2.1.2 Характеристика применяемых сплавов

В цехе применяются две марки чугуна – СЧ30 и СЧ35. Для конструкционных чугунов важнейшим является механические свойства, а определяющим – временное сопротивление при растяжении.

Серый чугун с пластинчатым графитом является наилучшим литейным сплавом. Благодаря высоким литейным свойствам из него можно получать отливки различных размеров, массы и конфигурации без прибылей или с малыми прибылями с наибольшим выходом годного литья.

Технология изготовления отливок из серого чугуна отличается простотой, высокими технико-экономическими показателями, не требует дефицитных материалов и больших энергозатрат.

Структура и свойства серого чугуна определяются процессом графитизации, от которого зависят не только количество и характер графитовых включений, но в значительной степени и структура матрицы. Сравнительная интенсивность влияния элементов на графитизацию характеризуется следующим их расположением:

Si, Al, C, Ti, Ni, Cu, P, Zr | Nb | W, Mn, Cr, V, S, Mg, Ce, Te, B.

Слева от Nb – графитизирующие элементы, способствующие образованию графита и феррита, справа – карбидообразующие элементы (антиграфитизаторы), способствующие образованию карбидов, перлитизации структуры матрицы.

Химический состав, физические и механические свойства чугунов регламентируются ГОСТ 1412-85 и приведены в таблицах 2.4, 2.5 соответственно.

Таблица 2.4 – Химический состав чугуна

Марка чугуна	Массовая доля элементов, %
	углерод	кремний	марганец	фосфор	сера
				не более
СЧ30	3,0-3,2	1,3-1,9	0,7-1,0	0,20	0,12
СЧ35	2,9-3,0	1,2-1,5	0,7-1,1	0,20	0,12

Таблица 2.5 – Характеристика физико-механических свойств чугуна

Свойства	Марка чугуна
	СЧ30	СЧ35
Плотность, кг/м3	7,3·103	7,4·103
Линейная усадка, %	1,3	1,3
Модуль упругости при растяжении, Е·10²МПа	1200-1450	1300-1550
Теплопроводность при 20 ºС, Вт/(м К)	46	42
Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 200 ºС, Дж/(кг·К)	525	545
Коэффициент линейного расширения при температуре от 20 до 200 ºС	10,5·10,0-6	11·10,0-6
Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее	300	350
Твердость НВ, МПа, не более	260	275

Расчет шихтовых материалов.

Для расчета шихты исходными данными служат:

- требуемый химический состав сплава;

- химический состав компонентов металлозавалки;

- угар (пригар) элементов при плавке.

Основные литейные свойства и химический состав сплава СЧ30 приведен в таблице 2.6. по ГОСТ 1412-95

Таблица 2.6 – Литейные свойства и химический состав сплава СЧ30

Марка сплава	Литейные свойства сплава					Массовая доля элементов, %
	плотность, г/см3	линейная усадка сплава, %	температура, 0С		твердость по Бриннелю, НВ	С	Si	Mn	P	S
			плавления	заливки в литейные формы
									не более
СЧ30	7,3	1,3	1150-1260	1260-1400	163-270	3,0-3,2	1,3-1,9	0,7-1,0	0,2	0,12

Шихтовые материалы для плавки черных сплавов состоят из первичных, или свежих, материалов промежуточных сплавов и полупродуктов, поступающих с металлургических заводов; лома и отходов, поступающих с предприятий вторичного черного металла, и возврата собственного производства: литников, сплесков и брака литейного цеха, отходов обрабатывающих цехов.

К первичным, или свежим, шихтовым материалам относятся литейные или передельные чугуны всех марок, ферросплавы, чистые цветные сплавы, лигатуры, модификаторы. Эти материалы, характеризуемые стабильностью химического состава и геометрической формы, являются наиболее дорогой частью шихты.

Полупродукты металлургического производства применяют при плавке чугуна в электропечах вместо стального лома. Стальной лом повышает качество чугуна при электроплавке, путем снижения содержания в нем углерода. Серы и неметаллических включений, но может быть источником случайного попадания в чугун легирующих элементов (Cr, Mn, Si и др.).

Чугунный лом (машиностроительный) по химическому составу мало отличается от выплавляемого в литейных цехах чугуна.

При индукционной плавке можно применять стружку только стабильного химического состава, не окисленную и не содержащую масел, эмульсий и других органических веществ и влаги.

Химический состав шихтовых материалов компонентов для сплава СЧ30 приведен в таблице 2.7.

Таблица 2.7 – Химический состав компонентов шихтовых материалов

Компоненты	Содержание элементов, %
	С	Si	Mn	P	S
Чугун передельный	3,5	3,3	0,5	0,3	0,02
Лом чугунный	3,0	1,6	0,8	0,2	0,1
Лом стальной	0,2	0,3	0,8	0,05	0,05
Возврат	3,4	1,8	0,8	0,2	0,15
Чугунная стружка	3,3	2,1	0,7	0,1	0,09
Стальная стружка	0,3	-	-	-	-

Угар металлов при заливке в индукционной тигельной печи промышленной частоты составляет, %: 10 С; 4 Si; 15 Mn.

Расчетное содержание кремния, марганца, углерода с учетом угара рассчитываем по формуле:

Э_{Ш (2.3)}

где Э_ш – допустимое содержание расчетного элемента;

Э – требуемый состав жидкого чугуна, %;

Δ – угар элементов, %.

Э_С ;

Э_Si ;

Э_Mn .

С учетом шихтовых материалов и химического состава подбираем массу отдельных компонентов металлозавалки. Содержание элементов металлозавалки проверяем расчетом (таблица 2.8).

Таблица 2.8 – Расчет содержания элементов для СЧ30

Компоненты	Масса		Содержание элементов, %
	кг	%	С	Si	Mn	P	S
Чугун передельный	1636200	10	0,35	0,33	0,05	0,03	0,002
Лом чугунный	3272400	20	0,6	0,32	0,16	0,04	0,02
Лом стальной	6544800	40	0,08	0,12	0,32	0,02	0,02
Возврат	3272400	20	0,68	0,36	0,16	0,04	0,03
Чугунная стружка	818100	5	0,165	0,105	0,035	0,005	0,0045
Стальная стружка	818100	5	0,015	-	-	-	-
Итого	16362000	100	1,89	1,235	0,725	0,135	0,0765

Из таблицы видно, что:

– недостаток углерода в выплавляемом чугуне 3,44 – 1,89 = 1,55%, или кг. Недостаток углерода восполняем введением электродного боя с усвоением 80%, кг;

– недостаток кремния в выплавляемом чугуне 1,67 – 1,235 = 0,435 % или кг. Недостаток кремния восполним введением в расплав ферросилиция ФС45 содержание кремния, в котором 45%, кг.

– недостаток марганца в выплавляемом чугуне 1 – 0,725 = 0,275 % или кг. Недостаток марганца восполняем введением ферромарганца ФМн75 содержание марганца, в котором 75%, кг.

Таблица 2.9 – Состав шихты СЧ30

Компоненты	кг
Чугун передельный	1636200
Лом чугунный	3272400
Лом стальной	6544800
Возврат	3272400
Чугунная стружка	818100
Стальная стружка	818100
Электродный бой	317013,75
ФС 45	158166
ФМн 75	59994
Итого	16897174

Металлическая шихта поступает на участок навески со склада навески шихтовых материалов ж/д вагонами (раз в 15 дней) и с помощью электрических кранов подается в расходные закрома.

Набор и взвешивание металлической шихты выполняется специальными мостовыми кранами, оборудованными электромагнитами с изменяющейся подъемной силой и тензометрическими крановыми весами. Набранная навеска подается в бункерные весы для контрольного взвешивания и регистрации расхода шихтовых материалов.

Шихта для индукционных печей взвешивается с помощью таких же крановых весов и загружается в бадью с раскрывающимся днищем, установленную на передаточной тележке. Загруженная бадья мостовым краном подается к электротележке, а электротележкой передается к тигельным индукционным печам. В печи шихта загружается консольными передвижными кранами, которые устанавливают бадью с шихтой над тиглем индукционной печи и раскрывают ее днище.