> Техника, страница 93 > Шихтовка

Шихтовка

Шихтовка в литейном деле — составление смеси материалов (шихты) с целью получить при переплавке металл требуемого химич. состава и механич. свойств. В шихту идут различные сорта штыкового металла, литники, лом, а иногда и специальные присадки. При составлении шихты должен быть известно: 1) какими физико-химич. свойствами должна обладать данная деталь-отливка; 2) каково влияние данного способа переплавки и термин, обработки на изменение химич. состава металла и его структуры, что в свою очередь обусловливает необходимость предварительного изучения влияния постоянных и специальных примесей на металл, той или иной скорости охлаждения с целью получения требуемой структуры. Кроме того необходимо считаться с тем, что при производстве отливок на 1 килограмм годных отливок приходится известное количество т. н. отходов (литники, сплески, брак и тому подобное.). Обычный % отходов (по отношению к весу изделий): печное литье 50%, машиностроительное литье 30%, литье радиаторов 60—70%, художественное литье 125.— 140%, литье закаленных вв 50%. Зная % угара и отходов, нетрудно совершенно точно подсчитать шихту. При назначении (выборе) химич. состава отливок обыкновенно исходят из %-ного содержания кремния, т. к. в чугунах нормального состава %-ные соотношения дру-тих примесей б. или м. точно отвечают установленным правилам и лишь в случае отступлений, например недостаточного содержания марганца или излишне большого содержания серы, приходится прибегать к особым мерам. В целях удешевления отливок Ш. стараются вести т. о., чтобы все отходы производства на данном заводе (брак, литники, прибыли и прочие) целиком уходили в отливку, выполняя т. о. роль «оборотного капитала» в Ш. К уменьшению,%-ного соотношения своих отбросов должен быть приняты все меры, которые в основном м. б. сведены к следующему: 1) уменьшению брака отливок, 2) уменьшению весового отношения литников, прибылей и тому подобное. к тодному литью, 3) уменьшению угара, выплесков и прочих видов механич. потерь чугуна при разливке. Если предупредительные меры в этом отношении достаточны, получается возможность покупать лом на стороне и, пуская его одновременно со своим в переплавку, удешевлять стоимость отливок. При производстве перлитового чугуна применяется в значительных количествах стальной скрап (смотрите) (до 25% и выше). Недостаток штыкового чугуна вынуждает в исключительных случаях вести Ш. с гораздо большим, чем указано выше, %-ным отношением лома, а иногда и на одном ломе. Недостающие в таких случаях компоненты сплава, гл. обр. кремний, реже марганец, вводятся в виде присадки в шихту ферросплавов: FeSi, FeMn и тому подобное. Ниже приведен пример расчета шихты для закаленного литья следующего состава: 0,70% Si, 1,2% Μη, 0,23% Р и 0,09% S. Угар элементов принимаем равным 10 % для кремния, 15% для марганца, для серы +50%. Весовое отношение отходов принимаем равным 20 килограмм на 100 килограмм годного. Коэф.уга-

ра для Si ++=0,9, для Мп++=0,85, для S ++=1,5. На 100

кг шихты берем 50 килограмм отходов своего производства, имеющих тот же состав, к-рый требуется в отливках. Обозначим %-ное содержание кремния, марганца и серы в штыковом чугуне соответственно через х,у и z. Это содержание определяется угаром, которому должны подвергнуться одновременно переплавляемые в вагранке штыковой чугун и лом. На основании вышеизложенного имеем для расчета %-ного содержания кремния, марганца и серы в шихте следующие три ур-ия:

Ю0^0,9 + 50 +>0,9=150^

(правильнее было бы во второй части брать не 150, а 148,7, считая химич. угар кремния и марганца и т. д. 1,3%), откуда х=0,81%;

10° Ш 0-85 +i50b£o,85=150b£,

откуда у=1,5%;

^ШШ 1,5 + 50^1,5=150

к м⁹ 100 ’

откуда 2=0,045%. Следовательно содержание элементов в 100 килограмм штыкового чугуна, идущего в переплавку с 50 килограмм лома, должен быть таково: 0,81% Si, 1,5% Μη и 0,045% S. В нашем распоряжении имеются три сорта чугуна следующего химич. состава (табл. 1).

Таблица 1.—С остав чугуна для расчета шихты (в %).

Сорт чугуна	Si	Μη	Р	S
А..	1,4	1,2	0,66	0,03
В..	0,9	1,8	0,10	0,04
С..	0,4	1,4	0,12	0,03

Чтобы ответить на вопрос, можно ли из данных чугунов составить шихту требуемого состава, построим диаграмму (фигура 1). На оси абсцисс откладываем %-ное содержание кремния для имеющихся в нашем распоряжении сортов чугуна А, В и С, а по оси ординат вверх—%-ное содержание марганца, вниз—%-ное содержание фосфора. Соединив полученные над и под линией абсцисс точки А, В и С, а также А, В и С прямыми линиями, получим два тр-ка АВС и AВС. Если теперь толка О, соответствующая требуемому составу шихты по кремнию и марганцу, и точка О, соответствующая составу шихты по кремнию и фосфору, будут лежать внутри соответствующих тр-ков, то из данных чугунов требуемую шихту соста-_N вить можно. Дальнейшая зада ча состоит в определении относительных количеств, в которых надо смешать чугуны А, В и С,

чтобы получить смесь химич. состава: _м-<

0,81% Si, 1,5% Ми, 0,23% Ри 0,045% S.

Эту задачу можно решить графически сл. обр. (фигура 2). На перпендикулярах AN и СМ к концам произвольно взятой прямой АС отложим в противоположных направлениях след, величины: на линии AN от точки А вверх — разницу между содержанием кремния в чугуне Айв шихте (то есть 1,4-0,8), а на линии СМ от точки С вниз—разницу между содержанием кремния в шихте и чугуне С (то есть 0,8 — 0,4). Соединив полученные концы отрезков N и М, получим, что линия MN делит линию АС (принимаяее за 100) в отношении 60:40, то есть мы должны из чугунов А и С (смесь I) взять “^ш* 40% чугуна А и 60% чугуна С, чтобы получить смесь с 0,81% Si. Подсчитаем %-ное содержание других элементов, входящих в смесь I. Марганец: для чугуна А

100—1,2 4ο·ι,2 _{Λ АОО/},

40_х ^или *=Ч5о- ^{= 0}’^48/°;

для чугуна С

100—1,4

или х== 0,264%;

60 · 1,4 _А о л о

₆0__Ж1 ^{или ж}х=-йнГ=°<⁸⁴%’ для смеси I

ж + ж_х=0,48 + 0,84=1,32%.

Фосфор: для чугуна А 100—0,66 40—ж для чугуна С

100—0,12 6ο·ο,ΐ2 а.

₆₀-_ж; ^или ^=^ϋΓ-=°.°⁷²%’

для смеси I

х + х_г=0,264 + 0,072=0,336%.

Сера:

для чугуна А

*100—0,03 птоэ/.

₄₀__ж ИЛИ×= 0,012%;

для чугуна С

100—0,03 60—х_х

для смеси I

ж 4- α?ι=0,012 + 0,018=0,03%.

или х_г=0,018%;

Далее определяем построением диаграммы (фигура 3), сколько нужно взять чугуна В и С, чтобы получить смесь (II) с общим содержанием 0,81% Si. Как видно из фигура 3, количества чугуна В и С в смеси II относятся между собой, как 20 :80. Подсчитываем %-ное содержание остальных элементов в смеси II.

Марганец: для чугуна В

10°—:1,8, ^_0/

80—х ^{ИЛИ ж=1}>44%;

для чугуна С

20—If ^или *1=0-28%;

для смеси II

х + х_г=1,44 + 0,28=1,72%.

Фосфор: для чугуна В

100—0,1 80—ж для чугуна С

100—0,12 20—Χχ

для смеси II

х + ж_г=0,08

Сера:

для чугуна В

100—0,04 80—х для чугуна С

100—0,03

20—Χχ

для смеси II

х + х_х=0,032 + 0,006=0,038%.

Определим теперь, в каком соотношении мы должны смешать смеси I и II, чтобы получить состав с общим содержанием фосфора 0,23%. В смеси I содержится 0,336% Р, а в смеси II содержится 0,104% Р. Построим диаграмму для смесей I и II (фигура 4) анало или ж=0,08%;

или х_х=0,024%;

0,024=0,104%.

или ж=0,032%;

или Χχ=0,006%;

0J5

Фигура 4.

гично диаграммам фигура 2 и 3; чтобы смесь имела состав с 0,23% Р, следует взять 56% смеси I и 44% смеси II. Проверим подсчетом содержание других элементов.

Марганец: в смеси I

100—1,3 2 56-1,32 а * л о

₅₆._х ^или *=^„—=0,74%;

в смеси II

100—1,72 44—Χχ

Общее содержание марганца в шихте:

ж + _Хг=0,74 + 0,757=1,497%.

Сера: в смеси I

100—0,03 56—ж или ж_х=0,757%.

или ж=0,0168%;

Таблица 2. — Состав отливки, состав шихты и угар.

Наименование лома	Химич. состав лома в %					Составы и угар	Химич. состав лома в %
	С	Si 1	Μη	р 1	S		с !	Si	Μη	Ρ	S-
						Требуемый сос
Свой лом.	3,20	1,50	0,80	0,40	0,10	тав отливки в %	3,2	1,5	0,8	0,4	ο,ι
Покупной лом.	3,40	2,00	0,60	0,60	0,13	Угар в %.	—	-0,χ5	-0,16	—	4* 0,03
Стальной скрап.	2,70	0,35	0,60	0,70	0,04	Состав шихты
						р О в /О.	3,2	1,85	0,96	0,4	0,07
!			I	Доля лома в килограммах на 1 000 килограмм шихты					II
Сорт шихты		Химич	состав	в кг			Химич. состав в килограммах
!			1	1		Сорт шихты	1
	С	Si	Μη	р 1	S		с	Si	Μη	Ρ	S
А. 500 килограмм
200 килограмм своего ло-
ма.	6,40	3,0Э	1,60	0,80	0,20
100 килограмм покупного						200 килограмм своего ло
лома.	3,40	2,00	0,69	0,60	0,13	ма.	6,40	3,00	1,60	0,80	0,20
200 килограмм стального						300 килограмм стального
скрапа.	5,40	0,70	1,20	0,14	0,08	скрапа.	7,10	1,05	1,80	0,21	0,12
	15,20	5,70	3,40	1,54	0,41		13,50	4,05	3,40	1,01	0,32
В. 600 килограмм
200 килограмм своего ло-						200 килограмм своего ло
ма.	6,10	3,00	1,60	0,80	0,20	ма.	6,40	3,00	1,60	0,80	0,20
200 килограмм покупного						100 килограмм покупного
лома.	6,80	4,00	1,20	1,20	0,26	лома.	3,40	2,00	0,60	0,60	0,13
200 килограмм стального						300 килограмм стального
скпапа.	5,40	0,70	1,20	0,14	0,08	скрапа.	8,10 1	1,05	1,80	0,21	0,12
	18,60	7,70	4,00	2,11	0,54		17,90	6,05	4,00	1,61	0,45
С. 700 килограмм		!
300 килограмм своего ло-		i				200 килограмм своего ло
ма.	9,60	4,50	2,10	1,20	0,30	ма.	6,40	3,00	1,60	0,80	0,20
200 килограмм покупного						200 килограмм покупного
лома.	6,80	4,00	1,20	1,20	0,23	лома..	6,80	4,00	1,20	1,20	0,26
200 килограмм стального	1					300 килограмм стального
скрапа.	5,40 !	0,70	1,20	0,14	0,08	скрапа.	8,10	1,05	1,80	0,21	0, 2
	21,8)	9,20	4,80	2,54	0,64		21,30	8,05	4,60	2,21	0,58
D. 800 килограмм
200 килограмм своего ло						300 килограмм своего ло
ма.	6,40	3,00	1,60	0,80	0,20	ма.	9,60	4,50	2,10	1,20	0,30
300 килограмм покупного						200 килограмм покупного
лома.	10,20	6,00	1,80	1,80	0,39	лома.	6,80	4,00	1,20	1,20	0,28
300 килограмм стального						300 килограмм стального
скрапа.	8,10	1,05	1,80	0,21	0,12	скрапа.	8,10	1,05	1,80	0,21	0,12
	24,70	10,05	1 5,20	2,81	0,71		24,50	9,55	1 5,40 i	1 2,61	1 0,68
Сорт чугуна	Химич	состав	штыкового чугуна в %				Химич. состав штыкового чугуна в %
						Сорт чугуна
	С	Si	Мп	Р	S		С	Si	Μη	Ρ	1 S
Гематит.	3,60	4,50	0,54	0,10	0,02	Низкоуглершугун	2,20	1,60	1,50	0,35	0,10
Чугун № 1.	3,60	2,30	0,95	0,70	0,01	Зеркальн. чугун	4,90	0,85	10,35	0,04	0,02
		I		Доля штыкового чугуна в килограммах на 1 000 килограмм шихты					II
Сорт шихты		Химич. состав в килограммах					1	Химич. состав в килограммах
						Сорт шихты	I
	с	1 Si	1 Мп	1 р	S		с	Si	1 Μη	Ρ	S
Е. 500 килограмм
150 килограмм гематита.	5,40	6,75	0,81	0,15	0,03	зоо кг чугуна № 1	10,80	6,90	2,85	1,20	0,03
150 килограмм чугуна № 1	5,40	3,45	1,43	0,60	0,015	200 килограмм низко уг
200 килограмм низкоугле						леродистого чу
родист. чугуна	4,40	3,20	3,00	0,70	0,20	гуна.	4,40	3,20	3,00	0,70	0,20
	15,20	13,40	5,24	1,45	0,245		15,20	10,10	5,85	1,90	0,23
F. 400 килограмм
100 килограмм гематита.	3,60	4,50	0,54	0,10	0,02	100 килограмм гематита.	3,60	4,50	0,51	0,10	0,02
100 килограмм чугуна № 1	3,60	2,30	0,95	0,40	0,01	200 килограмм чугуна № 1	7,20	4,60	1,90	0,80	0,02
200 килограмм низкоугле-						100 килограмм низкоугле-
род. чугуна.	4,40	3,20	3,00	0,70	0,20	род. чугуна.	2,20	1,60	1,50	0,35	0,10
	11,60	10,00	4,49	1,20	0,23		13,00	10,70	3,94	1,25	0,14
Gr. 300 килограмм
100 килограмм гематита.	3,60	4,50	0,51	0,10	0,02	100 килограмм чугуна № 1	3,60	2,30	0,95	0,40	0,01
10Q кг чугуна № 1	3,60	2,30	0,95	0,40	0,01	200 килограмм низкоугле
100 килограмм низкоугле-						родистого, Чугу				I
род. чугуна.	2,20	1,60	1,50	0,35	0,10	на.	4,40	3,20	3,00	0,70	0,20
	9,40	8,40	2,99	0,85	0,13		8,00	5,50	3,95	1,10	0,21
Н. 200 килограмм
100 килограмм чугуна № 1	3,60	2,30	0,95	0,40	0,01	200 килограмм чугуна № 1	7,20	4,60	1,90	0,80	0,02
100 килограмм низкоугле-
род. чугуна.	, 2,20	1,60	1,50	0,35	0,10
	5,80	3,90	2,15	0,75	0,11

« смеси II

100—0,038 44—x_x

или=0,0186%.

Общее содержание серы в шихте:

х + х_г=0,0168 -f 0,0186=0,0354%. Проверочный подсчет дает 0,233% Р. Итак, в результате произведенных подсчетов имеем следующее: для того чтобы получить отливку заданного состава, учитывая угар, мы должны на 50 килограмм своего лома составить шихту из 56% смеси I, состоящей из 40% штыкового чугуна А и 60% чугуна С, и 44% смеси II, состоящей из 20% штыкового чугуна С и 80% чугуна В. «Наследственность» чугунов пока совершенно не учитывается при Ш. Способ подсчета требует большого навыка, большой усидчивости и времени. Ниже приводится несколько примеров подобного подсчета.

Состав цилиндрового чугуна с временным сопротивлением разрыву в 26 килограмм [мм² согласно диаграмме Маурера (фигура 5) лежит в поле Ш. (А).

Фигура 5.

Берем содержание углерода равным 3,2% и находим на диаграмме соответствующее содержание кремния, равное 1,5%. Содержание марганца лежит в пределах 0,7—1,2%. В данном случае оно равно 0,8%. Содержание фосфора для цилиндрового литья должно быть возможно ниже и ни в коем случае не выше 0,4%; содержание серы 0,10%. В табл. 2 приведены наряду с требуемым составом отливки и шихты (то есть состав с учетом угара элементов) также и химические составы покупного и своего лома, а также стального скрапа и штыкового чугуна. Применяя присадку стального «крапа, не следует забывать, что содержание в нем углерода при переплавке его в вагранке увеличивается, и увеличение это зависит от способа ведения плавильного процесса и величины отдельных кусков скрапа: при мелком стальном скрапе и высокой рабочей колоше кок-са,то есть при продолжительном времени плавки, нужно рассчитывать на увеличение углерода до 3%, тогда как при присадке обрезков рельсов величиной 30—50 сантиметров при расходе кокса 9—10% количество углерода не превысит 2,7%. Как общее правило надо принять, что шихты с низким общим содержанием углерода следует давать в печь после того как через нее прошли другие металлич. колоши и футеровка печи основательно прогрелась. Из помещенной выше фигура 5 видно, что для достижения намеченной цели для углерода и кремния имеется не одна точка, а довольно обширное поле, допускающее возможность различных Ш. Следовательно при данном расчете шихты можно сделать целый ряд вариантов, пригодных для нашей цели. При установлении количества лома в шихте решающее значение имеет количество своего лома. Обычно стремятся использовать накопившиеся за день отходы (в нашем случае это составит 20—30%). Стальной скрап берется в том же количестве. Т. о. уже две части лома установлены. В табл. 2 даются четыре группы лома: в 500, 600, 700 и 800 килограмм, причем для каждой группы приводится по два примера, хотя их м. б. значительно больше. После определения весового отношения лома устанавливаются соответственные доли штыкового чугуна в 500, 400, 300 и 200 килограмм. Здесь прежде всего приходится принимать во внимание стоимость отдельных сортов чугуна и стремиться уменьшить доли наиболее дорогого, в данном случае низкоуглеродистого, чугуна. Этот способ отнимает много времени, но практика показала, что таким путем можно найти много вариантов шихты, пригодных для наших целей. Ни один из них не дает точных цифр, но это и не требуется, т. к. на диаграмме Маурера (фигура 5) имеется значительное поле с прочностью 26 килограмм [мм².Все найденные в таблице 2 шихты находятся в пределах поля желаемой прочности. Конечно предпочтение следует отдавать тем вариантам, которые лежат ближе к полю наиболее высокой прочности. При таком расчете шихты можно в случае перерасхода одного из компонентов сделать новую шихту без резкого отличия от прежнего состава и без новых перерасчетов. Для определения стоимости шихты составляют рубрику расходов и стоимости лома, скрапа и входящих в состав шихты сортов чугуна.

Лит.: Павлов М., Расчет доменных шихт, М., 1922;ПавловИ., Составление шихт на цветное литье, Москва — Ленинград, 1932; Костылев Н., Расчет шихты основной мартеновской печи, 4 изд., Москва — Ленинград, 1932; Рубцов Н., Шихтовка в литейном деле, Москва—Ленинград, 1933. Н. Рубцов.