Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лабораторные работы - Литейные сплавы и плавка - файл Сборник лабораторных работ (Часть 1).docx


Лабораторные работы - Литейные сплавы и плавка
скачать (247.8 kb.)

Доступные файлы (2):

Сборник лабораторных работ (Часть 1).docx154kb.12.03.2011 22:28скачать
Сборник лабораторных работ (Часть 2).docx112kb.08.03.2011 22:12скачать

содержание
Загрузка...

Сборник лабораторных работ (Часть 1).docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство образования Российской федерации

Тульский государственный университет

Кафедра СЛиТКМ

Литейные сплавы и плавка

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

по курсу «Литейные сплавы и плавка»


Часть 1

Лабораторные работы № 1,2,3,4


Тула 2011



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№1

ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА.

РАСЧЕТ ШИХТЫ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить химический состав, классификацию, ГОСТы металлических шихтовых материалов, флюсов и топлива, используемых для получения чугуна. Овладеть методикой расчета шихты для выплавки черных металлов.

^ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Шихтой называется рецептура исходных материалов, которые загружаются в печь и подвергаются плавке.

При плавке чугуна в литейных цехах металлическая шихта обычно состоит из доменных чушковых чугунов, лома (чугунного и стального), отходов собственного производства (литники, скрап, брак, всплески, стружка), а также различного рода низкопроцентных ферросплавов.

Для получения заданного состава и свойств шлака, применяют различные флюсы, руды и добавки. Кроме того, для плавки чугуна в вагранки применяют специальное ваграночное топливо: кокс, природный газ. Доменные чугуны различают на литейные, передельные и природнолегированные.

Литейные чугуны (ГОСТ 4832 – 80) выпускают обычные (маркировка Л) и рафинированные магнием (ЛР). Их подразделяют по содержанию кремния на марки, по содержанию марганца на группы, по содержанию фосфора на классы и по содержанию серы на категории (табл.1).

Таблица 1.

Химический состав литейного чугуна (ГОСТ 4832 – 80)

Марка чугуна

Массовая доля элементов, % (остальное Fe)

С

Si

Mn для групп

Р для классов

S, не более, для категорий

I

II

III

IV

А

Б

В

Г

Д

1

2

3

4

Л1

Л2

Л3

Л4

Л5

Л6

3.4-3.9

3.5-4.0

3.6-4.1

3.7-4.2

3.8-4.5

3.9-4.4

3.21-3.6

2.81-3.2

2.41-2.8

2.01-2.4

1.61-2.0

1.21-1.6

До 0.30

0.31 – 0.50

0.51 – 0.90

0.91 – 1.50

До 0.08

До 0.12

До 0.30

0.31 – 0.70

0.71 – 1.20

0.02

0.03

0.04

0.05

ЛР1

ЛР2

ЛР3

ЛР4

ЛР5

ЛР6

ЛР7

3.4-3.9

3.5-4.0

3.6-4.1

3.7-4.2

3.8-4.3

3.9-4.4

4.0-4.5

3.21-3.6

2.81-3.2

2.41-.2.8

2.01-2.4

1.61-2.0

1.21-1.5

0.81-1.2

До 0.30

0.31 – 0.50

0.51 – 1.0

До 0.08

До 0.12

0.005

0.010


Передельный чугун по ГОСТ 805 – 80 выпускают десятки марок: для сталеплавильного производства П1 и П2, для литейного производства ПЛ1 и ПЛ2, фосфористый ПФ1, ПФ2, ПФ3 и высококачественный ПВК1, ПВК2 и ПВК3 (табл.2)



Таблица 2.

Химический состав передельного чугуна (ГОСТ 805 – 80)

Марка чугуна

Массовая доля элементов, % (остальное Fe)

Si

Mn для групп

Р, не более, для классов

S, не более для категорий

I

II

III

IV

А

Б

В

Г

1

2

3

4

5

П1

П2

ПЛ1

ПЛ2

0.5-0.9

До 0.5

0.8-0.12

0.5-0.8

>0.5

>0.5

>0.3

>0.3

0.5-1.0

0.5-1.0

0.3-0.5

0.3-0.5

1.0-1.5

1.0-1.5

0.5-0.9

0.5-0.9

0.9-1.5

0.9-1.5

0.1

0.1

0.08

0.08

0.2

0.2

.12

.12

0.3

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

ПФ1

ПФ2

ПФ3

0.9-0.12

0.5-0.9

До 0.5

1.0

1.5

2.0

0.3–0.7

0.7-1.5

1.5-2.0

0.03

0.05

0.07

ПВК1

ПВК2

ПВК3

0.9-0.12

0.5-0.9

До 0.5

До 0.5

0.5-1.0

1.0-1.5

0.02

0.03

0.04

0.05

0.015

0.02

0.025

Чугуны природнолегированные используют в основном трех видов: хромоникелевый (ТУ 14 – 15 – 84 – 79), титановый и титаномедистый (ТУ 14 – 15 – 4 – 74). Хромоникелевый чугун выпускают десяти марок – от ЛХН1 (0.2 % Ni + Co, 0.4 – 1.2 % Cr) до ЛХН10 (1% Ni + Co, 2.3 – 3.2 % Cr). Титановый чугун (БТЛ3 – БТЛ7)содержит 0.3 – 1.2% Ti, титаномедистый (БТМЛ3 – БТМЛ7) – 1 –3%Cu и 0.3 – 1.2% Ti.

Значительная часть шихты (более 50% при плавке в вагранках и почти 100% при плавке в индукционных печах) состоит из вторичных материалов. Этот чугунный и стальной лом, стружка стальная и чугунная, обрезь и т.п. Согласно ГОСТ 2787 – 86 металлолом подразделяется на две категории (А – нелегированный, Б – легированный), на два класса (стальной и чугунный) и на несколько видов (табл.3).

Ферросплавы это обширная группа металлических шихтовых материалов включает сплав железа с одним или несколькими легирующими элементами, часто применяют ферросплавы марганца и кремния. При выплавке чугуна наиболее низкопроцентные ферросплавы вводят в шихту, а высокопроцентные вводят в печь в конце плавки, присаживают в ковш или подают на желоб вагранки.

Ферромарганец (ГОСТ 4755 – 80) подразделяют на низкоуглеродистый (0.5% С), среднеуглеродистый (1 – 2% С) и высокоуглеродистый (7% С). В маркировке FeMn буква А обозначает пониженное содержание фосфора, К – пониженное содержание кремния, С – повышенное содержания кремния (табл.4).

Ферросилиций (ГОСТ1415 – 78) выпускают девяти марок от ФС20 до ФС90. В маркировке цифры показывают среднее содержание кремния в ферросилиции (табл.5).


Кроме указанных для корректировки шихты, легирования и модифицирования металла используют такие ферросплавы, как феррохром (ГОСТ 4757 – 79), силикомарганец (ГОСТ 4756 – 77), силикокальций (ГОСТ 4762 – 71), ферротитан (ГОСТ 4761 – 80), ферровольфрам (ГОСТ 17293 – 82), ферромолибден (ГОСТ 4759 –79) и др. для раскисления металла используют алюминий вторичный (ГОСТ 295 – 79Е).

Флюсы. При плавке чугуна в вагранке в качестве флюса применяют в основном известняк СаСО3, который содержит СаО (52% - 1 сорт; 50% - 2 сорт; 49% - 3 сорт) и около 10% других примесей (SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, P2O5, SO2). Кроме известняка для ваграночной плавки можно использовать кусковой мел, мрамор, а также известь (88 – 93% СаО), плавиковый шпат (не менее 75% СаF2), доломит при основном процессе (~ 30% CaO, ~ 20% MgO, ~ 45% CO2).



Таблица 3

Вторичные черные металлы, используемые в качестве металлической шихты в плавильных агрегатах литейных цехов (ГОСТ 2787 – 86).

Категория

Вид

вида

Общее обозначение

Плавильный агрегат

Стальной лом и отходы

А, Б

А, Б

А, Б

А, Б

А, Б

А, Б

А, Б

А

А

А, Б

А

А. Б

Стальной лом и отходы №1

Стальной лом и отходы №2

Стальной лом и отходы №3

Шихтовые слитки

Брикеты из стальной стружки

Пакеты №1

Пакеты №2

Пакеты №3

Пакеты №4

Стальные канаты и проволока

Стальная стружка №1

Стальная стружка №2

1

2

3

4

7

8

9

10

11

12

13

14

1А. 1Б

2А, 2Б

3А, 3Б

4А, 4Б

7А, 7Б

8А, 8Б

9А, 9Б

10А

11А

12А, 12Б

13А

14А,. 14Б

ДСП, ИСТ, В

ДСП

МП

ДСП

МП, ДСП, В

МП, ДСП

МП, ДСП

МП, ДСП

МП

МП

ДСП, ИСТ, ИЧТ

МП

Чугунный лом и отходы

А, Б

А

А

А, Б

Чугунный лом и отходы №1

Чугунный лом и отходы №2

Брикеты из чугунной стружки

Чугунная стружка

16

17

20

21

16А, 16Б

17А

20А

21А, 21Б

ИЧТ, В

ИЧТ. В

В

МП, ДСП, ИЧТ

Таблица 4.

Химический состав ферромарганца (ГОСТ 4755 – 80)

Марка ферромарганца

Массовая доля элементов, % (остальное Fe)

Mn,

Не менее

С

Si

P

S

Не более

1

2

3

4

5

6

Низкоуглеродистый

ФМн0.5

85.0

0.5

2.0

0.3

0.03

Среднеуглеродистые

ФМн1.0А

ФМн1.0

ФМн1.5

ФМн2.0

85.0

85.0

85.0

75.0

1.0

1.0

1.5

2.0

1.5

2.0

2.5

2.0

0.1

0.3

0.3

0.35

0.03

0.03

0.03

0.03

Высокоуглеродистые

ФМн78А

ФМн78

ФМн78К

ФМн75АС6

1

78.0 – 82.0

78.0 – 82.0

78.0 – 82.0

75.0

2

7.0

7.0

7.0

7.0

3

2.0

2.0

1.0

6.0

4

0.05

0.35

0.35

0.45

5

0.03

0.03

0.03

0.03

6

ФМн75С4

ФМн75С9

ФМн75

ФЬн70

75.0

75.0

75.0

70.0

7.0

6.0

7.0

7.0

4.0

9.0

1.0

2.0

0.45

0.45

0.45

0.55

0.03

0.03

0.03

0.03






Таблица 5.

Химический состав ферросилиция (ГОСТ 1415 – 78)

Марка ферросилиция

Массовая доля элементов, % (остальное Fe)

SI

Al

Mn

Cr

S

P

Не более

ФС92

ФС90

ФС75 ФС75л

ФС65

ФС45

ФС25

ФС20

ФС20л

>=92.0

>=84.0

74.0 – 80.0

74.0 – 80.0

63.0 – 68.0

41.0 – 47.0

23.0 – 27.0

19.0 – 23.0

19.0 – 23.0

2.5

3.5

2.5

2.5

2.0

1.0

1.0

1.0

0.2

0.2

0.4

0.3

0.4

0.6

0.9

1.0

1.0

0.2

0.2

0.4

0.3

0.4

0.5

1.0

0.2

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.03

0.03

0.05

0.05

0.05

0.05

0.06

0.10

0.20

Топливо. В качестве топлива при плавке литейных сплавов применяют кокс, мазут и природный газ. Кокс литейный каменноугольный (ГОСТ 3340 – 71) в зависимости от содержания серы обозначают КЛ – 1 (<=0.45% S), КЛ – 2 (<=1.0% S) и КЛ – 3 (<= 1.4% S).

Мазут подразделяют на малосернистый (<=0.5 % S), сернистый (<= 2% S) и высокосернистый (<=3.5 % S). Теплота сгорания 39800 – 40600 кДж/кг.

Природный газ применяют в газовых и коксогазовых вагранках и др. печах. Природный газ состоит в основном из метана СН4 и имеет теплотворную способность 33500 – 35600 кДж/м3.

^ РАСЧЕТ ШИХТЫ

Составление и расчет шихты производится, исходя из требуемого химического состава выплавляемого сплава и имеющихся шихтовых материалов. Задачей расчета шихты является определение массовой доли каждого из компонентов шихты.

Примерный средний состав шихты, используемой при плавке чугунов, химический состав лома, стружки, возврата собственного производства приведены, соответственно, в табл. 6 и 7.

Таблица 6.

Примерный состав шихты при выплавке чугуна, %

Металл отливки

Плавильный агрегат

Доменный чугун*

Лом со стороны

Собственный возврат

ферросплавы

Электродный бой

Чугунный

стальной

Чугун с пластинчатым графитом

Вагранка

ИЧТ

ДЭП

20 – 40

20 – 40

15 – 25

30 – 40

25 – 35

10 – 20

20 – 35

0 – 10

30 – 35

30 – 35

30 – 35

2 – 3

2 – 3

2 – 3

1 – 3

Чугун с шаровидным графитом

Вагранка

ИЧТ

ДЭП

30 – 50

40 – 60

20 – 30

10 – 20

0 – 10

60 – 67

0 – 10

30 – 35

30 – 35

30 – 35

1 – 2

1 – 2

1 – 2

1.5 – 3

Ковкий чугун

Вагранка

ИЧТ

ДЭП

10 – 30

10 – 30

10 – 20

10 – 20

30 – 45

50 – 60

10 – 30

35 – 45

35 – 45

35 – 45

2 – 4

2 – 4

2 – 4

1 – 2

* Примечание. В состав доменного чугуна на ряду с литейным чугуном входит 5 – 10% передельного чугуна. По практическим данным содержание углерода в передельном чугуне составляет 4 – 5%.






Таблица 7.

Примерный химический состав лома, стружки и возврата собственного производства для вагранок, %

Составляющие металлошихты

С

Si

Mn

P

S

СЧ обыкновенного качества

КЧ

Стальной лом

Стружка чугунная брикетированная

Возврат собственного производства

3.2 – 3.5

3.0 – 3.5

– 0.3

3.2 – 3.4

3.0 – 3.3

1.8 – 2.5

0.6 – 1.3

до 0.4

2.2 – 2.6

1.5 – 2.0

0.5 – 0.9

0.4 – 0.6

0.3– 0.9

0.6 – 1.0

0.7 – 1.1

0.2–0.5

до 0.2

до 0.05

до 0.3

0.1–0.3

– 0.15

0.05– 0.15

до 0.05

до 0.15

0.1 – 0.15

Концентрация элемента в процессе плавки изменяется, так как происходит либо угар, либо пригар элемента. В связи с этим первым этапом расчета шихты является деление ее среднего химического состава исходя из требуемого химического состава жидкого сплава. Угар (пригар) элементов можно принять по опытным данным (табл. 8) как среднестатистический, то среднее содержание каждого элемента в шихте (аШХ) можно определить из формулы

где аЖ – содержание элемента в жидком металле;

ΔЭ – изменение содержания элемента в процессе плавки, %.

Затем по среднему составу шихты рассчитывают массовые доли ее компонентов.

Этот расчет можно производить тремя методами: графическим, аналитическим и методом подбора путем решения системы уравнений.

Практически, при ограниченном числе известных компонентов шихты, применяют метод подбора. При этом массовые, доли компонентов обычно выражают в процентах, а решение записывают в виде таблиц.

При значительном числе компонентов шихты рассчитать ее состав целесообразнее с использованием ЭВМ методом линейного программирования. При этом задачу расчета шихты совмещают с задачей ее оптимизации.

Критерием оптимизации выбирают стоимость шихты. Для этого систему линейных уравнений дополняют рядом ограничений, а каждое из уравнений системы представляют в виде двух неравенств, в одном из которых указан в качестве ограничения верхний предел содержания данного элемента в шихте, в другом – нижний предел содержания данного элемента в шихте.

Рассмотрим в качестве примера расчет ваграночной шихты методом подбора.

Предположим, что нам необходимо выплавить серый чугун марки СЧ 20 (ГОСТ 1412 – 85) имеющий химический состав, % : С = 3.3 – 3.5; Si = 1.4 – 2.4; Mn = 0.7 – 1.0; P <= 0.2; S <=0.15.

Принимаем на основе опытных данных (табл.8) следующий угар и пригар элементов: +10% для С, -12% для Si, -20% для Mn, Р – не изменяется и +50% для S.

Для получения расчетного состава шихты и химического состава жидкого металла составим табл.9.

В графу 1 вписываем принятые компоненты шихты.

В графу 2 по данным табл.6 в первом приближении вносим количество принятых компонентов шихты, из расчета, что общее их количество в шихте должно быть равно 100%.



Таблица 8.

Изменение содержания элементов при плавке чугуна.

Угар (-) и пригар (+) элементов в % от содержания в шихте

Ti

- -

20-50

-

30-60

-

30-60

--

-

30-60

-

30-60

не синтетический чугун

синтетический чугун

синтетический чугун

синтетический чугун

Примечание: верхний предел изменения содержания С при плавке в вагранке относится к шихте, в составе которой имеется 90% стального лома.

Mo

-

До 10

-

до 5

-

до 5

--

-

до 10

-

до 10

Cu

-

До 10

-

до 5

-

до 5

--

-

до 10

-

до 10

Ni

-

До 10

-

до 5

-

до 5

--

-

до 10

-

до 10

Cr

- -

15-30

-

10-20

-

10-20

-

25-45

-

15-30

-

15-30

--

-

5 –30

-

12

--

P

0

0

-

до 10

0

0

-

до 10

0

0

0

--

S

+ +

20-100

+ +

10-50

-

20-50

-

20-40

-

до 30

-

20-50

0

0

0

--

Mn

- -

15-40

- -

20-30

- -

10-20

- -

25-35

- -

10-20

- -

10-15

- -

1.5-33.7

- -

10-20

-

10

-

5

Si

- -

10-35

- -

10-18

- -

20-25

- -

20-30

--

- -

5 – 10

- -

3.1-13

- -

5 – 15

- -

7 – 8

- -

5 – 10

C

- +

10-360

--

--

- -

10-15

- -

5 – 10

- -

3 – 5

- -

1.1-6.4

- -

10-20

- -

10-20

- -

5 – 10

Характеристика плавильных агрегатов

I. Вагранка коксовая

А) кислая: 1) холодное дутье

2) горячее дутье

Б) основная. Горячее дутье

II. Вагранка газовая кислая

III. Дуговая электропечь

А) кислая

Б) основная

IV. Индукционная электропечь

А) кислая

Б) нейтральная высокоглиноземистая

В) основная





Таблица 9.

Примерный расчет шихты методом подбора.


Содержание элементов.

S

Всего кг

12

0.008

0.004

0.004

0.007

0.042

0.007

0.072

0.036

0.108

% в исходном компоненте

11

0.04

0.04

0.04

0.07

0.12

0.05

--

+ 50

--

P

Всего кг

10

0.044

0.022

0.020

0.015

0.07

0.007

0.178

0

0.178

% в исходном компоненте

9

0.22

0.22

0.20

0.15

0.20

0.05

--

0

--

Mn

Всего кг

8

0.24

0.12

0.125

0.08

0.32

0.09

0.98

.020

0.78

% в исходном компоненте

7

1.20

1.20

1.25

0.85

0.90

0.60

--

- 20

--

Si

Всего кг

6

0.68

0.26

0.10

0.24

0.61

0.03

1.92

0.23

1.69

% в исходном компоненте

5

3.40

2.60

1.00

2.40

1.75

0.20

--

- 12

--

С

Всего кг

4

0.73

0.38

0.45

0.33

1.10

0.03

3.02

0.30

3.32

% в исходном компоненте

3

3.65

3.80

4.50

3.30

3.15

0.20

--

+ 10

--

Вес компонентов шихты, кг

2

20

10

10

10

35

15

100

--

--

Компоненты шихты

1

Литейный чугун Л1

Литейный чугун Л3

Передельный чугун ПЛ1

Стружка чугунная брикетированная

Возврат собствен –

ного производства

Стальной лом

Всего в шихте, %

Угар и пригар, %

Состав жидкого металла, %

Руководствуясь данными табл. 1, 2, 7 в графы 3, 5, 7, 9, 11 заносим среднее содержание элементов в принятых компонентах шихты.

Цифры в графах 4, 6, 8. 10 и 12получают умножением процентного содержания данного элемента в каждом из компонентов шихты (графы 3, 5, 7, 9, 11) на количественное содержание этого 

компонента в шихте и делением этого произведения на 100. После суммирования значений для каждого элемента подсчитывают ожидаемый угар или пригар.

Сминусовав угар (добавив пригар), получаем химический состав жидкого металла.

Если в результате расчета полученные данные по содержанию отдельных элементов в жидком металле будут превосходить требуемое содержание в заданном сплаве, проводится корректировочный расчет. При котором в графе 2 уменьшается количество компонента с максимальным содержанием элементов, завышенных при первом расчете, за счет увеличения компонентов с минимальным содержанием этих элементов.

Если же в результате расчета получится недостаточное количество элемента, оно доводится до требуемого, присадкой ферросплавов в шихту, за счет уменьшения количества других элементов. На практике чаще всего уменьшают количество стального лома.

В нашем случае полученный состав жидкого металла (табл.9) полностью соответствует химическому составу заданной марки чугуна СЧ 20 (ГОСТ 1412 – 85) и, следовательно, никаких корректировок количества компонентов шихты производить не надо.




^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПЛАВКА СИНТЕТИЧЕСКОГО ЧУГУНА В ИНДУКЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить теоретические основы технологии выплавки синтетического чугуна в тигельной индукционной печи. Произвести расчет шихты и выплавку синтетического чугуна марки СЧ35 в индукционной печи ЛПЗ – 2 – 67.

^ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для плавки чугуна, наряду с вагранками, применяют тигельные и канальные индукционные печи, а также дуговые электропечи.

Преимущества электроплавки заключаются в возможности проведения глубокой металлургической обработки расплава, получении чугуна высокого качества строго заданного химического состава, в возможности использования дешевых шихтовых материалов.

Индукционные печи промышленной частоты являются наиболее совершенными с энергетической точки зрения плавильными агрегатами. Они характеризуются высокой экономичностью, как при плавлении, так и перегреве чугуна. К. п. д. печи соответственно достигает 77,5 и 68%, против 45 и 5% у вагранок.

Канальные индукционные печи реже используются как самостоятельные плавильные агрегаты, а большей частью как печи для подогрева, выдержки металла, доводки химического состава и последующего модифицирования.

Тигельные индукционные печи получили большее распространение. Они удобны в эксплуатации и больше приспособлены для больших объемов производства.

Плавку чугуна в тигельных печах можно начинать на твердой завалке. Но наилучшие результаты получаются при наличии в печи жидкого остатка («болота») в количестве не менее 30% от общей емкости печи.

Наиболее рациональным технологическим вариантом является плавка в индукционной печи синтетического переплава чугунной стружки, стального лома, образующихся в обрабатывающих цехах, и возврата собственного производства с дальнейшим науглероживанием и доведением химсостава расплава до заданного.

Как показала практика, лучшие показатели литейных и механических свойств чугуна достигается при использовании в шихте до 50% стальных отходов. Обычно при выплавке синтетического чугуна в печь загружают: возврат собственного производства – 25-30%, стружку чугунную – 35-40%, стружку стальную, высечку – 25-30%, ферросплавы – до 5%, карбюризатор – до 1%.

При использовании стального скрапа для получения чугуна требуемого химического состава необходимо вводить углерод и кремний. Доводка чугуна по содержанию углерода производится карбюризаторами, а по кремнию – ферросилицием.

В качестве карбюризаторов более предпочтительны углеродосодержащие материалы с низким содержанием серы – электродный порошок, графитированный коксик.

Экспериментально показано, что при плавке на твердой завалке карбюризатор (полностью или на 70-80% его общего количества) необходимо вводить с шихтой. При этом углерод из электродного порошка или коксика усваивается на 80-85%. Скорость науглероживания определяется температурой плавки и размерами частиц карбюризатора. Считается оптимальными перегрев до 1450-1500°С и выдержка чугуна при этой температуре в течение 20-25 минут. Размер частиц карбюризатора должен составлять 5-10 мм. Скорость науглероживания металла колеблется от 0,04 до 0,1%/мин.

Ферросплавы необходимо вводить в жидкий чугун после полного усвоения углерода. Это позволяет уменьшить расход дорогостоящего ферросплава. Кремний в этом случае усваивается из ферросилиция на 90-95%. Если же вводить ферросилиций до науглероживания чугуна, то усвоение кремния составляет 80-85%.

При плавке синтетического чугуна угар элементов выше, чем при использовании в плавке чушковых чугунов. Это связано с тем, что синтетический чугун выплавляют из более окисленных вторичных металлоотходов со значительным количеством (до 100%) стружки. При окисленной 

шихте угар углерода составляет 20-25%, а на слабоокисленной шихте он снижается до 10%. Как было отмечено выше, угар углерода и кремния очень сильно зависит от времени и последовательности ввода карбюризатора и ферросилиция в печь. Поэтому при плавке чугуна на твердой завалке карбюризатор следует вводить с шихтой.

Содержание марганца в чугуне, как правило, незначительно отмечается от его содержания в шихтовых материалах (вторичных металлах) и основное количество марганца в чугун вносится с шихтой.

Поскольку угар марганца происходит главным образом в процессе плавления шихтовых материалов, по величине угара мало зависит от способа ввода карбюризатора и ферросилиция и определяется в основном качеством шихтовых материалов – компактностью и окисленностью металлоотходов. Угар хрома при 1470°С составляет 5,5%, а при снижении температуры на 100°С угар увеличивается примерно в шесть раз. Поэтому целесообразнее вводить хром при высоких температурах.

При применении основной футеровки угар углерода и марганца снижается в два раза, а угар кремния несколько возрастает.

Технологический процесс плавки в индукционной печи включает следующие операции: загрузку шихты, в том числе и карбюризатора, нагрев и расплавление ее, наведение шлака, перегрев, доведение химического состава чугуна до заданного, а также термо временную обработку (выдержку) с целью галогенизации расплава и уменьшения влияния наследственности исходных шихтовых материалов. Длительность выдержки от 5 мин. для СЧ20 и до 20 мин. для СЧ45 при температуре 1500-1520°С.






^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ВЫПЛАВКА ЧУГУНА В КОКСОВОЙ ВАГРАНКЕ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение технологии выплавки чугуна в коксовой вагранке.

Овладение аналитическим методом расчета шихты с использованием ЭВМ для условий выплавки чугуна в коксовой вагранке.

^ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В настоящее время коксовая вагранка является одним из основных и наиболее экономичных плавильных агрегатов для выплавки чугуна.

Технологический цикл работы вагранки включает следующие операции: подготовку вагранки к плавке, розжиг, загрузку и пуск, обслуживание вагранки во время работы, остановку вагранки.

Подготовка вагранки к плавке в основном заключается в ремонте огнеупорной футеровки.

После ремонта футеровка просушивается. Сушку лучше всего производить газовыми горелками. После сушки на подину вагранки укладывают дрова для розжига холостой колоши. Высота холостой колоши должна быть 1,2-1,5 м. После розжига холостой колоши включают воздуходувку и после продувки холостой колоши в течение 2-3 мин. приступают к загрузке рабочих колош. Загрузку производят в такой последовательности: топливо - флюсы - металл.

Топливная рабочая колоша должна иметь слой кокса толщиной 150-200 мм.

Рекомендуемые массы металлических и рабочих коксовых колош приведены в таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемые массы кокса и металлозавалки в рабочих колошах.

диаметр вагранки в свету, м

производительность вагранки,т/ч

масса металлозавалки, кг

Масса (кг) кокса в рабочей колоше при его расходе, %

0,5

2

150

15

18

21

0,7

3-4

300

30

36

42

0,9

4-6

500

50

60

70

1,1

7,5-9

700

70

84

98

1,3

9-12

900

90

108

126

При окончании плавки в вагранке останавливают воздуходувку, выпускают шлак и жидкий чугун открывают днище вагранки , при этом подина и холостая колоша вываливаются , кокс тушат водой.

Получение металлического сплава соответствующего заданной марке чугуна определяется составом шихты компоненты которой расчитываются методом подбора или решением задачи линейного программирования на ЭВМ.

В качестве примера рассмотрим расчет шихты методом линейного программирования для случая выплавки чугуна в кислой вагранке производительностью 5т/ч

Для отливок толщиной 25-75 мм, заливаемых в разовые песчаные формы, чугун должен иметь следующий состав:

Сж = 3,1-3,3%, Siж = 1,7-2,0%, Mnж = 0,8-1,1%, Sж  0,1%, Рж  0,25%

По данным таблицы 1 угар (пригар) элементов в процессе плавки в вагранке принимаем соответственно:

с = +10%, Si = -15%, Mn = -20%, P = 0, S = +50%.

Зная величину (угара-пригара) определяем допустимое содержание расчетных элементов в шихте по формуле:

Ашх=Ашх ; ( 1 )

Сж = (3,13,3)= (2,82,97),% ;

Siж = (1,72,0) = (2,02,35),% ;

Mnж =(0,81,1) = (1,01,38),% ;

Pж  0,25% ;

Sж  0,1= 0,07%.

Наиболее оптимальная шихта может быть рассчитана при наличии всех шихтовых материалов, применяемых при выплавке данного сплава. В рассматриваемом примере ограничимся 8 составляющими (таблица 2).

Таблица 2.

Составляющие металлической части шихты.

Составляющие шихты

Условное

обозначение

х j

Цена,

руб/т

j

Содержание расчётных элементов, %

С j

Si j

Mn j

P j

S j

Литейный чугун Л1

x1

1960

3,75

3,4

1,2

0,22

0,05

Литейный чугун Л5

x2

1850

4,15

1,8

1,2

0,22

0,05

Передельный чугун ПЛ1

x3

1800

4,05

1,1

1,25

0,20

0,05

Стружка чугунная брикитированная

x4

150

3,3

2,4

0,85

0,15

0,04

Возврат собственного производства

x5

75

3,05

1,65

1,15

0,20

0,09

Стальной лом

x6

780

0,3

0,2

0,6

0,05

0,05

Ферросилиций ФС20

x7

7000

1,3

19,5

1,0

0,1

0,04

Ферромарганец ФМн75

x8

13000

7,0

2,0

77

0,45

0,03

Составим технологические ограничения. По данным [3] находим, что при выплавке чугуна заданного состава в ваграночной шихте допускается до 15% передельного чугуна ПЛ1 т.е.

х3  0,1 ( 2 )

При большом количестве стружки в шихте возрастает угар металла, поэтому ограничим количество стружки 10%, т.е.



х4  0,1 ( 3 )

При полном использовании возврата собственного производства в шихте имеем

x5 = 0,27 ( 4 )

Количество стального лома при выплавке чугуна заданной марки принимаем равным 20%, т.е.

x6 = 0,2 ( 5 )

Содержание составляющих шихты определяем в долях целого

= 1 ( xj>0 ) ( 6 )

Критерий оптимизации – стоимость шихты, подлежащий минимизации, запишется в виде

( 7 )

Полученные расчетом двусторонние ограничения по содержанию элементов в шихте сводим к двум односторонним:

 2,8 ( 8 )

 2,97 ( 9 )

 2,0 ( 10 )

 2,35 ( 11 )

 1,0 ( 12 )

 1,38 ( 13 )

 0,25 ( 14 )

 0,07 ( 15 )






Таблица 3.

Изменение содержания элементов при плавке чугуна.

Характеристика плавильных агрегатов

Угар (-) и пригар (+) элементов в % от содержания в шихте

C

Si

Mn

S

P

C

Ni

Cu

Mo.

Ti

I. Вагранка коксовая

А. Кислая: 1) холодное дутьё

2) горячее дутьё

Б. Основная. Горячее дутьё

- +

10–360

-

-

- -

10 –35

- -

10 –18

- -

20 –25

- -

15 –40

- -

20 –30

- -

10 –20

+ +

20-100

+ +

10 –50

- -

20 –50

0

0

-

до 10

- -

15 –30

- -

10 –20

- -

10 –20

-

до 10

-

до 5

-

до 5

-

до 10

-

до 5

-

до 5

-

до 10

-

до 5

-

до 5

- -

20 –50

- -

30 –60

- -

30 –60

II. Вагранка газовая кислая

- -

10 –15

- -

20 –30

- -

25 –35

- -

20 –40

0

- -

25 –45

-

-

-

-

III. Дуговая электропечь

А. Кислая

Б. Основная

- -

5 –10

- -

3 – 5

-

- -

5 – 10

- -

10 –20

- -

10 –15

-

до 30

- -

20 –50

0

-

до 10

- -

15 –30

- -

15 –30

-

до 10

-

до 10

-

до 10

-

до 10

-

до 10

-

до 10

- -

30 –60

- -

30 –60

- -

1,6-6,4

- -

10 –20

- -

10 –20

- -

5 - 10

- -

3,1 –13

- -

5 – 15

- -

7 – 8

- -

5 – 10

- -1,5-33,

- -

10 –20

-

10

-

5

0

0

0

-

0

0

0

-

-

- -

5 – 30

-

12

-

не синтетический

чугун

синтетический чугун

синтетический чугун

синтетический чугун



Раскрываем сокращенные записи (6-15) путём подстановки конкретных значений Сj, Sij, Mnj, Pj, Sj и j из таблицы 2 и добавляя технологические ограничения (2-5) получаем выражение (16), определяющее целевую функцию и систему ограничений (17):

Целевая функция:

Z = 1960х1+1850х2+1800х3+150х4+75х5+780х6+7000х7+13000х8  min ; ( 16 )

Система ограничений:

3,75х1+4,15х2+4,05х3+3,3х4+3,05х5+0,3х6+1,3х7+7х8  2,8

3,75х1+4,15х2+4,05х3+3,3х4+3,05х5+0,3х6+1,3х7+7х8  2,97

3,4х1+1,8х2+1,1х3+2,4х4+1,65х5+0,2х6+19,5х7+2х8  2

3,4х1+1,8х2+1,1х3+2,4х4+1,65х5+0,2х6+19,5х7+2х8  2,35

1,2х1+1,2х2+1,25х3+0,85х4+1,15х5+0,6х6+1х7+77х8  1

1,2х1+1,2х2+1,25х3+0,85х4+1,15х5+0,6х6+1х7+77х8  1,38

0,22х1+0,22х2+0,2х3+0,15х4+0,2х5+0,05х6+0,1х7+0,45х8  0,25 ( 17 )

0,05х1+0,05х2+0,05х3+0,04х4+0,09х5+0,05х6+0,04х7+0,03х8  0,07

1+0х2+1х3+0х4+0х5+0х6+0х7+0х8  0,15

1+0х2+0х3+1х4+0х5+0х6+0х7+0х8  0,1

1+0х2+0х3+0х4+1х5+0х6+0х7+0х8 = 0,27

1+0х2+0х3+0х4+0х5+1х6+0х7+0х8 = 0,2

1+1х2+1х3+1х4+1х5+1х6+1х7+1х8 = 1

где х1, х2, … х8 – неотрицательные числа.

Таким образом, имеем дело с задачей линейного программирования. Для её решения используем разработанную на кафедре ОТСиЛП программу SimP_met , реализующую симплекс метод.

В качестве исходных данных программа запрашивает: 1) имя файла, в котором хранятся исходные данные решения задачи; 2) имя файла, куда должны быть записаны результаты решения задачи.

Для формирования файла исходных систему ограничений (17) преоб-разуем следующим образом: 1) каждое ограничение со знаком “=” заменяем двумя неравенствами со знаками “” и “” соответственно. Причем, значение правой части неравенства после знака “” уменьшаем на некоторую малую величину  , а после знака “” увеличиваем на эту же величину.

С помощью  учитывается компьютерная погрешность вычислений; 2) вначале записываются ограничения со знаком “”, а затем со знаком “

Преобразованная система ограничений имеет вид:

3,75х1+4,15х2+4,05х3+3,3х4+3,05х5+0,3х6+1,3х7+7х8  2,8

3,4х1+1,8х2+1,1х3+2,4х4+1,65х5+0,2х6+19,5х7+2х8  2

1,2х1+1,2х2+1,25х3+0,85х4+1,15х5+0,6х6+1х7+77х8  1

1+0х2+0х3+0х4+1х5+0х6+0х7+0х8  0,26999

1+0х2+0х3+0х4+0х5+1х6+0х7+0х8 0,19999

1+1х2+1х3+1х4+1х5+1х6+1х7+1х8  0,99999

3,75х1+4,15х2+4,05х3+3,3х4+3,05х5+0,3х6+1,3х7+7х8  2,97

3,4х1+1,8х2+1,1х3+2,4х4+1,65х5+0,2х6+19,5х7+2х8  2,35 ( 18 )

1,2х1+1,2х2+1,25х3+0,85х4+1,15х5+0,6х6+1х7+77х8  1,38

0,22х1+0,22х2+0,2х3+0,15х4+0,2х5+0,05х6+0,1х7+0,45х8  0,25

0,05х1+0,05х2+0,05х3+0,04х4+0,09х5++0,05х6+0,04х7+0,03х8  0,07

1+0х2+1х3+0х4+0х5+0х6+0х7+0х8  0,15

1+0х2+0х3+1х4+0х5+0х6+0х7+0х8  0,1

1+0х2+0х3+0х4+1х5+0х6+0х7+0х8  0,27001

1+0х2+0х3+0х4+0х5+1х6+0х7+0х8  0,20001



1+1х2+1х3+1х4+1х5+1х6+1х7+1х8  1,00001

Примечание:

1). В первой строке стоит число, определяющее тип целевой функции (1 соответствует минимизации целевой функции,-1– максимизации)

Во второй строке указано число переменных.

В третьей и четвёртой строках указано число ограничений со знаком “” и “” соответственно.

В пятой-двадцатой строках приведены коэффициенты при неизвестных и правые части (свободные члены ) системы ограничений.

В последней строке – двадцать первой строке приведены коэффициенты целевой функции.

2). В приложении к методическим указаниям приведено содержание файла с результатами работы программы. Текст этого файла состоит из двух разделов: в первом приведены исходные данные для решения задачи, во втором – результаты решения задачи.



^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение электрической схемы и конструкции установки. Ознакомление с основами технологии выплавки стали в индукци

онной печи, с аппаратурой для измерения температуры металла, процессом раскисления и разливки стали.
^ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основное количество электростали выплавляется в электро

дуговых и индукционных печах.

Индукционная тигельная сталеплавильная печь (рис. I) состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого на

ходится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор про

ходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500-1000 кГц),

Ток создает переменный магнитный поток, который пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагревающие металл I до расплавления и необходимых темпе

ратур перегрева. Ток к индуктору подводится от генератора вы

сокой частоты - лампового (лабораторные печи) или машинного (рис. 2). Для компенсации реактивной мощности и поддержания во время плавки коэффициента мощности (cosφ) близким к еди

нице устанавливают конденсаторную батарею. Часть емкости кон

денсаторов (около половины) включена постоянно 5, переменная часть емкости разбита на несколько блоков 4, которые можно подключить в различных сочетаниях и т.о., осуществить настрой

ку на высокий cos(φ) (2).

Индуктор печи выполняется в виде витков из медной труб

ки, по которой циркулирует вода. Он представляет собой первич

ную обмотку, в металле, заменяющем вторичную обмотку, индуци

руется переменный ток, в результате чего выделяется тепло.

Энергия, превращающаяся в металле в тепло, может быть подсчитана по формуле:

Вт, (1)

где I - сила тока в индукторе. А;

n- число витков индуктора;

d - средний диаметр тигля, см;

h - высота металла в тигле, см;

Р - удельное сопротивление шихты. Ом*см;

μ - магнитная проницаемость (для холодного железа р20 = 10-5 Ом·м и μ =100);

f - частота, Гц.
Тигель может быть изготовлен из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупорных материалов» В качестве связки используются борная кислота (3%) или плавико

вый шпат (2%). Футеровка тиглей – набивная. Перед набивкой внутреннюю поверхность индуктора 

обкладывают слоем паронита и асбеста. После окончания набивки футеровку спекают от I до 10 ч. Стойкость кислых тиглей составляет 150-250 плавок, а основных от 10 до 100 плавок (меньшая величина для печей большой емкости). Емкость тиглей от 2 кг до 25 тонн.
Индукционные печи имеют преимущества перед дуговыми:

I. В них отсутствует электрическая дуга, что позволяет вып

лавлять металлы с низким содержанием углерода, газов и ма

лым угаром элементов;

2. Однородность металла по химическому составу и температуре, связанная с его интенсивным электроди

намическим перемешиванием;

Рис. I Индуктор и тигель индукционной печи» I - металл. 2 - каркас. 3 - индуктор. 4 - тигель.

Рис. 2 Электрическая схема индукционной печи. I - генератор, 2 - выключатель, 3 - индуктор, 4 - переменная группа конденсаторов, 5 – постоянная группа конденсаторов.
3.Индукционные печи имеют неболь

шие габаритные размеры, что позволяет помещать их в закрытые камеры, в которых можно создавать любую атмосферу (окисли

тельную, восстановительную, нейтральную), а также вакуум. Однако, эти печи имеют малую стойкость 

футеровки. Шлак в них нагревается теплотой металла и температура его недостаточна для интенсивного протекания металлургических процессов между металлом и шлаком.
Обычно, в индукционных печах выплавляют сталь и сплавы или из легированных отходов методом переплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления. В большинстве случаев печи имеют кислую футеров

ку, Основную футеровку используют для выплавки сталей с вы

соким содержанием марганца, хрома, титана и алюминия.

При выплавке стали методом сплавления, шихту составляют из чистых материалов с минимальным содержанием серы и фос

фора. Химсостав шихты подбирают в соответствии с заданным, т.к. плавка протекает быстро, и полного анализа металла по хо

ду плавки не делают. Необходимое количество ферросплавов (фер

ровольфрам, ферромолибден, феррохром, никель) загружают на дно тигля вместе с остальной шихтой.

Количество ферросплавов на плавку можно рассчитать по формуле:
X=(Cr-Cp)Q100/AB, г (2)

где Cr - средняя концентрация элемента в готовой стали, %,

Ср - концентрация элемента в металле перед вводом леги

рующих, раскислителей, % (задается преподавателем);

Q - вес жидкого металла (загруженного лома);

А - концентрация элемента в ферросплаве;

В - усвояемость при легировании, раскислении (за вычетом угара),%.

После расплавления шихты на поверхность металла загружа

ют шлаковую смесь, которая в случае плавления в кислой печи состоит из 16% молотого стекла, 65% шамота и 25% извести, а при выплавке в основном тигле: из 65% извести, 15% магнезита, 20% плавикового шпата.

По достижению необходимой температуры расплава приступа

ют к легированию и раскислению.

Феррованадий, ферромарганец и ферросилиций присаживают за 5-7 минут до выпуска, алюминий, РЗМ - перед выпуском.

Можно принять, что при раскислении металла ферромарган

цем угар (окисление) марганца составит (10-15%), а при рас

кислении ферросилицием угар кремния составит (15-20%).

Расход алюминия для окончательного раскисления опреде

ляется из расчета, что на практике его расход составляет 200 - 800 г на тонну стали.

Готовую сталь выпускают из печи в разогретый сталеразливоч

ный ковш.

Из ковша сталь разливают по изложницам (сверху или сифоном, по литейным формам или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Продолжительность плавки в индукционной печи емкостью 1т около 45 мин. Расход электроэнергии на 1 т стали составля

ет 600-700 кВт.ч (3),

После остывания металла, отлитые заготовки (слитки) взвешиваются для определения выхода годного. Выход годного может быть посчитан по формуле
Кг = Рг/Рш ·100% (3)
где Рг - вес полученной заготовки (слитка), кг

Рш - вес шихты (вес стального лома и ферросплавов)









Скачать файл (247.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации