Окружающей среды и природопользования


Процессы и технические методы, применяемые в литейной отрасли



бет3/46
Дата18.07.2016
өлшемі9.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46

6 Процессы и технические методы, применяемые в литейной отрасли

6.1 Общий обзор

6.1.1 Процесс литья


Общая схема литейного процесса отражена на Рисунке 6.1.

Процесс состоит из следующих основных операций:

- плавка и обработка металлов, производится в плавильном цехе;

- подготовка литейных форм и стержней производится в формовочном цехе;

- разливка расплавленного металла в формы, охлаждение для затвердевания и извлечение отлитого изделия из формы производятся в литейном цехе;

- подготовка отливки для дальнейшей обработки.

В зависимости от типа металла, размера партии и типа продукции могут применяться различные варианты технологического процесса. В основе различия лежит тип металлов (черные или цветные металлы), а также тип используемой формовки (одноразовые или постоянные формы). Хотя возможны любые комбинации. На литейных заводах и предприятиях, имеющих литейные производства, для отливки черных металлов обычно используется формовка в одноразовых формах (т.е. формовка в песчано-глинистой смеси), а на литейных заводах для цветных металлов - постоянные формы (т.е. кокильное литье). По каждому базовому варианту технологического процесса существуют разнообразные технические методы, соответствующие типу используемой печи, системе изготовления форм и стержней (формовка в сырую или с использованием различных связующих веществ), а также применяемой системы литья и технических методов отделки. Для каждой технологии характерны собственные технические, экономические и экологические характеристики, преимущества и недостатки.
Примечание - в Главах 6, 7 и 8 для описания различных операций используется подход на основе последовательности технологических операций, от изготовления моделей до подготовки отливки для дальнейшей переработки и термической обработки. Приводится описание прикладных технических методов, указываются уровни выбросов и потребления, а также рассматриваются технические методы, целью которых является снижение воздействия на окружающую среду. В основе структуры Главы 9 лежит различие между типом металлов и типом формовки.


Рисунок 6.1 – Общая схема литейного процесса
6.1.1.1 В литейном производстве, начиная с литейного скрапа (лома, отобранного в соответствии с химическим составом) или чушек, осуществляется изготовление готовых отливок. Обычно это изделия, требующие последующей обработки или сборки для получения конечного продукта.

6.1.1.2 На стадии формовки принципиально различают постоянные и одноразовые формы. Литейные производства, осуществляющие заливку в постоянные формы, приобретают эти металлические формы у внешнего производителя, но задействуют обычно собственный цех для осуществления ремонта и обслуживания. Литейные производства, осуществляющие заливку в одноразовые формы, часто приобретают деревянные, металлические или пластмассовые модели (по своим чертежам форм) и задействуют собственный цех по обслуживанию и ремонту форм. Изготовление форм, стержней и одноразовых форм является этапом процесса литья.

6.1.1.3 В литейном производстве различают черную и цветную металлургию. Это связано в основном с различием в процессах, применяемых в обеих отраслях.

На предприятиях цветной металлургии применяются методы литья в формы. Они обеспечивают лучшую конечную обработку поверхности, что является важным для многих изделий из алюминия и латуни. Благодаря высокой скорости охлаждения, получаются отливки с высокой механической прочностью. Однако данный метод не позволяет изготавливать массивные или большие детали, для которых требуется метод литья в песчаные формы. Методы литья в песчаные формы применяются в цветной металлургии для изделий, которые изготавливаются малыми сериями. К цветным металлам (и их сплавам), рассматриваемым в настоящем пособии, относятся алюминий и медь.

Сплавы черных металлов благодаря их большей жесткости и прочности применяются в областях, отличных от областей применения цветных металлов. Размер изделий, которые можно производить, почти не ограничен. У черных металлов выше температура плавления, а потому требуются другие методы плавления. К черным металлам и их сплавам, рассматриваемым в настоящем документе, относятся различные сорта литейного чугуна (которые могут классифицироваться по их характеристикам или типу графита) и литейной стали.

6.1.1.4 На литейных предприятиях используются механизация и автоматизация в зависимости от необходимости в качестве и размеров серии. Наиболее гибкой организацией обычно обладает литейное производство, работающее по контрактам. Оно изготавливает разнообразные изделия в малых количествах (не более 100). В общем случае в литейном производстве данного типа используются методы ручной формовки с применением песчано-смоляных форм. Плавильная печь обеспечивает простое изменение сплава. Это подразумевает использование индукционных или вращающихся печей.

6.1.1.5 Для партий средних размеров (не более 1000 изделий) применяются механизированные линии формовки и заливки. В литейных производствах с одноразовыми формами используются формовочные автоматы. Это подразумевает использование сырой формовочной смеси, обеспечивающей быстрое изготовление формы. Размер автомата по изготовлению форм ограничивает максимальный размер отливок. Заливка может производиться вручную или с использованием разливочной машины. Управление вспомогательными процессами, типа подготовки формовочной смеси, осуществляется в полуавтоматическом режиме с дистанционным контролем. Используются печи как непрерывного (вагранные, шахтные), так и периодического действия. Для цветных сплавов применяются методы литья в формы.

6.1.1.6 Крупные партии мелких отливок изготавливаются заливкой в безопочные формы из сырой формовочной смеси. Для специальных применений на предприятиях цветной металлургии может использоваться и литье в формах, если этого требует качество готовой отливки, хотя на практике этот метод находит лишь ограниченное применение.

Основным отличием для партий средних размеров являются дальнейшая автоматизация подготовки, контроль качества и сборка форм. При литье в формы на предприятиях цветной металлургии часто применяется дальнейшая автоматизация, особенно при наличии цехов разливки по формам под давлением.



6.1.1.7 В случаях, когда это требуется для определенного типа изделия, применяются специальные методы литья, типа литья по выплавляемым моделям, центробежного и непрерывного литья.

6.1.2 Чугунное литье


6.1.2.1 Литейный чугун представляет собой железоуглеродистый сплав, содержащий обычно от 2,4 % до 4 % углерода. Минимальное содержание углерода – 1.8 %. В различных количествах присутствуют также кремний, марганец, сера и фосфор. Выпускаются специальные марки чугуна с различным уровнем содержания никеля, хрома и других металлов. Благодаря высокому содержанию углерода, литейный чугун обладает низкой температурой плавления и хорошей способностью к литью в сравнении со сталью. Он характеризуется низкой пластичностью и не допускает проката или ковки. Посредством изменения соотношения углерода и кремния, легирования и термообработки можно добиться варьирования характеристик.

6.1.2.2 В зависимости от концентрации и формы углерода (чешуйчатый, шаровидный или связанный), можно выделить различные типы литейного чугуна:

- чугун с пластинчатым графитом: углерод в форме хлопьев;

- чугун с шаровидным графитом: углерод в шаровидной форме;

- чугун с компактным графитом: углерод в связанной форме.



6.1.2.3 Классификация литейного чугуна часто составляется исходя из свойств его материала:

- серый чугун: чугун с серой поверхностью излома. Несмотря на то, что это применимо в отношении чугуна с пластинчатым, шаровидным и компактным графитом, данный термин обычно используется в качестве синонима чугуна с пластинчатым графитом

- высокопрочный чугун: литейный чугун с повышенной пластичностью. Это один из эффектов, вызываемых сфероидизацией, но это относится и к ковкому чугуну. Этот термин часто используется как синоним высокопрочного чугуна

- ковкий чугун: чугун, обладающий способностью к расширению или изменению формы под молотом. Это свойство связано с низким содержанием углерода, благодаря чему большая часть углерода находится в связанной форме.



6.1.2.4 Литейный чугун можно плавить в вагранной печи, в индукционной печи (обычно тигельного типа без сердечника, но очень редко может использоваться и печь канального типа) или во вращающейся печи. Электродуговая печь крайне редко используется для получения литейного чугуна. На рисунке 6.2 представлена блок-схема процесса плавки и обработки металла для литейного чугуна в печах трех различных типов. Этот процесс обычно состоит из плавления – выпуска – обработки металла – розлива. Различные аспекты плавления и обработки металла рассматриваются в последующих разделах. Обработка металла включает различные этапы типа сероочистки, сфероидизации, инокуляции и удаления шлака. Этап сероочистки при вагранной плавке может также включаться в сфероидизацию, например, посредством использования процесса сфероидизации с одновременным удалением серы, типа процесса с использованием индукционного сердечника.



Рисунок 6.2 - Технологические блок-схемы плавки и обработки металла для литейного чугуна [1]
6.1.2.5 Вагранка является наиболее распространенным в Европе устройством для переплавки чугуна. На нее приходится порядка 55 % массы чугунного литья, производимого в Западной Европе. В наши дни вагранке все сложнее сохранять свое доминирующее положение на рынке. Частично это связано с качеством ее отходящих газов, требующих очистки. Сталкиваясь с вероятностью финансового бремени, связанного с инвестициями в оборудование по очистке отходящих газов с последующими отчислениями на амортизацию, многие малые и средние предприятия сделали выбор в пользу электрических и газокислородных плавильных агрегатов. Таким образом, количество вагранок, используемых в литейной промышленности, сокращается, однако их средний размер увеличивается. На рынке вагранок в Европе в последние годы произошли серьезные изменения. Например, реструктуризация коксовой промышленности привела к сокращению числа поставщиков и необходимости импортирования кокса в Европу. Других крупным изменением является сокращение числа производителей вагранок, при этом одна немецкая компания занимает почти монопольное положение в производстве вагранок с подогревом.

6.1.2.6 Многократное чугунное литье выполняется большей частью в сырых литейных формах со смоляными стержнями. Наиболее широко используются технологии холодных с аминосодержащими веществами и горячих стержневых ящиков. Если требуется высокая точность и высокое качество чистовой обработки поверхности, применяется способ изготовления оболочковых форм из смеси песка и термореактивных фенольных смол. Технология с использованием одноразовых форм применяется для многократного литья в ограниченном объеме. Отливки, изготавливаемые в малых количествах, выполняются в формах из формовочной смеси с химическим связующим. Для получения определенного чугунного литья используются специальные технологии с песчаными формовочными смесями, такие как вакуумная формовка и формование в выплавляемых моделях. Имеется также ряд литейных производств с непрерывной формовкой (отливкой в металлические формы), выпускающих чугунное литье, однако, короткий срок жизни формы, ограничивающий ее использование всего несколькими тысячами деталей, ограничил использование отливку в металлические формы в черной металлургии. [12], [10]

6.1.3 Стальное литье


6.1.3.1 Сталь является материалом, в котором (массовое) содержание железа выше, чем любого другого элемента, при содержании углерода обычно менее 2%, и который содержит обычно и другие элементы. Ограниченное число марок хромистой стали могут содержать более 2 % углерода, однако 2 % является обычно тем пределом, который разделяет сталь и литейный чугун [201, CEN, 2000]. Другим особенно полезным свойством стали является ее способность к горячей обработке. Низколегированная литая сталь содержит элементы Mn, Cr, Ni и Mo в количествах менее 5 %. Высоколегированная сталь включает более 5 % легирующих элементов, например, 12 % Cr и 8 % Ni. Производятся специальные марки стали с улучшенными свойствами: повышенной прочностью; более высокой магнитной проницаемостью; большей устойчивостью к коррозии, усталости или износу и улучшенного поведения при сварке либо при высоких или низких температурах.

6.1.3.2 Литая сталь обычно плавится в электродуговых печах (EAF) или в индукционных тигельных электропечах (IF). После расплавления жидкий металл можно подвергать рафинированию (т.е. удалению углерода, кремния, серы или фосфора) и раскислению (т.е. уменьшению количества оксидов металлов), в зависимости от основного металла и требований к качеству готового продукта. На Рисунке 6.3 представлена технологическая блок-схема плавки и обработки металла для литой стали в печах различных типов. [1]



Рисунок 6.3 - Технологические блок-схемы плавки и обработки металла для стали [1]

6.1.4 Алюминиевое литье


6.1.4.1 Примерно две трети всего алюминиевого литья используется в транспортном машиностроении: легковых и грузовых автомобилиях, автобусах, поездах и самолетах. Потребность в снижении расхода топлива и веса повысила интерес к алюминию. Общая масса алюминиевых деталей в среднем европейском автомобиле практически удвоилась в период с 1990 по 2000 год. Это растущее потребление алюминия в его основной потребляющей отрасли однозначно сказалось на общем количестве производимых отливок.

6.1.4.2 Алюминий разливается в основном в постоянные формы. Относительная доля применяемых методов литья алюминия представлена в Таблице 6.1:
Таблица 6.1 - Относительная доля применяемых методов литья алюминия [2], [3]


Тип литья

Относительная доля (%)

Литье в металлические формы под давлением

59

Литье в металлические формы под низким давлением и кокильное литье

37

Литье в песчаные формы

3

Другие

1


6.1.4.3 На предприятиях, производящих алюминиевое литье, используются различные типы плавильных печей, выбор которых зависит от конкретных требований. Применяются печи с прямым и косвенным нагревом, работающие на топливе и электричестве.

К видам ископаемого топлива, используемого в настоящее время, относятся природный газ, сжиженный нефтяной газ (LPG), печное топливо и мазут. Большинство литейных производств отдают предпочтение природному газу вследствие его эффективности. Электронагрев может обеспечиваться резистивными элементами или индукцией. Одним из наиболее важных параметров для плавильных печей и поворотных миксеров является мощность. Сегодня индукционные печи обычно используются при потребности в высокопроизводительной плавке, например, более 10 тонн/час. Шахтные плавильные печи и поворотные миксеры, а также тигельные печи часто используется при требующейся производительности плавки менее пяти тонн/час. Малые и средние тигельные печи часто применяются в случае необходимости в частом изменении химического состава сплава или при низких объемах производства.



6.1.4.4 Для выдержки электропечи выгодно отличаются отсутствием образующихся при горении отходящих газов и возможностью поддержания однородной температуры всего объема расплава, при сравнительно низких энергозатратах.

6.1.4.5 Для алюминиевого литья на литейных предприятиях в качестве исходного материала обычно используются легированные слитки, хотя в некоторых случаях металл подается уже в жидком виде.

6.1.5 Медное литье


6.1.5.1 Литье меди осуществляется в форме различных групп сплавов, в каждой из которых медь является основным элементом:

- Медь с высокой электропроводностью. Используется в основном из-за ее высокой электро- и теплопроводности. К применениям относятся формы для доменных печей и вагранок на горячем дутье, зажимы водоохлаждаемых уплотнительных колец, распределительные коммутационные устройства и т.п.

- Латуни. Сплавы Cu-Zn, в которых цинк является основным легирующим элементом. Они легко формуются, обладают превосходной способностью к механической обработке и высокой стойкостью к коррозии на воздухе и в пресной воде. Широко используются для изготовления водопроводной арматуры. Высокопрочные латуни имеют более высокий процент легирующих присадок и применяются в кораблестроении. Латуни отливаются в песчаных и в постоянных формах.

- Оловянистая бронза. Сплавы Cu-Sn, в которых олово является основным легирующим элементом. При содержании олова 10 – 12 %, отливки из оловянистой бронзы дороже латуни. Обладают высокой устойчивостью к коррозии и пригодны для транспортировки кислых вод, воды для подпитки котлов и т.п. Сплавы с высоким содержанием олова используются также в износостойких узлах. Применяемыми для них методами литья являются литье в песчаные формы и центробежное литье.

- Фосфористая бронза. Сплавы Cu-Sn, с добавлением примерно 0,4 – 1,0 % P. Они тверже оловянистой бронзы, однако, имеют меньшую пластичность. Используются для изготовления подшипников для высоких нагрузок и скоростей вращения, а также передаточных механизмов типа червячных шестерен.

- Свинцовистая бронза. Сплавы Cu-Sn-Pb. Используются почти исключительно для изготовления подшипников для умеренных нагрузок и скоростей.

- Пушечный металл. Сплавы Cu-Sn-Zn-Pb. Оптимальные сплавы для литья в песчаные формы. Обладают хорошим сочетанием жидкотекучести, способности к механической обработке и прочности, а также высокой устойчивостью к коррозии. Используются для литья сложных, герметичных под давлением изделий типа вентилей и насосов. Используются также для изготовления подшипников для умеренных нагрузок и скоростей.

- Алюминиевая бронза. Сплавы Cu-Al, в которых Al является основным легирующим элементом. Сочетают высокую прочность с высокой устойчивостью к коррозии. Диапазон их применения варьируется от декоративных архитектурных деталей до высоконапряженных технических компонентов. Широко используются в морском кораблестроении, в том числе для изготовления гребных винтов, насосов, клапанов. Применяются также в изготовлении безыскрового инструмента. Используются методы литья для Al.

- Никелин. Сплавы Cu-Ni, в которых Ni является основным легирующим элементом. Используются для изготовления, например, трубных изделий для морских трубопроводов со сложными условиями.

- Медно-бериллиевые сплавы. Бериллий разливается в виде медно-бериллиевого сплава для производства деталей, требующих устойчивости к коррозии и очень высоких механических характеристик. К ним относятся наконечники плунжеров для машин для литья под давлением, высокоточных деталей для электроэнергетики и машиностроения, детали для часов, инструменты и измерительные приборы. Применяются два типа сплавов: медно-бериллиевый сплав с 2 % Be и медно-кобальт-бериллиевый сплав с 0.5 % Be. Существует тенденция сокращения или исключения бериллия из сплавов из-за его канцерогенности. Литье производится в постоянные формы с использованием литья под давлением или кокильного литья в формы. Для изготовления высокоточных деталей используется метод прецизионной отливки по выплавляемым моделям [4].



Каталог: userfiles -> file
file -> Е. Ахетов Аудан әкімі С. Тәуіпбаев 2011 жыл Тереңөзек кенті әкімі аппаратының
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2013 жыл
file -> Келісемін бекітемін кәсіпкерлік және өнеркәсіп басқармасының бастығы Сырдария ауданының әкімі
file -> Жамбыл облысында «Қолжетімді тұрғын үй – 2020» бағдарламасын іске асыру жөніндегі жоспар
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2012 жыл Іске асыру кезеңі
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2012 жыл Іске асыру кезең
file -> Білім берудің тиісті деңгейлерінің мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандарттарын бекіту туралы Қазақстан Республикасы Үкіметінің 2012 жылғы 23 тамыздағы №1080 Қаулысы «Білім туралы»


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет