Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве. Учебное пособие
.pdf
11
Расход
энергии, кВт/ч
Европа
Россия
Передовой
опыт
Средний
показатель
Передовой
опыт
Средний
показатель
На тонну расплава
500
525
686
1310
На тонну годного литья
1503
1815
3604
5359
Расход энергии в производстве стального литья
Таким образом, сокращение потребления электроэнергии и энергии в целом на литейно-металлургических предприятиях является
существенным ресурсом снижения себестоимости литой продукции.
Кроме высокого энергопотребления литейное производство характеризуется высокой материалоёмкостью. Значительное количество материалов затрачивается на непосредственное изготовление литой продукции. К данным материалам относятся различные виды
шихтовых металлов: первичные металлы, предварительные и промежуточные сплавы, различные добавки, возврат собственного производства, металлоотходы. При этом уровень себестоимости литого изделия во многом будет зависеть от доли вторичных шихтовых материалов в составе шихты.
Происхождение вторичных шихтовых металлов определяется
их генезисом (рис. 1.3).
1.3. Генезис шихтовых материалов [11]
12
По данным С.А. Степановой средний уровень использования
Страна
Общее
потребление
алюминия, тыс. т
В том числе
рециклированного
алюминия, тыс. т
Доля
рециклированного
алюминия, %
США
8412,0
2296,0
34,8
Германия
2519,0
888,4
35,1
Япония
3564,0
1240
34,8
Россия
528,0
56,0
10,6
промышленных отходов в России составляет 36 %, а твёрдых бытовых отходов – около 3,5 % [12]. При этом в докладе [13] автор отмечает, что переработка и рециклирование отходов чёрных и цветных
металлов характеризуется достаточно высоким уровнем использования – свыше 88 % в общей доле промышленных отходов.
Актуальность процессов «вторичной» металлургии обусловлена
ещё и существенной разницей в энергетических затратах при производстве продукции из первичных и рециклируемых металлов. Например, на производство первичного алюминия затрачивается энергии, равной 174 ГДж/т, а на производство рециклируемого алюминия
– 20 ГДж/т [14]. Согласно экспертным оценкам [15] доля вторичного
алюминия в различных отраслях промышленности развитых стран
превышает 30 % (США – 34,8 %; Германия – 35,1 %; Япония –
34,8 %), в России – 10,6 % (табл. 1.4).
4
Доля рециклированного алюминия в общем количестве алюминия
Кроме основных материалов, задействованных на изготовление
литой продукции, в литейном производстве используются вспомогательные материалы, из которых изготавливают литейные формы.
В зависимости от способа литья используются материалы различного происхождения:
– глина, песок, связующие (литьё в песчано-глинистые формы –
ПГФ);
13
– огнеупорные материалы на основе кварца, связующие (литьё по
Расход песка на тонну
годного литья
Европа
Россия
Передовой
опыт
Средний
показатель
Передовой
опыт
Средний
показатель
Свежий песок, т
0,31
0,34
0,35
0,7
Регенерированный
песок, %
96,1
94,8
96,6
94,3
Расход песка на тонну
годного литья
Европа
Россия
Передовой
опыт
Средний
показатель
Передовой
опыт
Средний
показатель
Свежий песок, т
0,33
0,36
1,31
2,99
Регенерированный
песок, %
95,1
91,6
92,6
73,0
выплавляемым моделям – ЛВМ);
– песок (литьё по газифицируемым моделям – ЛГМ);
– сталь, чугун (литьё в кокиль и под давлением – ЛК и ЛПД).
В табл. 1.5, 1.6 приведены расходы песка при чугунном и стальном литьё в ПГФ.
Расход песка на изготовление литейных форм
в производстве чугунного литья
Расход песка на изготовление литейных форм
в производстве стального литья
Из приведённых данных видно, что на российских чугуно- и сталелитейных предприятиях расходы свежего песка превышают в 1,5–
2 раза аналогичный показатель для европейских предприятий. Это
свидетельствует о повышенной материалоёмкости литейных форм.
Для изготовления моделей отливок в некоторых способах литья
также применяют различные материалы:
– дерево, алюминий, сталь, чугун (литьё в песчано-глинистые
формы);
– восковые составы (литьё по выплавляемым моделям);
– пенополистирол (литьё по газифицируемым моделям).
14
При этом часть материалов, идущих на изготовление литейных
№
п/п
Наименование операции
Вид воды
Оборотная
Свежая
1
Охлаждение плавильных печей
1–15
0,7–2,5
2
Гидроочистка отливок
8–12
1,0–2,0
3
Регенерация формовочных печей
(на тонну годной смеси)
8–15
1,5–2,0
Территориальный
признак
Расход свежей воды, м3 на тонну годного литья
Передовой опыт
Средний показатель
Европа
0,8
0,7
0,9
0,8
Россия
20,9
4,6
173,2
55,8
форм (например, при литье по выплавляемым моделям), может использоваться только один раз. При литье по газифицируемым моделям пенополистирол также используется только один цикл, а для изготовления следующей партии моделей требуется новый материал.
Практически во всех литейных процессах в качестве природного
ресурса задействована вода. Например, для приготовления песчаноглинистых форм при ПГФ, суспензий для изготовления огнеупорных
форм ЛВМ, охлаждения отливок после выбивки и т. д. (табл. 1.7). Несмотря на то, что вода, как правило, используется по оборотному
циклу, на этот вид ресурса также приходятся значительные затраты
средств и энергии. В табл. 1.8 приведены расходы воды при чугунном
и стальном литье.
1.7
Расход воды на технологические нужды, м3
Из табл. 1.7 видно, что российские предприятия потребляют
практически на один-три порядка больше воды по сравнению с предприятиями европейскими.
8
Расход воды в производстве чугунного и стального литья*
Примечание
*В числителе – чугунное литьё; в знаменателе – стальное литьё.
Эффективность производства определяется ещё одним важным
ресурсным показателем – временем, которое затрачивается на изго-
15
товление единицы продукции. Чем меньше этот показатель, тем выше
Территориальный
признак
Время, чел.-ч на 1 т годного литья
Передовой опыт
Средний показатель
Европа
11,5
26,3
16,3
35,7
Россия
22,0
34,3
59,6
124,3
производительность труда. В табл. 1.9 приведены данные по затрачиваемому времени в производстве чугунного и стального литья.
1.9
Производительность труда в производстве чугунного и стального литья*
Примечание
*В числителе – чугунное литьё; в знаменателе – стальное литьё.
Видно, что на отечественных предприятиях на тонну годной продукции затрачивается в 1,5–3,0 раза больше времени на европейских
предприятиях.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение термина «производство».
2. Дайте определение термина «ресурсы».
3. Назовите основные виды экономических ресурсов.
4. Укажите, что понимается под ресурсом «земля».
5. Определите, что понимается под терминами «труд» и «трудовые ресурсы».
6. Укажите, в чём заключается экономическая составляющая ресурса «ка-
питал». Назовите основные виды капитала.
7. Определите, что понимается под ресурсами «информация» и «время».
8. Приведите примеры возобновляемых и невозобновляемых ресурсов.
9. Приведите схему, иллюстрирующую связь машиностроения с металлур-
гическими и литейными производствами.
10. Приведите примеры, подтверждающие энергоёмкость литейного про-
изводства.
11. Приведите примеры, подтверждающие нерациональное потребление
энергии в отечественном чугуно- и сталелитейном производстве.
12. Приведите схему генезиса шихтовых металлов в литейно-металлур-
гическом производстве.
13. На конкретных примерах объясните материалоёмкость литейного про-
изводства.
16
2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПО ЭКОНОМИИ
№
п/п
Статья баланса
Особенности расчёта
Расход
1
Годные отливки
Масса отливок
(из производственной программы)
2
Литники и прибыли
Из технологических процессов
3
Брак
Определяется по опыту производства
4
Сплёсы
Определяется по опыту производства
5
Угар и безвозвратные
потери
,
где i – содержание i-того элемента в сплаве, %;
yi – угар i-того элемента, %; – единица массы
металлозавалки; l – количество элементов в сплаве
Итого
Приход
1
Чушковые металлы
Содержание свежих компонентов шихты рассчитывается методами математического анализа
с целью минимизации себестоимости жидкого
расплава
2
Лом покупной
3
Ферросплавы
(лигатуры)
4
Возврат собственного
производства
Сумма литников, прибылей, сплёсов и брака (пунк-
ты 2, 3, 4 расхода)
5
Модификаторы
и раскислители
Определяется по норме расхода в зависимости
от способа присадки
Итого
РЕСУРСОВ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
2.1. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ В ЭКОНОМИИ МЕТАЛЛОВ
В целом основой для организации мероприятий по экономии металлов на любом литейном предприятии является баланс металла
(табл. 2.1).
1
Баланс металла
Важнейшими тенденциями прямой экономии основных материалов в литейном производстве являются [4]:
17
– снижение штучной массы отливок за счёт снижения толщины
стенок;
– повышение выхода годного в результате снижения безвозвратных потерь, угара, брака, расхода металла на литниково-питающие
системы.
Снижение штучной массы достигается в результате уменьшения
припусков на механическую обработку, устранения плюсовых отклонений общих размеров и толщин стенок отливок от номинальных.
Имеет место прямо пропорциональная зависимость увеличения массы отливок от плюсовых отклонений толщины их стенок. Так, плюсовое отклонение толщины стенок отливок на 1 мм даёт увеличение
массы их примерно на 10 %, на 1,5 мм – на 12 % и т. д. Верхние предельные отклонения фактической массы стальных и чугунных отливок, регламентируемых ГОСТ, равны примерно 8 %. Однако из-за нарушения и неудовлетворительной технологии изготовления отливок и
оснастки, на практике эти отклонения достигают больших величин:
например, для отливок из серого чугуна до 40 %.
Уменьшения припусков можно добиться следующими способами.
1. Совершенствованием технологии изготовления форм – тща-
тельной отделкой и покраской, равномерностью уплотнения форм.
2. Обеспечением технологически необходимой степени уплотнения песчано-глинистых смесей в наиболее трудно уплотняемых местах (карманах) – технологически необходимая прочность составляет
примерно 0,8 от максимально возможной.
3. Тщательной сборкой форм.
4. Соблюдением режимов выдержки отливок в форме и при на-
греве под термообработку.
5. Качественным изготовлением модельно-опочной оснастки
с соблюдением всех технологических условий изготовления отливок
– усадки, возможного коробления и т. п.
6. Применением технологических процессов изготовления отливок повышенной точности – по выплавляемым моделям, под давлением, в кокиль, в вакуумно-плёночные формы и др.
18
7. Механизацией и автоматизацией изготовления форм и стерж-
Способ плавки
Плавильный агрегат
Угар, %
Выплавка стали из твёрдой шихты
в электропечах
Дуговая
4–6
Индукционная
До 2
Индукционная вакуумная
До 5
Выплавка чугуна из обычной шихты
(до 40 % чушкового чугуна)
Вагранка
4–6
Выплавка чугуна с применением в шихте
15 % брикетов из стружки
Вагранка
6–7
Выплавка чугуна из кусковой шихты
Индукционная печь
1–2
Выплавка чугуна с применением в шихте
стружки россыпью до 30 %
Индукционная печь
2–3
Выплавка медных сплавов
Индукционная печь
До 2
Пламенная печь
До 5
ней, повышающих общую точность изготовления отливок.
8. Применением металлической и пластмассовой модельной оснастки вместо деревянной.
9. Тщательной разработкой технологии с применением современных систем компьютерного моделирования литейных процессов
(СКМ ЛП).
10. Систематическим контролем отливок и анализом состояния
брака после механической обработки, позволяющим активно влиять на
изменение припусков.
Безвозвратные потери металла при производстве отливок возникают вследствие угара и потерь с отходами производства. Наибольшие
потери металла образуются вследствие угара. Угар металла зависит
от типа плавильного агрегата, состояния шихтовых материалов (разме-
ра кусков и степени окисленности), технологии плавки и разливки.
Наибольший угар металла (в процентах от шихты) образуется при
переплавке в вагранках брикетов из стружки (табл. 2.2).
Зависимость угара металла от типа плавильного агрегата
и технологии плавки
19
Существуют следующие пути сокращения угара шихтовых материалов.
1. Тщательная подготовка и подбор шихтовых материалов
для плавки по размерам кусков и химическому составу.
2. Соблюдение технологических режимов плавки, не допускающих
высоких перегревов и оголения зеркала металла из-под шлака.
3. Внедрение технологических процессов плавки, исключающих
или сокращающих до минимума контакт шихты и жидкого металла
с атмосферой печи, высокие местные перегревы.
4. Предохранение шихты от окисления при её сборе и хранении
(хранение в закрытых складах вместо открытых).
5. Проведение раскислительных процессов при плавке и безокис-
лительных нагревов при термообработке.
6. Соблюдение технологических условий плавки и разливки ме-
талла, предусматривающих сокращение потерь металла в виде скрапа.
7. Тщательная отделка поверхности литейных форм, сокращающая поверхностные дефекты отливок – пригар, заливы, приливы
и т. п., которые затем удаляются при очистке и обрубке.
Существенными средствами здесь являются также следующие.
1. Широкое внедрение прогрессивных технологических процессов, дающих большую чистоту поверхности отливок, – литья по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, под давлением, в кокиль, в вакуумно-плёночные формы.
2. Извлечение металла из отходов литейного производства – металлургических шлаков, отходов формовочных смесей, отходов ремонта металлургических печей (непосредственно в литейных цехах
и на заводских отвалах).
3. Применение прогрессивных способов очистки отливок – гидроочистки, электрохимических способов, дробеструйной очистки и т. п.
4. Организация правильного хранения шихтовых материалов.
5. Организация тщательного сбора и правильного хранения
стружки.
В целом борьба за сокращение безвозвратных потерь металла яв-
ляется одним из путей снижения себестоимости отливок.
20
К расходам металла на технологические нужды, которые являются
непроизводительными, однако неизбежными, относятся расход металла на литниково-питающую систему (литники, выпоры, прибыли) и
расход металла на припуски для механической обработки.
Расход металла на литниково-питающую систему в наибольшей
степени влияет на выход годного. Для определения конструкции и типа литниково-питающей системы (ЛПС) в настоящее время разработаны математические и графические методы.
Вместе с тем имеются следующие пути сокращения расхода ме-
талла на ЛПС.
1. Применение экзотермических смесей и обогрева прибылей, закрытых прибылей вместо открытых и т. д., сокращающих расход металла для этих целей на 15–40 %.
2. Применение смесей для утепления прибылей, сокращающих
их размеры на некоторых деталях в 2–3 раза.
3. Применение давления для интенсификации поступления питающего расплава из прибыли.
4. Применение специальных способов литья, при которых сводится до минимума ЛПС, в том числе центробежного литья, литья всасыванием, литья погружением, под низким регулируемым давлением и т. п.
5. Повышение металлоёмкости форм, т. е. размещение большего
количества отливок в формах, что приводит к удельному сокращению
расхода металла на стояк и литниковую чашу.
На литниково-питающую систему расходуется 10–100 % металла
от массы отливки, а в некоторых случаях и больше, и сокращение его
расхода – насущная и повседневная задача литейного производства.
Зависимость непроизводительных расходов металла от брака
прямая. Чем выше брак, тем ниже выход годного, тем больше расход
шихтовых материалов на 1 т годных отливок. Кроме того, с увеличением брака растут и безвозвратные потери металла, связанные с необходимостью разделки бракованных отливок и с последующей их
переплавкой. Литейный брак можно разделить на окончательный, исправимый, внутренний (выявленный непосредственно в литейных цехах) и внешний (выявленный в механообрабатывающих цехах).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]