                           (1.2)

де М – необхідна кількість модифікатору, кг;

Q – маса металозавалки, кг;

x  –  відсутня  кількість   елементу  для  отримання   заданого 

значення, %;

С – вміст елементу у  феросплаві (лігатурі);

y – засвоєння елементу  з феросплаву (лігатури), %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вихідні дані для розрахунку.

Хімічний склад чавуну марки СЧ35 наведено у табл.1.

Таблиця 1. – Хімічний склад  чавуна марки СЧ35

Марка чавуну	Масова частка елементів, %
	C	Si	Mn	S	P
СЧ35	2,9-3,0	1,2-1,5	0,7-1,1	-	-

 

З марки чавуну СЧ35 виготовляють відповідальну арматуру з великими діаметрами умовних проходів, до якої по міцності, щільності й однорідності висувають високі вимоги. Для  виплавки  чавуну  даного  хімічного  складу  оптимальним плавильним агрегатом буде індукційна тигельна піч. Це пояснюється перевагами цього плавильного агрегату перед іншими:

• відсутність  додаткового  забруднення  розплаву  шкідливими

домішками та газами;

• можливість  використання  легковажної  шихти  (стружки,

висічки, окатишів);

• малий угар елементів сплаву;
• можливість перегріву до будь-яких заданих температур;
• збалансований  ККД  за  розплавленням  та  перегрівом  рідкого

чавуну;

• можливість отримання точного хімічного складу чавуну;
• зменшення забруднення повітря різними домішками та газами.

Для  отримання чавуну  марки СЧ35  вибираємо кислу набивну

футерівку  з  кварциту,  що  забезпечить  високу  стійкість  та  чистоту 

сплаву за шкідливими домішками. Лужна футерівка в цьому випадку 

недоцільна, бо операцію десульфурації  проводити не треба. Крім того

лужна футерівка дорога та менш стійка.

Угар  елементів  хімічного  складу  чавуну  під  час  плавки  у 

індукційній тигельній печі з кислою футерівкою вибираємо з табл.2.

Угар вуглецю – 5%, кремнію  – 0%, марганцю – 20 %.

 

 

Таблиця 2. – Угар(пригар) хімічних елементів при плавленні  чавуну

 

 

2. Визначення середнього хімічного складу чавуна

Розрахунок  шихти  проводимо  на  середній  хімічний  склад 

чавуну марки СЧ35 за основними елементами (мас. частка, %): С = 2,95;

Si = 1,35; Mn = 0,9.

З урахуванням угару вуглецю  повинно бути

 

кремнію повинно бути

 

марганцю повинно бути

 

3. Вибір шихтових матеріалів

 Вибираємо  шихтові  матеріали  такі,  що  забезпечать  заданий

хімічний  склад  чавуну  при  мінімальній  їх  вартості.  Доцільно

використати переробний чушковий чавун замість ливарного з  навіть

підвищеним вмістом шкідливих  домішок – сірки та фосфору:

• чавун переробний марки ПЛ1-3-В-5 ГОСТ 805-95;
• сталевий брухт категорії А ГОСТ 2787-86;
• феросиліцій ФС45 ГОСТ 1415-93;
• феромарганець ФМн78 ГОСТ 4755-91.

Хімічний  склад  компонентів  шихти  знаходимо  у  відповідних 

стандартах  і  розрахунок  будемо  вести  по  середньому  вмісту

елементів.

Хімічний склад компонентів  шихти (мас. частка, %):

1) Чавуну переробного  марки ПЛ1-3-В-5( 4,0 С; 1,0 Si; 0,7 Mn; до 0,3 P; до 0,05 S);

2) Брухту сталевого (0,3 С; 0,3 Si; 0,5 Mn, 0,04 P; 0,02 S);

3) Феросиліцію ФС 45 (0,2 C; 45 Si; 1,0 Mn; 0,05 P; 0,02 S) ;

4) Феромарганцю ФМн78 (7,0 С; 6,0 Si; 78 Mn; 0,7 P; 0,02 S).

4. Розрахунок шихти

Розрахунок  шихти  проводимо  на  100  кг  металозавалки.  Для

визначення  необхідного  співвідношення  компонентів  шихти необхідно  скласти  відповідну систему балансових  рівнянь. Позначаємо  кількість  вороття  через  x,  кількість чушкового чавуну через  y,  кількість  сталевого  брухту  через  z,  кількість  феросиліцію через p, кількість феромарганцю через n.

Складаємо балансові рівняння:

за вуглецем

×

за кремнієм

×

за марганцем

×

Усього повинно бути

 при чому х=30.

Рішенням цієї системи будуть значення:

x = 30 кг;

y = 53,55 кг;

z = 15,15 кг;

p = 0,79 кг;

n = 0,51 кг.

Результати розрахунку зводимо у табл.3.

 

 

 

 

Таблиця 3. – Склад шихти  та баланс елементів для марки  сірого чавуну СЧ35

Компонент шихти	Кількість компоненту,%	Вміст елементу (масова частка), %
		C		Si		Mn
		У компоненті шихти	Вноситься компонентом шихти	У компоненті шихти	Вноситься компонентом шихти	У компоненті шихти	Вноситься компонентом шихти
1.Вороття	x = 30,00	2,95	0,89	1,35	0,40	0,9	0,27
2.Чавун переробний ПЛ1-3-В-5 ГОСТ 805-95	y = 53,55	4,0	2,14	1,0	0,53	0,7	0,37
3.Сталевий брухт	z = 15,15	0,3	0,05	0,3	0,05	0,5	0,08
4.Феросиліцій ФС45 ГОСТ 1415-93	p= 0,79	0,2	0,00	45	0,36	1,0	0,01
5.Феромарганець ФМн78	n= 0,51	7	0,03	2	0,01	78	0,4
Всього	100		3,11		1,35		1,13