Руководствуясь данными табл. 1, 2, 7 в графы 3, 5, 7, 9, 11 заносим среднее содержание элементов в принятых компонентах шихты.

Цифры в графах 4, 6, 8. 10 и 12получают умножением процентного содержания данного элемента в каждом из компонентов шихты (графы 3, 5, 7, 9, 11) на количественное содержание этого компонента в шихте и делением этого произведения на 100. После суммирования значений для каждого элемента подсчитывают ожидаемый угар или пригар.

Сминусовав угар (добавив пригар), получаем химический состав жидкого металла.

Если в результате расчета полученные данные по содержанию отдельных элементов в жидком металле будут превосходить требуемое содержание в заданном сплаве, проводится корректировочный расчет. При котором в графе 2 уменьшается количество компонента с максимальным содержанием элементов, завышенных при первом расчете, за счет увеличения компонентов с минимальным содержанием этих элементов.

Если же в результате расчета получится недостаточное количество элемента, оно доводится до требуемого, присадкой ферросплавов в шихту, за счет уменьшения количества других элементов. На практике чаще всего уменьшают количество стального лома.

В нашем случае полученный состав жидкого металла (табл.9) полностью соответствует химическому составу заданной марки чугуна СЧ 20 (ГОСТ 1412 – 85) и, следовательно, никаких корректировок количества компонентов шихты производить не надо.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПЛАВКА СИНТЕТИЧЕСКОГО ЧУГУНА В ИНДУКЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить теоретические основы технологии выплавки синтетического чугуна в тигельной индукционной печи. Произвести расчет шихты и выплавку синтетического чугуна марки СЧ35 в индукционной печи ЛПЗ – 2 – 67.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для плавки чугуна, наряду с вагранками, применяют тигельные и канальные индукционные печи, а также дуговые электропечи.

Преимущества электроплавки заключаются в возможности проведения глубокой металлургической обработки расплава, получении чугуна высокого качества строго заданного химического состава, в возможности использования дешевых шихтовых материалов.

Индукционные печи промышленной частоты являются наиболее совершенными с энергетической точки зрения плавильными агрегатами. Они характеризуются высокой экономичностью, как при плавлении, так и перегреве чугуна. К. п. д. печи соответственно достигает 77,5 и 68%, против 45 и 5% у вагранок.

Канальные индукционные печи реже используются как самостоятельные плавильные агрегаты, а большей частью как печи для подогрева, выдержки металла, доводки химического состава и последующего модифицирования.

Тигельные индукционные печи получили большее распространение. Они удобны в эксплуатации и больше приспособлены для больших объемов производства.

Плавку чугуна в тигельных печах можно начинать на твердой завалке. Но наилучшие результаты получаются при наличии в печи жидкого остатка («болота») в количестве не менее 30% от общей емкости печи.

Наиболее рациональным технологическим вариантом является плавка в индукционной печи синтетического переплава чугунной стружки, стального лома, образующихся в обрабатывающих цехах, и возврата собственного производства с дальнейшим науглероживанием и доведением химсостава расплава до заданного.

Как показала практика, лучшие показатели литейных и механических свойств чугуна достигается при использовании в шихте до 50% стальных отходов. Обычно при выплавке синтетического чугуна в печь загружают: возврат собственного производства – 25-30%, стружку чугунную – 35-40%, стружку стальную, высечку – 25-30%, ферросплавы – до 5%, карбюризатор – до 1%.

При использовании стального скрапа для получения чугуна требуемого химического состава необходимо вводить углерод и кремний. Доводка чугуна по содержанию углерода производится карбюризаторами, а по кремнию – ферросилицием.

В качестве карбюризаторов более предпочтительны углеродосодержащие материалы с низким содержанием серы – электродный порошок, графитированный коксик.

Экспериментально показано, что при плавке на твердой завалке карбюризатор (полностью или на 70-80% его общего количества) необходимо вводить с шихтой. При этом углерод из электродного порошка или коксика усваивается на 80-85%. Скорость науглероживания определяется температурой плавки и размерами частиц карбюризатора. Считается оптимальными перегрев до 1450-1500°С и выдержка чугуна при этой температуре в течение 20-25 минут. Размер частиц карбюризатора должен составлять 5-10 мм. Скорость науглероживания металла колеблется от 0,04 до 0,1%/мин.

Ферросплавы необходимо вводить в жидкий чугун после полного усвоения углерода. Это позволяет уменьшить расход дорогостоящего ферросплава. Кремний в этом случае усваивается из ферросилиция на 90-95%. Если же вводить ферросилиций до науглероживания чугуна, то усвоение кремния составляет 80-85%.

При плавке синтетического чугуна угар элементов выше, чем при использовании в плавке чушковых чугунов. Это связано с тем, что синтетический чугун выплавляют из более окисленных вторичных металлоотходов со значительным количеством (до 100%) стружки. При окисленной шихте угар углерода составляет 20-25%, а на слабоокисленной шихте он снижается до 10%. Как было отмечено выше, угар углерода и кремния очень сильно зависит от времени и последовательности ввода карбюризатора и ферросилиция в печь. Поэтому при плавке чугуна на твердой завалке карбюризатор следует вводить с шихтой.

Содержание марганца в чугуне, как правило, незначительно отмечается от его содержания в шихтовых материалах (вторичных металлах) и основное количество марганца в чугун вносится с шихтой.

Поскольку угар марганца происходит главным образом в процессе плавления шихтовых материалов, по величине угара мало зависит от способа ввода карбюризатора и ферросилиция и определяется в основном качеством шихтовых материалов – компактностью и окисленностью металлоотходов. Угар хрома при 1470°С составляет 5,5%, а при снижении температуры на 100°С угар увеличивается примерно в шесть раз. Поэтому целесообразнее вводить хром при высоких температурах.

При применении основной футеровки угар углерода и марганца снижается в два раза, а угар кремния несколько возрастает.

Технологический процесс плавки в индукционной печи включает следующие операции: загрузку шихты, в том числе и карбюризатора, нагрев и расплавление ее, наведение шлака, перегрев, доведение химического состава чугуна до заданного, а также термо временную обработку (выдержку) с целью галогенизации расплава и уменьшения влияния наследственности исходных шихтовых материалов. Длительность выдержки от 5 мин. для СЧ20 и до 20 мин. для СЧ45 при температуре 1500-1520°С.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ВЫПЛАВКА ЧУГУНА В КОКСОВОЙ ВАГРАНКЕ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение технологии выплавки чугуна в коксовой вагранке.

Овладение аналитическим методом расчета шихты с использованием ЭВМ для условий выплавки чугуна в коксовой вагранке.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В настоящее время коксовая вагранка является одним из основных и наиболее экономичных плавильных агрегатов для выплавки чугуна.

Технологический цикл работы вагранки включает следующие операции: подготовку вагранки к плавке, розжиг, загрузку и пуск, обслуживание вагранки во время работы, остановку вагранки.

Подготовка вагранки к плавке в основном заключается в ремонте огнеупорной футеровки.

После ремонта футеровка просушивается. Сушку лучше всего производить газовыми горелками. После сушки на подину вагранки укладывают дрова для розжига холостой колоши. Высота холостой колоши должна быть 1,2-1,5 м. После розжига холостой колоши включают воздуходувку и после продувки холостой колоши в течение 2-3 мин. приступают к загрузке рабочих колош. Загрузку производят в такой последовательности: топливо - флюсы - металл.

Топливная рабочая колоша должна иметь слой кокса толщиной 150-200 мм.

Рекомендуемые массы металлических и рабочих коксовых колош приведены в таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемые массы кокса и металлозавалки в рабочих колошах.

диаметр вагранки в свету, м	производительность вагранки,т/ч	масса металлозавалки, кг			Масса (кг) кокса в рабочей колоше при его расходе, %
0,5	2	150	15	18	21
0,7	3-4	300	30	36	42
0,9	4-6	500	50	60	70
1,1	7,5-9	700	70	84	98
1,3	9-12	900	90	108	126

При окончании плавки в вагранке останавливают воздуходувку, выпускают шлак и жидкий чугун открывают днище вагранки , при этом подина и холостая колоша вываливаются , кокс тушат водой.

Получение металлического сплава соответствующего заданной марке чугуна определяется составом шихты компоненты которой расчитываются методом подбора или решением задачи линейного программирования на ЭВМ.

В качестве примера рассмотрим расчет шихты методом линейного программирования для случая выплавки чугуна в кислой вагранке производительностью 5т/ч

Для отливок толщиной 25-75 мм, заливаемых в разовые песчаные формы, чугун должен иметь следующий состав:

С_ж = 3,1-3,3%, Si_ж = 1,7-2,0%, Mn_ж = 0,8-1,1%, S_ж  0,1%, Р_ж  0,25%

По данным таблицы 1 угар (пригар) элементов в процессе плавки в вагранке принимаем соответственно:

_с = +10%, _Si = -15%, _Mn = -20%, _P = 0, _S = +50%.

Зная величину (угара-пригара) определяем допустимое содержание расчетных элементов в шихте по формуле:

Ашх=Ашх ; ( 1 )

С_ж = (3,13,3)= (2,82,97),% ;

Si_ж = (1,72,0) = (2,02,35),% ;

Mn_ж =(0,81,1) = (1,01,38),% ;

P_ж  0,25% ;

S_ж  0,1= 0,07%.

Наиболее оптимальная шихта может быть рассчитана при наличии всех шихтовых материалов, применяемых при выплавке данного сплава. В рассматриваемом примере ограничимся 8 составляющими (таблица 2).

Таблица 2.

Составляющие металлической части шихты.

Составляющие шихты	Условное обозначение х j	Цена, руб/т  j	Содержание расчётных элементов, %
			С j	Si j	Mn j	P j	S j
Литейный чугун Л1	x1	1960	3,75	3,4	1,2	0,22	0,05
Литейный чугун Л5	x2	1850	4,15	1,8	1,2	0,22	0,05
Передельный чугун ПЛ1	x3	1800	4,05	1,1	1,25	0,20	0,05
Стружка чугунная брикитированная	x4	150	3,3	2,4	0,85	0,15	0,04
Возврат собственного производства	x5	75	3,05	1,65	1,15	0,20	0,09
Стальной лом	x6	780	0,3	0,2	0,6	0,05	0,05
Ферросилиций ФС20	x7	7000	1,3	19,5	1,0	0,1	0,04
Ферромарганец ФМн75	x8	13000	7,0	2,0	77	0,45	0,03