4 Расчеты состава шихты и основных размеров вагранки

4.1 Исходные данные для расчета

Рассчитать шихту для выплавки серого чугуна марки СЧ25 в вагранке с кислой футеровкой производительностью 11 т/ч (D=1,35 м). Вагранка с копильником. Расчет вести на металлозавалку. Угар кремния – 13%, марганца – 15% и пригар серы 40%. Расход кокса – 11%, возврата – 20%. Кокс содержит 85% С. Чугун предназначен для тракторных отливок со средней толщиной стенки отливки 70мм. Структура перлит + феррит. Феррита не более 10%.

4.2 Расчет шихты для выплавки чугуна

4.2.1 Расчет массы топливной и металлической колоши

Размер рабочей коксовой колоши необходимо подбирать не по массе, а по объему. Опытом работы на вагранке установлено, что оптимальной толщиной слоя коксовой калоши является высота в 150-200 мм. Зная высоту рабочей коксовой колоши и площадь сечения вагранки, можно определить объем коксовой колоши, а по объему ее массу, считая, что в 1 помещается 450 кг кокса.

Объем коксовой калоши равен:

V

(4.1)

где V – объем коксовой калоши;

D – площадь сечения вагранки;

h – высота коксовой колоши.

м³.

Отсюда масса коксовой колоши равна:

кг;

;

(4.2)

кг.

Расход кокса в рабочих топливных калошах принято считать по отношению к металлозавалке. Если мы говорим, что расход кокса в вагранке составляет 10%, то это значит, что масса кокса составляет 10% от массы металлозавалки. По массе рабочей топливной калоши легко определить массу металлозавалки.

m ;

(4.3)

где m - масса металлозавалки;

m - масса коксовой калоши;

P - расход кокса.

кг.

Расход кокса находится в зависимости от характера литья. Для отливок, не требующих горячего металла, можно увеличить массу металлозавалки, что приведет к снижению расхода кокса. Для получения горячего металла уменьшают металлозавалки, оставляя расход кокса неизменным, что приводит к увеличению расхода кокса.

4.2.2 Выбор химического состава жидкого чугуна

Сперва назначаем содержание углерода (С=3,2%). Потом по уравнению определяем содержание Si. Уравнение содержит две неизвестные величины - A и количество связанного углерода (%C ). Значение A выбираем по таблице 1.1 [2]. При толщине стенки отливки 40 мм A_т=4,45. Количество связанного углерода определяем по уравнению 1.2 [2]. Значение предела прочности при растяжении назначаем по таблице 5.6 [2] в зависимости от толщины стенки отливки. Для отливки с толщиной стенки 30мм [3].

Подставим все известные величины в эти формулы, получим требуемое содержание кремния в жидком чугуне:

;

(4.4)

где C - количество связанного углерода;

С_ж.ч. – количество углерода в жидком чугуне;

– удельное значение прочности.

;

%Si= ;

(4.5)

где %Si – процентное содержание кремния;

К = 0.9…1.0 – для серого феррито-перлитного чугуна.

.

Содержание Mn, S, P принимаем по таблице 5.5 [2]. Принятый к расчету химический состав приведен в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Химический состав чугуна принятый к расчету

Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор	Сера
3,2	1,71	0,7	<0,2	<0,15

4.2.3 Расчет состава шихты

Жидкий чугун содержит 3,2% углерода, а для определения содержания углерода в шихте воспользуемся формулой 5.1 [2], тогда:

C ;

(4.6)

.

Получить марку СЧ25 можно, если шихта будет содержать 25-35% стального лома. Содержание стального лома можно принять равным 30%, а затем уточнить в процессе плавки. Или рассчитать, исходя из следующих соображений. Если принять среднее содержание углерода в стали равное 0,3%, а чугунной части шихты – 3,3%, то количество стального лома (х) в шихте составит (расчет ведем по углероду):

.

(4.7)

где C – содержание углерода в стальном ломе;

C – содержание углерода в чугунном ломе;

;

0,3х+330 3,3х=280;

3х=50;

x =16,67%.

Содержание Si, Mn в шихте посчитаем по формуле:

.

(4.8)

где - содержание элементов в жидком чугуне;

- угар элемента в процентах.

%;

Mn_шх= .

Содержание серы в шихте можно определить по формуле:

S .

(4.9)

где S - содержание серы в жидком чугуне;

S - содержание серы в коксе.

.

Подсчитав средний химический состав металлической завалки, можно перейти к расчету отдельных составляющих.

Зная количество стального лома (30%), возврата (20%) и задавшись количеством покупного чугунного лома (15%), можно определить количество чушкового чугуна в металлозавалке (35%).

Зная количество кремния в шихте (1,97%), можно определить, среднее содержание кремния в чушковом чугуне, для чего составляем уравнение по кремнию:

.

(4.9.1)

где Si ,Si , Si , Si - содержание кремния в стальном ломе; возврате, чугунном ломе, литейном чугуне и шихте;

– содержание стального лома, возврата, чугунного лома и литейного чугуна;

x - содержание кремния в чушковом чугуне.

;

35х =111,8;

х=3,19%.

Зная необходимое среднее содержания кремния в чушковом чугуне (3,19%), на шихтовом дворе подбирают чугун с таким содержанием кремния. Работать на одной марке чугуна работать можно, но не желательно. Для устранения «наследственности» в состав шихты необходимо вводить не менее двух марок чушкового чугуна.

Допустим, что на шихтовом складе имеются чугуны Л1 с 3,0% Si и Л2 с 2,0% Si. Требуется узнать, в каком соотношении нужно взять чугуны Л1 и Л2. Для этого составим уравнение. Если чугуна Л1 взять х частей из 100, то чугуна Л2 нужно взять (100-х), и уравнение будет иметь следующий вид:

%Si .

(4.9.2)

где %Si - содержание кремния в литейном чугуне марки Л1 и Л2;

Si - содержание кремния в чушковом чугуне.

;

3,4x+300-3x=300;

x=25.

это значит, что чугуна Л1 нужно взять 25% или 0,25*34,53=8,63%. Чугуна Л2 нужно взять 75% или 34,53*0,75=25,9%.

Переход от процентного соотношения к массе отдельных компонентов металлозавалки осуществляется посредством умножения массы металлозавалки на процент соответствующей части ее.

Средний состав металлозавалки приведен в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 – Средний состав металлозавалки

Компоненты шихты	Массовая доля элементов, %
	С	Si	Mn	P	S
Лом стали, 1А	0,3	0,4	0,6	0,05	0,05
Лом чугуна, 17А	3,4	2,6	0,8	0,2	0,12
Возврат	3,4	2,12	0,75	<0,2	<0,10
Чугун литейный, Л1. гр.III, кл.А, кат. 1	3,4	3,2	0,9	0,08	0,02
Чугун литейный, Л2. гр.IV, кл.А, кат. 1	3,0	2,8	1,1	0,08	0,02

Наименование	Содержание В шихте		Содержание элементов по массе
			С		Si		Mn		P		S
	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Жидкий чугун	-	-	3,2	30,24	1,71	16,16	0,7	6,62	0,2	1,89	0,15	1,42
Угар	-	-	6,25	1,89	13	2,1	15	0,99	-	-	18	0,26
Средний состав шихты	-	-	2,8	26,46	1,97	18,62	0,82	7,75	0,2	1,89	0,15	1,42
Возврат	24	226,8	3,4	7,71	2,12	4,81	0,75	1,7	0,2	0,45	0,1	0,23
Лом стали 1А	26,47	250,14	0,3	0,75	0,4	1	0,6	1,5	0,05	12,51	0,05	0,13
Лом чугуна 17А	15	141,75	3,4	4,84	2,6	3,69	0,8	1,13	0,2	0,28	0,12	0,17
Чугун Л1	8,63	81,55	3,9	3,19	3,2	2,6	0,8	0,73	0,08	0,07	0,02	0,05
Чугун Л2	25,9	244,76	4	9,8	2,8	6,52	1,1	2,69	0,08	0,2	0,02	0,05
Итого в шихте	100	945	-	26,46	-	18,62	-	7,75	-	1,35	-	0,6

Зная состав компонентов металлозавалки, можно, исходя из их химического состава, определить количество элементов, вносимое этими материалами. Эти количества заносим в таблицу 4.2.2 в соответствующие графы.

Таблица 4.2.2 – Расчет шихты для выплавки чугуна марки СЧ25

После этого путем сложения определяем общее количество элементов, вносимое возвратом, стальным и чугунным ломом, чушковым чугуном а затем путем вычитания из среднего состава шихты находим количество элементов, которые требуется внести при помощи ферросплавов.