Плавка стали с окислением
Исходные данные
Марка
сплава
|
Производительность
печи, т/ч
|
Масса
металла, заливаемого в форму, кг
|
Толщина
стенки отливки, мм
|
Сталь
25Л
|
6
|
650
|
5…8
|
Химический состав стали 35 ХГСЛ
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
|
|
|
не
более
|
0,22-0,3
|
0,2-0,52
|
0,45-0,9
|
0,06
|
0,06
|
1.
Выбор плавильного агрегата
Плавка стали основным процессом с окислением,
получила большое распространение. Этим методом можно выплавлять стали с
минимальным содержанием серы, фосфора, азота, водорода и стали с низким
содержанием углерода (до 0,02…0,03 %). Такие возможности (исключая удаление
серы) обусловлены наличием окислительного периода. При плавке стали с
окислением используют нелегированную металлошихту, так как в окислительный
период большинство дефицитных легирующих элементов окисляются частично или
полностью и теряются со шлаком. Однако отходы, содержащие никель, медь и
молибден, могут быть использованы в шихте в любых количествах, так как угар
этих элементов незначителен.
Итак, исходя из вышесказанного, делаем вывод,
что плавить сталь будем в дуговой электропечи переменного тока с основной
футеровкой, емкостью 10 тонн. Так как плавить будем с окислительным периодом,
то содержание углерода в шихте увеличим на 0,25 %, так же учтем угар.
2. Подготовка шихты
Стальной лом покупной должен соответствовать
требованиям ГОСТ 2787-75. В шихте допускается использование стальной стружки,
которая должна быть дробленой, не ржавой, незагрязненной маслом и иметь
известный химический состав.
Шихта должна быть компактной и удобной для
завалки: крупного скрапа должно быть не менее 40-50 %, количество собственных
отходов - не более 50 %.
Все шихтовые материалы для плавки должны быть
воздушно-сухими.
Необходимо следить, чтобы в шихте не было
взрывоопасных предметов.
Применение материалов, не отвечающих
вышеуказанным требованиям, воспрещается и может быть допущено только при
наличии оформленной карты отклонений в установленном порядке.
3. Расчет шихты
Определим необходимое количество углерода в
шихте:
-
СШ = 0,26 + 0,058+0,3= 0,618 %
SiШ = 0,36 +
0,027= 0,387 %
MnШ =0,675 +
0,15= 0,825 %
SШ = 0,06 + 0,02 =
0,08%
Подбор состава шихты
Состав
|
Условное
обозначение
|
С
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Лом
и отходы ковкого чугуна
|
Х1
|
3,3
|
2,15
|
0,7
|
0,05
|
0,14
|
Нелегированный
стальной лом
|
Х2
|
0,2
|
0,2
|
0,6
|
0,05
|
0,05
|
Возврат
|
Х3
|
0,15
|
0,31
|
0,6
|
0,05
|
0,05
|
Ферромарганец
1,5 ГОСТ 4755-91
|
Х4
|
1,5
|
2,5
|
0,03
|
0,30
|
Примем количество возврата собственного
производства Х3 = 40%.
Определим количество компонентов (Х1 и Х2).
Составим балансовые уравнения для шихты по углероду.
Далее решаем эту систему, как
систему трех уравнений с тремя неизвестными.
Определим количество марганца,
вносимое рассчитанной шихтой.
Отходы чугуна вносят марганца:
;
Возврат собственного производства
вносит марганец:
;
Стальной лом вносит марганца:
.
Итого марганца в шихте:
, при необходимом содержании
марганца в шихте 1,15 %. Рассчитаем количество ферромарганца, необходимое,
чтобы восполнить дефицит марганца:
Результаты расчетов сведем в
таблицу:
Компоненты
шихты
|
Содержание
элементов, %
|
Наименование
|
Количество,
%
|
С
|
Si
|
Mn
|
P, не более
|
S, не более
|
Состав
по ГОСТ
|
100
|
0,22-0,3
|
0,2-0,52
|
0,45-0,9
|
0,06
|
0,06
|
Лом
и отходы качественного чугуна
|
4,4
|
0,14
|
0,094
|
0,03
|
0,006
|
0,013
|
Нелегированный
стальной лом
|
55,6
|
0,12
|
0,11
|
0,336
|
0,027
|
0,027
|
Возврат
|
40
|
0,06
|
0,124
|
0,24
|
0,02
|
0,02
|
Всего
|
100
|
0,32
|
0,328
|
0,606
|
0,053
|
0,042
|
Результаты расчета показывают, что углерода в
шихте оказалось больше, чем в готовой стали по ГОСТ. Таким образом, для
снижения количества углерода, проведем окислительный период, а для
восстановления кремния проведем кремнийвосстановительный процесс.
заливочный сталь ковш шихта
4. Плавление
По мере расплавления во избежание образования
мостов куски шихты сталкиваются под электроды.
При образовании мостов печь отключается, а в
образовавшиеся колодцы забрасывается новая шихта и снова плавится. Операция
повторяется до полного разрушения моста.
Если до расплавлении образовалось много шлака,
стасталевар скачивает лишний шлак и удаляет его комья.
Отбор и обработка пробы производится согласно
инструкции.
. Окислительный период
Так как содержание углерода по расплавлении не
превышает 0,55%, то окисление ведем без дачи руды, металл подогревается до
самопроизвольного кипа, который поддерживается 10 - 15 мин, и плавка переходит
в восстановительный период. Кип ванны должен быть достаточно интенсивным, не
слишком бурным - без выплесков металла и шлака через порог.
Металл не должен терять жидкотекучесть, а шлак -
жидкоподвижность.
Скорость выгорания углерода необходимо
выдерживать в пределах 0,30 - 0,50 % в час.
По окончании «чистого кипа» ванна
перемешивается, и производится отбор пробы на экспресс-анализ для определения
содержания С, Mn, Si.
Содержание углерода в данной пробе должно
обеспечивать получение среднего предела углерода. По достижении указанного
содержания углерода часть окислительного шлака (50 - 60 %) спускается самотеком
и с помощью скребка. Затем наводится новый шлак присадкой сухого песка или
горелой формовочной земли и известняка, и плавка переходит в восстановительный
период.
. Восстановительный период
Для восстановления кремния шлак загущается сухим
песком, дается приблизительно 1,5 кг/т сухой коксовой мелочи, печь плотно
закрывается и повышается нагрузка на фазах. Через 5 мин металл перемешивается,
и берется проба на экспресс-анализ для определения содержания С, Mn, Si.
Если металл в ложке показывает достаточное
восстановление кремния и шлак начинает чрезмерно густеть, в печь дается
известняк.
Качество шлака контролируется сливом шлака на
плиту. Шлак должен застывать лепешкой 4 - 7 мм с блестящей коричневой
поверхностью и иметь светло-зеленый или голубой излом.
В течение восстановительного периода температура
металла не должна снижаться ниже температуры выпуска.
При наличии в печи нормального шлака и
содержании углерода, обеспечивающем «попадание» в заданный анализ, за 10 - 15
мин до выпуска производится присадка кускового ферросилиция (если количество
свежевосстановленного кремния недостаточное).
Минут за пять до выпуска присаживается
ферромарганец в рассчитанном количестве.
. Раскисление
Раскисление производят в печи вводом 0,3 кг/т
алюминия на штанге, затем плавка выпускается.
Так как емкость печи 6т, то необходимо 1,8 кг
алюминия. Рассчитаем необходимое количество сплава АВ92, в котором содержится
92 % алюминия
.
Окончательное раскисление стали
производится вводом в металл алюминия в количестве 0,7 кг на 1 т жидкой стали
на желоб печи.
. Емкость заливочного ковша
Емкость заливочного ковша определим
по формуле:
где M
- металлоемкость заливочного ковша, кг; Dt
- допустимый интервал заливки, 0С; Dti
- падение температуры металла в ковше за время заливки одной формы, 0С; Pi
- металлоемкость одной формы, кг.
Примем Dt
= 400С , Dti
= 50С, тогда при металлоемкости одной формы 50кг, металлоемкость заливочного
ковша составит:
. Температура заливки
Температура заливки форм зависит от
толщины стенки отливки и от заливаемого сплава.
Толщина стенки отливки - 5…8мм,
температура заливки - 1520…1540ºС.
Для обеспечения указанной
температуры заливки температура металла в печи должна быть больше на сумму
потерь температуры металла в ковше при выпуске, транспортировке ковша, во время
заливки:
tп = tзал + Dtвып+ Dtпер+ Dtтр + Dtзал
где tп -
температура металла в печи, 0С; tзал - температура заливки форм, 0С; Dtвып - потери
температуры при выпуске из печи, 0С; Dtпер - потери температуры при
переливе из раздаточного в заливочный; Dtтр - потери температуры при
транспортировке к месту заливки; Dtзал - потери температуры во время
заливки форм.
.
10. Выпуск плавки
За 5 мин до выпуска к печи подается раздаточный
чайниковый ковш. Выпуск плавки производится согласно инструкции.
Перед выпуском плавки проверяется температура,
печь отключается и наклоняется с таким расчетом, чтобы в начале выпуска в ковш
шел металл без шлака.
Проба металла на маркировочный анализ и образцы
на механические испытания отбираются при разливке плавки согласно инструкции.
Температура металла перед выпуском должна
соответствовать времени пленообразования в ложке 35…45 с, на желобе при выпуске
-
1590 - 1640 °С, на стенде при переливе в малый ковш - 1480 -
1520 °С
(по оптическому пирометру без поправки).
Температура заливки форм устанавливается
согласно требованиям технологического процесса изготовления каждой отливки.
Перед началом разливки плавки на конвейере
металл проверяется на загазованность заливкой пробы в чистый подогретый
металлический стаканчик.
Если проба при остывании не дает усадки, а
наблюдается ее рослость (вспучивание), то плавка бракуется, то есть
возвращается на доводку или разливается в изложницы.