Кечин В.А. Селихов Г.Ф. Афонин А.Н. Проектирование и производство литых заготовок. ВГУ. 2002, 208с (934503), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Средний химический состав сплава - 4,4% Сu, 1,5% Mg, 0,6%Мn, 93,5% Al.Исходные данные:1) Алюминий чушковый марки А0.2) Двойная лигатура Al - Mg марки АМг10, содержащая 10% Мg и 90% Al.3) Двойная лигатура Al - Cu марки АМ50, содержащая 50% Сu и 50% А1.4) Тройная лигатура Al - Cu. - Мn марки АМЦ 40-10, содержащая 40% Сu,10% Mn, 50% Al.455) Плавка будет производиться в отражательной пламенной печи. Угаркомпонентов: 1,5% Al, 2% Сu, 1,5% Мn, 4% .Таблица 1.23.Средний угар элементов при плавке алюминиевых и магниевых сплавов, %.СплавыЭлеалюминиевыемагниевыементТип плавильной печитигельнаяотражательнаятигельнаяотражательнаяДо 10/до 15До 15/до 20До15/до20До 10/до 15Li2-3/5-102-3/5-105-7/10-205-7/10-20BeБолее 22-3/3-5Более 43-5/5-10B2-4/3-52-3/3-54-6/6-123-5/5-10Na1,0-1,5/2,0-3,02-3/3-51,5-2,0/2,0-5,03-5/5-10Mg0,5-1,0/1,0-1,50,8-1,0/2,0-3,01,0-1,5/1,5-2,02-3/3-5Al0,2-1,0/1,0-3,01,0-1,5/2,0-3,02,0-3,0/3,5-5,02-5/5-10SiБолее 533-5/5-15Более 5Более 5P1,0-2,5/2,0-3,01-2/2-32,0-3,5/3,0-5,02-3/3-55K1,0-1,5/2,0-5,01,0-1,5/2,0-5,02-5/5-102-5/5-10Ti1-2/2-40,5-1,0/1,0-2,02-5/3-61-2/2-3VБолее 10,5-1,0/2,0-3,0Более 21-2/2-3Cr0,2-1,0/2,0-3,01,0-1,5/2,0-3,02-3/3-101-2/4-5Mn~1,00,5-1,0~1,52-5/5-10Fe~1,00,5-1/1,0-1,2,0~1,50,5-1,0Ni1,0-1,5/1,5-2,00,5-1,0/1,0-2,01-2/2-31,0-1,2/1,0-1,5Cu0,5-2,0/2,0-5,00,5-2,0/2,0-5,02-3/2-102-3/3-10Znдо 1Y1-2/2-51-2/2-53-5/5-103-55/5-10ZrБолее 10,5-1,0Более 20,5-2,0/1,0-2,0MoДо 2/до 5До 2/до 5До 5/до10До 5/до 10Cd1InДо 0,5/1,0-1,50,2-0,5/1,0-1,51,0-1,5/1,0-2,01,0-1,5/1,0-2,0Sn8/20-25La*Более10,5-1,0/1,0-2,0Более 21-2/2-3CeМишметаллБолее31-3/3-5Более 53-5/5-205/10-15NdБолее 20,5-2,0/1,0-2,0Более 3Pb*46Таблица 1.24.Средний угар элементов при плавке медных и цинковых сплавов, %.СплавыТитаМедныеЦинковыеновыеЭлеТип плавильной печименттигельнаяотражательнаятигельнаяотражательнаяLiBeBNaMgAlSiPKTiVCrMnFeNiCuZnYZrMoCdInSnLa*CeМишметаллNdPb*2,0-2,515-200,1-0,2До 0,115-2010-1510-15До 0,1До 0,120-30-Более 152-3/3-5Более 52-3/3-53-5/3-101,0-1,5/2,0-5,0До 1/до 5До 30/до 501,5-2,5/2,0-4,0До 5/до10Более 32-3/3-51,0-1,5/1-100,5-1,0/0,5-2,00,5-1,0/1,0-1,50,3-1,0/1,0-2,02-3/3-53-10/5-10Более 26-20/20/400,5-1,0/1,0-1,5Более 2Более 203-5/3-10Более 53-5/5-105-10/10-202-3/2-51-5/5-1030-40/40-702-4/4-8До 10/до 36Более 53-5/5-102-3/2-100,5-2,0/1,0-3,01,0-1,5/1,5-2,01,0-1,5/1,5-2,05-10/5-205-15/8-20Более 315-40/40-501,0-1,5/1,0-3,0Более 3Более 2Более 2До 2/3-50,5-1,0/2,0-3,0до 1,5/2-3Более 1До 1,5/2-51-2/2-3До1До 1,0-1,5-2,01,5-2,0/3,0-5,02-3/3-5До 0,5-До 2-Более 3Более 33-5/5-102-3/3-52-3/3-5Более 1,52-5/5-102-3/3-5До 1,51,0-1,5/1,5-2,53-5/5-83-5/5-81,0-2,5/до 4--Более 30,5-1,0/1,0-2,0Более 51-2/2-53-5/5-85-8/8-1047Таблица 1.25.Угар элементов при выплавке чугуна, %.ПлавильныйагрегатФутеровкаВагранка холодногодутьяКислаяВагранкагорячегодутьяДуговаяэлектропечьИндукционнаяпечь*Индукционнаяпечь**ЭлементыC8-(+8)Si10-35Mn15-40P0S+(25100)Cr15-20NiДо 10Основная10(+15)3555010-15До3010-3015-30До 10Кислая10(+8)10(+10)10-300+(1050)10-15До 5До 55-7Основная10(+12)20-2510-20До1020-5010-20До 5До 55-10Кислая+(-510)015-200До 3015-30До10До 105-7Основная+(3-5)5-1010-15До2020-5015-30До10До105-10Кислая5-1533(+5)10-25000003-5Основная5-105-105-10000003-5Кислая15-205-1010-15000003-5Основная10-1510-158-12000003-5* Печь промышленной частоты.** Печь высокой частоты.Методика расчета1.
Определяем состав металлической завалки:а) магния(1,5 ⋅ 100)/(100 – 4) = 1,562 кг;б) меди(4,4 ⋅ 100)/(100 – 2) = 4,490 кг;в) марганца (0,6 ⋅ 100)/(100-1,5) = 0,609 кг;г) алюминия (93,5 ⋅ 100)/(100-1,5) = 94,924 кг.2. Определяем необходимое количество лигатур:а) тройной лигатуры Al - Сu - Мn. Расчет ведется по марганцу(0,609 ⋅ 100)/10 = 6,09 кг.С лигатурой вносятся:марганца 0,609 кг;меди (6,09 ⋅ 4,0)/10 = 2,436 кг;CuДо10До10Fe5-75-1048алюминия 6,09 - (0,609 + 2,436) = 3,045 кг.б) двойной лигатуры Al - Сu.
Расчет ведется по меди.[(4,490 - 2,436) ⋅ 100]/50 = 4,108 кг.С лигатурой вносятся: 2,054 кг меди и 2,054 кг алюминия;в) двойной лигатуры Al - Mg. Расчет ведется по магнию.(1,562 ⋅ 100)/10= 15,620 кг.С лигатурой вносятся:магния 1,562 кг;алюминия 15,62 - 1,562 = 14,058 кг;г) определяем суммарное количество каждого компонента, вносимого лигатурами:меди 2,436 + 2,054 = 4,490 кг;марганца 0,609 кг;магния 1,56 кг;алюминия 3,045 + 2,054 +14,058 = 19,157 кг.3.
Определяем количество алюминия, которое необходимо ввести в чистомвиде:94,924 - 19,057 =75,867 кг.4. Определяем массу каждой составляющей шихты на одну плавку сплава(30 000 кг):а) тройной лигатуры(30000 ⋅ 6,09)/100 =1827 кг;б) двойной лигатуры(30000 ⋅ 4,108)/100= 1232 кг,в) двойной лигатуры(30000 ⋅ 15,62)/100=4686 кг;г) алюминия(30000 ⋅ 75,867)/100= 22760 кг.Таким образом, шихта будет состоять из следующих компонентов, кг:Алюминия марки А022760Тройной лигатуры АМЦ 40-101827Двойной лигатуры AM 501232Двойной лигатуры АМг 104686Всего:305051.7.2.
Графический метод расчета шихтыГрафический расчет шихты применяется при сравнительно малом количестве шихтовых материалов. Для большого количества компонентов этот методприменяется лишь в качестве проверки по нескольким элементам. Метод достаточно прост и удобен, но вследствие сравнительно малой точности применимтолько для расчета шихт сплавов с большими перепадами верхних и нижнихпределов содержания основных элементов. К графическим методам расчеташихт относятся:- метод параллельных координат;49- метод построения треугольника;- метод построения многоугольника.Пример расчета шихты методом параллельных координат по одному элементу сплава шихты из двух компонентов. Требуется приготовить латунь Л70 вколичестве 1500 кг из отходов латуней Л90 и Л63.
Их химический состав: Л70Сu = 69…72%, Zn = 28…31%, для расчета принят оптимальный состав с Сu =71%, Zn = 29%; Л90 - Сu = 88% , Zn = 12%; Л63 - Сu = 62%, Zn = 33%. Плавкапроизводятся в канальной индукционной печи ИЛК - 1,6. Угар при компактнойшихте Zn = 3,0%, Сu = 0,3%. С учетом угара в 100 кг сплава должно быть 71,21кг меди; 29,9 кг цинка.Построение графика параллельных координат (см. рис.
1.5).Л63А2СЛ90В1Рис. 1.5. Пример расчета шихты методом параллельных координат.От точки прямой АВ опускается перпендикуляр А1, равный недостатку содержания цинка в отходах Л90 по сравнению со сплавом Л70 (17,9 кг), и от точки В перпендикуляр В2, равный избытку цинка в Л63 по сравнению с Л70 (3,1кг). Точка С прямой 1-2 делит АВ на отрезки в масштабе; АС = 84 кг и ВС = 16кг, соответствующие количеству латуни Л63 = 84 кг и Л90 = 16 кг в шихте.Проверка на содержаниеZn = (34 ⋅ 33 + 16 ⋅ 12)/100 = 29,7 кг - это близко к заданному.Составляем шихтовую картуШихтовые материалы: Количество, кг1) Отходы Л631260,02) Отходы Л90240,0Всего:1500,01.7.3.
Расчет шихты с применением ЭВМРучной расчет шихты становится громоздким и утомительным, если числошихтовых материалов превышает семь-восемь. Кроме того, в таком расчете неучаствует оценка стоимости шихтовых материалов. В связи с этим прибегают красчету щихты на ЭВМ. Использование ЭВМ позволяет найти оптимальныйнабор шихтовых материалов по стоимости. Эта задача обычно решается методами линейного программирования. Балансовые соотношения по расчетнымэлементам и ограничениям по количеству шихтовых материалов при линейномпрограммировании могут быть заданы как в виде равенств, так и неравенств.При этом нижний и верхний пределы по содержанию элементов устанавливают,50исходя из регламентируемого состава сплава с учетом отклонений, обусловленных колебанием содержания легирующих элементов.Ограничения по числу компонентов шихты также задают в виде равенствили неравенств.
Кроме того, в число расчетных уравнений включают целевуюфункцию, которая является математическим выражением общей стоимостишихты:(1.9)Ц = Цx/100 + Цy/100 + Цz/100 + Цl/100 => min,где Ц - стоимость шихты для выплавки I т сплава, руб./т;Цx…Цl - цены компонентов шихты, руб./т;х…1 - масса каждого шихтового материала, необходимая для выплавки 100кг сплава.Таким образом, расчет оптимального состава шихты заключается в нахождении минимального значения целевой функции Цmin при условияхограничениях, которые представляют собой систему балансовых соотношенийпо всем расчетным легирующим компонентам сплава и примесям, по видамшихтовых материалов (собственные возвраты, отходы со стороны, свежие ивторичные металлы и сплавы) и по общему количеству шихты.Практически задача сводится к введению в ЭВМ целевой функции и системы балансовых соотношений в натуральной форме или в виде матрицы из коэффициентов целевой функции и балансовых соотношений и подаче командына расчет.Аналитический метод расчета шихтыДанный метод расчета применяется при большом количестве шихтовыхкомпонентов и заключается в составлении систем уравнений, в которых неизвестными являются содержания элементов в шихте и, например, в чугуне.
Дляупрощения расчета задаются значениями двух или трех неизвестных. Количество уравнений должно быть равно числу неизвестных. В этом методе такжеудобно вести расчет на 100 кг шихты.Допустим, что в отливках необходимо получить 1,9% Si и 0,65% Мn. В вагранке примем угар кремния 10% и марганца 20%. Тогда с учетом угара в шихтунеобходимо ввести кремния и марганцаSi = (1,9 ⋅ 100)/(100 – 10) = 2,1%;Мn = (0,65 ⋅ 100)/(100 – 20) = 0,8% .Допустим, что шихту можно приготовить из четырех сортов металла, химический состав которых по кремнию и марганцу приведен в табл.1.26.В шихте возврат собственного производства составляет 40%, металлическая шихта из трех сортов доменных чугунов - 60%.Для того, чтобы убедиться, что можно составить шихту из компонентов,приведенных в таблице, предварительно выясним возможность получения требуемых содержаний кремния и марганца.Среднее содержание кремния в доменных чугунахSi =(2,1 + 2,3 + 2,2)/3 = 2,2%,а в ломе 8%, откуда среднее содержание кремния в 100 кг шихтыSi = [(60 ⋅ 2,2/100) + (40 ⋅ 2/100)] = 2,1 кг.51Таблица 1.26.Химический состав шихты, %.КомпонентыЛитейный чушковыйчугунАБСВозврат собственногопроизводстваСодержаниеSiМnхyz402,12,32,22.00,90.950,80,7Аналогично определяем содержание марганцаМn = 60/100((0,9 + 0,95 + 0,8)/3) + (40/100) 0,7 = 0,81 кг.Для нахождения неизвестных величин х, у, z составляем три уравнения,причем массу шихты при расчете принимаем равной 100 кг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
