u_lectures

могательных службах, обеспечивающих увеличение объема производства, в основном без увеличения численности работающих при одновременном улучшении их труда и охраны окружающей среды, на базе новой совершенной технологии, расширение ассортимента или повышение качества продукции, а также улучшение других технико-экономических показателей с меньшими затратами и в более короткие сроки чем при строительстве новых или расширении действующих предприятий. Реконструкция действующего предприятия может осуществляться также с целью изменения профиля предприятия и организации производства новой продукции на существующих производственных площадях.

К реконструкции действующего предприятия относится также строительство новых цехов и объектов той же мощности (производительности, вместимости) или мощностью, соответствующей объему выпуска конечной продукции предприятия, взамен ликвидируемых цехов и объектов того же назначения, дальнейшая эксплуатация которых по техническим и экономическим условиям признана нецелесообразной.

Техническое перевооружение выполняется на основе свободного плана технического перевооружения предприятия. К нему относится комплекс мероприятий по повышению технико-экономического уровня отдельных цехов, участков, агрегатов на основе внедрения передовой техники и технологии, механизации и автоматизации производственных процессов, модернизации и замены морально устаревшего и физически изношенного оборудования новым, более производительным, а также по совершенствованию объектов подсобного и обслуживающего назначения, в том числе природоохранных объектов, отопительных и вентиляционных систем.

Техническое перевооружение осуществляется, как правило, без расширения производственных площадей по проектам и сметам на отдельные объекты и виды работ.

Вплан технического перевооружения могут включаться также работы по частичной перестройке и расширению существующих производственных площадей предприятия, обусловленных габаритами вновь размещаемого оборудования и расширению существующих или строительству новых объектов вспомогательного назначения (различные склады, компрессорная, котельная, кислородная и другие подобные объекты), если это вызвано мероприятиями технического перевооружения основного производства. При проведении реконструкции литейных цехов помимо замены устаревшего и изношенного технологического транспортного оборудования разрешается пристройка к цеху вспомогательных и складских помещений, например: складов шихты и формовочных материалов; отделений регенерации; складов оснастки, опок и моделей; ремонтных отделений; лабораторий; помещений для вентустановок

иэлектрооборудования и др. [1-2].

Вотличие от условий реконструкции аналогичное расширение производственных и вспомогательных площадей, вызываемое мероприятиями тех-

11

перевооружения основного производства, ограничено так, что объем строи- тельно-монтажных работ, как правило, не должен превышать 10%. Возможна перепланировка и переустройство существующего помещения с подъемом кровли. Целесообразно объединять техперевооружение с капитальным ремонтом здания.

При проведении проектных работ необходимо максимально использовать типовые решения, комплексность особенно, в вопросах автоматизации, исключать ручной и маломеханизированный труд. В проектах следует широко внедрять малоотходные технологические процессы с минимальным выделением вредных выбросов.

Проекты реконструкции и технического перевооружения литейных цехов выполняются в две стадии: техническое предложение на весь объем работ

ирабочий проект на каждый год работ.

Входе проектных работ необходимо определить площади и оборудование цеха, которое подлежит реконструкция и замене, провести выбор новых технологических процессов оборудования, провести технико-экономические расчеты. Результатом проектирования является рабочий проект, обеспечивающий проведение всего комплекса работ, включая строительно-монтажные. Рабочие чертежи при реконструкции и техническом перевооружении выполняются в объеме и на уровне требований к чертежам проекта нового цеха. Главной отличительной особенностью проектных работ в данном случае является использование имеющихся зданий, сооружений, оборудования, систем снабжения, сложившейся структуры внешних связей и т.д.

Внимание к экологической проблеме вызвало резкое увеличение затрат на охрану окружающей среды. Мероприятия по обеспечению нормированных выбросов вредных веществ в воздушный и водный бассейны теоретически не относятся к обновлению производственных фондов, но они должны быть отнесены к реконструкции действующего производства.

Многие старые литейные цехи располагаются в непосредственной близости от жилых районов городов. Общественность зачастую выступает за закрытие или вынос данных цехов за город. В этих условиях единственной возможностью сохранения производства и сложившихся коллективов литейщиков является проведение природоохранных мероприятий.

Любая реконструкция требует проведения анализа технико-экономиче- ского уровня цеха. При этом рассматриваются следующие вопросы: техникоэкономический уровень и качество выпускаемой продукции; технический уровень оборудования; прогрессивность технологической схемы производства; технико-экономический уровень работы предприятия; обеспеченность трудовыми, энергетическими, материальными и другими ресурсами; анализ реконструируемого объекта в системе предприятия, объединения, региона и отрасли.

На основе анализа состояния цеха доказывается необходимость, возможность и определяется направленность предстоящего технического обнов-

12

ления. Направление реконструкции определяется с учетом последних достижений и перспектив развития науки и техники, а также с учетом социальных

иэкологических аспектов обновления.

ВТЭО формируются конкретные цели реконструкции, например: повышение качества отливок; повышение производительности труда; внедрение прогрессивных технологических процессов; устранение «узких» мест; увеличение технологической гибкости производства; увеличение выпуска отливок; снижение издержек производства и повышение технико-экономических показателей; улучшение условий труда и снижение вредных выбросов и др.

ТЭО включает в себя технико-экономические расходы, обосновывающие эффективность реконструкции по сравнению мероприятиями, направленными на лучшее использование имеющихся мощностей, или с новым строительством.

Вид реконструкции определяется исходным техническим уровнем цеха.

Современные методы выполнения проектных работ. Традиционные методы выполнения проекта обеспечивают высокое качество работ при условии участия в них высококвалифицированных исполнителей, не допускающих отклонений от нормативных требований. Однако и это очень важное условие, обеспечивает лишь качество проекта, но не сокращение времени проектных работ.

Имеются различные методы ускорения и повышения эффективности проектных работ. Одним из них является типовое проектирование. В этом случае проект создают не для конкретного, а для условного, приближенного к возможному случаю. Разрабатываются проекты отделений, участков и даже цехов в целом. А затем при конкретном задании остается лишь уточнить проектные решения, провести привязку, а иногда использовать типовые решения без изменений. Типовые решения особенно эффективны при реконструкции цехов.

Другим эффективным методом, широко распространенным в строительном проектировании и ландшафтной архитектуре является макетное проектирование. В этом случае создаются с той или иной степени достоверности макеты зданий, оборудования, систем и т.д. С помощью макетов принимаются и проверяются проектные решения, которые затем переносятся на чертежи и графики. Макетная проработка может быть проведена и на плоских элементах. В качестве рабочих чертежей, с точки зрения их будущих пользователей, эффективно применять объемные чертежи, которые позволяют в пространственном изображении уточнять детали проекта, элементы размещения и установки оборудования и систем в цеху [5-7,15,18-22].

Наиболее эффективным является применение различных методов оптимизации проектных работ, в том числе математического моделирования, применения ЭВМ и как наиболее совершенное – применение системы автоматизированного проектирования (САПР) литейных цехов.

На определенном этапе применение математических и других оптими-

13

зирующих методов не связано с собственно автоматизацией проектных работ. Использование методов оптимизации требует предварительного анализа. При этом промышленную систему разбивают на объекты, подсистемы и

элементы. Элементом в данном случае является комплекс однородных воздействий на объект производства, осуществляемых непрерывно на определенном рабочем месте и имеющих определенную целевую функцию. Элемент представляет собой неделимую в пространстве и во времени часть производственного процесса, состоящую из органически связанных между собой приемов элементарного процесса – собственно работы, контроля и управляющего воздействия. Элементы могут подразделяться на технологические, транспортные, управляющие, информационные, установочные, подготовительные и другие.

Анализ может также проводиться по уровням производства, например, по степени автоматизации.

При моделировании систем и элементов используют различные методы, в том числе: исследование временных рядов; структурный анализ; инвариантный анализ; анализ связей; анализ пороговых значений; метод конечных элементов; теория графов; математическая статистика и т.д.

Математические модели создаются как для технологических процессов, так и для расчетов. Например, исходя из известных свойств, создается модель смеси или сплава в зависимости от содержания компонентов. На основе таких моделей возможно создание моделей технологических процессов плавки, смесеприготовления и других.

На этом этапе оптимизации проектных работ ЭВМ применяется в двух направлениях. Во-первых, как информационная система (замена справочников, таблиц и классификаторов), во-вторых, для решения полученных математических уравнений, проведения и проверки расчетов.

Наиболее эффективным и перспективным направлением повышения производительности труда проектировщиков и качества проектной документации является применение САПР.

Внедрение САПР литейных заводов и цехов сопряжено с рядом трудностей, так как литейное производство включает в себя различные процессы и является многофакторным, трудно поддающимся моделированию. С другой стороны, создание необходимых программ и банков данных для действия САПР цехов требует значительных по объему и времени высококвалифицированных работ.

В полном объеме САПР цехов должна представлять следующее. Специ- алист-проектант после соответствующего анализа и подготовки вводит в систему конкретные исходные данные и проектное задание. Система, на основе имеющихся в ней данных и программ, анализирует задание и выдает первоначальные решения и рекомендации. Эти решения анализируются специалистами и либо принимаются, либо системе предлагается их уточнить с учетом замечаний и дополнительных данных. В конечном результате вырабатывается

14

окончательное решение, которое система выдает в виде печатного текста и построенных с помощью графопостроителя чертежей.

При реконструкции и техническом перевооружении САПР позволяет вести не только собственно проектные работы, но и проводить анализ работы, технологии и оборудования реконструируемого или перевооружаемого цеха, отделения или участка. В этом смысле важным является определение так называемых «узких мест», т.е. тех участков, которые не совсем соответствуют требованиям современной технологии, сдерживают развитие цеха и его комплексную механизацию и автоматизацию. На основе специального программного обеспечения САПР реконструкции и технического перевооружения может создать долгосрочные программы для заводов, объединений и отраслей, а также вести постоянный анализ работы действующих предприятий цехов и участков.

Контрольные вопросы.

1.Основные цели и задачи реконструкции литейных цехов?

2.Что относится к реконструкции действующего предприятия?

3.Что такое техническое перевооружение?

4.Типовое проектирование?

5.Какие работы входят в план технического перевооружения?

6.Что определяют в ходе проектных работ?

7.Методы выполнения проектных работ?

8.САПР литейных цехов?

9.Система САПР?

10.Что позволяет САПР при реконструкции и техническом перевооружении?

ЛЕКЦИЯ 3.

ТЕМА: ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОМ ПЕРЕВООРУЖЕНИИ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ. Ч. 2.

План лекции

1.Характеристика действующих литейных цехов.

2.Опыт реконструкции литейных цехов заводов России.

3.Критерии выбора технологии изготовления форм и стержней.

Сегодня в структуре литейного производства насчитывается 35 % литейных цехов мощностью менее 1 тыс. тонн в год; 32 % – до 5 тыс. тонн в год. Большинство из них составляют мелкие цехи с широкой номенклатурой.

Как правило, такие цехи по своим объемно-планировочным решениям и техническому состоянию непригодны для экономически оправданного и эффективного проведения работ по реконструкции. Удельные капитальные за-

15

траты на приведение их в современное или близкое к нему техническое состояние в несколько раз выше, чем при строительстве новых литейных цехов оптимальной мощности, а технико-экономические показатели производства все равно остаются на низком уровне. Поэтому, например, РТМ (руководящий технологический материал) по реконструкции литейных цехов станкоинструментальной промышленности рекомендует цехи мощностью до 3 тыс. тонн в год постепенно закрывать. Более крупные цехи подлежат тому или иному виду реконструкции.

За последние шесть лет реконструкции подверглись более 50 литейных производств, среди которых ОАО «АВТОВАЗ», ОАО «КАМАЗ-МЕТАЛЛУР- ГИЯ», ОАО «Ульяновский автомобильный завод», ООО «Металлист», г. Качканар, ФГУП «ПО Уралвагонзавод», ОАО «Балтийский завод», ОАО «Мценский литейных завод», ООО «Сасовский литейных завод», ОАО «Курганмашзавод», ОАО «Рязанский станкостроительный завод», ОАО «Бежецкий сталелитейный завод», ОАО «Чебоксарский тракторный завод», ОАО «Чебоксарский агрегатный завод», ОАО «Анжеромаш», ОАО «Оскольский металлургический завод», ОАО «Заволжский моторный завод» и др.

Прорабатываются вопросы реконструкции ЗАО «Центролит», г. Кашин, ОАО «Трансмаш», г. Калуга, ООО «Самарский сталелитейный завод», ОАО «Тверской вагоностроительный завод».

Реконструкция литейных цехов должна осуществляться на базе новых экологически чистых технологических процессов и материалов, прогрессивного оборудования, обеспечивающих получение высококачественных отливок, отвечающих европейским и мировым стандартам.

На современных заводах (КАМАЗ, ВАЗ) проводится техническое перевооружение действующего производства, связанное с внедрением новейших технологий и отдельных видов автоматического оборудования. Для них характерен переход на прогрессивные виды сплавов – ВЧШГ и ЧВГ, внедрение модифицирования чугуна в форме и в автоматических заливочных установках под давлением инертного газа. Унифицируются марки базового чугуна в жидком состоянии до двух против пяти в настоящее время. Это высокопрочный чугун для получения всех марок ВЧ и серый чугун для получения чугуна с вермикулярным графитом и с пластинчатым графитом. На компьютерной основе автоматизируются процессы плавки, внедряются АСУ диагностики состояния АЛЛ, АСУ «ремонт».

Совершенствуется технология изготовления отдельных отливок. На базе внедрения новых стержневых машин изготавливаются укрупненные стержни взамен сборных. Внедряются процессы изготовления стержней из холоднотвердеющих смесей. Разработаны программы совершенствования финишных мероприятий обработки отливок – механическая обработка в полуавтоматическом режиме, внедряются робототехнические комплексы.

По цветным сплавам на КАМАЗе производится: замена литья в кокиль на литье под низким давлением и противодавлением, внедрение автоматиче-

16

ских линий для финишных операций, а также широкое использование робототехнических комплексов.

В отличие от новых, в старых механизированных цехах производится коренная реконструкция с полной или частичной остановкой производства, с возможным строительством новых пролетов, заменой большей части основного и вспомогательного оборудования, изменением или совершенствованием технологии.

Развитие любого литейного цеха в направлении увеличения масштабов производства или улучшения качества литья и расширения сортамента выплавляемых сплавов тесно связано с производительностью существующего плавильного отделения и металлургическими возможностями используемых плавильных агрегатов. Поэтому наиболее важными вопросами, которые необходимо решать при реконструкции, являются вопросы обеспечения потребности цеха в жидком металле по всей номенклатуре сплавов, улучшения качества выплавляемых сплавов и снижения или исключения вредных выбросов и воздействий на окружающую среду. При этом принимаемые решения по реконструкции должны обеспечивать улучшение технико-экономических показателей процесса и цеха в целом.

Реконструкция любого отделения литейного цеха должна начинаться с анализа существующего в цехе положения и выявления «узких» мест, сдерживающих развитие цеха.

Анализ работы плавильного отделения сводится к сравнению потребности цеха в жидком металле с возможностями формовочного отделения и фактического производства металла на существующем оборудовании плавильного отделения. При этом, если производительность плавильного отделения превышает потребности в жидком металле формовочного отделения (существующего или реконструируемого), то при условии обеспечения качества сплавов и работы отделения по организационным параметрам оно может не подвергаться реконструкции или подвергаться с целью улучшения качества сплава, улучшения экологических условий в цехе, снижения затрат на производство металла.

Если производительность плавильного отделения меньше потребности цеха в жидком металле, то необходима реконструкция с целью увеличения производительности отделения, а также улучшения качества сплава и техни- ко-экономических показателей плавки.

Анализу должны подвергаться результаты работы цеха – наличие и доля брака отливок, определяющиеся качеством металла (температурой заливки, соответствием химического состава сплава требованиям ГОСТов, содержанием вредных примесей, влияющих на брак отливок, и др.).

Важным является анализ грузопотоков материалов и жидкого металла в цехе и проведение анализа их с целью организации непрерывного потока или исключения встречных и пересекающих грузопотоков в отделении и в цехе в целом при последующей реконструкции плавильного отделения.

17

Сегодня перспективными плавильными агрегатами являются индукционные печи средней частоты, дуговые печи постоянного тока, которые в последние годы находят широкое распространение в литейных цехах единичного, мелкосерийного и серийного производств. В массовом производстве применяются и будут применяться индукционные печи промышленной частоты емкостью 10 тонн и выше, в том числе в дуплекс-процессах с канальными индукционными миксерами и вагранками.

Индукционные печи средней и промышленной частоты производят следующие промышленные предприятия: ЗАО «Рэлтек», г. Екатеринбург, ОАО «Электротерм», г. Саратов, ОАО «Новозыбковский завод электротермического оборудования», г. Новозыбков, Брянской обл., ООО «Курай», ЗАО «НПП Электротехнология», г. Екатеринбург и др. Печами этих предприятий оснащены многие отечественные предприятия. Наряду с этим широкое распространение получили индукционные печи зарубежных фирм: «АВВ», «Юнкер» (Германия), «Индуктотерм» и «Аякс» (США), «Эгес» (Турция) и др.

Перспективным направлением реконструкции чугунолитейных цехов является использование дуплекс-процесса вагранка – индукционный миксер. Такая реконструкция позволяет резко улучшить качество металла – повысить температуру, усреднить и стабилизировать химический состав, а также обеспечить непрерывное снабжение формовочно-заливочно-выбивного отделения жидким металлом. При этом можно организовать модифицирование чугуна и повысить его свойства.

Реконструкция плавильных отделений сталелитейных цехов имеет ряд специфических особенностей, связанных с организацией заливки литейных форм, ограниченным количеством заливаемых форм, методом их изготовления, невозможностью длительного хранения выплавленной стали.

Пути реконструкции плавильных отделений сталелитейных цехов с целью улучшения качества выплавляемой стали сводятся к замене кислой футеровки электродуговых сталеплавильных печей на основную, что позволяет выплавлять низкосернистые и низкофосфористые марки сталей, в том числе легированные и высоколегированные, однако это ведет к заметному снижению производительности печи, замене мартеновских печей и малых бессемеровских конвертеров на электродуговые и индукционные печи. Другим направлением улучшения качества стали, снижения расхода электродов и огнеупорных материалов, легирующих добавок является использование ков- шей-миксеров для внепечной обработки стали.

В случае реконструкции плавильного отделения с целью выплавки специальных марок стали и сплавов могут использоваться оригинальные методы плавки: индукционно-плазменные, вакуумные индукционные, переплавные, вакуумно-дуговые и электрошлаковые.

Примером современной реконструкции может служить реконструкция плавильного отделения КАМАЗа, ОАО «Курганмашзавода», где осуществлен перевод печей переменного тока на печи постоянного тока.

18

Качество металла, выплавляемого в печах ДСПТ, введенных в промышленное производство позволяет получать металл с высокими показателями качества. Кроме того, новая технология уменьшает уровень загрязнения окружающей среды.

Реконструкция плавильных отделений может носить кардинальный характер с заменой существующих плавильных средств на более экономичные, производительные и экологически чистые, а может быть и локальный, затрагивая лишь отдельные стадии процесса: подготовка шихтовых материалов, включая подогрев; интенсификация процесса плавки или рафинирования и модифицирования расплава; улучшение организации производства, или приведения в соответствие возможностей плавильного и формовочно-заливочно- выбивного отделений.

Основное направление технического перевооружения формовочных отделений – переход на автоматические литейные линии (АЛЛ).

Можно выделить три варианта реконструкции формовочных отделений действующих литейных цехов.

Первый вариант – это строительство новых пролетов, необходимых для установки АЛЛ. Этот вариант следует считать наиболее удачным, если есть место для строительства. Обычно новый пролет строится двухэтажным, чтобы можно было установить смесеприготовительное оборудование, предназначенное специально для этой линии. Формовочное оборудование с конвейером располагается на втором этаже, а на первом – система подготовки оборотной смеси. В этом пролете можно разместить и некоторое плавильное оборудование для выдержки металла с организацией подачи металла на линию. Это позволяет автоматизировать и механизировать заливку и таким образом организовать совершенно новый комплекс изготовления форм, их заливки и выбивки отливок.

Как правило, строительство новых пролетов резко повышает технологические и технические возможности литейного цеха и позволяет изготовлять новые виды отливок, например, более крупные и сложные или отливки из чугуна с шаровидным графитом. Этот вариант реализован при реконструкции чугунолитейного цеха ЯМЗ, имеющего Ш-образную компоновку. Новый двухэтажный пролет с линией «Кюнкель Вагнер» построен между двумя старыми одноэтажными пролетами.

Второй вариант – высвобождение части пролета в старом здании для установки специальной формовочной линии. АЛЛ должна быть достаточно компактной для того, чтобы разместить ее на ограниченной площади по соседству с другими участками цеха без их реконструкции и прекращения работы: пример – реконструкция старых литейных цехов ГАЗа, создавшего малогабаритные АЛЛ применительно к условиям своего завода. Это позволило в сравнительно короткие сроки коренным образом преобразить формовочные отделения цехов, повысить производительность труда, увеличить выпуск отливок и повысить качество.

19

Третий вариант – работа на небольших площадях, высвобожденных у действующего конвейера для монтажа автоматизированного малогабаритного формовочного модуля, который работает сначала со старым оборудованием, а затем, по мере освоения, позволяет освободить место для установки второго такого же модуля и превратить механизированную формовочную линию в автоматическую. В этом случае возникает много организационных и технологических задач: совместимость на линии опок по размерам и конструкции, их взаимозаменяемость, возможность использования опок автоматического модуля на старом оборудовании. Надо решить вопросы заливки таким образом, чтобы те формы, которые изготовляются на автоматическом модуле, можно было бы заливать методом, предусмотренным для механизированной линии. Необходимо тщательно проанализировать процесс выбивки, так как часто именно он не позволяет изменить размеры и конфигурацию опок, методы извлечения отливок из опок. Подлежит анализу также система возврата пустых опок. Ее работу следует сохранить или изменить, чтобы новые опоки, применяемые на автоматизированном модуле, не затруднили работу действующей линии. Для простых форм может быть целесообразно снятие специальных опок с полуформ после формовки (как при безопочной парной формовке). На конвейер становятся формы без опок, что облегчает выбивку форм, возврат опок и резко сокращает парк опок.

Оборудование для технического перевооружения действующих формовочных отделений должно отвечать определенным технологическим требованиям. Нужно стремиться к сохранению элементов технологии формовки отливки, сохранять отработанные технологические приемы, позволяющие ускорить освоение нового оборудования.

Для современных формовочных линий опочной и безопочной формовки характерны отказ от жестких конвейерных систем и замена их гибким транспортом и включение в состав линии одного формовочного агрегата для изготовления верхних и нижних полуформ.

Современными динамическими методами уплотнения форм являются: воздушно-импульсные низкого давления, в том числе с последующим прессованием, пескодувно-прессовый, Сеатцу-процесс, метод высокоскоростного ударного прессования и их сочетания. Формовочные машины в России изготовляют ОАО «Сиблитмаш», г. Новосибирск, ОАО «Усманский завод литейного оборудования», в Беларуси формовочное оборудование изготовляет «Институт БЕЛНИИЛИТ». Формовочные машины и автоматические линии закупаются у зарубежных фирм «Диса», «ХВС», «Кюнкель-Вагнер» и др.

Основным направлением модернизации процессов изготовления стержней является применение холоднотвердеющих смесей.

В настоящее время эти процессы развиваются в следующих направле-

ниях:

- Альфа-сет-процесс с применением щелочной смолы фенольного класса и отвердителей на базе смеси органических эфиров;

20