книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов

Объемный вес. Эта характеристика определяется грануло­ метрическим составом материала, его влажностью, температу­ рой и т. п. Колебания объемного веса одного и того же материала могут достигать 200—250%. Зависимость объемного веса от со­ держания влаги не остается постоянной для материалов различ­ ного гранулометрического состава. Так, у порошкообразных

Рис. 2. Зависимость объемной массы от влажности (а) и от фрак­ ций материала (б).

материалов, например песка, при увеличении влажности объем­ ный вес уменьшается (рис. 2, а). Для материалов, неоднородных по своему составу (с крупными кусками), увеличение влажности вызывает увеличение объемного веса (рис. 2, б).

Объемный вес дозируемого материала необходимо знать для определения основных размеров элементов дозаторов, а также при выборе величины дозы.

Размеры частиц. Наибольший линейный размер частиц до­ зируемого литейного материала служит основанием для вы­ бора сечений выходных отверстий элементов дозаторов. При выборе и проектировании затворов дозаторов кусковых материа­ лов следует принимать их размеры из условий, гарантирующих отсутствие застреваний кусков материала с максимальными раз­ мерами. Однако это приводит к увеличению сечений выходных отверстий, в результате чего снижается точность дозирования, особенно в автоматических дозаторах.

Угол естественного откоса. Этот показатель является одним из основных факторов, характеризующих сыпучесть материала. Угол естественного откоса образуется плоскостью естественного откоса материала с горизонтальной плоскостью и не является постоянным. Он определяется зернистостью, влажностью, темпе­

текущую под действием силы тяжести.

11

Многие материалы склонны образовывать своды, т. е. зави­ сать над выходными отверстиями (рис. 3). После образования свода дальнейшее истечение материала прекращается и может возобновиться только после разрушения свода. Своды могут образовываться также вследствие несоответствия размеров вы­

ходных отверстий размерам кусков у////л дозируемого материала. Избежать этого можно, правильно выбирая параметры выходных отверстий, применяя различного рода побуди­

тели, питатели и т. п.

териала. В некоторых случаях повышение влажности способст­ вует истечению материала. При дозировании влажных материа­ лов часть веса дозы составляет вода, поэтому необходимо вво­ дить коррекцию в программу дозирования.

Остальные свойства дозируемых литейных материалов не оказывают непосредственного влияния на процесс дозирования и при необходимости элементы дозатора предохраняют от воз­ действия пыления, коррозии, температуры и т. п.

3.ТРЕБОВАНИЯ К ДОЗИРОВАНИЮ МАТЕРИАЛОВ

ВТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ЛИТЬЯ

Выработка и конкретизация требований, предъявляемых к дозированию литейных материалов, в значительной степени определяют его эффективность, экономичность и в итоге качество и себестоимость готовых отливок.

При проектировании и внедрении дозирующего оборудования неизменно возникает вопрос, с какой точностью необходимо до­ зировать литейные материалы и какие средства нужны для реше­ ния поставленной задачи. Очевидно, что завышенные требования к точности дозирования влекут за собой нерациональное расхо­ дование средств на приобретение приборов и устройств для уменьшения погрешности дозирования и пр., и, наоборот, исполь­ зование при дозировании литейных материалов ручного труда может привести к появлению недопустимо больших погрешно­ стей дозирования и, соответственно, к браку литья.

Определение оптимального соотношения качества и экономич­ ности дозирования литейных материалов является одной из глав­ ных задач при механизации технологических процессов. Эта

12

задача может быть решена только в том случае, если известны основные критерии процесса дозирования: допустимые погреш­ ность дозирования и интенсивность подачи материала, которые в каждом отдельном случае определяются спецификой техноло­ гического процесса.

Шихтовка плавильных агрегатов. Допустимая погрешность дозирования шихтовых материалов зависит от режима работы плавильного агрегата, химического состава выплавляемого спла­ ва, качества шихты, веса шихтовой колоши и ее отдельных ком­ понентов и т. д.

Основная задача дозирования шихты — получение требуемо­ го химического состава сплава. Появление фактического отно­ сительного отклонения Ѳ ф Ж содержания химического элемента х сплава при дозировании компонентов шихты должно подчинять­ ся следующему условию:

центного содержания химического элемента х сплава от среднего значения; Д*ф и àx3 — соответственно фактическое и заданное

стями дозирования. Если допустить, что эти погрешности поло­ жительны, то выражение ( I . 2) может быть трансформировано в другую форму, а именно:

п

J3

может изменять знак выражения для ѲфХ при изменении отноше­ ния Хі/ха. Практически учитывать знак Ѳф* для всех компонентов колоши не представляется возможным, поэтому, ужесточая усло­ вия расчета ѲфХ , рассматриваемый член уравнения ( I . 5) можно представить через абсолютную величину, называемую модулем т.і i'-го компонента шихты. После ввода в рассматриваемый член неучтенного ранее колебания содержания химического элемента

Выражение (1.5) с учетом (1.6) может быть записано сле­ дующим образом:

нулевое значение ѲфХ может быть получено при случайном совпа-

14

дении параметров, приведенных в выражении (1.7). Решающее влияние на отклонение ѲфЖ при постоянном составе шихты ока­ зывает появление различных по величине погрешностей дозиро­ вания. Характер этого влияния можно установить, взяв по урав­ нению ( I . 7) частные производные от ѲфХ по каждой из относи­ тельных погрешностей дозирования:

стоянный знак и изменяется очень медленно. Это дает возмож­

где R( = относительное содержание і-го компонента в ко-

лоше.

Замена в уравнении ( I . 10) текущих фактических значении ѲфЖ и офі соответственно заданным Ѳф3 и допустимым од» значе­ ниями и решение ( I . 10) относительно од г - дают выражение для допустимой относительной погрешности дозирования і-го компо­ нента шихты ( % ) :

(1.11)

m i R i

15

где Ѳзж — относительное заданное отклонение содержания хими­ ческого элемента х сплава от среднего значения.

Величина Ѳ3 * находится из выражения

где Xmax, Xmin, *ср — соответственно максимальное, минимальное и среднее содержания химического элемента х в сплаве.

Анализ выражения (1.10) показывает, что при прочих равных условиях наименьшему значению Ѳзх соответствует минимальная величина од* и химический элемент с минимальным Ѳ 3 ж будет определяющим при расчете од,. Погрешность дозирования, рас­ считанная на получение заданного содержания определяющего химического элемента, удовлетворяет требованиям получения заданных значений содержаний и других химических элементов данного сплава.

Пользуясь выражением (1.12), можно установить предельные значения Ѳз* по определяющим химическим элементам для основных видов чугунов и сталей (табл. 2). В этой же таблице приведены марки сплавов, ограничивающие диапазоны этих зна­ чений.

В большинстве сплавов определяющим химическим элемен­

16

сплавов имеют место случаи, когда определяющими являются кремний, марганец, хром, никель. Так как величина @зх при про­ чих равных условиях является функцией хср, а не другой харак­ теристики сплава, то определяющий химический элемент с точки зрения выбора параметров процесса дозирования часто не явля­ ется тем химическим элементом, к которому по требованиям технологии предъявляются наиболее жесткие требования в отно­ шении его содержания.

Определяющий химический элемент распределен по компо­ нентам шихты, поэтому оценка величины его отклонений может

понентов колоши будет иметь минимальную величину, если при ее определении будут использованы только определяющий хими­

при различных значениях /пг- и Ri семейством обратно пропорци­ ональных зависимостей бДг = /(ОТі; Ri) (верхняя часть номограм­ мы) , построенных в прямоугольных координатах. По оси абсцисс отложены значения Ru по оси ординат — значения m,-; кривые, пересекающие площадь номограммы, выражают постоянство од * при изменении Ri и m* в практически существующих пределах. Изломы кривых связаны с изменением масштаба координатных осей.

Второй сомножитель представляет собой погрешность дози­ рования при niiRi=\ и выражается уравнением прямой линии бдг = 100 kxß3x. Для ряда значений kx и Ѳзх получено несколько таких зависимостей. На номограмме эти зависимости построены в полярных координатах (нижняя часть номограммы), на вер­ тикальной оси отложены проекции величин Ѳзж, а под углами наклона к этой оси, тангенсы которых соответствуют значениям коэффициента влияния угара (пригара) kx, проведены прямые линии.

Графически операция поиска сомножителей и их перемноже­ ние осуществляются следующим образом (пример показан на номограмме штриховыми линиями). По известным значениям Ri

2—696

Рис. 5. Номограмма для определения допустимой погрешности дози­ рования шихты.

рактеризующей заданные параметры сплава (слева Ѳ 3 х = ±0,018, &х = 0,8; справа Ѳ3 х = ±0,008, kx=0,8).

18

Полученная допустимая погрешность дозирования шихты плавильных агрегатов является одной из основных характери­ стик процесса дозирования. Анализ показывает, что при суще­ ствующих требованиях к химическому составу сплавов и шихты допустимая погрешность дозирования для компонентов шихты находится в следующих пределах: для возврата собственного производства ±100-7-400%; для чугунного лома и чушковых чу­

казывают, что уменьшение веса шихтовых колош способствует повышению температуры чугуна и нормализации процесса плав­ ления при вагранной плавке, а также повышению к. п. д. и про­ изводительности электропечей, в особенности индукционных промышленной частоты, при обеспечении непрерывного режима их работы.

Полученное выражение допустимой погрешности дозирования шихты дает возможность осуществить выбор допустимых веса шихтовой колоши и интенсивности подач материала для обеспечения непрерывной плавки в плавильных агрегатах. При суще­ ствующих дозирующем литейном оборудо-' вании и разделке шихты эту задачу можно решить при помощи интенсивной дискрет­ ной подачи малых доз материала в плавиль­ ные агрегаты.

где АІ и ВІ — коэффициенты, характеризующие соответственно систематическую и случайную составляющие погрешности дози­ рования.

После замены в уравнении (1.14) текущих значений б* и Q» допустимыми, соответственно бД і и QÄi, определится значение до­ пустимого веса дозы компонента шихты