Моделирование оптимального состава шихты

MODELING THE OPTIMAL COMPOSITION OF THE CHARGE

Kovsh Artem

Master’s student of Karaganda state technical University, Republic of Kazakhstan, Karaganda

Аннотация. Рассмотрены задачи и условия моделирования состава шихты.

Abstract. The problems and conditions of modeling the charge composition are considered.

Ключевые слова: литейное производство, шихта, структура, отходы, модель, оптимизация.

Keywords: foundry, charge, structure, waste, model, optimization.

Одной из задач литейного производства можно считать повышение надежности выпускаемой продукции. Для обеспечения высокой эксплуатационной стойкости деталей (надежности, работоспособности и долговечности) материал для их изготовления должен иметь высокую конструкционную прочность – комплекс механических свойств, которые гарантируют более надежную и продолжительную работу в условиях эксплуатации. Таким образом, конструкционная прочность устанавливается не только свойствами материала, но и конструкцией детали, уровнем технологии, для которой данная деталь используется, а также условиями эксплуатации.

Главной задачей составления структуры шихты считается осуществление подбора шихтовых материалов, обеспечивающих получение чугуна (и шлака) необходимого состава и качества при наименьшей себестоимости. С начала надо осуществить принципиальный выбор исходных материалов, а после - их количественный расчет. Оптимизировать состав шихты для чугунного литья можно за счет современных добавок, применении отходов производства для замена части руды, структуризации состава шихты для получения новых необходимых качеств чугуна (прочности, жаропрочности и т.д.).

Нужно как можно полнее применять отходы собственного производства, которые представляют собой недорогой материал, примерно отвечающий требованиям и необходимому составу. Вместе с тем, многочисленный переплав в вагранке и прочих печах может привести к повышению содержания в структуре чугуна серы и к насыщению его газами. В следствии этого объемы отходов в шихте ограничивают.

Еще одним тяжелым исходным шихтовым материалом считается чугунный лом, степень применения которого при составе шихты находится в зависимости от объема используемых отходов собственного производства.

Отталкиваясь от технологического процесса, осуществляют выбор необходимых материалов для обеспечения модифицирования, рафинирования, раскисления, легирования и др. Расчет шихты может вестись по нескольким методам:

1) метод подбора. Первоначально задавая конкретный состав шихты и проводя его расчет, проводится сверка с требуемым содержанием элементов в сплаве, учитывая угар;

2) аналитический метод, заключающийся в процессе составления системы уравнений.

Подбор состава шихтовых материалов состоит в выборе необходимых первичных, вторичных и др. материалов, обеспечивающих требуемый химический состав сплава для отливок; выборе необходимых материалов, обеспечивающих технико-экономическую эффективности плавки и литья сплава; выборе необходимых материалов с наиболее оптимальными физическими параметрами (таким, как основные размеры, плотность, сформированность поверхности, окисленности и пр.), которые обеспечивают качество плавки и литья сплава с минимальными расходами; выборе необходимых материалов, которые отвечали бы в наибольшей степени всем требованиям безопасности.

Для подбора и последующего расчета состава шихты требуются также такие исходные данные: требуемый итоговый химический состав сплава для производимых отливок; используемая номенклатура шихтовых материалов; печи, которые были выбраны для плавки сплава, последующей обработки и внедрения сплава; параметры угара элементов, который происходит в течение процесса плавки, обработки и выдержки; состав атмосферы в плавильной печи; время выдержки сплава в печах.

Модель (рисунок 1) более упрощенно показывает взаимодействие на этапах оптимизации.

Рисунок 1. Модель оптимизации состава шихты для выплавки чугуна

Оптимизация и расчет состава шихты является установкой наиболее оптимальной комбинации разнообразных по своему химическому составу и себестоимости материалов и вызывает потребность в соблюдении ряда обязательных условий:

- обязательно должны быть включены все компоненты, которые определяются типом (маркой) сплава;

- содержание легирующих элементов обязано быть ограниченно минимальным и максимальным пределами, которые допустимы для этого сплава;

- содержание примесей в составе шихты обязано быть ограничено в наибольшей степени допустимым содержанием этих элементов в сплаве;

- себестоимость обязана быть наименьшей.

Спецификой литейного производства можно считать факт многовариантности процесса приготовления сплава. Один и тот же сплав сможет быть получен различными технологиями с разным набором начальных компонентов и использован для изготовления различных видов отливок. Поэтому для управления литейным производством требуется доработка стандартной системы управления производством, предусматривающей получение металла или сплава одного и того же химического состава различными технологиями и комбинациями разных шихтовых материалов.