3.3.2 Плавление шихты

В начале печь работает 5...10 мин. до прекращения скачков тока генератора на пониженной мощности, затем мощность доводят до максимальной. Плавку ведут при закрытом тигле.

Когда шихта частично расплавиться, твердые куски осаждают ломиком, предварительно выключив ток, затем печь догружают оставшейся более мелкой шихтой, которую предварительно подогревают. Стальной лом обычно присаживают в жидкую ванну, ферросплавы – в хорошо разогретую ванну до 1550...1600 ⁰С.

В период плавления происходит окисление примесей кислородом воздуха. Очень интенсивно окисляется марганец, кремний.

[Si] + O₂ → (SiO₂);

2[Mn] + O₂ → 2(MnO);

2[C] + O₂ → 2CO;

2[Fe] + O₂ → 2(FeO);

4[P] + 5O₂ → 2P₂O₅.

Сера и фосфор практически не удаляются, поэтому предъявляются особые требования к их содержанию в шихте.

После появления жидкого металла в тигель вводят шлакообразующую смесь. Шлак наводят на протяжении всей плавки. Густой шлак удаляют с поверхности металла и наводят новый с помощью шлакообразующих материалов (70% формовочной смеси, 25% молотой извести, 5% плавикового шпата). Шлак скачивают при выключенном токе.

В период плавления мощность генератора максимальна. По завершении плавления плавильный шлак сливают, и наводят новый. Мощность генератора снижается. Отбирают пробу металла на анализ.

3.3.3 Раскисление и легирование

Раскисление металла может осуществляться тремя способами: введением твердых растворителей (марганец, кремний, алюминий, ванадий, титан и др.) непосредственно в жидкую ванну; проведением диффузионного раскисления; фильтрацией жидкого металла, осуществляемой пропусканием его через слой шлака. Этот способ раскисления чаще всего проводят в ковше.

После получения результатов анализа преступают к раскислению и

корректированию состава.

Порядок ввода легирующих: феррохром, феррованадий, ферромолибден - в завалку; ферромарганец, ферросилиций – за 7…10 минут до выпуска; алюминий – перед выпуском.

Возможно диффузионное раскисление смесью: известь, молотый ферросилиций, порошкообразный алюминий.

3.3.4 Выпуск плавки

Плавку выпускают в ковш, плотной струей, путем наклона тигля через сливной носок.

3.4 Расчет шихты

Сталь 110Г13Л относится к аустенитному классу, химический состав стали 110Г13Л по ГОСТ 2176-77 следующий:

Таблица 1-Химический состав стали 110Г13Л

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P	Cu	Прочие
0,9…1,4	0,3…1,0	11,5…15,0	До 1,0	До 1,0	0,06	0,12	До 1,0

Для выплавки стали 110Г13Л используем индукционную тигельную печь с кислой футеровкой. Расчет производится по всем элементам. Фосфор и серу доводят до нижнего предела, допускаемого ГОСТ(ом). Легирующие элементы вводятся ферросплавами ( Mn, Cr,

Si ), а медь и никель вводят металлическими компонентами.

Таблица 2- Оставляющие шихты в процентах

Составляющие шихты	Содержание химических элементов
	C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P	Cu	В завалке
Стальной лом	0,45	0,3	0,5			0,05	0,1	0,3	40
Стальная стружка	0,3	0,3	0,5			0,03	0,1		20
Возврат собственного производства	1,0	0,5	13,0	0,6	0,5	0,06	0,12	0,8	40

Необходимо выплавить сталь следующего химического состава ( средний ): С - 1,0…1,2; Si – 0,3…0,4; Mn – 12,0…13,0; Cr – 0,6; Ni – 0,5; Cu – 0,3…0,4.

Расчет производим на 100,0 кг шихты.

По расплавлению металлическая ванна должна иметь углерода больше чем в готовой стали на 0,3 …0,5 % (процесс кипения стали и доводки до требуемого химического состава).

Расчет ведем на содержание в ванне 1,3 % углерода. Чтобы получить по расплавлению в ванне 1,3 % углерода необходимо ввести в ванну печи на 100 кг расплава следующее количество углерода

Стальной лом внесет углерода

Стальная стружка внесет углерода

Возврат собственного производства внесет углерода

Всего шихтой будет внесено углерода

Недостаток углерода составит

Недостающее количество углерода внесем електродной крошкой, содержащей 96% углерода. Обычно углерода усваивается 70%. Необходимо внести углеродноы крошки на 100,0кг расплава

Производим расчет шихты по марганцу.

Чтобы получить в стали 13% марганца необходимо внести в ванну на 100 кг шихты марганца

Стальной лом внесет марганца

Стальная стружка внесет марганца

Возврат собственного производства внесет марганца

Всего марганца будет внесено в ванну

Недостаток марганца составит

Недостающее количество марганца внесем ферромарганцем ФМ 1,0, содержащим марганца 85%. Угар марганца 20%.

Производим расчет по кремнию.

Кремния в расплаве должно быть 0,4%, что составит

Стальной лом внесет в расплав кремния

Стальная стружка внесет кремния

Возврат собственного производства внесет кремния

Всего в расплав будет внесено кремния

Недостаток кремния составит

Обычно кремний в процессе плавки выгорает полностью. В расплаве должно содержаться кремния 0,4% плюс недостаток кремния в процессе плавки 0,02кг.

Итого недостающее количество кремния в стали составит

Недостающие количество кремния внесем ферросилицием ФС 20, содержащим 20% кремния. Обычно кремния усваивается 80%.

Производим расчет по хрому. Хрома в расплаве должно быть 0,6%, что составит

Стальной лом и стальная стружка хрома в расплав не внесут. Возврат собственного производства внесет хрома в расплав

Недостаток хрома составит

Недостающее количество хрома внесем феррохромом ФХ 001А, содержащим хрома 68%. Угар хрома 3%.

Производим расчет по никелю. Никеля в расплаве должно содержаться 0,5%, что составит

Стальной лом и стальная стружка никеля в расплав не внесут, т.к. его нет в этих составляющих шихты.

Возврат собственного производства внесет никеля в расплав

Недостаток никеля составит

Недостаток количества никеля внесем металлическим никелем Н-4, содержащим никеля 97,6%. Угар никеля 3%.

Производим расчет по меди.

Меди в расплаве должно содержаться

Стальной лом внесет в расплав меди

Стальная стружка меди в расплав не внесет, т.к. её не содержится в стружке.

Возврат собственного производства внесет меди в расплав

Всего меди в расплаве будет

Меди достаточно.

Расчет по сере и фосфору не производим, т.к их содержание в шихте незначительно и их содержание доводится до минимума предусмотренным ГОСТ (ом) в процессе плавки.

3.5Расчет параметров индукционной тигельной печи

3.5.1 Определение геометрических размеров

При проектировании индукционной тигельной печи необходимо [ ]:

1. рассчитать размеры тигля;

2. определить тепловые потери металла;

3. рассчитать параметры индуктора и магнитопровода;

4. определить требуемую мощность источника питания и КПД установки.

Исходными данными являются: назначение и емкость печи, длительность плавки, разливки и загрузки, а также особенности технологического процесса.

Расчетная схема тигельной печи представлена на рисунке 3.7

Рисунок 3.7 – Схема тигельной печи

Расчет тигельной печи начинаем с определения основных размеров тигля.

Рассчитываем полезный объем тигля

, (3.1)

где М – емкость тигля, кг;

ρ_ж - плотность жидкой стали, кг/м³.

=0,7895

Внутренний диаметр тигля в сечении

, (3.2)

где К₁ – коэффициент, представляющий собой отношение высоты расплава к диаметру тигля в среднем сечении.

Коэффициент К₁ можно принять из диапазона

Принимаем К₁ = 1,50. Подставляем данные в формулу (3.2)

=0,8956

Тогда высота расплава в тигле будет такой

h₂ = 1,4∙0,8956 =1,254м.

Толщину футеровки в среднем сечении тигля равна δ_т = 0,1 м.[ ]

Высота тигля с учетом мениска, условий загрузки шихты и других факторов

, (3.4)

= 0,86...1,01 м.

Внутренняя поверхность тигля делается конусной, угол между образующей и осью тигля устанавливается равным 2…5⁰. наружная поверхность тигля цилиндрическая и

имеет изоляционный слой из листового асбеста толщиной δ_И=0,005…0,015 м.

Наружный диаметр тигля

, (3.5)

=1,25384 м.

Внутренний диаметр индуктора

, (3.6)

= 1,27384м.

Расположение индуктора по высоте тигля зависит от частоты питающего тока. Минимальная частота – от внутреннего диаметра и агрегатного состояния загружаемого в печь материала. При плавке кусковой шихты минимальная частота определяется по формуле

, (3.7)

где ρ_ш – удельное сопротивление шихты, Ом·м;

d_ш – характерный поперечный размер среднего куска шихты, d_ш = 0,18 м.

=2∙10⁶∙10^-6/0,18²=61,7 м.

Частоту питающего тока выбираем из стандартного ряда 50 Гц. В печах промышленной частоты верхний уровень индуктора устанавливают ниже уровня металла для уменьшения мениска на поверхности жидкой ванны и исключения выброса металла из тигля из-за электродинамической циркуляции.

Высота индуктора без холостых витков

. (3.8)

Подставляем данные в формулу (3.8)

=1,15∙1,254=1,4421 м.

Принимаем высоту индуктора без холостых витков 1,45 м.