Вакуумный электрический миксер для приготовления сплава 7075

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Ведение

1. Описательная часть

1.1 Государственные стандарты на шихтовые материалы и готовую продукцию

1.2 Описание сущности процесса, обоснование рабочих параметров

1.3 Выбор основного оборудования (миксер). Описание конструкции

1.4 Выбор способа рафинирования

1.5 Возможные виды брака, способы их устранения

1.6 Контроль основных параметров и качества готовой продукции

1.7 Требования безопасности при обслуживании оборудования

2. Расчетная часть

2.1 Расчет шихтовых материалов

2.2 Конструктивный расчет оборудования

2.3 Тепловой расчет миксера

Список использованных источников

Введение

Алюминий важнейший химический элемент. Легкий металл, который имеет 13 номер в периодической системе Менделеева.

Алюминий обладает следующими физическими свойствами: плотность 2,7г/см3, температура плавления 6850С, температура кипения 25000С.

У алюминия высокая тепло и электропроводность, хорошая пластичность и способность к сплавооброзованию. Оксидная пленка на поверхности обеспечивает хорошую коррозионную стойкость на воздухе и вводе, в контактах с нефтепродуктами и органическими веществами.

Обладая такими свойствами, алюминий по масштабам применения занимает второе место после чёрных металлов.

Его применяют в электрод и радиотехнике в качестве проводящего металла. Сплавы на основе алюминия применяют в авиации ракето- и судостроение, машиностроение и т. д.

В данном проекте рассматривается сплав алюминия с кремнием силумин.

Сплав 7075 — самый прочный из всех алюминиевых сплавов: он включает в себя цинк и магний и широко используется в аэрокосмической промышленности. Ученые постоянно работают над улучшением его характеристик.

Исследуя взаимосвязь между свойствами этого материала и его атомной структурой, ученые неожиданно обнаружили, что один из образцов обладает гораздо большей прочностью и пластичностью, чем следовало ожидать.

Чтобы выяснить причину этого неожиданного успеха, исследователи использовали томографию с помощью атомного зонда, что является новым словом в науке. Наночастицы сплава в несколько десятков нанометров в диаметре поместили в раствор и наблюдали, как они взаимодействуют между собой, и какая именно форма граней частиц позволяет создавать максимально прочный.

В результате австралийские ученые выяснили, что неожиданный скачок характеристик сплава обусловлен двумя факторами. Во-первых, легирующие элементы расположились внутри зерен металла, что увеличивает плотность дислокации металла. Во-вторых, объединение элементов зерен в кластеры (группа взаимодействующих частиц, атомов или молекул) ограничивает рост нанокристаллов, повышает прочность зерен и уменьшает хрупкость и старение сплава.

Изучение структуры материалов на наноуровне — очень перспективное направление металлургии, так как позволяет понять связь между характеристиками материала и его строением, а также определить пути изменения его свойств. Но, к сожалению, распространенным методом сканирующей электронной микроскопии редко можно получить изображение тех или иных связей в структуре зерна в нужном масштабе.

Именно поэтому больше всего ученых впечатлил не сам сплав, а новейший метод проектирования и контроля результатов, который сулит огромные перспективы в создании уникальных материалов необходимых в различных областях науки и техник.

Алюминий. Его плотность в твёрдом состояние (200С) 2,7 гр. /см3, а в расплавленном (8000С) 2,35гр. /см3. Плотность алюминиевых сплавов от 2,5 до 3,0 гр. /см3. Температура плавления технического алюминия 6580С. Хорошая теплопроводность и электропроводность.

Кремний один из наиболее распространённых легирующих компонентов сплавов на основе алюминия. Температура плавления 14400С, плотность 2,49 гр. /см3. Обладает очень высокими механическими свойствами.

Данный курсовой проект «Вакуумный электрический миксер» для приготовления сплава 7075.

1. Описательная часть

1. 1 Государственные стандарты на шихтовые материалы и готовую продукцию

Алюминиево-магниевые сплавы относятся к группе термически, неупрочняемых алюминиевых деформируемых сплавов. В настоящее время в промышленности нашла применение большая группа сплавов этой системы 7075. Из его изготавливают все виды полуфабрикатов: слитки и плиты, прессованные изделия (прутки, профили, панели), поковки и штамповки, проволоку заклепочную и сварочную.

Таблица № 1- Свойства сплава 7075

Сплав 6061

Сплав 7005

Сплав 7075

Состав сплава (%)

Al — Алюминий

95.8 — 98. 6

91 — 94. 7

87.1 — 91. 4

Cr — Хром

0. 04 — 0. 35

0. 06 — 0. 2

0. 18 — 0. 28

Cu — Медь

0. 15 — 0. 4

0−0. 1

1.2 — 2

Fe — Железо

0 — 0. 7

0 — 0. 4

0 — 0. 5

Si — Кремний

0.4 — 0. 8

0 — 0. 35

0 — 0. 4

Ti — Титан

0 — 0. 15

0. 01 — 0. 06

0 — 0. 2

Zn — Цинк

0 — 0. 25

4 — 5

5.1 — 6. 1

Mg — Магний

0.8 — 1. 2

1 — 1. 8

2.1 — 2. 9

Mn — Марганец

0 — 0. 15

0.2 — 0. 7

0 — 0. 3

Физические свойства

Плотность (г/см куб.)

2,7

2,78

2,81

Удельная прочность (МПа*см куб. /г)

114

125

203

Твёрдость по Бринеллю

95

94

150

Предел прочности на растяжение (МПа)

310

350

572

Модуль упругости (ГПа)

69

72

71

Содержание компонентов в сплаве 7075 (5,1 — 6,1 Zn; 2,1 — 2,9 Mg; 1,2 -2,0 Си) аналогично их содержанию в сплаве В95 (5,1 — 6,1 Zn; 2,1 — 2,9 Mg; 1,2 — 2,0 Си). Основное различие в химическом составе обусловлено разными добавками переходных металлов: сплав 7075 легирован Сг (0,18 — 0,28%), сплав В95 легирован Мп (0,2 — 0,6%) и Сг (0,1 — 0,25%). Содержание в сплаве 7075 примесей Fe и Si не более 0,5% и 0,4%; в сплаве В95 — не более 0,4% и 0,3% соответственно. механических свойств термообработанных плит осложняли и делали практически невозможным внедрение в серийное производство проката крупногабаритных плит из сплава 7075 с ценными эксплуатационными свойствами.

В литейных цехах по производству алюминиевых сплавов шихтовыми материалами являются:

— алюминий первичный в слитках любых форм и размеров ГОСТ 11 069–01, ГОСТ 11 070–74, ГОСТ 19 437–81, ТУ 48−5-278−87, а также жидкий алюминий ГОСТ 11 069–74

Таблица 2 — Химический состав первичного алюминия (ГОСТ 11 070−00)

Марка

Al не менее

Примеси не более

Прочие примеси

Fe

Si

Cu

Zn

Ti

Каждая в отдельности

Сумма

А8

99,50

0,30

0,30

0,02

0,06

0,03

0,03

0,5

Таблица 3 — Химический состав первичного магния (ГОСТ 804−76)

Марка

Mg, % не менее

Примеси, % не более

Сумма примесей

Fe

Si

Ni

Cu

Al

Mn

Cr

Мг 90

99,90

0,04

0,01

0,001

0,005

0,02

0,04

0,005

0,1

шихтовый рафинирование миксер брак

Таблица 4 — Химический состав меди (ГОСТ 859−78)

Марка

меди

Cu, %

не менее

Примеси, % не более

Сумма

Sb

As

Cu

Ni

Pb

Sn

Zn

Bi

P

S

М2

99,9

0,002

0,002

0,005

0,002

0,005

0,002

0,005

0,001

0,003

Ag

0,005

0,1

1.2 Описание сущности процесса, обоснование рабочих параметров

Рисунок № 1 — Технологическая схема

Металл из печи сливают на сухо, чтобы уровень металла в печи не превышал 10 см, время слива составляет 10 минут; рафинирование проводят для очистки металла от примесей время, рафинирование составляет 30−60 минут в зависимости от сплава; шлак образуется в процессе рафинирования, он находиться на поверхности зеркала металла и его сгребают из миксера специальными гребками на снятие шлака требуется 10−15 минут; отстаивание сплава и доводка температуры необходимы для получения требуемых свойств сплава, время отстаивание 30−45 минут; литье производится на литейных машинах до полного слива из миксера. Отливку слитков можно начинать после полной готовности расплава, оснастки, инструмента и рабочего места.

Перед началом литья литейщик должен:

— ввести поддон в кристаллизатор на высоту от 40 до 50 мм от нижней, кромки кристаллизатора, при использовании «теплых» поддонов последние ввести в кристаллизатор на расстоянии от 40 до 50 мм от нижней части втулки, которая закреплена в распределительной коробке;

— просушить поддон и стенку кристаллизатора сжатым воздухом или ветошью до полного удаления влаги;

— при необходимости уплотнить зазор между поддоном и кристаллизатором асбестовой тканью или стекловолоконным шнуром;

— нанести тонким слоем на кристаллизаторы смазку;

— включить воду, подаваемую в системы охлаждения;

— подготовить лотки, распределительные сита и распределительные кольца, фильтры из стеклоткани и установить их в рабочее положение.

Отверстия втулок в процессе литья должны быть погружены в расплав с таким расчетом, чтобы металл вытекал из отверстий под покровом окисной плены. В процессе литья не допускается оголение рабочей поверхности стеклоткани распределительного сита. Распределительное кольцо при литье полых слитков должно обеспечивать подачу металла в зону равную половине толщины стенки слитка и равноудаленную от стержня кристаллизатора. На всем протяжении движения металла от летки до кристаллизатора должна быть обеспечена плавность движения его под окисной пленкой. Круглые слитки складировать поплавочно в стеллажи литниковой частью Равномерное распределение металла в кристаллизаторе при литье плоских слитков осуществлять за счет фильтра-распределителя сшивного. В процессе литья уровень металла в кристаллизаторе должен поддерживаться постоянным. Постоянный уровень металла в кристаллизаторе поддерживается с помощью регулятора поплавкового, пневморегулятора и распределительных поплавков из асботермосиликата. Разрешается ручная регулировка с помощью стопора и пики. В процессе литья при необходимости смазывать рабочую поверхность кристаллизатора прогретой смазкой. Смазку подогревать на доливочной печи в специальном сосуде. Запрещается производить обильную смазку.

В течение всего цикла литья литейщик обязан строго выдерживать технологические параметры литья.

Разливку металла плавки необходимо производить в возможно короткий срок.

Время нахождения металла в миксере от начала заливки до конца литья должно быть не более 16 часов. При достижении заданной длины слитков леточное отверстие перекрыть пикой, снять лоток, сита, распределительную коробку с остатками жидкого металла. Рабочий ход литейной машины отключить, когда литниковая часть слитка достигнет ½ высоты кристаллизатора. Литниковую часть слитка очистить от шлака и окислов. После полного затвердевания слитка перекрыть подачу воды. Выемку слитков производить краном с помощью клещей или троса. Отлитые слитки складировать в литейном пролете согласно планировкам к центральному проходу согласно планировке. При складировании плавку разделять с помощью прокладок на части, не превышающие по массе 20 тонн. После отливки каждого залива рабочую поверхность кристаллизаторов тщательно протереть cyкoнным, асбестовым или другим грубым полотном. Перед каждым заливом проверить надежность крепления поддонов и исправность рабочего хода литейной машины. Слитки каждой отдельной плавки как правило должны складироваться в отдельный стеллаж или в отдельную стопу. Допускается совместное складирование не более двух плавок в один стеллаж с разделением плавок между собой прокладками (кроме свинцово содержащих сплавов).

Удалить остатки шнурового асбеста с донной части слитка. Образующиеся при литье обрывы, остатки, слитки промывных плавок, переплава должны иметь четкую маркировку: марка сплава, номер миксера, номер плавки. Слитки промывных плавок и переплавов дополнительно клеймить номером слитка. Вместо марки сплава промывка должна быть заклеймена буквами «п-ка».

Подготовка к литью.

После рафинирования литейщик производит съем шлака с поверхности металла. Шлак должен быть сухим. В таре со шлаком не должно быть посторонних предметов (огнеупоры, проволока, тряпки, деревянные предметы и др.). Ответственность за выполнение указанных требований при сборе шлаков несет литейщик. При необходимости производится отстой расплава.

При подготовке к литью литейщик должен проверить установку и размеры литейной системы, (кристаллизатора, стержня), температуру металла в миксере, скорость литья, давление охлаждающей воды, равномерность поступления воды на слиток, скорость подачи модифицирующего прутка. Подбор скорости литья должен производить слесарь по ремонту литейных машин. Температура охлаждающей воды должна быть не более 300С.

На рабочем месте должен быть подготовлен комплект аварийных (не менее трех на каждую летку) и рабочих пик в зависимости от количества леток.

Отлитые слитки должны иметь маркировку: марка сплава, номер миксера, номер плавки, номер слитка. Слитки должны клеймиться номером слева направо по отношению к литейщику. Клейма наносить непосредственно на литнике слитка или на алюминиевом ярлыке, который крепится к литнику слитка.

1. 3 Выбор основного оборудования

Качество расплава во многом зависит от литейных миксеров, атмосфера которых должна содержать минимальное количество водяных паров. Глубина ванны желательна возможно большая; заданную температуру металла необходимо поддерживать с достаточной точностью, а перепад температур по объему расплава должен быть минимальным. В настоящее время миксеры работают на двух видах обогрева — пламенном и вакуумные.

Общие положения

Настоящая технологическая инструкция определяет оборудование, подготовку его к работе, технологический процесс вакуумирования металла и его контроль, технологию литья слитков на вакуумных миксерах. Отливка слитков осуществляется на электрических вакуумных миксерах, оборудованных тросовыми литейными машинами полунепрерывного литья.

Требования, предъявляемые к вакуумным миксерам

Конструкция миксера и материалы, применяемые для их изготовления, должны соответствовать требованиям технических проектов, утвержденных Главным инженером. Подины и стены миксера не должны иметь глубоких выбоин, грубых шлаковых наростов и иметь исправный свод. Миксер оборудован исправными электронагревательными элементами, обеспечивающими режимную температуру металла в миксере. Миксер оборудован двойными летками. Нижняя летка расположена на уровне подины, верхняя — приподнята относительно уровня подины на высоту от 50 до 70 мм. Верхнее леточное отверстие перекрыто с помощью пики, изготовленной согласно чертежу № 2062, нижнее — перекрыто пикой, изготовленной согласно чертежу № 2066. Во время литья регулирование уровня металла производится с помощью пики, изготовленной согласно чертежу № 1961 или системой вакуумного регулирования расхода расплава из миксера проект 5767.8.

Один раз в месяц комиссия в составе: старшего мастера плавильно-литейного участка корпуса № 1, ведущего технолога и механика по вакуумному оборудованию устанавливает необходимость замены леточного камня миксера с отметкой в специальном журнале, который хранится у старшего мастера плавильно-литейного участка. Система водоохлаждения элементов миксера в исправном состоянии. Контроль поступления воды в охлаждаемые элементы осуществлять с помощью системы патрубков, выведенных к сливной воронке.

Подготовка миксера к работе.

Включать сушку миксера и разогрев футеровки, чистку в горячем состоянии, промывку расплавом. Технологические требования, режимы сушки и разогрева футеровки миксера определены инструкциями 313. 66. 0286 и 500. 36. 0092.

В процессе эксплуатации промывку миксера расплавом производят при переходе с одной марки сплава на другую, отличающиеся по химическому составу. Необходимость проведения промывки при переходе с одной марки сплава на другую определять в соответствии с ТИ 303. 36. 0105, количество промывного расплава имеет не менее 30% емкости миксера. Для проведения промывок использован расплав, приготовленный на алюминии или его отходах, отходы мягких сплавов или отходах сплава, на который осуществляется переход. Разрешается производить промывку миксера частью приготовляемого сплава. После заливки всего металла промывки в миксер расплав подвергать вакуумированию насосом РВH-6 в течение 20 минут. Расплав промывной плавки выдерживают в миксере при температуре от 730єС до 800є С не менее трех часов и разливать в слитки. Время нахождения промывочного расплава в миксере не превышает 24 часов. В случае вынужденного нахождения промывочного расплава в миксере более 24 часов производят дополнительное ежесменное вакуумирование его в течение 10 минут насосом РВH-6. Количество промывных плавок при переходе с одной марки сплава на другую определяется их химическим составом. Остаток металла последней перед переходом на другой сплав плавки и расплав промывных плавок сливают" насухо «через нижнюю летку миксера с отметкой контролером в карте плавки.

Полный слив металла и чистку миксера производят при остановке его на профилактический осмотр не более чем через 10 суток работы при разливке на миксере сплавов цинковой группы и не более чем через 18 суток — других сплавов, через 10 плавок- при отливке сплава1960. По истечение указанных сроков работы миксера произвести очистку нагревательных элементов от пылеобразных окислов, после чего снять шлак с поверхности остатка металла и сливают остаток через нижнюю летку.

Продувку каналов проводят при снятии крышек выводов нагревательных элементов с двух сторон (при условии отсутствия нагревателей).

Профилактический осмотр производится в течение не более 48 часов под руководством механика участка по вакуумному оборудованию. Осмотр проводится согласно инструкции по эксплуатации 500. 36. 0092, после чего производить чистку миксера. Чистку миксера производят в горячем состоянии. Стенки и подину миксера тщательно очищают от окисных и шлаковых наростов.

Чистку заливочного кармана миксера производят не реже, чем через одну плавку перед заливкой очередной плавки.

Hа поддоне и стенах миксера допускаются отдельные выбоины и местные наросты шлака.

После чистки миксер предъявляют контролеру службы качества. Контролер делает отметку о приемке миксера после чистки в карте плавки и в журнале литья слитков.

Первую плавку после чистки миксера при профилактическом осмотре сливают «насухо».

Металл данной плавки, приготовленный и отлитый по соответствующему технологическому режиму, разрешается запускать на изготовление прутков, профилей, труб, листов, не предназначенных для изготовления полуфабрикатов паспортного назначения, «спец целей», на «экспорт «и авиацию.

1.4 Выбор способа рафинирования

Ввиду высокой химической активности алюминия и ряда легирующих элементов в отливках и заготовках, предназначенных для деформирования, всегда в том или ином количестве присутствуют неметаллические включения (окислы металлов, карбиды, нитриды, сульфиды, карбонитриды), водород, интерметаллические соединения, частицы диспергированной неметаллической и флюсовой фаз, не растворяющиеся в расплавах. Кроме того, алюминиевые сплавы содержат металлические примеси (железо, натрий, литий, титан и др.). Исходная загрязненность алюминиевых расплавов указанными примесями определяется качеством шихтовых материалов (главным образом, их чистотой и компактностью), степенью совершенства технологического процесса и уровнем культуры производства.

Вакуум обработка

Вакуумирование алюминиевых сплавов как метод рафинирования, позволяющий получить в современных условиях наиболее низкий стабильный уровень содержания газа в металле, получил широкое развитие и распространение в промышленности за последние десятилетие. В фасонно-литейном производстве этот способ используется для дегазации сравнительно небольшим объемов металла (до 650 кг). При производстве слитков вакуумной обработке подвергают большие массы расплава. Процесс ведут в вакуумных миксерах емкостью от 10 до 25 т. Исследование показывают, что вакуумирование в миксере снижает содержание водорода в металле примерно в 2 раза и приводят к резкому уменьшению внутренних дефектов, обнаруживаемых при ультразвуковом контроле, а следовательно, и количества забракованных полуфабрикатов. С понижением внешнего давления над расплавом равновесие системы металл — растворенный газ, образовавшееся во время плавки, смещается в сторону меньших концентраций газа, что создает благоприятные условие не только для диффузии водорода к свободной поверхности, но и для возникновения и роста газовых пузырьков. В период выделения пузырьков, которые характерно для начального периода дегазации, скорость газоулавливания примерно в 2−3 раза выше, чем при диффузионном выделение. Однако при вакуумной обработке больших масс, расплава выделение пузырьков имеем место лишь в поверхностных слоях расплава. Поэтому с увеличением глубины ванны скорость дегазации уменьшается.

Несмотря на то что коэффициент диффузии водорода в расплавленном алюминии сравнительно высок (на 2−3 порядка выше коэффициентов диффузии легирующих элементов), именно массоперенос водорода в расплаве при вакуумной дегазации глубоких ванн без перемешивания является лимитирующей статьей. Направленное движение расплава от дна к поверхности позволяет существенно ускорить дегазацию.

Движение расплава в ванне может быть получено как в результате естественной конвекции за счет охлаждения объемов расплава у поверхности ванны и стен миксера, так и вынужденной конвекции — за счет удаления газов из футеровки через толщу расплавленного металла при создании разрежения в рабочем пространстве миксера и применение перемешивания расплава специальными устройствами.

Для повышения производительности агрегатов, оборудованных вакуумными миксерами, используют вакуумирование расплава в струе при заливке в миксер, в котором предварительно создана заданная глубина разрежения. Получаемые высокие скорости дигазации при этом обусловлены неблагоприятными условиями газовыделения: выделение пузырьков интенсивно развивается при отсутствии метоллостатического давления, а массоперенос водорода к возникающим пузырькам укоряется вследствие высокой турбулизации входящей в вакуум струи расплава. Однако этот процесс пока не вышел из стадии опытного опробования.

Отстаивание

В практике производства сплавов один из методов очистки от неметаллических включений — отстаивание. Ввиду разницы в плотности металла и включений выдержка перегретого расплава без перемешивания способствует всплыванию или осаждению включений. Большая часть неметаллических включений осаждается на дно миксера. Скорость осаждения зависит от газосодержания расплавов; с увеличением газосодержания скорость осаждения уменьшается. Ускорению осаждения способствует обработка расплава флюсами. Существенный недостаток способа — то, что он проводится на такой стадии технологического процесса, когда не исключается последующее загрязнение расплава при переливке из миксера в кристаллизатор. Чаще применяется в сочетании с другими методами.

Фильтрация

Сущность метода состоит в пропускании жидких расплавов через фильтры, изготовленные из нейтральных или активных по отношению к металлу материалов. При этом взвешенные включения задерживаются и механически и в результате химического или физического взаимодействия с материалом фильтра. Фильтрация через пенокерамические фильтры (ПКФ). Эти фильтры изготавливаются из пористого керамического материала по специальной технологии. При очистке металла движение происходит по капиллярам внутри фильтра, где происходит очистка от неметаллических включений и газообразование примесей. Фильтрование расплава через сетчатые материалы (стеклоткань, металлическая сетка). Этот вид очистки широко используется в промышленности при отливке слитков из большинства деформированных сплавов. В основе его лежит механическое отделение макроскопических крупных неметаллических включений. Для очитки алюминиевых сплавов чаще всего используют фильтры из стеклоткани с размером ячейки от 0,6×0,6 до 1,7×1,7 мм. В целях предотвращения взаимодействия с алюминием стеклоткань изготовляют из специального (с присадкой бора) стекла или покрывают силикоалюминатной керамикой. Значительно реже используют металлические (титановые) сетки. В практических условиях фильтрования алюминиевые расплавы не проходят через стеклоткань с размером ячейки менее 0,5×0,5 мм.

1- кристаллизатор; 2 — распределительная коробка; 3 — желоб; 4 — фильтр из стеклоткани; 5 — лёточная коробка; 6 — регулированный стопор; 7 — пика; 8 — миксер.

Рисунок Схема расположения фильтра.

1 — кристаллизатор; 2 — распределительная воронка; 3 — фильтр из стеклоткани

Для сплава 7075 применяется комплексное рафинирование:

— вакуумирование;

— отстаивание;

— фильтрация.

1.5 Возможные виды брака, способы их устранения

Пористость в слитках.

Поры в слитках появляются по границам зерен вследствие усадки, а также при высоком содержании водорода в сплаве. На образование пористости оказывает влияние состав и качество шихтовых материалов, температура и влажность окружающего воздуха, атмосфера плавильной печи и миксера, способы рафинирования расплава, технология литья, температура и время нагрева слитков.

Причины возникновения:

— недостаточная просушка футеровки печи и миксера;

— применение влажных шихтовых материалов;

— некачественное рафинирование;

— завышена скорость литья;

— завышена температура литья;

— перегрев расплава в печи и миксере;

— бурление струи расплава при литье;

— использование непрогретой смазки;

— обильная смазка;

— непросушенная, непрогретая оснастка.

Водород попадает в сплав из влаги попавшей в рабочее пространство печи с шихтой, огнеупорами и парами воды, присутствующими в воздухе, при сливе — из футеровки сифона. В печном пространстве при высокой температуре вода взаимодействует с металлом, образуя оксиды и свободный водород, который растворяется в расплаве. 2Аl + ЗН20=А120з+6Н. Источником водорода в металле также являются углеводороды, образованные при горении топлива.

Газы, растворенные в жидком металле, образуют газовые раковины и пористость. Слитки с такими дефектами имеют недостаточную механическую прочность и склонны к образованию горячих и холодных трещин. Пористость в слитках снижает механические свойства полуфабрикатов, способствует появлению рыхлоты и расслоений в штамповках, поковках и прессованных изделиях.

Меры предупреждения:

— Снижение водорода в расплаве путем рафинирования и вакуумирования;

— Соблюдение технологии подготовки шихты, приготовления сплава и литья слитков.

Ликвационные наплывы образуются в процессе формирования корочки слитка. Сначала образовавшаяся корочка отходит от стенок кристаллизатора, но потом, под действием давления жидкого расплава, ее снова прижимает к стенкам кристаллизатора. Так образуется наплыв. Расстояние между наплывами от2 до 60 мм.

Причины возникновения:

— завышена температура литья;

— непостоянен уровень металла в кристаллизаторе;

— неточная установка системы;

— неравномерное охлаждение слитка;

— неправильное нанесение смазки;

— нестабильная работа литейных машин;

Методы предупреждения:

— Улучшение поверхности кристаллизаторов;

— Увеличение скорости литья;

— Стабильная работа литейных машин;

— Качественная смазка и правильное ее нанесение;

— Рифленая поверхность кристаллизаторов для уменьшения усадки слитка.

Литейные трещины

Трещины в слитках образуются как на внешней их поверхности, так и внутри, и являются результатом термических напряжений и деформаций, возникающих в процессе литья. При охлаждении слитков во время литья создается резкий перепад температур в разных частях слитка, и соответственно, процесс усадки слитка проходит не одновременно во всех участках слитка. Т. е., одни участки слитка уже затвердели, остывают и дают усадку металла, другие участки — нагретые, третьи — еще жидкий расплав. Когда остаточные термические напряжения превышают предел прочности сплава, в слитке появляются трещины.

Виды трещин

— Горячие (возникают при кристаллизации слитка); Отличаются от холодных трещин окисленной поверхностью по трещине.

— Холодные (возникают при охлаждении уже закристаллизовавшегося слитка, излом по трещине блестящий, ровный)

В круглых слитках

— Внутренние (центральные или скоростные): (из-за высокой скорости литья, неравномерного охлаждения слитка водой, несимметричного распределения металла т.д.)

— Поверхностные радиальные: (из-за низкой скорости литья для дуралюминов, высокой скорости для остальных, неправильная установка стержня, переохлаждение слитка)

— Внутренние круговые: (из-за неравномерного охлаждения слитка у стенок кристаллизатора и в середине слитка)

— Поперечные: (характерны для высокопрочных сплавов при низких температурах и скоростях литья, неравномерное охлаждение слитка)

Рисунок № 3 — Виды брака в круглых слитках

В плоских слитках:

— Донные (холодные, возникают при низкой скорости литья, высокой температуре металла, наличием посторонних включений на начало литья, некачественной подливке);

— Боковые (из-за низких скорости и температуры литья у высокопрочных сплавов, непостоянства уровня металла в кристаллизаторе, наличие в расплаве окисных и шлаковых включений);

— Литниковые (наличие в расплаве окисных и шлаковых включений, нарушение технологии отжига, переохлаждение литника);

— Поверхностные (горячие, возникают при высокой скорости литья и неравномерного охлаждения слитка водой и неправильного соотношения химических элементов в сплаве);

— Двойные боковые

Рисунок № 4 — Виды брака в плоских слитках

Принципы возникновения

1. Увеличение скорости литья (центральные трещины);

2. Повышенная температура литья;

3. Пониженная скорость литья (поверхностные трещины);

4. Нераномерноe охлаждение слитка;

5. Неравномерное распределение металла в кристаллизаторе;

6. Неправильное соотношение химических элементов в сплаве;

7. Нестабильная работа литейных машин;

8. Некачественная подливка в донную или литниковую часть (если задана технологией).

К методам предупреждения относится исключение всех возможных причин возникновения трещин.

Неслитины — несплошность на поверхности слитка, когда на застывшую поверхность наплывает жидкий расплав, превращающийся сплошную твердую корочку.

Возникшие при литье неслитины, повторяются периодически.

Причины возникновения:

— Пониженная температура литья;

— Пониженная скорость литья;

— Колебания уровня расплава в кристаллизаторе;

— Неправильное распределение расплава в кристаллизаторе;

— Нестабильный ход литейной машины;

— Нарушение режимов охлаждения слитков при кристаллизации.

Неглубокие неслитины удаляются мехобработкой слитков, глубокие приводят к браку полуфабрикатов. К методам предупреждения относится исключение всех возможных причин возникновения трещин, а также изготовление кристаллизаторов с рифленой поверхностью для уменьшения отвода тепла от слитка и литье с «теплым» верхом.

1.6 Контроль основных параметров и качество готовой продукции

Качество слитка зависит от скорости литья, температуры металла, количества воды для охлаждения слитка и условий начала и конца литья. Скорость литья должна быть выбрана таким образом, чтобы слитки не имели диаметрических и радиальных трещин, а также неслитин. Повышение скорости литья уменьшает возможность образования радиальных трещин и улучшает качество поверхности слитков — сокращается число неслитин. Чрезмерное увеличение скорости литья приводит к образованию диаметральных трещин и ликвационных наплывов. Кроме того, при этом увеличивается переходная (двухфазная) область кристаллизирующегося слитка, снижаются его плотность и механические свойства.

Температура расплава, подаваемого в кристаллизатор, влияет на глубину лунки, качество поверхности и структуру слитка. Повышение температуры расплава приводит к углублению лунки, что в свою очередь может вызвать образование трещин при литье. При высоких температурах литья возможна образование пористости и увеличение ликвационных наплывов на поверхности слитка. При заниженной температуре литья увеличивается глубина неслитин и появляются условия для объемной кристаллизации и возникновения неоднородности строения слитка. На основании и указанных соображений температуру расплава в миксере поднимают на 50−100 град выше температуры ликвидуса. Более высокую температуру литья применяют для сплавов, в которых первичными могут быть кристаллы интерметаллических соединений. Скорость и температура литья — взаимно связанные между собой параметры. Увеличение скорости литья должно сопровождаться снижением температуры расплава в миксере, и наоборот.

Большое значение для получения слитков без трещин имеют условия начала и конца литья. И в начале, и в конце литья вследствие того, что процесс не установился, возникает дополнительные термические напряжения. Поэтому необходимо стремится повысить пластичность донной и литниковой частей слитка. При литье сплавов, склонных к образованию трещин, для этой цели в донную часть слитка подливают алюминий и проводят самоотжиг его литниковой части. До начала литья на поддон, установленный в кристаллизаторе, заливают расплав алюминия на высоту 30−40 мм. Расплаву алюминия дают затвердеть на 30−40%, после чего начинают литьё основного сплава. Самоотжиг литниковой части слитка осуществляют следующем образом: после прекращения подачи металла слиток опускают на 2/3 высоты кристаллизатора, затем отключают подачу воды и останавливают литейную машину. При этом кристаллизация последних порций металла происходит без интенсивного отбора тепла, и верхняя часть слитка разогревается до нужной температуры.

Отливаемые слитки контролируют по размерам, внешнему виду, кроме того, исследуют поперечные макрошлифы на отсутствие трещин, шлаковых включений и пор.

В тех случаях, когда слитки идут на изготовление особо ответственных полуфабрикатов, дополнительно проводят контроль по излому. Норму отбора темплетов для изготовления макрошлифов устанавливают в зависимости от сплава, размера слитков и их назначения. Как правило, для контроля слитков диаметром 200 мм и менее от донной части каждого третьего слитка отбирают один темплет. При контроле слитков больших диаметров темплет отбирают от донной части каждого слитка. В том случае, если слитки предназначены для изготовления особо ответственных полуфабрикатов (поковки, штамповки, лонжеронные профили), темплеты отбирают на каждом резе. В этом случае, кроме контроля макрошлифов, производят дополнительно контроль излома.

1.7 Требования безопасности при обслуживании оборудования

Создание здоровых и безопасных условий труда обеспечивает не только сохранение здоровья работников, но и в значительной степени способствует росту производительности труда, моральному и творческому удовлетворению своей деятельности. Основные положения по правовым нормативно-техническим основам безопасности жизнедеятельности изложены в Конституции Российской Федерации, Федеральном Законе о труде и охране труда, Трудовом кодексе, устанавливающем основные правовые гарантии в части обеспечения охраны труда. Ряд требований по охране труда и окружающей среды зафиксированы: в Федеральном Законе «О предприятиях и предпринимательской деятельности». В качестве подзаконных актов выступают: Нормы и Правила.

Управление и надзор по охране туда осуществляют на следующих этапах:

-Государственный надзор;

-Ведомственный контроль;

-Общественный контроль.

Ответственность за состояние охраны труда возложена на руководителя предприятия (генерального директора). Организационными работами связанными с обеспечением охраны труда, занимается один из его заместителей. Текущие вопросы охраны труда решают отделы охраны труда и экологии, выполняющие следующие функции:

— проведение вводного инструктажа, массово-разъяснительная работа наглядная агитация;

— контроль за разработкой и осуществлением организационных и технических мероприятий по созданию безопасных условий труда на производстве, выполнением необходимых, правил, проверки знаний по технике безопасности;

— выдача заключения при разработке технических решений;

— отчётностъ по вопросам травматизма и профзаболеваниям, расследование и учёт несчастных случаев, анализ травматизма.

Различают следующие виды контроля:

Оперативный контроль, контроль должностных лиц и администрации (3-х ступенчатый контроль).

— Контроль требований безопасности труда при аттестации рабочих мест;

— Контроль, осуществляемый службой охраны труда предприятия;

— Ведомственный контроль ведомственных организаций;

— Контроль, осуществляемый органами надзора.

В соответствии с ГОСТ 12.1. 00. 04 все работники предприятия проходят следующие виды инструктажа: вводный, первичный, повторный, а также соответствующие виды учёбы и курсы.

Величина шума в цехе не должна превышать допустимого уровня, значение которого приведено в ГОСТ 12.1. 003−76 и составляет 85дБ. Уровень шума, создаваемый литейным оборудованием, а также вспомогательным оборудованием в процессе производства, можно квалифицировать как средний. Для снижения уровня шума, создаваемого вибрацией оборудования, предусмотрена его установка на виброизолирующие опоры типа упругих прокладок или пружин. В производственных условиях обслуживающий персонал, находясь вблизи расплавленного металла, подвергается воздействию тепловых излучений. Наибольшую опасность представляет начало литья. Начинать литьё разрешается только в застёгнутой на все пуговицы спецодежде, глаза должны быть защищены щитком ГОСТ 12.4. 023. поддоны должны быть тщательно просушены сжатым воздухом, попадание влаги на поддон приводит к выбросу металла из кристаллизатора. При открывании лётки необходимо стоять сбоку от неё, так как давление создаёт большую струю металла, от которой можно получить ожог. Работать с жидким металлом можно только сухим и прогретым инструментом. Введение в жидкий металл влажного или холодного инструмента может привести к выбросу металла.

При выполнении работ работники должны пользоваться спецодеждой и средствами индивидуальной защиты:

— куртка и брюки, суконные ГОСТ 12.4. 045

— сапоги кирзовые ГОСТ 12.4. 032

— рукавицы суконные ГОСТ 12.4. 010

В условиях литейного цеха применяют следующие способы от лучистого потока теплоты: теплоизоляция нагретых поверхностей, экранирование тепловых излучений, применение воздушного душирования, организация рационального отдыха в период работы. Для теплоизоляции применяют разнообразные материалы и конструкции (специальные бетоны и кирпич, минеральную и стеклянную вату, асбест, войлок).

Для работников устанавливают места отдыха, расположенные не далеко от рабочего места, но в то же время достаточно удалённые от источников излучения, снабженные вентиляцией и питьевой водой.

В цехе широко используют подъёмно-транспортную технику: мостовые краны, автопогрузчики, средства малой механизации (блоки, домкраты).

Все части, детали вспомогательные приспособления подъёмных механизмов в отношении изготовления, материалов, качества сварки, прочности, устройства, установки, эксплуатации должны удовлетворять соответствующим техническим условиям, стандартам, нормам и правилам. При эксплуатации подъёмно-транспортных машин следует ограждать все доступные движущиеся или вращающиеся части механизмов. Для обеспечения безопасной эксплуатации подъёмно-транспортные машины снабжают средствами защиты, включая системы дистанционного управления. Большое значение в надёжности имеет прочность конструктивных элементов. Конструктивная прочность машин и агрегатов определяется прочностными характеристиками, как материала конструкции, так и крепёжных соединений (сварные швы, штифты, заклёпки, шпонки, резьбовые соединения), а также условиями их эксплуатации (наличие смазывающего материала, коррозия под воздействием окружающей среды, наличие чрезмерного изнашивания). Все применяемые в литейном цехе средства коллективной защиты по принципу действия можно разделить на оградительные, предохранительные, блокирующие, сигнализирующие, а также системы дистанционного управления машинами и агрегатами. В производственных условиях не всегда удаётся устранить все опасные и вредные производственные факторы, действующие на работников негативно, путём проведения общетехнических мероприятий, например, устройством вентиляции, экранирования источников теплового излучения. В этих условиях обеспечение нормальных условий труда достигается применением средств индивидуальной защиты. Важное значения эти средства приобретают при ликвидации аварий, при интенсивных пыле ­ газовыделениях. Защита тела человека обеспечивается применением спецодежды, спецобуви и других средств индивидуальной защиты. Органы зрения защищаются очками не только от механических повреждений, но и от тепловых излучений. Органы дыхания защищаются фильтрующими и изолирующими приборами, к которым относятся респираторы и противогазы. Для литейщиков одним из опасных факторов является работа с газовым оборудованием и непосредственно работа с жидким металлом. К таким работам допускаются лица:

— не моложе 18 лет;

— годные по состоянию здоровья;

— не имеющие противопоказания к данным видам работ;

— прошедшие инструктаж по безопасности труда;

— обученные и аттестованные по правилам безопасности системы газораспределения и газопотребления;

— обученные методом и приемам безопасного выполнения работ;

— обученные правилам и приёмам безопасного выполнения работ;

— обучены к применению средств индивидуальной защиты;

— обученные правилам и приемам оказания первой медицинской помощи;

— имеющие удостоверения на выполнения данного вида работ.

Одной из причин несчастных случаев на производстве является поражение людей электрическим током. Оборудование, используемое в процессе производства, находится под высоким напряжением. Поэтому все токов едущие части и ячейки высокого напряжения, распределительные устройства имеют специальные ограждения с блокировкой. Наиболее опасные электроустановки-конденсаторные батареи снабжены электроблокировкой. Все рабочие места у электропультов и электрощитов снабжены изолирующими решётками и диэлектрическими ковриками. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала цеха предусмотрено заземление и зануление всего электрооборудования.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет шихтовых материалов

Расчетный состав шихтовых материалов

Cu-1,3−1,6 =1,45%

Mg-2,2−2,6 =2,4%

Cr-0,16−0,28 =0,22%

Zn-5,5−6,1 =5,8%

Al-90,13%

Шихтовые материалы

Cu-катодная медь марки М2: 99,7%

Mg-МГ90−99,90%

Cr-Al 80%, F-20% лигатура

Zn -Ц1−99,95%

Al-A8−99. 8% освежение

Отходы сплава 7075 — 30%

Расчет ведем на 100 кг сплава, угар по компонентам сплава в % берем из приложения 2. Угар по компонентам в кг определяем по формуле.

Cu

Mg=

Cr=

Zn=

Al=

Таблица № 5 Расчетный состав сплава с учетом угара

Компоненты

Без угара

Угар, кг

С учетом угара

Al

90,13

1,8

91,93

Cu

1,45

0,014

1,464

Mg

2,4

0,072

2,472

Cr

0,22

0,002

0,222

Zn

5,8

0,116

5,916

Итого:

100

2,004

102,004

Отходов в металлозаливке 30%, на 100 кг сплава.

С отходами в шихту поступает.

Cu=

Mg=

Cr=

Zn=

Al=

Дополнительно нужно ввести:

Al=91,83−27,039=64,79 кг

Cu=1,46−0,43=1,03 кг

Mg=2,47−0,72=1,75 кг

Cr=0,22−0,066=1,154 кг

Zn=5,92−1,74=4,18 кг

Вводим катодную медь марки МГ90

Mg=

Вводим хром 80% лигатурой

Cr=

Вводим цинк марки Ц1

Zn=

Вводим алюминий марки А8

Al=

Таблица № 6 -Состав шихты

Компоненты

Кг

%

1. Отходы

30

29,05

2. Переплав

-

-

3. Лигатуры Al Cr

1,03

0,994

Mg

1,75

1,693

Cr

1,44

1,393

Zn

4,18

4,04

4. Первичный Al

64,91

62,83

Итого:

103,31

100

На 30 т плавки требуется загрузить:

30*200=6000 кг

Cu=1,03*200=206 кг

Mg=1,75*200=350 кг

Cr=1,44*200=288 кг

Zn=4,18*200=836 кг

Al A8=64,91*200=12 982 кг

Итого: 14 617 кг

Выход шлака для сплава 7075 составляет 3%, сплёсы 0,5%. 14 617*0,03=436,51 кг Шлак 14 617*0,005=73,085 кг Сплёсы металла в шлаке 50% или 436,51*0,5=218,255 кг

Сплёсы состоят из металла полностью.

Таблица № 7- Материальный баланс плавки

Приход

Вес, кг

Расход

Кг

Отходы

6000

Сплав 7075

19 956,594

Переплав

-

Угар

414,066

Cu M2

206

Шлак

218,255

Mg МГ90

350

Сплёсы

73,085

Al Cr 80% F 20%

288

Zn Ц1

836

Al A8

12 982

Итого:

20 662

20 662

При заполнении таблицы метериального баланса вес вылитого металла определяем по разности статей прихода и сумма статей угара, шлака, сплёсов.

Выход годного по жидкому металлу составит:

ВГ=

Выход годного по жидкому металлу всегда несколько ниже расчетной величины, Т. К часть металла теряется в виде проб на химический состав и для определения внутренних дефектов слитков.

Для определения расхода металлической шихты на 1 тонну годных отливок используется выход годного сплава по данным практике.

Для сплава 7075 ВГ = 62%

Расход шихты на 1 тонну годных отливок определяем:

Кш =

Расход жидкого металла на 1 тонну годных отливок определили.

2. 2 Конструктивный расчет

В задачу расчета входит:

-определение объема и формы плавильной ванны.

-выбор вутировки.

-определение габаритов печи.

Применяем для расчета миксер емкостью 20 тонн для плавки Al.

Объем плавильной ванны составит:

y=

где: y — объем ванны, m3

Р — вес плавки, т

?t — плотность жидкого металла;

Для алюминия:

?t=2,382−0,237(t-658),

Температура разливаемого Al примерно 700 градусов.

?t=2,382−0,273(700−658)=2,371

Тогда объем ванны: y=

Объем ванны так же определяется:

ПR2 *h=3,14*R2*h

R2— радиус рабочего пространства м2

h- высота ванны м2

Глубина ванны или толщина расплавляемого металла выбирается следующим образом:

1. Слой должен равномерно и быстро прогреваться.

2. Поверхность металла должна быть минимальной чтобы снизить поглощение газов. При использовании жидкого металла глубина ванны ~ 800 мм ~ 0,8 м Применяем h=0,8 м

Определяем поверхность металла в миксере

F=

F=3; F= м2; ПR2=5. 57 м2

L=; R

L=3,54 м; ?=3,54

L=3,54 м, h=0,8 м, ?=45?

Расположение ВА

ВП=АП/tg?=

KO=BП=0,8=0,4 м

ОР=КА-КО=3,54−0,43,14 м

ВС=ОР+ВП=3,14+0,8=3,94 м

0,15(tg45)=0,15*1=0,15 м

3,94+0,15=4,09 м

Определяем габаритные размеры

4. 1Определяем диаметр миксера.

4,09+0,44+0,44=4,97 мм -- наружный диаметр миксера.

Высоту выбираем по габаритным размерам;

h=2,75 мм

2. 3Тепловой расчет миксера

Приход тепла

1. Тепло от нагревательных элементов.

2. Тепло от окисления алюминия.

2Mg+1,5O2 Al2O2 +1 646 670 кДж/моль

Угар алюминия составляет 1,5% или 414,066 кг (расчет шихты).

При окисления этого количества выделяется тепло.

54 кг -- 1 646 670 Х=12 626 482,6 кДж

414,066 кг-- Х -- время плавки.

3. Тепло с заливаемым металлом.

Q=Cme*mme*Tme

Где:

Cme — теплоёмкость металла

mme — масса металла

Tme — конечная температура металла

Q=1,04*19 956,594*700=49 528 400,5

Расход тепла

Тепло на поддержание сплава в жидком виде.

Q=[Qпл2(tкон-tнач)]*m

Q=

Тепло с выливаемым металлом.

Q=1,04*19 956,594*710=14 169 182,7

Потери тепла в ок. среду.

— потери тепла сводом миксера.

Q={?к(t1-t2)+?*Co (()4-())}F*3,6

F=ПR2=3,14*2,4852=15,605 м2

Q={3,26(80−25)+0,5*5,57(()4-()4)}*15,605*3,6=48 129,097

— потери тепла подины, применяем 50% от потери сводом.

48 129,097*0,5=24 064,54

— потери тепла стенками.

Площадь стен F=2ПR*h

F=2*3,14*2,485,2,75=42,91 м2

Q=(45−25)+0,5*5,574-()4)}*42,91*3,6=52 929,65

— неучтенные потери тепла.

(48 129,097+24 064,54+52 929,65)*0,1=12 512,32

Таблица № 8 Тепловой баланс

Приход тепла

Расход тепла

1. Тепло с заливаемым металлом

2 421 400,88

1. Тепло на поддержание сплава в жидком виде

1 368 357,13

2. Тепло от нагревательных элементов

1 446 123,11

2. Тепло с выливаемым металлом

2 361 530,45

3. Потери тепла в ок. среду

3. 1Потери тепла сводом миксера

48 129,097

3. 2Потери тепла подиной

24 064,54

3. 3Потери тепла стенками

52 929,65

4. неучтенные потери

12 512,32

Итого:

3 867 523,19

Итого:

3 867 523,19

Тепло от нагревательных элементов находится по разности:

3 867 523,19−2 421 400,08=1 446 123,11 кДж/ч

Список использованных источников

1. Карпухин. В. В'' Печи цветных и редких металлов", М. Металлургия, 1980 г.

2. Правила безопасности при производстве алюминия, ВАМИ, 1977 г.

3. Ененко Г. М'' Промышленные печи'', М. Металлургия, 1964

4.В. И. Напалков, Г. В. Черепок, С. В. Махов, Ю. М. Черновол Непрерывное литьё алюминиевых сплавов.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой