Технологія виготовлення литих заготовок

Вихідні матеріали для плавлення сталі в електричних печах такі: стальний брухт, чавун, залізна руда, флюси, розкислювачі і феросплави.

Основний вид сировини – це брухт вуглецевих і легованих  сталей. Чавун становить 5-10% усієї  шихти. Залізну руду використовують обмежено – для окислення домішок у металі. Як флюс в основних печах  застосовується свіжо випалене вапно, а в кислих – кварцовий пісок. Розкислювачі і феросплави застосовують такі самі, як і при мартенівському плавленні сталі.

Застосовують два типи сталеплавильних  електропечей: дугові і індукційні високої частоти.

Оскільки виливки, виплавлені в електродуговій печі характеризуються тонкостінністю і їх використовують у відповідальних випадках, тому вибираємо  саме електродугову піч.

Піч має зварний сталевий кожух, футерований вогнетривкою цеглою 7. Набивний під і футеровані бокові стінки утворюють робочий простір. Верхня частина печі перекрита зйомним зводом 3. Завантаження шихти і скачування шлаку проходить через вікно 1 [4].Від спеціального пічного трасформатора до трьох  електротримачів 5 підводиться електричний струм. При проходженні його по електродах між ними і металом виникають електричні дуги з дуже високою температурою 4000-5000ºС. Тепло, яке виділяється при цьому використовується для розплавлення і перегріву сплаву. За допомогою механізму 4 електротримачі разом з електродами переміщаються по вертикалі забезпечуючи можливість регулювання величини дуги. Механізм накалу 6 дозволяє проводити плавний нахил печі в сторону зливного жолоба 2 і завантажувального вікна для завантажування шихти і скачування шлаку.

Найбільшого розповсюдження отримала виплавка сталі в печах  з кислою футеровкою за рахунок меншої тривалості процесу плавки, більшої  стійкості футеровки і меншого  розходу електроенергії [6].

Оскільки маса виливки складає 6,6 кг, а кількість 5 штук, то продуктивність печі складатиме 33 кг, тому параметри печі наступні:

• Фактична ємність 40 кг;
• Потужність струму трансформатора 2500 кВ;
• Висота порогу робочого вікна 945 мм;
• Глибина ванни 530 мм;
• Діаметр ванни 2150 мм;
• Діаметр графітизованих електродів 250 мм.

     Процес  плавлення в електродугових печах  ведуть з окисленням і без  нього . Плавку з окисленням, більш  складну аніж без окислення,  проводять при використанні забрудненого  домішками фосфору і інших  елементів сталевого лому.

         Для плавлення без окислення  використовують якісну шихту  і вона зводиться до простого  переплаву металу.

         При плавленні з окисленням  використовують шихту, яка складається  з 90% сталевого лому 10% переробного  чавуну, щоб після розплавлення вміст вуглецю був на 40-60% більший аніж в готовій сталі. Це необхідно для забезпечення інтенсивного кипіння ванни рідкої сталі. Шихту завантажують в піч в певній послідовності: спочатку на під подають дрібну шихту й подріблену стружку, потім ближче до центру під електроди- грубі куски, і на грубі куски кладуть середні і зверху насипають подріблену стружку.

       Технологія  плавлення сталі в основних  електродугових печах схожа з  технологією плавлення в мартенівських  печах. Розрізняють процеси: розкислення, легування і знесіркування сталі.

       Технологічний  процес складається з наступних  періодів: заправка печі, завантажування  шихти (при піднятих електродах), плавлення, окислення (кипіння  ванни) і відновлювання (розкислення  і доведення сталі до потрібного хімічного складу).

       Після  завантажування печі електроди  опускають до поверхні шихти  і для полегшення запалювання  дуг підкладають під них 2-3 великих шматки коксу, потім  вмикають струм.

        Окислюваний період характеризується  видаленням фосфору в шлак, деяким окисленням сірки і марганцю, вуглецю. Умовами для видалення фосфору в шлак являється достатній вміст в ньому CaO (40-50%) і значна концентрація FeO (до 20%). Видалення фосфору починається зразу після розплавлення шихти. Через певний час первинний шлак частково виводять і вводять новий, періодично додаючи руду. Після часткового видалення шлаку проводять окислення вуглецю шляхом періодичної присадки кускової прогартованої руди, що викликає кипіння ванни.

         В відновлюваний період, найбільш відповідальний, сталь розкислюють і доводять до потрібного хімічного складу і температури.

         Розкислення проводять після  видалення окислюваного шлаку  і введення білого шлаку. Розкислювана  суміш яку вводять в шлак  складається з феросіліцію і подрібненого коксу. Під цим шлаком ванну витримують потім вводять феросиліцій і феромарганець. Для додаткового розкислення сталі вводять алюміній із розрахунку 0,5-1,5 кг на тону металу.

        При виплавці легованих сталей  необхідні елементи вводять в наступному порядку: нікель і вольфрам – з шихтою; хром – на початку відновлюваного періоду; титан –за 2-3 хвилини до випуску сталі з печі чи безпосередньо в ківш.

        Плавлення сталі в індукційних  електропечах ведуть методом  переплавлення тільки чистих, ретельно добраних шихтових матеріалів. Склад шихти визначають залежно від потрібного складу виплавлавлюваного металу, оскільки плавка відбувається так швидко, що перевірити склад після розплавлення дуже важко, а скорегувати його добавками майже неможливо. Під час розплавлення шихти на поверхню металу періодично додають шлакову суміш, а після розплавлення шлак видаляють і наводять новий такого самого складу. Попередньо розкисляють сталь, вводячи у ванну кускові розкислювачі. Іноді для цього в шлакову суміш вводять мелений кокс, феросиліцій і алюміній. Остаточно сталь розкисляють алюмінієм при випусканні з печі.

        Індукційні електропечі високої  частоти найбільш раціонально  використовувати для плавлення  високолегованих сталей – нержавіючих,  жароміцних, жаростійких тощо. У цих печах можна вести плавку сталі під вакуумом, що важко здійснити в дугових електропечах.

        Показники роботи електричних  печей – це продуктивність, витрата  електроенергії і собівартість  продукції, вони залежать від  конструкції, потужності і строку служби печі, а також від асортименту виплавлюваних сталей, ступеня механізації і автоматизації процесів та інших факторів. Продуктивність основних дугових печей на 100 кВт потужності трансформатора становить близько 13 т на добу, витрата електроенергії – близько 2,5*10³ Дж/т (700 кВт*год/т). Продуктивність і витрата електроенергії в кислих печах відповідно становлять до 20 т і 2*10³ - 2,2*10³ Дж/т (500 – 600 кВт*год/т). Продуктивність індукційних печей на 1000 кВт установленої потужності становить приблизно 40т, а витрата електроенергії в них на 10% вища, ніж у дугових печах.                           

 

 

 

 

 

 

 

7.Графічний  метод розрахунку шихти 

     Якщо на  складі цеху є декілька різних  шихтових матеріалів, з яких може  бути скомпонована шихта, то відповідь на питання – можна чи ні з цих матеріалів скласти таку шихту – легко одержати, побудувавши многокутник шихти.

      Якщо  нас цікавить можливість компонувати  шихти, з даних матеріалів  за Si i Mn, роблять так: на полі яке утворене системою із двох координат , відкладемо для кожного із чавунів значення кремнію по ординаті, а марганцю – по абсцисі (або навпаки). В результаті на полі з’являться стільки нанесених точок, скільки було матеріалів. З’єднуємо тепер усі ці точки відрізками прямих. Далі нанесемо на поле ще одну точку, яка відповідає кількості кремнію і марганцю в готовому литві (обов’язково враховуємо вигорання). Якщо ця точка буде поза многокутником, то скласти шихту з даних матеріалів неможливо. Якщо точка з координатами готового литва буде зліва від контура многокутника, то шихта за кремнієм може бути складена, але марганцю буде надмірно, якщо точка буде зправа від контура многокутника, то наявні матеріали не можуть забезпечити литва відповідальною кількістю марганцю. Якщо точка буде під контуром, то за марганцем шихту можна скомпонувати,хоча кремнію буде надміру. У тому випадку, коли точка буде над контуром не можна скомпонувати із-за недостачі Si.

       Метод  многокутника дозволяє вирішити  і друге питання: якщо скласти  шихту з цих наявних матеріалів можливо, то яким саме матеріалом можна обмежитись при складанні шихти. Для цього окремі точки многокутника з’єднують між собою так, щоб задана точка залишилась всередині замкнутої фігури з меншим числом сторін і кутів.

       Аналогічну перевірку можна зробити по будь-якій парі литва, наприклад по Si і S, по S і P.

         Отже на складі є такі шихтові  матеріали:

 

 

п/п	Шихтові матеріали	Si, %	Mn,%
1	Переробний чавун	0,8	2,2
2	Сталевий лом	0,2	0,5
3	Ливники і скрап	0,4	0,3
4	Феросплав, ФС – 2	9	3

 

Потрібно виявити, чи можна з цих матеріалів скомпонувати шихту для литва складу:

Si=0,42%                        Mn=0,6%

Щоб забезпечити у  відливах Si 0,42% потрібно в шихту ввести, враховуючи його вигоряння 10% таку його кількість:

Si=0,42/0,9=0,46% ;

і марганцю, враховуючи вигорання 15% :

Mn=0,6/0,85=0,70%.

Будуємо многокутник шихтових матеріалів і наносимо на поле точку з координатами, які відповідають вимогам щодо кількості Si i Mn.(рис.7)

Побудова многокутника показує, що для компонування шихти нема необхідності користуватися всіма вихідними матеріалами, а можна обмежитись, наприклад, матеріалами № 1, 4, 2 – це значить переробним чавуном, феросиліцієм ФС – 2 , сталевим ломом, ливниками.

В таких випадках керуються  економічними міркуваннями і вибирають шихту з таким розрахунком, щоб загальна вартість вибраних компонентів її була мінімальною.

З огляду на економічні міркування вибираємо шихту, яка складається  з переробного чавуну, сталевого  лому і ливників.

Користуючись графічним  методом шиту розраховують за кремнієм і за марганцем, або за кремнієм і сіркою,а допустиму кількість інших елементів знаходять перевіреним розрахунком.

Розрахунок шихти методом  трикутника виконується таким способом:

По осі ординат відкладають відсотковий вміст кремнію в кожному з трьох складових, а по осі абсцис – вміст марганцю (або сірки)точки, що є координатами кожної складової по Si i Mn з’єднують прямими, утворюючи трикутник. Далі таким же способом відкладають координатну точку для готового литва (обов’язково з врахуванням вигорання), яка повинна бути всередині трикутника.

При виході точки за межі трикутника скласти шихту з даних  матеріалів неможливо.

Після цього з усіх трьох вершин трикутника через координатну  точку готового литва проводять  прямі по перетину з протилежною стороною трикутника. Далі необхідно вибрати довільну шкалу MN, розділити її на 100 рівних частин і з кінців цієї шкали (з точок M i N ) провести вверх і вниз під будь-яким кутом шкали дві прямі, причому вони повинні бути взаємно паралельними.

На лінії Mm з точки M відкладаємо величину відрізка Ox, а на лінії Mn з точки N – величину відрізка OX, одержані точки X i x з’єднуємо прямою.

Остання перетинає шкалу  в точці, числове значення якої по шкалі MN вкаже відсоток сплаву, в якому кількість кремнію і марганцю показано точкою x.

З цих же точок M i N проводимо на тих же прямих Mm i Nn відрізки Oy i OY, а потім відрізки Ox i OX таким чином одержуємо по шкалі кількість двох інших складових у відсотках.

Отже потрібно розрахувати  шихту для виливки такого хімічного складу : Mn=0,6% і Si=0,4%.

На складі є такі шихтові  матеріали:

 

Матеріали	Si, %	Mn, %	Кількість в  шихті, %
Чавун переробний	0,8	2,2	X
Сталевий лом	0,2	0,5	Y
Ливники і скрап	0,4	0,3	Z

 

 

 

По осі ординат відкладаємо  кількість кремнію, а по осі абсцис кількість марганцю для всіх складових шихти і знаходимо кординатні точки для них: X, Y, Z (рис 7.1). Точки X, Y, Z з’єднуємо прямими, утворюючи трикутник XYZ.

Далі знаходимо необхідну  кількість в шихті кремнію, враховуєчи можливе вигорання його в розмірі 10 %.

Si=0,4/0,9=0,44%

Також знаходимо кількість  марганцю з урахуванням вигорання  його в розмірі 15%:

Mn=0,6/0,85=0,7%.

Знаходимо координатну точку О  для готового литва. З точки X, Y i Z проводимо прямі через точку О до перетину з протилежними сторонами трикутника.

Відрізки OX, OY,OZ відкладаємо з точки N по лінії Nn, а відрізки Ox, Oy, Oz – з точки М по лінії Mm. Відповідно точки на кінцях цих відрізків з’єднуємо прямими, які перетнуть шкалу в точках 17, 34 і 49.

Очевидно ,що задану шихту можна скласти з вказаних трьох складових у такій пропорції:

переробний чавун X=17%

сталевий брухт      Y=34%

ливники і скрап      Z=49%

Перевірка за кремнієм:

Si=17*0,8+34*0,2+49*0,4/100=0,4%.

Перевірка за марганцем:

Mn=17*2,2+34*0,5+49*0,3/100=0,7%.

Розрахунки показали, що шихту можна скомпонувати з  переробкою чавуну – 17%, сталевого брухту – 34%, ливників і скрапу іншого хімічного  складу – 49%.

 

 

 

 

 

8. Аналітичний  метод  розрахунку шихти.

Аналітичний метод розрахунку шихти полягає у складанні  рівнянь, найдавнішими яких є проценти складових, з яких передбачається скласти шихту.

Кількість рівнянь при  цьому повинна дорівнювати числу  невідомих, бо в іншому випадку систему  рівнянь не можна буде розв’язати. У тих випадках, коли число складових  шихти більше трьох, система рівнянь стає громіздкою і  вимагає для розв’язання багато розрахунків.