1.2. Расчет шихты

1.2.1. Общие сведения

Шихту рассчитывают для того, чтобы определить долю каждого из материалов, которые совместно обеспечат в процессе плавки заданный химический состав чугуна. Известны аналитический, графический методы расчета и метод подбора. Кроме того, шихту рассчитывают на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) по специальной программе. Такой расчет позволяет быстро определить оптимальный состав шихты из большого набора компонентов при минимальной стоимости металлозавалки.

При расчете шихты учитывают, что возврат собственного производства желательно использовать полностью. На основании многолетнего опыта работы отечественных заводов установлен примерный состав шихты для разных марок серого чугуна (см. приложение 1) [2]. Химический состав марок чугуна приведен в приложении 2.

Химический состав чугуна корректируют в каждом отдельном случае в зависимости от условий и характера производства, исходных материалов, условий изготовления отливки (формовка по сырому, по сухому, литье в кокиль).

Во всех методах расчета шихты (кроме расчета на ЭВМ) по рекомендуемому химическому составу чугуна определяют содержание химических элементов в шихте. Для этого необходимо знать величину угара или пригара каждого учитываемого элемента в процессе плавки. Угар или пригар элемента при разных условиях выплавки может меняться в определенных пределах (см. приложение 3) [3].

Для точного расчета шихты этот угар определяют опытным путем по результатам плавок данного плавильного агрегата.

Содержание элементов в шихте с учетом угара (или пригара) подсчитывают по формуле

(1.5)

где Э_Ш – содержание элемента в шихте, %;

Э_Ж – содержание элемента в жидком металле, %;

у – угар элемента, %.

Если чугун выплавляют в вагранке, то содержание углерода в шихте (С_Ш) определяют по формуле

(1.6)

где С_Ж – содержание углерода в жидком металле, %;

 - содержание углерода в стальном ломе, входящем в шихту, %;

К – степень науглероживания (для холостой колоши К = 1,7; для горна К = 0,4).

Содержание серы в шихте S_Ш рассчитывают по формуле

(1.7)

где S_Ж – содержание серы в жидком чугуне;

S_К – содержание серы в коксе, %.

После определения химического состава металлозавалки рассчитывают количество отдельных составляющих одним из трех методов: аналитическим, графическим и методом подбора.

Аналитический метод заключается в составлении и решении системы уравнений. Для этого задаются двумя или тремя неизвестными компонентами шихта. Уравнений составляют столько, сколько неизвестных компонентов.

Графический метод расчета шихты основан на правилах геометрии.

1.2.2. Варианты задания 1.2

Задание. Рассчитать шихту аналитическим и графическим методами по вариантам задач, приведенным в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Варианты задач для расчета шихты

№ варианта	Выплав-ляемый чугун		Компоненты шихты						Угар элементов		Количе-ство возврата, %
			Чугун литейный		Чугун переде-льный		Лом чугунный
	Содержание элементов, %
	Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Пример	2,2	0,8	3,5	0,8	1,5	1,5	3,0	0,5	10	15	35
1	2,4	0,8	3,6	1,2	0,9	1,5	3,2	0,7	10	15	30
2	2,5	0,7	3,4	1,0	1,2	1,5	3,1	0,5	11	16	31
3	2,3	0,6	3,7	0,9	1,1	1,4	2,9	0,5	12	17	32
4	2,7	0,8	3,5	1,4	0,7	0,8	3,4	0,6	13	18	33
5	2,2	0,7	3,7	1,3	1,0	0,6	3,3	0,8	14	19	34
6	1,9	0,9	2,6	1,5	1,0	1,2	3,1	0,6	15	20	35
7	2,0	0,8	2,6	1,4	0,8	0,6	2,4	0,5	10	15	35
8	2,6	0,7	3,8	1,4	0,6	0,8	3,2	0,5	11	16	34
9	1,8	1,0	2,2	1,5	2,.8	0,5	0,8	1,1	12	17	33
									Окончание табл. 1.2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
10	1,6	0,6	3,0	1,1	0,5	0,5	2,7	0,6	13	18	32
11	1,4	0,7	2,2	1,2	0,9	0,8	1,9	0,5	14	19	31
12	1,5	1,1	2,0	1,5	1,2	0,7	2,4	1,0	15	15	30
13	1,4	1,0	2,2	1,5	1,2	1,3	2,1	0,5	10	15	31
14	1,3	0,9	2,2	1,2	1,0	1,4	1,2	0,7	11	16	32
15	1,2	0,8	2,1	1,2	0,6	1,1	1,8	0,5	12	17	33
16	1,2	0,9	2,2	1,4	0,7	1,1	1,4	0,6	13	18	34
17	1,2	0,7	2,5	1,3	1,0	1,1	1,5	0,7	14	19	35
18	1,9	1,1	2,4	1,5	1,8	1,3	1,9	0,6	15	15	30
19	1,8	0,9	2,5	1,4	1,0	0,7	2,8	0,7	14	19	34
20	1,8	0,8	2,6	1,1	1,4	1,4	2,2	0,6	13	20	33
21	1,7	1,1	2,4	1,2	1,2	1,1	2,8	0,9	12	15	25
22	1,6	0,7	2,0	1,4	1,0	0,7	2,6	0,6	11	20	31
23	1,4	0,9	1,9	1,3	0,9	1,1	2,3	0,7	10	18	30
24	1,3	1,1	1,5	1,5	0,6	0,8	2,4	0,8	11	15	31
25	1,3	0,7	2,0	1,4	0,5	0,5	2,2	0,6	12	17	32

1.2.3. Пример выполнения задания 1.2

Рассчитать шихту для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2, 2 %; марганец – 0,8 %. В применяемом плавильном агрегате угар кремния равен 10 %, а марганца 15 %. В общей массе шихты возврат собственного производства составляет 35 %.

Решение:

Для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2,2 % и марганец – 0,8 %, можно использовать материалы, марки и сплавы которых указаны в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Примерный состав шихты

Наименование материала	Массовая доля элемента, %
	Si	Mn
Чугун литейный Л1	3,5	0,8
Чугун литейный Л6	1,5	1,5
Лом чугунный	3,0	0,5
Возврат собственного производства	2,2	0,8

Необходимое содержание кремния и марганца в шихте определяется по формуле (1.5):

Расчет шихты аналитическим методом:

Обозначим искомое количество чугуна Л1, лома чугунного и чугуна Л6 соответственно буквами А, Б и В. Составим три уравнения. Для простоты рассчитываем шихту на 100 кг металлозавалки.

Первое уравнение показывает суммарное количество всех материалов

А + Б + В + 35 + 100.

Второе и третье уравнения – баланс по кремнию и марганцу

Решив совместно эти уравнения, получим, что на 100 кг шихты приходится чугуна Л1 23,3 % (А), лома чугунного - 15,25 % (Б), чугуна Л6 – 26,45 % (В).

Расчет шихты графическим методом:

Для расчета необходимо провести следующие построения.

В прямоугольной системе координат по горизонтальной оси отложим содержание кремния, а по вертикальной – содержание марганца. В системе координат фиксируем точки, соответствующие содержанию кремния и марганца в составляющих А, Б, В (рис. 1.1). Соединив эти точки, получим треугольник.

Определим содержание кремния и марганца в шихте без возврата:

Решив, получим: Si = 2,57 %; Mn = 1,015 %. Эти данные наносим на график и получаем точку О. Из данных материалов можно составить шихту только в том случае, когда точка О попадает на площадь треугольника АБВ.

Через точку О и вершины треугольника проводим прямые линии до пересечения с противоположными сторонами треугольника. Получим линии АОа, БОб, ВОв. Затем проведем прямую МН любой длины, делим ее на столько частей, сколько процентов от общей шихты составляют выбранные три компонента шихты (в нашем случае 65 %). Из концов прямой под любым углом проводим параллельные линии МХ и НУ. На линии МХ от точки М откладываем расстояния Оа, Об, Ов, а на линии НУ от точки Н – расстояния ОА, ОБ, ОВ. На МХ получим точки а, б, в; а на НУ – точки А, Б, В.

Соединяем точки А и а, Б и б, В и в прямыми линиями. Точки пересечения Аа, Бб, Вв с МН соответствуют доле компонента шихты.