Практическая работа 7. Тема: Проектирование цеха заготовительного литья
Цель – освоение методики выбора технологического процесса литья слитков, расчета шихтовых материалов и расчета оборудования для .цехов заготовительного литья
Теоретическое введение
Основной технологический процесс в литейном цехе заготовительного литья состоит из следующих операций: выбор и расчет шихты и загрузка ее в печь; плавка металла и приготовление сплавов, включая рафинирование и анализ; отливка слитков требуемой формы и размеров; термическая обработка слитков (гомогенизация); механическая обработка слитков (обработка поверхности и резка на мерные заготовки, изготовление темплетов).
Последовательность двух последних операций может изменяться в зависимости от свойств и размеров поперечного сечения слитков.
Слитки отливают методом непрерывного литья. Длину слитка выбирают кратной длине заготовок, обычно она колеблется в пределах 4-6 м.
На выбор оборудования для получения слитков влияет ряд факторов: масштаб производства; энергоресурсы; назначение заготовок и пр.
Главной задачей является обеспечение высокого качества металла.
Выбор технологического процесса литья слитков и расчет оборудования.
В настоящее время современный плавильно-литейный агрегат состоит из плавильной печи вместимостью до 120 т, миксера соответствующей емкости, установок для дегазации, модифицирования и фильтрации, а также литейной гидравлической машины грузоподъемностью, равной емкости миксера. Загрузка шихтовых материалов может быть осуществлена или сверху, или с фронтальной части печи. Расплав в печи перемешивают МГД-перемешивателем, который устанавливается или сбоку, или снизу печи.
Можно использовать индукционные печи промышленной частоты, основные преимущества которых следующие: выделение тепла в самом металле обеспечивает достаточно высокий коэффициент полезного действия; благодаря действию электромагнитных сил расплав хорошо перемешивается; минимальное отношение площади зеркала ванны к объему металла позволяет уменьшить угар металла.
По расходу электроэнергии наиболее экономичны канальные печи с более высоким к.п.д., чем тигельные. Индукционные тигельные печи применяют главным образом для переплава загрязненных отходов и стружки, когда каналы зарастают чрезвычайно быстро, и для приготовления всех видов лигатур. К общим недостаткам индукционных печей следует отнести: высокие первоначальные затраты и затруднительность механизации загрузки; необходимость загружать твердую шихту в жидкий металл, в связи с чем из печи можно сливать лишь около 3/4 расплавленного металла.
Электрические печи сопротивления при работе на твердой шихте в современных цехах почти не применяются из-за малой вместимости, так как глубина ванны ограничена, низкой производительности и более высокого (на 30-35 %) удельного расхода электроэнергии по сравнению с индукционными печами.
Для переплава мелких отходов и стружки можно рекомендовать индукционные тигельные печи, потери металла в которых на 2-3 % меньше, чем в пламенных печах.
В производстве слитков используют каскад миксеров, устанавливаемых на разных уровнях: первый используют как миксер-копильник (металлургический), второй – как раздаточный.
Технические характеристики миксеров можно найти в литературе [12].
Для отливки слитков принимают литейные машины, характеристики которых описаны в литературе [12].
Приготовление сплавов при работе цеха на жидкой шихте ведется в миксере-копильнике. Содержание компонентов рассчитывается по формуле
,
где С – среднее содержание Fe (Si) или других компонентов в металле, %; Р1, Р2 …Pn – масса металла в ковшах, кг; С1, С2 …Cn – содержание Fe (Si) или других компонентов в ковшах, %.
Расчет массы металла необходимого для подшихтовки (расшихтовки) в миксере производится по формулам:
для подшихтовки
,
для расшихтовки
,
где Р – масса металла необходимая для подшихтовки (расшихтовки) на заданный сорт, кг Рмикс. – масса металла имеющаяся в миксере, кг; А – содержание Fe (Si) или других компонентов в металле, залитом в миксере, %; В – содержание Fe (Si) или других компонентов в металле, которое нужно получить, %; С – содержание Fe (Si) или других компонентов в металле, взятом для подшихтовки (расшихтовки), %.
Данные расчета шихты заносятся в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Годовой баланс шихтовых материалов
Марка сплава |
Металозавалка, т |
Алюминий сырец (ГОСТ 11069) |
Отходы собственного производства (ГОСТ 1639) |
Отходы перерабатывающих цехов (ГОСТ1639) |
Лигатура Al-Mg |
Лигатура АК12 |
|||||
% |
т |
% |
т |
% |
т |
% |
т |
% |
т |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для расчета количества литейных машин необходимо составить ведомость основных технологических данных о литье слитков (табл. 7.2).
Количество литейных машин определяется по ранее указанной методике расчета оборудования. Данные расчета заносятся в табл. 7.3.
Таблица 7.2
Классификация и оборудование процессов очистки отливок
Марка сплава |
Размеры слитков, мм |
Вес одного слитка, кг |
Материал кристаллизатора |
Размеры кристаллизатора |
Толщина стенки кристаллизатора |
Температура металла, оС |
Температура воды |
Продолжительность литья |
Скорость литья |
Расход воды на охлаждение слитка, м3/мин |
Смазка кристаллизатора |
||||
длина |
диаметр |
поступающей |
охлаждающей |
мм/мин |
м/ч |
||||||||||
внешний |
внутренний |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример расчета цеха литья круглых слитков.
Исходные данные: мощность цеха 250 тыс. тонн в год. Программа выпускаемых слитков приведена в табл. 7.4. Баланс металла приведен в табл. 7.5.
Таблица 7.3
Расчет числа машин для непрерывного и полунепрерывного литья
Наименование и тип литейной машины |
Номер или индекс слитка |
Вес одного слитка |
Годовая программа по литью |
Число слитков одновременно отливаемых |
Вес слитков отливаемых одновременно |
Норма времени |
Время на выполнение годовой программы |
Действительный годовой фонд времени машины |
Число литейных машин по расчету |
Число литейных машин принято по проекту |
Коэффициент загрузки |
|
на одну операцию заливки, мин |
на один слиток |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.4
Данные расчета потребности и загрузки оборудования
Наименование установки |
Сечение слитка, мм |
Масса слитка, кг |
Кол-во одновременно отливаемых слитков, шт. |
Машинное время отливки слитка, мин |
Средняя скорость литья, мм/мин |
Средняя производительность, т/ч |
Кол-во оборудования, шт. |
Коэфф. загрузки |
|
расчетное |
принятое |
||||||||
Литейная машина ПНГ 30-7,5 |
240×6341 |
777 |
32 |
106 |
60 |
14,13 |
2,42 |
3 |
0,81 |
300×6341 |
1214 |
20 |
|||||||
400×6341 |
2158 |
12 |
|||||||
Таблица 7.5
Годовой баланс шихтовых материалов
Марка сплава |
Металозавалка, т |
Алюминий сырец (ГОСТ 11069) |
Отходы собственного производства (ГОСТ 1639) |
Отходы перерабатывающих цехов (ГОСТ1639) |
Лигатура Al-Mg |
Лигатура АК12 |
|||||
% |
т |
% |
т |
% |
т |
% |
т |
% |
т |
||
АД31 |
185556 |
63,8 |
118385 |
15,0 |
27833 |
18,0 |
33400 |
0,5 |
928 |
2,7 |
5010 |
АД1 |
92222 |
79,0 |
72856 |
6,0 |
5533 |
15,0 |
13833 |
- |
- |
- |
- |