Расчет шихты и шлака для выплавки чугуна марки КЧ 45-7 в индукционной электропечи

 

Кафедра электрометаллургии и литейного  производства 
 
 
 
 

Курсовая  работа по дисциплине

“Производство отливок из чугуна” 
 
 
 
 
 

Выполнила:                                                                                                                                                     

      . 

Проверил:                                                                             

      .  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание  

    Выполнить расчет шихты и шлака для выплавки чугуна марки КЧ 45-7 в индукционной электропечи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

    В работе был произведен расчет шихты  и шлака для выплавки чугуна марки КЧ 45-7 в индукционной электропечи

    Ключевые  слова: шихта, шлак, индукционная печь, чугун, лом, возврат, карбюризатор.

    Курсовая  работа состоит из  25 страниц, 5 таблиц и 3 использованных источников. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание  

Задание………………………………………………………………………….………2

Реферат………………………………….………………………………………………3

Введение………………………………………………………………………..……….5

1 Индукционные  печи…………………………………………………………………..6

2 Ковкий чугун…………………………………………………………………………10

3 Расчет шихты………………………………………………………………………....13

      3.1 Исходные данные…………………………………………………………….13 

       3.2 Расчет содержания элементов в шихте………………………………………14  

       3.3 Расчет количества вводимых элементов…………………………………… .16 

       3.4 Расчет количества металла после ввода всех легирующих элементов……17                                                                                                                                    

4 Расчет шлака………………………………………………………………………….18

5 Расчет выхода годного металла…………………………………………………….21

6 Расчет химического состава готового чугуна……………………………………22

7 Расчет  материального баланса………………………………………………………23

Список  использованной литературы………………………………………………..25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    В литейном производстве наблюдается  устойчивая тенденция в увеличении объемов использования индукционных тигельных печей (ИТП).

    В настоящее время в чугунолитейном производстве России насчитывается  порядка 2740 плавильных агрегатов, в том числе 76 % вагранок, 23 % - индукционных электропечей и миксеров и около 1 % - электродуговых печей переменного и постоянного тока. На большинстве предприятий основные фонды амортизированы до 70-80 %, поэтому выбор рациональной и экологичной технологии плавки различных металлов, а также типа плавильного агрегата является чрезвычайно актуальной задачей для многих предприятий, т.к. в рыночных условиях решающей становится технико-экономическая эффективность процесса плавки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Индукционные  печи 

    Индукционная плавильная печь  - электротермическая  установка для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В промышленности применяют в основном индукционные тигельные печи и индукционные канальные печи (рисунок 1).

    Тигельная печь состоит из индуктора, представляющего собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки, и тигля, который в зависимости от свойств расплава изготовляется из керамических материалов, а в специальных случаях - из графита, стали и др. В тигельных индукционных печах выплавляют сталь, чугун, драгоценные металлы, медь, алюминий, магний. Печи изготовляют с ёмкостью тигля от нескольких кг до нескольких сотен тонн. Они выполняются: открытыми, вакуумными, газонаполненными и компрессионными; питание печей осуществляется токами низкой, средней и высокой частоты. Основные узлы канальной  индукционной печи: плавильная ванна и т. н. индукционная единица, в которую входят подовый камень, магнитный сердечник и индуктор. Отличие канальных печей от тигельных состоит в том, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую происходит в канале тепловыделения, который должен быть постоянно заполнен электропроводящим телом. Для первичного пуска канальных индукционных печей в канал заливают расплавленный металл или вставляют шаблон из материала, который будет плавиться в печи. При завершении плавки металл из печи сливают не полностью, оставляя так называемое "болото", которое обеспечивает заполнение канала тепловыделения для последующего пуска. Для облегчения замены подового камня индукционные единицы современных печей изготовляют отъёмными.

В канальных  индукционных печах выплавляют цветные металлы и их сплавы, чугун. Ёмкость плавильных ванн печей может быть от нескольких сотен кг до сотен тонн; питание печей осуществляется током промышленной  частоты. Для плавки в индукционной печи характерны: относительно холодный шлак, так как тепло выделяется в расплавленном металле; большая производительность процесса; интенсивное перемешивание и высокое качество переплавляемого металла. Индукционные печи применяют для переплава и рафинирования металлов, а также в качестве миксеров (копильников) для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой. 

 

    Рисунок 1 – Схемы индукционных плавильных печей: а – тигельная, б - канальная; 1 – индуктор, 2 - расплавленный металл, 3 –тигель, 4 -магнитный сердечник,

5 -подовый  камень с каналом тепловыделения.

    Индукционные  тигельные печи как плавильные устройства обладают большими достоинствами, важнейшие из которых - возможность получения весьма чистых металлов и сплавов точно заданного состава, стабильность свойств получаемого металла, малый угар металла и легирующих элементов, высокая производительность, возможность полной автоматизации, хорошие условия труда обслуживающего персонала, малая степень загрязнения окружающей среды.

    Достоинства тигельных плавильных печей:

    • Выделение энергии непосредственно  в загрузке, без промежуточных  нагревательных элементов.

    • Интенсивная электродинамическая  циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов и гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу.

    • Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи).

    • Высокая производительность, достигаемая  благодаря высоким значениям  удельной мощности (особенно на средних  частотах).

    • Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулированного футеровкой. Печи этого типа весьма удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность для быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

    • Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса.

    • Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздушного бассейна.

    Необходимо  отметить следующие недостатки тигельных печей:

    • Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с  целью его технологической обработки. Относительно холодные шлаки затрудняют протекание реакций между металлом и шлаком и, следовательно, затрудняют процессы рафинирования. Шлак в ИТП, индифферентный к электрическому току, нагревается только от расплавляемого металла, поэтому его температура всегда ниже.

    • Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких рабочих температурах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).

    • Высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц.

    • Более низкий КПД всей установки вследствие необходимости иметь в установке источник получения высокой или повышенной частоты, а также конденсаторов, а при плавке материалов с малым удельным сопротивлением 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Ковкий  чугун 

    Ковкий  чугун — условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки из ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно-цементитной структурой. Толщина стенок отливки не должна превышать 40—50 мм. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы. У отливок с толщиной стенок более 50 мм при отжиге будет образовываться нежелательный пластинчатый графит.

    Ковкие  чугуны согласно ГОСТ 1215—79 маркируются  двумя буквами (КЧ — ковкий чугун) и двумя группами цифр. Первые две цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении (7в, МПа / 10, цифры после тире — относительному удлинению при растяжении. Чугуны марок КЧЗО—6, КЧЗЗ—8, КЧ35—10, КЧ37—12, имеющие повышенное значение удлинения при растяжении, относятся к ферритным, а марок КЧ45—7, КЧ50—5, КЧ55—4, КЧ60—3, КЧ65—3, КЧ70—2, КЧ80—1.5 — к перлитным чугунам.

    В зависимости от структуры металлической  основы различают ковкий ферритный чугун и ковкий перлитный чугун. Ферритные ковкие чугуны получают из белых чугунов, выплавленных дуплекс-процессом и содержащих 2,4-2,8 % C; 0,8-1,4 % Si; 0,3-0,4 % Mn; 0,08-0,1 % S; <0,2 % Р. Для защиты от окисления при отжиге отливки из белого чугуна укладывают в специальные металлические ящики и засыпают песком, стальными стружками или шамотом. Отжиг белого чугуна состоит в медленном нагреве (20—25 ч.) до температуры 950-1000 °С и длительной выдержке (10-15 ч.) при этой температуре. В процессе выдержки происходит первая стадия графитизации, заключающаяся в распаде эвтектического и избыточного вторичного цементита, который в небольшом количестве имеется при этой температуре. К концу выдержки заканчивается первая стадия графитизации и чугун состоит из аустенита и включений углерода отжига. Затем температуру снижают до 720—740 °С и снова выдерживают чугун в течение 25—30 ч. . В это время происходит вторая стадия графитизации, в процессе которой распадается цементит перлита. Ферритный ковкий чугун называют также черносердечным по виду излома, который из-за большого количества графитных включений в ферритной основе имеет темный ма­товый цвет.

    Перлитные ковкие чугуны получают из белых чугунов, выплавленных преимущественно в вагранках. Белый чугун для этого должен иметь следующий химический состав: 2,8-3,4 % P; 0,5-0,8 % Si; 0,4-0,5 % Mn; 0,2 % P и 0,12 % S. Для уменьшения содержания углерода отжиг выполняют в окислительной среде. Для этого отливки засыпают окалиной или измельченной железной рудой. Режим отжига состоит в нагреве до температуры примерно 1000 °С, длительной выдержке при этой температуре (первая стадия графитизации) и непрерывном медленном охлаждении до комнатной температуры. При таком отжиге значительная часть углерода выгорает, а в поверхностном слое глубиной до 1,5-2,0 мм наблюдается полное обезуглерожива­ние. Поэтому в изломе чугун получается светлым и его называют светло- сердечным. Перлитные ковкие чугуны имеют меньшее применение, чем ферритные ковкие чугуны.

    В зависимости от предела прочности  при растяжении (σв) и относительного удлинения (δ) ковкий чугун разделяют на следующие марки (в скобках указаны числовые значения твердости НВ) НКЧ: КЧ 30-6 (163), КЧ 33-8 (163), КЧ 35-10 (163), КЧ 37-12 (163) - ферритные черносердечные и КЧ 45-6 (241), КЧ 50-4 (241), КЧ 56-4 (269), КЧ 60-3 (269), КЧ 63—2 (269) — перлитные светлосердечные.

    Ковкий  чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном  машиностроении. Из него изготовляют  детали высокой прочности, способные  воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа, такие как картер заднего моста, тормозные колодки, ступицы, пальцы режущих аппаратов сельскохозяйственных машин, шестерни, крючковые цепи и др. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.