Шихтовые материалы, топливо и флюсы, применяемые при плавке чугуна в вагранке. Их функциональное назначение и поведение при плавке

Варианты плавка стали в кислой электродуговой печи. Их возможности, достоинства и недостатки.

Газовые дефекты в стальных отливках. Причины и механизм их образования. Меры предупреждения.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7

Газы в стали: водород, азот, кислород.

Источники газов: 1) шихтовые материалы (лом, возврат, легир.); 2) атмосфера печи (связ.с внешней атмосферой); 3) футеровка печи, ковша; 4) литейная форма (влага, связующее, добавки).

Газы приводят к дефектам газовой пористости, которая ухудшает мех.свойства сталей.

3. Механизм растворения и удаления газов:

1) водород диффундирует к поверхности раздела металл-газ (конвективное диффузия+молекул.диффузия)

2) адсорбция молекул водорода на границе металл-газ.

3) диссоциация молекул водорода на атомы: Н₂→Н+Н

4) растворение атомов водорода в жидком металле: Н→[Н]

5) перенос [Н] от поверхности металл-газ в объем расплава.

4. кинетика растворения (удаления) газов:

Лимитирующая стадия – а) молекулярная диффузия; б) хим.реакция: Н₂→Н+Н и Н+Н→ Н₂

5. образование газовых раковин:

- эндогенные газовые раковины:

Если r→0, то p_кап→∞, т.е. происходит образование по гетерогенному механизму (на зародышах – неметаллических включениях). Газовая раковина больше всего образуется на поверхностных слоях. Предотвращение: КИП, тщательная подготовка ковшей, внепечное

вакуумирование, рафинирование инертными газами, компрессионное литье.

- экзогенные газовые раковины:

Газы из формы (стержня). Источники газов – влага, связующее, добавки.

р_газ>р_атм+р_мест.+р_кап

р_мест.=ρgh_Me

р_кап=2σ_Н/r_кап

r_кап=r_{поры в форме} (зависит от плотности упаковки и размера зерен песка)

диаметр зерна=(0,1-0,4) мм, диаметр поры=0,32*диаметр зерна, r_кап=(0,015-0,06) мм.

Экзогенные газовые раковины образуются в верхней части отливки. Предотвращение: а) снижение газотворности формы и стержней (уменьшение влажности, расхода связующего); б) увеличение газопроницаемости смеси; в) выполнение искусственных газоудаляющих каналов (наколы); г) применение красок (уменьш. r_кап, увел. р_кап)

- Футеровка – динас (SiO2)

- шлак – кислый (%SiO2>>(%CaO+Al2O3))

- невозможность рафинирования от серы и Р.

- практически полное окисление марганца из завалки.

Mn+O2→(MnO), [Mn]+[O]→(MnO)

(MnO)+(SiO2)→mMnO*nSiO2

Это приводит к трудности выплавки стали, содержащей марганец (110Г13Л)

- невозможность выплавки сталей, содержащей титан и алюминий (SiO2)+[Ti]→[Si]+(TiO2)

- плавка углеродистых сталей

- плавка легированных сталей (Cr, Mo, V, Ni, Co)

Достоинства: 1) высокая стойкость футеровки; 2) низкая стоимость футеровки; 3) небольшая длительность плавки; 4) низкий расход электроэнергии.

Технология плавки:

- заправка;

- завалка: металлическая часть (стальной лом, возврат, науглероживатели), шлакообразующие (кварцит), окислителей нет.

- плавление: окисление C, Si, Mn, P, Cr, V, Mo.

- окислительный период: окисление ЛЭ; полное окисление марганца, КИП (окисление С) (FeO+[C]=[Fe]+{CO}↑→рафинирование жидкой стали от водорода, НВ)

- восстановительный период: раскисление металла и шлака. Раскисление металла за счет ФМн, ФС, алюминия, а шлака – угольного порошка, порошка ФС и алюминия; восстановление ЛЭ (Cr, Mo, V); восствновление кремния.

(SiO2)+[C]→[Si]+{CO}↑ Содержание кремния зависит от содержания углерода.

По ГОСТам % Si=(0.2-0.4(0.52)) %

0.2% - активный вариант плавки: препятствует восстановлению кремния. Уменьшается активность оксида кремния с добавлением основного оксида FeO.

mFeO+nSiO2→mFeO*nSiO2

0,4% - пассивный вариант: не препятствует восстановлению кремния. Раннее завершение плавки.

- выпуск металла и раскисление в ковше (Al, Ti, P, Si-Ca, РЗМ)

n 1. металлическая шихта, в том числе: чушковые чугуны (литейные Л1-Л6 ГОСТ 4832-95, передельные ПЛ1и ПЛ2, перед. высококачественные ПВК1-ПВК3 ГОСТ805-95); вторичные материалы ГОСТ2787-86 (стальной лом и отходы, чугунный лом и отходы); возврат собственного производства (брак, литники, прибыли, выпоры, сливы и др.); ферросплавы (ферромарганец ФМн75-ФМн78 ГОСТ4755-91, ферросилиций ГОСТ1415-93 (ФС20…ФС90); силикомарганец ГОСТ4756-91 (МнС12…МнС25) содержание марганца в силикомарганце всех марок 60-65 %.

n Флюсы предназначены для понижения температуры плавления шлаков, увеличения их подвижности, предохранения металла от насыщения серой, окисления, а также для очистки металла от неметаллических включений.

В качестве флюсов применяют известняк металлургический, известь, плавиковый шпат и др.

Известняк (ГОСТ26671-85) основу которого (до 97 %) составляет СаСО₃. При нагреве известняк распадается с образованием извести СаО и СО₂.

Известь содержит 88-93 % СаО, 2 % МgО, не более 2 % SiO₂, не более 3 % (FeO+Al₂O₃) и не более 0.2 % S.

Плавиковый шпат (ГОСТ 29220-91) содержит в зависимости от марки 65-85 % СаF₂, 10-30 % SiO₂, остальные примеси – СаСО₃ и FeO. Применяют размельченный до фракции 3-10 мм.

n Для плавки чугуна используются твердые, жидкие и газообразные виды топлива.

Кокс литейный каменноугольный (ГОСТ3340-88) является основным видом твердого топлива коксовых вагранок, получают сухой перегонкой (нагревом до 1100^оС) без доступа воздуха коксующихся каменных углей. Горючей составляющей кокса является углерод. Различают три марки кокса табл. 1 (КЛ1, КЛ2, КЛ3). По размеру кусков они делятся на классы (минимальный размер-40 мм).

Мазут (ГОСТ 10585-76) используют в сушилах и других печах. Горючими составляющими является углерод (80-87 %) и водород (11-13 %).

Природный газ (ГОСТ 5542-87) применяется в коксогазовых и газовых вагранках, для розжига коксовых вагранок, в сушилах и других печах. Горючими составляющими являются метан (77-98 % СН₄).

4. В чем заключается принцип Шарпи? Какие чугуны отвечают этому принципу? Каковы особенности технологии их получения?

ШАРПИ ПРИНЦИП - основное правило расположения в сплаве структурных фаз, обеспечивающих высокие антифрикционные и износостойкие свойства сплава, а также его прочность, вязкость и другие свойства. По шарпи принципу наиболее твердые структурные составляющие должны залегать в виде изолированных друг от друга включений, а наиболее вязкие - образовывать сплошную матрицу.

Дата добавления: 2015-04-24