Что такое шихта в литейном производстве

Шихта в металлургии — что это такое

Металлургия — отрасль производства, которая изготавливает промышленные металлы и сплавы.

Ее конечная цель — получение расплава, отвечающего требованиям государственных стандартов, как по химическому составу, так и по механическим свойствам.

Процесс выплавки имеет множество особенностей, каждая из которых сильно влияет на качество продукции. Одним из таких факторов являются исходные материалы или, другими словами, шихта. 

Общие сведения

Шихта представляет собой набор компонентов, которые необходимы для выплавки сплава. Шихта загружается непосредственно внутрь печного оборудования. Химический состав ее разнообразен и зависит от конкретно выплавляемого материала.

В состав шихт могут входить как чистые металлы, так и отходы производства: бракованная продукция, стружка, отливки, прибыля и литники.

Помимо этого шихта содержит флюсы и шлаки. Шлаки попадают в шихту в результате загрязнения исходных материалов, в частности кремнеземом. При плавке он взаимодействует с чистым металлом, образуя оксиды железа, что и служит причиной образования естественного шлака.

Газы, содержащиеся в воздухе, особенно водород и кислород, при попадании в расплав значительно снижают его механические свойства.

Также данные процессы являются причиной неоднородности химического состава металла и, как результат, неравномерного распределения прочности по площади сплава.

Виды шихт

В зависимости от типа получаемого сплава выделяют следующие разновидности шихтовых материалов:

• сталеплавильной металлургии.
• чугунолитейной металлургии.
• для металлургии цветных металлов.

Разберем теперь каждый пункт более подробно.

Чугунолитейное производство

Около 90% выплавки всего чугуна в России выполняется шихтами с использованием специальных печей — вагранок. Это вносит свои коррективы в химический состав шихтовых мемориалов, т. к. в среде присутствует избыточное количество газов.

Основными материалами шихт для чугунолитейного производства являются передельные и литейные чушковые чугуны, ферросплавы, отходы собственного производства.

Химический состав литейных чугунов регламентируется ГОСТом 4832-80. Их главная особенность — это высокий процентный состав кремния (до 3,5%). В зависимости от его содержания литейные чугуны подразделяют на марки.

Также данный шихтовой материал включает в себя такие элементы как марганец (до 1,5%), фосфор (до 1,2%) и серу (до 0,05%). Масса одной чушки литейного чугуна не должна превышать 25 килограмм.

Делается это для удобства транспортировки и загрузки шихты в печь.

Отличием передельных чугунных шихт (ГОСТ 805-75) от литейных является пониженное количество кремния в своем химическом составе, которое не превышает 1,3%. Такие чугуны отмечаются более высоким значением жидкотекучести, прочностных свойств и меньшей вероятностью образования отбела на поверхности металла. Недостатком же будет дополнительная необходимость в использовании ферросплавов.

Основное назначение ферросплавов при производстве чугунов — доводка сплава по составу, в частности по марганцу и кремнию. Одними из наиболее распространенных марок ферросилиция являются ФС45 и ФС75Л, включающие в своем составе соответственно 45 и 75% кремния. Остальная часть приходится на железо.

Около 75% шихт при изготовлении чугунов приходится на лом, который получается в результате отходов собственного производства или закупается на стороне. Существуют специальные стандарты (ГОСТ 2787-75), регулирующие состав вторичных отходов. В зависимости от этого лом подразделяется на определенные категории, и устанавливаются допустимые габариты и масса отдельных кусков.

Для вагранок основным материалом для топлива является шихта на основе каменноугольного литейного кокса. Согласно ГОСТ 3340-71 она подразделяется на 3 вида. Главным критерием здесь служит количество серы в составе и процент зольности. влаги во всех марках кокса не должно превышать 5%.

От доменного кокса литейная коксовая шихта отличается более высоким удельным весом, что означает наличие более высокой теплотворной способности. Как правило, в качестве флюсов применяют известковые породы, на 50% процентов состоящие из оксида кальция.

Сталелитейное производство

Шихта для плавки стальных сплавов преимущественно состоит из ферросплавов, флюсов, передельного коксового чугуна и стального лома.

Существует несколько принципиальных правил, которыми руководствуются при выборе материалов шихты:

• Шихта для сталей должна содержать минимальный процент легирующих элементов.
• Применение шихты известного происхождения. Пренебрежение данным пунктом отразится на точности химического состава полученного расплава.
• При кислом процессе выплавки (при котором огнеупорами печи служат кварцевый песок, шамотный или динасовый кирпич) необходимо использование шихтовых материалов, отличающихся пониженным содержанием серы и фосфора.
• Шихта не должна содержать следов ржавчины на своей поверхности и разнообразных неметаллических включений в своем составе (остатки формовочной смеси и песок).
• Компоненты ферросплавов должны быть предварительно просушены в термических печах для избежания попадания влаги в раскаленный расплав.

Наибольшее значение на свойства стали оказывает тип флюса. Как правило, флюсы представлены в виде известняка, плавикового шпата или шамотного боя. Наибольшее распространение в производстве получил известняк, процент содержания серы и фосфора которого не превышает 2%.

Химический состав металлургического известняка регламентирован стандартами. В него входят такие элементы как оксид кальция (до 55%), оксид марганца (до 3,5%), кремнезем (до 1%), оксид железа (до 0,4%), серы (до 0,15%) и фосфора (до 0,03%).

При плавке стали в мартеновских печах в качестве окислителя помимо традиционного кислорода применяют железосодержащие руды, но при условии, что она не имеет кремнезема и фосфора в своем составе.

Плавка сплавов цветных металлов

Шихта для выплавки цветных металлов включает в себя первичные металлы, лом соответственного типа сплава, отходы собственного производства (литники, прибыля) и специальны лигатуры.

Главной особенностью плавки цветных металлов является необходимость легирования легкоплавких сплавов тугоплавкими материалами, и наоборот. Несоблюдение данного правила приводит легкоплавкие сплавы к перегреву, а тугоплавкие сплавы к образованию зональной ликвации.

Самыми востребованными тяжелыми сплавами в цветной металлургии являются бронзы. Для их изготовления требуется наличие следующих первичных металлов:

• Медь. Поставляется чушками, листами и катодами.
• Олово. Поступает на производство прутками и чушками. Их химический состав регламентируется ГОСТом 860-89.
• Свинец. Поставляется аналогичным образов, как и вышеуказанные металлы. примесей, размер и вес указаны в ГОСТе 3778-85.

Лом медных сплавов также применяется как шихта при плавке бронз и латуней. На производстве он представлен в виде чушек. Основные требования к медному лому изложены в ГОСТе 614-79.

Вторым по популярности цветным сплавом является алюминий. В промышленности в качестве первичного металла используют алюминий марок А99 и А85 ГОСТ 11069-85.

Лом алюминия перед переплавкой подвергают предварительному рафинированию, т. е. введению в состав сплава лигатур мелкозернистого алюминия. Это необходимо для увеличения прочностных характеристик металла и снижения уровня химической ликвации.

Литейное производство Тихвинского вагоностроительного завода

Мы уже видели, как тихвинцы строят грузовые вагоны и цистерны. Но мы еще не познакомились с литейным производством.

А между тем Тихвинский вагоностроительный завод (ТВСЗ) полностью обеспечивает вагонным литьем свои потребности и потребности других предприятий, входящий в состав железнодорожного холдинга ОВК.

Более того, выпускаемую литейную продукцию завод успешно отправляет на экспорт. В частности, это касается деталей инновационной тихвинской тележки.

Поэтому давайте поближе познакомимся с этим современным и по-своему уникальным производством.

Подготовка шихты

Итак, все начинается на складе. Сырьем для литейного производства ТВСЗ является металлолом. Часть его закупается у поставщиков, но основную долю (до 80%) составляют отходы собственного производства — обрезки стальных листов и т.п.

Все это свозится на склад, по которому металлолом распределяется мостовым краном с магнитным захватом.

Просто так завалить металлолом в сталеплавильную печь нельзя, его нужно измельчить. Это повысит эффективность процесса плавления и улучшит качество получающейся стали. Для этого на сырьевом складе литейного цеха установлен специальный измельчитель. Он захватывает металлолом и перемалывает его. В результате получаются относительно мелкие куски приблизительно одной фракции.

Измельченный металлолом (шихта) засыпается в загрузочную бадью.

Она устанавливается на специальный транспортер, который доставляет ее к сталеплавильным печам. Там мостовой кран подхватывает бадью и заваливает из нее металлолом в сталеплавильную печь.

Выгрузка свежедоставленного лома на складИзмельчитель стального лома. Куча лома в правой части кадра — это то, что он проглатывает в себя и измельчаетЗагрузочная бадья с шихтой установлена на скраповоз, который доставит ее к плавильным печамЗагрузочные бадьи выстроились в ряд недалеко от плавильных печей

Выплавка стали

Выплавка стали осуществляется в двух электродуговых плавильных печах Siemens-VAI (Германия). Емкость каждой из них — 20 тонн.

К выплавке стали изначально готовят две бадьи — завалочную и подвалочную (в ней лома в 2 — 3 раза меньше, чем в завалочной).

Процесс выплавки начинается с завалки лома. Чтобы крупные куски лома не повредили подину (нижнюю часть печи), сперва заваливают мелкий лом и только после него — крупный. После расплавления завалки производится довалка лома в объеме, необходимом для получения 20 т. жидкого металла.

Завалка и довалка осуществляются сверху, для этого свод плавильной печи сделан съемным.

После того, как завалка завершена, свод устанавливается на место. Затем через отверстия в своде в печь опускаются электроды и на них подается напряжение. Начинается процесс плавления.

Питание печи осуществляется от трансформатора, а регулировка отдаваемой мощности — изменением напряжения на электродах.

Когда выплавка завершена, сталь выпускается в ковш, который мостовым краном будет доставлен к разливочной машине.

Литейное производство Тихвинского вагоностроительного завода, плавильный участок. Огромная конструкция в центре — электродуговые плавильные печи производства Siemens-VAI (Германия)Электродуговая сталеплавильная печь. Огромный куб в правой части кадра — трансформатор, который ее питаетЭлектродуговая сталеплавильная печь. Вертикальные столбы в центре кадра — электроды. На них уже подано напряжение и они постепенно вводятся в печьКислородная фурма. Она предназначена для вдувания газообразного кислорода и периодического вдувания углесодержащего материала, который позволяет вспенивать шлак и держать его во вспененном состоянииВыпуск стали в ковшМостовой кран подхватил ковш с жидким металлом и направился с ним к разливочной машинеЭтот подъемник оборудован для вывоза шлака. Он подхватывает чашу, в которую выпускается шлак из плавильной печи, и вывозит его из цеха

Производство литейных форм

Пока в плавильных печах варится сталь, на другом участке цеха собираются литейные формы.

Литейная форма представляет собой систему элементов, которые определяют внутренние и внешние контуры отливки. Она состоит из двух полуформ и установленных в них стержней. Внешние контуры будущей детали определяются полуформами, а внутренние полости и отверстия — стержнями.

Полуформы изготавливаются из кварцевого песка, а стержни — из специальной стержневой смеси.

Для производства литейных форм на заводе используется формовочная линия Heinrich Wagner Sinto (Германия), реализующая вакуумно-пленочную технологию формовки.

Для изготовления каждой полуформы используют модель и опоку. Модель — это деталь, форма которой соответствует внешней форме отливки. Чтобы ее сделать, используют комбинацию различных материалов (металл, дерево, пластик и т.п.). Опока – сварная или литая жесткая рама, предназначенная для удержания формовочной смеси.

Модели жестко крепятся на подмодельной плите, установленной в каретку — специальную нишу формовочной линии, в которую устанавливается модель. Затем она накрывается контактной пленкой, предварительно нагретой для придания эластичности. Получается своеобразный ящик, на дне которого расположены модели, накрытые пленкой.

В него засыпают формовочный песок и уплотняют его. Затем засыпанная опока накрывается пленкой, из-под которой откачивают воздух, благодаря чему она плотно облегает контуры полуформы. Далее заформованная опока отделяется от модельной плиты. Получается полуформа — опока, заполненная формовочным песком с оттиском моделей.

После этого в полуформу устанавливаются стержни. Для их правильной установки и фиксации в ней предусматриваются специальные гнезда (стержневые знаки), образованные специальными частями модели еще на этапе формовки.

Для производства стержней применяются стержневые автоматы немецкой компании Laempe, реализующие cold-box-амин процесс изготовления стержней.

Его суть заключается в том, что отвердение стержневой смеси обеспечивается ее продуванием газом. За счет этого время, затрачиваемое на производство стержней, существенно сокращается.

Итак, полуформы собраны.

Теперь нижняя полуформа накрывается верхней и они автоматически скрепляются специальными замками.

Затем залитую металлом форму охлаждают. На это уходит несколько часов.

Силосы, в которых хранятся формовочный и стержневой кварцевые пески. Отсюда они направляются на формовочный и стержневой участкиГотовые стержни извлекаются из стержневого ящикаТак выглядит стержень, извлеченный из стержневого автоматаСвежеизготовленные стержни осматриваются и в случае необходимости подвергаются обработке, а затем передаются на покраскуОкраска стержня специальной краской необходима для того, чтобы он не прилипал к отливке и легко из нее извлекалсяЗаводской склад стержней представляет собой полностью автоматизированную систему. Каждый стержень идентифицируется штрих-кодом. Система знает, где он хранится и учитывает получение стержней на хранение и их выдачу в производствоМодели установлены на модельную плиту. Скоро ее установят в каретку, после чего на нее сверху установят опоку и заполнят ее кварцевым пескомСтержни установлены в полуформу. Сборку полуформ выполняют формовщики — крайне важная и ответственная специальность, востребованная на Тихвинском вагоностроительном заводеСтержни уникально идентифицированы штрих-кодами. Перед закрытием литейной формы штрих-коды считываются, чтобы знать, какие стержни ушли в производствоПолуформы подаются на спаровщик — сперва верхняя, за ней нижняя. Спаровщик накрывает нижнюю полуформу верхней, после чего защелкиваются автоматические замки. Готовая форма подается на участок заливки металлаЭто заливочная машина, в которую установлен ковш с расплавленным металлом Участок заливки оборудован двумя линиями, которые укомплектованы литейными формами. Заливочная машина перемещается вдоль линий и заливщик заливает расплавленный металл в формы

Обработка отливок

После охлаждения литейная форма поступает на распоровщик, где происходит отключение вакуума, в результате чего формовочный песок высыпается из формы.

Затем специальным роботом из опоки достается куст отливок, который перемещается на выбивной стол для удаления остатков стержней.

Далее куст отливок отправляется в камеру вторичного охлаждения, после которой кусты очищаются от формовочного песка и стержневой смеси. Затем начинается их обработка.

Сперва с отливок отбиваются элементы литниковой системы, затем элементы литниково-питающей системы отрезаются, в результате чего отливки отделяются от куста. Далее с их поверхности удаляют заливы.

После того, как отливка зачищена, выполняется контроль ее качества с использованием ультразвукового и магнитопорошкового методов. Обнаруженные дефекты фиксируются. В зависимости от их степени принимается решение — либо отправить отливку в брак, либо выполнить ее доработку. По завершении доработки выполняется повторный контроль качества.

Далее отливка направляется на термическую обработку, целью которой является повышение ее механических свойств и снятие внутренних напряжений.

После проведения термической обработки выполняется контроль механических свойств отливок. Также для проведения анализа на наличие скрытых дефектов и неоднородностей каждая 500-ая отливка отправляется на порезку по сечениям.

Затем они направляются на автоматизированную линию механической обработки отливок Danobat (Испания), где происходит их чистовая обработка, необходимое сверление и фрезерование.

Линия Danobat выдает готовую деталь, которая затем красится, комплектуется износостойкими элементами и доставляется на склад. А уже оттуда она уходит либо на производство, либо упаковывается и отправляется своему покупателю.

Куст отливок, освобожденный от литейной формы, направляется на отделение отливок от литниковой системы. На одном крюке висит один куст, содержащий две отливки, соединенные между собой литниковой системойЭта машина отбивает части литниковой системы от куста отливокВ дело вступают обрубщики — они очищают отливки от остатков литниковой системы и заливов. Обрубщик — специальность, остро востребованная на Тихвинском вагоностроительном заводеУстановка магнитопорошкового контроля качества отливокЗдесь производится установка износостойких элементовУчасток выпуска экспортного литьяНа этом посту нарезают выбранные образцы отливок для анализа скрытых дефектов. На переднем плане — множество нарезанных отливок. После анализа они отправятся на сырьевой склад литейного цеха, а потом будут переплавленыДетали, прошедшие контроль качества, направляются в ротационную термическую печь Can-Eng. Термическая обработка необходима для повышения механических свойств стали и снятия внутренних напряженийРотационная термическая печь Can-EngОтливки после термической обработки охлаждаются потоком воздухаОтливки, прошедшие термическую обработку, доставляются на участок дробеметной очисткиОтливки доставлены на линию механической обработки Danobat. Сама линия скрыта за гофрированным ограждением (в правой части кадра)Отливки стали деталями, они окрашены и готовы к отправке на производство или своим покупателямУпаковка деталей для отправки покупателямДетали на складе готовы для отправки в Северную Америку

Вот и все. На этом литейное производство заканчивается. Осталось только собрать тележки. Но об этом будет отдельный рассказ.

Страница Тихвинского вагоностроительного завода — на моем сайте Предприятия, о которых я рассказал на Яндекс Zen — полный список

Pereosnastka.ru

Материалы, применяемые при плавке чугуна

Категория:

Литейное производство

Материалы, применяемые при плавке чугуна

При плавке чугуна используются металлические шихтовые материалы, топливо, флюсы и огнеупоры.

В состав металлической шихты входят чушковые чугуны, возврат собственного производства — оборотный металл и покупной лом (чугунный и стальной).

Для получения чугуна необходимого химического состава, а также для его модифицирования и раскисления кроме этих материалов применяют различные ферросплавы.

При плавке в вагранке в качестве топлива наиболее широко используются каменноугольный кокс и термоантрацит.

Для понижения температуры плавления и повышения жидко-текучести шлаков, образуемых в вагранке, применяют флюсы — известняк и шлак основных мартеновских печей.

Для футеровки вагранки и печей служат различные огнеупоры.

Чушковые чугуны. Наибольшее количество чугуна выплавляют иа коксе. На древесном угле выплавляют особочистые чугуны, из которых изготовляют высококачественную сталь и ответственные отливки.

Чугун коксовый литейный выплавляют семи марок — с различным содержанием кремния. В свою очередь каждая марка делится на три группы по содержанию марганца, на пять классов — содержанию фосфора и на пять категорий — по содержанию

Чугун коксовый передельный предназначен для дальнейшего передела в сталь. Он применяется и в чугунолитейном производстве для частичной замены более дорогостоящего литейного чугуна, также при производстве отливок из ковкого чугуна.

Ферросплавы. Сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, молибденом, титаном, фосфором и другими элементами носят общее название ферросплавов, которые используются для легирования и раскисления стали. В чугунолитейном производстве они применяются для легирования, модифицирования и восполнения недостающих элементов в составе металлической шихты.

Электропечной ферросилиций марок ФС18 и ФС25 вводится непосредственно в шихту. Ферросплавы с высоким содержанием кремния марок ФС75—ФС45 применяются для модифицирования серого чугуна с пластинчатым графитом.

Присадка их производится на желоб вагранки при выпуске чугуна либо в ковш.

При выплавке модифицированного чугуна с шаровидным графитом используют разные сплавы: магний + никель, магний + медь, магнии + кремний + кальций и др.

Ввод в шихту стального лома в количестве до 40—50% осуществляется при производстве модифицированного серого чугуна с пластинчатым графитом, а в количестве 10—20%—при изготовлении отливок из чугуна марок СЧ18-36—СЧ24-44 для снижения содержания углерода.

Вторичные шихтовые материалы поставляются по ГОСТ 2787—75 в рассортированном виде и определенных габаритов. Каждая партия металла должна сопровождаться, удостоверением о взры-вобезопасности.

Оборотный металл должен быть очищен в галтовочных барабанах от приставшей формовочной смеси, а бракованные отливки — от остатков стержней.

Химический состав чугунного лома может колебаться в сравнительно широких пределах. При пользовании им следует исходить из среднего химического состава и вида лома (машиностроительный, изложницы, поддоны, посудный, печной и т. п.).

Топливо. При плавке в вагранке применяется преимущественно твердое топливо (кокс, термоантрацит). В последние годы некоторое распространение получили вагранки, работающие на газообразном топливе, а также на смешанном — газообразном и твердом.

Ваграночное твердое топливо должно обладать высокой прочностью при нормальной и высокой температурах, большой плотностью, характеризуемой пористостью (не более 42%), малой горючестью, низким содержанием золы и серы.

Для повышения температуры перегрева чугуна можно применять в смеси с коксом термоантрацит, представляющий термически обработанный (без доступа воздуха) антрацит.

Флюсы. Шлаки, образующиеся при плавке чугуна в вагранках, характеризуются высокой температурой плавления. Для ее понижения и повышения жидкотекучести шлаков надо изменить их состав, что достигается присадкой в вагранку таких флюсов, как известняк (СаСОз), основной мартеновский шлак, плавиковый шпат (CaF2).

Применение перечисленных флюсов способствует частичному переходу в шлак серы, содержащейся в золе кокса, в результате чего уменьшается содержание ее в чугуне.

Известняк при нагревании в вагранке разлагается с выделением углекислого газа, который с ваграночными газами удаляется, а оставшаяся окись кальция (СаО), поступая в зону плавления, соединяется с продуктами окисления и образует легкоплавкий шлак.

Также действует и мартеновский шлак, в котором содержится около 40% окиси кальция. Мартеновский шлак применяется в смеси с известняком в отношении 1:1.

Огнеупорные материалы. Для футеровки вагранок используются огнеупорные изделия и материалы, которые подвергаются воздействию высоких температур, разъедаются шлаками, газами и жидким чугуном, а также истираются шихтой. В связи с этим они должны обладать высокими огнеупорностью, термической и химической стойкостью, механической прочностью и плотностью.

Наибольшее применение имеют шамотные и полукислые изделия — ребровый, прямой и трапецеидальный клинья.

Для связывания кирпичей при футеровке используют раствор, состоящий из 30—35% огнеупорной глины с высокой термохимической устойчивостью (огнеупорность не менее 1580 °С) и 65—70% кварцевого песка.

Реклама:

Расчет шихты для чугуна

Что такое шихта? Виды шихты, состав и назначение

Определение, что такое шихта из чего она состоит заключается в следующей формулировке. Шихта — это комплекс минералов, загружаемых внутрь доменной печи или другого высокотемпературного оборудования, для получения конечных продуктов заданного химического состава и свойств.

Можно также сказать, что шихта — это подготовленный  к переплавке лом (если речь идет о металлургии). А вот понятие состав шихты носит обобщенный характер и зависит от специфики продукта, выплавляемого из прекурсора. В частности, состав шихты в металлургии это:

• обогащенная руда;
• концентрат;
• флюс;
• оборотные материалы – шлаки, съемы, а также пыль.

Дополнительно, шихта, используемая в черной металлургии, содержит в своем составе топливо: кокс или уголь. Производство цветных металлов, наоборот, обходится без топливных компонентов.

На фото угольная шихта — специальная смесь определенных марок угля, подготовленная для производства кокса

Металлизированная и металлическая шихта

Использование прекурсора конкретного состава сказывается на свойствах конечного продукта, как было указано ранее. Например, в сталеплавильном производстве, нередко используют метализированную шихту.

Сталь, полученная на ее основе, превосходит метал из скрапа стабильностью состава и существенно пониженным содержанием примесей. В частности, удается снизить вдвое концентрацию таких вредных для стали элементов, как сера и фосфор, увеличивающих хрупкость металла.

Альтернативно, в мартеновскую печь загружают металлическую шихту. Ее основу составляют:

• чугун – твердый или жидкий;
• стальной лом.

Важно чтобы марка металлолома соответствовала выплавляемому продукту. Если в производстве стали задействовано большое количество жидкого чугуна, в состав шихты требуется ввести окислители. Это может быть специальный мартеновский агломерат, например. Также в роли оксилителя выступают: железная руда или окатыши.

Железорудные окатыши

Сталеплавильное производство

Рассмотренная ранее металлическая шихта – один из четверки компонентов прекурсора для производства стали. Также туда входят:

• флюс – шлакообразующие вещества;
• окислители;
• дополнительные составляющие – раскислители, науглероживатели и легирующие добавки.

Подобный состав шихты литья 40гмфр – высокопрочной конструкционной стали и других марок этого металла. Дополнительно, в состав входят флюсы или плавни. Это шлакообразующие вещества, под которые, выполняя расчет шихты для стали необходимо учитывать тип футеровки печи:

1. Кислая. Под такую мартеновскую печь шлакообразующими веществами могут быть кварцевый песок, а также битый кирпич – шамотный или динасовый — см. лом огнеупоров.
2. Основная. Тут в качестве флюса выступает, боксит, известняк или плавиковый шпат.

Так выглядит флюсовый известняк

Под окислители используют кислородсодержащие материалы: железная руда, специальные агломераты, а также окалина. Их задача катализировать окислительные процессы. Альтернативно, интенсифицировать окисление позволяет продувка металла кислородом в газообразном состоянии.

Соответственно, класс науглероживателей образуют углеродсодержащие материалы. Они могут использоваться как на стадии приготовления шихты, так и вводиться непосредственно в жидкий металл. Этот, преимущественно кокс, а также лом электродов. Важное качество науглероживателя – чистота по вредным примесям. Особенно это относится серы и золы.

Раскислителями в подготовке шихты выступают ферросплавы, а также металлический хром, алюминий, марганец и прочие элементы.

Шихта в производстве цветных металлов

Переработка алюминиевого лома в шихту

Материалы под плавку алюминиевых сплавов, например, отбираются соответственно стандартам: ГОСТ 11069-74 и ГОСТ 1583-93. Согласно документам, состав шихты ал5 ак5м марок металла включает:

• первичный алюминий и его литейные сплавы в чушках;
• возврат, лом;
• лигатуры.

Al в первичном алюминии составляет 99.x%, где x – цифра в марке. Так для сорта А0 концентрация 99.0%, А7 – 99.7%. Основными компонентами, наряду с алюминием в чушках отлива для шихты выступают кремний, магний, марганец и медь.

Шихта для коксования

Производство кокса

Это фактически смесь измельченного угля различных марок. Их соотношение определяется конечным продуктом, а именно коксом заданного качества. Оптимальный состав шихты для коксования подбирается по техническому анализу сырья и ряду его характеристик:

• спекаемость;
• коксуемость;
• конечная усадка;
• давление распирания и прочие.

Готовый кокс

Оптимальная шихта редко остается строго фиксированной по составу. Это видно на примере получения металлургического кокса. Тут, под уголь кс в шихте для коксования отводится 10 – 15%. Еще 2 – 4% приходится на спекающуюся добавку. Остальной состав включает такие сорта угля:

• газовый – 45 – 55%;
• жирный – 17 – 25%;
• отощенно-спекающийся – остальное.

На сегодня, подобный состав характеризуется недостаточной коксуемостью. Оптимизировать спекаемость позволяет ввод органических добавок – каменноугольного пека, например.

Стекольная шихта

Данный прекурсор представляет смесь, включающую одновременно сыпучие и жидкие компоненты, а также микродобавки. Отличается шихта для стекла исключительными требованиями к дозировке составляющих, а также однородности химического и гранулометрического состава. Среди элементов, входящих в состав шихты могут присутствовать:

• измельченный бой стекла;
• песок;
• сода;
• мел;
• селитра;
• полевой шпат;
• глинозем;
• доломит.

Это только сыпучие компоненты. Жидкими составляющими стекольной шихты выступают вода или мазут. В качестве микродобавок применяют оксид кобальта, селен. Их вводят, как заранее подготовленную смесь с наполнителем.

Стекольная шихта для производства хрусталя

Отдельно стоит рассмотреть оборудование для загрузки стекольной шихты. Оно представляет целую станцию, состоящую из ряда узлов:

• конусная приемная воронка с уплотнителем;
• комплекс для разрезания мешка – удерживающая решетка и нож;
• вибратор, обеспечивающий дебалансировку;
• подъемно-транспротный конвейер;
• завалочная машина.

Когда загрузчик полностью заполнен, шихта переводится в карманный отдел плавильной печи.

Посмотрите интересное видео о том, как производят стекло:

Шихта для производства хрома

Прекурсор используется в производстве металлического Cr. Составными материалами выступают:

• концентрат и окись хрома;
• натриевая селитра;
• порошок из первичного Al.

Окись хрома

Аналогично этому составляется шихта для плавки ферросплавов фнх или азотированного феррохрома. Дополнительным ее компонентом выступает хромистый шлак. Материал измельчают до фракции 0.3 – 0.8 мм и применяют как балласт при выплавке.

Флюс под такую шихту выбирается на основе трех условий:

• повышение активности окиси хрома, способствующее его извлечению;
• снижение вязкости глинозема;
• улучшение кинетики процесса.

Этим требованиям соответствует известь, с содержанием СаО более 90%. Ее предварительно измельчают до фракции 3 мм.

Чем опасна для организма шихта

Основным источником негативного воздействия на здоровье человека выступает SiO2. Двуокись кремния – это кварцевый песок, выступающий базовым компонентом стекольной шихты.

Наибольшую опасность в производстве стекла представляют операции с высокой запыленностью: сушка, дробление и просев. Уровень пыли в них достигает 50, а при ручном просеве 100 мг/м3. Сама пыль не так страшна, как опасна свободная двуокись кремния.

Она составляет 75% пылевой завесы и способна вызывать силикоз у рабочих.

Также работа с шихтой связана с риском — нужно строго соблюдать технологию подготовки шихты, а также требуется надзор техники безопасности. Что бывает, когда такой контроль ослабевает смотрите на видео.

— взрыв печки при неправильной загрузке шихты:

Что такое шихта в литейном производстве — Справочник металлиста

Для получения стали в электропечах необходимы следующие шихтовые материалы: металлическая часть, шлакообразующие, окис­лители, добавочные материалы (раскислители и легирующие) и науглероживатели.

Металлическая часть

Основу шихты для электро­печей составляет металлический лом: на одну тонну выплавляемой в электропечах стали в среднем расходуется около 950 кг лома.

Примерно треть этого количества составляют брак, литейные от­ходы, обрезь слитков, отходы при прокатке и ковке, а также стружка от обдирки слитков, т. е. собственные отходы металлургических за­водов.

Остальная часть складывается из отходов, возвращаемых заводами-потребителями, направляемого в переплав изношенного и устаревшего оборудования и инструмента и лома, собранного отделениями Вторчермета.

Кроме того, в ограниченных количествах используется специально выплавляемая шихтовая заготовка — мяг­кое железо, а также передельный чугун и металлизованные ока­тыши.

Металлический лом делится на две категории: группа нелегиро­ванных (А) и легированных (Б) отходов.

Нелегированный (углеродистый) лом не должен быть загрязнен цветными металлами (свинцом, цинком, оловом и др.

), особенно ни­келем, медью и мышьяком, которые практически полностью пере­ходят из шихты в металл и могут оказать существенное влияние на его свойства.

Нежелательно также, чтобы в углеродистых отходах содержалось фосфора более 0,05%, так как удаление таких коли­честв фосфора потребует продолжительного окислительного периода.

На заводах качественных сталей в электросталеплавильных цехах выплавляют сотни различных марок легированной стали. Часть из них содержит элементы, не поддающиеся окислению и трудно уда­ляемые при пользовании обычными процессами.

Отходы, содержащие такие элементы, могут быть использованы при выплавке стали опре­деленного сортамента. Отходы легированных сталей должны быть рассортированы в группы, близкие по составу марок, и храниться отдельно от других отходов.

Отходы некоторых наиболее сложно ле­гированных марок следует хранить помарочно.

Металлический лом должен иметь определенные габариты. Мел­кий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом.

Значительная окисленность лома не позволяет точно оценить долю угара металла, что чревато непопаданием в заданный химический состав готовой плавки.

Разложение в зоне дуг ржавчины (гидрата окиси железа) и масла приводит к появлению в атмосфере печи ато­марного водорода, интенсивно поглощаемого металлом.

Малая насыпная масса мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один прием, вследствие чего, после расплавления первой порции шихты, приходится осуществлять подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла.

Особые заботы доставляет переплав стружки. Длинная витая стружка затрудняет загрузку; как правило, она сильно загрязнена маслом и уже на месте получения смешивается с отходами стали дру­гих марок, а часто и со стружкой цветных металлов.

Нежелательно, чтобы в шихте были чрезмерно крупные куски — бракованные слитки, недоливки и т. п.

В дуговой печи можно рас­плавлять крупногабаритный лом, но продолжительность плавления при этом увеличивается, длительное время приходится работать на высокой мощности, что отрицательно сказывается на стойкости фу­теровки. По этой причине максимальная масса отдельных кусков не должна превышать одной пятидесятой массы всей садки.

Для производства стали некоторых марок в состав шихты вводят специально выплавленную предварительно заготовку. Чаще всего она по своему составу представляет собой низкоуглеродистую сталь с ограниченным содержанием углерода, фосфора и серы, т. е. мягкое железо, полученное методом плавки на свежей шихте.

Мягкое железо должно быть в менее крупных кусках, чем леги­рованные отходы, так как в связи с низким содержанием углерода оно плавится при более высокой температуре. Поэтому слитки мяг­кого железа прокатывают на заготовку, которую затем рубят на куски определенного размера.

Мягкое железо намного дороже углеродистого лома и его исполь­зование отрицательно сказывается на себестоимости стали. Исполь­зование в шихте мягкого железа может быть оправдано только серьез­ными технологическими затруднениями выплавки стали нужной марки.

Следует отметить, что для электропечной плавки характерен постоянно наблюдаемый недостаток качественного лома.

В связи с этим в течение длительного времени изыскивают материалы, ко­торые могли бы заменить лом.

В частности, неоднократно предпри­нимались попытки заменить часть лома передельным чугуном. Однако все эти попытки заканчивались, как правило, неудачно.

Обнадеживающие результаты получены при использовании в шихте электропечей полупродукта — предварительно продутого в реакторе чугуна.

Однако появление и совершенствование кисло­родно-конвертерного процесса сделали более целесообразным пере­работку чугуна в сталь монопроцессом в конвертере.

В последние годы проводятся интенсивные всесторонние исследо­вания плавки стали в электропечах с использованием высокометаллизированных окатышей (90—95% Fеобщ, 85—90% Fемет).

По­строены промышленные комплексы для работы с непрерывной за­грузкой окатышей в дуговую печь и с непрерывной разливкой ме­талла. Использование чистых по сере, фосфору и сопутствующим примесям металлизованных окатышей позволяет при обычном качестве шихты выплавлять, применяя этот процесс, качественные стали.

Плавка металлизированных окатышей в электропечах (бездоменный процесс) при успешном решении проблемы эффективного вос­становления окатышей может оказаться более эффективной по всем показателям, чем выплавка стали из чугуна в конвертерах.

Шлакообразующие

При выплавке стали в основных дуговых печах для образования основного шлака используют из­весть, известняк, плавиковый шпат, шамотный бой и песок. В кислых печах шлак наводят из песка, шамотного боя и извести.

Наиболее важной составляющей шлаковых смесей является из­весть, которую получают обжигом известняка в шахтных печах при температуре 1100— 1300°С. При обжиге углекислый кальций из­ вестняка разлагается на окись кальция и углекислый газ СаС03 → CaO + СО2.

Химический состав обожженной извести приведен в таблице 1.

Таблица 1 — Химический состав шлакообразующих и окислителей

серы в известняке в большинстве случаев низкое, однако оно возрастает после обжига за счет серы топлива. Повышенное со­держание серы в шлаке затрудняет процесс десульфурации металла.

Для выплавки высококачественной стали используют только свежеобожженную известь.

При хранении известь интенсивно погло­щает влагу из воздуха с образованием гидроокиси кальция [СаО +  Н2О → Са (ОН)2], которая рассыпается в порошок.

Влага, вне­сенная известью, в печи разлагается на кислород и водород, вызывая обогащение стали водородом. Поэтому применение пылеватой из­вести, так называемой «пушонки», в электропечах совершенно не­ допустимо.

Вместо извести в окислительный период можно пользоваться не­ обожженным известняком. Применяют известняк, содержащий не менее 97% СаСО3 (не менее 54% СаО). Известняк не гигроскопичен, его можно длительное время хранить.

Разложение углекислого кальция в электропечи вызывает выделение пузырьков СО2, которые обеспечивают перемешивание металла и шлака и способствуют дега­зации металла.

Окислительный углекислый газ окисляет примеси в металле, в частности углерод.

Отрицательной стороной применения известняка вместо извести является дополнительная затрата электроэнергии на разложение карбоната кальция.

Для разжижения высокоосновных шлаков применяют плавико­вый шпат, песок и шамотный бой. Особенно сильно понижает его вязкость CaF2. К тому же использование CaF2 позволяет разжижать высокоосновные шлаки без уменьшения их основ­ности, что чрезвычайно важно для эффективного удаления серы.

Поэтому широкое применение для наводки шлака получил плавико­вый шпат, который в случае его использования при электроплавке должен содержать 90—95% CaF2, не более 3,0% SiO2 и не более 0,2 % S.

При выплавке нержавеющих сталей и для разжижения густых магнезиальных шлаков иногда используют бой шамотных огнеупоров, содержащих примерно 60% SiO2 и 35% Аl2O3.