Технологія виготовлення литих заготовок

 

Вступ

Суть ливарного виробництва  полягає  в отриманні заготовок  чи деталей шляхом заливки розплавленого  металу заданого хімічного складу в  ливарну форму,  порожнина якої має конфігурацію заготовки чи деталі. При охолодженні залитий метал  твердне і зберігає конфігурацію порожнини форми. Литі заготовки (виливки) в подальшому піддають механічній обробці.

Литтям отримують виливки  як простої, так і складної конфігурації з потрібними порожнинами. Маса виливок  коливається від декількох грамів до декількох сотень тон.

Найважливішим завданням  ливарного виробництва є   отримання  виливок  які  за формою  і розмірами  наближаються  до готових  деталей, що суттєво скорочує обробку різанням.

В сучасному машинобудуванні  застосовують сплави на основі заліза: чавуни і сталі; міді: латуні і бронзи; алюмінієві сплави; магнієві сплави та інші.

Сплави вибирають в  залежності від вимог, що ставлять до деталей. Так наприклад деталі машин, які не несуть великих навантажень ( станини металорізальних верстатів, противаги, корпуси редукторів та інше) виливають із найдешевшого сплаву – сірого чавуну. Дрібні деталі автомобілів, тракторів, сільгоспмашин – з ковкого чавуну. Арматура, що працює в агресивних середовищах, вкладиші підшипників та інші виготовляють з мідних сплавів. Багато деталей автомобілів і деталі приладів до яких ставляться вимоги малої ваги, виготовляють з алюмінієвих і магнієвих сплавів.

Сплави одержують головним чином шляхом сплавлення різних металів  в рідкому стані звідки й походить їхня назва.

Сплави широко застосовуються в різних областях техніки, так як їх технологічні і експлуатаційні властивості часто кращі, ніж у металів. Так сталь і чавун ( сплави заліза з вуглецем) дешевші за залізо причому сталь має значно більшу міцність. Латунь ( сплав міді з цинком)  міцніша і дешевша за мідь, а бронза ( сплав міді з оловом, цинком, свинцем та іншими елементами) міцніша від міді. Силумін ( сплав алюмінію з кремнієм) міцніший від алюмінію. У більшості випадків сплави мають нижчу температуру плавлення, ніж метали, що полегшує їх виробництво, а також  виготовлення з них виливків.

Ливарні сплави  повинні  мати:

• низьку температуру плавлення: чим нижча температура плавлення сплаву, тим легше його розплавити і перегріти до необхідної температури заливання у форми;
• невелику усадку при затвердінні і охолодженні, що зменшує утворення в виливку усадочних раковин і ливарних напружень;
• незначну здатність ( у рідкому стані) до поглинання газів, що зменшує небезпеку утворення газових раковин;
• незначну ліквацію – неоднорідність за хімічним складом, що послаблює відмінність у властивостях окремих частин виливків;
• сприятливу кристалічну будову ( структуру), що забезпечує високі властивості виливків;
• низьку вартість і не містити дефіцитних елементів.

Поєднання цих властивостей дає можливість уникнути виникнення  ливарного  браку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ливарні сплави, вимоги і застосування.

До металів і сплавів, які використовуються для виготовлення виливок ставляться наступні вимоги:

• хімічний склад їх повинен забезпечувати отримання у виливці заданих  фізичних, фізико-механічних, фізико-хімічних властивостей;
• властивості  і структура повинні бути стабільними в процесі експлуатації виливки;
• володіти хорошими ливарними сплавами ( високою рідкотекучістю, невеликою усадкою, доброю герметичністю, малою схильністю до утворення тріщин і поглинання газів);
• легко оброблятися ріжучим, абразивним чи іншим інструментом і добре зварюватися;
• забезпечувати технологічність в умовах багатосерійного виробництва;
• відходи при виготовленні виливок повинні бути мінімальними.

Отже, необхідно вибирати сплав, який складається з дешевих і не дефіцитних компонентів, який потребує мінімальних затрат на виплавку. Високе практичне значення литих металевих сплавів визначається тим, що вони за деякими властивостями (міцності, твердості, оброблюваності різним інструментом) випереджають чисті метали.

Важливе місце в ливарному  виробництва займають сплави з особливими фізичними властивостями ( електропровідністю, магнітною проникливістю). Такі сплави виготовляють з найчистіших матеріалів в контролюючих атмосферах ( у вакуумі, захисній атмосфері),  у вузькому температурному інтервалі. Ці  сплави називаються прецизійними.

Значно підвищились  вимоги до сплавів з добрими фізичними, фізико-хімічними властивостями, наприклад  ядерна енергетика потребує матеріалів, які особливо стійкі до дії проникаючої реакції. Вони повинні володіти здатністю до синтезу атомних ядер. В металах і сплавах, які використовуються в супутникових космічних кораблях, необхідно дотримуватися комплексу оптимальних механічних і фізико-хімічних властивостей. Вони повинні зберігати міцність і пластичність при температурах 2000 - 2500° С, не допускаються  крихкість при температурах близьких до абсолютного нуля [1].

          Виливки широко використовуються  в усіх видах промисловості: зокрема в будівництві, харчовій промисловості, декоративному  мистецтві. Машинобудування споживає ~ 60% литва, металургія 15%, будівництво ~ 25%.

На долю залізних сплавів  припадає 90 – 98% литва: перше місце  займає чавун ( 75 – 80%), друге місце займає сталь ( 10 – 20%), третє – ковкий чавун ( 2 – 5%). Незважаючи на те, що виливки із сплавів на основі інших металів отримують в меншій кількості, їх роль в техніці дуже велика. Зокрема деякі властивості багатьох сплавів на основі кольорових металів зробили їх незамінними в точному машинобудуванні, приладобудуванні, ливарній техніці, атомній енергетиці.

До ливарних властивостей сплавів зараховують такі як: рідкотекучість, усадка, схильність до ліквації й до вбирання газів.

Рідкотекучість –  здатність розплавленого металу добре наповнювати  порожнину ливарної форми і точно відтворювати майбутнім виливком її конфігурацію. Рідкотекучість залежить від температури  й хімічного складу сплаву виливка. Зі зростанням температури рідкотекучість підвищується. Фосфор, Кремній  і Вуглець поліпшують рідкотекучість сталі, а сірка й неметалеві вкраплення погіршують її. Залежно від рідкотекучості того чи іншого сплаву вибирають мінімальну товщину стінок  виливка. Рідкотекучість вуглецевої сталі 25Л в два рази менше в порівнянні з рідкотекучістю сірих чавунів. Мала рідкотекучість сталі пояснюється відносно високим значенням в’язкості і поверхневого натягу при температурах розливки.

Рідкотекучість вуглецевої сталі в значній мірі залежить від вмісту в ній вуглецю. При  підвищенні вмісту вуглецю практична рідкотекучість ( вища від температури нульової рідкотекучості і температури ліквідус) зростає. Істинна рідкотекучість, яка визначається при однаковому перегріві нульової рідкотекучості, а нульова визначається моментом, коли метал перестає текти  знаходячись під статичним напором, в інтервалі ліквідус – солідус момент коли в’язкість різко зростає внаслідок утворення достатньої кількості твердої фази, знижується зі збільшенням вуглецю, оскільки перегрів Тнагр над Тліквідуса  зменшується  і рідкотекучість все більше  залежить від інтервалу кристалізації.

Усадка – це зменшення  розмірів виливка під час охолодження  від температури заливання аж до кімнатної.  На її значення впливають  хімічний склад і температура  заливання металу в форму. З підвищенням  температури заливання усадка  зростає. Розрізняють  лінійну та об’ємну усадку. Лінійна усадка чавунів з пластинчастим графітом становить  - 1,0 … 1,3%, сплавів алюмінію – 1,0 … 1,4% , сплавів магнію – 1,1 … 1,3%, сталі - ~ 2%.  Лінійну усадку враховують, призначаючи розміри  моделей і стержневих  ящиків.  Стінки  форми і,  особливо, стрижні в певній мірі гальмують усадку, що є причиною виникнення у виливках напружень. Ці напруження можна істотно зменшити, застосовуючи піддатливі формові та стрижневі суміші. Нерівномірне охолодження від виливки може призвести до її викривлення. Об’ємна усадка  і неодночасна кристалізація металу на поверхні та в глибині виливки ведуть до утворення внутрішніх порожнин. Щоб цього не допустити застосовують раціональну ливникову систему, а в окремих випадках  над виливкою передбачають масивні додатки, що заповнюють розплавлене металом усадку порожнину утворювану в середині  виливки.

Усадка в рідкому  стані визначається коефіцієнтом об’ємного  стиску αж і величиною перегріву над температурою плавлення. Для вуглецевої сталі в рідкому стані коефіцієнт об’ємного стиску складає 1,5 * 10 -4 [2].  Цей коефіцієнт збільшується на 20% при збільшенні вуглецю на 1%.

Зміна об’єму сталі при  кристалізації визначається величиною стиску при переході в твердий стан і величиною усадки  в інтервалі ліквідус – солідус. Зі збільшенням вуглецю збільшується інтервал кристалізації, а відносно збільшується і усадка.

Збільшення об’єму виливки  вуглецевої сталі в твердому стані  складає 7,2 – 7,5%, а лінійних розмірів 2,4 – 2,5%. Ливарна усадка тонкостінних виливок складної конфігурації складає 1,25 – 1,5%, товстостінних 2,0 – 2,3%.

Ліквація – неоднорідність  хімічного складу сплаву, що виникає  під час кристалізації. Найбільш схильні до ліквації сірка, фосфор і вуглець. Ліквація може істотно впливати на механічні властивості металів. Розрізняють дендритну і зональну ліквацію. Дендритна ліквація є наслідком того, що сплави тверднуть в інтервалі температур, тому склад кристалів, які утворилися першими, і тих, що утворилися пізніше буде різними, а дифузія не встигає за браком часу. Цю ліквацію можна усунути дифузійним відпалюванням.

Зональна ліквація виникає  внаслідок розподілу лікваційних  елементів по перерізу стінки виливка в умовах  довільного твердіння при недостатній швидкості охолодження. Так тонкі стінки виливка будуть  чисті й однорідні за складом, у той час як товсті стінки ( особливо середина перерізу) будуть мати ліквацію. У крупних виливках  із сталі різниця вмісту елементів ( сірка, фосфор і вуглець) становить: сірка – 500%, фосфор і вуглець – 300%, що дуже позначається на міцнісних властивостях. Зональну ліквацію не можна усунути термічною обробкою, тому якщо немає можливості зробити виливок  рівностінним, то слід застосовувати спрямоване затвердівання виливка.

Газовбирання – властивість  сплавів у рідкому стані розчиняти  з повітря кисень, азот та водень, які під час охолодження в  ливарній формі виділяються і  можуть утворити виливку в газові раковини. Тому формова та стрижнева  суміш повинні бути газопроникними.

Отже, технологічні ливарні  сплави повинні мати хорошу рідкотекучість, малу осадку і не утворювати ліквацію [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристика ливарного сплаву (сталі 15Л)

Виробництво фасонних деталей методом лиття  із різноманітних сталей широко розповсюджується в металургії, транспортній, енергетичній та інших галузях машинобудування. Маса виливок від кількох грам до 200 тонн і більше.

Відливки отримують  литтям у земляні і металеві(кокілі) форми або методом точного литва.

Хімічний склад і механічні властивості сталі для виливок 15Л регламентується ГОСТом 977 – 88 і технічними умовами заводів.

 

Таблиця 1. Хімічний склад сталі 15Л

 

C,%	Mn,%	Si,%	S,%	P,%
0.12-0.2	0.45-0.9	0.20.52	до 0,06	до 0,06

 

 

 

Таблиця 2. Механічні властивості  виливок із вуглецевої сталі 15Л після термічної обробки.

 

Режим термічної обробки	sт, МПа	sВ, МПа	δ, %	Ψ, %	КСU, Дж/см²	Твердість НВ,МПа
	Не менше
Нормалізація 910 – 930◦С , відпуск 670 - 690◦С (товщина стінок до 100 мм)	200	400	24	35	50	109-136

 

 

 

Таблиця 3. Температури критичних точок матеріалу 15Л

Ac1	Ac3(Acm)	Ar3(Arcm)	Ar1
735	863	840	685

 

Виливки піддають нормалізації і відпуску для зняття залишкових напружень, покращення оброблюваності різанням, підвищення механічних властивостей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Деталь

Методи отримання заготовки  з  одночасним вибором  прийомів покращення властивостей матеріалу  вибирає конструктор виробу. Вихідні  дані для своєї роботи він отримує  від технолога – ливарника, який організовує і координує всі  технологічні розроблення. При цьому забезпечується технологічність литих деталей, тобто спрощення їх виливки та механічної обробки, що передбачає виконання таких умов [4]:

• переходи  і кути спряження стінок повинні бути плавними від тонких перерізів до перерізів великої товщини ( відношення товщини стінок при переході одного перерізу до іншого повинно бути не більше ніж  4:1);
• гострі кромки литих отворів та вікон повинні бути окантовані ( відбортовані), щоб запобігти утворенню тріщин і надривів;
• внутрішні порожнини литих деталей слід виконувати без стрижнів – відкритими;
• ребра жорсткості слід розміщати в площині рознімання форми, або перпендикулярно до неї для полегшення вилучення моделі з форми;
• стінкам литих деталей необхідно надавати рівномірні перерізи для уникнення утворення усадочних раковин, пористостей та інших дефектів;
• деталі повинні мати  компактну конфігурацію і, за можливістю, невеликі габарити;
• коли на поверхні деталі є виступи, то їх слід розміщати на одному рівні для того, щоб вони оброблялися ріжучим інструментом в одних проходах.

Розрахуємо об’єм  деталі, розбивши її на окремі частини:

V= V₁ + V₂ + V₃ + V₄ + V₅ + V₆.                       ( 3.1)

Об’єм V1 розраховуємо за формулою:

 

 

 

Для визначення V₂ розраховуємо площу S₂:

              (3.3)

           (3.4)

тоді                 (3.6)

V₄=12133,41мм²

Об’єм п’ятої частини  деталі V₅ буде рівним:

V₅=3,14*12,5²*15-3,14*5²*15=6181,875мм³

Підставляємо значення V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ в формулу (3.1), отримаємо:

V=14082,9+7851,03+7851,03+12133,41+6181,875+10207,5=583077,45мм²

Масу деталі розрахуємо за формулою:

m=ρ*V,           (3.7)

де m – маса деталі, г; ρ – густина сталі 25л, г/см³, V – об’єм деталі, см³.

Отже, маса деталі рівна:

m=583,077*7,82=4548,0г або 4,54кг 

4. Виливка.  Розрахунок об’єму та маси  виливки.

Виливкою називають  фасонну литу заготовку деталі, приладу  чи іншого виробу, яку одержують  шляхом заливання розплавленого  металу ( сплаву ) у ливарну форму  і наступному його затвердіванні ( кристалізації ). Далі виливок піддають механічній обробці по спряженим поверхням і отримують готову деталь. В деяких випадках виливки застосовують без механічної обробки, як готові деталі ( водопровідні труби, люки, кришки ).

Значна частина браку в ливарних цехах зумовлюється нетехнологічною конструкцією виливка. Технологічна конструкція виливка дає можливість виготовити якісний виливок з оптимальною товщиною стінки і мінімальним обсягом механічної обробки. Основними умовами правильного конструювання  виливка є зниження його маси при збереженні потрібної міцності, забезпечення мінімальної собівартості з урахуванням витрат на механічну обробку виливка, заміна суцільних ребер переривчастими. Отже, технологічна деталь при максимальній міцності має бути простою, дешевою, а її конструкція – давати можливість застосовувати при виготовленні нові, прогресивні технологічні процеси ливарного виробництва.

Конструюючи виливок, слід враховувати  такі вимоги : рівностінність виливка; відсутність піднутрення та великого скупчення металу в окремих його перерізах; наявність формувальних уклонів на вертикальних стінках ( перпендикулярних до площини розняття форми); плавні переходи при спряженні стінок; наявність галтелей. При конструюванні литої деталі слід намагатися спрощувати її форму, наближаючи окремі поверхні до площини або поверхонь обертання, що здешевлює виготовлення моделей і стрижневих ящиків, полегшує виймання моделі з форми і дає змогу використовувати моделі без криволінійного розняття. Формувальні уклонм полегшують видалення моделі з готової форми без її руйнування. Якщо виливок має закриту внутрішню порожнину, то в його конструкції виконують технологічний отвір для вибивання стрижня і його каркаса. Потім ці отвори затуляють заглушками.       

Спряження стінок у виливку дуже впливає на якість литої деталі. Охолодження виливка у формі супроводжується виникненням внутрішніх напружень. Напруження, утворення раковин і пористість залежать від правильного спряження стінок та оформлення кутів виливка.

За класифікацією в сучасному ливарному виробництві існують такі способи  одержання виливків: у піщано-глинистих формах з ручним та машинним формуванням; у металевих формах ( кокілях); під тиском; за моделями, які витоплюють; в оболонкових ( киркових)  формах; відцентровим виливанням; електрошлаковим виливанням; під низьким тиском; вакуумним всмоктуванням; витискуванням; рідким штампуванням тощо.

Галузь використання цих способів визначають багатьма факторами: типом  виробництва ( одиничне, серійне, масове); масою виливків ( дрібні – до 100 кг, середні – до 1000 кг, великі – понад 1000 кг); точністю та чистотою поверхні виливки; ливарними властивостями сплавів; вартістю того чи іншого способу.

Розрахуємо об’єм виливки розбивши її на окремі частини:

V = V₁ + V₂ + V₃ +V₄ +V₅ +V₆.                                       (4.1)

        V₁=3,14*20²*18=22608мм³               (4.2)

Для визначення V₂ розраховуємо площу S₂:

                 (4.3)

S₂ = S₁´ -  S₁ = 1989,9 – 1145,73=844,2 мм²                                     (4.4)

тоді V₂ = S₂ * h₂ = V₃     V₂=V₃=844,2 * 11=9286 мм ³                   (4.5)

                                           V₄= 844,2 * 17 =14351 мм³

Об’єм п’ятої частини  деталі V₅ буде рівним: 

                                     V₅ =3,14 * 14,5 * 15=9902,775 мм³

V₆ = a * b * c                  V₆ = 42 * 34 *13 = 18564 мм³                        (4.6) 

Підставляючи значення V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ в формулу               отримаємо:

V=22608 + 9286 +14351+9902, 7 +18564 +9286 = 839977 мм³         (4.7)

Масу виливки розраховуємо за формулою:

                                               m = ρ * V,                                               (4.7)

де m – маса виливки, г;  ρ – густина сталі 25Л, г/см³; V – об’єм виливки, см³.

Отже, маса виливки рівна:

m = 839,977 * 7,82 = 6568,6 г або 6,6 кг

Для полегшення вилучення  моделі із форми всі вертикальні  стінки моделі повинні мати так звані  ухили.

Ухили бувають конструктивні  і формувальні.

Конструктивні ухили  передбачає конструктор при проектуванні деталей на вертикалі необробленої поверхні.

Формувальними називають  ухили, які призначає технолог –  ливарник по вертикальних стінках деталей  за відсутності конструктивних ухилів.

Існує три типи ухилів на поверхнях моделі, виливки «  в плюс», « в плюс – мінус» і « в мінус».

« В плюс» виконують  ухили, якщо товщина не обробленої стінки до 6 мм;

« в плюс – мінус» -  якщо товщина стінки 6 … 12 мм  і  « в мінус» якщо товщина стінки понад 12 мм.

Для оброблених поверхонь  призначають ухили тільки « в  плюс» понад припуски на механічну обробку. При ручному формуванні і висоті поверхні до 20 мм формувальний становить 1 мм 3°.

Галтелями називають  округлення внутрішніх і зовнішніх  кутів поверхонь відливок. Для  запобігання внутрішніх напружень  і утворення тріщин гострі спряження поверхонь відливок не допустимі. Галтелі запобігають осипанню  формувальних сушей, а також полегшують вилучення моделі з форми, радіус галтелей приймається в межах 1/5 … 1/3 середньої арифметичної товщини двох стінок спряження, що утворюють кут, і становить 2 мм.

Стрижні служать для  утворення внутрішніх порожнин і  отворів в них.

Стрижневими знаками  називають додаткові виступи  моделей, які необхідно для утворення  у формі знакових гнізд. Для того, щоб при складанні форми стрижень не зруйнував ливарну форму між стрижневим гніздом форми і знаком стрижня  повинен бути зазор.

Величина технологічного зазору береться диференційовано і  залежить від розміру стрижня, основи нижнього знака, способу формування і регламентується  ГОСТом 3606 – 57, висота нижнього стрижневого знака залежить від діаметра стрижня, а верхнього призначається залежно від висоти нижнього знака.

Стрижні виготовляють у  стрижневих ящиках. Для збільшення міцності стрижнів їх армують металевими каркасами, а для збільшення газопроникності  в стрижнях виготовляють вентиляційні канали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Приготування  сплаву. Шихтові матеріали.

Суть процесу  перероблення чавуну в сталь полягає у видаленні окисленням надмірної кількості домішок і, насамперед, у зменшенні вмісту вуглецю в сплаві.

Окислення домішок здійснюють двома способами:

1) продуванням рідкого  чавуну повітрям або киснем  у конвертерах;

2) переплавленням чавуну  з окислими заліза (рудою й  окалиною) в мартенівських і електричних  печах. 

При виплавці сталі використовують наступні матеріали:

• чушковий чавун;
• сталевий лом;
• оборотний метал;
• феросплави;
• окислювачі і вогнетриви.

Чушковий чавун. При  плавленні в мартенівській печі з основною  футеровкою приймають 35 – 40 %, а в електричних печах  до 10 % переробного чушкового чавуну марок М1, М2, М3 по ГОСТу 805 – 69.

Сталевий лом. Лом складається  з непотрібних деталей машин  і стружки, які поставляються  по ГОСТу 2787 – 75 [4].

Оборотний метал. Складається  з відходів сталеплавильного, кувального, превого і прокатного виробництв у вигладі шурків, браку, скрапу, ливникових систем.

Феросплави. При виплавці звичайних сталей застосовують феромарганець  і феросиліцій, а легованих –  ферохром, нікель, феротитан, ферованадій, феромолібден. Феросплави використовувані  для розкислення і легування повинні бути сухими ( бажано прогартованими).

В якості флюсів зазвичай застосовують плавіковий шпат ( ГОСТ 7618 – 70), шамотний бій.

Плавіковий шпат застосовують для розрідження густих шлаків, що покращує умови знесіркування рідкого  металу. З цією метою використовують шамотний бій.

В якості окислювачів  використовують залізні і марганцеві руди, а також окалину із цехів  гарячої обробки ( кування, прокатування).

Вогнетривкі матеріали. При основному пресі печі  футерується  магнезитовою цеглою чи магнезитовою набивкою, а при кислому процесі – динасовою цеглою. Магнезитовий порошок отримують шляхом подрібнення магнезиту, відпаленого при температурі 1650 °С, його хімічний склад, в % наступний:

• оксид магнію (MgO) – 85 – 88
• оксид кальцію (CaO) – 4 – 6
• оксид кремнію (SiO2) – 4 – 6

Доломіт застосовують в  сирому і відпаленому вигляді.

Розрахувати шихту –  це значить знайти таке співвідношення вихідних матеріалів, які призначені для плавлення, при якому одержаний  рідкий чавун буде відповідати заданому хімічному складу.

Як шихтові матеріали  можуть бути використані:

а) ливарні чавуни (в  чушках);

б) переробні чавуни ( в чушках);

 в) відходи ливарного  виробництва ( ливники, скрап і  брак);

г) чавунний брухт;

д) сталевий брухт;

е) феросплави.

Сукупність цих матеріалів утворює металічну частину шихти, а паливо і флюси дають неметалічну частину шихти.

Найбільш бажаною складовою  металічної частини шихти є чушковий ливарний чавун, який вміщує значну кількість  кремнію ( від 1,25 % до 1,75 %  Si, в чавуні марки ЛК4 і до 3,75 – 4,25 % Si в чавуні марки ЛК00). Чим більше кремнію в металічній шихті, тим рідше стає розплавлений чавун; такий чавун добре заповнює порожнину форми і тим самим зменшує брак виливок по недоливу. Однак ливарний чавун є найдорожчою частиною шихти ( крім феросплавів) із економічних міркувань кількість його в шихті мусить бути невеликою.

Чушковий ливарний чавун  можна замінити відходами ливарного  виробництва і машинним брухтом. Але при цьому треба пам’ятати, що при кожному наступному переплавленні  чавуну склад його змінюється на гірше, найбільш бажаний складник – кремній – вигоряє в результаті кожної переплавки на 10 – 15 %, а сірка  - навпаки, пригоряє на 40 – 50 %. Тому  систематично використовувати лише машинний брухт і відходи ливарного виробництва не можна, необхідно відсвіжувати шихту чушковим ливарним чавуном.

Переробний чавун має  багато марганцю, але мало кремнію, тому введення цього чавуну збільшує  кількість Mn в шихті. Переробний чавун містить в собі менше сірки, крім того, чушки такого чавуну  піддаються  вигорянню в меншій мірі, ніж чавунний брухт, і зокрема – срап чи чавунна стружка.

Сталевий брухт вводиться  в шихту тоді, коли хочемо одержати низьковуглецевий чавун ( наприклад, при  виробництві ковкого чавуну).

Феросплави вводяться  в шихту лише тоді, коли є особлива необхідність, при модифікуванні або легуванні чавуну, або коли не можливо ввести достатню кількість того чи іншого елемента звичайними складовими шихти.

Розрахунок шихти вимагає  знання хімічного складу як готового литва, так і всіх вихідних шихтових матеріалів.

Ваграночний процес за своїм  характером є процесом окислення. У  вагранці наявна окислююча атмосфера, яка має залишок кисню  повітря. При високих температурах процесу  це приводить до горіння не лише палива, але й заліза та інших  домішок чавуну.

У той  час, як кількість  заліза, кремнію, марганцю і хрому  в чавуні у результаті переплавки знижується, кількість сірки, навпаки, значно підвищується, а кількість  вуглецю, фосфору, нікелю і міді практично  залишається незмінною. Зміни у  складі  чавуну вимагають забезпечення у металічній шихті більшої кількості цих елементів, ніж  у заданому литві.

Розрахунок шихти можна  зробити одним з таких методів [5]:

1) графічним методом  паралельних координат;

2) графічним  методом  трикутника;

3) аналітичним методом;

4) методом підбору.

На практиці найбільш поширеним є метод підбору.

Графічний метод розрахунку шихти є дуже зручним, але за його допомогою можна визначити лише  три складові шихти та дві домішки  чавуну.

Найбільш складним є  аналітичний метод  розрахунку шихти, який вимагає складення рівнянь та розв’язання їх при цьому, чим більша кількість матеріалів шихти, тим більша кількість невідомих, і більше рівнянь. Однак розв’язання всієї системи рівнянь не завжди приводить до позитивних результатів, бо не завжди з наявних матеріалів можна одержати рідкий чавун заданого складу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Конструкція  печі і виплавка в ній сплаву

 

Виплавляння сталі в електричних печах є найдосконалішим способом її виробництва. В них метал і шлак можна нагріти до більш високих температур, ніж у мартенівських печах. Це дає змогу розплавляти метал з високою концентрацією тугоплавких елементів (вольфраму, молібдену, ванадію та інших домішок) і застосовувати вапнякові шлаки, які містять до 55-60% CaO і за допомогою яких можна видалити з металу майже весь фосфор і сірку. Вигар металу і, особливо, легуючих елементів при виплавлені сталі в електричних печах значно менший, ніж при інших способах її виробництва. Крім того, оскільки в електричних печах подавати повітря для горіння не треба, в них можна створювати відновлювальну газову атмосферу або вакуум і добиватися доброго розкислення і дегазації металу. ВУ електричних печах можна виплавляти сталі найвищої якості, тому в наш час у них виплавляють більшість сортів легованих сталей.