Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Июня 2013 в 21:50, курсовая работа
В курсовом проекте был выполнен расчет материального баланса плавки стали 15ХГН2ТА ГОСТ 4543-71 в дуговой сталеплавильной печи 100 т методом переплава легированных отходов. Для выплавки стали 15ХГН2ТА были использованы следующие материалы: отходы 15ХГН2ТА, отходы 20ХГНР, отходы 40ХНМА, отходы 15ХА, чугун передельный, ферросилиций ФС45, ферросилиций ФС75, известь, магнезитовый порошок, зола коксика, плавиковый шпат, электроды, алюминий. Для завалки печи в качестве шихты с учетом угара углерода в период плавления и с учетом науглероживания металла в восстановительный период использовались следующие материалы: отходы 15ХГН2ТА, отходы 20ХГНР, отходы 40ХНМА, отходы 15ХА, чугун передельный.
1 ХАРАКТЕРИСТИКА СТАЛИ 15ХГН2ТА
Сталь 15ХГН2ТА относится к конструкционным легированным сталям. Содержание
С |
Mn |
Cr |
Ni |
Si |
Ti |
S |
P |
0,13-0,18 |
0,7-1 |
0,7-1 |
1,4-1,8 |
0,17-0,37 |
0,03-0,09 |
до 0,025 |
до 0,025 |
Эта сталь обладает следующими механическими свойствами:
Sв |
Sт |
d5 |
y |
НВ 10-1 |
KCU |
МПа |
МПа |
% |
% |
МПа |
кДж/м2 |
930 |
735 |
11 |
55 |
269 |
980 |
Где: Sв – предел кратковременной прочности, [МПа];
Sт – Предел текучести для остаточной деформации, [МПа];
d5 – относительное удлинение при разрыве, [%];
у – относительное сужение, [%];
KCU – ударная вязкость, [кДж/м2];
НВ 10-1 – твердость по Бринеллю, [МПа];
Из данной марки стали выполняют следующие детали: зубчатые венцы, шатуны, зубчатые колёса, валы, ролики, и другие особо ответственные детали к которым предъявляются требование высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам.
2 ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
На основании баланса
Состав металлической части шихты приведен в таблице 1.
Таблица 1 Состав металлической части шихты.
Материал |
Содержание, % | ||||||||
С |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Ti |
Mo |
P |
S | |
Отходы 15ХГН2ТА |
0.15 |
1,0 |
0,2 |
1,0 |
1.5 |
0.05 |
– |
до 0,02 |
до 0,02 |
Отходы 20ХГНР |
0,15 |
0,8 |
0,25 |
1,0 |
1,0 |
– |
– |
до 0,03 |
до 0,03 |
Отходы 40ХНМА |
0,35 |
0,6 |
0,3 |
1 |
1,3 |
– |
0,15 |
0,02 |
0,02 |
Отходы 15ХА |
0,19 |
0,6 |
0,25 |
1 |
– |
– |
– |
0,02 |
0,02 |
ФМн78А |
7,0 |
78,0 |
2,0 |
– |
– |
– |
– |
0,05 |
0,03 |
ФС45 |
– |
0,6 |
45 |
0,5 |
– |
– |
– |
0,05 |
0,03 |
ФС75 |
– |
0,54 |
75 |
0,4 |
– |
– |
– |
0,02 |
0,02 |
Чугун передельный |
4,35 |
0,45 |
0,46 |
– |
– |
– |
– |
0,08 |
0,035 |
Принимаем что легированные отходы содержат 1% мусора, состоящего из 75,0% SiO2 и 25.0% Al2O3.
Состав неметаллической части шихты приведен в таблице 2.
Таблица 2. Состав неметаллической части шихты.
Материал |
Содержание, % | |||||||
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
CaF2 |
S |
CO2 | |
Известь |
91.5 |
1.5 |
1.0 |
1.5 |
1.5 |
– |
0.1 |
2.9 |
Плавиковый шпат |
1.9 |
4.0 |
– |
– |
– |
94.0 |
0.10 |
– |
Магнезитовый порошок |
2.0 |
2.0 |
0.5 |
– |
95.0 |
– |
– |
0.5 |
Зола коксика |
4.0 |
52.0 |
32.0 |
10.0 |
2.0 |
– |
– |
– |
Состав коксика принимаем следующий: 89,6.% С, 0,4% S и 10% золы. Расход магнезитового порошка – 0,1кг в период плавления и 0,1кг в восстановительной период.
3 ШИХТОВКА ПЛАВКИ
Шихтовка плавки сводится к определению расхода чугуна. Исходным моментом при этом является то, что содержание углерода в металле перед раскислением (в конце плавки) должно быть равным нижнему пределу его в заданной марке стали, т.е. 0,15%. С учетом науглероживания металла в восстановительной период ( в среднем 0, 05%) содержание углерода в металле в начале восстановительного периода (по расплавлении) должно составлять:
[С] РАСПЛ
= 0,15 – 0,05 = 0,1 %;
Угар углерода в период плавления зависит от содержания кремния в шихте и обычно составляет от 0,1 до 0,3%. Мы же примем угар углерода равным 0,2%. Тогда содержание углерода в шихте должно быть:
[С]ШИХ = 0,1 + 0,2 = 0,3 %;
Среднее содержание углерода в легированных отходах составляет:
; (3)
Так как среднее содержание углерода в легированных отходах меньше необходимого содержания углерода в металлической шихте, то для повышения содержания углерода в шихте в состав шихты введем передельный чугун (так называемый «чушковый»).
Определим расход передельного чугуна qч:
где: qс – 100% выход годной жидкой стали;
[С]ч – 4,35%–содержание углерода в передельном чугуне;
0,3∙100 = 0,2∙(100-qч) + 4,35∙ qч;
Получаем qч = 2,4%, следовательно для обеспечения должного процентного содержания углерода в состав шихты нужно внести 2,4% передельного чугуна, а доля легированного лома составит 97,6%.
Перещитаем процентное содержание в шихте каждую из марок сталей:
15ХГН2ТА
20ХГНР
40ХНМА
15ХА
Определим состав металлической части шихты по элементам, %
[С]ШИХ = (5)
(6)
(7)
(10)
(11)
(12)
Расчет состава шихты приведем в таблице 3.
Таблица 3. Расчетный состав шихты, %
С |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Тi |
P |
S |
0.298 |
0.8 |
0.246 |
0,98 |
1.040 |
0,01 |
0.023 |
0,022 |
Определим количество и процентное содержание мусора:
Мусор %, причем SiO2 будет 0,732%, а Al2O3 0,244%.
4 РАСЧЕТ РАСХОДА ИЗВЕСТИ
Расход извести определим по формуле:
(13)
где: Сизв = 91,5% – содержание СаО в шлаке из всех источников, кроме извести;
В = 2,2 –
основность шлака по
(SiO2)изв = 1,5% – содержание SiO2 в извести;
F = 1,235 количество (SiO2+P2O5) в шлаке из всех источников, кроме извести (таблица 4);
С = 0,002% – количество СаО в шлаке из всех источников, кроме извести (таблица 4);
Поскольку в электроплавке не используется высокофосфористая шихта, в первом приближении F можно приблизительно принять равным приходу SiO2 из всех шихтовых материалов, кроме извести.
Поступление SiO2 из металлической части шихты рассчитаем по формуле:
;
а результаты занесем таблицу 4.
Для определения F и С заполняем соответствующие графы таблицы 4, принимая при этом, что в период плавления кремний Si полностью окисляется. Тогда по формуле 13 рассчитаем количество расходуемой извести:
Таблица 4 Количество и состав шлака периода плавления
Оксиды |
Источники поступления |
ВСЕГО |
Состав шлака | |||||
Металлическая часть шихты |
Мусор и окалина |
Магнезитовый порошок |
итого |
известь |
кг |
% | ||
СаО |
– |
– |
0,0020 |
0,0020 |
2,75 |
2,875 |
2,875 |
45,12 |
SiO2 |
0,527 |
0,732 |
0,0020 |
1,261 |
0,04 |
1,308 |
1,308 |
20,26 |
MnO |
0,58 |
– |
– |
0,58 |
– |
0,58 |
0,58 |
9,1 |
MgО |
– |
– |
0,095 |
0,095 |
0,04 |
0,142 |
0,142 |
2,23 |
Cr2O3 |
0,29 |
– |
– |
0,29 |
– |
0,29 |
0,29 |
4,55 |
Al2O3 |
– |
0,244 |
0,0005 |
0,2445 |
0,22 |
0,56 |
0,56 |
8,79 |
ТiO2 |
0,017 |
– |
– |
0,017 |
– |
0,017 |
0,017 |
0,27 |
P2O5 |
0,03 |
– |
– |
0,03 |
– |
0,03 |
0,03 |
0,47 |
S |
0,0014 |
– |
– |
0,0014 |
0,003 |
0,0044 |
0,0044 |
0,07 |
ИТОГО |
1,428 |
0,976 |
0,0995 |
2,5 |
3,076 |
5,7894 |
5,7894 |
90,86 |
FeO |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,4113 |
6,5 |
Fe2O3 |
– |
– |
– |
– |
0,04 |
0,04 |
0,17 |
2,64 |
ИТОГО |
– |
– |
– |
– |
0,04 |
0,04 |
0,5813 |
9,14 |
Продолжение таблицы 4 | ||||||||
СО2 |
– |
0,0005 |
0,0005 |
0,009 |
0,009 |
– |
– | |
СО |
0,47 |
– |
– |
0,47 |
– |
0,47 |
– |
– |
ИТОГО |
0,47 |
– |
0,0005 |
0,4705 |
0,009 |
0,479 |
– |
– |
ВСЕГО |
1,898 |
0,976 |
0,1 |
2,974 |
3,14 |
5,8384 |
6,3712 |
100,00 |