с_т = f (10880; Т_эд );

с_т1 = 9 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 202,317 К;

с_т2 = 9,5 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 239,643 К;

с_т3 = 10 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 291,057 К;

с_т4 = 14 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 367,369 К;

с_т5 = 20 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 494,802 К;

с_т6 = 50 • 10^-8 Ом • м, при Т_эд = 755,366 К.

l_эд - переменная длина расходуемого электрода, м;

s_эд - площадь поперечного сечения электрода (S_эд = 0,071 м² ).

Эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля в материал расходуемого электрода, м:

, (44)

где f - частота тока (промышленная частота тока 50 Гц);

(м_r )_эд - относительная магнитная проницаемость металла электрода.

, (45)

где Н_эд - напряженность магнитного поля у поверхности электрода, А/м;

П_эд - длина окружности поперечного сечения расходуемого электрода, м.

Находим относительную магнитную проницаемость:

Тогда эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля:

Определяем поправочные коэффициенты:

k_п1 = f (101,50) = 5,83; k_б1 = 1;

k_п2 = f (98,90) = 5,68; k_б2 = 1;

k_п3 = f (96,43) = 5,54; k_б3 = 1;

k_п4 = f (72,00) = 4,14; k_б4 = 1;

k_п5 = f (59,08) = 3,40; k_б5 = 1;

k_п6 = f (35,07) =2,02; k_б6 = 1.

Тогда активное электрическое сопротивление по формуле (43) будет:

,

что составляет 80,77 % от начального значения R_эд.

Индуктивное сопротивление Х_эд , мОм:

Х_эд = 2рf [L_c + L_в + (n • cos шМ)_iк], (46)

где f - частота тока, f = 50 Гц;

L_c - собственная индуктивность электрода, Гн:

(47)

L_в - внутренняя индуктивность электрода, Гн:

(48)

Тогда индуктивное сопротивление определяется по формуле (45)

Полное электрическое сопротивление цепи, мОм:

; (49)

Вторичное напряжение трансформатора, В:

U₂ = I_шл • Z_i ; (50)

U_2-1=18,80•2,01=37,79 В;

U_2-2=18,75•1,99=37,31 В;

U_2-3=18,69·1,98=37,01 В;

U_2-4=18,60•1,97=36,64 В;

U_2-5=18,44•1,96=36,14 В;

U_2-6=18,13•1,95=35,35 В.

Построение графика электрического режима.

Электрический режим ЭШП должен быть дифференцированным, что связано с различными энергетическими стадиями переплава - разогревом расходуемого электрода и формированием металлической ванны, рабочей стадией и выведением усадочной раковины; с изменением электрических параметров вторичного токоподвода по мере оплавления расходуемого электрода, с изменением энтальпии расходуемого электрода, что вызывает необходимость снижения полезной мощности, генерируемой в шлаковой ванне по закону Джоуля-Ленца.

Данные для построения графика дифференцированного электрического режима ЭШП приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Данные для построения графика дифференцированного электрического режима ЭШП

№	Переменные величины
	lэд ,м	Тэд , К	Rэд, мОм	Xэд, мОм	Wут , кДж/кг	Pпол , кВт	Pшл , кВт	Rшл , мОм	U2,В
1	6,9	202,317	0,059	0,36	1215,210	177,42	0,005	1,92	37,79
2	5,9	239,643	0,053	0,31	1192,814	174,15	0,011	1,92	37,31
3	4,9	291,057	0,045	0,26	1161,966	169,65	0,023	1,92	37,01
4	3,9	367,369	0,037	0,21	1116,179	162,96	0,059	1,92	36,64
5	2,9	494,366	0,032	0,16	1039,719	151,80	0,193	1,92	36,14
6	1,55	755,366	0,032	0,12	883,380	128,97	1,049	1,92	35,35

Общее время электрошлакового переплава

Время для выведения усадочной раковины 40 мин.

Строим графики изменения электрического режима по ходу переплава.

?, ч

Рис. 1 - График изменения мощности, выделяющейся в шлаковой ванне

 ?, ч

Рис. 2 - График изменения ступени вторичного напряжения трансформатора

?, ч

Рис. 3 - График изменения силы тока

5.4 Расчёт материального баланса плавки

Для расчёта материального баланса необходимо знать длину сплавляемой части электрода, которая равна 5,4 м и массу сплавляемой части электрода, которая равна 3005 кг.

Химический состав электрода, предназначенного для ЭШП, представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Химический состав электрода В процентах

Элемент	С	Si	Mn	Cr	S	P	Ni	Cu	Ni+Cu
Содержание	1,0	0,25	0,23	0,42	0,015	0,020	0,20	0,15	0,40

При электрошлаковом переплаве происходит окисление элементов, при этом каждый метр поверхности стали присоединяет 25 г кислорода. Имеется следующий путь доставки кислорода к поверхности металлической ванны: окисление поверхности электрода кислородом воздуха, далее перехода окалины в шлак при плавлении электрода и доставка кислорода к границе жидкого металла:

FeO₂>FeO>(FeO) >[FeO]

Определение количества образующейся окалины FeO

, (51)

где S - площадь поверхности одного электрода, м².

S=, (52)

где - длина сплавляемой части электрода, м.

S=3,14·0,3·5,4=5,09м^2.

Тогда согласно формуле

г

Для образования такого количества FeO понадобится кислорода:

, (53)

где S - площадь поверхности электрода, м².

m_O=25·5,09 = 127,5 г

Тогда окислится железа:

(54)

m_Fe = 343,4 - 76,4 = 267 г

Окалина при плавлении переходит в шлак, где она расходуется на окисление элементов по реакции:

(FeO)+[R]>[Fe]+(RО)

То есть железо возвращается в жидкую металлическую ванну. Конечное содержание FeO во флюсе АНФ-1П

, (55)

где m_шл - масса шлака, кг

г

Перейдёт в слиток железа:

, (56)

где Х - количество FeO в исходном флюсе, %; в применяемом флюсе Х=0

m(FeO) - конечное содержание FeO в шлаке, %;

m_Fe0 - количество, образующейся окалины, г.

г

Совместно с Fe перейдёт кислорода:

; (57) г.

В шлак перейдёт железа:

; (58) г.

Элементы окисляются по следующим реакциям:

2(FeO) + [Si] = (SiO₂) + 2Fe;

CaO + [FeS] = CaS + [FeO];

(FeO) + [Mn] = (MnO) + [Fe];

3(FeO)+2[Cr]=(Cr₂O₃)+3[Fe].

Угар легирующих элементов в процессе плавки представлен в таблице7.

Таблица 7 - Угары элементов В процентах

Элемент	Si	Мn	Cr	S
Угар	10	3	0,7	34

Количество окислившегося элемента равно:

; (59)

г;

г;

г;

г.

Необходимое количество кислорода:

Для окисления Si:

г,

Для окисления Mn

г,

Для окисления Cr

г.

Тогда фактическая масса слитка:

(60)

m_с= 3005 -(0,75+0,21+0,088+0,015+0,267) = 3003,82 кг

Выход годного тогда составит:

; (61) %.

Таблица 8 - Баланс металла

Приход	Расход
Масса оплавляемой части электрода-3005 кг	1 Окислилось Fe- 0,267 кг 2 В т.ч.перейдёт в шлак Fe- 0,14 кг 3 Окислилось Si- 0,750 кг 4 Окислилось Мn- 0,207 кг 5 Окислилось Cr- 0,088 кг 7 Окислилось S- 0,015 кг
3005 кг	1,930 кг

Изменение химического состава флюса в процессе ЭШП.

Химический состав исходного флюса представлен в таблице 9 [4].

Таблица 9 - Химический состав флюса АНФ-1П

Соединения	CaF2	СаО	SiO2	TiO2	FeO	S	А12О3	C	Р
%	92	-	0,3	5,00	-	0,05	3,00	0,02	0,02
кг	110,4	-	0,36	6	-	0,06	3,6	0,024	0,024

Считаем, что содержание С и Р не изменяется в течении переплава. Конечное содержание FeO в шлаке составляет 150 г. На границе раздела протекает реакция:

,

Согласно этой реакции окисляется около 70 % серы.

, (62)

где - количество серы в исходном флюсе, г

г.

Количество кислорода необходимое для окисления серы:

; (63)

г.

Останется серы во флюсе: 15 г;

В атмосферу улетучится SO₂:

; (64)

г.

По этой реакции образуется:

; (65)

г.

; (66)

г.

Содержание кремнезема во флюсе увеличивается в результате окисления кремния. В системе CaF₂ - SiO₂ протекает реакция:

CaF₂ + SiO₂ = 2CaO + SiF₄^

Определим потери Si в результате образования SiO₂. Принимаем, что по реакции образования SiF₄ окисляется 20 % SiO₂ находящегося во флюсе.

; (67)

г.

Тогда во флюсе останется:

По этой реакции определим расход CaF₂:

г;

г.

Образуется SiF₄:

г

Количество TiO₂, Сr₂О₃ и МnО определяется:

г;

г.

В процессе ЭШП испаряется 13 % CaF₂ от исходного содержания (11,96 кг) Состав флюса после ЭШП приведен в таблице 10. Состав металла после ЭШП приведен в таблице 11.

Таблица 10 - Состав флюса после ЭШП

Состав	CaF2	СаО	SiO2	МnO	Cr2O3	FeO	S	Al2O3	С	TiO2	Р	Всего
%	94,74	0,58	0,55	0,75	0,09	0,13	0,02	3,09	0,02	5,16	0,02	100
кг	110,205	0,67	0,64	0,87	0,11	0,15	0,024	3,6	0,024	6	0,024	122,32

Начало таблицы 11 - Состав металла после ЭШП

Состав	С	Si	Mn	Cr	S	P
кг	30	6,75	6,64	12,51	0,435	1,22
%	1,00	0,23	0,22	0,42	0,01	0,020

Окончание таблицы 11

Состав	Ni	Cu	Cu+Ni	Fe	Всего
кг	6,01	4,51	10,52	2935,745	3003,82
%	0,20	0,15	0,35	97,75	100,00

На гарнисаж расходуется до 20 % получаемого флюса или 24,46 кг. В таблице 12 приведен материальный баланс всей плавки.

Таблица 12 - Материальный баланс всей плавки

Израсходовано	Получено
1 Масса сплавляемой части электродов- 3005 кг	1 Шлак- 122,32 кг в т.ч. гарнисаж - 24,46 кг
2 Кислорода из атмосферы- 1,304 кг	2 Слиток- 3003,82 кг
3 Флюс- 120 кг	3 SiF4-0,26 кг
Итого: 3126,304 кг	Итого: 3126,14 кг

Невязка:

6 Требования к дальнейшему переделу

В дальнейшем слиток направляется на прокат для изготовления электрода, предназначенного для вакуумно-дугового переплава.

Заключение

Подшипники являютсяраспространенным и важным элементом машин и механизмов. Улучшение качества стали, используемой для изготовления подшипников, является важной составляющей обеспечения надежности функционирования машин и механизмов.

В данном курсовом проекте проведен анализ технологий открытой выплавки стали марки ШХ4, проблемы связанные с ее производством, свойственные ей дефекты; разработана технология электрошлакового переплава стали марки ШХ4; рассчитаны определяющие геометрические размеры, тепловой баланс, электрические параметры, материальный баланс.

Библиографический список

1) Спектор А.Г., Зельбет Б.П., Киселёва С.А. Структура и свойства подшипниковых сталей - М.: «Металлургия», 2007г. - 264с.

2) Поволоцкий Д.Я. Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1995. - 592 с.

3) Егоров А.В. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии: Учеб. пособие для вузов - М.: Металлургия, 2009. - 280 с.

4) Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав. - М.:Металлургия, 1970. - 240 с.

5) Глебов А.Г., Мошкевич Е.И. Электрошлаковый переплав. - М.:Металлургия, 1985. - 343 с.6) Чуманов В.И. Технология электрошлакового переплава: Учебное пособие. - Челябинск.- изд. ЮУрГУ, 2009. - 143 с.

7) Технологические инструкции на ЭШП сталей и сплавов.

8) Электрошлаковые печи /Под ред. Б.Е.Патона. - Киев.: Наук.думка, 1976. - 414 с.

9) Вачугов Г.А. Расчет электрошлаковых установок для производства сталей и сплавов. Учебное пособие - Челябинск, 2011. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru

...