Расчет литейного цеха производительностью 12000 т металла в год

Введение

Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Широкое распространение литейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению с другими способами производства заготовок (ковка, штамповка):

возможностью получения деталей с заданными физико-механическими свойствами;

универсальностью и экономичностью методов формообразования сложных металлических изделий максимальным приближением отливок по конфигурации и размерам к готовой детали;

снижением цикла изготовления;

отходы в стружку при изготовлении специальными способами литья сведены до минимума;

изготовлением деталей из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке;

безвозвратные потери у отливок составляют 7 — 9%, у деталей из сварных соединений около 11 — 12%, у поковок 13 — 14.

Примерно около 70% (по массе) заготовок получают литьем, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, 90 — 95%. Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на механическую обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат на обработку резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла. Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например, производство поковок.

В последнее время большое развитие получили специальные методы литья. К ним относятся:

литье по выплавляемым моделям;

литье в оболочковые формы;

литье под давлением;

литье под низким давлением;

литье в кокиль;

центробежное литье и т. д.

Отливки, получаемые специальными методами литья, по конфигурации и размерной точности приближаются к готовым деталям и объем их обработки резанием невелик.

Выход годного литья увеличивается для кокильного литья до 40 — 60%.

При литье специальными способами увеличивается производительность процесса, снижается трудоемкость изготовления деталей, возможно получение тонкостенных отливок, широко используются средства механизации и автоматизации.

Литье в кокиль является одним из самых экономичных способов литья, который нашел широкое применение во многих отраслях промышленности, особенно в машиностроении.

Сущность процесса литья в кокиль заключается в заливке жидкого сплава в металлическую форму, в которой, благодаря высокой теплопроводности материала формы, происходит быстрое затвердевание и охлаждение отливки. Металлическая форма применяется многократно и имеет высокую стойкость. С целью регулирования скорости затвердевания отливок рабочие поверхности кокилей облицовывают и окрашивают теплоизоляционными красками. Покрытие наносят также и для защиты формы от воздействия жидкого металла.

Область применения литья в кокиль в значительной степени определяется технологическими возможностями и экономической целесообразностью производства отливок этим способом.

Литье в кокиль дает следующие качественные и количественные преимущества:

повышение физико-механических и эксплуатационных свойств отливок;

увеличение выхода использованного для изготовления отливок металла, т. е. отношения массы полученной отливки к залитому в форму расплаву;

повышение размерной точности и качества поверхностей отливок;

уменьшение допусков и припусков на механическую обработку;

частичное или полное исключение формовочных материалов из производства;

увеличение производительности труда и съема отливок с производственной площади;

улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Недостатки литья в кокиль — высокие трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке вследствие затрудненной усадки и более узкого по сравнению с литьем в песчаную форму интервала оптимальных режимов литья, обеспечивающих получение качественной отливки. ЦЛ]

Литьем под низким давлением изготавливают отливки, подвергаемые испытаниям на герметичность, сложной конфигурации с тонкими и толстыми стенками, крупногабаритные с несколькими массивными тепловыми узлами.

Основные преимущества литья под низким давлением: большой выход годного (80−98%), повышенная плотность отливок, высокий уровень автоматизации процесса.

Литье под низким давлением состоит в вытеснении газом жидкого металла из раздаточной печи в литейную форму. Помимо принудительного заполнения литейной формы, в этом методе литья эффективно используют питание затвердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли — металлопровода.

В целом, цехи, специальные виды литья: ЛНД, ЛПД, литье в кокиль, являются более производительными и экономичными по сравнению с традиционными видами литья (литье в песчаные формы), в этих цехах гораздо выше уровень автоматизации процессов и культура производства.

1. Проектное задание и его анализ Проектируемый цех кокильного литья и литья по выплавляемым моделям в условиях КМК «Сибэлектросталь» производительностью 12 000 тонн/год предназначен для массового выпуска отливок из сплавов АК9ч, АК9М3-К и АК8М3ч для производства автомобильных отливок.

Изготовление отливок производится специальными видами литья:

литье в кокиль литье по выплавляемым моделям Эти способы рациональны при массовом производстве отливок.

Номенклатура отливок включает в себя 19 отливок весом от 0,4 до 17 кг.

Проектируемый цех предполагается построить в городе Красноряск Красноярского края Расчетная зимняя температура — 34 С.

В районе имеется зона из зеленых насаждений. Удаление отходов осуществляется через систему очистки.

Транспорт общезаводской.

Энергоресурсы:

отопление от заводской ТЭЦ;

электроэнергия с центральной распределительной подстанции завода;

сжатый воздух от заводской компрессорной станции;

водопровод от заводской сети.

Канализация общезаводская.

1.1 Структура цеха Цехи литья по выплавляемым моделям различают по роду сплава, массе отливок, объему производства, серийности, степени механизации.

Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям относится к цехам:

— по виду литейного сплава: стального литья;

— по массе отливок: среднего литья;

— по объему производства: со средним выпуском;

— по серийности производства: массового производства;

— по степени механизации: автоматизированный.

В состав цеха входят производственные отделения (участки), вспомогательные отделения (участки) и склады.

К производственным отделениям, где выполняется собственно технологический процесс изготовления отливок, относятся следующие:

— модельное;

— изготовления оболочек форм;

— прокалочно-заливочное;

— термообрубное, где очищают отливки от остатков оболочек, отделяют отливки от литноково-питающей системы, зачищают питатели, проводят термообработку и исправляют дефекты отливок.

К вспомогательным относят следующие отделения:

— подготовки формовочных материалов и шихты;

— ремонта пресс-форм и другой технологической оснастки;

— мастерские механика и энергетика;

— цеховая лаборатория;

— КПД.

К складам относят закрытые склады шихтовых, формовочных, горючих материалов, готовых отливок.

В цехе предусматривают также помещения для культурно-бытового обслуживания работающих: санитарно-бытового назначения, общественного питания, здравоохранения, культурного обслуживания, учебных занятий и общественных организаций, управлений. 2]

1.2 Номенклатура и программа выпуска отливок Номенклатура и программа выпуска отливок проектируемого цеха приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

1.3. Программа выпуска отливок с учетом брака Программа выпуска отливок с учетом брака для проектируемого цеха представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2

1.4 Режим работы и фонды времени работы оборудования В механизированных и автоматизированных цехах при массовом производстве отливок, когда идет разделение операций по месту и совмещение их по времени, самый рациональный режим работы — параллельный.

Рациональнее применить трехсменный режим работы, наиболее характерный для цехов в машиностроительной промышленности. Техническое обслуживание и подготовка оборудования производятся в выходные дни работниками ремонтных служб.

Расчет фондов времени производится, исходя из 40-часовой рабочей недели. Применяем пятидневную рабочую неделю с двумя выходными. Продолжительность рабочей смены 8 часов.

Для спроектированного цеха принимаем согласно графика КМК «Сибэлектросталь» следующие фонды времени работы оборудования (действительные):

Плавильное 5377 ч/год;

Заливочное 5377 ч/год;

Обрубное 5034 ч/год;

Термическое 5521 ч/год;

Стержневое 5034 ч/год.

Ремонт оборудования и профилактику кокильной оснастки производить в выходные дни согласно графика работы КМК «Сибэлектросталь».

2. Технологические процессы и расчет оборудования проектируемого

цеха

2.1 Расчет программы плавильного участка по выпуску жидкого

металла на год Программа плавильного отделения для проектируемого цеха представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

2.2 Выбор плавильного агрегата В настоящее время в литейном производстве для плавки алюминия и алюминиевых сплавов применяют следующие печи:

пламенные отражательные печи;

индукционные канальные и тигельные печи;

электропечи сопротивления.

Для производства вторичных литейных алюминиевых сплавов применяют пламенные отражательные печи емкостью от 10 до 30 тонн и тигельные индукционные печи емкостью от 2,5 до 6 тонн. В пламенных отражательных печах имеет место повышенный угар металла, низкая производительность и насыщение расплава газами. В результате этих недостатков широкого применения данные печи не находят.

Плавка в индукционных печах вследствие меньшей удельной площади сопровождается меньшей газонасыщенностью расплава, меньшей его окисляемостью и более низкими безвозвратными потерями.

В последнее время широкое применение получили индукционные печи промышленной частоты с сердечником. Эти печи имеют низкий удельный расход электроэнергии порядка 305, большую производительность и высокий коэффициент полезного действия (КПД) (до 75%). Однако данные печи имеют ряд существенных недостатков, таких как:

зарастание каналов печи окисью алюминия, а также флюсами и шлаками;

низкая стойкость футеровки (2−3 месяца).

Свободными от данных недостатков и более удобными в эксплуатации являются тигельные индукционные печи. Индукционный нагрев металла получил в настоящее время широкое распространение. При индукционном нагреве теплота выделяется непосредственно в металле, нагреваемом в тигле, благодаря чему использование тепла оказывается более совершенным и обеспечивается значительно большая скорость нагрева.

Индукционные тигельные печи промышленной частоты просты по своей конструкции. Они представляют собой тигель, помещенный в индуктор, питаемый переменным током. После слива каждой плавки можно легко осмотреть и очистить, а затем, если это необходимо, загрузить в него шихту другого по композиции сплава.

Тигельные индукционные печи применяются главным образом для плавки высококачественных сплавов, сталей и алюминиевых сплавов, требующих особой частоты, однородности и точности химического состава. Эти печи имеют ряд несомненных преимуществ перед другими печами. При малом зеркале металла и большой скорости нагрева плавка характеризуется малым угаром (0,5 — 1,0%). Благодаря тому, что атмосфера эл. печей не содержит продуктов сгорания топлива, возможно получение сплавов со значительно меньшим, чем в пламенных печах, уровнем загрязнения неметаллическими примесями (водородом и оксидами) и отказаться, например, в ряде случаев от применения эффективных, но дорогостоящих методов дегазации расплава, либо при их применении получить особо высокое качество металла. Пониженная газонасыщенность дает отливки с высокими механическими свойствами.

Печи дают более высокую производительность (в 2−3 раза по сравнению с пламенными и в 5−6 раз по сравнению с электропечами сопротивления).

Затраты на получение тонны расплава литейных алюминиевых сплавов в индукционных тигельных печах значительно ниже, чем в пламенных отражательных печах. Меньший расход энергии обусловлен отсутствием потери тепла из рабочего пространства печи продуктами сгорания топлива. Также необходимо отметить еще несколько преимуществ данных печей:

более легкие условия труда;

простое и широкое регулирование мощности и температуры;

сокращение производственной площади из-за малых габаритов печи;

получение чистого расплава, благодаря отсутствию источников загрязнения; поглощение водорода на 40% меньше, чем в других печах из-за более совершенных условий нагрева;

стойкость тигля более 6 месяцев.

Основным недостатком индукционных печей по сравнению с канальными печами является повышенный расход электроэнергии.

Хорошо зарекомендовали себя для плавки алюминия и его сплавов печи емкостью до 2,5 тонн. Такие печи снабжены механизированной крышкой, шихту можно загружать как вручную, так и механизированным способом, например, мостовым краном. При непрерывной работе с одним сплавом рекомендуется оставлять на дне тигля определенный переходящий остаток и в него загружать свежую шихту.

Расплавленный металл сливается через сливной носок путем наклона печи гидравлическим приводом.

Исходя из всего вышеперечисленного, в проектируемом цехе для плавки алюминиевых сплавов АК9ч, АК9М3-К, АК8М3ч применяем печи индукционные плавильные УИП-800−1,0−1,0×2 ЗАО Завод «РЭЛТЕК» г. Екатеринбург, работающие на средних частотах емкостью 1 тонна.

Техническая характеристика плавильной печи УИП-800−1,0−1,0×2 представлена в таблице 2.2

Таблица 2.2

Печь питается от однофазного электропечного трансформатора ЭОМН-1500/10 мощностью 1300 кВА с девятью ступенями переключения напряжения в диапазоне от 1,16 до 0,29 кВ (возможно переключение под нагрузкой).

Состояние тигля и наличие утечек на землю контролируется сигнализатором утечки, позволяющим своевременно определять сроки ремонтов.

2.3 Описание технологического процесса приготовления сплавов

2.3.1 Описание технологического процесса приготовления сплава АК9ч В состав шихты сплава АК9ч входят следующие компоненты:

алюминий первичный ГОСТ 11 069–74 марок А7, А7Э, А7Е, А6, А5;

силумин ГОСТ 1583–93 марок АК12пч, АК12ч, АК12оч;

магний ГОСТ 804–93 марки Мг90;

марганец металлический ГОСТ 6008–90 марок Мн997, Мн998;

возврат собственного производства марки АК9ч.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства. По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются порции свежих материалов в следующей последовательности: марганец ковшом, затем чушки алюминия первичного и силумина. Далее производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (71 010) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом в следующем порядке:

1 В отключенную плавильную печь на зеркало сплава ковшом засыпается флюс в количестве не менее 0,2% от массы сплава в печи.

2 Производится выдержка сплава под слоем флюса в течение от 8 до 10 минут.

3 Флюс замешивается в сплав на глубину шумовки, шлак снимается с поверхности сплава шумовкой в шлаковню.

После операции обработки сплава при помощи шумовки вводится в сплав навеска магния, печь включается на ступень быстрого нагрева.

Не менее, чем через 10 минут после ввода магния, заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (75 515) С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом

2.3.2 Описание технологического процесса приготовления сплава

АК9М3-К В состав шихты сплава АК9М3-К входят следующие компоненты:

сплав алюминиевый чушковый СТП 37.304.787−2002 марки АК9М3-К;

возврат собственного производства марки АК9М3-К.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства. По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются чушки сплава АК9М3-К. Производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (71 010) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом (процесс обработки сплава рафинирующим флюсом, аналогичен процессу обработки сплава АК9ч, описанному в п. 2.5.1).

Заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (75 515) С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом.

2.3.3 Описание технологического процесса приготовления сплава АК8М3ч В состав шихты сплава АК8М3ч входят следующие компоненты:

алюминий первичный ГОСТ 11 069–74 марок А7, А7Э, А7Е, А6, А5;

силумин ГОСТ 1583–93 марок АК12пч, АК12ч, АК12оч;

магний ГОСТ 804–93 марки Мг90;

цинк анодный ГОСТ 1180–90 марок Ц0, Ц1;

лигатура Al-Ti5;

лигатура Al-Be5;

лигатура Al-B3;

медь катодная ГОСТ 859–01 марок М0, М3;

возврат собственного производства марки АК8М3ч.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства марки АК8М3ч.

По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются чушки алюминия первичного и силумина. Производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (71 010) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом (процесс обработки сплава рафинирующим флюсом, аналогичен процессу обработки сплава АК9ч, описанному в п. 2.1.4).

При помощи шумовки вводятся в сплав навески меди, цинка, лигатур и позднее магния, производится интенсивное замешивание до полного растворения.

Не менее, чем через 10 минут после ввода легирующих добавок заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (75 515) С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом.

2.3 Рафинирование и модифицирование Рафинированием называется процесс очищения металлов и сплавов от нежелательных примесей.

Рафинирование алюминиевых сплавов осуществляется в печи или ковше. В качестве рафинирующих средств используются флюсы, состоящие из хлористых и фтористых солей. Наиболее прогрессивным методом рафинирования является рафинирование жидким флюсом посредством технологических переливов жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь.

Рафинирование металла осуществляется следующим образом: в ковш непосредственно перед выпуском металла наливается определенное количество жидкого флюса, затем производится выпуск плавки из печи в ковш. При заполнении ковша за счет интенсивного перемешивания металла с жидким флюсом развиваются значительные поверхности контакта между ними, что обусловливает резкое снижение в сплаве неметаллических примесей и газов. Процесс продолжается и при последующем переливе металла с жидким флюсом из ковша в раздаточную печь, поскольку в раздаточную печь сначала сливается флюс, имеющий удельный вес меньше металла. Большая часть примесей и неметаллических включений реагирует с флюсом и поднимается в виде шлака на поверхность зеркала металла откуда его снимают. После рафинирования металл восстанавливается в течении 5 минут.

Модифицированием принято называть процесс искусственного изменения формы, величины и внутреннего строения зерен, образующихся при первичной кристаллизации. Модифицирование сплава является необходимой технологической операцией для сплавов с высоким содержанием кремния, если он кристаллизуется в виде двойной эвтектики. Пластинчатые частицы кремния снижают механические свойства сплава. Для модифицирования применяют натрий. При содержании 0,09% - 0,1% натрия в сплаве кремний кристаллизуется в виде мелких округленных частиц, что способствует повышению механических свойств.

Для модифицирования расплава вводится натрий до 0,08% от массы металла. Натрий может вводится в расплав как в чистом виде, так и в виде модифицирующих флюсов содержащих фтористые и хлористые его соли.

В результате модифицирования структура затвердевшего сплава становится весьма мелкозернистой, предел прочности увеличивается на 30−40%, а удлинение возрастает в 2−3 раза.

Готовый флюс используется для рафинирования и модифицирования жидких алюминиевых сплавов.

Состав флюса

В состав установки входит ванна выкатная для флюса, каркас, электродная группа, нагреватель, для пуска установки используется трансформатор понижающий печной.

Ванная выкатная для флюса представляет собой емкость закрепленную в подшипниках на сварной раме. Рама поставлена на колесо с внутренней стороны ванны. Зафутерована шамотным кирпичом. С наружной стороны наложена изоляция из стекловолокна. Каркас состоит из сварной цилиндрической обечайки закрепленной на стойках. Сверху к обечайке приварен патрубок для подключения к системе вентиляции. На каркасе имеется площадка с окном для крепления электродной группы. С лицевой стороны обечайки имеется другое окно для загрузки и выгрузки флюса, закрывается оно откидной дверкой.

Конструкция электродной группы предусматривает возможность перемещения электродов по вертикали по мере их обогревания и для выкатки ванны по горизонтали.

2.4 Дегазация алюминиевых сплавов Дегазация алюминиевых сплавов проводится с целью очистки от различных включений и загрязнений. Дегазация проводится непосредственно в разливочном ковше или в раздаточной печи.

Дегазация проводится методом продувки жидкого металла инертным газом — азотом ГОСТ 9293–74.

Характеристика азота: бесцветный газ малорастворимый в воде (2.3 мг/100г при10 0С; 0,8 мг/100г при 69 0С).

Получают азот ректификацией сжиженного атмосферного воздуха. Молекула азота состоит из 2-х атомов. Эти атомы прочно связаны друг с другом, чем и объясняется большая инертность азота при обычных условиях.

Азот в химическом отношении отличается большой инертностью. При обычной температуре (20 0С) он почти не способен вступать в реакцию. При нагреве довольно легко соединяется с некоторыми металлами: литием, магнием, кальцием, титаном. При очень высокой температуре азот непосредственно соединяется с кислородом и водородом.

2.4.1 Описание технологического процесса дегазации сплава в

разливочном ковше Подать и установить ковш с металлом под консоль установки типа FDN. Температура металла, сливаемого из печи должна быть 760−770 0С. металл в ковше должен быть рафинирован. Плавильщик должен убедиться, что ковш находится на полу, и графитовый стержень находится по центру ковша. Далее провести следующие операции:

— погружение графитового стержня в жидкий металл;

— вращение графитового стержня с одновременной подачей азота в жидкий металл;

— выгрузка графитового стержня;

Время продувки азотом — 3 минуты при давлении 3 атмосферы.

Подать ковш к контрольному посту заливочных участков.

Выдержать сплав в ковше не менее 6 — 7 минут.

Снять шлак с зеркала металла в ковше.

Замерить температуру металла в ковше. Температура должна быть (700 — 730) 0С.

Примечание. Давление азота измерять манометром ГОСТ 2405–88, предел измерения от 0 до 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа).

2.4.2 Описание по дегазации в раздаточных печах ИАКр-1,0

Плавильщику произвести дегазацию сплава в индукционной печи ИАКр-1.0,для чего на шкафу управления печи нажать кнопку черного цвета с надписью «Дегазация» (Процесс дегазации происходит в течении 5 минут, после чего происходит автоматическое отключение установки).

Выдержать сплав в течении 10 минут. Контроль времени производить по часам электрическим вторичным показывающим ЭВЧ ТУ 25−07.1503−82.

Наладчику заливочного участка установку баллона с аргоном для дегазации производить в следующей последовательности: установить на баллон с селикогелем, открыть вентиль баллона, при закрытом редукторе. Установить расход газа 8 л/мин вращением маховика (винта регулирующего), при этом на указателе расход газа должен быть на 10 единицах. Наладчику одновременно с заменой использованного баллона с аргоном, производить замену патрона селикогелем. Использованный патрон с открытой крышкой просушить на кольце раздаточной печи в течении 1 часа.

2.5 Расчеты баланса и состава шихты для сплавов

2.5.1 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК9ч По данным ведомости объемов производства (таблица 2.1) составляем баланс сплава АК9ч.

Таблица 2.3.

Расчет шихты производим на 1000 кг жидкого сплава на основании баланса металла и химического состава сплава АК9ч.

Расчет ведем по среднему содержанию компонентов.

Si = 9,25%

Mn = 0,38%

Mg = 0,27% (берем повышенное содержание из-за большого угара)

Al — остальное

2.5.1.1 Определяем количество металлозавалки:

1000 кг — 96,5%

х — 100% х = 1036,3 кг

2.5.1.2 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

49,85% + 3% = 52,85%

1036,3 кг — 100%

х — 52,85% х = 547,7 кг

2.5.1.3 Определяем количество свежих материалов:

1036,3 кг — 547,7 кг = 488,6 кг

2.5.1.4 Определяем необходимое количество кремния:

488,6 кг — 100%

х — 9,25% х = 45,2 кг

Кремний вводится в сплав в составе силумина, среднее содержание кремния в котором 11,7%. Количество вводимого силумина составит:

45,2 кг — 11,7%

х — 100% х = 386,3 кг Процентное содержание силумина в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

386,3 кг — х х = 37,28%

2.5.1.5 Определяем необходимое количество магния:

488,6 кг — 100%

х — 0,27% х = 1,3 кг Процентное содержание магния в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

1,3 кг — х х = 0,12%

2.5.1.6 Определяем необходимое количество марганца:

488,6 кг — 100%

х — 0,38% х = 1,8 кг Процентное содержание марганца в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

1,8 кг — х х = 0.17%

2.5.1.7 Определяем необходимое количество алюминия первичного:

488,6 кг — (386,3 кг + 1,3 кг + 1,8 кг) = 99,2 кг Процентное содержание алюминия первичного в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

99,2 кг — х х = 9,58%

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.4

Таблица 2.4

2.5.2 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК9М3-К По данным ведомости объемов производства (таблица 2.1) составляем баланс сплава АК9М3-К.

Таблица 2.5

Расчет шихты производим на 1000 кг жидкого сплава на основании баланса металла сплава АК9М3-К.

2.5.2.1 Определяем количество металлозавалки:

1000 кг — 96,5%

х — 100% х = 1036,3 кг

2.5.2.3 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

52,85% + 3% = 55,85%

1036,3 кг — 100%

х — 55,85% х = 578,8 кг

2.5.2.4 Определяем необходимое количество чушкового сплава АК9М3-К:

1036,3 кг — 578,8 кг = 457,5 кг Процентное содержание чушкового сплава в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

457,5 кг — х х = 44,15%

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.6

Таблица 2.6

2.5.3 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК8М3ч По данным ведомости объемов производства (таблица 1.2) составляем баланс сплава АК8М3ч.

Таблица 2.7

Расчет шихты производим на 1000 кг жидкого сплава на основании баланса металла и химического состава сплава АК8М3ч.

Расчет ведем по среднему содержанию компонентов.

Si = 7,75%

Mg = 0,35% (берем повышенное содержание из-за большого угара)

Cu = 3,0%

Zn = 0,75%

Ti = 0,18%

В = 0,05%

Ве = 0,18%

Al — остальное

2.5.3.1 Определяем количество металлозавалки:

1000 кг — 96,5%

х — 100% х = 1036,3 кг

2.5.3.2 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

61,3% + 3% = 64,3%

1036,3 кг — 100%

х — 64,3% х = 666,3 кг

2.5.3.3 Определяем количество свежих материалов:

1036,3 кг — 666,3 кг = 370 кг

2.5.3.4 Определяем необходимое количество кремния:

370 кг — 100%

х — 7,75% х = 28,7 кг Кремний вводится в сплав в составе силумина, среднее содержание кремния в котором 11,7%. Количество вводимого силумина составит:

28,7 кг — 11,7%

х — 100% х = 245,3 кг Процентное содержание силумина в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

245,3 кг — х х = 23,69%

2.5.3.5 Определяем необходимое количество магния:

370 кг — 100%

х — 0,35% х = 1,3 кг Процентное содержание магния в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

1,3 кг — х х = 0,12%

2.5.3.6 Определяем необходимое количество меди:

370 кг — 100%

х — 3,0% х = 11,1 кг Процентное содержание меди в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

11,1 кг — х х = 1,07%

2.5.3.7 Определяем необходимое количество цинка:

370 кг — 100%

х — 0,75% х = 2,8 кг Процентное содержание цинка в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

2,8 кг — х х = 0,27%

2.5.3.8 Определяем необходимое количество титана:

370 кг — 100%

х — 0,18% х = 0,7 кг Титан вводится в сплав в составе лигатуры Al-Ti, в которой содержание титана составляет 5%. Количество вводимой лигатуры составит:

0,7 кг — 5%

х — 100% х = 14 кг Процентное содержание лигатуры Al-Ti в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

14 кг — х х = 1,35%

2.5.3.9 Определяем необходимое количество бериллия:

370 кг — 100%

х — 0,18% х = 0,7 кг Бериллий вводится в сплав в составе лигатуры Al-Ве, в которой содержание бериллия составляет 5%. Количество вводимой лигатуры:

0,7 кг — 5%

х — 100% х = 14 кг Процентное содержание лигатуры Al-Ве в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

14 кг — х х = 1,35%

2.5.3.10 Определяем необходимое количество бора:

370 кг — 100%

х — 0,05% х = 0,19 кг Бор вводится в сплав в составе лигатуры Al-В, в которой содержание бора составляет 3%. Количество вводимой лигатуры составит:

0,19 кг — 3%

х — 100% х = 6,3 кг Процентное содержание лигатуры Al-В в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

6,3 кг — х х = 0,6%

2.5.3.11 Определяем необходимое количество алюминия первичного:

370 кг — (245,3 кг + 1,3 кг + 11,1 кг + 2,8 кг + 14 кг + 14 кг + 6,3 кг) = 75,2 кг Процентное содержание алюминия первичного в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

75,2 кг — х х = 7,25%

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.8

Таблица 2.8

3. Проектирование отделений и участков литейного цеха

3.1 Склад шихтовых материалов Для бесперебойной работы цеха необходимо иметь минимальный, но в то же время достаточный запас материалов.

Снабжение цеха песком для изготовления стержневой смеси производится железнодорожным транспортом, а флюсами, пропиточными, смазочными, огнеупорными и другими материалами — автомобильным транспортом Шихта для выплавки сплавов поступает с заводов-поставщиков в виде пакетов чушек весом 15 — 16 кг каждая. Каждый пакет весит в среднем около одной тонны.

Для разгрузки автомобильного транспорта, которыми доставляются пакеты с шихтой, применяются мостовые краны. На склад пакеты доставляются электропогрузчиками.

Для подачи шихты к плавильным печам предусмотрена система подачи тары и возврата ее по рольгангам. Перед загрузкой в плавильные печи шихта проходит через специальные печи для сушки и подогрева шихты. Эта операция применяется для удаления влаги и увеличения производительности плавильных печей.

В суточные бункера с пластинчатыми питателями шихтовые материалы загружаются при помощи мостового крана.

Возврат собственного производства в виде литников и прибылей поступает на склад шихтовых материалов по системе подземных ленточных транспортеров. На шихтовом дворе для возврата предусмотрено отдельное место хранения.

В проектируемом цехе применяется весовое дозирование шихты. Ее составляющие из суточных бункеров с помощью пластинчатых питателей подаются в бадью с открывающимся дном, установленную на весовой тележке.

Песок для приготовления стержневой смеси поступает в хопрах с Балашейского карьера и сразу разгружается, а по системе ленточных транспортеров транспортируется в закром для хранения. Для просеивания песка предусмотрено вибросито. В последние несколько лет на КМК «Сибэлектросталь» в базовый цех поступает уже просушенный песок, поэтому сушку песка в проектируемом цехе не применяем.

На шихтовом дворе металлы, флюсы, материалы хранятся строго по партиям.

Силумин, алюминий первичный, сплавы хранятся в таре высотой не более, чем в два яруса. Марганец металлический хранится в поступающей с завода-поставщика таре (металлических бочках).

Все материалы поступающие на шихтовый двор в цех, должны иметь сопровождающие сертификаты качества.

При поступлении влажного и загрязненного материала, дают им просохнуть в естественных условиях на шихтовом дворе и производят очистку чушек.

Марганец металлический кусковой перед подачей на плавильный участок размалывают в щековой дробилке до кусков не более 40×40.

Магний режут на летночно-пильном станке на равные части, укладывают в тару и подают на плавильный участок.

Возврат производства (литники, брак отливок) должен быть сухой, чистый, без наличия песка и остатков стержней, не иметь каркасов и не содержать инородных металлических и неметаллических включений К шихтовым материалам, применяемым в проектируемом цехе, предъявляются следующие требования:

все шихтовые материалы должны загружаться в печь сухими и чистыми;

чушки шихты должны соответствовать требованиям ГОСТа;

не допускается перемешивание сплавов разных марок.

3.2 Характеристика выпускаемых отливок В проектируемом литейном цехе предусматривается производство отливок из сплавов АК9ч., АК9М3-К и АК8М3ч Химический состав сплавов должен удовлетворять требованиям ГОСТ 1583– — 93. Химические составы приведены в таблице

3.2.1 Характеристика отливки из сплава АК9ч Сплав АК9ч относится к первой группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Mg).

Химический состав сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583–93 приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Роль компонентов:

Кремний Si — повышает жидкотекучесть, прочность, жаростойкость.

Магний Mg — повышает механические свойства, увеличивает пористость.

Si и Mg образуют химическое соединение, которое при нагреве под термообработку растворяется в твердом растворе, выпадает по границам зерен, делая структуру мелкозернистой, затем фиксируется в этом состоянии в закалочной среде (воде).

Марганец Mn — вводится в сплав для компенсации вредного влияния железа Fe, которое в свободном состоянии имеет игольчатое строение и снижает прочностные свойства сплава.

Медь Cu — повышает механические свойства, снижает коррозийную стойкость.

Технологические свойства сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583–93 приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Механические свойства сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583–93 приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.4

3.2.2 Характеристика отливок из сплава АК9М3-К Сплав АК9М3-К относится ко второй группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Cu).

Химический состав сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787−2002 приведен в таблице 3.5.

Таблица 3.5

Технологические свойства сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787−2002 приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6

Технологические свойства сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787−2002 приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7

3.3.3 Характеристика отливок из сплава АК8М3ч Сплав АК8М3ч относится ко второй группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Cu). Химический состав сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583–93 приведен в таблице 3.8.

Таблица 3.8

Роль компонентов:

Бериллий Be — способствует рафинированию, снижает отрицательное влияние железа на механические свойства.

Бор B — способствует рафинированию, измельчает структуру и повышает пластичность.

Цинк Zn — повышает механические свойства и ухудшает литейные.

Титан Ti — способствует измельчению структурных составляющих, повышает механическую прочность.

Технологические свойства сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583–93 приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9

Механические свойства сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583–93 приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10

3.4 Расчет и проектирование плавильного отделения

3.4.1 Расчет количества плавильных печей

Расчет количества печей производим по формулам:

;(1)

(2)

где Р1 — расчетное число единиц оборудования;

К1 — коэффициент неравномерности производства (1.0−1.2), К1 = 1,2

К2 — коэффициент производительности, учитывающий отклонения от паспортных данных (0.8−1.0), К2 = 1

N — часовая производительность, т/час Фд — действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч В — годовая потребность в продукте с учетом брака и потерь, т Р2 — принятое в проекте число оборудования КЗ — коэффициент загрузки оборудования, КЗ = 0.8

Расчет производим отдельно для плавки каждого сплава.

3.4.1.1 Для плавки сплава АК9ч:

= 1,74;

= 2,2

Принимаем 3 печи для плавки сплава АК9ч.

3.4.1.2 Для плавки сплава АК9М3-К:

= 2,66;

= 3,33

Принимаем 4 печи для плавки сплава АК9М3-К.

3.4.1.3 Для плавки сплава АК8М3ч:

= 0,48;

= 0,61

Принимаем 1 печь для плавки сплава АК8М3ч.

Всего количество плавильных печей принимаем 8 шт.

3.4.2 Выбор и расчет оборудования для просушки и подогрева шихты Для просушки и подогрева шихтовых материалов перед загрузкой в плавильные печи выбираем проходные камерные сушила ЭП 0055.00.

3.4.2.1 Техническая характеристика сушил приведена в таблице 3.11.

Таблица 3.11

3.4.2.2 Расчет количества проходных камерных сушил ЭП 0055.00

Для подсушки и подогрева шихтовых материалов применяем камерные сушила ЭП 0055.00.

Расчет количества сушил производим по формулам (1), (2):

= 0,95;

= 1,12

Принимаем 2 камерных сушила.

3.5 Проектирование заливочного отделения В проектируемом цехе литьем в кокиль предусмотрено изготавливать 19 наименования отливок или 8982 тонн годного литья в год, литьем под низким давлением предусмотрено изготавливать 2 наименования отливок или 3019 тонн годного литья в год.

3.5.1 Расчет количества кокильных машин Отливки №№ 11, 13 (таблица 2.1) изготавливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит: четырехпозиционных карусельно-кокильные машины 4980, механический заливщик 83 М, две раздаточные печи ИАКр-1,0.

Количество ККМ-4980 рассчитываем по формулам (1), (2):

Таким образом, для производства данных отливок принимаем три заливочных комплекса.

Машина карусельно-кокильная модели 4980 предназначена для получения отливок из алюминиевых сплавов в кокиль, с вертикальной плоскостью разъема, с поддоном, с правой и левой подвижными плитами, с протяжкой торцевого и нижнего стержней и выталкиванием отливок из поддона. Плита поддона снабжена системой принудительного водяного охлаждения. Система управления — комбинированная пневматическая и электрическая и обеспечивает работу в полуавтоматическом режиме.

Техническая характеристика ККМ-4980 представлена в таблице 3.12.

Таблица 3.12

Механический заливщик модели 83 М предназначен для дозирования, транспортировки и заливки алюминиевых сплавов в кокиля на кокильных машинах с массой заливаемого металла до 38 кг. Предусмотрена также возможность очистки ковша от окисных плен в камере выбивки при помощи обдува воздуха и вибратора на обратном пути от кокиля к раздаточной печи.

Режим работы заливщика — полуавтоматический. Система управления — программируемый контроллер.

Техническая характеристика механического заливщика модели 83 М представлена в таблице 3.13.

Таблица 3.13

Техническая характеристика раздаточных печей ИАКр-1,0 представлена в таблице 3.14.

Таблица 3.14

Отливки номер 1,2,4,5 (таблица 2.1) отливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит: карусельно-кокильная машина модели 4979, механический дозатор модели 139 М, раздаточные печи САТ-0,25.

Количество ККМ-4979 определяем по формулам (1), (2):

Таким образом, принимаем три заливочных комплекса.

ККМ-4979 предназначена для получения средних отливок из алюминиевых сплавов среднего развеса. Техническая характеристика данной машины приведена в таблице 3.15.

Таблица 3.15

Механический заливщик модели 139 М предназначен для дозирования, транспортировки и заливки алюминиевых сплавов в кокиля на кокильных машинах с массой заливаемого металла до 20 кг.

Режим работы заливщика — полуавтоматический. Система управления — программируемый контроллер.

Техническая характеристика механического заливщика модели 139 М представлена в таблице 3.16.

Таблица 3.16

Для сохранения сплава в жидком состоянии, в непосредственной близи с заливочной машиной, принимаем тигельную электропечь сопротивления САТ-0,25.

Раздаточно-подогревательная печь САТ-0,25 выполнена в виде сварного металлического кожуха цилиндрической формы, футерованного легковестно-шамотным кирпичом. Нихромовые (Х20Н80) нагревательные элементы печи размещены по боковой поверхности рабочей камеры, они закреплены на крючках, которые вмонтированы в канавки корундовых полочек. Нагревательные элементы питаются электроэнергией от сети.

В верхней части футеровки вмонтировано литое опорное кольцо, выполненное из жаропрочного чугуна. На это кольцо устанавливается литой жаропрочный чугунный тигель. В нижней части печи расположено сливное отверстие.

Во избежание насыщения алюминиевого сплава железом, на чугунный тигель наносят специальную обмазку (60% мелкого кварцевого песка, 30% огнеупорной глины, 10% жидкого стекла)