Расчет литейного цеха

Министерство образования РФ Хабаровский государственный технический университет Институт информационных технологий Кафедра «Литейное производство и технология металлов»

Специальность 100 400 — Литейное производство черных и цветных металлов РАСЧЕТ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов»

КП. 10 700 407.00.00.00 ПЗ Выполнил: студент гр. ЛП-11

Твердохлеб Е.Н.

Проверил: профессор Мостовой Н.И.

Хабаровск 2005

Задание на проектирование

Разработать проект литейного цеха для выплавки стали мощностью 35 тыс.т./год по выпуску отливки «картер».

Исходные данные:

I. По металлу:

1. Масса отливки 12 кг.

2. Масса литников и прибылей на одну отливку 9,6 кг.

3. Размер опок в свету .

4. Брак отливок в % к годному литью 4%.

5. Количество отливок в форме 4 шт.

II. По стержням:

1. Порядковые номера стержней 1 и 2.

2. Количество стержней на одну отливку 2 шт.

3. Масса одного стержня 2,97 кг.

4. Количество стержней в стержневом ящике 2 шт.

5. Брак и бой стержней 4%.

Реферат

Курсовая работа содержит 1 лист чертежа формата А1, пояснительную записку на 30 листах формата А4, включающую 7 таблиц, 6 литературных источников.

ОТЛИВКА, ПЕЧЬ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ, СУШИЛО, ФОРМОВОЧНАЯ МАШИНА, КОНВЕЙЕР, ФОРМОВОЧНАЯ ЛИНИЯ, ГАЛТОВОЧНЫЙ БАРАБАН, УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ.

В данном проекте необходимо определить, каким должен быть цех, чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к его работе заданной производственной программой. Количество и виды оборудования рассчитываются исходя из производственной мощности цеха, массы получаемых отливок, массы литниковой системы на одну отливку, размеров опок, процента брака отливок при производстве, количества отливок в форме, количества стержней на одну отливку, массы стержней, количества стержней, изготовляемых в одном стержневом ящике, процента брака и боя стержней. В зависимости от рассчитанного в ходе разработки проекта межосевого расстояния между выбранными плавильными агрегатами определяются остальные размеры плавильного отделения литейного цеха. Литейный цех показан на чертеже.

1. Состав и основные параметры литейного цеха

1.1 Классификация цеха

1.2 Производственная программа

1.3 Фонд времени работы оборудования

2. Расчет оборудования плавильного отделения

3. Расчет смесеприготовительного отделения

4. Проектирование формовочного отделения

5. Расчет и проектирование стержневого отделения

6. Расчет и проектирование термообрубного отделения

7. Техника безопасности

Заключение

Список использованных источников

Настоящая работа выполнена в соответствии с рабочей программой по дисциплине: «Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов», утвержденной начальником методического управления Иванищевым Ю. Г. и согласованной с директором Института информационных технологий Клепиковым С.И.

Цель работы: приобретение навыков самостоятельной работы по проектированию литейных цехов.

Направление работы определяется выданным техническим заданием. В рамках задания освещены следующие вопросы:

· дана классификация заданного цеха на основе исходных данных;

· определены основные параметры литейного цеха;

· произведены расчеты для определения количества и вида оборудования различных отделений: плавильного, смесеприготовительного, формовочного, стержневого, термообрубного;

· разработан чертеж планировки плавильного отделения;

· сделан вывод по результатам проектирования;

· определены основные направления в организации надзора по безопасности выполнения работ в литейном производстве.

1. Состав и основные параметры литейного цеха

Литейные цеха состоят из производственных и вспомогательных отделений, размещенных в различных пролетах и объединенных транспортными средствами таким образом, что маршруты грузопотоков исходных материалов, формовочной и стержневой смесей, форм, стержней, готовых отливок и отходов не пересекаются.

Выбор основных параметров литейного цеха и оптимизацию проектных решений следует проводить на основе классификации:

1. По массе отливок, связанных с видом сплава и серийности производства;

1. От количества отливок по годовой программе;

2. По зависимости съема с общей площади цеха от степени сложности отливок;

3. По объему производства;

4. По оптимальному объему производства;

1.1 Классификация цеха

Заданный цех классифицируем:

1. По виду литейного сплава — цех сталелитейный из углеродистой стали.

2. По массе отливок — цех средних отливок.

3. По серийности — производство массовое.

4. По технологическому процессу — цех литья в разовые песчаные формы.

5. По сложности и назначению — цех автотранспортного литья.

6. По степени механизации — среднемеханизированный.

7. По режиму работы — двухсменный с параллельным режимом.

8. По мощности — большой мощности.

1.2 Производственная программа

Производственная программа представляется номенклатурой изделий и отливок, их количеством и массой:

· количество наименований отливок, выпускаемых в цехе — 1;

· мощность цеха — 35 000 т/год;

· масса одной отливки — 12 кг;

· количество отливок на одно изделие — 1 шт.

шт.

1.3 Фонд времени работы оборудования

Действительный годовой фонд времени литейного цеха Ф_д = 3975 ч.

Для дуговых печей Ф_д = 3890 ч.

Для печей термических Ф_д = 3975 ч.

Для печей сушильных Ф_д = 3975 ч.

Для автоматизированных формовочных и стержневых линий Ф_д = 3645 ч.

2. Расчет оборудования плавильного отделения

Расчет плавильного отделения заключается в составлении баланса металла, выборе типа и определения количества плавильных агрегатов, расчете расхода шихтовых материалов на годовой выпуск и планировке участка.

Расчет плавильных агрегатов начинается с определения объема металлозавалки по маркам металла.

Средний угар и безвозвратные потери металла при принятом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи = 2%, табл.7 стр. 9.

Потребность в металлозавалке определяется:

т/год, где Q — масса годных отливок, т/год;

q — масса литников и прибылей, тгод;

q_б — брак литья (4%) в % к годному;

Р_сл — масса сливов и сплесков, 5% к массе жидкого металла;

У_Г — угар и безвозвратные потери (2%) в %.

Масса литников и прибылей:

шт.,

тогда т

Брак литья составляет 4%, тогда масса брака:

т т

Сливы и сплески составляют 5% от металлозавалки, тогда

т Угар и безвозвратные потери составляют 2% от металлозавалки, тогда т

Полученные данные сводим в таблицу баланса металла:

Таблица 1 — Баланс металла

Состав и количество шихтовых материалов для выплавки стали 45л (кг/т):

Лом стальной…600…700

Возвраты собственного производства… из баланса металла Чушковый передельный чугун…80…90

Ферросилиций 45%-ный…8…10

Ферромарганец доменный…8…10

Добавки и раскислители в ковш (алюминий, силикомарганец, силикокалий и другие) (кг/т жидкого металла)…2…3

Флюсующие материалы (кг/т жидкого металла):

Руда железная…30…43

марганцовая…4…6

Известь…90…110

Плавиковый шпат…4…6

Огнеупорные и заправочные материалы (кг/т жидкого металла):

Кирпич шамотный…30…35

динасовый…7…9

магнезитовый…9…11

хромомагнезитовый…9…11

Порошок магнезитовый …20…30

Доломит обожженный…9…11

Порошок шамотный…4…6

Глина огнеупорная…9…11

Песок кварцевый…0,5…1,5

Асбест листовой…0,5…1,0

Для выбора плавильного агрегата необходимо знать часовую потребность в жидком металле:

т/час Зная часовую потребность в жидком металле, принимаем дуговую сталеплавильную печь с емкостью 6 т/час [1], стр. 14, тогда необходимое число плавильных агрегатов равно 3.

где К_н — коэффициент неравномерности, равный 1,2;

q — емкость печи, т/час;

принимаем 3 шт.

Коэффициент загрузки печи

.

Принятое число одновременно работающих агрегатов является оптимальным.

Для расчета разливочных ковшей используем формулу:

где t — оборот ковша, час;

Р — емкость ковша, т.

Подставляя в выражение значения параметров, взятых из таблицы 9 стр. 13 Р = 150 кг., t = 0,2 ч., получаем шт. Принимаем 24 ковша.

Число ковшей, работающих в смену:

где n — число одновременно работающих ковшей;

— продолжительность рабочей смены, принимаем 6 часов;

— продолжительность работы одного ковша, принимаем 4 часа;

шт.

Парк ковшей N^`=KМK₁МN, шт.,

где К — коэффициент, учитывающий число ковшей в ремонте, принимаем 2 шт.;

К₁ — коэффициент запаса, принимаем 1,2;

шт. Принимаем 87 ковшей.

Полученные данные сводим в таблицу:

Таблица 2 — Парк ковшей

Для дуговой сталеплавильной печи емкостью 6 т/час выбираем (таблица 11 стр.14) плавильное отделение с шириной пролетов В = 24 м, шагом колонн = 6 м, высотой до низа несущей конструкции Н = 12,6 м, расстоянием между осями ДСП =12 м.

3. Расчет смесеприготовительного отделения

Состав смесеприготовительного отделения входят участки подготовки компонентов смесей (песков, глин, отработанной смеси, связующих, противопригарных покрытий и других добавок), приготовление формовочных и стержневых смесей, лаборатория для контроля качества смеси.

Расчет оборудования для смесеприготовительных отделений производится на основе ведомости формовочных и стержневых смесей для обеспечения годового производства отливок.

Потребное количество смесей выбираем по табл. 12, стр. 16 [1]

Расход формовочной и стержневой смеси на 1 тонну отливок составляет:

· облицовочная смесь 2 т;

· наполнительная смесь 8,1 т;

· единая смесь 10,1 т.

Размер опок в свету

м.

.

м³.

Количество металла в форме:

кг.

м³

Количество смеси на форму:

т Состав формовочной смеси (единой):

· оборотная смесь 85−90%;

· кварцевый песок 5−10%;

· глина 3%;

· прочее: 1% СДБ; уголь 0,5%.

Данные сводим в таблицу:

Таблица 3: Ведомость расчета потребности формовочной смеси

Состав стержневой смеси:

· кварцевый песок = 92−94%;

· глина = 3%;

· связующее = 2,5 — 3,5%;

· СДБ = 2%.

Рассчитаем количество стержней с учетом брака на программу:

где t — количество стержней в отливке.

шт.

Расход стержневой смеси на одну форму:

т.

Расход стержневой смеси на годовую программу:

т.

Полученные данные сводим в таблицу:

Таблица 4 — Ведомость расчета потребности стержневой смеси

Определяем потребное количество формовочной и стержневой смеси в час:

т/ч.

Принимаем смеситель для формовочной смеси модели 15 104 с производительностью 19 т/ч, исходя из часовой потребности. Потребное количество смесителей для формовочной смеси:

где Р_у — годовое количество уплотненной формовочной смеси;

К_н — коэффициент неравномерности, принимаем равным 1,2;

q — производительность, т/ч.

принимаем 7 шт.

Часовая потребность в стержневой смеси:

т/час.

Принимаем смеситель модели 15 102 производительностью 8 т/ч.

Потребное количество смесителей для стержневой смеси:

принимаем 1 шт.

Полученные данные сводим в таблицу.

Таблица 5 — Ведомость расчета количества смесителей стержневой и формовочной смесей

4. Проектирование формовочного отделения

В формовочном отделении выполняются операции по формовке, сборке, охлаждению и выбивке отливок, трудоемкость которых доходит до 60% от общей трудоемкости изготовления отливок. Технико-экономические показатели работы, трудоемкость ее, организация зависят от способа изготовления форм. Основными факторами, обеспечивающими методы формовки, являются характер производства, масса, габариты и класс точности отливки, род металла, мощность проектируемого цеха.

Поскольку производство массовое, то принимаем решение о выборе автоматической формовочной линии, модель которой уточним после расчета часовой потребности цеха в литейных формах.

Зная количество форм на годовую программу и действительный годовой фонд времени, находим часовую потребность в формах:

форм/час.

Выбираем линию КЛ22 813 с производительностью 240 форм/час.

Размер опок по заданию, поэтому сборку форм производим на рольганге, с которого собранные формы передаются на конвейер.

Количество формовочных машин, необходимых для оснащения конвейера, рассчитываем по формуле:

где n₁ — количество форм на годовую программу с учетом брака, шт.;

t_M — годовое время, необходимое для смены модельной оснастки, час.;

Потери времени на смену плит:

где m — наименование детали, принимаем 1;

р — число партий в год по каждому наименованию, принимаем 1;

b — время на каждую смену плит, принимаем 0,25 часа.

ч Выбираем формовочную машину модели 22 111 производительностью 100 опок/час:

· давление прессования = 3,1 — 10 Н/м;

· расход воздуха = 0,5 м³/опоку;

· габаритные размеры = 1,7Ч1,1Ч1,6;

· масса машины = 1,3 т;

принимаем 2 формовочных машины.

Скорость движения конвейера:

м/мин, где Q — часовое количество форм, поступающих от формовочных машин, равное 400;

а — шаг платформы конвейера, м;

z — число форм на одной тележке, принимаем 1;

n — коэффициент заполнения тележки, принимаем 0,8;

Принимаем литейный конвейер тележечный, горизонтально замкнутый с параметрами исходя из размеров опок:

· ширина платформы = 1080 мм;

· длина платформы = 1080 мм;

· шаг платформ = 640 мм;

· радиус закругления = 180 мм;

· скорость движения платформ = 1,5…6,0 м/мин.

Ранее рассчитанная часовая потребность в формах П_ч.ф = 191 форм/час. Уточним требуемую скорость движения конвейера:

м/мин.

Длина охлаждающей зоны конвейера:

м, где — продолжительность охлаждения формы перед выпуском (0,67…1 час), принимаем 1 час = 60 мин;

К_з — коэффициент загрузки линии, принимаем 0,8.

м.

Полученные данные сводим в таблицу:

Таблица 6 — Расчетная ведомость формовочного отделения

5. Расчет и проектирование стержневого отделения

На площадях стержневого отделения располагается:

1. Каркасный участок.

2. Склады для суточного хранения стержневых ящиков и сухих стержней.

3. Сушила для сушки стержней.

Часовая потребность цеха в стержнях:

ст/час.

Принимаем автомат для изготовления стержней в горячих ящиках модели 4532 Б, [3], табл. 65, стр. 103.

Параметры машины:

· наибольшая масса стержня = 1 кг;

· производительность 240 цикл/час;

· масса 5800 кг.

Количество стержневых машин, необходимых для выполнения программы:

шт.,

где, А — годовое количество съемов с учетом брака и числа гнезд в стержневом ящике;

N — часовая производительность стержневого оборудования.

шт.

шт.

Принимаем 5 машины.

Полученные данные сводим в таблицу:

Таблица 7: Расчетное количество стержневых машин.

Для повышения прочности стержней и их газопроницаемости производим сушку. Так как производство массовое, то используем сушила непрерывного действия:

шт.,

где l — расстояние между этажерками (= 0,5м);

а — число полок этажерки (= 6 шт);

L_k — общая длина конвейера, м;

S — площадь сушильных плит на годовую программу, м²;

t — время сушки (2 часа);

F — площадь одной этажерки, м²;

— коэффициент заполнения этажерки (= 0,6…0,8).

где V_k — скорость перемещения конвейера, принимаем 1 м/мин.

где f — площадь одной этажерки (= 1 м²).

м, где n₁ — стержней на годовую программу;

n₂ — стержней на плите.

Принимаем 1 сушило.

Рассчитываем подъемно-транспортное оборудование стержневого участка:

Принимаем 3 крана.

6. Расчет и проектирование термообрубного отделения

В общей трудоемкости изготовления отливок на долю финишной обработки приходится до 30% и более, причем, в очистных отделениях применяется наибольшее количество ручного труда.

Финишная обработка включает в себя следующие операции:

1. Удаление литников, выпоров, прибылей.

2. Удаление заливов, приливов.

3. Выбивку стержней, грунтовка и окраска.

Отрезка литников: принимаем согласно табл.21 галтовочный барабан — 2 шт.

Очистка отливок: принимаем барабан очистной галтовочный периодического действия модели 42 224 с производительностью q = 3,0 т/час.

.

Принимаем 4 галтовочных барабана.

Выбивка стержней: принимаем согласно стр. 167 установку электрогидравлическую модели 36 313 с производительностью 9,0 т/час. Определяем потребное количество установок:

принимаем 2 шт.

Зачистка отливок: принимаем специальный станок для обдирки и зачистки отливок модели МЗ-11 В ([3], стр. 41, табл.96) с производительностью 1,5 т/ч.

принимаем 8 шт.

Термообработка отливок: сталь 45Л является среднеуглеродистой и относится к улучшаемым сталям, такие стали часто подвергают улучшению — термической обработке (ТО), заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливоти, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться.

Принимаем для ТО стальных отливок продолжительностью 20 часов ([3] стр.134), агрегат для отжига отливок с производительностью q = 5 т/час.

принимаем 3 шт.

Грунтовка и окраска отливок: принимаем установку с подвижным конвейером с производительностью q = 2,5 т/час ([2] стр.173).

принимаем 5.

7. Техника безопасности

Организация безопасности работ в литейных цехах производится в соответствии с правилами по охране труда в литейном производстве ПОТРМ 002−97, которые распространяются на предприятия и учреждения всех форм собственности независимо от сферы хозяйственной деятельности и ведомственной принадлежности, кроме опасных металлургических объектов, надзор за которыми осуществляется органами Госгортехнадзора РФ. Организация работ на опасных металлургических объектах, на которых получают расплавы черных и цветных металлов в технологических установках с загрузкой шихты не менее 100 кг осуществляется в соответствии с правилами безопасности в литейном производстве П5 11 551−03. Указанные правила устанавливают требования, соблюдение которых обеспечивает промышленную безопасность в литейных цехах и на участках, направленных на предупреждение аварий, производственного травматизма и обеспечивает создание необходимых условий труда в литейном производстве. Правила действуют на всей территории РФ и должны учитываться при проектировании, строительстве, реконструкции литейных цехов и участков, при конструировании машин, механизмов и оборудования для литейных производств; при разработке и применении технологических процессов; при эксплуатации оборудования зданий и сооружений литейных производств. Основными опасными и вредными факторами в литейном производстве являются:

· повышенная запыленность и загрязненность воздуха рабочей зоны,

· нарушение температурного режима воздуха рабочей зоны,

· повышенная температура поверхности оборудования, отливок, расплавов металлов,

· подвижные части производственного оборудования, перемещающееся транспортное и грузоподъемное оборудование, а также транспортные грузы,

· повышенный уровень шума и вибрации,

· недостаточная освещенность,

· стесненность на производственных площадях,

· физические перегрузки.

Метеорологические условия на рабочих местах должны соответствовать ГОСТ 12.1002.

Уровень шума — ГОСТ 12.1.003.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны — ГОСТ 12.1.004.

Уровень вибрации при работе с ручным механизированным инструментом САНПИН 2.2.2540−96.

Освещенность производственных помещений и рабочих мест — СНиП 23−05−95.

Для каждого источника загрязнения атмосферы на предприятии должны быть установлены предельно-допустимые нормы выбросов опасных веществ в соответствии с ГОСТ 122.3.02.

Степень очистки сбрасываемых сточных вод должна отвечать требованиям ГОСТ 17.1.313.

Для решения указанных проблем в каждом литейном цехе должно быть обеспечено:

· оснащенность основным технологического оборудования, пыли-, газо-, золоулавливающими и очистными системами, системами очистки промстоков. Совершенствование технологических процессов с переходом на новые, технологически безвредные;

· рациональное использование ресурсов с соблюдением установленных норм водопользования и применения оборотного водопользования;

· сбор, утилизация отходов литейного производства, их обезвреживание и вывоз в места организации свалки или захоронений;

· содержание территории цеха и прилегающих территорий в надлежащем техническом состоянии;

· требования безопасности должны быть отражены в технологической документации, основное внимание должно быть уделено пожаровзрывоопасным элементам.

Разработку, организацию и проведение технологических процессов изготовления отливок из черных и цветных металлов необходимо производить с соблюдением техники безопасности, устанавливаемой ГОСТ 12.3.002, ГОСТ 12.3.027, ГОСТ 18 169.

Безопасность технологических процессов в литейном производстве должно обеспечиваться:

· исключением средствами коллективной и индивидуальной защиты непосредственного воздействия на работающих, опасных и вредных производственных факторов;

· выполнением требований: ГОСТ 12.1.010 — при процессах, протекающих с применением веществ, способных к образованию взрывоопасной среды, ГОСТ 12.3.024 — при изготовлении форм и стержней из песчано-смоляных смесей, ГОСТ 12.3.009 — при погрузо-разгрузочных работах, ГОСТ 12.1.004 — при транспортировке грузов, ППБ-01−93.

· выполнением правил пожарной безопасности в РФ при пожаровзрывоопасных работах, выполнением работ, связанных с применением легковоспламеняемых жидкостей, вредных веществ.

Требования безопасности к технологическим процессам должны быть изложены в технологическом допущении. При организации рабочего места необходимо обеспечить нахождение работника за ограждением опасных зон оборудования. Остановка оборудования на ремонт, смазку и очистку должен производить электрик путем отключения рубильника, запиранием его на замок в положении выкл. или снятием плавких предохранителей. Пуск оборудования осуществляется с обеспечением мер при работах с повышенной опасностью.

Заключение

В результате проектирования был разработан проект литейного цеха, способного в необходимых количествах и с минимальными энергои ресурсозатратами выплавлять отливки из стали 45Л. Цех оснащен необходимыми плавильными агрегатами, формовочным, транспортным и прочим оборудованием и способен к массовому производству отливок согласно заданной производственной программе.

Список использованных источников

литейный цех расчет проектирование

1. Мостовой Н. И. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов» для студентов специальности 100 400 — Литейное производство черных и цветных металлов, специализация 110 405 — Художественное и прецизионное литье (ювелирные изделия). — Хабаровск, изд. ХГТУ, 2000. — 32 с.

2. Основы проектирования литейных цехов и заводов/ Под ред. Б. В. Кнорре. — М.: Машиностроение, 1979. — 376 с.

3. Проектирование машиностроительных цехов и заводов/ Под ред. В. М. Шестопала. — М. Машиностроение, 1977. — 294 с.

4. Логинов И. З. Проектирование литейных цехов. — Минск: Высш. Школа, 1975. — 320 с.

5. Аксенов П. Н. Оборудование литейных цехов. — М. Машиностроение, 1977. — 294 с.

6. Типаж технологического оборудования для литейного производства на 1981 — 1985 гг. — М.: ВНИИМаш, 1980. — 131 с.