Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет шихты для плавки металлов. Учебное пособие.pdf
= 4,3 0,3 (+ )+ (+ +
)
; (4)
= 4,3 0,3 (+ )+
, (5)
= + (+ )
; (6)
= (+ )
. (7)
=
+ 0,42
. (8)
= 0,75 + 0,003
, (9)
= 1,33 0,004
, (10)
где
– содержание углерода в жидком чугуне;
– содержание углерода в шихте;
, – доли чугуна и стали в шихте;
– содержание углерода в стальной части шихты;
– коэффициент науглероживания стали в области холостой копоши
выше фурм, %;
– коэффициент науглероживания стали в горне вагранки, %.
В уравнениях (4, 5) степень науглероживания тогда равна
Известно, что в 3-й и 4-й зонах вагранки = 1,7, в горновой зоне
= 0,4. Приняв содержание стали в шихте = 0,2, будем иметь
Приблизительный расчет содержания серы в чугуне может быть про-
изведен по методу, разработанному Б. Озаном, для условий плавки в вагранке с кислым шлаком.
где
– содержание серы в жидком металле, %;
– содержание серы в шихте, %;
– расход кокса к весу металлической шихты, %;
– содержание серы в коксе, %.
Недостатком этого метода является то, что при определении эмпири-
ческих коэффициентов не учитывается многообразие определяющих их
факторов.
11
Вторую задачу можно решить, используя следующие методы: анали-
кремний
марганец
углерод
Л2-II-Б
3,00
0,60
3,75
X
Л3-II-Б
2,50
0,90
4,05
Y
ПЛ1-III-А
1,10
0,80
4,00
Z
Стальной лом
Возврат
тический, подбора, графический, графоаналитический, с применением
ЭВМ, последовательного приближения [27].
2.1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ШИХТЫ
Аналитический метод расчета шихты основан на составлении и сов-
местном решении нескольких уравнений по числу рассчитываемых эле-
ментов, входящих в сплав. Решить такие уравнения бывает не только
трудно, но и не всегда возможно. Поэтому во многих случаях задачу
упрощают и рассчитывают не все элементы, а только основные.
Пример 1. Рассчитать шихту для получения отливок с содержанием
кремния Si = 1,8 % , марганца Mn = 0,6 %.
На складе имеются литейные чугуны марок Л2 и Л3 (ГОСТ 4832–95),
передельный чугун марки ПЛ1 (ГОСТ 805–95). Количество возврата производства известно и равно 30 %. Кроме этого, для улучшения механических свойств отливки необходимо добавить в состав шихты 10 % стального лома (ГОСТ 2787–75).
В конкретных условиях производства угар кремния составляет 10 %
и марганца – 20 %.
Решение.
1. Составляем таблицу состава компонентов шихты (табл. 1):
Таблица 1
Состав компонентов шихты
Компонент
шихты
Химический состав, %
Весовое содержание
в шихте, %
IА
производства
60
0,30 0,80 0,40 10
1,80 0,60 4,00 30
12
2. Используя формулу (1), определяем, сколько должно быть в шихте
=
1,8 100
100 10
= 2,0 %
;
=
0,6 100
100 10
= 0,75 %
.
=
3,00 + 2,50 + 1,10
3
= 2,2 %
;
=
2,2 60 + 0,30 10 + 1,80 30
100
= 1,89 %
;
=
0,6 + 0,9 + 0,8
3
60
100
+
0,8 10 + 0,6 30
100
= 0,72 %
.
+ + + 10 + 30 = 100 %
; (11)
%
100
+
%
100
+
%
100
+ 10
%
100
+ 30
%
100
= 2,00
%
100
+
%
100
+
%
100
+ 10
%
100
+ 30
%
100
= 0,75
кремния и марганца:
3. Проверяем, имеется ли возможность получить требуемое содержа-
ние кремния и марганца в отливке:
– среднее содержание кремния в доменных чугунах:
– среднее содержание кремния в шихте:
– среднее содержание марганца в отливке:
4. Если составить композицию с помощью данных компонентов ших-
ты возможно, определяем доли участия каждого из трех неизвестных сортов доменного чугуна в шихте. Для этого составляем три уравнения, ре-
шая которые, определяем значения , и .
; (12)
13
. (13)
Умножаем уравнения (12) и (13) на 100. Подставив вместо %Si и %Mn
3,5 + 2,0 + 1,1 = 138
, (14)
0,6 + 0,9 + 0,8 = 49
. (15)
= 14,08 %
;
= 42,17 %
;
= 3,75 %
.
Л2-II-Б
14 кг
Л3-II-Б
42 кг
ПЛ1-III-А
4 кг
Стальной лом IА
10 кг
Возврат производства
30 кг
Всего
100 кг
их численные значения и сделав необходимые преобразования, получим:
Решив совместно уравнения (11), (14), (15), получим:
Для удобства значения , и округляем до целых чисел.
В результате расчета получился следующий состав шихты на 100 кг
металлозавалки:
2.2. РАСЧЕТ ШИХТЫ МЕТОДОМ ПОДБОРА
В производственных условиях очень часто расчет шихты осуществля-
ют методом подбора. Сущность этого метода заключается в составлении
металлозавалки из различных чугунов, стального и чугунного лома, заранее
подобранных в определенных количествах, с вводом недостающих элемен-
тов ферросплавами сверх 100 %. Этот расчет следует применять при установившемся составе шихты, когда изо дня в день плавка ведется на одних
и тех же шихтовых материалах или когда меняется только один из компо-
нентов шихты. Расчет производят следующим образом: намечают состав-
ляющие шихты и их количества в металлозавалке, затем производят прове-
рочные расчеты по основным элементам. Если проверочный расчет пока-
зывает, что подобранная композиция по основным элементам далека от не-
обходимой, составляют новую композицию и заново делают проверочный
расчет. Если полученный расчетный химсостав оказывается близким к за-
14
данному, то дальнейшие расчеты прекращают, а недостающее количество
=
3,1 100
100 + 10
= 2,8 %
;
=
1,8 100
100 10
= 2,0 %
;
=
0,8 100
100 20
= 1,0%
.
= 2,00 1,90 = 0,10
= 1,0 0,86 = 0,14
;
.
=
0,10
0,45 (100 )
,
=
0,10
0,45 0,9
= 0,25
.
элементов компенсируют добавлением соответствующих ферросплавов.
Пример 2. Необходимо получить чугун с содержанием углерода
С = 3,1 %, кремния Si = 1,8 %, марганца Mn = 0,8 %.
Принимаем угар элементов: С – +10 %, Si – –10 %, Mn – –20 %. Рас-
чет будем вести на 100 кг металлозавалки.
Решение.
1. Используя формулу (1), рассчитываем необходимое содержание
элементов в шихте.
2. Для получения расчетного среднего состава шихты составляем табл. 2.
3. После суммирования величин веса каждого элемента, вносимого
составляющими шихты, подсчитываем их угар или пригар.
4. Недостающие элементы восполняем добавлением соответствую-
щих ферросплавов.
В конкретном примере в шихте не хватает:
Недостающий кремний восполняем ферросилицием марки ФС45
(можно и другими марками по ГОСТ 1415–93).
где – угар кремния из ферросплава, который принимаем равным 10 %.
15
Состав шихты
С
Si
Mn P S
%
кг
%
кг % кг % кг % кг
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
Л2-II-В
20
4
0,8
3,0
0,6
0,6
0,12
0,2
0,04
0,03
0,006
Л4-II-В
16
4,2
0,672
2,1
0,336
0,7
0,11
0,2
0,03
0,04
0,006
ПЛ1-II-Б
10
4,0
0,4
0,6
0,06
0,6
0,06
0,2
0,02
0,03
0,003
Возврат
Чугунный лом
10
3,5
0,35
1,8
0,18
0,6
0,06
0,25
0,025
0,04
0,004
Стальной лом
10
0,3
0,03
0,3
0,03
0,7
0,07
0,05
0,005
0,03
0,003
ФС10 2 3,5
0,07
11,0
0,22
3,0
0,06
0,2
0,004
0,04
0,001
Зеркальный
Всего в шихте
100
3,232
2,006
1,06
0,24
0,036
Угар и пригар
–
+10
0,32
–10
0,1
–20
0,2
+50
0,018
Состав жидкого
Таблица 2
Компонент
шихты
производства
чугун
Вес
Содержание элемента в исходном компоненте
компонента
шихты
30 3,1 0,93 1,8 0,54 0,8 0,24 0,25 0,08 0,04 0,012
2 4,0 0,08 2,0 0,04 17 0,34 0,2 0,004 0,03 0,001
металла
Примечания: 1. Цифры в графах 4, 6, 8, 10, 12 получают путем умножения процентного содержания элемента в каждом компо-
– 3,552 3,552 1,9 1,9 0,86 0,86 0,24 0,24 0,054 0,054
ненте шихты на её вес; цифры в графах 3, 5, 7, 9, 11 – путем умножения процентного содержания элемента
в каждом компоненте шихты на количество этого элемента в шихте и деления полученного произведения на 100.
2. Результаты расчетов вносятся в пустые ячейки таблицы студентом.
16
Недостающий марганец компенсируем добавлением ферромарганца
=
(
)
,
=
100 (%)
100
+
, (18)
марки ФМн70 (ГОСТ 4755–91), содержащего 70...75 % марганца.
0,14
=
=
0,725 (100 )
0,14
= 0,25 .
0,725 0,8
Расчет шихты методом подбора с повышенной точностью
Расчет шихты методом подбора имеет существенный недостаток: не-
обходимое количество добавляемого ферросплава определяется не всегда
правильно. Этого можно избежать, если использовать метод расчета шихты
М. А. Друяна [31].
Количество добавки
где
– количество добавки ферросплава, кг;
рассчитывается в пределах 100 % по формуле
(16)
– коэффициент выхода жидкого металла, с учетом угара всех эле-
ментов и возможных загрязнений шихты, = 0,97;
– вес металлозавалки, кг;
,
– заданное и исходное содержание расчетного элемента в жидком
металле соответственно, %;
– содержание расчетного элемента в ферросплаве, %;
– коэффициент усвоения расчетного элемента, вводимого ферро-
сплавом, который определяется по формуле
, (17)
где % – угар расчетного элемента, вводимого ферросплавом.
Расчет добавки ферросплава удобнее вести сверх 100 % шихты. В этом
случае необходимо учитывать увеличение веса расплава за счет ферро-
сплава, которое составит
где – коэффициент выхода жидкого металла из добавляемого ферросплава,
зависящий в первую очередь от общего угара расчетного элемента в ферросплаве (величиной угара других элементов в ферросплаве можно пренебречь).
17
Пример 3. В зеркальном чугуне марки ЗЧ2 содержится марганца
(%)
=
18 50
100
= 9 %
;
=
100 9,0
100
= 0,91
;
=
100 50
100
= 0,5
.
=
+
.
=
(
+
)
= +
;
() = (
)
,
=
(
)
.
Mn = 18 %, угар его равен 50 %. Определить’ и
.
Решение.
Общий угар марганца составляет:
тогда
Следовательно, соответственно увеличению количества жидкого ме-
талла первоначальное содержание расчетного элемента снизится за счет
разбавления и составит новую величину:
(19)
Подставляя уравнения (10) и (19) в (16), получаем
. (20)
Преобразуя уравнение (20)
получаем расчетную формулу для определения количества добавки ферро-
сплава:
(21)
Уравнение (21) применимо для расчета добавки сверх 100 % при коррек-
тировке состава по одному элементу. При плавке чугуна в вагранке шихту
обычно корректируют по марганцу и кремнию, но корректировка по марганцу,
как правило, незначительна, а снижение кремния от добавки частично компен-
сируется кремнием, содержащимся в добавляемом ферросплаве. Следователь-
но, уравнение (21) применимо и при корректировке по двум элементам.
Пример 4. Требуется получить чугун следующего химического соста-
ва: 1,9…2,0 % Si; 0,9…1,0 % Mn.
18
Располагаем следующими шихтовыми материалами: Л3, Л6 и ПЛ1.
Состав
Содержание Si, %
Содержание Mn, %
вводимого
вводимого
2,50
2,25
1,1
0,88
1,50
1,20
1,1
0,88
0,8
0,72
1,3
1,04
Всего
100 – 1,17
–
0,96
=
0,97 100 (1,95 1,17)
10 0,8 0,99 1,95
= 10,76 %
,
0,1 10 = 1,0 %
;
100 1,0
100
= 0,99
.
Определить необходимое количество доменного ферросилиция.
Решение.
1. Определяем средний химический состав чугуна:
Si = 1,95 %; Mn = 0,95 %.
2. Принимаем угар кремния равным 10 %, а марганца – 20 %.
3. Расчет исходной шихты сводим в табл. 3.
Таблица 3
Исходная шихта
Шихтовый
материал
Л3-II-Б 20
Л6-II-Б 30
ПЛ1-II-А 50
Примечание. В числителе дано содержание элемента в исходном чугуне, а в зна-
шихты,
%
менателе – в жидком с учетом угара.
в чугуне
в жидкий металл
0,2 ∙ 2,25 = 0,45
0,3 ∙ 1,2 = 0,36
0,5 ∙ 0,72 = 0,36
в чугуне
в жидкий металл
0,2 ∙ 0,88 = 0,176
0,3 ∙ 0,88 = 0,264
0,5 ∙ 1,04 = 0,52
4. Определяем потребность в доменном ферросилиции (выбираем
ФС10) по формуле (21)
где 0,8 – коэффициент усвоения кремния из ферросилиция при угаре 20 %;
0,99 – коэффициент выхода жидкого металла из ферросилиция при содержании в нем кремния 10 %. Этот коэффициент определяется следующим образом:
а) находим общий угар кремния из ФС10:
б) находим коэффициент выхода жидкого металла:
19
5. Определяем изменение содержания марганца. За счет разбавления
100
100 + 10,76
0,9 = 0,81 %
.
0,8 10,76
0,99 (100 10,76)
1,3 = 0,10 %
.
=
0,97 (100 10,76 (0,95 0,81 0,10)
18 0,5 0,91 0,95
=
4,3
8,2
= 0,5 %
.
Состав
Содержание в жидком чугуне, %
100
111,26
1,17 = 1,05
100
111,26
0,9 = 0,81
0,9 10,76
0,97 111,26
10 = 0,9
0,8 10,76
0,97 111,26
1,3 = 0,09
0,91 0,5
0,97 111,26
1,2 = 0,04
0,5 0,5
0,97 111,26
18,0 = 0,04
Всего
111,26
1,99
0,94
содержание марганца в исходном металле изменится:
6. Вводим марганец в жидкий чугун. Если в доменном ферросилиции
содержится 1,3 % Mn, а угар его 20 %, то:
7. Определяем потребность в зеркальном чугуне.
8. Проверяем состав жидкого чугуна, который получится в результате
добавления ферросплавов (табл. 4).
Состав жидкого чугуна
Шихтовый
материал
Исходная
шихта
ФС10 10,76
ЗЧ2 0,5
шихты,
%
100
Si Mn
Таблица 4
Примечание. Числитель дроби – коэффициент усвоения элементов, знаменатель –
коэффициент выхода жидкого металла.
20