книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов
..pdfАКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЛИТЬЯ
ДОЗИРОВАНИЕ
ЛИТЕЙНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКОВА ДУМКА» К И Е В — 197 3
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
довой технологии, рост технической оснащенности, комплексная |
механизация |
и автоматизация процессов литья. |
|
Автоматизация большинства технологических процессов в промышленно |
|
сти, и в частности в литейном производстве, немыслима без |
совершенных |
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
ладают большим периодом свободных колебаний, а следовательно, низкой ди намической точностью. Все это, а также отсутствие электрического сигнала на выходе данных устройств затрудняет автоматизацию процессов взвешивания и дозирования материалов в условиях литейного цеха.
В настоящее время все более широкое применение в различных отраслях промышленности находят электромеханические взвешивающие устройства (ЭВУ), обладающие рядом преимуществ по сравнению с механическими. Зна чительные работы по конструированию и исследованию ЭВУ выполняются в НИКИМП (Москва), ВНИИСтройдормаш (Москва), ОКБСИМ (Одесса). ЭВУ выпускается рядом заводов: тяжелого весостроения им. Старостина (Одесса), порционных автоматов (Киев), тензометрических приборов (Краснодар) и др. Однако все данные устройства, разработанные для условий и материалов, отличных от условий и материалов литейного производства, не всегда обеспе чивают качественное взвешивание материалов в тяжелых условиях литейного цеха. В связи с этим рядом организаций и заводов, например ЦНИИТМАШ (Москва), ТНИИСА (Тбилиси), Институтом автоматики (Киев), ВНИТИ и ДГУ (Днепропетровск), ОПИ (Одесса) и др., ведутся работы по созданию электромеханических устройств для взвешивания литейных материалов.
При разработке указанных устройств вопросам анализа их точности не уделялось должного внимания, в связи с чем отсутствуют методики расчета точности ЭВУ, а также требования к их проектированию и изготовлению. По этому при разработке ЭВУ часто не учитывались факторы, влияющие на точ
ность устройств при их изготовлении, монтаже и эксплуатации, и точность |
ЭВУ |
|
в производственных условиях оказывалась ниже ожидаемой. |
|
|
Значительные работы |
в данном направлении проводятся в Институте |
|
проблем литья АН УССР |
(ИПЛ АН УССР). Разработанные в институте |
ЭВУ |
с разомкнутым и замкнутым грузоприемными механизмами и дифференциаль но-трансформаторными весоизмерительными схемами предназначены для взве шивания жидких, сыпучих и крупнокусковых материалов при производстве ли тья и нашли применение в системах дозирования ваграночной шихты, жидкого металла, формовочных материалов. Опыт их эксплуатации в условиях литейно го цеха показал высокую надежность их работы при вибрациях, запыленности, действии значительных ударных нагрузок, больших температурных перепадах.
Рассмотренные в книге электромеханические взвешивающие устройства и дозаторы отличаются универсальностью и приспособлены к условиям литей ного цеха. Анализ статической и динамической точности взвешивания и дози рования материалов выполнен с применением теории случайных функций и ме ханики тел переменной массы, а также с использованием точных механизмов, что позволило сформулировать основные требования, соблюдение которых при проектировании и изготовлении весов и дозаторов обеспечивает получение тре буемой точности измерений,
• I На основании проведенных исследований предложены устройства для
повышения точности взвешивания и дозирования, компенсаторы динамических ошибок, а также дозаторы жидких, сыпучих и крупнокусковых литейных мате риалов.
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
в чушках весом не более 50 кг с одним или двумя |
пережимами |
||||
|
Горепая смесь |
|
|
|
|
|
Отходы металла |
|
|
|
|
|
Отходы металла |
|
|
|
|
WaxwoÔHS |
|
Заюбна |
Ыибт |
Отходы |
|
1l/tUvfiu |
смеси |
||||
|
|
|
|||
подготобт |
изготобление |
|
|
|
|
m |
Форм |
|
|
|
|
Смесеприго- |
'Воабоат смеси |
|
Обрубка |
Годное |
|
|
|
|
|
ттье |
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.
Классификация дозируемых материалов |
Т а б л и ц а 1 |
|||
|
||||
Группа материалов |
Размеры частиц, |
Объемный вес, |
Сыпучесть (текучесть) |
|
|
мм |
Г/я» |
||
Крупнокусковые |
Более 150 |
0,6—4,0 |
Достаточная |
|
Кусковые |
50—150 |
0,5—3,0 |
» |
|
Мелкокусковые |
10— |
50 |
0,4—1,5 |
Достаточно хорошая |
Зернистые |
0,5— |
10 |
0,3—1,5 |
Хорошая |
Порошкообразные |
0,05—0,5 |
0,2—1,0 |
Затрудненная |
|
Пылевидные |
Менее 0,05 |
0,1—0,5 |
Весьма затрудненная |
|
Хлопьевидные |
Волокна, чешуй |
0,05—0,3 |
То же |
|
Жидкие |
ки, хлопья |
|
Хорошая |
|
|
|
|
||
Жидко-вязкие |
~І |
|
|
Достаточная |
Пастообразные |
|
|
Весьма затрудненная |
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
более 200 мм [30]. |
|
|
|
|
|
Целесообразность |
рассмотренных предложений |
подтвержда |
|||
ется опытом |
работы |
литейных цехов некоторых |
иностранных |
||
фирм. |
|
|
|
|
|
Стальной |
и чугунный лом. Доля амортизационного |
лома в |
|||
литейном производстве составляет 20—23% общего веса |
шихты, |
||||
а в последнее время |
в связи с ростом выплавки |
синтетических |
|||
чугунов в электропечах эти цифры |
имеют тенденцию роста. |
||||
Для шихтовки вагранок ГОСТ |
2787—63 предусматривается |
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
ваны размеры кусков не более 250 мм при весе |
не более |
|
20 |
кг. |
|
|
Стружка чугунная и стальная. Доля стружки и мелких отхо |
|
дов |
стали и чугуна составляет в шихте электропечей |
7—10% и |
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
плавке в вагранках. Заводы ГАЗ, З И Л и др. почти |
полностью |
|
используют стружку для переплавки в вагранке. |
|
|
В последнее время широко используется стружка в рассы |
||
пном виде. Она может быть расплавлена, например, |
в |
индук |
ционных печах с сердечником без больших капитальных |
затрат |
|
и почти без потерь. Совершенствуются также способы |
ввода |
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
(кг): чушковые чугуны — до 25, стальной, чугунный лом |
и отхо |
ды чугуна — 25, листовой прокат — 15, брикетированная |
струж |
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