Исходные данные для решения задач

№ варианта	Содержа-ние элемента в чугуне, %	Размеры отливки, мм	s в, кг/мм3	Твердость, НВ	К	Искомые величины
Брус	Плита
Шири-на, а	Высо-та, в	Длина, с	Высо-та, а	Шири-на, в	Длина, с
Пример	3,6	2,2										s в, НВ, К
	3,5	2,4										s в, НВ, К
	-	2,3										С, s в, НВ
	3,5	-										Si, s в, НВ
	-	2,2										С, s в, НВ
	3,5	-										Si, НВ, К
	-	2,0										С, НВ, К
	3,4	2,1										s в, НВ, К
	3,4	1,8										s в, НВ, К
	3,4	1,6										s в, НВ, К
	3,4	1,4										s в, НВ, К
	3,4	1,2										s в, НВ, К
	3,3	1,7										s в, НВ, К
Окончание табл. 1.1
	3,3											s в, НВ, Si
	3,3											s в, НВ, Si
	3,3											s в, НВ, Si
	3,2	1,5										s в, НВ, Si
	3,2	1,4										s в, НВ, Si
	3,2	1,2										s в, НВ, Si
	3,1											Si, НВ, К
	3,2											Si, НВ, К
	3,1											Si, НВ, К
	3,0											Si, НВ, К
		1,3										С, s в, К
		1,2										С, s в, К
		1,1										С, s в, К

 

 

1.1.3. Пример выполнения задания 1.1

В песчано-глинистой форме затвердевает отливка из чугуна (СЧ15) с содержанием углерода 3,6 %, кремния – 2,2 %. Определить тип структуры, предел прочности при растяжении и твердость фрагмента отливки, представляющего собой плиту с размерами 30х120х200, если поверхность охлаждения не включает площади двух наименьших торцов (полубесконечное тело).

Решение:

Предел прочности при растяжении определяется по формуле (1.1)

где S_Э рассчитывается по формуле (1.2)

Для заданных условий

Твердость определяется по формуле (1.3)

Численная характеристика структуры рассчитывается по формуле (1.4)

Вывод: данный фрагмент отливки может иметь перлито-феррито-графитовую структуру и при почти эвтектическом составе чугуна обладает прочностью при растяжении, превосходящей соответствующую характеристику чугуна марки СЧ15.

 

1.2. Расчет шихты

1.2.1. Общие сведения

Шихту рассчитывают для того, чтобы определить долю каждого из материалов, которые совместно обеспечат в процессе плавки заданный химический состав чугуна. Известны аналитический, графический методы расчета и метод подбора. Кроме того, шихту рассчитывают на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) по специальной программе. Такой расчет позволяет быстро определить оптимальный состав шихты из большого набора компонентов при минимальной стоимости металлозавалки.

При расчете шихты учитывают, что возврат собственного производства желательно использовать полностью. На основании многолетнего опыта работы отечественных заводов установлен примерный состав шихты для разных марок серого чугуна (см. приложение 1) [2]. Химический состав марок чугуна приведен в приложении 2.

Химический состав чугуна корректируют в каждом отдельном случае в зависимости от условий и характера производства, исходных материалов, условий изготовления отливки (формовка по сырому, по сухому, литье в кокиль).

Во всех методах расчета шихты (кроме расчета на ЭВМ) по рекомендуемому химическому составу чугуна определяют содержание химических элементов в шихте. Для этого необходимо знать величину угара или пригара каждого учитываемого элемента в процессе плавки. Угар или пригар элемента при разных условиях выплавки может меняться в определенных пределах (см. приложение 3) [3].

Для точного расчета шихты этот угар определяют опытным путем по результатам плавок данного плавильного агрегата.

Содержание элементов в шихте с учетом угара (или пригара) подсчитывают по формуле

(1.5)

где Э_Ш – содержание элемента в шихте, %;

Э_Ж – содержание элемента в жидком металле, %;

у – угар элемента, %.

Если чугун выплавляют в вагранке, то содержание углерода в шихте (С_Ш) определяют по формуле

(1.6)

где С_Ж – содержание углерода в жидком металле, %;

d - содержание углерода в стальном ломе, входящем в шихту, %;

К – степень науглероживания (для холостой колоши К = 1,7; для горна К = 0,4).

Содержание серы в шихте S_Ш рассчитывают по формуле

(1.7)

где S_Ж – содержание серы в жидком чугуне;

S_К – содержание серы в коксе, %.

После определения химического состава металлозавалки рассчитывают количество отдельных составляющих одним из трех методов: аналитическим, графическим и методом подбора.

Аналитический метод заключается в составлении и решении системы уравнений. Для этого задаются двумя или тремя неизвестными компонентами шихта. Уравнений составляют столько, сколько неизвестных компонентов.

Графический метод расчета шихты основан на правилах геометрии.

 

1.2.2. Варианты задания 1.2

Задание. Рассчитать шихту аналитическим и графическим методами по вариантам задач, приведенным в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2

Варианты задач для расчета шихты

№ варианта	Выплав-ляемый чугун	Компоненты шихты	Угар элементов	Количе-ство возврата, %
Чугун литейный	Чугун переде-льный	Лом чугунный
Содержание элементов, %
Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn	Si	Mn
Пример	2,2	0,8	3,5	0,8	1,5	1,5	3,0	0,5
	2,4	0,8	3,6	1,2	0,9	1,5	3,2	0,7
	2,5	0,7	3,4	1,0	1,2	1,5	3,1	0,5
	2,3	0,6	3,7	0,9	1,1	1,4	2,9	0,5
	2,7	0,8	3,5	1,4	0,7	0,8	3,4	0,6
	2,2	0,7	3,7	1,3	1,0	0,6	3,3	0,8
	1,9	0,9	2,6	1,5	1,0	1,2	3,1	0,6
	2,0	0,8	2,6	1,4	0,8	0,6	2,4	0,5
	2,6	0,7	3,8	1,4	0,6	0,8	3,2	0,5
	1,8	1,0	2,2	1,5	2,.8	0,5	0,8	1,1
									Окончание табл. 1.2
	1,6	0,6	3,0	1,1	0,5	0,5	2,7	0,6
	1,4	0,7	2,2	1,2	0,9	0,8	1,9	0,5
	1,5	1,1	2,0	1,5	1,2	0,7	2,4	1,0
	1,4	1,0	2,2	1,5	1,2	1,3	2,1	0,5
	1,3	0,9	2,2	1,2	1,0	1,4	1,2	0,7
	1,2	0,8	2,1	1,2	0,6	1,1	1,8	0,5
	1,2	0,9	2,2	1,4	0,7	1,1	1,4	0,6
	1,2	0,7	2,5	1,3	1,0	1,1	1,5	0,7
	1,9	1,1	2,4	1,5	1,8	1,3	1,9	0,6
	1,8	0,9	2,5	1,4	1,0	0,7	2,8	0,7
	1,8	0,8	2,6	1,1	1,4	1,4	2,2	0,6
	1,7	1,1	2,4	1,2	1,2	1,1	2,8	0,9
	1,6	0,7	2,0	1,4	1,0	0,7	2,6	0,6
	1,4	0,9	1,9	1,3	0,9	1,1	2,3	0,7
	1,3	1,1	1,5	1,5	0,6	0,8	2,4	0,8
	1,3	0,7	2,0	1,4	0,5	0,5	2,2	0,6

 

 

1.2.3. Пример выполнения задания 1.2

Рассчитать шихту для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2, 2 %; марганец – 0,8 %. В применяемом плавильном агрегате угар кремния равен 10 %, а марганца 15 %. В общей массе шихты возврат собственного производства составляет 35 %.

Решение:

Для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2,2 % и марганец – 0,8 %, можно использовать материалы, марки и сплавы которых указаны в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Примерный состав шихты

Наименование материала	Массовая доля элемента, %
Si	Mn
Чугун литейный Л1	3,5	0,8
Чугун литейный Л6	1,5	1,5
Лом чугунный	3,0	0,5
Возврат собственного производства	2,2	0,8

 

Необходимое содержание кремния и марганца в шихте определяется по формуле (1.5):

Расчет шихты аналитическим методом:

Обозначим искомое количество чугуна Л1, лома чугунного и чугуна Л6 соответственно буквами А, Б и В. Составим три уравнения. Для простоты рассчитываем шихту на 100 кг металлозавалки.

Первое уравнение показывает суммарное количество всех материалов

А + Б + В + 35 + 100.