Архитектурно–конструкционное решение по проектированию цеха ремонтного литья

Поэтому применяемые графитизирующие модификаторы в зависимости от условий производства и предъявляемых требований к качеству чугуна в отливках должны:

уменьшить или устранить склонность чугуна к отбелу в тонких (3-5 мм) сечениях отливок;

обеспечить стабильные результаты модифицирования при определенных производственных условиях;

практически не изменять химического состава исходного расплава чугуна;

иметь достаточную длительность модифицирующего эффекта - не менее 15-20 мин;

улучшить прочностные характеристики, однородность структуры и свойств в разностенных отливках сложной конфигурации;

повысить износостойкость и плотность металла отливок, улучшить обрабатываемость отливок;

быть экономичными.

В производстве отливок из серого чугуна применяются, главным образом, графитизирующие модификаторы для измельчения графита, устранения отбела и МГ, а иногда и частично сфероидизирующие для образования графита благоприятной формы, в частности вермикулярного графита (ВГ). Поэтому модифицирование СЧ целесообразно только при низком содержании углерода, кремния и других графитизирующих элементов или при повышенной концентрации элементов, препятствующих графитизации, а также при высокой термовременной обработке жидкого чугуна, быстром охлаждении, применении в шихте большого количества стали и передельного чугуна, т. е. в условиях высокого ?Т и, значит, при производстве чугунов высоких марок [1, 6, 24], как это и рекомендуется ГОСТ 1412 - 70. Применяемые модификаторы при этом весьма разнообразны по составу (табл. 3.1), иногда рекомендуются более сложные модификаторы [5, 14, 24, 25], в частности "синергетический" следующего состава: 36% Si; 18% Ca; 2,5% Al; 8% Ce; 4% La; 4,5% Ti; остальное Fe [22].

а - немодифицированный; б - модифицированный; в - безперегрева (ОП - относительная прочность; n - число включений графита на 1 см; ОТ - относительная твердость; ПК - показатель качества)

Рисунок 3.1 - Сравнительное влияние разных модификаторов на структуру и свойства чугуна с S_э = 0,77

Однако точных данных об их эффективности нет, хотя в литературе по этому вопросу приводятся многочисленные исследования; результаты некоторых из них представлены на рис. 3.1 [28]. Это объясняется, очевидно, тем, что эффективность тех или иных модификаторов зависит от разнообразных условий производства. Поэтому их выбор приходится производить опытным путем, и рекомендации на разных заводах различны. Так, на Уральском заводе тяжелого машиностроения лучше всего зарекомендовала себя смесь ФС75 и СК30 в отношении 1:1; на московском заводе "Станколит" используется преимущественно ФС75, хотя и признается благоприятное влияние Ba, Sr и других элементов [24], особенно полезных в отношении живучести.

Таблица 3.1 - Графитизирующие модификаторы для серого чугуна

Высокое же содержание Al, как это считают на многих предприятиях, не всегда рекомендуется, так как оно способствует образованию пористости. Если необходимо устранить отбел без особого влияния на механические свойства чугуна (например, на поршневых кольцах и других тонкостенных отливках), можно пользоваться наиболее простым и дешевым модификатором - черным графитом (табл. 3.1).

Большое внимание в последнее время уделяется модифицированию редкоземельными металлами [16], в том числе Ce и Y, которые в небольших количествах (0,03-0,1%) способствуют графитизации, а в количестве 0,15-0,25 приводят к получению ВГ и резкому повышению прочности и пластичности чугуна [13]. Весьма интересным в этом отношении является Y, который поставляется в виде разных сплавов: YFe, YSiCa и др. Хорошие результаты получаются [13] при применении лигатуры, содержащей 30% РЗМ, в том числе 4,5% Y, и 40-45% Si. В этом случае ВГ получается в низкосернистом чугуне при вводе 0,5-0,7% лигатуры; но для устранения отбела, как и при ВЧШГ, необходимо вторичное модифицирование. Степень усвоения РЗМ повышается с понижением температуры обработки и уменьшением содержания серы в металле и колеблется в больших пределах (от 30 до 90%). Во всех случаях следует иметь в виду, что при высоком содержании кальция лигатура плохо усваивается чугуном при низкой температуре; лигатуры же с высоким содержанием РЗМ не только дороги, но часто отбеливают чугун [25].

Особый интерес представляет суспензионное литье [15], в котором роль модификатора играют микрохолодильники. При вводе в чугун 3% железного порошка ПЖ-2М или 1-1,5% чугунной дроби марок ДЧК - 1,5 или ДЧЛ - 3,0 у_в повышается на 25-30 %. Ввод ПЖ-2М, кроме того, повышает квазиизотропию отливок в отношении как у_в, так и НВ [19].

Кроме модифицирования твердыми добавками, применяют также жидкое модифицирование, путем добавки жидкой стали или смешивания разных чугунов [11, 21]. Это повышает свойства чугуна и однородность в разных сечениях не только за счет изменения состава и эвтектичности, но и за счет модифицирования. Например, наблюдается следующее относительное повышение свойств СЧ при модифицировании жидкой сталью (10%): у_и - на 46%, f - на 34%, НВ - на 28%.

В качестве особых методов модифицирования можно указать на продувку порошкообразным СаС₂ (при этом одновременно происходит обессеривание чугуна) или газами: природным газом, метаном, азотом, аргоном и др. [30].

Обычные модификаторы вводят на желоб, в струю металла, в ковш или в форму, применяя при этом специальные дозаторы (табл. 3.2) [18]. Подготовка модификаторов сводится к их измельчению и отсеву пыли, т. е. зерен размером менее 0,5 мм. Размер зерен зависит от емкости ковша и способа ввода; чем больше емкость ковша, тем крупнее могут быть зерна модификатора, так как мелкие зерна легко окисляются и уносятся с газами или запутываются в шлаке.

Таблица 3.2 - Способы ввода графитизирующих модификаторов в серый чугун

Рекомендуемый размер зерен представлен в таблице 3.3

Таблица 3.3 - Рекомендуемый размер зерен модификатора

Перед употреблением рекомендуется прокаливать модификатор при 300 - 400 ⁰С; во избежание окисления дробить его нужно не более, чем за 12 ч. до присадки; он должен быть чистым, сухим, не окисленным. Расход модификатора зависит от его состава, состава чугуна, природы шихтовых материалов, условий плавки, технологии ввода, конструкции отливки и марки чугуна и колеблется, например, при ФС75 в пределах от 0,1 до 2% показано в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Расход модификатора ФС75 по маркам СЧ.

При применении силикокальция расход модификатора может быть уменьшен на 20%. Усвоение Si из него колеблется в пределах 70-90%. После ввода модификатора металл целесообразно перемешать механически, вибрационно, барботацией и другими методами. Перегрев чугуна при модифицировании должен быть тем больше, чем выше марка чугуна; обычно он находится в пределах 1370-1430 ⁰С. Во избежание демодифицирования продолжительность выдержки чугуна не должна быть больше живучести модификатора. Например, для ФС75 и СК применяется выдержка, не превышающая следующих значений (табл.3.5).

Таблица 3.5 - Время выдержки металла в ковше

В случае появления признаков демодифицирования чугуна рекомендуется повторная обработка модификатором. Контроль качества модифицирования производится по высоте отбела клиновой пробы. Контрольные пробы отливают через 5 - 15 мин.

Эффективное графитизирующее модифицирование, прежде всего существенно уменьшает склонность чугуна к отбелу и влияет на средний размер эвтектического зерна (рис.3.2 - 3.3, табл.3.6).

1, 2, 3 - СЕ равно соответственно 3,43; 3,70;3,66 %

Рисунок 3.2 - Зависимость между количеством Q модифицирующей присадки и глубиной h отбела

Рисунок 3. 3 - Зависимость между количеством Q модифицирующей присадки, средним размером а эвтектического зерна (1) и глубиной h отбела

Таблица 3.6 - Влияние количества Q модифицирующей присадки на средний размера эвтектического зерна и глубину отбела h

Одним из критериев оценки выравнивания свойств в различных сечениях отливки является твердость НВ (рис.3.4 - 3.5).

1 - исходный чугун; 2 - модифицированный ФС75;

3 - модифицированный ФС75Ба4; 4 - модифицированный ФС55Ба32

Рисунок 3.4 - Влияние модифицирования на твердость в различных толщинах S стенки отливки

1 - S = 12 мм; 2 - S = 12 мм; 3 - S = 24 мм

Рисунок 3.5 - Зависимость между количеством Q модифицирующей присадки и твердостью при различной толщине S ступеньки

Важным параметром технологического процесса модифицирования расплава, влияющим на его эффективность, т.е., на улучшение прочностных характеристик, является температура расплава при введении модифицирующей присадки (табл.3.7, рис. 3.6). Как видно из таблицы, оптимальными температурами модифицирования для получения максимальных прочностных характеристик следует считать 1650-1690 К.

При данных температурах происходит, по всей вероятности, формирование устойчивых зародышей графитной фазы, что и является причиной получения максимального эффекта.

Рисунок 3.6 - Зависимость между температурой Т расплава при введении модификаторов и временным сопротивлением при растяжении

Таблица 3.7 - Влияние температуры расплава при введении 0,1 % модифицирующей присадки на временное сопротивление при растяжении и глубину h отбела

Временное сопротивление при растяжении изменяется при введении различного количества модифицирующей присадки в чугун с разным углеродным эквивалентом (рис. 3.7). Введение 0,05 % модифицирующей присадки, существенно уменьшая склонность к отбелу (глубина отбела по клиновой пробе), не оказывает существенного влияния на временное сопротивление при растяжении и только при введении 0,1 - 0,2 % лигатуры прочность чугуна повышается. Дальнейшее увеличение модифицирующей присадки оказывает незначительное влияние на прочность, и только при введении 0,5 % присадки несколько увеличивается.

Рисунок 3.7 - Зависимость между количеством модифицирующей присадки, временным сопротивлением у_в и глубиной отбела h (1 - h; 2 - у_в)

Механические свойства чугунов, модифицированных эффективными модификаторами (например, бариевой лигатурой), находятся в такой же зависимости от углеродного эквивалента, как и свойства немодифицированных чугунов (рис. 3.8).

Рисунок 3.8 - Зависимость между углеродным эквивалентом и временным сопротивлением при растяжении исходного (1) и модифицированного (2) чугунов

Максимальное временное сопротивление при растяжении достигается при соотношении С : Si = 0,9-1,2 для модифицированных чугунов со степенью эвтектичности S_э = 0,7-1,0. Для чугунов, модифицированных лигатурами с повышенным содержанием бария (например, ФС60Ба22), максимальные прочностные характеристики получены при соотношении содержания: С : Si = 2,0-2,3 для чугунов близких по составу к эвтектическим. С уменьшением степени эвтектичности чугуна устанавливается прямая зависимость между временным сопротивлением у_в и отношением содержания С : Si. Механические свойства модифицированного чугуна зависят не только от углеродного эквивалента, но и от соотношения содержания углерода и кремния (табл. 3. 8).

Таблица 3.8 - Влияние соотношения содержания C : Si в модифицированных чугунах с различным углеродным эквивалентом на временное сопротивление при растяжении

В результате модифицирования повышаются не только механические свойства чугуна, но и однородность структуры и свойств по сечению отливки, что улучшает их обрабатываемость резанием даже при большей НВ. Однако модифицирование не может, конечно, заменить легирование для получения чугуна с особыми свойствами, хотя некоторые из этих свойств, например, износостойкость, повышаются при модифицировании. Во всех случаях следует иметь в виду, что эффективное модифицирование требует тщательного контроля исходных материалов, процесса плавки и заливки.

4. Строительная часть

4.1 Исходные данные

Проектируемый цех чугунного литья мощностью 11000т/год предполагается разместить на территории ОАО "Сибтяжмаш".

По степени пожарной безопасности цех относится к категории "Г" так как производство связано с переработкой и получением негорючих материалов в нагретом состоянии. По санитарной характеристике цех относится ко 2 группе, ко второй степени огнестойкости.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха -50⁰С. Температура внутри цеха определяется по ГОСТ 12.1.005-01 "Воздух рабочей зоны", должна быть 18-20 °С.

4.2 Архитектурно-конструкционное решение производственного здания

В проекте принято каркасное, одноэтажное здание со светоаэрационными фонарями, с мостовыми кранами. Проектируемый цех представляет собой одноэтажное двухпролетное здание прямоугольной формы. Длина здания 156 метров, ширина 60 метров, высота здания равняется 25,6 метрам. Размеры пролетов 24 и 36м, средний шаг колонн 12м, крайних 6м. Выбранный размер проема обусловлен выходным расположением грузопотоков, габаритами оборудования и требованиями техники безопасности. Высоту здания определяют высота оборудования и габариты крановых средств.

Фундаменты под колонны выполняются сборными в виде отдельно стоящих столбов ступенчатой формы.

Для распределения давления от колонны на большую площадь устраивают подколонник.

Железобетонные колонны применяются сборные, двухветвенные. На нижнюю усиленную часть колонн опираются подкрановые балки.

Вокруг здания устраивается асфальтовая отмостка шириной 1,5 метра.

В проектируемом плавильном отделении приняты два мостовых крана грузоподъемностью 20 тонн, в формовочном отделении один мостовой кран грузоподъемность 20тонн, в стержневом отделении один мостовой кран грузоподъемность 10тонн, в отделении шихты и формовочных материалов два мостовых крана грузоподъемность 20тонн. Колонны пролетов, где устанавливаются мостовые краны выполняются переменного сечения.

Стеновые панели выбраны железобетонные размером 1,2х6м. Толщины стен 640мм.

Для естественного освещения зданий в наружных стенах выполняются световые проемы, заполненные оконными переплетами. Переплеты железобетонными. Размеры оконных переплетов ширина 6,0 м; высота 1,2м. Подоконники располагаются на высоте 1,2м от уровня пола. Остекление цеха в 3 яруса с двумя плоскостями стекол. Ворота в цехе устанавливаются размером 4,7х5,6 м; в цехе устанавливаются одностворчатые двери высотой 2,8 м. Ширина двери составляет 0,9 м. Фермы для здания применяются железобетонные сегментные безраскосные. Кровля рулонный ковер; теплозащитный слой из пенобетонных плит. На крыше цеха надстраиваются светоаэрационные фонари размером 6х12 м.

Светоаэрационные фонари применяются для естественного освещения и вентиляции, размеры фонаря ширина 12м; длина 48 м.

В плавильном отделении полы выполнены из чугунных плит на песчаной прослойке, во всех остальных отделениях железобетонное полы.

Отопление центральное. Вентиляция естественная и искусственная, водопровод производственный и хозяйственно-бытовой, освещение комбинированное.

4.3 Вспомогательные помещения и их расчет

Здание вспомогательных помещений принято в виде многоэтажной пристройки к торцевой стене производственного здания. Оно решено железобетонном каркасе на основе унифицированных типовых секций административно-бытовых помещений.

Состав вспомогательных помещений: гардеробные, душевые умывальные, уборные, курительные, буфет и административные конторные помещения с конференц-залом.

В цехе принят закрытый способ хранения одежды: уличной и домашней в двойном шкафу, рабочей в одинарном. Количество гардеробов равно 140, числу работающих в цехе. Площадь, занимаемая двойным и одинарным шкафами, с учетом проходов и дополнительных помещений равна 1,34м² . Площадь занимаемая шкафами равна 187,6м².

По нормам СН и П для литейного производства положен один душ на три человека, исходя из количества работающих в многочисленную смену. Количество рабочих в одну смену равно 45 человек, предусматриваем 15 душевых кабин. Площадь занимаемая одним душем, с учетом проходов и преддушевых равна 5 м². Площадь занимаемая душевыми кабинами равна 75м².

По нормам предусмотрен один умывальник на 10 человек, работающих в многочисленную смену, площадь, занимаемая одним умывальником равна, с учетом проходов, 1,6м². Предусматриваем 5 умывальника. Площадь занимаемая умывальниками равна 8м².

По нормам положена одна напольная чаша в туалете на 15 человек, работающих в многочисленную смену. Площадь, занимаемая одной напольной чашей, с учетом проходов и умывальником равна 5,3м². Предусматриваем 3 напольные чаши. Площадь занимаемая напольными чашами равна 15,9м²

Площадь административно - конторных помещений зависит от состава служб и количества работающих в них из расчета 4м² на рабочее место: кабинет начальника цеха 28 м²; кабинет заместителя начальника цеха 20 м² приемная 18 м²; кабинет механика 16 м²; кабинет энергетика 16 м2; кабинет экономиста 12 м²; кабинет службы ОТК 12 м² ; комната мастеров 24 м²; диспетчерская 24 м².

Общая площадь, занимаемая вспомогательными помещениями равна:

S_ВСП=28+20+18+16+16+12+12+24+24+24+15,9+6+70+187,6=473,5м².

Размещено на Allbest.ru