1.2.1. Расчет шихты

Расчет шихты производится для определения количества тех или иных шихтовых материалов, которые необходимы для получения заданного состава сплава с минимальным содержанием примесей. Задачей расчета шихты является определение массовой доли каждого из компонентов шихты. Необходимо учитывать, что в ходе плавки происходит изменение концентрации каждого из элементов, входящего в состав сплава. Происходит угар или пригар элемента. Эти изменения необходимо учесть на первой стадии расчета, определяя химический состав шихты. При плавке цветных сплавов наблюдается только угар элементов. Величину угара определяют по результатам производственных плавок. Если таких данных еще нет, то можно воспользоваться справочными данными. В табл. 4 приведены величины угара различных металлов

Таблица 4

Средний угар (% по массе) элементов при плавке цветных сплавов

Элемент	Компактная шихта		Мелкая шихта
	Тигельные печи	Отражатель-ные печи	Тигельные печи	Отражатель-ные печи
Al Be B V Fe Ca Si Mg Mn Cu Ni Sn Ti Cr Ce Zr Zn	0,5-1,0 2,0-3,0 2,0-3,0 0,5-1,0 0,5-1,0 1,0-2,0 0,5-1,5 2,0-3,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 1,0-3,0	2,0-3,0 5,0-7,0 3,0-5,0 1,0-2,0 0,5-1,0 2,0-3,0 2,0-5,0 3,0-5,0 2,0-5,0 1,0-2,0 0,5-1,5 0,5-1,5 2,0-5,0 1,0-2,0 1,0-2,0 3,0-5,0 2,0-4,0	1,0-2,0 3,0-5,0 3,0-5,0 1,0-2,0 0,5-1,0 2,0-3,0 0,5-1,0 3,0-5,0 1,0-2,0 1,0-2,0 0,5-1,0 0,5-1,0 1,0-2,0 2,0-3,0 1,0-2,0 3,0-5,0 2,0-3,0	3,0-5,0 5,0-10,0 5,0-10,0 2,0-3,0 0,5-1,0 3,0-5,0 5,0-10,0 3,0-10,0 5,0-10,0 2,0-3,0 0,5-1,0 1,0-2,0 5,0-10,0 4,0-5,0 2,0-3,0 5,0-10,0 3,0-5,0

Как видно из таблиц угар существенно зависит от типа плавильного устройства и состояния шихты.

В задачу расчета обычно включается и оптимизация шихты по стоимости.

Перед началом работы необходимо иметь следующие данные:

1. химический состав приготовляемого сплава и особые требования, предъявляемые к сплаву по содержанию основных компонентов и примесей;

2. характеристику материалов, имеющихся на складе шихтовых материалов (количество, состав, состояние);

3. величину угара элементов, входящих в состав сплава;

4. требуемое количество расплава.

1.2.2. Пример аналитического расчета шихты

В настоящее время на большинстве предприятий имеются программы для расчета шихты с помощью ЭВМ. Для того чтобы понять сущность расчета, рассмотрим последовательность действий на примере «ручного» аналитического расчета шихты для приготовления сплава МЛ5он в индукционной тигельной печи.

Пусть на складе имеются в наличии следующие шихтовые материалы:

1. магний марки Mг90 в чушках, ГОСТ 804-62;

2. алюминии А85, ГОСТ 11069-64;

3. цинк Ц1, ГОСТ 3640-65;

4. лигатура Al-Mg-Мn, содержащая 67 % Al, 22 % Mg, 11 % Мn;

5. вторичный сплав MЛ5 состава: 8,3 % Al, 0,4 % Zn, 0,32 % Мn, ост. Mg;

6. возврат в виде крупных литников и прибылей состава: 8,6 % Аl, 0,3 % Zn, 0,32 % Мn, ост. Mg;

7. переплав стружки состава: 10,8 % Аl , 0,5 % Zn, 0,28 % Mn, ост. Mg;

8. лигатура Al-Be, в которой содержится 4% Be.

Расчет ведется в следующей последовательности. Сначала необходимо установить расчетный состав шихты. Для некоторых сплавов есть рекомендации по содержанию легирующих добавок (на верхнем уровне или на нижнем уровне), в зависимости от требований, предъявляемых к отливке. Если нет таких особых указаний по содержанию легирующих элементов и ограничений по примесям, то выбирается средний состав в пределах, установленных ГОСТом, с учетом угара, как это показано в табл. 5. Остаточное содержание магния здесь проставлено без учета примесей.

Таблица 5

Выбор расчетного состава шихты (%, по массе) для плавки сплава МЛ5_он

Состав	Al	Mn	Zn	Be*	Mg	Приме-сей не более
Химичес-кий состав по ГОСТ 2856-79	7,5-9,0	0,15-0,50	0,2-0,8	до 0,002	Ост.	0,7
Средний состав	8,25	0,325	0,5	0,002	90,923	0,7
Угар элементов	2,0	10,0	2,0	-	5	-
Расчет-ный состав	8,41	0,36	0,51	0,002	95,47	0,7

*Бериллий вводится в сплав для уменьшения окисления сплава при плавке.

Расчет будем вести на 100 кг готового сплава. При необходимости данные такого расчета можно легко перевести на любую массу сплава. Результаты расчета заносим в таблицу в виде баланса шихтовых материалов (табл. 6).

Обычно в шихту при плавке цветных сплавов допускается вводить не более 80 % вторичных сплавов и отходов. Так как в выплавляемом сплаве допускается довольно высокое содержание примесей (до 0,7 %), то и мы можем использовать максимальное количество собственных отходов. В нашем примере допускаем 70 % данных материалов: 40 % вторичного сплава; 17 % возврата в виде крупных литников и прибылей и 11 % переплава стружки (пропорционально их наличию на складе).

По известному химическому составу этих компонентов шихты определяем путем решения простых пропорций, какое количество магния, алюминия и др. элементов будет внесено с ними и полученные данные заносим в табл. 6. В качестве примера определим внесенное количество алюминия:

в 40 кг вторичного сплава (8,3 % Al) содержится

кг Al;

в литниках кг Al;

в стружке кг Al.

Аналогичные данные получаем по содержанию марганца, магния и цинка. Принимаем, что бериллия в них не содержится, он выгорел в ходе предыдущих плавок. После заполнения этих трех строк видим, что необходимо дополнительно ввести бериллий, марганец, цинк, алюминий и магний.

Дальнейший расчет всегда начинается с компонентов, вводимых в сплав в виде лигатур и содержащихся в наименьших количествах. В нашем примере это бериллий и марганец.

Определяем потребное количество лигатуры Al- Be (4 % Be):

кг.

Вместе с шихтой в сплав вносится 0,05 – 0,02 = 0,048 кг Al. Переходим к определению нужного количества лигатуры, содержащей марганец. В шихте должно быть 0,36 кг Мn. Уже внесли в шихту 0,22 кг, осталось добавить с лигатурой 0,36 - 0,22 = 0,14 кг. Потребное количество лигатуры Al-Mg составит:

кг.

Вместе с марганцем из лигатуры в шихту добавится:

алюминия кг,

магния кг.

Недостающее количество магния, алюминия и цинка вводим в виде чистых металлов. Так расчетное содержание цинка в сплаве (табл. 5) составляет 0,51 кг. Уже внесено с вторичными сплавами, отходами и стружкой 0,27 кг. Таким образом, надо добавить 0,51 – 0,27 = 0,24 чистого цинка Ц1.

Аналогично определяем количество алюминия и магния.

Если используются вторичные сплавы с повышенным содержанием примесей, то необходимо подсчитать их количество и сравнить с допустимым.

Таблица 6

Баланс шихтовых материалов на 100 кг сплава Мл5

Компонен-ты шихты	Кол-во шихты, кг	Компоненты сплава, кг
		Mg	Al	Mn	Zn	Be
Лигатура Al- Be	0,05	-	0,048	-	-	0,002
Лигатура Al-Mg-Mn	1,27	0,28	0,85	0,14	-	-
Вторичный сплав Мл5	40,00	36,38	3,32	0,14	0,16	-
Литники	17,00	15,44	1,46	0,05	0,05	-
Стружка	11,00	9,72	1,19	0,03	0,06	-
Магний Мг90	33,65	33,65	-	-	-	-
Алюминий А85	1,5	-	1,5	-	-	-
Цинк Ц1	0,24	-	-	-	0,24	-
Итого	104,71	95,47	8,41	0,36	0,51	0,002

Для проверки правильности расчета необходимо просчитать сумму компонентов шихты (по вертикали) и сумму компонентов сплава (по горизонтали). Они должны быть одинаковыми.