книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов

П4.1 гооГгглЗ.; Д62

УДК 66.028:621.74

В книге освещены вопросы разработки и исследо­ вания электромеханических весов и дозаторов литей­ ных материалов. Основное внимание уделено анализу статической и динамической точности взвешивания, разработке критериев процесса дозирования, методов и устройств повышения точности дозирования куско­ вых, сыпучих и жидких литейных материалов. Приве­ дены результаты экспериментальных исследований ве­ сов и дозаторов и их эксплуатации в различных тех­ нологических процессах литейного производства.

Предназначена для научных и инженерно-техни­ ческих работников, занятых в области автоматизации производственных процессов, может быть полезна сту­ дентам вузов соответствующих специальностей.

Авторы: В. И. Врублевский , К. С. Богдан В. Н. Горбенко, В. М. Денисенко, Ю. П. Каширик

Ответственный редактор д-р техн. наук О. М. Крыжановский

Рецензенты:

д-р техн. наук В. С. Кочо,

канд. техн. наук А. Д. Пущаловский

Редакция технической литературы Зав. редакцией В. Д. Навроцкая

0314—247 50—73 М221(04)—73

© Издательство «Наукова думка>, 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Программа построения коммунизма в нашей стране предусматривает даль­ нейшее развитие машиностроительной промышленности, в связи с чем большое внимание уделяется литейному производству — основной базе машинострое­ ния.

В настоящее время уровень автоматизации литейного производства зна­ чительно отстает от уровня автоматизации ведущих отраслей машиностроения. Важную роль в ликвидации этого отставания должны сыграть внедрение пере­

средств автоматического взвешивания и дозирования материалов. Автомати­ ческое измерение масс материалов в таких основных технологических процес­ сах, как шихтовка, формовка и заливка, позволяет повысить производитель­ ность труда и обеспечить получение требуемого качества жидкого металла, формы, а следовательно, и самой отливки, освобождает рабочих от физически тяжелого и вредного труда в условиях литейного цеха, способствует снижению расхода материалов и экономии средств, создает возможность комплексной автоматизации процессов литья. Измерение и контроль масс материалов в грузопотоках сырья, готовой продукции, отходов и возврата материала в значительной степени облегчают определение экономических показателей ра­ боты литейного цеха.

Анализ грузопотоков в технологических процессах производства отливок показывает, что во многих из них измерение и контроль масс являются обяза­ тельными. Однако в настоящее время в подавляющем большинстве грузопото­ ков контроль масс материалов отсутствует, что сказывается определенным об­ разом не только на качестве литья и учете количества перерабатываемых ма­ териалов, но и на уровне механизации и автоматизации технологических про­ цессов в целом. Это объясняется прежде всего тем, что разработке автомати­ ческих взвешивающих устройств, надежно работающих в условиях литейного цеха, как и разработке средств механизации и автоматизации дозирования ли­ тейных материалов, уделялось недостаточное внимание.

Существующие рычажные механические весы при значительных ударных и знакопеременных нагрузках, вибрации, запыленности, сопровождающих ра­ боту взвешивающих устройств в условиях литейного цеха, работают, как пра­ вило, ненадежно и часто выходят из строя. Кроме того, механические весы об-

3

Г л а в а I

ЛИТЕЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ДОЗИРОВАНИЮ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Взвешивание и дозирование кусковых, сыпучих и жидких материалов имеет большое значение почти во всех технологиче­ ских процессах литейного производства. Применение тех или иных существующих средств весового контроля в грузопотоках литейных цехов (рис. 1), а также разработка новых весоизме­ рительных устройств и дозаторов во многом определяются свой­ ствами литейных материалов. Количество наименований дозиру­ емых литейных материалов достаточно велико, а их технические характеристики отличаются разнообразием. Например, доста­ точно отметить, что объемный вес дозируемых материалов колеблется от 0,05 до 4,0 т/м3. Гранулометрический состав литей­ ных материалов весьма различен: от тонкодисперсных порошков до крупнокусковых материалов, когда вес отдельных кусков достигает 30—50 кг, а габариты—150 мм и более. Литейные материалы различаются также по гигроскопичности, корродиру­ ющим свойствам и т. д.

Из всех характеристик, определяющих конструкцию дозатора, наиболее важными являются объемный вес материала, размеры и форма его частиц. Объемный вес определяет объемы расходной емкости (подающего устройства и грузоприемного ковша взвеши­ вающих устройств при заданных значениях порций и, следова­ тельно, габариты всего дозатора. Наряду с этим объемный вес, размеры и форма частиц материала в значительной степени опре­ деляют его сыпучесть. Наименее сыпучи порошкообразные и пылевидные легкие материалы. Кусковые и тяжелые материалы более подвижны, хотя в ряде случаев дозирование их, например шихты плавильных агрегатов, весьма затруднительно.

Характеристика сыпучести материала обусловливает его про­ хождение через основные механизмы дозатора: расходную емкость, питатель, выпускную воронку, грузоприемный ковш взвешивающих устройств и выпускной затвор.

По основным свойствам все дозируемые материалы можно разбить на 10 групп (табл. 1).

По применению в основных технологических процессах литей­ ного производства можно выделить шихтовые и формовочные ма-

5

териалы, а также расплавы. В качестве шихты при плавке чер­ ных металлов в литейных цехах применяют литейные чугуны, стальной и чугунный лом, стружку, ферросплавы, флюсы, руду, окалину, кокс.

Литейные чугуны поставляются металлургическими заводами

стерши брак,отходы тютя

Рис. 1. Схема грузопотоков материалов в литейном производстве.

для удобства разламывания. Максимальный размер чушки не должен превышать 600 мм. Форма современной чушки обуслов­ лена требованиями разделки вручную и на чушколомках, а также необходимостью удобного складирования на немеханизирован­ ных шихтовых складах. В настоящее время операция дробления литейных чугунов в цехах не производится из-за большой ее тру­ доемкости. Развитие процессов плавки и шихтовки, а также необходимость их автоматизации обусловливают требования в отношении снижения габаритов и веса кусков литейных чугунов.

I

Исследование влияния габаритности литейных чугунов на качество отливок [29, 30] показало, что увеличение веса чушек ведет к повышению брака по усадке и усадочной рыхлости в связи с наличием спели в чушках большого развеса. При уменьшении веса чушек до 20 кг спель в середине большого сечения отсут­ ствует, в результате чего улучшается качество ваграночного чу­ гуна и сокращается брак отливок. Однако существующие габари­ ты и вес кусков литейных чугунов затрудняют разработку рацио­ нальных механизированных установок для дозирования шихты, вызывая нецелесообразное увеличение параметров дозаторов.

Поставляемые на шихтовые склады литейные чугуны не соот­ ветствуют также и задачам получения отливок со строго задан­ ным химическим составом — например, поле допуска у них по содержанию кремния составляет 0,5% при весе чушек 50 кг.

Результаты наблюдений показали, что чушки размером более 250 м и весом 45—50 кг должны быть полностью исключены из поставки и вес чушки должен составлять 20 кг при длине не

самый высококачественный лом: вес куска в пределах 1—35 кг, размеры не более 250X200x100 мм и толщина листа не менее 8—12 мм.

В результате исследования ваграночного процесса выявилась зависимость перегрева чугуна, наличия в нем спели, давления и расхода воздуха в вагранке, жидкотекучести шлаков от габарит­ ности и веса кусков шихтовых материалов [29, 37] и подтверди­ лась необходимость уменьшения параметров кусков шихты.

Применение крупногабаритной шихты нарушает нормальный ход плавки в нижней части вагранки, требует повышенного рас­ хода топлива и увеличения выходных отверстий бункеров, сни­ жает точность дозирования, а следовательно, влияет на стабиль­ ность химического состава чугуна. Нельзя признать правильным мнение, что система механизации шихтовки должна обеспечить дозирование шихты независимо от веса и размеров кусков лома. Всесторонний анализ процесса плавки чугуна в вагранке и рабо­ ты элементов механизации и автоматизации шихтовки позволяет рекомендовать максимальный размер куска лома для вагранок не более 200 мм при весе не более 20 кг.

Самые низкие требования по ГОСТ 2787—63 предъявляются к лому для электроплавильных печей: размеры кусков 600 X 350 X Х250 мм без ограничения веса. Технические условия для лома

7

электропечей составлялись, исходя из устаревших способов ве­ дения плавки и шихтовки, что не способствует механизации и автоматизации этих процессов. Получение непрерывности про­ цесса плавки — одна из сложных и важных задач электропла­ вильного производства, решение которой может привести к корен­ ному пересмотру возможностей электропечей. Однако в настоя­ щее время это еще неосуществимо главным образом из-за некачественного и крупногабаритного лома. При непрерывном процессе плавки параметры шихтовых материалов должны обе­ спечить как непрерывное их расплавление (при непрерывном выходе металла в миксер), так и высокую точность дозирования. Некоторые зарубежные фирмы частично разрешили эту задачу благодаря особому вниманию к разделке и качеству шихтовых материалов, правда, для специфических условий производства [84].

Учитывая бурное развитие сталеплавильного производства, следует отметить, что значительное повышение эффективности плавки и качества сплавов, а также механизация и автоматиза­ ция процессов плавки и шихтовки возможны при введении новых норм на разделку вторичных металлов, отвечающих сложившим­ ся требованиям. Для лома электропечей могут быть рекомендо­

непрерывно увеличивается, особенно при выплавке синтетических чугунов, когда шихта может состоять из 100% стружки.

Один из способов использования стальной и чугунной струж­ ки — это введение ее в шихту в виде брикетов, размеры и вес которых должны удовлетворять требованиям технологии плавки и созданию систем автоматического дозирования. В нашей стране брикетированная стружка находит широкое применение при

стружки в рассыпном виде в вагранки и индукционные тигельные печи. Применение рассыпной стружки, как самой дешевой части шихты, несет в себе большие экономические выгоды при выплав­ ке сплавов в электропечах. За рубежом имеются предприятия, на которых работа электроплавильных печей переведена полностью на использование стружки [84]. Вопрос об использовании струж­ ки усложняется тем, что до сих пор не созданы надежные устрой­ ства для ее дозирования.

Ферросплавы. Составы ферросплавов определены гостами, из; которых некоторые действуют с 1949 і\ Ферросплавы поставля-

8

ются в чушках или в кусках и перед загрузкой в печи дробятся. Флюсы. Они обычно употребляются в хорошо разделанном

виде и их дозирование не представляет трудностей.

Руда, окалина. Для ускорения процесса окисления примесей при плавке стали в электропечах применяют железную, марган­ цевую руду и окалину в сочетании с подачей кислорода под дав­ лением 5—8 ат в жидкую сталь под шлак.

Кокс. Являясь основным ваграночным топливом, кокс постав­ ляется в кусках размерами до 100—150 мм. Вследствие сравни­ тельно малого удельного веса возможно довольно точно дозиро­ вать его существующими установками.

Из характеристики шихтовых материалов, применяемых в литейных цехах для выплавки черных сплавов, можно сделать вывод, что состояние металлической шихты не всегда удовлетво­ ряет условиям нормализации процессов 'плавки и получения ка­ чественных сплавов. Задачи повышения эффективности плавки и качества сплавов не могут быть решены, когда ручной физи­ ческий труд на участке шихтовки является производственной необходимостью или когда применение механизации не обеспе­ чивает нужной надежности и точности дозирования.

В И П Л АН УССР разработаны предложения по пересмотру существующих гостов на шихтовые материалы с учетом перечи­ сленных выше требований [30], которые переданы в Госплан

СССР, Госстандарт СССР и в соответствующие министерства. В частности, рекомендовано установить следующий вес кусков

к а — 20, зеркальный чугун — 10, ферросилиций доменный— 10, ферромарганец — 1.

Из большого количества формовочных материалов можно выделить сыпучие и жидкие материалы, применяемые при при­ готовлении стержневых и формовочных смесей.

Сыпучие формовочные материалы. К сыпучим формовочным материалам относятся формовочные пески, глины, горелая смесь и др. Они отличаются не только по своему гранулометрическому составу, но также по влажности и температуре. Поэтому до по­ ступления в смесеприготовительное отделение эти материалы следует подвергнуть предварительной обработке. Кварцевые пески просеивают с целью отделения от них гальки и других примесей, попавших в песок при добыче и транспортировании. Около 50% кварцевых песков, поступающих в литейные цеха, имеют значительную влажность и их необходимо предваритель­ но сушить. Применение на многих заводах свежих увлажненных песков создает значительные трудности при их дозировании, а также при получении стабильной влажности формовочной смеси. Глина и каменный уголь вводятся в формовочные смеси большей частью в порошкообразном, тонкоразмельченном виде. Глина перед размалыванием подвергается сушке. Уголь сушить нель-

9