1 Склад пояснювальної записки

У пояснювальну записку повинні входити такі розділи:

1. завдання;

2. реферат;

3. зміст;

4. вступ;

5. розрахунок шихти для отримання заданої марки сталі, розрахунок головних проектних параметрів дугової печі (робочого простору, футерівки, потужності трансформатору);

6. висновки;

7. перелік посилань.

Завдання видається керівником курсового проекту і розміщується в записці після титульного аркуша. Номер завдання – згідно зі списком студентів або видається керівником.

Реферат відбиває основний зміст курсового проекту. Реферат будується відповідно до СТУ 1-02 за такою схемою: наводяться відомості про обсяг курсового проекту, кількість ілюстрацій, таблиць, джерел; стисло розкривається зміст курсового проекту; наводяться ключові слова (великими літерами).

У змісті наводяться розділи пояснювальної записки і номера сторінок. Він повинен включати всі заголовки, позначені в тексті рубрикаційними індексами і міститися на початку записки, за рефератом.

Висновки пишуться у вигляді окремих пунктів. Наводяться відомості про результати розрахунків, виконаних у пояснювальній записці.

Вихідні данні для виконання курсового проекту наведеня у додатках Г і Д

2 Технологія плавка сталі в дугових печах

2.1.Коротка характеристика ливарної вуглецевої сталі

Сталлю називають сплав на основі заліза зі змістом вуглецю до 2,14%. Найважливішою класифікаційною ознакою сталей є їхній хімічний склад. По хімічному складі сталі підрозділяють на вуглецеві (низьковуглецеві з 0,09-0,20 % С, середньовуглецеві з 0,20-0,45% С, високо вуглецеві - більше 0,5% С) і леговані (сума легуючих елементів у низьколеговаих сталей до 2,5 %; у середньолегованих 2,5-10,0 %; у високолегорованих більше 10,0 %). При визначенні ступеня легування зміст вуглецю в увагу не приймають, марганець і кремній уважаються легуючими елементами при їхньому змісті більше 1% й 0,8% відповідно. При позначенні марок сталі використають наступні позначення хімічних елементів:

Г—Мn М—Мо Д—Си Р—В

С—Si В—W Ю—А1 П—Р

Н—Ni Ф—V Б— Nb А—N

X—Сг Т—Ti К—Со Ц—Zr

Перші цифри в марці стали вказують зміст вуглецю в сотих частках відсотка. Цифра після букви вказує середнє, округлене до 1% зміст легуючого елемента, при цьому одиниця опускається. В окремих випадках може бути зазначене більш точно зміст легуючого елемента. Наприклад, сталь 32Х06Л — містить у середньому 0,32% С и 0,6% Сг. Остання буква Л указує, що сталь ливарна.

Структура сталі менш стійка класифікаційна ознака, тому що залежить від товщини стінки виливка, ступеня легування, режиму термообробки й інших факторів, що змінюються, але структура готового виробу дозволяє об'єктивно оцінювати його якість. Хімічний склад, механічні властивості вуглецевої сталі для виливків (табл.1, 2), а також методи її випробувань регламентуються ДСТ 977-75.

2.2. Плавка сталі в дугових печах

Основну масу сталі в ливарному виробництві виплавляють у дугових печах. У сталеливарних цехах найчастіше застосовують печі ДС-5МТ, ДСП-6, рідше ДСП-3 і ДСП-12; для великих виливків використають печі ДСП-25, ДСП-50. Всі дугові печі є агрегатами періодичної дії. У ливарних цехах крупносерійного конвеєрного виробництва встановлюють велика кількість печей з відносно невеликою масою садки. При цьому три-чотири печі забезпечують металом один конвеєр.

По способі завантаження дугові печі бувають двох типів: - з викатною ванною й з поворотним зводом. Ванну печі звільняють від зводу й зверху за допомогою спеціальної бадді в неї завантажують шихту. Шихта містить 55-65% сталевого лома, 37-40 % повернення, 2-3 % передільного чавуну.

Таблиця 1

Зміст основних елементів і механічні властивості

вуглецевих сталей (ДСТ 977-75)

Марка сталі	Масова частка элемента, %		Границя текучості, σ0,2	Тимчасовий опір σв	Відносне подовження δ	Відносне е звуження ψ	Ударна в'язкість, кДж/м2
	C	Mn	МПа		%
15Л	0,12-0,20	0.30-0,90	200	400	24	35	500
20Л	0,17-0,25	0,35-0,90	220	420	22	35	500
25Л	0,22-0,30	0,35-0,90	240	450	19	30	400
30Л	0,27-0,35	0,40-0,90	260	480	17	30	350
35Л	0,32-0,40	0,40-0,90	280	500	15	25	350
40Л	0,37-0,45	0,40-0,90	300	530	14	25	300
45Л	0,42-0,50	0,40-0,90	320	550	12	20	300
50Л	0,47-0,50	0,40-0,90	340	580	11	20	250
55Л	0,52-0,60	0,40-0,90	350	600	10	18	250

Примітки: 1. Масова частка Si 0,2—0,52%. 2. Механічні властивості зазначені після нормалізації або після нормалізації з відпусткою.

Таблиця 2

Залежність змісту сірки й фосфору в вуглецевих

сталях від групи якості виливків

Група якості	Масова частка елементів,%
	S	P
I (загального призначення)	0,05/0,06	0,05/0,06
II (відповідального призначення)	0,045/0,06	0,04/0,06
III (особливо відповідального призначення)	0,045/0,05	0,04/0,05

Примітка. У чисельнику наведені дані, отримані при основному процесі плавки, у знаменнику - при кислому.

Рекомендації із застосування вуглецевих сталей наведені в табл.3

Розрізняють основний і кислий процеси. Основний процес дозволяє видаляти з металу сірку й фосфор і робити дифузійне розкислення під так називаними білими шлаками, тобто добре розкисленими шлаками, що не містить окислів заліза.

У дугових печах з основний футеровкой одержують близько 35 % всієї сталі, виплавлюваної в електропечах для фасонного лиття, з них: 20 % доводиться на частку високо марганецвмісних сталей; 5 % - на частку високохромистих і хромонікелевих сталей; інші 10 % - на відповідальні марки вуглецевих і низьколегованих сталей.

Плавку сталі при основному процесі ведуть або з окислюванням домішок, або методом переплаву, тобто без окислювання.

Плавка стали з окислюванням домішок. Шихту становлять таким чином, що б після розплавлювання зміст вуглецю було на 0,2-0,3 % вище верхньої межі для даної марки стали. У завалку дають 3 % вапна й 2 % залізної руди, які відразу ж після розплавлювання утворять дефосфорирующий шлаки, тому що реакції (11.17)-(11.19) вимагають наявності FeO у шлаку й протікають при порівняно низьких температурах. Зміст фосфору в шлаку значно збільшується: уже після розплавлювання воно становить у перерахуванні на Р₂О₆ 1,5 %. Ці шлаки видаляють й у піч знову дають вапно й руду. Починається окислювання по реакціях (2.1)—(2.3).

, (2.1)

, (2.2)

, (2.3)

Пухирці спінюють шлаки, що бажано безупинно видаляти через поріг робочого вікна. У початковий період окислювання триває дефосфорація, тому шлаки окисного періоду знову скачують. Скачуваваємі шлаки окисного періоду звичайно містить 40-50% СаО, 10-25% SiO₂, 12-15% FeO, 4-10% MgO, 5-10% MnO, 2-4% A1₂O₃, 0,5-2% P₂O₅. Для інтенсифікації окислювання іноді роблять продувку рідкого металу киснем під тиском біля 1МПа. Кисень уводять через трубу діаметром 15-25 мм, що зовні захищена шамотними трубками, надягнутими на сталеві. Швидкість вигоряння вуглецю збільшується від 0,3-0,6 %/година при рудному процесі до 1,5 %/година при продувці киснем.

Відбудовний період включає десульфурацию, доведення температури й складу сталі до заданих значень і розкислення. Для десульфурациї в піч знову вводять вапно, і протікають реакції (2.4), (2.5)

, (2.4)

, (2.5)

Шлакоутворююча суміш, крім вапна, містить плавиковий шпат і пісок (або бій шамоту). Загальна кількість суміші 3-5% від маси металу.

Таблиця 3

Характеристика й область застосування вуглицевих сталей

15Л	Корозійна стійкість низька, рідкоплинність задовільна, не схильна до утворення тріщин, добре зварюється, але після зварювання потрібно отжиг	Для нескладних виливків і зварювально-литих конструкцій
20Л	Те ж	Для нескладних масивних виливків (кришки, патрубки, фланці), що працюють при температурі -40÷+450 0С під тиском
25Л	Те ж	Для станин прокатних станів, шківів, деталей турбін, корпусів підшипників
30Л	Те ж	Для станин прокатних станів, корпусів й обойм турбомашин, баланстров, важелів, корпусів черв'ячних редукторів, муфт
35Л	Корозійна стійкість низька, рідкоплинність задовільна, не схильна до утворення холодних і гарячих тріщин, хорощо зварюється	Для шестірень, шайб, коліс й інших деталей, що працюють при вібраційному й ударному навантаженнях
40Л	Те ж	Для відповідальних деталей, до яких висувають підвищені вимоги по міцності й зносостійкості (зубчасті вінці й колеса, гальмові диски, катки)
50Л	Корозійна стійкість низька, рідкоплинність задовільна	Те ж
	Те ж	Для муфт прокатних станів, барабанів, зубчастих вінців

Після розплавлювання шлаків його раскисляют меленим феросіліцієм у суміші з коксом. Кількість смеси 10 кг/т у пропорції 1:1. Після розкислення шлаки стає білим, називаним так тому, що після остигання на повітрі він розсипається в білий порошок.

У складі шлаків (табл.4) значно знижується зміст окислів заліза, тому що вони відновлюються вуглецем і кремнієм:

, (2.6)

, (2.7)

Рівновага реакції порушується, закис заліза переходить із металу в шлаки, розкислення якого періодично повторюється.

Відновлюються також й окисли марганцю

, (2.8)

, (2.9)

Таблиця 4

Хімічний склад білого й карбідного шлаків,%

Шлак	CaO	SiO2	FeO	MnO	MgO	Al2O3	CaF2	CaS	CaC2
Білий	60-65	14-16	До 1,5	До 0,6	10-12	2,5-4,0	5-10	До 1,5	-
Карбідний	65-66	7-8	До 0,5	До 0,1	13-14	2,0-3,0	8-12	2-3	2-5

Під час відбудовного періоду сталь доводять до заданого хімічного складу. Тривалість відбудовного періоду 30-60 хв. По його закінченні сталь випускають із печі й раскисляют алюмінієм. Випуск металу можна здійснювати разом зі шлаками. При цьому за рахунок перемішування металу й шлаків протікає додаткова десульфурация. За даними роботи, у такий спосіб можна знизити зміст сірки на 50 %.

Однієї з різновидів білих шлаків є карбідний (табл.4), що утвориться при деякому надлишку коксу. Для створення цих шлаків після скачивания окисних шлаків наводять вапняні шлаки (80 % СаО и 20% CaF₂) у кількості 3—4 % від маси металу, потім дають на шлаки мелений кокс у кількості 0,6—0,8 % від маси металу. Його рівномірно розсипають по всій поверхні, пекти герметизируют і включають дугові розряди, у зоні дії яких при високій температурі протікає реакція утворення карбіду кальцію

, (2.10)

Розкислення йде вже двома шляхами, тобто під білими шлаками по реакціях (2.6), (2.9) і за рахунок карбіду кальцію:

, (2.11)

, (2.12)

Видалення сірки досягається в результаті протікання реакцій:

, (2.13)

, (2.14)

Плавка під карбідними шлаками виробляється рідко й, в основному, для одержання высокоуглеродистой і легованої інструментальної сталі.