Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К аф едра «Литейные и высокоэффективные технологии»
К.В. НИКИТИН
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Самара
Самарский государственный технический университет
2020
Печатается по решению методического совета ФММТ СамГТУ (прото-
кол № 2 от 06.10.2020 г.).
УДК 621.74(075.8)
ББК 34.61я73
Н 624
Никитин К.В.
Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве: учеб. пособие /
. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2020. – 60 с.
Обоснована актуальность ресурсо- и энергосбережения в литейном произ-
водстве на современном этапе. Рассмотрены вопросы рационального использования основных ресурсов в литейном производстве. Приведена информация по
технологиям рециклирования отходов на основе алюминия и рассмотрены основные способы улучшения качества сплавов из рециклируемых отходов. Показана эффективность использования продуктов рециклинга алюминиевых
шлаков в качестве обсыпочного материала для изготовления огнеупорных керамических форм при литье по выплавляемым моделям.
Может быть использовано и при освоении дисциплины «Вторичные ресур-
сы в металлургии».
Предназначено для студентов очного и заочного обучения, обучающихся
по направлениям 22.03.02 «Металлургия» (профиль подготовки «Литейное
производство чёрных и цветных металлов»), 15.03.01 «Машиностроение» (профиль подготовки «Машины и технология литейного производства»), а также
может быть использовано при магистерской подготовке по указанным направлениям.
Р ец е н з е н т : доцент каф. «Металловедение, порошковая металлургия,
наноматериалы»
УДК 621.74(075.8)
ББК 34.61я73
Н 624
© К.В. Никитин, 2020
© Самарский государственный
технический университет, 2020
3
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время металлические детали машин, части конструкций и вообще металлические изделия изготавливают путём нескольких
технологических процессов, следующих один за другим, так что конечная продукция одного процесса служит исходными заготовками для
другого. Как правило, последним технологическим процессом, выдающим деталь или часть конструкции в состоянии, пригодном для сборки
машин и сооружений, является механическая обработка. Механической
обработке подвергают фасонные отливки, поковки, деформированные
полуфабрикаты, сварные и паяные заготовки.
Фасонные отливки получают различными способами литья,
обеспечивающими максимальную близость отливки по конфигурации
и геометрии к конечной детали. Наибольшую точность и максимальный коэффициент использования металла дают специальные способы
литья, такие, как литьё под давлением, по выплавляемым и газифицируемым моделям и т. д.
Поковки получают, используя литые заготовки – слитки или деформированные полуфабрикаты (прутки, полосы). Деформированные
полуфабрикаты (плиты, полосы, листы, прутки, профили, трубы, проволоку) получают пластическим деформированием в ходе обработки
давлением – ковки, прокатки, прессования, волочения. Исходными
заготовками для производства деформированных полуфабрикатов
служат исключительно литые заготовки – слитки.
В силу своей специфики литейное производство является наиболее
материало- и энергоёмким процессом. Однако в настоящее время
именно литейное производство является основной заготовительной базой наиболее динамично развивающейся отрасли – машиностроения.
В связи с этим для снижения себестоимости изделий из металлов
и сплавов, а также обеспечения конкурентоспособности литой продукции на современном этапе остро встают вопросы по рациональному использованию материалов и энергии, а, следовательно, по ресурсо- и энергосбережению в литейном производстве.
4
Таким образом, решение вопросов ресурсо- и энергосбережения
дает ответы на вопросы, поставленные в известной парадигме выдающегося ученого-литейщика Гуляева Б.Б. –
[1]?
5
1. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО – ВАЖНЕЙШАЯ
ЗАГОТОВИТЕЛЬНАЯ БАЗА МАШИНОСТРОЕНИЯ
1.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЭКОНОМИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
– это процесс превращения ресурсов в готовую
продукцию. Производство осуществляется в самых разнообразных
формах: от натурального крестьянского хозяйства до современного
предприятия обрабатывающей промышленности, выпускающего
крупносерийную продукцию. Используемые в процессе производства
ресурсы, как правило, представляют собой сочетание труда, капитала,
земли и сырья. Их обычно называют факторами производства [2].
Под термином «» понимается всё, что способствует экономической деятельности: природные ресурсы (наземные, ископаемые, подводные); людские ресурсы, включая способности и квалификацию; товары производственного назначения, или произведённые
человеком средства производства [3].
На современном этапе, как правило, выделяют пять видов основных ресурсов [4].
1. Земля.
2. Труд.
3. Капитал.
4. Информация.
5. Время.
Понятие «з» охватывает все естественные ресурсы: пахотные
земли, леса, месторождения полезных ископаемых, водные и климатические ресурсы и т. д. На земле (в понимании пространства) располагаются государства. Земля может использоваться как для сельскохозяйственных (выращивание урожая), так и для несельскохозяйственных (строительство зданий, сооружений, дорог) нужд. Сельскохозяйственные угодья планеты занимают 51 млн км2. В среднем на душу населения в мире приходится 0,3 га пашни. Кроме того, в недрах
земли находятся разнообразные полезные ископаемые. Например,
Саудовская Аравия располагает более чем 25 % разведанных запасов
6
нефти, в России сосредоточены крупнейшие в мире разведанные запасы природного газа – около 40 %, а США занимает первое место
в мире по разведанным запасам угля – 26 % [5].
Таким образом, понятие «я» как фактор производства имеет
несколько основных значений.
1. В наиболее широком понимании земля означает все исполь-
зуемые в производственном цикле естественные ресурсы.
2. В ряде отраслей промышленности (например, добывающей, аграрной, рыбной и т. д.) земля – это объект хозяйствования, выступающий одновременно и предметом и средством труда.
3. В более узком понимании земля понимается как объект собственности.
Понятием «» обозначают физические и умственные спо-
собности людей, применяемые в производстве товаров и услуг.
– это трудоспособное население, обладающее
физическим развитием и умственными способностями, необходимыми для осуществления производственной деятельности. Трудовые ресурсы представлены населением в трудоспособном возрасте.
В России согласно пенсионной реформе сегодня трудоспособным
возрастом считается:
– у мужчин 16–64 года (включительно);
– у женщин 16–59 лет (включительно).
Очевидно, что трудовые ресурсы как отдельной страны, так и мировой экономики также ограничены. Сегодня для промышленно развитых стран и государств с переходной экономикой характерно демографическое старение населения, когда численность трудоспособного населения лишь ненамного превышает численность пенсионеров [5].
При анализе экономических процессов из категории «труд» выделяют особую разновидность ресурса – предпринимательский ресурс.
Понятие « » (или «
») предполагает способность эффективно использовать в хозяйственной деятельности все прочие экономические
ресурсы с целью получения прибыли [5].
7
Понятие «» – одно из основных в теории рыночного хозяй-
ства. Экономисты под капиталом как фактором производства понимают
средства производства, созданные людьми, включая инфраструктуру
(машины, оборудование, здания, сооружения, транспорт, связь и т. п.).
Капитал – ресурс длительного пользования, создаваемый с целью
производства большего количества товаров и услуг.
Капитал, воплощённый в средствах производства называется
.
Капитал, ещё не инвестированный в производство, представляет
собой сумму денег.
, или капитал в денежной форме, представляет собой инвестиционные ресурсы. Денежный капитал используется
для закупки машин, оборудования и других средств производства.
Процесс производства и накопления средств производства называется
инвестированием. Капитал является продуктом труда и уже в силу
этого носит ограниченный характер [5].
Под «» как ресурсом понимают интеллектуальную
собственность, товар, сведения и основное условие конкурентоспособности организации [4]. Информация характеризуется рядом присущих только ей особенностей:
– это единственный вид ресурсов, который в ходе развития человечества не истощается, а постоянно увеличивается и способствует
более эффективному использованию других ресурсов, а в последнее
время создает ещё и новые виды ресурсов;
– информация (информационные технологии) имеет отдельные
свойства материи (материального производства): информацию можно
получить, уничтожить, передать, продать (рис. 1.1).
«» как и информация – особый экономический ресурс.
Время характеризуется универсальностью в том смысле, что без него
не протекает ни один экономический процесс. Сокращение сроков
освоения достижений науки и техники означает экономию времени,
что является главным критерием ресурсосбережения и универсальной
формой проявления экономии ресурсов.
8
1.1. Функциональные схемы материального производства
и информационных технологий
Все ресурсы ещё подразделяют на воспроизводимые и невоспроизводимые.
производственные ресурсы, обладаю-
щие способностью к воспроизводству (рабочая сила, оборудование) [6].
К , или истощимым, ресурсам относят ресурсы,
которые исчерпываются в процессе их использования, в отличие
от воспроизводимых (возобновляемых) ресурсов [7]. К данной разновидности ресурсов относят некоторые понятия, образующие категорию
«земля»: земельные угодья, воздух, полезные ископаемые и т. д.
Иногда ресурсы различаются по их заменимости.
К числу ресурсов относятся различные виды энергии,
топлива и сырья.
К практически относятся воздух, вода, т. е. те виды
ресурсов, без которых невозможна жизнь.
1.2. МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ –
ВАЖНЕЙШИЕ ФАКТОРЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Развитие машиностроения во многом зависит от состояния металлургического и заготовительного производств (производство металлов,
литьё, сварка, обработка металлов давлением, термическая обработка,
порошковая металлургия, плазменно-лазерные технологии).
9
Металлургия, в свою очередь, зависит от уровня горной отрасли
и спросом на металлы на внутреннем (это самое главное) и внешнем
рынках. Таким образом, имеет место жёсткая взаимосвязь машиностроительной отрасли с отраслями, производящими и перерабатывающими металлы и неметаллы (рис. 1.2).
1.2. Взаимосвязь машиностроения с металлургическими
и литейными производствами
Литейное производство сплавов, отливок и слитков по многим
показателям (высокий коэффициент использования металла, получение сложных и тонкостенных литых заготовок, многообразие способов литья и др.) занимает лидирующее положение среди многих заготовительных производств машиностроения [8]. Несмотря на системное сокращение объёмов выпуска отливок (в 1990 г. – 13,4 млн т;
в 2008 г. ~ 7 млн т) литейное производство будет востребовано при
любых темпах развития машиностроения.
Как отмечалось выше, литейное производство является одной из
наиболее энергоёмкой отраслью промышленности. Наибольшее количество энергии тратится на плавку шихтовых металлов (табл. 1.1).
В Англии литейное производство потребляет примерно 2 % всей
энергии, в Германии около 1 % всей энергии, производимой в стране.
10
В России этот показатель намного выше: в зависимости от типа про-
№
п/п
Вид сплава
Средний расход
электроэнергии, кВт/ч
1
Серый чугун
3000
2
Высокопрочный чугун
3100
3
Ковкий чугун
6500
4
Сталь
5700
5
Алюминиевые сплавы
9000
6
Медные сплавы
5000
Расход энергии, кВт/ч
Европа
Россия
Передовой
опыт
Средний
показатель
Передовой
опыт
Средний
показатель
На тонну расплава
558
571
807
1118
На тонну годного литья
1165
1338
3014
4235
изводства составляет 4–6 %.
Согласно исследованиям расход электроэнергии, полученной
от внешних источников, в литейном производстве из чёрных метал-
лов и сплавов составляет около 33 %. Больше тратится электроэнергии только на добычу руды – 35 % [9].
Удельный расход энергии на одну тонну годных отливок
По данным [10] средняя доля затрат на электроэнергию на российском предприятии чёрной металлургии составляет, %:
– по отношению к общим расходам 13,4;
– на плавку по отношению ко всем расходам 70.
Согласно результатам сравнительного анализа европейских и
российских производителей чугунного литья расходы энергоносителей даже по лучшим отечественным производителям оказываются
не в пользу последних (табл. 1.2).
Расход энергии в производстве чугунного литья
Аналогичная ситуация отмечена и для стального литья (табл. 1.3).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]