Технология выплавки стали 15ГХ3А

1 ХАРАКТЕРИСТИКА  СТАЛИ 15ХГН2ТА

Сталь 15ХГН2ТА относится к конструкционным  легированным сталям. Содержание

С	Mn	Cr	Ni	Si	Ti	S	P
0,13-0,18	0,7-1	0,7-1	1,4-1,8	0,17-0,37	0,03-0,09	до 0,025	до 0,025

 

Эта сталь обладает следующими механическими  свойствами:

 

Sв	Sт	d5	y	НВ 10-1	KCU
МПа	МПа	%	%	МПа	кДж/м2
930	735	11	55	269	980

 

Где: S_в – предел кратковременной прочности, [МПа];

S_т – Предел текучести для остаточной деформации, [МПа];

d₅ – относительное удлинение при разрыве, [%];

у – относительное сужение, [%];

KCU – ударная вязкость, [кДж/м²];

НВ 10^-1 – твердость по Бринеллю, [МПа];

 

Из данной марки стали  выполняют следующие детали: зубчатые венцы, шатуны, зубчатые колёса, валы, ролики, и другие особо ответственные детали к которым предъявляются требование высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам.

 

 

2 ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

На основании баланса легированных отходов по заводу принимаем, что  в плавке будут использованы следующие материалы: Отходы марки 15ХГН2ТА –– 40% от общего количества металлической части шихты, отходы марки 20ХГНР –– 20%, отходы марки 12Х18Н10Т –– 20% и отходы марки стали 06Х19Н9Т –– 20%. Расход всех остальных элементов шихтовки плавки определим расчетами.

Состав металлической части  шихты приведен в таблице 1.

 

Таблица 1 Состав металлической части  шихты.

Материал	Содержание, %
	С	Mn	Si	Cr	Ni	Ti	Mo	P	S
Отходы 15ХГН2ТА	0.15	1,0	0,2	1,0	1.5	0.05	–	до 0,02	до 0,02
Отходы 20ХГНР	0,15	0,8	0,25	1,0	1,0	–	–	до 0,03	до 0,03
Отходы 40ХНМА	0,35	0,6	0,3	1	1,3	–	0,15	0,02	0,02
Отходы 15ХА	0,19	0,6	0,25	1	–	–	–	0,02	0,02
ФМн78А	7,0	78,0	2,0	–	–	–	–	0,05	0,03
ФС45	–	0,6	45	0,5	–	–	–	0,05	0,03
ФС75	–	0,54	75	0,4	–	–	–	0,02	0,02
Чугун передельный	4,35	0,45	0,46	–	–	–	–	0,08	0,035

 

Принимаем что легированные отходы содержат 1% мусора, состоящего из 75,0% SiO₂ и 25.0% Al₂O₃.

Состав неметаллической части шихты приведен в таблице 2.

 

 

Таблица 2. Состав неметаллической  части шихты.

Материал	Содержание,  %
	CaO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaF2	S	CO2
Известь	91.5	1.5	1.0	1.5	1.5	–	0.1	2.9
Плавиковый шпат	1.9	4.0	–	–	–	94.0	0.10	–
Магнезитовый порошок	2.0	2.0	0.5	–	95.0	–	–	0.5
Зола коксика	4.0	52.0	32.0	10.0	2.0	–	–	–

 

Состав коксика принимаем следующий: 89,6.% С, 0,4% S и 10% золы. Расход магнезитового порошка – 0,1кг в период плавления и 0,1кг в восстановительной период.

 

 

3 ШИХТОВКА ПЛАВКИ

 

Шихтовка плавки сводится к определению  расхода чугуна. Исходным моментом при этом является то, что содержание углерода в металле перед раскислением (в конце плавки) должно быть равным нижнему пределу его в заданной марке стали, т.е. 0,15%. С учетом науглероживания металла в восстановительной период ( в среднем 0, 05%) содержание углерода в металле в начале восстановительного периода (по расплавлении) должно составлять:

[С] _РАСПЛ = 0,15 – 0,05 = 0,1 %;                                          (1)

 

Угар углерода в период плавления  зависит от содержания кремния в  шихте и обычно составляет от 0,1 до 0,3%. Мы же примем угар углерода равным 0,2%. Тогда содержание углерода в шихте должно быть:

 

[С]_ШИХ = 0,1 + 0,2 = 0,3 %;                                               (2)

 

Среднее содержание углерода в легированных отходах составляет:

 

;                     (3)

 

Так как  среднее содержание углерода в легированных отходах меньше необходимого содержания углерода в металлической шихте, то для повышения содержания углерода в шихте в состав шихты введем передельный чугун (так называемый «чушковый»).

Определим расход передельного чугуна q_ч: 

 

                                    (4)

где: q_с – 100% выход годной жидкой стали;

        [С]_ч – 4,35%–содержание углерода в передельном чугуне;

 

0,3∙100 = 0,2∙(100-q_ч) + 4,35∙ q_ч;

Получаем q_ч = 2,4%, следовательно для обеспечения должного процентного содержания углерода в состав шихты нужно внести 2,4% передельного чугуна, а доля легированного лома составит 97,6%.

Перещитаем процентное содержание в шихте каждую из марок  сталей:

15ХГН2ТА          

20ХГНР                

40ХНМА              

15ХА                    

Определим состав металлической  части шихты по элементам, %

 

[С]_ШИХ =        (5)

 

                  (6)

 

         (7)

 

                                       (8)

 

                                       (9)

 

                                             (10)

 

  (11)

 

  (12)

 

Расчет состава шихты приведем в таблице 3.

 

Таблица 3.  Расчетный состав шихты, %

С	Mn	Si	Cr	Ni	Тi	P	S
0.298	0.8	0.246	0,98	1.040	0,01	0.023	0,022

 

Определим количество и  процентное содержание мусора:

 Мусор  %, причем SiO₂ будет 0,732%, а Al₂O₃ 0,244%.

 

 

 

4 РАСЧЕТ РАСХОДА ИЗВЕСТИ

 

Расход извести определим по формуле:

                                       (13)

где: С_изв = 91,5% – содержание СаО в шлаке  из всех источников, кроме извести;

        В = 2,2 –  основность шлака по расплавлении;

        (SiO₂)_изв = 1,5% – содержание SiO₂ в извести;

        F = 1,235 количество (SiO₂+P₂O₅) в шлаке из всех источников, кроме извести (таблица 4);

       С = 0,002% – количество  СаО в шлаке  из всех источников, кроме извести (таблица 4);

 Поскольку в электроплавке не используется высокофосфористая шихта, в первом приближении F можно приблизительно принять равным приходу SiO₂ из всех шихтовых материалов, кроме извести.

Поступление SiO₂ из металлической части шихты рассчитаем по формуле:

;                                          (14)

а результаты занесем таблицу 4.

Для определения F и С заполняем  соответствующие графы таблицы 4, принимая при этом, что в период плавления кремний Si полностью окисляется. Тогда по формуле 13 рассчитаем количество расходуемой извести:

 

 

Таблица 4  Количество и состав шлака  периода плавления

Оксиды	Источники поступления					ВСЕГО	Состав шлака
	Металлическая часть шихты	Мусор и окалина	Магнезитовый порошок	итого	известь		кг	%
СаО	–	–	0,0020	0,0020	2,75	2,875	2,875	45,12
SiO2	0,527	0,732	0,0020	1,261	0,04	1,308	1,308	20,26
MnO	0,58	–	–	0,58	–	0,58	0,58	9,1
MgО	–	–	0,095	0,095	0,04	0,142	0,142	2,23
Cr2O3	0,29	–	–	0,29	–	0,29	0,29	4,55
Al2O3	–	0,244	0,0005	0,2445	0,22	0,56	0,56	8,79
ТiO2	0,017	–	–	0,017	–	0,017	0,017	0,27
P2O5	0,03	–	–	0,03	–	0,03	0,03	0,47
S	0,0014	–	–	0,0014	0,003	0,0044	0,0044	0,07
ИТОГО	1,428	0,976	0,0995	2,5	3,076	5,7894	5,7894	90,86
FeO	–	–	–	–	–	–	0,4113	6,5
Fe2O3	–	–	–	–	0,04	0,04	0,17	2,64
ИТОГО	–	–	–	–	0,04	0,04	0,5813	9,14
Продолжение таблицы 4
СО2		–	0,0005	0,0005	0,009	0,009	–	–
СО	0,47	–	–	0,47	–	0,47	–	–
ИТОГО	0,47	–	0,0005	0,4705	0,009	0,479	–	–
ВСЕГО	1,898	0,976	0,1	2,974	3,14	5,8384	6,3712	100,00