Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка

Разработка технологии производства литой заготовки биметаллического пресс-поршня и ее опробования в условиях действующего производства

Литейный сплав и его характеристика

Латуни – сплавы на основе меди с цинком (содержание цинка 50%) [1].

Содержание легирующих компонентов латунный сплав марки ЛМцСКА называют медно-цинковый сплав – благодаря своим высоким технологическим, механическим и коррозионным свойствам наиболее широко используют в промышлености. ЛМцСКА имеет однофазную α-латунь (мягкую, пластичную), присуще высокое электропроводность, теплопроводность при более высокой прочности. Механические свойства отливок из сплава ЛМцСКА в значительной степени лучшими механическими свойствами обладает получение отливок литьем в кокиль. Сплав ЛМцСКА кристаллизуется в узком температурном интервале (50-60 °C) определяет склонность к образованию столбчатой структуры и транскристализации, что в значительной мере определяет их технологические свойства и исключает дендритную ликвацию, имеет хорошую жидкотекучесть; получаемые отливки имеют небольшую пористость (главным образом осевую) и сосредоточенную усадочную раковину. Отливки из сплав ЛМцСКА обладают высокой герметичностью, имеют более однородные свойства в разных сечениях, по механическим свойствам превосходят оловянные бронзы и безоловянным бронзам.

Рекомендуемый химический состав сплава марки ЛМцСКА по ГОСТ 1020-97 указан в таблице 3.1 [2].

Таблица 3.1 – Химический состав сплава марки ЛМцСКА, %

Fe	Si	Mn	Ni	P	Al	Cu	As	Pb	Zn	Sb
до 0,б	0,5-1,3	2-3	до1	до 0,03	0,7-1,5	58 - 61	до 0,05	1,5-2,5	27 - 36	до 0,03

Влияние химического состава на механические свойства сплава ЛМцСКА приведены ниже:

1. Алюминий повышает жидкотекучесть, механические свойства и коррозионную стойкость.

2. Цинк при содержании до 30% понижает прочность, повышает пластичность; при содержании более 30% повышает прочность, способствует получению плотных отливок.

3. Свинец улучшает антифрикционные свойства, повышает жидкотекучесть алюминиевых и марганцевых латуней.

4. Никель повышает механические свойства и коррозионную стойкость, улучшает жидкотекучесть.

5. Фосфор повышает твердость, снижает относительное удлинение и ударную вязкость.

6. Железо снижает жидкотекучесть, измельчает структурные составляющие, повышает механические свойства.

7. Кремний повышает жидкотекучесть, прочность, коррозионную стойкость и антифрикционные свойства.

8. Марганец снижает жидкотекучесть, повышает механические свойства и коррозионную стойкость; при наличии в сплаве свинца повышает антифрикционные свойства.

9. Сурьма уменьшает прочность, относительное удлинение н ударную вязкость.

10. Мышьяк повышает твердость, снижает прочность, относительное удлинение и ударную вязкость.

Механические свойства латунного сплава ЛМцСКА σ=30 кгс/см; δ≥1,5%, HB 110÷180

Теплофизические свойства. К теплофизическим свойствам сплава относятся: температура ликвидуса сплава Т_лик = 920 °С; температура солидуса сплава Т_сол = 870 °С; плотность сплава ρ = 8,5 кг/м³; коэффициент теплопроводности сплава λ = 401 Вт/м.К.

Линейная усадка ЛМцСКА составляет 1,0% [3].

Плавильный агрегат

Общие сведения

На ОАО «АПЗ» в настоящее время широко распространены для плавки цветных сплавов применяют электрические индукционные тигельные печи (рисунок 3.1).

Основными элементами печи являются закрытый крышкой 1 тигель 7, помещенный внутри индуктора 3, выполненного в виде многовитковой цилиндрической спирали — трубки, внутри которой циркулирует вода для охлаждения. Магнитный поток с внешней стороны индуктора проходит по радиально расположенным магнитопроводам 4 — пакетам из трансформаторной стали. Для наклона печи при выдаче расплава в ней предусмотрен специальный механизм. Печь также включает трансформатор, блоки конденсаторов, щит управления и систему отсоса газов. Плавка шихты осуществляется электромагнитным переменным полем, которое индуцирует в шихте вихревые токи. При этом электрическая энергия переходит в теплоту, количество которой зависит от электросопротивления шихты. Питание печи осуществляется токами промышленной частоты (50 Гц).

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка - student2.ru

Рисунок 3.1 – Схема устройства

электрической индукционной

печи типа ИЧТ:

1 — крышка, 2 узел поворота,

3 — индуктор, 4 — магнитопроводы,

5 — металлоконструкция,

6 — подводы водяного охлаждения,

7 — тигель, 8 — площадка

Указанные преимущества делают использование ИЧТ чрезвычайно перспективным. Исходя из этого выбираем печь ИЧТ-6.

Индукционная тигельная печь ИЧТ-6:

- емкость электропечи - 6,0 т;

- номинальная мощность (потребляемая из сети) - 1,564 МВт;

- мощность питающего трансформатора - 1,6 МВ·А;

- число фаз: питающей сети – 3;

- контурной цепи – 1;

- частота тока - 50 Гц;

- номинальное напряжение: питающей сети - 6000 В;

- контурной цепи - 1040 В;

- температура перегрева металла - 1500 °С;

- скорость расплавления и перегрева - 2,706 т/ч;

- удельный расход электроэнергии - 578 кВт·ч/т;

- соs(j) после компенсации, не менее - 0,97;

- расход охлаждающей воды - 14,74 м3/ч;

- масса электропечи (комплекса) - 49,84 т [4].

Футеровка печи

Футеровка ИП в значительной мере определяет надежность их работы и качество выплавляемого металла. Материал футеровки, наряду с огнеупорностью, должен быть устойчивым по отношению к химическому действии шлаков и размыванию потоками жидкого металла. В наибольшей степени таким требованиям удовлетворяет нейтральная дистенсиллиманитовая футеровка на связующем из борной кислоты.

Таблица 3.2 - Характеристика футеровки индукционной печи

Футеровка	Массовая доля составляющих,%	Огнеу-порность, °С	Плотность в уплотненном состоянии	Пористость, %
SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	Прочие
Нейтральная дистенсил-лиманитовая	26,7	70,3	0,7	2,3	2,80

Массовая доля борной кислоты при нейтральной футеровке вследствие ее меньшей спекаемости, доля борной кислоты повышается соответственно до 1,5 и 3%. Основными компонентами высокоглиноземистой дистенсиллиманитовой футеровки являются корунд с размерами частиц 1-3 мм (40-50%) и дистенсиллиманнтовый концентрат с размером зерен 0,1-0,16 мм (40-50%) и пылевидный (10-15%). В качестве связующего применяется борная кислота (1,2-1,8%).

Дистенсиллиманит состоит из природных алюмосиликатных материалов Al2O3 (57%) и SiO2 (39%). Плотность 3,5 г/см3. Огнеупорность 1830 oС.

Электрокорунд - огнеупорный и химически стойкий сверхтвёрдый материал на основе оксида алюминия (Al2O3). Представляет собой искусственно синтезированный синтетический корунд (88-99 % Al2O3) [5].

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка

Рассчитаем шихту, предназначенную для получения жидкой латуни марки ЛМцСКА в индукционной печи промышленной частоты (50 Гц) с нейтральной футеровкой.

Таблица 3.3 - Химический состав и угар химических элементов

Химический элемент	Массовая доля элемента, %	Среднее значение массовой доли элемента, %	Угар, %
Сu	58-61
Pb	1,5-2,5
Mn	2-3		1,5
Zn	27-36

В соотведствии с этим весовой состав сплава на 100 кг его будет следующий: медь – 60 кг, свинец – 2 кг, марганец – 3 кг, цинк – 35 кг.

Угар этих элементов составит:

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка - student2.ru (3.1)

где А – химический элемент;

Х – среднее значение массовой доли элемента, %;

С – угар химического элемента, %.

По формуле (3.1) получили:

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка - student2.ru

Таблица 3.4 - Составим расчетную таблицу

Состав	Cu	Pb	Mn	Zn	Всего
Состав по ГОСТу, ?	58-61	1,5-2,5	2-3	27-36
Состав, принятый к расчету в %, кг на 100 кг шихты
Угар, %			1,5
Угар, кг	0,606	0,202	0,046	1,08	1,934
Расчетный состав сплава, кг	60,606	2,202	3,046	36,08	101,934

Марганец вводим в виде лигатуры Cu-Mn с содержанием 27% Mn, остальное – медь

1. Расчет начинается с возврата – определением количества компонентов, вносимых возвратом определенного химического состава Cu – 60%, Pb – 2%, Mn – 3%, Zn – 14,5%; 40 кг (40%) возврата внесут следующее количество элементов:

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка - student2.ru (3.2)

где А – химический элемент;

Х – среднее значение массовой доли элемента, %;

N – возврат, %.

По формуле (3.2) получили:

Расчет шихты, требования к компонентам шихты, их подготовка - student2.ru кг;