1.5 Выбор режима работы цеха и расчёт фондов времени

Режим работы литейного цеха и отдельных производственных участков определяется очерёдностью выполнения операций технологического процесса и изготовления отливок. В литейных цехах применяются два основных видов режима работы:

• ступенчатый (последовательный) – с разделением операций во времени в неизолированном общем помещении. Этот режим преимущественно применяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства;

• параллельный – при котором все технологические операции выполняются одновременно на различных производственных участках.

Для данного цеха выбираем двухсменный параллельный режим работы с пятидневной рабочей неделей, дающий сокращение времени производственного цикла изготовления отливок, а также позволяющий рационально использовать оборудование и производственные площади цеха. Двухсменный режим выгоден также тем, что позволяет проводить профилактический осмотр и ремонт оборудования в течении третьей смены.

В соответствии с принятым режимом работы рассчитываем фонды времени работы оборудования, рабочих мест.

Фонды времени рассчитываем исходя из существующих законоположений о рабочих и нерабочих (выходных) днях и продолжительности трудового дня (41 час в неделю).

При проектировании применяются три вида годовых фондов времени работы оборудования и рабочих:

• календарный Ф_к= час;

• номинальный – полное годовое время, в течение которого должно работать предприятие без каких-либо потерь, за исключением праздников и выходных дней;

,

где 365 – число дней в году;

Р – усреднённое число выходных дней и праздников в году;

С – число рабочих смен в сутки;

Ч – продолжительность рабочей смены.

часов

• действительный – определяемый путём исключения из номинального фонда неизбежных потерь времени для нормального организованного труда;

,

где П – потери рабочего времени.

часов

Баланс рабочего времени оборудования приведён в таблице 6

Таблица 6

Баланс рабочего времени оборудования

Статьи баланса	Количество дней
1. Календарный фонд времени	365
2. Выходные и праздничные дни	113
3. Номинальный фонд времени	252
4. Простои по причинам: текущий ремонт капитальный ремонт	8 10
5. Действительный фонд времени	234

Для определения потерь времени работы оборудования применяется коэффициент потерь времени К_п. Значения К_п для двух сменного режима работы приведны в таблице 7

Таблица 7

Коэффициент потерь времени работы оборудования

Оборудование	Кп
Дуговые печи	0,05
Крупные термические печи	0,05
Технологическое оборудование для среднего литья	0,04

1.6 Расчёт количества основного оборудования

1.6.1 Плавильное отделение

Выбор типа и производительности плавильных агрегатов зависит от вида и качества сплава, применяемого для изготовления отливок, объёма производства, групп отливок по массе, режима работы плавильного отделения и ряда других факторов. Для расчёта оборудования плавильного отделения составляем баланс металла с учётом видов сплава. В проектируемом цехе используется сталь 55Л (ГОСТ 977-88).

Таблица 8

Баланс металла

Наименование показателя	Величина показателя
Годные стальные отливки, % т/год	71,5 20054
Литники, слив, брак, угар, потери, % т/год	28,5 8022
Итого металлозавалка, т/год	28076

Плавка стали

Сталь 55Л целесообразно выплавлять в электродуговых печах постоянного тока, так как этот плавильный агрегат обладает целым рядом преимуществ. Такими как более низкий процент угара, более высокое КПД и быстрое расплавление металла.

Более низкий расход электроэнергии является одним из наиболее важных особенностей дуговых печей постоянного тока по сравнению с другими типами электрических печей - переменного тока (типа ДСП), индукционных, электропечей сопротивления. Практикой установлено, что расход электроэнергии по сравнению с другими типами печей, при использовании дуговых печей постоянного тока сокращается на 20 %.

Дуговые печи постоянного тока обычно имеют только один графитовый электрод, диаметр которого может достигать 700 мм. Важнейшее конструктивное отличие дуговой печи постоянного тока состоит в наличии подового электрода. Подовый электрод располагается не соосно с верхним, а на расстоянии 500..600 мм от оси печи. Это обеспечивает интенсивное электромагнитное перемешивание металла в ванне. Кроме того, к преимуществам таких печей относится: уменьшение в 5-9 раз удельного расхода графитовых электродов, а значит и вредных выбросов из печи; уменьшение шума и вибрации при работе печи, некоторое снижение расхода электроэнергии и угара металла при плавке.

В то же время стоит отметить усложнение конструкции и эксплуатации пода печи в связи с расположением в нем подового электрода и необходимой для работы печи тиристорной установки с выпрямителем.

При плавке в дуговых печах источником энергии является электрическая дуга, проходящая между электродами и плавящимся металлом. Температура в области дуг может достигать 3000 °С, что позволяет плавить любые металлы, низкосортные металлоотходы, крупногабаритную шихту.

Рассчитаем объем печи исходя из выбора количества печей, зависимый от количества марок материалов с учетом простоя оборудования.

где, Q – годовая потребность металла

Т- один такт времени работы печи

n – количество печей

Необходим один такт работы печи

Таблица 9

Операция	Время, мин.
Загрузка	25
Закрытие свода	5
Опускание электродов	10
Розжиг	2
Расплавление	50
Наведение шлака	10
Выдержка под шлаком	20
Скачивание шлака	5
Хим. анализ	25
Поднятие электродов	10
Открытие свода	5
Выпуск металла	10
Такт	2,95

Т=2,95 часа

Для бесперебойной работы цеха при параллельном режиме принимаем три два агрегата для плавки стали.

Для плавки стали в проектируемом цехе будем использовать дуговые сталеплавильные печи ДСП-1,5 и ДСП-3, технические характеристики которых приведены в таблице 10

Таблица 10

Технические характеристики ДСП-1,5 и ДСП-3

Печь	Ёмкость, т	Мощность, кВт	Удельный расход электро- энергии, кВт*ч/т	Габариты печи
				длина	ширина	высота
ДСП-1,5	1,5	1600	520	5200	4000	4800
ДСП-3	3	2200	530	5600	4400	5400

Для плавки стали применяются печи с кислой футеровкой. Кислая футеровка обладает большей стойкостью по сравнению с основной, что является важным ее преимуществом в условиях литейных цехов, работающих с перерывами в одну или две смены. Кроме того, пониженная отражательная способность кислого шлака уменьшает тепловую нагрузку на футеровку.

По этим причинам стойкость футеровки кислых дуговых печей выше, чем основных. Стоимость кислых огнеупоров в 2–2,5 раза ниже чем основных.

Теплопроводность кислых огнеупоров ниже, чем основных, что способствует уменьшению тепловых потерь. Влияние шлака на металл в кислых печах менее существенно, чем в основных. Поэтому глубина ванны в кислых печах больше, чем в основных при том же диаметре ванны. В результате этого тепловой КПД кислых печей выше, чем основных.

Для плавки в кислых дуговых печах содержание серы и фосфора в шихте должно быть ниже допустимого предела в готовой стали, так как удалять их в процессе плавки удается плохо.

Для эффективного рафинирования металла в процессе кипения содержание углерода в шихте должно быть большим, чем в готовом металле, на 0,15 … 0,20 %. Для этого в шихту наряду с возвратом и отборным стальным ломом добавляют передельный чугун, кокс или электродный бой.

Заправка подины печи постоянного тока отличается от заправки печи переменного тока тем, что в район подового электрода подают заправочную смесь с металлической высечкой и, перед сливом металла, через расплав на подовые электроды подают 2-5 кг кусковой шихты для «замораживания» его рабочей части и электрического контакта после последующей завалки шихты. После 50-100 плавок подачу кусковой шихты в связи с завершением металлизации подины прекращают. Завалку шихты ведут через завалочное окно мульдозавалочной машиной на металл и шлак, частично оставленный в печи от предыдущей плавки.

Процесс плавки разделен на три периода, которые проводят на постоянной мощности дуги.

Период 1 - подготовительный. Его проводят на высоком напряжении и небольшом токе дуги. Режим дуги позволяет вести расплавление шихты без привязки анодного пятна на расплав. Длинная дуга обеспечивает стабильный электрический режим, интенсивный нагрев печных газов, плавный нагрев всего объема шихты. Локальный перегрев металла не возникает, так как капли металла, нагреваясь, преодолевают силы поверхностного натяжения и немедленно стекают вниз. В этом периоде отгоняются органические загрязнения шихты, которые не разбавлены продуктами сгорания газа, шихты, подсосами воздуха в печь, как это происходит в ДСПТ. Эти испарения выходят из отверстия в своде и догорают до завершенных оксидов. В течение периода 1 в шихте образуется расширяющаяся вверх воронка, которая в периоде 2 исключает обрушивание шихты на сводовый электрод и замораживание металла на подине. В отличие от ДСП энергосодержание отходящих газов зависит только от загрязненности шихты, обычно не превышает 0,5-0,8 % от подведенной мощности, и утилизация их энергии нецелесообразна.

Период 2 - энергетический. В этот период обеспечивается стабильный электрический режим при колебании мощности не более ± 5 %, что способствует быстрому расплавлению шихты и не приводит к заметному локальному перегреву металла. Ток дуги в этот период удваивают, а напряжение в 2 раза снижают. В начале периода 2 анодное пятно дуги располагается на расплаве. Основная мощность дуги излучением и конвекцией печных газов передается в нерасплавленную шихту и через анодное пятно в расплав. Перегрев расплава под дугой в периодах 2 и 3 предотвращается соответствующим размещением подового электрода. В этих условиях температурное поле расплава выравнивается из-за интенсивной конвективной теплопередачи через расплав, а высокая скорость движения металла под дугой не допускает его локального перегрева. Во всех периодах плавки происходит минимальный угар металла, не образуется первичный шлак. В этих условиях состав шлака и его активность можно регулировать подачей шлакообразующих элементов. Образованный шлак – жидкоподвижен и из-за интенсивного перемешивания металла эффективно взаимодействует с расплавом.

Период 3 - технологический. Третий режим проводится на короткой дуге. Напряжение на дуге в четыре раза меньше, чем в 1-ом режиме, а сила тока в четыре раза больше. При этом происходит окончательное расплавление шихты, нагрев расплава, рафинирование и перемешивание расплава и шлака. В этот период можно проводить окислительный процесс подачей кислорода или рудным кипом, который при принудительном управляемом МГД – перемешивании металла весьма эффективен.