вибір та обґрунтування технології переплаву власних відходів виробництва

2.2 РОЗРАХУНОК МАТЕРІАЛЬНОГО БАЛАНСУ ВИПЛАВКИ МЕТОДОМ ПЕРЕПЛАВУ
2.2.1 Вихідні дані.
Марка сталі - 18ХГТ
Хімічний склад та властивості стали 18ХГТ
Сталь 18ХГТ відноситься до конструкційних легованих сталей і знаходить широке застосування в машинобудуванні. Зі сталі цієї марки виготовляються деталі відповідального призначення, що покращуються або цементуються, від яких потрібна підвищена міцність і в'язкість серцевини, а також висока поверхнева твердість, що працює під дією ударних навантажень.
Хімічний склад сталі 18ХГТ представлений у таблиці 1.
Таблиця 1 - Хімічний склад сталі 18ХГТ (% вагові)

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti	Cu
0,17-0,23	0,17-0,37	0,8-1,1	до 0,3	до 0,035	до 0,035	1,0-1,3	0,03-0,09	до 0,3

Критичні точки цієї сталі, наведені у таблиці 2.
Таблиця 2 - Температура критичних точок стали 18ХГТ, ° С

Аc1	Аc3	Mн
735	820	360

На машинобудівних заводах сталь піддається цементації, гартуванню та відпустці. Деякі механічні властивості після такої обробки наведені у таблиці 3.
Таблиця 3 – Механічні властивості сталі 18ХГТ за 20°С

Перетин, мм	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	KCU, кДж/м2	НВ	HRC
Нормалізація 880-950°С. Загартування 870 ° С, масло. Відпустка 200 ° С, повітря або вода.
Зразки	880	980	9	50	78
Нормалізація 930-960°С. Цементація 930-950°С. Загартування 825-840 ° С, масло. Відпустка 180-200°С.
	360	640				157–207
50	800	1000	9			285	57–63
Цементація 920-950 ° С, повітря. Загартування 820-860 ° С, масло. Відпустка 180-200 ° С, повітря.
20	930	1180	10	50	78	341	53–63
60	780	980	9	50	78	240–300	57–63

Механічні властивості стали 18ХГТ
за підвищених температур представлені у таблиці 4.
Таблиця 4 – Механічні властивості сталі 18ХГТ за підвищених температур

Температура випробування,°C	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	НВ
Нормалізація
20	420	520	26	77	156
200	360	460	24	78
300	310	465	24	68
400	300	470	29	75
500	300	410	27	76
600	240	325	45	86
Зразок діаметром 6 мм, довжиною 30 мм, кований та нормалізований. Швидкість деформування 50 мм/хв. Швидкість деформації 0,03 1/с
700	205	235	46	88
800	76	135	51	94
900	54	95	55	96
1000	50	78	58	100
1100	25	43	61	100
1200	13	25	56	100

Механічні властивості сталі 18ХГТ залежно від температури відпустки представлені таблиці 5.


Таблиця 5 – Механічні властивості сталі 18ХГТ залежно від температури відпустки

Температура відпустки, °C	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	KCU, кДж/м2	HRC
Загартування 880 ° С, масло.
200	1150	1370	11	57	98	41
300	1150	1330	10	57	78	41
400	1150	1210	9	57	78	40
500	950	940	15	66	144	32
600	720	780	20	73	216	22

Механічні властивості сталі 18ХГТ залежно від перерізу представлені у таблиці 6.
Таблиця 6 – Механічні властивості сталі 18ХГТ залежно від перерізу

Перетин, мм	sв, МПа	sT, МПа	s, %	s, %	KCU, кДж/м2	HRC
Загартування 850 ° С, масло. Відпустка 200 ° С, повітря.
5	1320	1520	12	50	72
15	930	1180	13	50	78	38
20	730	980	15	55	113	30
25	690	980	19	50	93	28

2.2.2 Легування сталі 18ХГТ
Сталь 18ХГТ легована хромом (1,0-1,30%), марганцем (0,80-1,10%) та титаном (0,03-0,09%). Легуючі елементи в загальному випадку визначають розмір зерна аустеніту, його стійкість при охолодженні, властивості фериту та карбідної фази та інші фактори. Тому легування сталі має багатоцільове призначення. Один і той самий елемент може впливати на кілька факторів, через них визначаючи механічні властивості сталі.
Основне призначення легування стали 18ХГТ хромом - збільшення прожарюваності. Прожарюваність – це глибина проникнення загартованої зони, а за глибину прожарювання приймають відстань від поверхні загартованого виробу до шару зі структурою, що складається з 50% мартенситу та 50% трооститу.
При повній прожарюваності сталь має кращі механічні властивості, особливо опір крихкому руйнуванню, низький поріг холодноламкості, високе значення роботи розвитку тріщини та КСТ і в'язкість руйнування. Зі збільшенням вмісту хрому в середньолегованій сталі підвищується твердість. Це з тим, що легування хромом сталі підвищує стійкість переохолодженого аустеніту проти розпаду. Діаграма ізотермічного розпаду аустеніту стали 18ХГТ .
2.2.3 Шихтування плавки та її розплавлення
Розраховуємо кількість вуглецю, що вносять феросплави:
% [C]ф = (Егм-Екр) . Сф / Еф. п ,Екр = Ев.(100-У) / 100 ,%
де вигар приймаємо згідно таблиці2.3.
Crкр = 0,75.(100-15) / 100 = 0,64%
[С]фх = (0,75-0,64).0,25 / 65.1 = 0,0004%
Mnкр = 1,15.(100-25) / 100 = 0,86%
[С]фмн = (1,15-0,86).0,5 / 85.1 = 0,0017%
Кількість внесеного феросплавами вуглецю дорівнює:
[С]ф = 0,0004+0,0017 = 0,0021%
Кількість вуглецю [С]н, що вноситься від навуглецювання, приймаємо згідно технології [С]н= 0,04% . Вміст вуглецю у завалці :
%[С]зав = %[С]гм - %[С]ф - %[С]н :
[С]зав = 0,35-0,0021-0,04 = 0,31% ,
але так як кількість вуглецю, що вноситься навуглецюванням та феросплавами становить 0,0421%, а леговані відходи - сталь 18ХГТ, тобто необхідної для виплавки сталі, приймаючи вміст вуглецю у відходах - 0,35%, вміст вуглецю у готовому металі 0,35+0,0421 = 0,3921% буде задовольняти необхідним межам, тому до складу завалки не входить низьковуглецева сталь. Кількість ферохрому у завалку, на 100кг легованих відходів, дорівнює:
Gфx = (Crгм – Crкр).100/ (Cr)фх.п ,Gфx = (0,75-0,64) .100 / 65
= 0,17кг.
Таблиця 2.7 – Склад завалки


Якщо необхідно внести у склад завалки низьковуглецеву сталь, її кількість (х) знаходимо на 100кг завалки з рівняння :
[С]зав = [С]нв. x / 100 + [С]в.(100-х) / 100, кг: для даного прикладу, якщо [С]зав = 0,31% . а вміст вуглецю у низьковуглецевій сталі приймаємо (для даного прикладу) [С нв =0,15% її кількість буде дорівнювати :
0,31= 0,15.х / 100 + 0,35.( 100-х) / 100
31 = 0,15х + 35 - 0,35х
-4 = -0,20х
х = 20 кг
Розраховуємо необхідну кількість ферохрому (враховуючи хром, внесений низьковуглецевою сталлю),припустимо, що вміст Cr у низьковуглецевій сталі Crнв = 0,25% :
Crш = Crв. Gв /100 + Crнв. Gнв /100
Crш = 0,75.80 /100 + 0,25.20 /100 = 0,6 + 0,05 = 0,65%
Crкр = 0.65.(100 - 15) /100 = 0,553%
Gфx =(0,75-0,553).100 / 65.1 = 0,303кг.
Припустимо, що склад низьковуглецевої сталі такий, %:
С - 0,15: Mn - 0,35: Si - 0,27: Сг - 0,25: Р - 0,015: S - 0,020.

Розрахунок далі йде за першим прикладом завалки (у завалку не входить низьковуглецева сталь). Розраховуємо необхідну кількість вапна для утворення шлаку. У завалку для утворення шлаку дається 1,5% вапна. Від окислення кремнію шихти та з вапна у шлак надійде Si02.
Si02 = (Siо)ш.60 /28 + l,5.(SiO2)в /100 ,кг;
SiO2 = 0,352.60 /28 + 1,5.1,75 /100 = 0,78кг ,
при вмісті Si02 у шлаці 20% кількість шлаку становить :
Ul = Si02.100 /20 = 0,78.100 /20 = 3,9 кг
Кількість вапна для утворення шлаку, при вмісті в ньому 35% СаО та вмісті СаО у вапні 85%, становить :
В = Ul.35 /85 = 3,9.35 /85 = 1,61кг.
Розраховуємо вагу метала у кінці ПП.
Кількість окислених домішок дорівнює :
Ео = Еш.У /100 ,кг;
Sio = 0,703.50 /100 = 0,352кг
Mnо = 1,15.25 /100 = 0,288кг
Crо = 0,86.15 /100 = 0,13кг.
Знаходимо вагу метала у кінці ПП :
Gмкр = Gпл - Ео, кг
Gмкр = 100 - 0,352 - 0,288 - 0,13 = 99,4кг.
ЛІТЕРАТУРА
1. Поволоцкий Д. Я., Рощин В. Е., Рысс М.А., Строганов А. И.,
Ярцев М. А. Электрометаллургия стали и ферросплавов.-И:
Москва, Металлургия, 1984. -568с.
2. Крамаров А.Д., Соколов А.Н. Электрометаллургия стали и
ферросплавов. -И: Москва, Металлургия,1976.-376с.
3. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.Н. Общая
металлургия. -И: Москва, Металлургия,1979.-487с.
4. Сборник технологических инструкций по выплавке стали в
основних дуговых печах.- И:Запорожье, Днепроспецсталь, 1983.-633с.
5. Эднерал Ф. П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. -
И:Москва,Металлургия,1977. -488с.
6. Крамаров А. Д. Физико-химические процессы производства
стали.-И:Москва,Металлургия,1954.-200с.
7. Кадинов Е.И., Шифрин В. Н. Методические указания по расчету электроплавки стали на свежей шихте.-И: Днепропетровск ДМетИ, 1985.-60с.
8. Левин A.M. Содержание кислорода в кипящей ванне электросталеплавильной печи. "Известия вузов. Черная
металлургия",1968, N 8.-с. 65-72.