Расчёт материального баланса плавки

 

Для расчёта материального баланса необходимо знать длину сплавляемой части электрода, которая равна 5,4 м и массу сплавляемой части электрода, которая равна 3005 кг.

Химический состав электрода, предназначенного для ЭШП, представлен в таблице 6.

 

Таблица 6 - Химический состав электрода

В процентах

Элемент	С	Si	Mn	Cr	S	P	Ni	Cu	Ni+Cu
Содержание	1,0	0,25	0,23	0,42	0,015	0,020	0,20	0,15	0,40

 

При электрошлаковом переплаве происходит окисление элементов, при этом каждый метр поверхности стали присоединяет 25 г кислорода. Имеется следующий путь доставки кислорода к поверхности металлической ванны: окисление поверхности электрода кислородом воздуха, далее перехода окалины в шлак при плавлении электрода и доставка кислорода к границе жидкого металла:

 

FeO2→FeO→(FeO) →[FeO]

 

Определение количества образующейся окалины FeO

 

, (51)

 

где S - площадь поверхности одного электрода, м2.

 

S= , (52)

 

где  - длина сплавляемой части электрода, м.

S=3,14·0,3·5,4=5,09м2.

Тогда согласно формуле

г

Для образования такого количества FeO понадобится кислорода:

 

, (53)

 

где S - площадь поверхности электрода, м2.

mO=25·5,09 = 127,5 г

Тогда окислится железа:

 

 (54)

mFe = 343,4 - 76,4 = 267 г

 

Окалина при плавлении переходит в шлак, где она расходуется на окисление элементов по реакции:

 

(FeO)+[R]→[Fe]+(RО)

 

То есть железо возвращается в жидкую металлическую ванну. Конечное содержание FeO во флюсе АНФ-1П

 

, (55)

 

где mшл - масса шлака, кг

г

Перейдёт в слиток железа:

, (56)

 

где Х - количество FeO в исходном флюсе, %; в применяемом флюсе Х=0

m(FeO) - конечное содержание FeO в шлаке, %;

mFe0 - количество, образующейся окалины, г.

г

Совместно с Fe перейдёт кислорода:

 

 ; (57)

г.

 

В шлак перейдёт железа:

 

 ; (58)

г.

 

Элементы окисляются по следующим реакциям:

 

2(FeO) + [Si] = (SiO2) + 2Fe;+ [FeS] = CaS + [FeO];

(FeO) + [Mn] = (MnO) + [Fe];

(FeO)+2[Cr]=(Cr2O3)+3[Fe].

Угар легирующих элементов в процессе плавки представлен в таблице 7.

 

Таблица 7 - Угары элементов

В процентах

Элемент	Si	Мn	Cr	S
Угар	10	3	0,7	34

 

Количество окислившегося элемента равно:

 

 ; (59)

г;

г;

г;

г.

 

Необходимое количество кислорода:

Для окисления Si:

г,

Для окисления Mn

г,

Для окисления Cr

г.

Тогда фактическая масса слитка:

 (60)

mс= 3005 -(0,75+0,21+0,088+0,015+0,267) = 3003,82 кг

 

Выход годного тогда составит:

 

; (61)

 %.

 

Таблица 8 - Баланс металла

Приход	Расход
Масса оплавляемой части электрода-3005 кг	1 Окислилось Fe- 0,267 кг 2 В т.ч.перейдёт в шлак Fe- 0,14 кг 3 Окислилось Si- 0,750 кг 4 Окислилось Мn- 0,207 кг 5 Окислилось Cr- 0,088 кг 7 Окислилось S- 0,015 кг
3005 кг	1,930 кг

 

Изменение химического состава флюса в процессе ЭШП.

Химический состав исходного флюса представлен в таблице 9 [4].

 

Таблица 9 - Химический состав флюса АНФ-1П

Соединения	CaF2	СаО	SiO2	TiO2	FeO	S	А12О3	C	Р
%	92	-	0,3	5,00	-	0,05	3,00	0,02	0,02
кг	110,4	-	0,36	6	-	0,06	3,6	0,024	0,024

 

Считаем, что содержание С и Р не изменяется в течении переплава. Конечное содержание FeO в шлаке составляет 150 г. На границе раздела протекает реакция:

 

,

 

Согласно этой реакции окисляется около 70 % серы.

 

, (62)

 

где  - количество серы в исходном флюсе, г

Количество кислорода необходимое для окисления серы:

 

; (63)

г.

 

Останется серы во флюсе: 15 г;

В атмосферу улетучится SO2:

 

 ; (64)

г.

 

По этой реакции образуется:

 ; (65)

г.

 

; (66)

г.

 

Содержание кремнезема во флюсе увеличивается в результате окисления кремния. В системе CaF2 - SiO2 протекает реакция:

 

CaF2 + SiO2 = 2CaO + SiF4↑

 

Определим потери Si в результате образования SiO2. Принимаем, что по реакции образования SiF4 окисляется 20 % SiO2 находящегося во флюсе.

 

; (67)

г.

 

Тогда во флюсе останется:

По этой реакции определим расход CaF2:

г;

г.

Образуется SiF4:

г

Количество TiO2, Сr2О3 и МnО определяется:

г;

г.

В процессе ЭШП испаряется 13 % CaF2 от исходного содержания (11,96 кг) Состав флюса после ЭШП приведен в таблице 10. Состав металла после ЭШП приведен в таблице 11.

 

Таблица 10 - Состав флюса после ЭШП

Состав	CaF2	СаО	SiO2	МnO	Cr2O3	FeO	S	Al2O3	С	TiO2	Р	Всего
%	94,74	0,58	0,55	0,75	0,09	0,13	0,02	3,09	0,02	5,16	0,02	100
кг	110,205	0,67	0,64	0,87	0,11	0,15	0,024	3,6	0,024	6	0,024	122,32

 

Начало таблицы 11 - Состав металла после ЭШП

Состав	С	Si		Mn	Cr	S	P
кг	30	6,75		6,64	12,51	0,435	1,22
%	1,00	0,23		0,22	0,42	0,01	0,020
кг	6,01	4,51	10,52		2935,745	3003,82
%	0,20	0,15	0,35		97,75	100,00

 

На гарнисаж расходуется до 20 % получаемого флюса или 24,46 кг. В таблице 12 приведен материальный баланс всей плавки.

 

Таблица 12 - Материальный баланс всей плавки

Израсходовано	Получено
1 Масса сплавляемой части электродов- 3005 кг	1 Шлак- 122,32 кг в т.ч. гарнисаж - 24,46 кг
2 Кислорода из атмосферы- 1,304 кг	2 Слиток- 3003,82 кг
3 Флюс- 120 кг	3 SiF4-0,26 кг
Итого: 3126,304 кг	Итого: 3126,14 кг

6 Требования к дальнейшему переделу

 

В дальнейшем слиток направляется на прокат для изготовления электрода, предназначенного для вакуумно-дугового переплава.

 

Заключение

Подшипники являются распространенным и важным элементом машин и механизмов. Улучшение качества стали, используемой для изготовления подшипников, является важной составляющей обеспечения надежности функционирования машин и механизмов.

В данном курсовом проекте проведен анализ технологий открытой выплавки стали марки ШХ4, проблемы связанные с ее производством, свойственные ей дефекты; разработана технология электрошлакового переплава стали марки ШХ4; рассчитаны определяющие геометрические размеры, тепловой баланс, электрические параметры, материальный баланс.