Оптимальная технология плавки, раскисления и разливки стали марки 40Л в дуговой сталеплавильной печи с кислой футеровкой

Выбор плавильного агрегата. Подготовка шихтовых материалов. Исследование порядка загрузки шихты. Анализ состава неметаллической части шихты и кладки. Расчет количества шлака без присадок извести, чугуна в шихте, остаточной концентрации кремния и магния.

Рубрика Производство и технологии
Вид практическая работа
Язык русский
Дата добавления 11.12.2012
Размер файла 164,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО КнАГТУ

Факультет ИКП МТО

Кафедра МиТЛП

Расчетно-графическое задание №2

по курсу плавка литейных сплавов

«Оптимальная технология плавки, раскисления и разливки стали марки 40Л в дуговой сталеплавильной печи с кислой футеровкой»

Выполнил студент: Миникеева О.

Проверил преподаватель: Соболев Б.М.

- 2006 -

Исходные данные

Марка стали

Емкость печи, т

Масса металла, заливаемого в форму, кг

Толщина стенки отливки, мм

40Л

6

500

35…50

Химический состав стали 40Л

Марка сплава

C

Si

Mn

S

P

40Л

0,37 - 0,39

0,2 - 0,42

0,4 - 0,9

0,05

0,05

Выбор плавильного агрегата

Плавку стали будем производить в электродуговой печи с кислой футеровкой. Т.к. в печи с кислой футеровкой угар серы и фосфора не происходит, то необходимо строго регламентировать количество серы и фосфора в шихте. Состояние футеровки печи должно обеспечивать нормальный ход плавки. Включение неисправной печи не допускается. После выпуска каждой плавки стены и подина тщательно очищаются от остатков металла, трещины завальцовываются. Длина электродов должна быть достаточной для проведения всего процесса плавки. Применение электродов со сколами и трещинами не допускается. Подина должна обеспечивать слив всего металла во время выпуска плавки и отсутствие срывов наварки по ходу плавки.

Уход за выпускным отверстием и желобом производится согласно инструкции.

Подготовка шихтовых материалов

Шихта должна быть разделана, максимальная масса куска не должна превышать 120 кг. Шихту прокалить, подогреть до температуры 700 - 800 ?С. Не допускается использовать в шихте проволоку. Все шихтовые материалы для плавки должны быть сухими. Необходимо следить, чтобы в шихте не было взрывоопасных предметов. Применение материалов, не отвечающих выше указанным требованиям, воспрещается и может быть допущено только при наличии оформленной карты отклонений в установленном порядке.

Загрузка шихты

Шихта загружается при помощи бадьи с открывающимся днищем. Укладка шихты в бадье должна соответствовать расположению шихты в печи.

Порядок загрузки:

1. На дно укладывается небольшое количество мелкого лома.

2. Наиболее крупные куски вперемешку со средними укладываются в центр, причем так, чтобы электроды были ближе к большим кускам.

3. Сверху кладется мелочь, для того, чтобы в начале плавки электрод быстрее погрузился в шихту.

4. Если для науглераживания будут использоваться кокс или бой электродов, тони загружаются на дно, для того, чтобы лучше происходил процесс растворения углерода.

Выбор шихтовых материалов

В связи с невозможностью удалять из металла серу и фосфор при кислом процессе плавки в шихте часто используется специально выплавленная шихтовая заготовка с низким содержанием примесей.

Химический состав шихтовых материалов

Материал

С

Si

Mn

Р

S

Чугун ПВК3 2А 2 ГОСТ 805-95

4,00

0,5

0,7

0,02

0,02

Стальной лом ГОСТ 2787-75

0,8

0,4

0,6

0,005

0,005

Возврат собственного производства

0,38

0,31

0,65

0,05

0,05

Состав неметаллической части шихты и кладки

Материал

SiО2

Al2O3

СаO

MgO

MnO

MnO2

Fe2O3

H2O

Железная руда

7,80

5,4

0,5

0,50

2,5

-

81,9

1,40

Марганцевая руда

10,00

1,4

3,0

1,40

-

79,0

2,6

2,60

Известь

4,50

1,5

92,2

1,20

-

-

0,6

-

Кладка печи

97,00

1,5

1,5

-

-

-

-

Угар химических элементов из добавок, вводимых в расплав при плавке в электрических печах

Плавильный агрегат

Футеровка

Угар элементов, %

углерод

кремний

марганец

сера

Дуговая электропечь

Кислая

20 - 25

5 - 10

20 - 25

25 - 50

1-й период плавки.

Первый период активного кислого процесса почти не отличается oт 1-го периода кремневосстановительного процесса. Все данные для первого периода кислого процесса берутся из расчета 1-го периода кремневосстановительного процесса.

Расчет количества чугуна в шихте

Содержание углерода в конечной стали 0,38 %. Принимаем для 1-й пробы содержание углерода 1 %. За период завалки и плавления угар углерода составляет 25 %, отсюда среднее содержание углерода в шихте должно быть примерно равным 1,5 %.

Составляем балансовое уравнение по углероду. Обозначим: х расход чугуна, расход возврата собственного производства примем 40 %, тогда расход заготовки будет: 100 - 40 - х = 60 - х.

Балансовое уравнение по углероду

4х + (60 - х) * 0,8 + 40*0,38 = 1,5 *100, откуда х = 27,12 %.

Шихта состоит (табл. 8.4): чугун 27,12 %, стальной лом 32,88 %.

Средний состав шихты

Составляющие шихты

Содержание, %

Количество вносимых примесей, кг

С

Si

Mn

P

S

Чугун

27,12

4,0

0,325

0,542

0,004

0,004

Стальной лом

32,88

0,263

0,131

0,197

0,0164

0,0164

Возврат

40

0,152

0,124

0,26

0,02

0,02

Средний состав шихты

100

1,495

0,58

0,999

0,0404

0,0404

Расчет остаточной концентрации кремния

При взаимодействии жидкого железа с кремнеземом шлака или твердым кремнеземом футеровки кремний может восстанавливаться по следующей реакции:

2[Fe] + (SiO2) = 2(FeO) + [Si].

lgKSi = lg(FeO)2 [Si] = -19057/T+11,101,

где (FeO)- концентрация закиси железа в шлаке в момент расплавления, принимаемая по данным практики и равная 23 %.Температуру плавления принимаем 1600 ?С. Тогда [Si] = 0,003 %

Рис. 1 Зависимость содержания кремния от содержания FeO.

Расчет остаточной концентрации магния

При плавке в печи с кислой футеровкой шлак обычно насыщен кремнеземом. Кроме кремнезема, главными составляющими кислого шлака являются закись железа и закись марганца. Между металлом и шлаком может протекать следующая реакция:

[Fe] + (МnО) = (FeO) + [Мn]

Протекание этой реакции справа налево выражает процесс окисления марганца, а слева направо--процесс восстановления марганца. Константу равновесия этой реакции можно выразить следующим уравнением:

KMn= (FeO)*[Mn]/(МnО)

lgKMn = -7940/T + 3,172.

Зависимость KMn от температуры приведена на рисунке.

Рис. 2 Зависимость KMn от температуры

(FeO) = 23 %

(MnO) = 30 % (по данным практики)

[Mn] = KMn (FeO)/(MnO) == 0,078*23/30 = 0.066 %

Таким образом, металл по расплавлении имеет состав:

С = 1,0 %

Si = 0,003 %

Mn = 0,066 %

P = 0,0404 %

S = 0,0404 %

За период завалки и плавления выгорает примесей:

С = 1,495 - 1,0 = 0,495 %

Si = 0,58 - 0,003 = 0,577 %

Mn = 0,999 - 0,066 = 0,933 %

Расход кислорода и полученных окислов (с учетом, что расчет ведется на 100 кг шихты):

Примесь

Окисляется примесей

Образуется окисел

Расход кислорода, кг

Масса окисла, кг

С

0,495

СО

0,495*16/12=0,66

1,155

Si

0,577

SiO2

0,577*32/28=0,659

1,236

Mn

0,933

MnO

0,933*16/55=0,271

1,204

Fe

1,135

FeO

1,135*16/56=0,325

1,46

У

3,14

-

1,915

5,055

Угар железа определим из условия, что шлак при расплавлении содержит 45 % SiO2. Количество SiO2 в шлаке, кг:

Из шихты - 1,236

Из кладки - 1,0*0,97 = 0,97

ВСЕГО: 1,236 + 0,97 = 2,206

Определим количество шлака:

L = 2,206 * 100 / 45 = 4,9 кг

Вес закиси железа с учетом содержания окислов:

FeO = 4,9 - 1,0 - 1,236 - 1,204 = 1,46 кг

Угар железа: Fe = 1,46 * 56 / 72 = 1,135 кг

Количество и состав шлака по расплавлении, кг

Источник

SiO2

Al2O3

CaO

FeO

MnO

Всего

Шихта

1,236

-

-

1,46

1,204

3,9

Кладка

0,97

0,015

0,015

-

-

1,0

Всего, кг

2,206

0,015

0,015

1,46

1,204

4,9

Всего, %

45

0,3

0,3

29,8

24,6

100

Выход металла при расплавлении: 100 - 3,14 = 96,86 кг, где 3,14 - угар примесей.

Материальный баланс первого периода

Поступило, кг

Получено, кг

Чугун ПВК3 2А 2 ГОСТ 805-95

27,12

Металла

96,86

Стальной лом ГОСТ 2787-75

32,88

Шлака

4,9

Возврат собственного производства

40

СО

1,155

Кислород

1,915

Из кладки

1,0

ИТОГО

102,915

ИТОГО

102,915

2-й период плавки (от расплавления до выпуска)

Во 2-м периоде активного процесса не допускается восстановление кремния. Для этого в период доводки в ванну присаживают железную и марганцевую руды и известь. По этой причине период доводки и кипения протекает более энергично, чем в кремневосстановительном процессе и принимается равным 0,5...3,5 ч, исключая полностью период стабилизации, период мертвого стояния ванны.

В этом процессе мало восстанавливается кремния и марганца, поэтому кроме других ферросплавов применяют ферросилиций и ферромарганец.

Угар кремния принимаем 10 %, марганца - 25 %.

Температура металла при раскислении 1660 ?С. Содержание закиси железа в шлаке принимаем (FeO) = 15 %, тогда содержание кремния [Si] = 0,08 %

При (FeO + MnO) = 40%, количество (MnO) = 40 - 15 = 25 %, тогда [Mn] = 0,158 %.

Сталь перед выпуском будет иметь состав:

С = 0,38 %

Si = 0,08 %

Mn = 0,158 %

P = 0,0404 %

S = 0,0404 %

По данным практики:

Расход железной руды - 1 %

Расход марганцевой руды - 0,5 %.

Для активизации процесса вместо извести применяем известняк следующего состава:

SiO2 = 2 %; Al2O3 = 0,6 %, CaO = 53,5 %, MgO = 0,7 %, Fe2O3 = 0,6 %, CO2 = 42,6 %.

Износ кладки принимаем 1,2 %. Продолжительность кипения - 3ч.

За периоды кипения окисляются и восстанавливаются следующие элементы:

С

Si

Mn

S

P

Сталь по расплавлению

1,0

0,003

0,066

0,0404

0,0404

Сталь перед раскислением

0,38

0,08

0,158

0,0404

0,0404

Окисляется

0,62

-

-

-

-

Восстанавливается

-

0,077

0,092

-

-

Количество окислов, внесенных 1 кг железной и 0,5 кг марганцевой руды:

Руды

MgO

SiO2

Al2О3

CaO

МnО

MnO2

Fe2O3

H2O

Сумма

Марганцевая

0,007

0,050

0,007

0,015

-

0,395

0,013

0,013

0,500

Железная

0,006

0,078

0,054

0,015

0,025

-

0,818

0,014

-

Всего

0,013

0,128

0,061

0,020

0,025

0,395

0,831

0,027

1,500

На окисление углерода потребуется кислорода: 0,62 * 16 / 12 = 0,83 кг

Образуется СО: 0,62 + 0,83 = 1,45 кг

Из атмосферы печи поступит:

1. За первый период (5,5 ч) для 100 т поступило 1,915 кг кислорода, за один час поступит 1,915 / 5,5 = 0,348 кг.

2. За час в период доводки поступает в 2 раза меньше, т.о. поступит за 3 ч - 0,348*3/2 = 0,522 кг

При восстановлении 0,077 кг Si и 0,092 кг Mn выделится кислорода, кг:

Из SiO2 : 0,077*32/28 = 0,088 кг

Из MnO : 0,092*16/55 = 0,027 кг

ВСЕГО кислорода: 0,088 + 0,027 = 0,115 кг

При восстановлении Si и Mn из окислов израсходуется окислов:

SiO2: 0,077*60/28 = 0,165 кг

MnO: 0,092*71/55 = 0,119 кг

Окислы железа и марганцевой руды должны внести:

0,83 - (0,522 + 0,119) = 0,193 кг

Выделится кислорода, кг:

Из MnO2 при диссоциации с образованием MnO: 0,395*16/87 = 0,072 кг

Из Fe2O3 с образованием FeO : 0,831*16/160 = 0,083 кг

ВСЕГО 0,072 + 0,083 = 0,155 кг

Образовалось окислов:

MnO: 0,395 - 0,072 = 0,323 кг

FeO: 0,831 - 0,083 = 0,748 кг

В результате восстановления закиси железа выделится кислорода, кг:

0,193 - 0,155 = 0,038, восстановится закиси железа: 0,038*72/16 = 0,171 кг

В сталь перейдет железа:

0,171 - 0,038 = 0,133 кг

Т.о. закись железа восстановится.

Раскисление

Раскисление производим присадками ферросилиция и ферромарганца.

Расход 90-% ферросилиция FeSi90A/1 ГОСТ Р50422 - 92 .

В конечной стали должно быть 0,31 % Si, в ванне имеется 0,08 % Si, необходимо внести 0,31 - 0,08 = 0,23 %. С учетом угара (10 %) необходимо внести ферросилиция: 0,23/(0,9*0,87) = 0,29 кг

Ферросилиций вносит:

Углерода

0,0015*0,29 = 0,00051

Марганца

0,005*0,29 = 0,00145

Фосфора

0,0004*0,29 = 0,000116

Серы

0,0004*0,29 = 0,000116

Кремния

0,23

Железа

0,35

Угар кремния Si = 0,23*0,1 = 0,023 кг

Для этого потребуется кислорода 0,023*32/28 = 0,026 кг

Образуется кремнезема: 0,023 + 0,026 = 0,049 кг

Расход ферромарганца ФМн90 ГОСТ 4755 - 91:

В готовой стали должно быть 0,65% Mn. Перед раскислением в стали Mn = 0,158%. Необходимо добавить 0,65 - 0,158 = 0,492 %.

С учетом угара 25 % необходимо внести ферромарганца:

0,492/(0,75*0,9) = 0,73 кг

Угар марганца 0,492*0,25 = 0,123 кг

Для этого потребуется кислорода: 0,123*16/55 = 0,036 кг

Закиси марганца образуется: 0,123 - 0,036 = 0,087 кг

Ферромарганец вносит:

Углерода

0,0051*0,73 = 0,00365

Кремния

0,018*0,73 = 0,13

Фосфора

0,0005*0,73 = 0,000365

Серы

0,0002*0,73 = 0,000146

Марганца

0,73

Железа

0,56

Всего потребуется кислорода для окисления примесей: 0,026 + 0,036=0,062 кг

ВСЕГО поступит кислорода: 0,522 + 0,062 = 0,584 кг

Количество и состав шлака без присадок извести.

Источник

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

MnO

FeO

Сумма

Шлак 1-го периода

2,206

0,015

0,015

-

1,204

1,46

4,9

Железная и марганцевая руда

0,128

0,061

0,02

0,013

0,348

-

0,57

Кладка

1,164

0,018

0,018

-

-

-

1,2

Окисление примесей

0,026

-

-

-

0,036

-

0,062

Всего

3,524

0,094

0,053

0,013

1,588

1,46

6,732

Восстановлено

0,165

-

-

-

0,119

-

0,284

ИТОГО

3,359

0,094

0,053

0,013

1,469

1,46

6,448

Без учета CaO: 6,448 - 0,053 = 6,395 кг.

Это количество шлака соответствует 95 % всего шлака, но с учетом нелетучих составляющих известняка масса шлака больше на 5,36 %:

5 * (2 + 0,6 + 0,7 + 0,6 + 53,5)/53,5 = 5,36 %.

Масса конечного шлака: L = 6,395*100/(100-5,36) = 6,757 кг.

Количество CaO в шлаке должно быть:

6,757 - 6,395 - 0,0036 * 6,757 = 0,338 кг.

В шлаке имеется 0,053 кг СаО, надо ввести в ванну путем присадки известняка: 0,338 - 0,053 = 0,285 кг.

Расход известняка равен 0,285 / 0,535 = 0,533 кг, где 0,535 содержание СаО в 1 кг известняка.

Количество СО2, внесенного известняком: 0,227 кг

Количество и состав конечного шлака

Источник

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

MnO

FeO

Сумма

Шлак

3,359

0,094

0,053

0,013

1,469

1,46

6,448

Известь

0,01

0,0032

0,285

0,0037

-

0,0032

0,3051

Всего, кг

3,369

0,0972

0,338

0,0167

1,469

1,4632

6,7531

Всего, %

50

1,44

5

0,25

21,7

21,61

100

Количество и состав конечной стали

Источник

C

Si

Mn

S

P

Fe

У

Сталь 1-го периода

1

0,003

0,066

0,0404

0,0404

95,7102

96,86

Окислилось

0,62

-

-

-

-

-

0,62

Осталось

0,38

0,003

0,066

0,0404

0,0404

95,7102

96,24

Восстановилось

-

0,077

0,092

-

-

0,133

0,302

Ферросилиций

0,00051

0,23

0,00145

0,000116

0,000116

0,35

0,5868

Ферромарганец

0,00365

0,013

0,492

0,000146

0,000365

0,56

1,0691

Итого, кг

0,38416

0,323

0,651

0,0407

0,0409

96,7532

98,1979

%

0,39

0,336

0,67

0,042

0,042

98,52

100

Материальный баланс 2-го периода плавки (окислительный период, раскисление и выпуск)

Поступило, кг

Получено, кг

Металла первого периода

96,86

Стали

98,1979

Шлака первого периода

4,9

Шлака

6,7531

Железной руды

1

СО2

0,227

Марганцевой руды

0,5

Извести

0,533

СО

1,45

Ферромарганца

0,73

Ферросилиция

0,29

Всего

106,628

Из кладки

1,2

Невязка

-0,031

Кислорода

0,584

ИТОГО

106,597

ВСЕГО

106,597

Материальный баланс всей плавки

Поступило, кг

Получено, кг

Чугун ПВК3 2А 2 ГОСТ 805-95

27,12

Стали

98,1979

Стальной лом ГОСТ 2787-75

32,88

Шлака

6,7531

Возврат собственного производства

40

СО

2,605

Железной руды

1

СО2

0,227

Марганцевой руды

0,5

Извести

0,533

Невязка

-0,031

Ферромарганца

0,73

Ферросилиция

0,29

ВСЕГО

107,752

Из кладки

2,2

Кислорода

2,499

ВСЕГО

107,752

Выпуск плавки

плавильный шихта чугун кремний

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.

Разливка

После установки и закрепления раздаточного ковша на стенде производится наполнение разливочного ковша полной струей без разбрызгивания.

Разливочный ковш должен иметь хорошо заправленный носок и исправную чайниковую перегородку.

Заливочные ковши должны подаваться под заливку в нагретом до- красна состоянии, наполнение ковша должно быть не более 7/8 высоты. Заливочное устройство должно быть в исправном состоянии и иметь защелку, предохраняющую опрокидывание ковша при транспортировке.

Заливка форм производится ровной струей, направленной в центр литниковой чаши. Скорость заливки формы должна быть такой, чтобы литниковая чаша не опорожнялась в процессе заливки более чем наполовину.

В случае бурления металла в ковше, что свидетельствует о недостаточной просушке его, металл необходимо немедленно слить в изложницу.

Высота носка ковша над формой при заливке не должна превышать 400 мм.

Запрещается производить заливку форм с перерывом струи металла, разбрызгивающейся струей, холодным металлом.

Шлак с поверхности металла перед заливкой очищается счищалкой.

Время заполнения форм, температура заливки определяются технологической картой детали.

Кроме алюминия, введенного в раздаточный ковш или печь, при заливке в каждый разливочный ковш дается 100…120 г алюминия.

По окончании заливки остаток металла сливается в изложницы, но ни в коем случае не на землю.

Контролю подлежат:

а) содержание углерода по расплавлению (инспекторский контроль);

б) характеристики шлака;

в) проба на раскисленность металла (инспекторский контроль);

г) отбор проб на химический анализ.

Список используемой литературы

1. Расчеты в технологических процессах плавки литейных сталей (углеродистых, легированных, высоколегированных): Учеб. пособие / Б.М. Соболев, М.Б. Соболев. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2004. - 98 с

2. Крамаров А. Д. Производство стали в электропечах. Изд. 3-е, испр. и дополи. Изд-во “Металлургия”, 1969, с. 348.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.