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1、铸造合金及其熔炼课程设计报告题目:上端盖RuT420的配料及熔炼姓名:学号:班级:材料成型及控制工程 1104班学院:机械工程学院指导老师:日期: 2015年 1月 13 日山东理工大学目录一零件原始要求 零件名称,结构及尺寸要求,材料,机械性能要求二选材材料牌号成分,力学性能三选用炉料炉料来源 炉料配比计算四炉体设计冲天炉炉径设计 炉身高度 有效高度前炉 送风系统 画图五. 确定熔炼工艺过程确定主要工艺参数 熔炼前准备冲天炉熔炼操作炉况判断及常见故障 特殊 处理六. 热处理七. 参考资料、零件原始要求(一)零件名称:上端盖(二)零件特点:轮廓尺寸420*157属于小型端盖圆盘类,形状简单,壁
2、厚均匀,在15.7-18之间,铸件毛重34.3kg,精度不 高,采用湿砂型铸造。(三)要求铸铁牌号:RuT420抗拉强度:。b420Mpa名称牌号质量(kg)出品率总耗铁量产量(件)(%(kg)上端盖RuT42034.38042.9批量生产融化率:冲天炉融化率为2吨每小时(四)零件的结构及尺寸:二、选材(一)牌号:RuT420(二)标准:GB/T9439-2010(三)化学成分选择:C: 3.5%3.9% Si: 1.8%2.6% Mn 0.5%0.8%S:v0.06%,P:0.08% Xt 残:0.02%0.05% Mg 0.015%0.025%三、选用炉料(一)炉料来源:原生铁 回炉铁废钢
3、硅铁锰铁1、原生铁,又称高炉生铁,是含碳量大于 2%勺铁碳合金,工业生铁 含碳量一般在2.11%4.3% 并含有 C Si、Mn S、P等元素,是铁 矿石经高炉冶炼的产品。是冲天炉炉料的主要组成物。2、回炉铁,是蠕墨铸铁浇注完后清理的浇冒口、废铸件。按配料的需要加入一定量,降低铸件成本。3、废钢,包括废钢件、钢料、刚屑等,加入废钢可以降低铁水含碳量。4、铁合金,包括硅铁、锰铁、铬铁等铁中间化合物,可以调整铁水的化学成分或配制合金铸铁。(二)炉料化学成分:炉料化学成分(质量分数)(%CSiMnPS本溪原生铁4.131.820.740.140.12回炉料3.42.40.40.060.08废钢0.3
4、50.30.6-硅铁-750.50.040.02锰铁1.52.5800.20.02(三)常见元素在冲天炉熔炼过程中增减率:增减CSiMnPS炉料C3.2%炉 料03.6%极限范围+ (060)-(010)+(040)-(1050)0+(25100)一般范围+ (540)-(38)+(1015)(1520)0+(5075)(四)冲天炉熔炼过程中各种牌号铸铁碳量增减率:配料03.6%或Si量较咼HT200以下HT200以上可锻铸铁-(38)+ (510)+ (1535)+(4050)(五)炉前添加合金元素的回收率: =1儿糸添加合金回收率Mn锰铁8595Si硅铁8090(六)炉内熔化元素烧损率:
5、=1儿糸CSiMnPS烧损率(质量分+5-15-20不变+80数)(%(七)配料计算: =1儿糸CSiMnPS原铁液含量3.332.70.90.080.07(%蠕化剂按0.2%,孕育剂按0.2%0.8%第一步,计算炉料中个元素应有量,可用下列公式计算X炉料二X铁液/1 士n式中X炉料炉料中元素含量(%);X 铁液一一铁液中元素含量(咧;n熔炼过程中元素增减率。“+”号用于元素增加,“-”号用于元素减少。 炉料中碳元素含量:C炉料%=3.3/ (1+5% =3.14 炉料中硅元素含量:Si%炉料=2.7/ (1-15%; =3.18 炉料中锰元素含量:Mn炉料%=0.9/ (1-20%; =1.
6、125 炉料中磷元素含量:P炉料%=0.07 炉料中硫元素含量:S炉料%=0.06/ (1+80% =0.0333第二步,初步确定炉料配比并进行计算。确定回炉料按 20%ffl入,设新生铁的配比为X%,则废钢的配比为100%-20%-x%设炉料所需含碳量为 w%而新生铁、废钢、回炉料含 碳量分别为 a% b% c%,可按下式计算出新生铁的配比:ax+b(100-20-x ) +c20=100w由知 w=3.14、由表格知 a=4.13、b=0.35、c=3.4代入公式得 4.13x+0.35(100-20-x)+3.4 X 20=3.14 X 100x=218-( 4.13-0.35)=57.
7、7废钢的配比:100-57.7-20=22.3第三步,确定配比并计算铁合金的补加量。硅铁、锰铁的补加量可按下式计算铁合金配比=(炉料应有合金含量-炉料中所含合金含量)/铁合金中合金含量x( 1-合金烧损率)式中炉料应有合金含量二(铁液要求合金量-炉前加入合金量)/ (1- 合金烧损率)炉前加入合金量二炉前加入铁合金X铁合金中合金含量X回收率炉料应有锰元素含量=0.9/ (1-20%) =1.125炉料中所含有锰元素量=20% 0.4+0.577 X 0.74+0.223 X 0.6=0.64锰铁配比=(1.125-0.64 ) - ( 1-0.2 )X 0.8=0.76炉前加入硅铁量=0.8%
8、X 0.85 X 0.75=0.51炉料应有硅元素含量 二(2.7-0.51 ) -( 1-0.15)=2.58炉料中 所含硅元素量=0.2 X 0.24+0.577 X 0.018+0.223 X0.003=0.016硅铁配比=(2.57-0.016 ) -( 0.75 X 0.85)=4.0由此定出RuT420配料的成分单如下:炉料配比CSiMnPS含量数量含量数量含量数量含量数量含量数量本溪 生铁57.74.132.381.821.050.740.430.090.0520.0320.018回炉铁203.40.682.40.480.40.080.060.0120.080.016废钢22.3
9、0.350.080.30.670.60.134要求 成分3.332.70.90.080.07合计1003.142.20.6440.0640.034差额0.190.50.256合格合格锰铁0.671.50.012.50.017800.5360.20.0010.020硅铁4-7530.50.020.040.0010.020.001四、炉体设计(一)冲天炉的基本结构(1) 炉底与炉基炉底与炉基是冲天炉的支撑部分,对整座炉子和炉料起支撑作用(2) 炉体与前炉1) 炉体是冲天炉的基本组成部分,包括炉身和炉缸两部分。炉身 是指加料口下缘至第一排风口中心线之间的炉体。炉缸是指第一 排风口中心线到炉底之间的炉
10、体,其作用是保护炉底,汇聚铁液 和炉渣使之进入前炉,也可以储存铁液。2) 前炉是由前炉体和可离的炉盖构成。其作用是储存铁液,使铁 液成分和温度均匀,减少铁液在炉缸停留时间,从而降低铁液在 炉缸中增碳与增硫作用,净化铁液。(3) 烟囱与除尘装置烟囱在加料口上端,其作用是引导炉气向上流动并排出炉外,除尘装置的作用是消除或减少炉气中的烟灰和有害气体。(4)送风系统 冲天炉的送风系统是指自鼓风机出口至风口出口为止的整个系 统,包括进风管、风箱、风口、及鼓风机输出管道。(5)热风装置 热风装置作用是加热供底焦燃烧用的空气,以强化冲天炉底焦的 燃烧。(6)鼓风机(二)冲天炉的尺寸所谓冲天炉的主要尺寸是指冲
11、天炉的内径、 有效高度、 送风系统 及前炉的主要尺寸以及它们之间的比例关系。1)冲天炉内径:冲天炉的许多基本尺寸都与炉膛直径有关,因此 应首先选择它的大小。D =1.12 V( Q/S)米式中:D冲天炉炉膛直径米。Q 规定的冲天炉的生产 2吨/时。S 冲天炉的单位生产率 吨/米2*时冲天炉效率越大,与之适应的炉膛内径也要越大这是因为从冲天炉 熔炼的普遍规律来看, 冲天炉的正常单位生产率一般不论炉子的大小 总在 7-10 吨/米2时的范围内。 因此,当炉子小而生产率高并使单位 生产率大于此范围时,或炉子大、生产率低、使单位生产率小于此范 围的冲天炉时,都不能获得理想的高温铁水。冲天炉内径按下表选
12、择:熔化率(吨/时)123571015炉膛直径 450 600 700(mr)900110013001550根据经验数据,选用熔化率为2吨/时,直筒型冲天炉的内径为600mm2 )炉壳内径和外径 炉壳内径:冲天炉内径士 2 (炉衬厚度+绝热层厚度)绝热层一般取0.015-0.03米炉层厚度:熔化率1.53.05.07.0(t/h )炉衬厚度130180230230因为所选冲天炉的熔化率为2吨/时,所以这里炉衬厚度取160mm即 炉壳内径=(600士 2X( 20+160) X 0.5= (300士 180) mm炉壳外径与炉壳厚度的关系熔化率(t/h )1235炉壳外径810103011601
13、600炉壳厚度6668所以炉壳外径为1030mn炉壳厚度为6mm(三)炉身高度冲天炉高度:冲天炉应具备必要的高度才能保证炉料的充分预热和良 好的工作条件。高度不够,铁料预热不良,炉内铁水温度难以提高。高度太高,容易产生架料,压碎焦炭,增加鼓风机功率消耗和增加厂 房建筑等缺点。炉身高度二炉底厚度+炉缸深度+有效高度炉缸深度:指炉底中心到第一排风口中心线间的距离, 它与炉子结构 (无前炉),熔化率,铁液含碳量有关有前炉熔化率2345(t/h)炉缸深度200220250280选熔化率为2吨/时,所以炉缸深度为200mm有效高度:指冲天炉第一排风口中心线到加料口下沿之间的距离。有效高度过高时,易产生架料,压碎焦炭,增