Составление и расчет шихты

Расчеты состава шихты

Состав стекольной шихты рассчитывают по заданно­му составу стекла в % по массе с учетом составов ис­пользуемых сырьевых материалов и стеклобоя. Расчет ведут на 100 частей стекла по массе.

Основы расчета состава шихты. Для расчета прини­мают, что из сырьевых материалов шихты в стекломассу переходят только оксиды, а влага и газы, образующиеся при химических реакциях в шихте, удаляются с продук­тами горения топлива, сжигаемого в печи. В составе стекла учитывают только некоторое количество S03, ос­тающееся после разложения Na2S04. По практическим данным, при расчете шихты его принимают до 0,5 % по массе.

Многие компоненты при температуре варки стекла частично улетучиваются, и для получения требуемого со­держания в составе стекла в шихту их вводят в некото­ром избытке. Необходимая добавка на улетучивание за­висит от вида материала и упругости его пара при раз­ных температурах; степень летучести компонентов воз­растает при увеличении содержания материала в шихте и повышении температуры печи. Можно для расчетов принимать следующие добавки компонентов на улетучи­вание в % по массе от их заданного содержания в соста­ве стекла: В203— от 11 (при содержании в стекле до 7 % по массе) до 15 (при более высоком содержании); РЬО—1,5—3; ZnO — порядка 4; КгО —5; Na20 — 1,5—3 для соды, 5 для сульфата натрия, 30 для кремне- фтористого натрия и криолита; фтор — от 30 (для обыч­ных стекол) до 50 (для тугоплавких, боросиликатных, бесщелочных и малощелочных). Эти значения даны для пламенных печей.

Расчет состава шихты заключается в решении систе­мы уравнений с несколькими неизвестными, причем чис­ло неизвестных зависит от количества сырьевых матери­алов, вводящих в состав стекла сразу несколько компо­нентов. Если стекло и применяемые сырьевые материа­лы являются многокомпонентными, число неизвестных и уравнений увеличивается, и в этом случае расчет шихты значительно усложняется. Для точных расчетов шихт многокомпонентных стекол системы уравнений решают с помощью электронно-вычислительных машин, а в ус­ловиях производства пользуются расчетами по методу постепенного приближения.

Во всех случаях расчеты надо начинать с тех компо­нентов стекла, которые вводятся в наименьшем числе материалов. Состав промышленной шихты рассчитывают с точностью до второго десятичного знака. Для расчета необходимо знать коэффициенты перехода оксидов в стекло из сырьевых материалов (см. приложение).

Примеры расчета состава шихты. Пример 1. Расчет состава ших­ты стекла простого состава. Простое стекло содержит в % по массе:

Si02—72,8; CaO—10; Na20—17; S03—0,2; 85 % оксида натрия введем содой, а 15 %—сульфатом Na. Восстановителем будет уголь, состав­ляющий 6 % от массы сульфата натрия. Химический состав сырьевых материалов возьмем из табл. 5.1. Si02 введем песком № 1, а СаО — мелом. Как видно, Si02 и СаО содержатся в песке, меле и сульфате натрия, a Na20 — в соде и сульфате натрия. Кроме того, используемые материалы (кроме соды) содержат также А1203, Fe203 и MgO, кото­рые перейдут в состав стекла. Поэтому получить точно заданный со­став стекла, содержащий только Si02, СаО, Na20 и SO3, не удаст­ся (для этого нужно было бы взять химически чистые сырьевые материалы).

Расчет начнем с Na20, которая вводится двумя материалами, и определим требуемое количество соды и сульфата натрия.

Сода. В составе соды Na20 содержится в основном веществе — Na2C03; оксид натрия также частично образуется из примеси NaCl в результате ее взаимодействия с влагой шихты по реакции 2NaCl+ +H204±Na20 + 2HCI. Однако ввиду малого содержания NaCl, а также его большой и непостоянной летучести этой реакцией мож­но пренебречь. Из Na2COj переходит в стекло 58,5 % по массе Na20, а из соды — с 98,7 % Na2C03: 58,5-0,987=57,7 % по массе Na20.

С содой необходимо ввести в стекло 85 % от заданного содер­жания Na20 в стекле, т. е. 17-0,85=14,3 % по массе Na20. Для этого потребуется соды (14,3-100)/57,7=25 кг. Примем, что 2% соды при варке улетучатся, тогда нужно взять добавку, равную 25-0,02=0,5 кг. Всего будет взято соды 25+0,5=25,5 кг. С содой войдут в состав стекла в % по массе: Si02 25-0,0005=0,01; А120з 25-0,0005 = 0,01; СаО 25-0,0008 = 0,02 (содержания Si02, А1203 и СаО в соде взяты из табл. 5.1).

Сульфат натрия. Этим материалом нужно ввести в состав стек­ла 17—-14,3 = 2,7 % по массе Na20. Из Na2S04 переходит в стекло 43,7 % Na20, а из сульфата натрия — 43,7-0,9447=41,3 % Na20. Ко­личеством Na20, образующимся из NaCl сульфата, пренебрегаем.

Для введения в состав стекла 2,7 % по массе Na20 потребуется сульфата натрия (2,7-100)/41,3=6,54 кг. Добавка на 5% улетучи­вания составит 6,54-0,05 = 0,33 кг, а всего сульфата натрия в шихте будет 6,54+0,33=6,87 кг.

Читайте также:  Как оценить ЛКП автомобиля при покупке; Чтиво; Сибдепо

В сульфате натрия содержатся CaS04 и MgS04, которые при разложении дадут в % по массе: СаО — 41,1 от CaS04, или 3.09Х Х0,411 = 1,27; MgO —33,5 от MgS04, или 0,45-0,335=0,15 %. Суль­фат натрия внесет в состав стекла в % по массе: Si02 6,54-0,0043 = = 0,03; А120з 6,54-0,0014=0,01; СаО 6,54-0,0127=0,08; MgO 6,54 X Х0,00151 = 0,01. Кроме того, принимаем, что в состав стекла из сульфата натрия перейдет 0,2 % по массе S03.

Для восстановления сульфата натрия вводим уголь с 90 % С, которого потребуется (6,87-0,06)/0,9=0,458=0,45 кг.

Песок и мел. Подсчитаем, сколько Si02 и СаО внесено содой и сульфатом натрия в % по массе: Si02 — 0,01+0,03=0,04; СаО — 0,02+0,08=0,10. Для получения требуемого количества в стекло нуж­но ввести в % по массе: Si02—72,8—0,04=72,76; СаО—10—0,1 = = 9,9. Оба эти компонента вводят и песком и мелом. Обозначим потребное количество песка х, а мела у; тогда баланс Si02 и СаО можно написать следующими уравнениями:

Si02 — 72,76 = х-0,9882 + у-0,0238; СаО — 9,90 = дг-0,002 + у-0,5417.

Решим эти уравнения, исключив у:

— х-0,002-0,0238 — у-0,5417-0,0238 = — 9,9-0,0238

Ж-0,536 ± 0 = 39,179

Отсюда узнаем количество вводимого песка х:

Песок введет в состав стекла в % по массе:

Si02 — 73,07-4,9882 = 72,2;

СаО — 73,07-0,002 = 0,15; А120373,07-0,0029 = 0,21;

MgO — 73,07-0,001 =0,07; Fe203 73,07-0,001 = 0,07.

Количество мела определяем из уравнения (2):

9,9 — 73,07-0,002 9,74

С мелом войдут в состав стекла в % по массе:

Si02—18-0,0238 = 0,43; СаО — 18-0,5417 = 9,74;

MgO — 18-0,0016 = 0,03; А1а03 — 18-0,004 = 0,07;

Fe^ — 18-0,0027 = 0,05.

Состав шихты сведем в виде табл. 5.2 и рассчитаем фактиче­ский состав стекла по данным табл. 5.3.

Ювелирные Известия

Рас­чет ших­то­вых ма­те­ри­а­лов для спла­ва про­из­во­дит­ся ис­хо­дя из со­ста­ва се­реб­ря­но­го спла­ва СрМ925. Рас­счи­ты­ва­ет­ся по­треб­ное ко­ли­че­ство ших­то­вых ма­те­ри­а­лов для про­ве­де­ния плав­ки, ко­ли­че­ство воз­вра­та.

Рас­счи­ты­ва­ет­ся со­дер­жа­ние ком­по­нен­тов в 100г спла­ва, в гр. с уче­том уга­ра. При плав­ке в ин­дук­ци­он­ной пе­чи угар эле­мен­тов со­став­ля­ет:

Ко­ли­че­ство ком­по­нен­тов с уче­том уга­ра, г

Ag=92,5+0.46=92,96 г., Cu=7,5+0,04=7,54

Ко­ли­че­ство соб­ствен­ных от­хо­дов при­ни­ма­ем рав­ны­ми 60 %. Со­дер­жа­ние ком­по­нен­тов спла­ва в от­хо­дах со­став­ля­ет:

Ag = 92,5*0,6=55,5г., Cu = 7,5*0,6= 4,5

В сум­ме со­став­ля­ет: 60­г

Ко­ли­че­ство чи­стых ком­по­нен­тов:

Ag= 92,96-55,5=37,46 г., Cu=7,54-4,5=3,04 г

Та­б­ли­ца 1 — Со­дер­жа­ние ком­по­нен­тов спла­ва СрМ925.

Та­б­ли­ца 2 — Со­став ших­ты.

Расчeт лит­ни­ко­во-ли­тей­ной си­сте­мы

Здесь опре­де­ля­ет­ся раз­ме­ры ча­стей лит­ни­ко­вой си­сте­мы для от­лив­ки-пред­ста­ви­те­ля мас­сой — 0,0125кг со стен­ка­ми тол­щи­ной от 1,3 до 3мм. Опре­де­ле­ние вре­ме­ни за­пол­не­ния по­ло­сти фор­мы жид­ким ме­тал­лом.

где: G = 0,0125 кг * 8 шт + 30% = 0,13 кг— мас­са от­лив­ки со сто­я­ком (8­шт – ко­ли­че­ство от­ли­вок-пред­ста­ви­те­лей; 30% — по­сто­ян­ное чис­ло, до­пол­ни­тель­ный за­пас ме­тал­ла для про­лив­ки);

S = 1,3 – ко­эф­фи­ци­ент, за­ви­ся­щий от тол­щи­ны стен­ки от­лив­ки (1,3 – 2,3);

δ = 2,2 мм – сред­няя тол­щи­на от­лив­ки;

t = 1,3* 3 √2,2*0,13= 0,86 с, при­ни­ма­ем 0,9с

При рас­че­те раз­ме­ров лит­ни­ко­вой си­сте­мы не­об­хо­ди­мо опре­де­лить се­че­ние ми­ни­маль­но­го ка­на­ла для за­пол­не­ния фор­мы в се­че­ние оп­ти­маль­но­го вре­ме­ни.

Fmin = G / m*p*t√ 2*q*Hр, (10)

где: Fmin — ми­ни­маль­ное рас­чет­ное се­че­ние пи­та­те­ля, м 2 ; m — ко­эф­фи­ци­ент рас­хо­да (со­про­тив­ле­ния) (от 0,4 до 0,8); q — уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния, м/с 2 ; p — плот­ность жид­ко­го ме­тал­ла, кг/ м3 ; Н — сред­ний гид­ро­ста­ти­че­ский на­пор, м.

При m = 0,5; p = 9750 кг/­м 3 ; Нр = 0,0303 м; q = 9,8 м/с 2 по­лу­ча­ем:

Fmin = 0,13/0,5*9750*0,9√2*9,8*0,0303 = 0,0000385­м 2

На сто­я­ке рас­по­ла­га­ют­ся 8 от­ли­вок, на каж­дую от­лив­ку при­хо­дит­ся по 1 пи­та­те­лю.

Fпи­т=Fmin/8 = 0,0000385/8=0,0000048­м 2

Раз­ме­ры пи­та­те­ля бу­дут рав­ны:

dп = √4F/π = √(4 × 0,0000048 / π) = 0,00247215489 = 2.4 мм

Со­от­но­ше­ние пи­та­те­ля и сто­я­ка 1:3.

Fсто­я­ка=Fmin*3=0,0000385* 3 = 0,0001155­м 2

Опре­де­ля­ем диа­метр сто­я­ка:

Dст = √4F/π = √(4 × 0,0001155 / π) = 0,01212679543 = 12.1 мм

Ри­су­нок 1 — Диа­метр сто­я­ка (а) и пи­та­те­ля (б).

Расчет шихты

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Ноября 2013 в 08:53, контрольная работа

Краткое описание

1. Определение химического состава чугуна заданной марки
2. Шихтовые материалы для плавки чугуна
3. Изменение содержания химических элементов в шихте в процессе плавки
4. Выполнение расчетов при плавке чугуна в вагранке

Прикрепленные файлы: 1 файл

расчет шихты контр.docx

1. Определение химического состава чугуна заданной марки

Химический состав серых чугунов определяют по ГОСТ 1412-85

Рекомендуемый состав серого чугуна по ГОСТ 1412-85

Средний расчетный состав чугуна чаще всего определяют как полусумму указанных в табл. 1 и 2 предельных значений. Например, для чугуна СЧ 15 можно принять следующий состав: 3,6 % С, 2,2 % Si, 0,6 % Mn, не более 0,15 % S, не более 0,2 % Р.

Читайте также:  Детское надувное автокресло Easyсarseat

2. Шихтовые материалы для плавки чугуна

Среди применяемых при плавке чугуна шихтовых материалов можно выделить следующие группы:

  • отходы собственного производства литейного цеха;
  • стальной и чугунный лом;
  • стальная и чугунная стружка;
  • чушковые чугуны;
  • ферросплавы и легирующие добавки;
  • лигатуры и модификаторы;
  • карбюризаторы.

К отходам собственного производства относятся литники, прибыли, выпоры, скрап, бракованные отливки и т.п. Как правило, химический состав отходов можно принять равным среднему расчетному составу выплавляемого чугуна. Количество отходов в шихте должно быть согласовано с балансом металла по цеху и выходом годного.

Все отходы целесообразно переплавлять в цехе. Это обеспечивает снижение себестоимости чугуна. Не переплавленные отходы придется фактически списывать. Так как цена металлолома значительно ниже себестоимости отходов, это приведет к повышению себестоимости чугуна. При выполнении расчета количество включаемых в шихту отходов либо указывается в задании, либо определятся при расчете баланса металла по цеху. В зависимости от марки чугуна и типа отливок (в зависимости от выхода годного) доля отходов шихте составляет от 15 до 35 %.

Вторичные черные металлы (чугунный и стальной лом, стружка) должны соответствовать требованиям ГОСТ 2787-86. Их классифицируют по наличию легирующих элементов на категории (А — углеродистые, Б -легированные), на 25 видов по показателям качества и 67 групп по содержанию легирующих элементов. Химический состав лома указывается поставщиком в сертификатах и для каждой партии контролируется на предприятии. Количество чугунного лома в шихте колеблется от 10 до 40 %, а стального лома от 0 до 60 % в зависимости от химического состава лома, марки выплавляемого чугуна и типа плавильного агрегата.

3. Изменение содержания химических элементов в шихте в процессе плавки

В результате взаимодействия элементов шихты с газами, футеровкой печи и топливом происходит уменьшение (угар) или увеличение (пригар) содержания химических элементов в шихте. Выраженное в процентах изменение содержания элемента в процессе плавки, отнесенное к его содержанию в шихте, называют угаром элемента У. Величина угара У зависит от типа плавильного агрегата, его конструкции и размеров, режима плавки, а также от вида элемента.

В соответствии с этим на практике значения y для каждого элемента и типа плавильного агрегата характеризуются некоторыми диапазонами значений. Например, при плавке в вагранке угар кремния составляет 10-35 %, угар марганца 15-40 %, угар хрома 15-20 %. При плавке в вагранке с кислой футеровкой угар фосфора равен нулю. Содержание никеля при плавке не изменяется (Ум=0).

При опускании твердой шихты в верхней части печи происходит угар углерода Ус, а при протекании капель жидкого чугуна через холостую калошу и при выдержке его в горне происходит науглероживание, вызванное переходом углерода из кокса в чугун. Содержание углерода в чугуне Сч можно определить по формуле

где Сш — процентное содержание углерода в шихте;

Кн — коэффициент науглероживания, представляющий собой выраженное в процентах количество углерода, перешедшего из кокса в чугун.

Величины Ус и Кн зависят от многих факторов и колеблются в значительных пределах. При плавке серых чугунов в среднем при выполнении расчетов можно принять Кн=2 % и Ус=50 %.

Для того чтобы обеспечить в чугуне требуемое содержание углерода Сч необходимо, чтобы содержание углерода в шихте удовлетворяло следующему, полученному из (1) уравнения

Основное количество серы в вагранку поступает с коксом. 30 % серы кокса окисляется, а 70 % переходит в чугун, что приводит к повышению содержания серы в чугуне. При выполнении расчетов можно принять пригар серы 60 %.

Для обеспечения получения чугуна заданного состава необходимо определить содержание элементов в шихте с учетом их угара или пригара. Справедливо следующее балансное уравнение

где Эш и Эч — содержания элемента в шихте и в чугуне.

Отсюда находим уравнения для расчета содержания элементов в шихте

В случае угара У>0, а в случае пригара У 100)=3,2

4. Выполнение расчетов при плавке чугуна в вагранке 4.1.Последовательность расчета шихты

В обобщенном виде последовательность расчета шихты описана во введении. Рассмотрим здесь эту последовательность на примере расчета шихты для выплавки чугуна марки СЧ 15.

Определенные выше соответствующие значения для чугуна СЧ 20 записываем в соответствующие колонки в строках 1 и 3 табл. 6. Расчет ведем на 100 кг жидкого чугуна. Данные по угару элементов, помещенные в строку 2, определены как разность содержания элементов в шихте (строка 3) и в чугуне (строка 1). Угар железа принимаем равным 0,25 % от его содержания в чугуне, т.е

Читайте также:  Как установить противотуманки на приору

Суммарный угар элементов определится как алгебраическая сумма угаров элементов, т.е

У=0,34+0.2+0,23-0,6-0,056= =0,11 кг.

Примем количество вводимых в шихту отходов собственного производства равным 25 кг, а количество покупного чугунного лома — 14 кг. Химический состав применяемых шихтовых материалов приведен в табл. 7.

Внесем процентные содержания элементов в отходах и ломе в соответствующие колонки строк 4 и 5 табл. 6. Количества элементов, внесенных отходами и ломом, определяем путем умножения данных колонки 3 на процентные содержания элементов (колонки 4, 6, 8, 10 и 12) и деления на 100. В строке 6 приведены суммарные количества элементов, введенные отходами и ломом, а строке 7 — количества элементов, которые нужно вве сти остальными шихтовыми материалами. Они определены как разности соответствующих значений в строках 3 и 6.

В строке 7 в колонках 4, 6, 8, 10, 12 приведены требования по средним процентным содержаниям элементов в оставшейся части шихты. Они определены путем деления данных колонок 5, 7, 9, 11 и 13 на число в колонке 3 и умножения на 100. Например, процентное содержание углерода равно 1,47 100/60,11=2,45 %.

В остальной части шихты используется чушковый чугун. Содержание углерода в нем колеблется от 3,4 до 4,5 %, т.е. значительно выше полученного выше значения 2,45 %. Поэтому для обеспечения требуемого содержания углерода необходимо в шихту ввести стальной лом.

Целесообразно вводить в шихту среднекремнистые литейные чугуны марок Л3 или Л4, так как в структуре высококремнистых чугунов (Л1 и Л2) содержится значительное количество графитовой спели, отрицательно влияющей на литейные свойства чугуна.

Для получения достаточного количества перлита в структуре чугуна желательно вместе с литейным чугуном применять в шихте передельный чугун. Доля передельного чугуна в зависимости от марки выплавляемого чугуна колеблется от 10 до 25 % от количества литейного чугуна. Примем для использования в шихте литейный чугун марки Л4БШ и передельный чугун марки ПЛ1Б11. Количество передельного чугуна примем равным 20 % от количества литейного чугуна. Анализ химического состава этих чугунов показывает (данные колонок 6 и 8 в строках 9 и 10), что содержание в них кремния и марганца меньше требуемых значений, приведенных в соответствующих колонках строки 7 (по кремнию 2,45 %, а по марганцу 1,21 %).

Поэтому для обеспечения требуемых содержаний марганца и кремния необходимо применять ферромарганец и ферросилиций. При ваграночной плавке применяют низко кремнистый ферросилиций, чаще всего ФС20. Применим также низкоуглеродистый ферромарганец ФМн0,5.

Обозначим количество введенного стального лома буквой А, количество литейного чугуна буквой В, количество предельного чугуна примем равным 0,2В, а количество ферросилиция обозначим буквой С. Сумма количества стального лома, литейного, предельного чугунов и ферросилиция равна числу в колонке 3 в строке 7, т.е.

Отсюда находим, что С=60,11 -А-1,2В.

Напишем балансное уравнение по углероду

В этом уравнении слева сумма количеств углерода, вносимых стальным ломом, литейным и передельным чугуном, а в правой части количество углерода, которое необходимо внести (см. в строке 7 колонку 5).

Напишем балансное уравнение по кремнию

Здесь слева сумма количеств кремния, внесенного стальным ломом, литейным и передельным чугунами и ферросилицием, а справа количество кремния, которое необходимо внести (см. в строке 7 колонку 7). Подставим в это уравнение вместо С полученное выше выражение и после преобразований получим следующее уравнение

Решив совместно уравнения (4) и (5), получаем:

Количество стального лома А=20,62 кг; количество литейного чугуна В=30,22 кг, количество передельного чугуна равно 6,04 кг и количество ферросилиция ФС20 равно 3,22 кг.

Внесем эти данные в табл. 6. Внесем также в соответствующие строки и колонки величины по количеству внесенных материалами элементов. Как видно из строки 13, необходимо внести 0,436 кг марганца. Количество ферромарганца ФМн0,5 равно 0,436/0,85=0,51 кг. Внесем эту величину в колонку 3 строки 14 и рассчитаем количество внесенных ферромарганцем элементов.

В строке 15 приведены итоговые данные по составу шихты. Видно, что они практически не отличаются от приведенных в строке 3 необходимых значений. Содержание серы и фосфора в шихте меньше приведенных в строке 3 предельных значений.

В табл. 6 приведены итоговые данные по составу шихты, приведенные к 100 кг шихты.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector