Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Расчет шихты для выплавки легированной стали: Методические указания к практической работе

Голосов: 4

Методические указания разработаны на кафедре "Литейное производство и технология металлов" ХГТУ в соответствии с учебным планом на основании рабочей программы дисциплины "Производство отливок из стали" для специальностей 110400 и 121200 "Литейное производство черных и цветных металлов" и "Технология художественной обработки материалов". Рекомендуются к использованию при курсовом и дипломном проектировании. Оригинал электронной публикации размещен в библиотеке портала <a href="http://www.nio.khb.ru" target="_blank">"Научные исследования и инновации в Хабаровском крае"</a>.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    Министерство образования Российской Федерации
   Государственное образовательное учреждение
     высшего профессионального образования
«Хабаровский государственный технический университет»




           РАСЧЕТ ШИХТЫ
  ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
         Методические указания к практической работе
         для студентов специальностей 110400 и 121200
     “Литейное производство черных и цветных металлов”
     и “Технология художественной обработки материалов”




                       Хабаровск
                   Издательство ХГТУ
                         2003


  УДК 621.74

   Расчет шихты для выплавки легированной стали: Методические указания
к практической работе для студентов специальностей 110400 и 121200 “Ли-
тейное производство черных и цветных металлов” и “Технология художест-
венной обработки материалов” / Сост. А.Ф. Мащенко, А.В. Щекин – Хаба-
ровск: Изд-во Хабар.гос.техн.ун- та, 2003. – 32 с.

      Методические указания разработаны на кафедре „Литейное производ-
ство и технология металлов” в соответствии с учебным планом на основании
рабочей программы дисциплины „Производство отливок из стали”. Для спе-
циальностей 110400 и 121200 “Литейное производство черных и цветных ме-
таллов” и “Технология художественной обработки материалов”. Рекоменду-
ются к использованию при курсовом и дипломном проектировании.
      Печатается в соответствии с решениями кафедры литейного производ-
ства и технологии металлов и методического совета института информаци-
онных технологий.

     Главный редактор Л.А. Суевалова
     Редактор О.А. Матюшина
     Компьютерная верстка А.В. Щекина




                                        © Издательство Хабаровского
                                          государственного технического
                                          университета, 2003


      Министерство образования Российской федерации
            Государственное образовательное учреждение
              высшего профессионального образования
  «Хабаровский государственный технический университет»

                                    Утверждаю в печать
                                    Ректор университета
                             д-р техн. наук _________ С.Н. Иванченко
                               "_____" ____________ 2003 г.



             РАСЧЕТ ШИХТЫ
    ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
            Методические указания к практической работе
            для студентов специальностей 110400 и 121200
        “Литейное производство черных и цветных металлов”
        и “Технология художественной обработки материалов”

                                            Составили: А.Ф. Мащенко
                                                       А.В. Щекин

Рассмотрены и рекомендованы
к изданию кафедрой "Литейное производство
и технология металлов"
"_____" ____________ 2003 г.
Зав. кафедрой ЛПиТМ, д.т.н., профессор ___________ Ри Хосен
Рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим советом
института информационных технологий
"_____" ____________ 2003 г.
Председатель совета   __________________ Клепиков С.И.

Нормоконтролер        __________________ Стратечук О. В.




                           Хабаровск
                       Издательство ХГТУ
                              2003


                                      3



                             ЦЕЛЬ РАБОТЫ

     Освоить методику и приобрести навыки расчета шихты для выплавки ле-
гированной стали в дуговой печи с кислой футеровкой, в том числе с примене-
нием персонального компьютера.


                       1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

     Наиболее широко применяемым способом получения жидкой стали в ли-
тейном производстве является плавка стали в дуговой электрической печи.
Учитывая что в подавляющем большинстве случаев при плавке стали исполь-
зуются различные по содержанию углерода составляющие металлозавалки,
плавка ведется методом окисления, который позволяет в конечном итоге полу-
чить заданное количество углерода в жидкой стали. Для получения требуемого
содержания углерода в состав шихты вводят помимо металлолома и отходов
собственного производства передельный чугун или электродный бой. Количе-
ство передельного чугуна в шихте не должно превышать 10…20 %, иначе сера,
вносимая с ним может превысить предельное содержание ее в выплавляемой
стали.
     При плавке стали в дуговых электропечах, основную часть шихтовых ма-
териалов загружают в печь при завалке. Это вторичные металлы, возврат собст-
венного производства, передельный чугун и такие мало окисляющие легирую-
щие компоненты как никель, медь и др. Количество мелкой шихты, включая
стружку, доходит до 20…30 %, крупных кусков до 30 % и кусков средних раз-
меров 40…50 %. Часть шихтовых материалов вводят в печь в конце окисли-
тельного и в восстановительный период и даже после основного раскисления
стали.
     Феррохром присаживается в печь после предварительного раскисления,
потому что при введении его в нераскисленный металл возможно небольшое


                                      4

его окисление. Никель в процессе плавки почти не окисляется, поэтому время
присадки его в печь не имеет существенного значения. Но, учитывая наличие в
никеле водорода и влаги целесообразнее давать его в завалку, что позволит
удалить водород в окислительный период плавки.
     Молибден окисляется незначительно и его можно присаживать в печь в
окислительный период плавки. Вольфрам и ванадий в процессе плавки окисля-
ются весьма интенсивно, поэтому их присаживают в печь в восстановительный
период. Титан один из наиболее активно взаимодействующих элементов с ки-
слородом, поэтому легирование титаном производится непосредственно перед
выпуском стали из печи и даже в ковше. Ферромарганец применяется для пред-
варительного раскисления, а для окончательного ферросилиций и алюминий.
     Плавка стали без окисления применяется преимущественно при выплавке
легированных и высоколегированных сталей с целью максимального использо-
вания легирующих элементов, содержащихся в отходах производства. Плавка в
данном случае ведется с ограничением окислительных процессов, без подачи
железной руды и кислорода. Шлак при этом стараются не удалять или удаляют
только после восстановления легирующих элементов молотым ферросилицием,
что позволяет максимально использовать усвоение легирующих элементов из
отходов производства. Отрицательным моментом плавки стали без окисления,
является невозможность удаления из расплава углерода, фосфора, водорода.
     При плавке стали в печи с кислой футеровкой можно применять только
чистые по фосфору и сере исходные шихтовые материалы, вследствие невоз-
можности проведения дефосфорации и десульфурации. В кислых печах воз-
можно восстановление кремния из футеровки и шлака углеродом и другими
более активными к кислороду элементами, что ограничивает возможность вы-
плавки сталей содержащих титан, алюминий, цирконий и др. элементов.
     Рекомендации к расчетам шихты и пояснения по нормам расхода, влия-
нию компонентов шихты на процесс плавки приведены в табл. 1-10.


                                       5

    2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ШИХТЫ

     Химический состав стали. Для расчета шихты студент получает у препо-
давателя вариант задания в соответствии с табл. 10, знакомится с химическим
составом стали, и четко уясняет задачу. При расчете шихты следует брать сред-
ние значения химических элементов, входящих в состав стали. Выплавка ста-
лей производится в дуговых печах с основной футеровкой.
     Шихтовые материалы. В качестве основных компонентов шихты прини-
мают возврат собственного производства (химический состав возврата иденти-
чен по составу рассчитываемой стали), стальной лом и передельный чугун.
Специальные легирующие присадки вводятся в шихту или в жидкий металл
при необходимости дополнительного легирования стали.
     Ферромарганец, ферросилиций и алюминий применяются для раскисле-
ния и доводки расплава по марганцу и кремнию, а также для легирования, когда
их содержание в стали должно быть более 0,8 % каждого. Количество возврата
зависит от массы отливки, количества прибылей, конструкции литниковой сис-
темы и др. При получении стальных отливок в разовых песчаных формах мак-
симальное количество возврата достигает 45 %.
     Ориентировочный состав основных шихтовых материалов, применяемых
для выплавки стали, приведен в табл. 11. При выполнении расчетов обязатель-
но пользоваться соответствующими ГОСТами на составы компонентов шихты.
     Угар элементов при расплавлении металлозавалки и кипении ванны, а
также при растворении легирующих присадок и раскислении стали в дуговой
печи с основной футеровкой приведены в табл. 12.
     Угар элементов выбирается в зависимости от емкости печи. Нижние зна-
чения для печей емкостью 3 т, верхние - для печей емкостью 12 т.
     Количество возврата в шихте в зависимости от выхода годного литья из
рассчитываемой марки стали составляет 15...45 % и определяется по формуле


                                                     6

                       В = 100 – ВГ,                                     (1)
где ВГ - выход годного литья, %.
     Содержание легирующего элемента, вносимого в шихту возвратом собст-
венного производства, рассчитывают по формуле
                                      В
                       Э лв = Эв ⋅       ,                               (2)
                                     100

где Эв - содержание элемента в возврате, %.
     Содержание легирующего элемента, вносимого возвратом собственного
производства в металл отливки, с учетом угара:
                                       100 − У
                       Э ло = Э лв ⋅             ,                       (3)
                                         100

где У - угар элемента в процессе выплавки стали, % (см. табл. 12).
     Примечание. Титан и алюминий, имеющиеся в возврате, могут выгорать
практически полностью в процессе выплавки стали, поэтому расчет шихты в
этом случае необходимо вести без учета содержания их в возврате.
     Расход ферросплава (лигатуры) с учетом угара вводимого легирующего
элемента рассчитывают по формуле, %
                             ( Эо − Э ло ) ⋅ 10000
                       Ф=                          ,                     (4)
                                Эф ⋅ (100 − У )

где Эо - требуемое содержание легирующего элемента в выплавляемой стали;
Эф - содержание легирующего элемента в составе ферросплава (лигатуры).
     Содержание углерода в стали перед раскислением определяется как раз-
ность между требуемым его содержанием и количеством углерода, вносимым в
сталь легирующими присадками, %:
                                                Ф
                       С м = Со − ∑ Сф ⋅           ,                     (5)
                                               100

где Со - требуемое содержание углерода в металле отливки %; Сф - содержание
углерода в легирующей присадке, вводимой в сталь после ее раскисления, %;


                                                    7

Ф - количество присадки, вводимой в сталь после ее раскисления, % (вычисля-
ется по (4)).
      Содержание углерода в шихте должно быть больше, чем в готовой стали,
для осуществления процесса кипения стали. Это количество углерода опреде-
ляется по формуле, %:
                                Сш ⋅ У с
                        Сш =             + Vк ⋅ τ к + С м ,                   (6)
                                 100

где Ус - угар углерода при расплавлении шихты; Vк - скорость выгорания угле-
рода в период кипения, (0,004...0,008 %/мин); τк - продолжительность периода
кипения, мин (50...90 мин).
      Содержание стального лома и чугуна в металлозавалке определяется ре-
шением системы уравнений (неизвестными являются содержание стального
лома и чугуна):
                        ⎧ В + Л + Ч + ∑ Ф = 100,
                        ⎪
                        ⎨      В          Л          Ч            Ф       ,   (7)
                        ⎪Св ⋅     + Сл ⋅     + Сч ⋅     + ∑ Сф ⋅     = Сш
                        ⎩     100        100        100          100

где В, Л, Ч - содержание в шихте соответственно возврата, стального лома и чу-
гуна, %; Ф - содержание легирующих компонентов, вводимых в шихту или
жидкую сталь до ее раскисления, % (см. (4)); Св, Сл, Сч, Сф - содержание угле-
рода в соответствующих компонентах шихты, %.
      Масса жидкого компонента шихты определяется по формуле
                               Q ⋅Ф
                        Qк =        ,                                         (8)
                               100

где Q - масса садки печи, кг.
      Содержание нелегирующих элементов в шихте рассчитывают по форму-
ле, %:
                                             Ф
                           Эн = ∑ Эф ⋅          ,                             (9)
                                            100

где Эф - содержание нелегирующего элемента в компоненте.


                                                 8

     Среднее содержание нелегирующих элементов в жидкой стали определя-
ют по формуле
                                    100 − У
                       Энж = Эн ⋅           .                          (10)
                                      100

     Расход раскислителей с учетом максимально допустимого содержания
раскисляющего элемента в готовом металле определяют по формуле, %:
                              (Эо − Эдр − Эпр ) ⋅ 10000
                       Фр =                               ,            (11)
                                   Э р ⋅ (100 − У р )

где Эо - содержание раскисляющего элемента в металле отливки; Эдр - содержа-
ние раскисляющего элемента в стали до раскисления; Эпр - количество раскис-
ляющего элемента, вносимое другими присадками в сталь после ее раскисле-
ния; Эр - содержание раскисляющего элемента в раскислителе (ферросплаве);
Ур - угар раскисляющего элемента в процессе раскисления стали (табл. 12). Для
алюминия практически полностью выгорающего в ходе плавки, расчет
количества необходимого для раскисления можно выполнить по формуле, %
                               0,05 ⋅ 10000
                       Фр =                      ,                     (11.1)
                              Э р ⋅ (100 − У р )

где 0,05 – остаточное содержание алюминия, %.


     Масса раскислителей устанавливается сверх суммарной массы шихты и
определяется по (8).
     Содержание фосфора и серы в металле перед выпуском, %:
                       Pм = P + P’,                                    (12)

                       Sм = S + S’,                                    (12.1)
где P и S - содержание соответственно фосфора и серы после дефосфорации и
десульфурации стали; Р' и S' - количество соответственно фосфора и серы, вно-
симое в сталь компонентами в восстановительный период.


                                                 9

      Примечание. Если содержание фосфора и серы перед выпуском металла
превышает предельно допустимые значения выплавляемой стали (определяют
экспресс-анализом по ходу плавки), необходимо проводить, более глубокую
дефосфорацию и десульфурацию ванны печи, т.е. удлинять период окисления
примесей.
      Расход неметаллических присадок определяется сверх суммарной массы
шихты по формуле (8).
      Для наведения шлака при плавке стали в дуговой электропечи с основной
футеровкой расходуется 4...7 % известняка (в том числе на под печи 2…3 %) и
0,15…0,25 % плавикового шпата. Расход железной руды на окисление избы-
точного углерода в процессе кипения ванны при увеличении содержания угле-
рода в выплавляемой марке стали от 0,15 до 0,55 % понижается от 7 до 3 %.
      Расчет шихты проверяется по содержанию основных легирующих эле-
ментов в металле отливки по формуле
                                     В ⋅ (100 − У )            Ф ⋅ (100 − У )
                         Эо = Эв ⋅                    + Эф ⋅                  .   (13)
                                        10000                     10000

      Расчет считается выполненным правильно, если содержание основных ле-
гирующих элементов в металле отливки не выходит из диапазона, указанного в
соответствующих технических условиях на выполняемую марку стали.


                       3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ШИХТЫ
                ДЛЯ ФАСОННОГО СТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ

      Задание. Рассчитать шихту для выплавки стали 12Х18Н12М3ТЛ в дуго-
вой электропечи ДСП-12 с основной футеровкой. Выход годного литья
составляет 58 %.
      Для расчета принимаем следующие средние значения химических эле-
ментов, входящих в состав стали 12Х18Н12М3ТЛ, %: С = 0,11; Si = 0,60; Mn =
1,50; Сг = 17,50; Ni = 12,00; Мо = 3,50; Ti = 0,60; S ≤ 0,030; P ≤ 0,035.



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика