44117

Технология изготовления отливки «Обечайка» массой 47 т из стали 10ГН2МФАЛ

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Этапы формирования отливки. Технологические приёмы воздействия на процессы затвердевания и охлаждения отливки в литейной форме. Способы воздействия на характер формирования отливки на этапе охлаждения расплава до температуры кристаллизации. Получение заданных свойств для отливок ответственного назначения. Проектирование технологии изготовления отливки Обечайки парогенератора ПГВ1000 в литейных формах с дифференцированным отводом тепла.

Русский

2013-11-10

1.72 MB

11 чел.

Оглавление.

Введение…………………………………………………………………………………...6

1 Литературный обзор…………………………………………………………………….7

  1.  Требования к отливкам для изготовления парогенераторов на  АЭС……………..7
    1.  Этапы формирования отливки……………………………………………………….8

1.3 Технологические приёмы воздействия на процессы затвердевания и

охлаждения отливки в литейной форме………………………………………………..14

1.3.1 Способы воздействия на характер формирования отливки на этапе охлаждения расплава до температуры кристаллизации……………………………………………..15

1.3.2 Способы воздействия на расплав в период кристаллизации……………………16

1.3.3 Установка наружных металлических холодильников…………………………..16

1.4 Получение заданных свойств для отливок ответственного назначения…………17

2 Проектирование технологии изготовления отливки «Обечайки» парогенератора ПГВ-1000 в литейных формах с дифференцированным отводом тепла……………..20

2.1 Расчёт технологических напусков для обеспечения направленного затвердевания………………………………………………………………………………………..20

2.2 Расчёт условий затвердевания отливки с использованием приведённой толщины…………………………………………………………………..……………………21

2.3 Материалы, используемые для изготовления комбинированной формы и их свойства………………………………………………………………………………….26

2.4 Анализ технологичности изготовления отливки «Обечайка»……………………28

2.5 Выбор и расчёт прибылей……...................................................................................29

2.6 Расчёт литниковой системы…………………………………………………..…….31

2.7 Изготовление формы………………………………………………………………...36

3 Безопасность жизнедеятельности и экология………………………………………..38

3.1 Анализ опасных и вредных факторов процесса изготовления отливок………….38

3.2 Меры защиты от  опасностей и вредностей………………………………………..40

3.2.1 Защита от электрического тока…………………………………………………...40

3.2.2 3ащита от механического травмирования………………………………………..41

3.2.3 Защита от ожогов и теплового излучения………………………………………..42

3.2.4 Защита от вредных выделений……………………………………………………42

3.2.5 Защита от шума и вибрации………………………………………………………43

3.2.6 Пожаро- и взрывобезопасность производства…………………………………...43

3.3 Расчёт местной вытяжной системы………………………………………………...44

3.4 Экологическая оценка работы литейного цеха…………………………………….45

3.4.1 Защита атмосферного воздуха…………………………………………………….45

3.4.2 Защита гидросферы………………………………………………………………..46

3.4.3 Утилизация отходов……………………………………………………………….47

4 Экономическое обоснование………………………………………………………….48

4.1 Схема производства………………………………………………………………….48

4.2 Экономика и организация производства…………………………………………...49

4.2.1 Штат рабочих………………………………………………………………………49

4.2.2Расчет фонда заработной платы…………………………………………………...50

4.3 Расчёт себестоимости продукции…………………………………………………..53

Выводы…………………………………………………………………………………...56

Литература………………………………………………………………………………..57

Введение

Формирование конфигурации отливки, её физико-механических свойств тесно связано с характером взаимодействия отливки с материалами формы. Основные свойства отливки формируются в процессе затвердевания расплава в форме. Затвердевание расплава в форме сопровождается образованием различных дефектов отливки, ухудшающих её качество: неоднородность кристаллического строения, ликвация, усадочная рыхлота, газовая пористость, горячие и холодные трещины, пригар, коробление и др.  

Таким образом, формирование отливки – это результат комплекса процессов, происходящих в литейной форме, начиная от заполнения формы жидким металлом и кончая выбивкой отливки из формы.

Свойства отливки во многом определяются интенсивностью и направлением отвода теплоты от затвердевающего металла. Применяя формовочные материалы с различными теплофизическими характеристиками, удаётся управлять характером кристаллизации металла и получать отливки с заданными свойствами.

 Наиболее эффективным способом управлением процесса затвердевания крупных стальных отливок ответственного назначения является использование комбинированных форм, позволяющих создавать условия направленного затвердевания отливок. Различные скорости охлаждения отливки достигали за счёт использования материалов с различной теплоаккумулирующей способностью: песчаной смеси, хромомагнезита, а также с применением наружных металлических холодильников.

Возможность использования методов литья взамен получения кованых изделий позволяет получить значительный экономический эффект, но требует специфического  подхода к проектированию литейной технологии , что может быть достигнуто за счёт применения форм с дифференцированным отводом тепла.

Таким образом, главная цель работы – разработать технологию изготовления отливки «Обечайка» массой 47 т из стали 10ГН2МФАЛ, обосновать эффективность использования комбинированных форм создания направленного затвердевания и получения плотной отливки.

1 Литературный обзор

1.1 Требования к отливкам для атомной промышленности

Крупногабаритные, сложные по конфигурации и тяжеловесные изделия  для оборудования АЭС с начала 1980г. стали изготавливать методом литья взамен ковано-сварного метода.  

В АЭС, как правило, применяют детали со стенками большой протяженности. Типичным представителем конструкции такого типа является центральная патрубковая обечайка парогенератора ПГВ-1000. Обеспечение в такой отливке высокой плотности и однородности металла по всему сечению связано с решение сложных технологических задач.

Парогенераторы АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой, вырабатывают насыщенный пар. Требование поддержания высокой частоты теплоносителя обусловливает выполнение поверхностей теплообмена таких парогенераторов из аустенитной нержавеющей стали с электрополированными поверхностями.

Учитывая, что основную номенклатуру  оборудования АЭС изготовляли из сталей перлитного класса типа 10ГН2МФА и 15ГНМФА, было предложено использование этих марок сталей для изготовления литых заготовок.[2]

 Сложность и трудоёмкость изготовления такой отливки в ковано-сварном варианте связана не только с её значительными габаритами, но и с необходимостью вручную приваривать к этой обечайке два смещённых патрубка.

Изготовление обечайки с патрубками в виде цельнолитой конструкции снимает все эти проблему, не говоря уже об экономических выгодах, её малой трудоёмкости и коротких сроках её изготовления по сравнению с кованым вариантом.

 Обечайка парогенератора работает в очень жёстких условиях: высокое давление, температура и скорость движения теплоносителя, мощные потоки радиационного излучения. Кроме того, вода, даже очень высокой степени очистки, является коррозионно-активной средой. 

Следовательно, для получения доброкачественной и плотной отливки  необходимо разработать и применить такие технологические способы, при которых по её высоте будет обеспечено не только направленное, но и быстрое затвердевание. [1]

  1.   Этапы формирования отливки и дефекты отливок

В процессе формирования отливки в литейной форме имеется пять характерных этапов:

- заполнение формы жидким металлом, движение расплава по каналам литниковой системы. В этот период на качество отливки оказывают существенное влияние гидродинамические условия движения жидкого металла;

- отвод теплоты перегрева от неподвижного металла;

- затвердевание металла;

-охлаждение полностью затвердевшей отливки в форме до выбивки;

- охлаждение отливки после удаления её из формы.[14]

После заполнения формы металлом происходит охлаждение жидкого металла в объёме отливки и одновременно нарастание твёрдой корки со стороны поверхности охлаждения. С течением времени толщина затвердевшей корки увеличивается, температура её снижается. При этом скорость нарастания корки прямо пропорциональна интенсивности теплоотвода со стороны стенки формы, соприкасающейся с отливкой. Таким образом, создаются условия управления процессами кристаллизации сплава в отливке, изменяя теплопроводность формовочной смеси. Рост кристаллов сплава в отливке происходит в направлении поверхности теплоотвода. В этом направлении быстрее нарастает твёрдая корка металла. В противоположном направлении происходит питание отливки жидким металлом. Процесс затвердевания металла в отливке осложняется тем, что кристаллизация большинства сплавов происходит в интервале температур.[4]

Таким образом, формирование кристаллического строения отливки, ее свойств тесно связано с интенсивностью отвода теплоты от нее в процессе затвердевания и охлаждения. Интенсивность отвода теплоты от отливки определяется теплофизическими свойствами формовочных смесей, из которых изготовлена литейная форма. Основными величинами, характеризующими теплофизические свойства формовочных материалов, являются коэффициенты теплопроводности λ” дельной теплоёмкости  ”с”. 

Теплопроводность материала характеризует свойство этого материала проводить теплоту, численно определяется количеством теплоты (калорий), которое проходит через единицу длины (м) в единицу времени (сек) при температурном градиенте, равном одному градусу.       

Удельная теплоёмкость характеризуется количеством теплоты (калорий), необходимой для повышения температуры 1 г или 1 см³ вещества на 1°С.

Кроме того, важной теплофизической характеристикой формовочных материалов является температуропроводность «а»

Температуропроводность «а» рассматривается, как способность вещества выравнивать температуру.

Не всегда материалы, обладающие высокой теплопроводностью, отводят теплоту от отливки более интенсивно, чем материалы с низкой теплопроводностью. Критерием охлаждающей способности формовочной смеси является коэффициент тепловой аккумуляции «b»(называемый иногда коэффициентом тепловой активности материала).

Аккумулирующая способность вещества рассматривается, как способность вещества поглощать теплоту.

Рассмотрим процесс формирования отливки в форме более подробно.

Первый этап формирования отливки соответствует заполнению формы расплавленным металлом. Вследствие того, что поток металла в форме является турбулентным, происходит выравнивание температуры по всему сечению отливки. Протекающий металл, охлаждаясь от температуры перегрева до температуры окончания заливки, сильно разогревает форму, поэтому последующие стадии охлаждения отливки происходят медленнее.

На первой стадии процесса при определённых условиях (при небольшом перегреве или при интенсивном охлаждении) может образовываться корка затвердевшего металла.

Характер заполнения литейной формы расплавом определяется устройством литниковой системы, площадью сечения и расположением питателей, устройством вентиляционной системы.

В процессе заполнения литейной формы в отливках создаются условия образования таких дефектов, как газовые и неметаллические включения, неслитины, усадочные раковины и другие.

При заполнении формы жидким металлом форма прогревается неравномерно. Нижняя часть формы, особенно при сифонном подводе металла прогревается больше, чем верхняя. Поэтому создаются условия для образования усадочных дефектов. Избежать образования дефектов удаётся либо за счёт установки прибылей для питания «тепловых узлов» отливки, либо за счёт рассредоточенного подвода металла, обеспечивающего равномерное затвердевание отливки.[15]

Длительность первого этапа процесса составляет 2-3% от общего времени формирования отливки и определяется технологическим расчётом при определении размеров литниковой системы. Первая стадия процесса может сопровождаться образованием затвердевшей корки в направлении отвода теплоты.

 В течение второго этапа жидкий металл охлаждается от температуры окончания заливки до температуры кристаллизации. Турбулентное перемешивание металла в этот период прекращается, но за счёт конвективного перемешивания металла происходит выравнивание температур по сечению отливки. Скорость затвердевания  и дальнейшего охлаждения отливки  в значительной степени зависит от степени перегрева металла и продолжительности заливки.

На этой стадии формируются условия зарождения и роста кристаллов.

Характер последующего затвердевания отливки будет зависеть от наличия дополнительных включений в расплаве и от скорости отвода теплоты от отливки. Скорость отвода теплоты от отливки зависит от теплопроводности формы и от конфигурации отливки. Тонкие сечения отливки остывают быстрее, чем массивные.

Длительность второй стадии процесса составляет 5-10% времени охлаждения отливки. Эта стадия также может сопровождаться  затвердеванием корки.

Признаком окончания второй стадии процесса является достижение средней частью отливки температуры затвердевания (для чистых металлов) или температуры ликвидуса (если металл кристаллизуется в интервале температур).

В течение третьего этапа происходит затвердевание металла в отливке.

Эта стадия является основным этапом формирования отливки.

Затвердевание чистых металлов и эвтектических сплавов происходит при постоянной температуре. Затвердевание сплавов с образованием химических соединений происходит в интервале температур.

Затвердевание металлов и сплавов происходит в результате зарождения и роста кристаллов в охлаждающемся расплаве. От количества, скорости роста и формы кристаллов, их преимущественной ориентации в теле отливки зависят её кристаллическое строение и, следовательно, важнейшие технологические и служебные свойства.

Затвердевание расплава в форме сопровождается процессами, которые приводят к образованию дефектов отливки, снижающих её качество. Главные дефекты: химическая неоднородность, усадочные и газовые раковины, горячие и холодные трещины, коробление. Поэтому управление процессами кристаллизации сплава в литейной форме является важной технологической задачей.

Затвердевание расплава начинается образованием у стенок формы центров кристаллизации или фронта начала затвердевания, соответствующей изотерме ликвидуса; через некоторое время вслед за первым фронтом движется второй фронт конца затвердевания, соответствующий температуре солидуса или концу эвтектической температурной остановки.[14]

Чтобы процесс кристаллизации жидкого металла начался самопроизвольно, необходимо некоторое переохлаждение. Степень переохлаждения гомогенного расплава для самопроизвольного образования центров кристаллизации составляет примерно 20% от равновесной температуры кристаллизации. Однако в обычных условиях в расплаве присутствуют посторонние частицы, которые значительно облегчают образование центров кристаллизации и затвердевание происходит при переохлаждении расплава лишь на несколько градусов.  

Во время затвердевания расплава фронт кристаллизации перемещается от периферии внутрь отливки. Если металл затвердевает при постоянной температуре (чистые металлы и эвтектические сплавы), то расплав в каждый данный момент состоит из двух зон — твёрдой и жидкой, причём жидкая зона имеет температуру, равную температуре кристаллизации. Если  металл затвердевает в интервале температур (сплавы), то в расплаве различают три зоны—твёрдую, жидкую и переходную (твёрдожидкую). В этом случае наблюдается понижение температуры от ликвидуса до солидуса.

В зависимости от интервала кристаллизации создаются различные условия формирования отливки. Величина интервала кристаллизации определяет механизм затвердевания отливки (последовательное или объёмное). Внутри интервала кристаллизации образуются горячие трещины. От величины интервала кристаллизации зависит характер усадочных раковин—возникновение усадочной пористости или сосредоточенной раковины.   

Признаком окончания третьей стадии процесса затвердевания отливки является начало снижения температуры центральной (наиболее массивной части отливки) ниже температуры затвердевания или солидуса.       

Существенное воздействие на характер кристаллизации сплава в отливке оказывают различного рода модификаторы, микрохолодильники, вибрация, ультразвук и т.п. Таким образом, имеется достаточно широкий спектр способов управления кристаллическим строением отливки, её свойствами.

Обширные исследования показали, что с увеличением скорости кристаллизации увеличивается число кристаллических зёрен в отливке. Это, в свою очередь приводит к измельчению кристаллического зерна и к повышению механических свойств. Возможность управления характером кристаллизации сплава в отливке широко используется в технике.

На четвертом этапе происходит остывание в форме полностью затвердевшей отливки.

При этом происходят определённые фазовые и структурные превращения металла, характер которых зависит от скорости охлаждения отливки. Поэтому для уменьшения остаточных напряжений необходимо в этом интервале температур равномерное остывание всех частей отливки.

На пятом этапе происходит выбивка отливки из формы и её охлаждение в окружающей среде. Роль окружающей среды могут играть воздух цеха, специальные колодцы, печи и другие устройства. В течение пятой стадии в материале отливки могут происходить различные структурные превращения, изменяться напряжения и т. п.

Пятая стадия охлаждения отливки в принципе не отличается от четвёртой. Разница заключается лишь в уровнях температур металла и в условиях охлаждения поверхности отливки.

Пятая стадия формирования отливки заканчивается при достижении ею температуры окружающей среды. Пятая стадия приобретает важное значение в случае высокой температуры отливки в момент выбивки из формы или в тех случаях, когда в отливке возникают значительные термические напряжения.[5]

Дефекты отливок – отдельные несоответствия отливок установленным требованиям.

Обечайка парогенератора благодаря малой толщине и быстрому вследствие этого затвердеванию отличается меньшим развитием химической неоднородности, более равномерным распределением неметаллических включений.

В отливке обечайке сильно развита осевая пористость, что объясняется наличием в кристаллизующейся отливке очень глубокой и узкой лунки жидкого металла. Образование в ней "моста" сросшихся кристаллов может привести к появлению больших по протяженности зон, в которых металл кристаллизуется без доступа жидкой стали сверху, и, следовательно, к появлению пустот. Осевая пористость заметно усиливается при увеличении перегрева металла и повышенной скорости разливки, иногда переходя в осевые усадочные пустоты. Заметно выражена в отливка большой протяжённости по высоте осевая ликвация, при этом по длине отливки располагаются отдельные участки увеличенной ликвации; это объясняется тем, что ликвирующие примеси скапливаются в пустотах под сросшимися кристаллами осевой  части слитка.

В отливках с большой протяжённостью по высоте наблюдается некоторая несимметричность структуры и распределения составляющих стали, поскольку зона затвердевания последних порций металла, а следовательно, и усадочная пористость, и скопление ликвирующих примесей смещены к верхней грани слитка; у верхней грани наблюдается также повышенное содержание неметаллических включений вследствие их всплывания.

Распространенным дефектом являются трещины - поверхностные и внутренние. Продольные поверхностные трещины на гранях отливки имеют длину до 1-1,5 м и более и глубину до 10-15 мм. Эти трещины являются результатом усадочных напряжений и образуются при неравномерном прилегании формирующейся корки к стенкам кессона. Вероятность возникновения продольных трещин повышается при перегреве стали и увеличении скорости разливки, при увеличении содержания серы в металле.

Газовые пузыри в корковом слое отливки возникают при недостаточно раскисленном металле, высоком содержании в нем водорода. Ряд поверхностных дефектов отливки связана с неудовлетворительной организацией разливки.

1.3 Технологические приёмы воздействия на процессы затвердевания и

охлаждения отливки в литейной форме

Разработка литейной технологии предполагает управление процессами формирования отливки в литейной форме. Управление процессами затвердевания отливки в литейной форме производится в следующих целях:

- предотвратить усадочные дефекты в отливке;

- получить плотную мелкозернистую структуру сплава и высокие механические свойства;

- снизить остаточные напряжения;

- получить определённую структуру сплава в заданных зонах отливки (например, отбел в заданной зоне отливки);

- сократить производственный цикл (сократить время выдержки отливки в форме).[11]

Все известные способы воздействия на характер затвердевания отливки в литейной форме можно распределить на следующие группы:

- введение в расплав дополнительных центров кристаллизации или модификаторов (в струю металла при заполнении литейной формы или непосредственно в литейной форме);

- физические способы воздействия на расплав в процессе кристаллизации (ультразвук, вибрация, встряхивание и др.);

- искусственное охлаждение отливки в форме. Искусственное охлаждение обеспечивается путём усиления теплоотвода от отливки или от её отдельных участков на различных этапах её охлаждения.

Искусственное охлаждение отливок подразделяется на регулируемое и нерегулируемое.

При регулируемом охлаждении существуют способы управления интенсивностью охлаждения отливки в форме, при нерегулируемом – интенсивность охлаждения отливки определяется теплоаккумулирующей способностью применяемых формовочных смесей, которую в ходе процесса  изменить нельзя. [5]

1.3.1 Способы воздействия на характер формирования отливки на этапе охлаждения расплава до температуры кристаллизации

Применение искусственного охлаждения расплава на данном этапе приводит к ускорению снятия перегрева расплава и к сокращению времени нахождения отливки в литейной форме.

  Характер кристаллизации сплава в отливке будет зависеть от наличия зародышей, которые имеются в расплаве.

     Увеличение перегрева расплава приводит к повышению температуры стенок формы и к снижению скорости охлаждения отливки.[4]

1.3.2 Способы воздействия на расплав в период кристаллизации

Этот период является основным и определяет свойства металла в отливке.

Затвердевание отливки происходит в результате кристаллизации расплава, т.е. путём зарождения и роста кристаллов в охлаждающемся расплаве. Количество кристаллов, форма и скорость их роста, а также преимущественная их ориентировка в теле отливки полностью определяют её кристаллическое строение и служебные свойства.

Затвердевание расплава в форме сопровождается также другими процессами, развитие которых может привести к образованию различного рода дефектов: газовой и усадочной пористости, горячих трещин, ликвации и других.

    В связи с этим управление процессами кристаллизации имеет большое значение для получения заданных свойств сплава в отливках.

      Применяют следующие основные способы управления процессами кристаллизации сплава в отливках.[4]

1.3.3 Установка наружных металлических холодильников

Применение наружных металлических холодильников приводит к увеличению скорости затвердевания и получению плотной мелкозернистой структуры металла на ответственных рабочих поверхностях отливки.

Наружные холодильники применяют также для выравнивания скорости охлаждения толстых и тонких стенок отливки для предотвращения термических напряжений.

     В зависимости от материала холодильники обладают различной теплоаккумулирующей способностью. Чем больше теплоаккумулирующая способность холодильника, тем более интенсивно отводит он теплоту от затвердевающей отливки.

Применяют также специальные захолаживающие вставки из материалов, обладающих повышенной теплоаккумулирующей способностью. Для замедления охлаждения тонких стенок отливки применяют иногда утепляющие вставки.[4]

1.4 Получение заданных свойств для отливок ответственного назначения

Сложность обеспечения необходимой плотности металла во всех зонах такой крупногабаритной отливки связана с необходимостью создания условий направленного затвердевания и питания стенок с большим отношением длины к толщине не только по вертикали, но и в горизонтальном направлении.

Для обеспечения условий направленного затвердевания использован комбинированный способ: дифференцированное охлаждение нижних зон отливки за счёт материалов с различной охлаждающей способностью и технологические питающие напуски в подприбыльной зоне.

В этом случае величина технологических напусков минимальна и не приводит к значительному увеличению толщины стенки и развитию ликвационных явлений.

Для получения доброкачественной и плотной отливки необходимо разработать и применить такие технологические способы, при которых по её высоте будет обеспечено не только направленное, но и быстрое затвердевание.

В реальных условиях единственным способом решения этой проблемы является способ регулирования направленного затвердевания за счет использования материалов с различной охлаждающей способностью. Целью этого способа является получение максимально возможного захолаживающего эффекта периферийных зон отливки, при котором достигается максимально возможная разница во времени затвердевания между зонами от основания отливки по направлению к прибыли.

В этом случае, сохраняя неизменную толщину стенки, обеспечены условия направленного затвердевания за счет использования набора смесей или материалов с различной охлаждающей способностью, расположенных послойно по направлению от основания к прибыли по мере уменьшения их теплоаккумулирующей способности. [15]

Используемые при этом смеси и материалы нужно подбирать с таким расчетом, чтобы каждый последующий от периферии (дна) к прибыли слой должен обеспечивать постепенный прирост времени затвердевания отливки на величину, ориентировочно равной 20%.

Поэтому, для создания направленного затвердевания использовали песчаные и хромомагнезитовые смеси на жидком стекле, а также наружные холодильники в виде проката квадратного сечения толщиной, равной толщине питаемой стенки.

В нижней части отливки высотой 500 мм направленность затвердевания, и плотность металла обеспечивали за счёт торцевого эффекта и наружных металлических холодильников. Расположенные выше зоны рассматривались как бесконечные плиты; протяжённость каждой дифференцированно охлаждаемой зоны принимаем равной или меньше 4 модулям отливки, а радиус действия прибыли около 2 модулей.  

Для дифференцированного охлаждения использовали песчаные, хромомагнезитовые на жидком стекле, хромомагнезитовую смесь с дробью, а также наружные холодильники в виде проката квадратного сечения толщиной, равной приведённой толщине питаемой стенки.

 Использование данных формовочных материалов с повышенной охлаждающей способностью для создания дифференцированного охлаждения резко сокращают время существования двухфазной зоны, не оказывая при этом влияние на её ширину.

Это создаёт благоприятные условия для питания отливки, как за счёт возникающего положительного градиента температур, так и за счет разницы во времени существования двухфазных зон соседних частей отливки.

Материалы, рекомендуемые для создания дифференцированного охлаждения, приведены в Таблице 1.[1]

Таблица 1 - Ориентировочные значения коэффициента затвердевания для различных условий охлаждения.

№№ п/п

Формовочные материалы

k, мм/мин1/2

1

Песчаная форма

с добавлением 20%дроби

с добавлением 40% дроби

8,2

10,5

12,0

2

Хромомагнезитовая форма

с добавлением 20% дроби

11,0

12,3

3

Сплошной металлический холодильник с одной стороны, песчано-глинистая смесь – с другой

21,0

4

Песчаная/хромомагнезит

10,0

5

Хромомагнезит с дискретными холодильниками с одной стороны

15,0

6

Хромомагнезит с 10% дроби и дискретными холодильниками с одной стороны

17,5

7

Хромомагнезит с дискретными холодильниками с двух сторон

18,0

Из таблицы видно, что чем выше теплофизические свойства формовочных смесей, тем больше коэффициент затвердевания.

 Также было установлено, что используемые в данной работе материалы с повышенной охлаждающей способностью для создания дифференцированного охлаждения, резко сокращают время существования двухфазной зоны, не оказывая при этом существенного влияния на её ширину. [1]

2 Проектирование технологии изготовления отливки «Обечайки» парогенератора ПГВ-1000 в литейных формах с дифференцированным отводом тепла

2.1 Расчёт технологических напусков для обеспечения направленного затвердевания

Наиболее распространенным способом создания направленного затвердевания является применение технологических клиновидных напусков, обеспечивающих постепенное увеличение толщины питаемой стенки по направлению к прибыли.

Чтобы определить величину напусков необходимо разделить сечение отливки на 7 отрезков, протяжённость которых принимали равной 4..5 R отливки. Сечение отливки показано на Рисунке 1.

Рисунок 1. Поперечное сечении отливки обечайки.

После того, как сечение отливки разделили на 7 отрезков, находим величину напусков для каждой зоны.

Величину напусков определяем по Рисунку 2.

Рисунок 2. Величина технологического напуска  для различных значений : числа у линий – значения коэффициентов затвердевания k, мм/мин1/2

На первый отрезок напуск не назначаем, т. к. имеет место торцевой эффект.

Величина напуска во второй зоне равна = 60 мм.

На остальных участках величина напуска равна соответственно 30, 30, 29, 29, 30.

2.2 Расчёт условий затвердевания отливки с использовнием приведённой толщины

Главным критерием оценки направленного затвердевания отливки является приращение приведённой толщины R. ( R=V/F, где V – объём затвердевающего металла; F – площадь его охлаждения)

В качестве универсального критерия оценки конечных размеров отливки на время затвердевания и влияния условий охлаждения, используется «модуль отливки» М.

Модуль отливки – это «приведённая толщина» условной отливки, время затвердевания которой в форме из какой-то смеси, охлаждающая способность которой взята за эталон, равно времени затвердевания реальной отливки в форме из смеси, охлаждающая способность которой может отличаться от эталонной.

Величину этого модуля определяют по выражению:

,       (12)

Где kэ – коэффициент затвердевания отливки в форме из эталонной смеси; k1 – коэффициент затвердевания отливки в форме из заданной смеси.

За эталонную смесь принята песчано-глинистая смесь с bф = 1,6*103 (Вт*с1/22 *0С).

Абсолютная величина модуля М меньше или равна R для условий более интенсивного охлаждения и, наоборот, для теплоизоляционных и экзотермических условий МR. Для эталонных условий в песчано-глинистой форме M=R.

Сечение отливки, как показано на рисунке 1, по высоте разбиваем на зоны, протяжённость которых принимали равной 4..5 R отливки. В нижней части отливка будет охлаждаться хромомагнезитовой смесью с дискретным холодильником. Высота это зоны равна 500 мм. Следующие две зоны отливки высотой 400 и 300 мм охлаждаются хромомагнезитовой смесью. Оставшиеся 4 зоны, каждая высотой  300, 350, 350, 300 мм, охлаждаются  в песчано-глинистой форме.

Рассчитываем приведенную толщину для первой зоны, охлаждаемой хромомагнезитовой формой с дискретным холодильником.

R=90 мм.

Определяем модуль отливки М по формуле 12.

За эталонную смесь принята песчано-глинистая смесь.

 мм.

По Рисунку 3, находим время затвердевания.

Рисунок 3. Номограмма для определения модуля М и времени затвердевания отливки  в зависимости от её приведенной толщины и условий охлаждения.

По Рисунку 3 время затвердевания равно =25 мин.

Для второй зоны, охлаждаемой хромомагнезитовой смесью, рассчитываем приведенную толщину.  

 мм.    (13)

Находим модуль отливки М. Модуль М=76.

Определяем время затвердевания =80 мин.

Третья зона также охлаждается хромомагнезитовой смесью. Высота зоны 300 мм.  

 мм.

Определяем модуль отливки. М=90.

Время затвердевания =110 мин.

Четвертая зона изготовляется в песчано-глинистой смеси. Высота участка 300 мм, технологический напуск = 30 мм.

    мм.

Модуль отливки равен М=110.

Время затвердевания =165 мин.

Пятая зона также изготавливается из песчано-глинистой смеси. Высота участка 350 мм. Приведённая толщина равна R2=165 мм. Модуль отливки равен М=120. Время затвердевания =200 мин.

Шестой участок отливки изготавливаем в песчано-глинистой форме. Высота участка 350 мм, технологический напуск = 29 мм. Приведённая толщина равна R2=180 мм. Модуль отливки равен М=134. Время затвердевания =250 мин.

Седьмой участок также изготавливаем из песчано-глинистой смеси. Высота участка 300 мм. Приведённая толщина равна  R2=195 мм. Модуль отливки равен М=145. Время затвердевания =315 мин.

Приведенная толщина отливки на уровне 500 мм от края (сечение 1) будет равна 90 мм. Время затвердевания будет равно 25 мин. При следующем приращении, равном 400 мм приведенная толщина увеличится до 120 мм, а время затвердевания будет равно 80 мин. В подприбыльной зоне (сечение 7) величина  R составит 195 мм. Время затвердевания будет равно 315 мин.

В отливке, которая будет изготавливаться в комбинированной форме, направленное затвердевание будет обеспечиваться за счет использования смесей с разным захолаживающим эффектом и технологическими напусками.

Результаты расчётов наносим на Рисунок 4.

Рисунок 4. Сечение стенки обечайки изготовленной в комбинированной форме с нанесёнными припусками.

Аналогичным образом рассчитываем параметры затвердевания патрубков обечайки. Патрубки обечайки диаметром 780 и 1170 мм располагаются на одной оси.

Патрубки также изготавливаем из двух смесей: из песчано-глинистой и хромомагнезитовой смесей.

Схема изготовления патрубков показа на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема технологии изготовления цельнолитых патрубков.

2.3 Материалы, используемые для изготовления комбинированной формы и их свойства.

Решение проблемы формирования отливки необходимой плотности связано с условиями обеспечения направленного затвердевания, при которых осуществляется непрерывное питание жидким металлом элементов стенок отливки от прибыли к периферии через незатвердевающий клиновидный канал. В общем случае эти условия зависят от свойств материала и конфигурации отливки, места расположения прибылей и питателей, положения отливки в форме и теплофизических свойств формовочных материалов.

Условия обеспечения направленного затвердевания, при котором осуществляется непрерывное питание через незатвердевающий канал, будет тем лучше, чем больше расширяется этот канал в направлении к прибыли.  

Для отливок ответственного назначения, к плотности которых предъявляют повышенные требования, угол расширения питающего канала должен быть не менее определённой критической величины, при которой достигается заданная плотность литого металла.    

Для обеспечения направленного затвердевания отливки применили комбинированный способ устройства литейной формы: устройство питающих технологических напусков в верхней подприбыльной зоне и дифференцированного охлаждения нижних зон отливки материалами с разной охлаждающей способностью. При дифференцированном охлаждении можно, не изменяя толщину стенки отливки, создавать в ней условия для направленного затвердевания, расположим материалы с различной охлаждающей способностью послойно от периферии по направлению к прибыли по мере уменьшения их захолаживающего эффекта.

Если конструкционное строение отливки не обеспечивается направленным затвердеванием, то используют формовочные материалы с высокой охлаждающей способностью. Они должны ускорять процессы теплоотвода ниже расположенных частей отливки и обеспечивать условия направленного затвердевания. [4]

Для дифференцированного охлаждения использовали песчаные, хромомагнезитовые на жидком стекле, хромомагнезитовую смесь с дробью, а также наружные холодильники в виде проката квадратного сечения толщиной, равной приведённой толщине питаемой стенки.

Теплофизические свойства материалов представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. Теплофизические свойства формовочных смесей.[11]

Материал

Плотность,

γ, кг/м³

Коэффициент

теплопроводности,

λ,Вт/м·°С

Теплемкость, кДж/м³·°С

Коэф-т

температуропроводности,а, м²/с

Коэф-т

тепловой аккумуляции

b, кВт·с½/м²·°С

ПГС + 20%

асбестовой крошки

1550

0.54

1640

           -7

3,28·10

0.938

ПГС

(10% глины)

1650

1.28

1840

             -7

        7.0·10

1,53

Хромомагнезитовая смесь

2700

2,56

5130

               -7

      4,9•10

3,6

2.4 Анализ технологичности изготовления отливки «Обечайка»

Отливку располагаем вертикально, т.к. такое положение отливки обеспечивает питание всех частей отливки от прибыли, имеется возможность установки стержней, основные обрабатываемые поверхности располагаются вертикально. Положение отливки в форме обеспечивает наименьшие затраты труда и материалов на изготовление формы.

Модель отливки выполняется неразъёмной, вся отливка располагается в нижней полуформе.  Такой разъём обеспечивает свободное извлечение отливки из формы.

Для данной отливки выбираем пять стержней, один стержень располагается вертикально, четыре других располагаются горизонтально.

Определяем конструкцию и размер знаков стержней.

Определяем высоту знака первого стержня h=110 мм. Уклон знака первого стержня равен 50. Высота следующих знаков стержней равна 70, 70, 50, 50 мм соответственно. А уклоны знаков стержней 60, 60, 70, 70 соответственно.  

 

2.5 Выбор и расчёт прибылей

Для питания отливки принимаем открытые  цилиндрические прибыли.

Чтобы определить объём прибыли необходимо рассчитать безразмерный коэффициент m, учитывающий расстояние от прибыли до места подвода металла к отливке, безразмерный коэффициент ξ , который учитывает конфигурацию прибыли, радиус теплового узла Rт.у., коэффициент β, учитывающий объёмную усадку сплава, безразмерный коэффициент у, учитывающий относительную продолжительность затвердевания теплового узла и относительную продолжительность затвердевания прибыли, коэффициент z, учитывающий тепловое состояние прибыли и теплового узла, объём формы Vф.

Коэффициент m определяем по Таблице2.

Таблица 2 – Значения коэффициента m в зависимости от расстояния прибыли до места подвода металла.

l

m

l

m

2

1,0

10-20

1,1

2-5

1,03

20-30

1,15

5-10

1,05

30-40

1,2

Из таблицы 5 получаем значение m равное 1.

Величина коэффициента ξ принимаем равным  108.

Определяем размеры теплового узла.

Определяем объём теплового узла.

Vт.у=V1+V2;      (1)

где V1 V2  объёмы фигур составляющих размары теплового узла, см3.

 Vт.у=+=682361 см3.

Определяем площадь теплового узла:

Fту= ++=16420 см3.

Определяем радиус теплового узла:

Rт.у.=Vт.у./Fт.у.;     (2)

Rт.у.= см.

Определяем коэффициент β.

β=4,5/100%=0,045

Определяем у. Величина у равна 1,11.

Определяем z. Т.к. теплоаккумулирующая способность формовочной смеси и прибыли одинакова, то z=1.

Определяем объём формы Vф:

Vф=m0/ρ,      (3)

где  m0 масса отливки, кг;

р плотность заливаемой стали, кг/мм2.

Vф=70000/7,2=9722 мм3.     

Определяем объём прибыли Vпр.по формуле (9):

Vпр=mξR3т.у.(1+β)3 yz+3βVф.                   (4)

где m безразмерный коэффициент, учитывающий расстояние от прибыли до места подвода металла к отливке;

ξ безразмерный коэффициент, который учитывает конфигурацию прибыли;

Rт.у. радиус теплового узла, мм;

β коэффициент, учитывающий объёмную усадку сплава, %;

у безразмерный коэффициент, учитывающий относительную продолжительность затвердевания теплового узла и относительную продолжительность затвердевания прибыли;

z коэффициент, учитывающий тепловое состояние прибыли и теплового узла;

Vф объём формы, мм3.

Vпр=1*108*4103(1+0,045)3*1,11*1 + 3*0,045*9722=900131см3.

Определяем диаметр прибыли  Dпр по  формуле (10):

Dпр.== 750 мм.    (5)

Высоту прибыли находим по формуле (11):

Нпр.=1,25*Dпр;      (6)

Нпр=1,25*750=950 мм.

Устанавливаем 8 прибыли, т.к. расстояние между ними равно 2-2,5 размерам прибыли.

2.6 Расчёт литниковой системы

Литниковой системой называется система каналов предназначенных для заливки жидкого металла в литейную форму, с определённой скоростью, для распределения металла по объёму полости формы и для очистки металла от шлаковых включений.

Высота отливки равна 2500 мм.

Для обеспечения направленного затвердевания выбираем трехъярусную литниковую систему. В каждом ярусе по 8 питателей, подведённых по касательной равномерно по всей окружности.

Первый ярус и соединенные с ним два стояка представляют собой автономную литниковую систему.

Второй и третий  ярусы соединены между собой

Выбираем расширяющуюся литниковую систему, т.к. она обеспечивает плавное заполнение литейной формы.

Схему литниковой системы показываем на рисунке 6.

Рисунок 6. Отливка с литниковой системой.

Соотношение элементов литниковой системы fст:fл.хfпит =1:1:1.

Чтобы рассчитать сечение стояка необходимо определить коэффициент , расчётный напор Нр, время заполнения литейной формы .

Значение коэффициента  находим из таблицы

Таблица 3 – Таблица значений коэффициентов расхода литниковой системы в зависимости от сопротивления литниковой системы.

Сплав

Сопротивление литниковой системы

Низкое

среднее

высокое

сталь

0,6

0,5

0,35

Значение коэффициента принимаем равным=0,35.

Определяем время заполнения литейной формы:

;                                                  (7)

где продолжительность заполнения полости литейной формы, с;

S безразмерный коэффициент, зависящий от вида сплава, типа и конструкции литниковой системы;

преобладающая толщина стенки отливки, мм;

m масса отливки, кг

Таблица 4 – значения коэффициентов S, зависящего от сплава и типа литниковой системы.

Сплав

Тип литниковой  системы

Верхняя

боковая

нижняя

Углеродистая и низколегировання сталь

1,5

1,4

1,3

Чугун

2

1,8

1,6

Сплавы на основе алюминия

2,6

2,4

2,2

Значение S равно 1,4, т.к. сталь низколегированная и литниковая система боковая. Преобладающая толщина стенки равна 180  мм. Масса отливки равна 70000 кг. Время заполнения литейной формы 195 с.

Расчётный напор определяем по формуле:

Нр=к(Н0+h1);                                           (8)

где H расчётный напор;

К=0,8 безразмерный коэффициент;

Н определяется высотой верхней опоки, которая зависит от высоты прибыли;

Н высота прибыли;

h=высота воронки.

Значение коэффициента К принимаем равным 0,8. Высота прибыли равна 1200 мм. Высота верхней опоки Н0 равна 1200 мм, высота воронки h равна 50 мм.

Таблица 5 – определение расстояния расплава в ковше в конечной стадии заливки.

Q

0.5

1.0

4

6

0

16

20

H

200

280

330

360

80

410

430

Величина расчётного напора по формуле  получается:

Нр=0,8(1200+50+1+0,25)=1001 мм                                      

Определяем узкое сечение литниковой системы по формуле (3):

F=,     (9)

где М масса отливки в форме, кг;

 плотность отливки,  ;

время заполнения литейной формы, с;

  коэффициент, зависящий от типа и сложности литниковой системы, а также от типа сплава и состояния литейной формы;

 g ускорения свободного падения, м/с2;

Нр расчётный напор.

Плотность заливаемой стали равна =7200 ;

F= мм2

Определяем диаметр стояка:

Dст.н.=2,     (10)

Dст.н.=2=130 мм.

Диаметр литниковых ходов равен 130 мм.

Рассчитываем питатели по формуле из соотношения Fст:1,0=Σfпит.

Находим высоту питателя:

    hпит=(0,5-0,8)hшл=8 см.          (11)

Получаем высоту питателя равной hпит =8см.

Вывод:

Получаем трехъярусную литниковую систему. В каждом ярусе по 8 питателей высотой 80 мм. Высота первого яруса от низа отливки равна 500 мм, высота второго яруса 1200 мм от низа отливки, третий ярус располагается на расстоянии 2000 мм от низа отливки.  Литниковая система имеет 3 стояков, диаметр каждого 140 мм. Заливка осуществляется через трёх шиберный ковш в литниковые воронки.

2.7 Изготовление формы

Процесс изготовления формы осуществляется в формовочном отделении литейного цеха. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практически любую по конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенных черных и цветных сплавов.

Применяют следующие способы формовки:

1) в почве и кессонах;

2) в опоках;

3) безопочную;

4) по шаблону;

5) по скелетным моделям и контрольным сечениям;

6) в стержнях;

7) с применением быстротвердеющих смесей.

В зависимости от степени механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения одной отливки или нескольких, например, в условиях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы).

Отливку изготавливаем в кессоне из стержней. Стержни изготовлялись из двух смесей: хромомагнезитовой с жидким стеклом (в нижней части) и песчано-глинистой с жидким стеклом. Всего использовали пять стержней для изготовления отливки и патрубков. Все стержни продували углекислым газом. [11]

 

3 Безопасность жизнедеятельности и экология

Литейное производство по выделяемым загрязнениям занимает второе место после теплоэнергетики. В городах с развитым машиностроением на долю выбросов от литейных цехов приходится до 15% оксида углерода, 2-4% оксидов серы и азота, 5-8% полидисперсной пыли. Поэтому в современных условиях резко возрастает роль промышленной экологии, призванной на основе вреда, приносимого природе индустриализацией, разрабатывать и совершенствовать средства защиты окружающей среды и создавать малоотходные технологические циклы.

В литейных цехах основными опасными и вредными производственными факторами являются пыль, пары и газы, избыточное тепловое излучение, повышенный уровень шума и вибрации, электромагнитные излучения, подвижные части производственного оборудования. Для создания оптимальных условий труда, предотвращения несчастных случаев и профессиональных заболеваний большое значение имеет общее устройство цеха (планировка, вентиляция, освещение).

При разработке технологического процесса изготовления отливки обечайки парогенератора ПГВ-1000 учитываются технические условия безопасности, проведен анализ потенциальных опасностей и вредностей при осуществлении данного технологического процесса и предусмотрены меры, необходимые для профилактики травматизма, а также меры по охране окружающей среды. [9]

3.1 Анализ опасных и вредных факторов процесса изготовления отливок

Анализ опасных и вредных факторов процесса изготовления отливок представлен в Таблице 6.

Таблица 6 – Вредные и опасные факторы при производстве отливок.

Технологические операции

Используемое оборудование

Потенциальные опасности.

Формовка

Встряхивающая, пяти тонная формовочная машина

Пыль и газы, аэрозоль краски, шум, вибрация, механические повреждения.

Изготовление стержней

Ручные пневмотрамбовки

Механические повреждения

Сборка формы

Мостовой кран, Q=20т, U=380/220 B

Механические повреждения, электрические травмы

Плавка и разливка

t=1550-1580°C

Печь ДСП - 52, ДСП - 15, ДСП – 8, заливочный ковш 70т, U=380/220 B

Тепло, газы, пыль, шум, термические ожоги, электротравмы.

Заливка формы

t=1580°C

Мостовой кран, заливочный ковш 70т, U=380/220 B

Газы, тепло, выбросы металла, термические ожоги, электрические травмы

Выбивка

Выбивная решетка

U= 380 B

Пыль, шум, вибрация, механические повреждения, электрические травмы

Финишные операции, t=7000С

Газовые печи для термообработки, дробеструйная камера, абразивные станки.

Тепло, окись углерода, сернистый ангидрид, металлическая пыль, силикатная пыль, механические повреждения, термические ожоги, опасность взрыва, пожары.

Вывод: Изготовление отливок  является потенциально опасным производством. При каждой технологической операции необходимо предусматривать следующие мероприятия и средства защиты:

  1.  Формовка – аспирация запыленного воздуха, приточная вентиляция, заземление электроустановок, защитное ограждение опасных зон;
  2.  Изготовление стержней – индивидуальные средства защиты;
  3.  Сборка – индивидуальные средства защиты;
  4.  Плавка и разливка – удаление газов вытяжной системой, заземление электроустановок, защитные ограждения, теплозащитные экраны;
  5.  Заливка формы - удаление газов местной вытяжной вентиляцией;
  6.  Выбивка – местные отсосы от всех мест выделения пыли, заземление электроустановок, индивидуальные средства защиты от шума, пыли, вибрации;
  7.  Финишные операции – местная вытяжная вентиляция, приточная вентиляция, аэрация, душирующая вентиляция у печей и на участках газо- и электросварки, защитные ограждения.

 Также при выполнении всех технологических операций необходимо иметь индивидуальные средства защиты.[6]

3.2 Меры защиты от  опасностей и вредностей

3.2.1 Защита от электрического тока

По доступности электрооборудования цех относится к производственным помещениям, т.к. доступ к электроустановкам имеет и квалифицированный персонал и производственные рабочие (ПУЭ). Рабочее напряжение -380/220В, переносное оборудование работает при 36/42В. Опасность электротравмы возможна из-за короткого замыкания в электрической цепи, пробоя фазы на корпус, прикосновения к плохо изолированным частям электрооборудования.

Конструкции электроустановок  соответствуют условиям их эксплуатации и обеспечивают защиту персонала от прикосновения к токоведущим частям. В электроустановках применяются следующие технические способы и средства защиты: защитное заземление, зануление, защитное отключение, электрическое разделение сетей, оградительные устройства, блокировка.

Защита от прикосновения или опасного приближения к токоведущим частям достигается дополнительной и усиленной изоляцией токоведущих частей, расположением их на недоступной высоте или в недоступном месте, использованием сплошных в виде кожухов или сетчатых ограждений.

Рабочему запрещается приступать к работе, если замечены какие-либо неисправности в оборудовании, инструменте, электропроводке.

Администрация литейного цеха обязана ознакомить рабочего с основными требованиями техники безопасности и электробезопасности в данном цехе и на данном конкретном участке, со световой и звуковой сигнализацией, используемой в цехе, указать правила проездов и проходов по территории цеха и всего предприятия, а также правила противопожарной безопасности.

Для защиты от токов короткого замыкания в цехе действует быстродействующая релейная защита. Кроме того, предусматривается снабжение работающих средствами индивидуальной защиты: диэлектрические перчатки, измерительные инструменты с изолированными ручками, монтерский инструмент, предохранительные пояса.[7]

3.2.2 3ащита от механического травмирования

Опасность механического травмирования обусловлена использованием крупногабаритных форм, ковшей, мостовых кранов, вращающихся частей центробежной машины и т.д. Проектом предусмотрены следующие меры защиты от механического травмирования:

-механизация и автоматизация операций массового производства;

-дистанционное управление станков и установок;

-блокировка механизмов;

-звуковая и знаковая сигнализация;

-зона движения грузов и перемещения механизмов имеет ограждение.[7]

3.2.3 Защита от ожогов и теплового излучения

В цехе установлены четыре электродуговые печи. Они является основными источниками теплового излучения. Кроме того, процесс разливки также сопряжен с выделением избыточного тепла в рабочую зону. Поэтому проектом предусмотрены следующие меры защиты:

-тепловая изоляция источников теплового излучения;

-экранирование источников тепла и рабочих мест;

-герметезация тепловых агрегатов;

-общеобменная и местная вентиляция (К=5-6 1/час);

-дистанционное управление и наблюдение за ходом процесса;

-использование средств механизации на горячих операциях (I84 кДж/(м3 час).

Интенсивность излучения зависит от температуры его источника. Потоки тепловых излучений в горячих цехах создают в основном инфракрасные лучи длиной волны до 10м.[6]

3.2.4 Защита от вредных выделений

Все технологические операции производства чугуна, стали, цветных и редких металлов, а также связанные с их последующей обработкой, сопровождаются образованием значительных количеств газов и пыли.

Для обеспечения безопасности предъявляют повышенные требования к проведению работ, устройству и содержанию складов, хранению и уничтожению вредных веществ, личной гигиене.

Для предотвращения загрязнения воздуха важное значение имеет проведение планово-предупредительных ремонтов. В цехах с большими выделениями пыли производят регулярную мокрую или вакуумную уборку.

К техническим мерам защиты от вредных веществ относятся:

- автоматизация и дистанционное управление вредными технологическими операциями;

- совершенствование технологических процессов и оборудования с целью уменьшения выделения вредных веществ;

- герметизация оборудования, особенно печей и газопроводов;

- применение местных вытяжных устройств, покрытий, защищающих от источников вредных выделений, пневмо- и гидротранспорта.[7]

3.2.5 Защита от шума и вибрации

Согласно ГОСТ 12.1.003-83, уровни звука и эквивалентные им уровни шума не должны превышать в рабочих зонах и производственных помещениях 80 дБ. Звукоизолирующие ограждения позволяют изолировать источник шума от помещения. Звукоизоляция достигается созданием герметичной преграды на пути распространения шума. Для звукоизоляции отдельных агрегатов используют кожухи, которые облицовывают изнутри звукопоглощающим материалом толщиной 20-50мм.

Проектом предусмотрены следующие меры защиты от воздействия шума и вибрации:

-амортизация;

-звукоизоляция, звукоизолирующие кожухи для шумящего оборудования;

-звукопоглотители;

-покрытие поверхности вибрирующих металлических деталей машин специальными материалами с большим внутренним трением и вязкостью;

-индивидуальные средства защиты (заглушки, антифоны, наушники).[6]

3.2.6 Пожаро- и взрывобезопасность производства

По пожарной безопасности технологический процесс литейного цеха относится к категории Г, т.к. в процессе производства обращаются металлы в горячем и расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени. Степень огнестойкости здания 4. Для снижения пожароопасности проектом предусмотрены следующие меры защиты:

-противопожарные преграды;

-система автоматической сигнализации и пожаротушения;

-посты пожаротушения.

В качестве огнегасящих веществ используются легкоплавкие флюсы, углекислота, песок и т.п.

Взрывозащита обеспечивается установлением минимально необходимых количеств взрывоопасных веществ (смолы, используемые в формовочном отделении, машинное масло и т.д.), применяемых в данном технологическом процессе, обвалкой или ограждением взрывоопасных участков, гидрозатворов.[8]

3.3 Расчёт местной вытяжной системы

Электродуговая печь является интенсивным источником тепла и вредных выбросов (CO, CO2, окиси железа и т.д). Над печью образуется устойчивое струйное течение. Для решения этой проблемы необходимо установить зонт (Рисунок 6) с неравномерным всасыванием по площади. [7]

Радиус источника вредных веществ r = 1.5 м.

Для отсоса улавливающего приточную  струю  в  пределах  разгонного участка высота зонта выбирается из соотношения (h ³ 4r).

H = 4 × 1.15 = 4.6 м.

Основные расчётные параметры вытяжного зонта:

Rзонта = r+0.24×h = 2.6 м,

R1 = 0.8×R  = 2 м,

R2 = 0.6×Rзонта = 1.6 м,

R4 = 0.7×R3 = 1.82 м.

Рисунок 6. Схема зонта: 1-корпус зонта; 2-всасывающий конус.

3.4 Экологическая оценка работы литейного цеха

3.4.1 Защита атмосферного воздуха

Воздушный бассейн непосредственно загрязняется пылегазовыми выбросами литейного производства. Пылегазовые потоки содержат газообразные составляющие, твердые и капельножидкие аэрозоли.

В целях защиты воздушного бассейна необходимо осуществлять различные технологические и санитарно-гигиенические мероприятия. Для выбора этих мероприятий предварительно определяют: источники вредных выбросов в атмосферу и их координаты; расчетные характеристики источников (диаметр и высоту труб, количество газов, количество вредностей и т.д.); долю основных источников в загрязнении воздушного бассейна; основные выбросы от соседних предприятий; расположение существующего жилья; районы, намеченные к жилой застройке; посадки, которые должны быть защищены от выбросов и т.п.

На основе общих представлений и подходов к снижению выбросов в окружающую среду можно представить основные направления работы по охране атмосферного воздуха. Главным из них следует считать совершенствование технологии, позволяющее уменьшить выбросы в атмосферу, и разработку эффективных методов и аппаратов для очистки пылегазовых выбросов.

При выборе типа фильтров для очистки газов, выбрасываемых в атмосферу, следует учитывать запыленность воздуха (состав, количество, дисперсность пыли, физико-химические свойства пыли), количество очищаемого газа, температуру газа, возможность использования воды (грануляция шлака, очищение выбрасываемых газов и т.д.) и устройства шлаковой канализации, наличие места для установки фильтра, допустимый выброс в атмосферу, режим работы технологического оборудования, возможную высоту трубы и технико-экономические показатели установки газоочистки. По способу очистки пылеотделители и фильтры подразделяются:

-сухие (циклоны, матерчатые фильтры и электрофильтры);

-мокрые (циклоны-промыватели, циклоны с водяной пленкой, пенные, центробежные скрубберы и т.п.);

-масляные (самоочищающиеся ячейковые, сетчатые). В проекте предлагается установить циклоны и матерчатые фильтры. [7]

3.4.2 Защита гидросферы

 В литейном цеху вода используется для очистки выбрасываемых газов, грануляции шлака, охлаждения оборудования, отливок и .т.д.

Надёжным способом защиты окружающей среды является очистка промышленных сточных вод и использование их в оборотных системах производственного водоснабжения. Оборотные системы водообеспечения являются также эффективным средством снижения расхода воды.

Удельный расход воды на очистку 1м3 воздуха составляет около 0,5л. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах от вентиляционных устройств колеблется в значительных пределах и может достигать 20 кг/м3. Количество взвешенных частиц можно уменьшить, если это необходимо, разбавлением водой. Осветление сточных вод вентиляционных установок обычно производят методом отстаивания. Для этой цели применяют горизонтальные или радиальные отстойники (в зависимости от расхода сточных вод). При сбросе осветленных вод в водоем остаточная концентрация взвешенных частиц должна удовлетворять санитарным требованиям. Устройство локальных очисток наиболее целесообразно для вентиляционных установок, обслуживающих несколько близко расположенных цехов.[9]

3.4.3 Утилизация отходов

Твердые отходы, полученные в результате процесса производства отливок литым методом, являются преимущественно металлическими.

Перед вторичным использованием их подвергают сортировке и пускают на переработку. Металлические отходы полностью используют в переплаве. Энергетические отходы, такие как пар и тепло частично используются для обогрева помещений, но большая их часть теряется безвозвратно.[8]

4 Экономическое обоснование

4.1 Схема производства

Схема производства при изготовлении отливки методом литья представлена на Рисунке 7, и ковано-сварным методом на Рисунок 8.

Рисунок 7. схема производства отливки методом литья.

Рисунок 8. Схема производства отливки ковано-сварным методом.

Преимущества использования метода литья для изготовления отливки обечайка:

  1.  повышение выхода годного металла по всему производственному процессу, т.е. экономия металла на одну отливку;
  2.  экономия на энергетических затратах (отсутствие нагрева перед ковкой);
  3.  сокращение трудоёмкости при механической обработке за счёт более низких допусков;
  4.  отсутствие  риска недоброкачественной сварки;
  5.  более короткий производственный цикл.

4.2 Экономика и организация производства

4.2.1 Штат рабочих

Для расчета штатов производственных рабочих составляется баланс рабочего времени одного трудящегося по форме, представленной  в Таблице 9

Таблица 9 - Баланс рабочего времени одного трудящегося на ДСП в днях.

 

  

Расчет штатов производится в следующем порядке. Сначала определяется расстановочный штат, т.е. минимальная численность рабочих, необходимая для бесперебойного функционирования производства в одну смену. Затем определяется полный расстановочный штат в зависимости от принятого графика работы. Далее определяется списочный штат рабочих, в которых дополнительно к полному расстановочному штату предусматривается резерв на подмену. Тарифные разряды рабочих устанавливаются по заводским данным. Расчет приведен в Таблице 10.

Таблица 10 - Штаты рабочих на ДСП.

4.2.2Расчет фонда заработной платы

Раздельно для каждой группы рабочих рассчитаем годовой фонд основной и дополнительной заработной платы. Расчет заработной платы ведем в виде таблицы раздельно для каждой группы рабочих с одинаковым графиком работы и оплаты труда. Расчет представлен в Таблице 11. Предварительно для каждой группы рабочих с одинаковым графиком выходов рассчитываются:

1)общее количество рабочих часов;

2) число часов работы вечером и ночью;

3) работа в праздничные дни;

4) число часов переработки графика.

Перечисленные показатели в расчете на одного рабочего в год при непрерывном четырех бригадном графике работы устанавливаются следующим образом:

   1) Всего часов 365*24/4 = 2190час.      

2) ночных часов       2190/3 = 730час.

   3) Вечерних часов   2190/3 = 730час.

4) Праздничных часов  10*24/4 = 60час.

   5) При расчете исходят из 7 часового рабочего дня недели. Количество рабочих часов в год должно составлять: - 2077 часов (при работе без выходных субботних дней). Следовательно, переработка равна 2190 – 2077 = 113 дней.

Переработка указывается без праздничных часов, т.е.:

   113 – 60 = 53 дня.

  Расчет основных элементов заработной платы.

      Заработная плата по тарифу определяется умножением среднечасовой тарифной ставки на количество часов работы в году и на полный расстановочный штат.

    Размер премии для каждой группы рабочих принимается в % от суммы сдельного заработка (гр.12) + (гр.13), т.е. (420480 + 12614)*0,7 = 303166 руб.

 Таблица  11 - Расчет фонда заработной платы по базовому варианту.

 

Рассмотрим проектируемый вариант.

По проектируемому варианту количество рабочих, обслуживающих ДСП не изменилось. Дополнительно вводится один сталевар и электрик. Расчет фонда заработной платы представлен в Таблице 12.

Таблица 12 - Расчет фонда заработной платы по проектируемому варианту.

4.3 Расчёт себестоимости продукции

При разработке проекта реконструкции цеха за основу принимается калькуляция себестоимости по базовому варианту, и определяются отклонения по отдельным статьям.                                             

Калькуляция себестоимости продукции по базовому варианту на 1 т представлена в Таблице 13.

После проведения экспериментов, получения и анализа результатов был сделан вывод о возможности получения заданной структуры с использованием рассмотренной в работе технологии изготовления отливок с помощью комбинированных форм.   

   Сложность и трудоёмкость изготовления обечайки в ковано-сварном варианте связана не только с её значительными габаритами, но, главным образом, с необходимостью вручную приваривать к обечайке два смещённых патрубка. Изготовление обечайки с патрубками в виде цельнолитой конструкции снимает все эти проблемы, не говоря уже об экономических выгодах, её малой трудоёмкости и коротких сроках её изготовления по сравнению с кованым вариантом.  

При использовании предложенной в работе технологии достигается экономия рабочего времени, т.к. процесс литья имеет меньший производственный цикл чем ковано-сварной метод. Это достигается за счёт меньшего количества технологических напусков. Также литой метод обеспечивает изготовление отливок с меньшим количеством технологических операций и позволяет получить доброкачественную отливку.

В первом варианте рассматриваем изготовление отливки в виде цельнолитой конструкции, во втором – в ковано-сварном варианте. Калькуляции затрат по двум вариантам и технико-экономический эффект представлен в Таблице 13.

Таблица 13 – Калькуляция себестоимости продукции по вариантам.

№ п/п

Наименование затрат

Цена 1 т, руб

1 Вариант

2 Вариант

На тонну

На тонну

Кол-во, кг

Сумма, руб

Кол-во, кг

Сумма, руб.

1

Лом стали

3000

332

996

 

2

Отходы других цехов

2720

420

1142

3

Собственные отходы

1800

398

716,4

4

Ферросилиций 75

31850

14,3

455

5

Ферромарганец 75

26500

2,9

76

6

Феррохорм 75

63000

210

1323

7

Ферроникель 75

680000

161

10948

8

Медь катодная

10500

210

22050

9

Молибден

310000

49

15190

10

Ванадий

153400

49

7516

11

Алюминий

249700

24

5992

12

Итого шихта

1821,2

67038

13

Скрап, литники

1800

352

634

14

Заготовка

25147

 

 

3780

95056

15

Прочие отходы

1800

395

711

 

16

Угар

74

120

17

Обрезь

1800

2660

4788

18

Выход годного

1000

65693

1000

90268

19

Кокс

8400

30

252

 

 

20

Эл. энергия

1400

1060

1484

2520

3528

21

Газ

1477

4,2

347

12

4300

22

Произв. з/пл.

 

3150

4150

23

Начисл. на з/пл.

32 %

1008

1328

24

Цеховые расходы

300 %

9450

12450

25

Цеховая себестоимость

81384

116024

 

Рассчитываем полученную экономию:

Э==30%

Экономия составила 30%.

Таблица 14 – Преимущества метода литья

Основные преимущества метода литья

  1.  повышение выхода годного;
  2.  экономия энергетических ресурсов;
  3.  отсутствие риска недоброкачественной сварки;
  4.  сокращение трудоёмкости процесса;
  5.  снижение стоимости заготовки под механическую обработку;
  6.  более короткий производственный цикл.

Вывод:

В ходе расчета калькуляции себестоимости получаем, что экономически выгоднее изготавливать отливку обечайку литым методом. Экономия достигается за счёт меньшего количества технологических напусков, следовательно меньше металла срезается и требуется меньше шихты для получения нужной массы отливки.

Выводы:

В ходе работы было установлено, что:

  1.  отливка, изготовленная в комбинированной форме, соответствует  требованиям 2-го класса международных стандартов (ASTM), а уровень механических свойств литого металла в диапазоне регламентированных температур  соответствует нормам технических условий на кованый металл;
  2.  была разработана литниковая система, состоящая из трёх стояков,  которая позволяет использовать один трёхшиберный ковш;
  3.  крупногабаритные отливки со сложной конфигурацией проще и экономически выгодно получать методом литья, вместо ковано-сварного метода;
  4.  при использовании комбинированных форм отливки получаются с более плотной структурой и меньшим количеством дефектов;
  5.  выполнен расчет экономической эффективности использования метода литья для изготовления отливки, определена схема производства и затраты на изготовление данных отливок;
  6.  выполнен анализ опасных и вредных факторов при изготовлении литейных форм, предложены меры по защите окружающей среды и меры по обеспечению безопасных условий труда.

Литература

  1.  Назаратин В. В.Технология изготовления стальных отливок ответственного назначения. - М.: Металлургия, 2005;
  2.  Журнал «Литейное производство» №2, стр 34-36, 2009;
  3.  Берг П.П. Формовочные материалы. –  М.: Металлургия, 1993;
  4.  Гуляев В.Б. Теория литейных процессов. – М.: Машиностроение, 2003;
  5.  Зальцман Э. С. Искусственное охлаждение отливок - Электросталь, 2005;
  6.  Безопасность жизнедеятельности в металлургии, под ред. Стрижко Л. С. – М.: Металлургия, 2002;
  7.  Злобинский Б. М. Защитные устройства. – М.: Металлургия, 2003;
  8.  Белов С. В. Охрана окружающей среды. – М.: Металлургия, 2004;
  9.  Злобинский Б. М. Производственная санитария. -  М.: Металлургия, 2002;
  10.  Федосеева Т. Л., Подкустов В. П. Организация инновационной деятельности,/Учебное пособие, Электросталь, 2006;
  11.  Формовочные материалы и технология литейной формы. СПРАВОЧНИК. Под общей редакцией Жуковского С. С;
  12.  Лабораторные работы по технологии литейного производства, под ред. Курдюмова А. В. – М.: Машиностроение, 1990;
  13.  Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки, Часть 1, М., 1976;
  14.  Гуляев А.П. Материаловедение, М.: Металлургия, 1998г;
  15.  Лахтин Ю.П. Металловедение, М.: Металлургия, 1989г.

 

PAGE  56


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65681. ЛАНДШАФТНО-ГЕОГРАФІЧНІ ТА ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ ДИФЕРЕНЦІАЦІЇ ПРИБЕРЕЖНО-МОРСЬКИХ ТЕРИТОРІЙ І АКВАТОРІЙ УКРАЇНИ 159.5 KB
  Актуальність теми обумовлена наростаючою потребою народногосподарського освоєння прибережноморських геосистем ПМГ України. Уперше на регіональному рівні виділені прибережноморські території і акваторії України як ПМГ які включають орогідрографічні системи суші системи шельфу з похованими палеорічковими долинами...
65682. МІФОТВОРЧІСТЬ СУЧАСНИХ МУСУЛЬМАНСЬКИХ ЕЛІТ ЯК СОЦІАЛЬНА ДІЯ 137 KB
  Внаслідок цього виникає необхідність філософського осмислення найважливіших суспільних процесів що відбуваються в сучасному мусульманському світі зокрема соціальної міфотворчості. За подібних обставин стає можливим підштовхування народних мас мобілізованих за допомогою міфотворчості до конфронтації...
65683. Гігієнічна оцінка процесів формування особливостей особистості студентів медичних вищих навчальних закладів та шляхи їх корекції 394.5 KB
  У цьому контексті надзвичайно важливим слід вважати наукове обґрунтування підходів до збереження і зміцнення здоров’я студентської молоді що засвоюють медичні спеціальності в умовах навчання у ВНЗ визначення закономірностей формування соціально і професійнозначущих особливостей особистості студентів...
65684. НАУКОВІ ОСНОВИ КОРОЗІЙНОГО МОНІТОРИНГУ І ПРОГНОЗУВАННЯ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ ОБЛАДНАННЯ ХІМІЧНОЇ ТА НАФТОПЕРЕРОБНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 18.14 MB
  Для виробництва обладнання і апаратури нафтопереробної та хімічної промисловості використовують низку сталей які експлуатуються у різних технологічних середовищах за різних температур тисків що часто змінюються навіть на різних ділянках одного апарата.
65685. АКТОПРОТЕКТОРНІ ВЛАСТИВОСТІ НОВИХ ПОХІДНИХ 4-ОКСО(АМІНО-)ХІНАЗОЛІНУ (ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ) 624.5 KB
  Оцінити актопротекторну дію на щурів сполуки лідера в умовах гіпокінезії за показниками плавальної проби бігу у третбані тесту із статичним навантаженням емоційно-поведінкових реакцій у відкритому полі та динамікою морфологічної картини внутрішніх органів та м'язів.
65686. Механізм банківського мікрокредитування малого підприємництва в Україні 279.5 KB
  У вітчизняній економічній літературі науковотеоретичному обґрунтування суті й об’єктивної необхідності розвитку малого підприємництва та мікрокредитування присвячені праці О. Однак проблема фінансового забезпечення малого підприємництва за допомогою мікрокредитування у вітчизняній літературі...
65687. ПОВЕДІНКА СПОЖИВАЧА В СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ КОНКУРЕНТНОЮ СТРАТЕГІЄЮ ПІДПРИЄМСТВА 207.5 KB
  Вирішення питання удосконалення конкурентної стратегії підприємства з урахуванням поведінки споживача є актуальним для всіх складових елементів його системи управління. З огляду на це необхідним є забезпечення інтеграції особливостей поведінки споживача до розробки системи стратегічного управління...
65688. КАТЕГОРІЙНА СЕМАНТИКА КРАТНОСТІ В СИСТЕМІ МОВИ ТА ХУДОЖНЬОМУ ТЕКСТІ 164 KB
  На жаль українське мовознавство тривалий час стояло осторонь опрацювання цієї проблеми тому багато питань вже розв’язаних для багатьох інших слов’янських мов в україністиці ще перебувають у стадії дослідження. При цьому кратність тлумачать як аспектуальне значення що характеризує дієслова...
65689. ОПТИМІЗАЦІЯ ДИФЕРЕНЦІЙНОЇ ДІАГНОСТИКИ ДОБРОЯКІСНИХ ПУХЛИН ТА ПУХЛИНОПОДІБНИХ УТВОРЕНЬ ЯЄЧНИКІВ 266 KB
  Для досягнення мети поставлені такі задачі: Дати клінічну характеристику пацієнток із доброякісними новоутвореннями яєчників та оцінити діагностичну чутливість та специфічність ультразвукових методів трансабдомінальна трансвагінальна сонографія та допплерометрія...