合金熔炼课程设计

《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…………………………………………………………………一、零件原始要求（一）零件名称：上端盖（二）零件特点：轮廓尺寸Φ420*157 属于小型端盖圆盘类，形状简单，壁厚均匀，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：σb≥420Mpa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:<0.06%,P:<0.08% Xt残：0.02%~0.05%，Mg：0.015%~0.025%三、选用炉料（一）炉料来源：原生铁回炉铁废钢硅铁锰铁1、原生铁，又称高炉生铁，是含碳量大于2%的铁碳合金，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：（三）常见元素在冲天炉熔炼过程中增减率：（四）冲天炉熔炼过程中各种牌号铸铁碳量增减率：（五）炉前添加合金元素的回收率：（六）炉内熔化元素烧损率：（七）配料计算：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=X铁液/1±η式中X炉料——炉料中元素含量（%）；X铁液——铁液中元素含量（%）；η——熔炼过程中元素增减率。

“+”号用于元素增加，“-”号用于元素减少。

①炉料中碳元素含量：C炉料%=3.3/（1+5%）=3.14②炉料中硅元素含量：Si%炉料=2.7/（1-15%）=3.18③炉料中锰元素含量：Mn炉料%=0.9/（1-20%）=1.125④炉料中磷元素含量：P炉料%=0.07⑤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%加入，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①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)+3.4×20=3.14×100x=218÷﹙4.13-0.35)=57.7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×﹙1-合金烧损率﹚]式中炉料应有合金含量=（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=炉前加入铁合金×铁合金中合金含量×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+0.577×0.74+0.223×0.6=0.64 锰铁配比=（1.125-0.64）÷[﹙1-0.2﹚×0.8]=0.76炉前加入硅铁量=0.8%×0.85×0.75=0.51炉料应有硅元素含量=（2.7-0.51）÷﹙1-0.15﹚=2.58炉料中所含硅元素量=0.2×0.24+0.577×0.018+0.223×0.003=0.016硅铁配比=（2.57-0.016）÷﹙0.75×0.85﹚=4.0由此定出RuT420配料的成分单如下：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√﹙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择：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①炉壳内径：冲天炉内径±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：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±2×（20+160））×0.5=（300±180）mm ②炉壳外径与炉壳厚度的关系所以炉壳外径为1030mm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=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，增加进风阻力；过低，炉料预热不好，热效率低。

有效高度一般为炉内径的5-7倍取有效高度3600mm炉底厚度：指炉底板上面到炉底面中心的砂床厚度，它与熔化率和工作时间有关，一般为250-350mm。

过低时，易漏铁水；过高时，打炉困难。

所以炉底厚度选用300mm（四）前炉前炉内径和高度，一般烤炉储存0.5-1小时熔化的铁水量。

前炉内径=（0.8——1.1）炉膛内径选用前炉内径为700mm前炉高度=（1.2-1.5）前炉内径即前炉高度=840mm前炉炉衬厚度因为选用冲天炉内径为700mm所以前炉炉衬厚度为180mm前炉炉底厚度：因为所选冲天炉熔化率为2吨/时，故前炉炉底厚度为370mm出渣口与出铁口出渣口高度=0.18q/d2+h=0.18×2（0.7×0.7）+0.05=0.78米q——前炉铁水储存量d——前炉内径h——从铁水量水平线至出渣口之间的最小距离一般为0.05——0.1m出渣口至过桥下沿高度=1/3出渣口高度=0.26米出渣口至径一般为30——60mm除铁口直径一般为20——40mm（五）送风系统1、风口风口大小：取f/F=2.5%-5%f——风口总面积（平方米）F——主风口处炉膛面积（平方米）风口排数：2-5排风口排距熔化率1 2 3 5风口排距150-210160-180160-180200-220所以选择风口排距为160mm每排风口数熔化率1-2 3 5每排风口数 4 6 8所以每排风口数选4风口斜度，一般为0——20度，每排风口由于距离炉底较近，所以斜度要小一些取0-5度2、风管：风管截面积可按下列公式计算f/F=W/60V式中：f/F——风管截面积与炉子截面积之比（已知）W——冲天炉的送风强度m³/㎡分。

一般为80~90m³/㎡分V——空气在风管中的流速，米/秒。

一般为10~18米/秒。

由图可知送风强度与风量大小3、冲天炉影响铁液温度的影响因素1）焦炭对冲天炉铁液温度的影响①焦炭成分：含碳量越高，发热量就越大，越有利于铁液温度提高。

②焦炭强度与块度：块度大，燃烧面，温度低。

块度小，燃烧快，高温区段，也不利于铁液的过热。

③反应能力：焦炭反应能力大，会促进CO2+C=2CO反应发展，从而降低温度。

2）送风对铁液温度影响①风量的影响：提高冲天炉的进风量，可以提高进风速度和冲天炉内气体的流动速度，因而强化家滩燃烧，扩大氧化带及高温区高度，提高炉气温度，从而提高铁液温度，但风量提高会提高燃烧速度，加快炉料的下移速度，易造成炉料预热不足，熔化区下移，过热高度缩短，又不利于铁液过热。

冲天炉有一个合适的风量，成为最惠风。

而最惠风的大小，主要取决于焦炭消耗率。

如图铁液温度与较好与风量的关系。

②风速影响：提高冲天炉进风速度，可消除焦炭表面阻碍燃烧反应得灰渣，强化焦炭燃烧，提高陆琪最高温度。