Выбор, обоснование и расчет параметров получения детали "Ребро" из чугуна марки 300Х32Н2М2ТЛ в условиях литейного производства ПО "НМЗ"

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАВОИЙСКИЙ ГОРН-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ

НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

«Химико-металлургический» факультет»

Кафедра «Металлургия »

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

На тему: Выбор, обоснование и расчет параметров получения детали «Ребро» из чугуна марки 300Х32Н2М2ТЛ в условиях литейного производства ПО «НМЗ».

Выпускник: Мирзаев Уктам Нормурат угли

Навои 2014

Содержание

ребро отливка плавка индукционный

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Литейное производство ПО «НМЗ»

1.2 Плавка в индукционных электрических печах

1.2.1 Общие сведения

1.2.2 Физико-химические особенности процесса

1.2.3 Технологические особенности процесса

1.2.4 Применение и технико-экономические показатели

1.3 Описание конструкции и работы индукционной тигельной печи

1.3.1 Конструкция печи

1.3.2 Характеристика индукционной печи типа ИЧТ 2,5

1.4 Общая характеристика модельной оснастки и формовочных материалов

1.4.1 Модельная оснастка

1.4.2 Формовочные материалы и смеси

1.5 Требования к шихтовым материалам

2. Технологическая часть

2.1 Технология получения отливки «Ребро» из чугуна марки300Х32Н2М2ТЛ

2.2 Выбор оборудования

2.3 Расчет литниковой системы

2.4 Расчет шихтовых материалов

3. Безопасность жизнедеятельности

3.1 Чрезвычайная ситуация

3.2 Охрана труда

3.2.1 Общие требования

3.2.2 Пожарная безопасность

3.2.3 Техника безопасности

3.2.4 Освещение

3.2.5 Электробезопасность

3.2.6 Вентиляция

3.3 Экология

4. Экономическая часть

4.1 Организация производства

4.2 Расчет капитальных

4.3 Расчет техно-экономических

Заключение

Список использованной литературы

Введение

За годы независимого развития наша страна с ее односторонней гипертрофированной, сырьевой экономикой, разрушительной монополией на производство хлопка-сырца, примитивной производственной и социальной инфраструктурой, низким душевым потреблением вышла на рубежи, которые полностью изменили ее облик и место в мировом сообществе.

Несмотря на серьезное воздействие мирового финансово-экономического кризиса, Узбекистан в числе немногих государств в мире сохраняет стабильно высокие темпы роста экономики, надежно действующую финансово-банковскую систему.

Основной базой этих достижений явилась принятая в первые же годы нашей независимости собственная модель демократизации страны, а также переход к социально ориентированной свободной рыночной экономике, базирующейся на таких принципах, как деидеологизация экономики и ее приоритет над политикой, возложение на государство роли главного реформатора, обеспечение верховенства закона, проведение сильной социальной политики, поэтапность и постепенность в реализации реформ

Вхождение в число развитых государств в мире, продолжение и углубление политических, экономических реформ и модернизации страны, формирование гражданского общества и обеспечение на этой основе достойной жизни своих граждан является важнейшими задачами для нашей страны.

Исходя из складывающихся в мировой экономике тенденций, а также стратегии перспективного экономического и социального развития страны, огромное значение имеет реализация стратегических важных приоритетов, некоторые из которых является:

1) обеспечение дальнейшего развития сферы услуг, транспортной и инженерно-коммуникационной инфраструктуры;

3) обеспечение занятости населения;

4)повышение конкурентоспособности экономики страны;

5) повышение качества подготовки специалистов и обеспечение их востребованности в реальной экономике.

Производственное объединение «Навоийский машиностроительный завод» является многопрофильным современным предприятием, предоставляющий и выпускающий широкий ассортимент литейной и другой продукции, имеющей высокий спрос на рынке. Данное предприятие является единственным уникальным предприятием на территории Республики Узбекистан, которое занимается производством деталей различной конфигурации методом литья в промышленном масштабе, имеет современное оборудование и квалифицированный инженерно-технический и рабочий персонал, при этом используя в качестве сырья вторичное сырьё, поступающее со всех подразделений Навоийского горно-металлургического комбината.

Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения. Массовая доля литых заготовок в машиностроительных изделиях составляет 30-90 % и имеет тенденцию к увеличению. Литейное производство является одним из основных методов заготовительного производства, включающее получение жидких сплавов из шихтовых материалов и технологию изготовления из этих сплавов изделий для различных отраслей промышленности и, прежде всего, для машиностроения. Формообразование заготовок осуществляется из материалов в расплавленном состоянии. В этом важнейшее достоинство и перспективность технологии литья, так как для придания детали любой конфигурации из любого расплава требуются минимальные затраты энергии.

Цель данной выпускной квалификационной работы состоит в выборе, обосновании и расчете параметров получения детали «Ребро» из чугуна марки 300Х32Н2М2ТЛв условиях литейного производства ПО «НМЗ».

Деталь «Ребро» является одной из востребованных и ответственных деталей ввиду того, что является элементом крепления рабочей части дробильного оборудования, имеющего большое применение на ГП НГМК, вследствие чего уделяется большое внимание соблюдению технологии изготовления данной детали в соответствии со стандартами предприятия для получения как можно лучших служебных характеристик. Таким образом, выполнение данной выпускной квалификационной работы является актуальным и содержательным.

1. Теоретическая часть

1.1 Литейное производство ПО «НМЗ»

Литейного производство ПО «НМЗ» предназначено для выпуска стального, чугунного и цветного литья. В состав литейного производства входят следующие корпуса, отделения и участки:

Корпус №1:

- плавильное отделение:

- шихтовый двор:

- плавильный участок.

- формовочное отделение:

- участок цветного литья:

- отдел механика;

- отдел энергетика.

Корпус №2:

- модельное отделение;

- термообрубной участок.

Назначение отделений и участков литейного производство ПО «НМЗ».

1. Модельное отделение предназначено для изготовления деревянных моделей. Моделью называется оснастка, повторяющая очертания будущей отливки и служащая для ее получения в форме отпечатка. Согласно чертежу по разработанному технологическому процессу отделом главного металлурга модельщики изготавливают комплекты деревянной модельной оснастки и передают формовочному отделению.

2. Плавильное отделение состоит из шихтового двора и плавильного участка.

На шихтовый двор железнодорожным транспортом поступают основные и вспомогательные материалы, необходимые для производства литья: металлолом, огнеупорные и шлакообразующие материалы (известняк металлургический, плавиковый шпат и та), ферросплавы, графитированные электроды.

Все вышеуказанные магериалы поступают на плавильный участок. На плавильном участке установлены электрические сталеплавильные печи ДСП - 6 - Н2 в количестве 5 ед.. предназначенные для получения жидкого металла разных марок.

Ванны электропечей, в которых плавится металл, и сталеразливочные ковши футеруются огнеупорными изделиями. Огнеупорные изделия представляют собой огнеупорные магнезитовые, шамотные и высокоогнеупорные хромитопериклазовые кирпичи. Сталеразливочные ковши футеруются огнеупорными шамотными кирпичами.

В процессе плавки и заливки расплавленного металла в разливочные ковши огнеупорные изделия разрушаются. В результате замены футеровки электропечей и сталеразливочных ковшей образуются отходы огнеупорных изделий. В процессе плавки образуется электропечной шлак, при добавлении в металл шлакообразующих материалов (на 1 тонну металла добавление известняка металлургического составляет 6,5 кг плавикового шпата -3,7 кг).

Электропечной шлак скачивается из печи в изложницы. Из изложниц шлак после остывания перегружается в контейнеры. Готовый расплавленный металл сливается в сталеразливочный ковш. Мостовым краном ковш с расплавленным металлом подается на участок заливки металла.

3. Формовочное отделение занимается изготовлением литейных форм по заданным модельным комплектам. Простые отливки, не имеющие внутренних полостей и отверстий, обычно получают, используя только одну литейную форму без применения стержней. Сложные отливки, имеющие внутренние полости, отверстия, выступы, изготовляются в формах с применением стержней.

В литейном производстве ПО «НМЗ» применяются разовые литейные формы, которые предназначены для одной заливки в них жидкого металла, т.е. для получения только одной отливки или нескольких, если форму используется для одновременного получения нескольких отливок. После затвердения отливок такие формы разрушают и образуются отходы горелой формовочной смеси. Для изготовления форм применяется кварцевый песок с добавками (крепитель СКТ-10 или олифа, жидкое стекло натриевое). Формовочные материалы смешивают в определенных количествах и последовательности, получая формовочные и стержневые смеси.

Сборка форм - одна из ответственных и завершающих операций, особенно при изготовлении сложных и крупных отливок, состоящая из установки и крепления стержней, проверки точности установки стержней, проверки размеров полостей формы, определяющих толщину стенок отливки, удаления из формы сора, пыли, наложения верхней полуформы на нижнюю и скрепления их между собой.

Заливка форм производится ручными и крановым ковшами. Залитые литейные формы определенное время выдерживаются для затвердевания расплава и охлаждения отливки. Продолжительность охлаждения отливок устанавливается техническими условиями и зависит от массы, толщины стенок конфигурации отливок, свойств металла.

Выбивка форм- это извлечение готовой отливки, сопровождающееся разрушением форм. Этот процесс осуществляется с помощью специального выбивного оборудования. Мелкие н средние формы выбивают на выбивных решетках. Крупные отливки извлекают с помощью мостового крана.

4. Участок цветного литья предназначен для плавки чугуна и цветного литья (бронза, медь, алюминий) в индукционных печах марок ИЧТ-2,5 и ИЧТ-04.

5. Термообрубной участок предназначен для очистки отливок от пригоревшей и приставшей горелой формовочной смеси, обрубки остатков литниковых систем, заливов металла, заусенцев пневматическими молотками и термообработки отливок в термопечах.

Часть отливок из низкоуглеродистой стали проходит окончательную обработку в дробемётной камере. Очистку отливок производят лигой чугунной дробью для снятия с поверхности отливок механического пригара и окалины. Чугунную дробь засыпают в дробемётную камеру, где она с большой скоростью бьется о поверхности отливки, очищая от формовочной смеси. Постепенно в процессе очистки происходит измельчение дроби. Во время работы дробемётной камеры дробь проходит магнитный сепаратор. В сепараторе крупные частицы дроби отделяются от более мелких части (пыль). Крупные частицы снова возвращаются в дробеметную камеру, а мелкие частицы (пыль) улавливаются пылесборником ПВМ-40. Недостающее количество чугунной дроби периодически досыпают в дробемётную камеру. После сдачи отливок отделу технического контроля, литье вывозится на склад готовой продукции.

6. Отделы механика и энергетика предназначены тля поддержания оборудования в работоспособном состоянии, проводя текущие и капитальные ремонты с заменой износившихся деталей, а также обеспечения литейного производства электроэнергией, водой, паром.

1.2 Плавка в индукционных электрических печах

1.2.1 Общие сведения

Сообщение теплоты твердым, жидким и газообразным телам циркуляцией индуктированных в них электрических токов называют индукционным нагревом.

Переменное электромагнитное поле вызывает колебательное движение полярных молекул и заряженных частиц - электронов и ионов. Эти частицы получают энергию из электромагнитного поля и передают ее остальным молекулам при столкновениях. Основная физическая особенность индукционного нагрева - передача теплоты нагреваемому объекту без промежуточного теплоносителя.

При индукционном нагреве можно быстро поднять температуру в требуемом месте. При индукционном нагреве в зависимости от назначения процесса теплота может распределяться равномерно по большому объему или нагрев может быть местным, зональным в тонком поверхностном слое или только на некоторых участках нагреваемого объекта.

В индукционной плавильной электрической печи нагрев осуществляют токами, индуктируемыми в расплавляемой шихте. Основной частью индукционных печей является обмотка, питаемая переменным током и создающая переменный магнитный поток, который пронизывает нагреваемую и расплавляемую шихту. Питание индукционных печей осуществляется токами промышленной частоты 50 Гц и токами повышенной частоты 500-10⁷ Гц. Индукционные печи промышленной частоты часто снабжают ферромагнитным (из трансформаторной стали) магнитопроводом (сердечником). Для получения высокого к. п. д. процесса нагреваемому объекту придают форму кольца, охватывающего сердечник.

Прототипом современных металлургических индукционных печей с ферромагнитным сердечником, которые представляют собой трансформатор и вторичным витком которых является расплавляемая металлическая шихта, были печи, предложенные в 1887 г. С. де-Ферраити (Англия), в 1890 г. Э. Колби (США), в 1904 и 1905 гг, О. Фрнком (Германия) и Ф. Кьеллином (Швеция). Разработка разнообразных конструкций индукционных печей с ферромагнитным сердечником оказалась возможной после того, как русскими изобретателями П. Н, Яблочковым и И. Ф. Усагиным были созданы трансформаторы переменного тока. Значительное влияние на развитие индукционного нагрева металлов оказало изобретение А. Н. Лодыгиным (русский патент № 21412, 1907 г.) способа нагрева и плавки металлов с помощью индуктированных (вихревых) токов.

Первые индукционные печи строили с горизонтально расположенным открытым каналом. Печи такого типа не могли развивать значительной мощности. Во втором десятилетии XX в. в промышленности стали применять индукционные печи с ферромагнитным сердечником и закрытым плавильным каналом, а также глубоким и емким плавильным пространством. Закрытый канал может быть расположен вертикально, горизонтально или наклонно. Наибольшее распространение получили печи с вертикально расположенными каналами, в которых расплавленный металл интенсивно циркулирует и перемешивается. Печи подобного типа успешно используют для плавки цветных сплавов, чугуна, специальных сплавов и в различных вариантах дуплекс-процессов.

Металлургические индукционные печи без ферромагнитного сердечника впервые появились в Германии в 1912-1913 гг. В 1916-1920 гг. они были существенно усовершенствованы в США Ф. Нортрупом. Такие печи могут работать с тиглями, изготовленными из кислых или основных огнеупорных материалов.

Современная индукционная печь рассматриваемого типа представляет собой своеобразный электрический трансформатор, первичная обмотка которого, называемая индуктором, присоединяется к питающему генератору токов повышенной (до 10 000 Гц) или высокой (более 10000 Гц) частоты; вторичной короткозамкнутой обмоткой является нагреваемая и плавящаяся шихта. Обычно индуктор выполняют в виде многовитковой цилиндрической однослойной спирали, изготовленной из медной, полой и водоохлаждаемой трубки; питающее напряжение присоединяется к началу н концу индуктора. Вода, охлаждающая индуктор, отводит теплоту, которая возникает в нем в результате потерь от проходящего по нему тока, а также теплоту, передаваемую индуктору от нагреваемого металла. Печи этого типа являются более универсальным металлургическим агрегатом, чем печи с сердечником. Они нашли широкое применение для выплавки цветных металлов и сплавов, а также чугуна и стали.

Индукционные печи без сердечника являются удобным плавильным агрегатом для выплавки малоуглеродистых и различно легированных сталей и чугунов. Кроме того, их широко используют в лабораторной практике. Значительное распространение в производстве получают вакуумные высокочастотные печи для выплавки сталей и сплавов с очень малым содержанием газов н вредных примесей (отличающихся высокой упругостью паров).

Основной тенденцией развития электроплавильных индукционных печей является увеличение их емкости. В связи с этим изыскивают соответствующую конструкцию агрегата, огнеупоры, выбирают рациональную электрическую мощность и т. д. В последние годы широко внедряют в производство индукционные печи тигельного типа промышленной частоты емкостью 5-30 г жидкого металла. Выявляется тенденция дальнейшего их увеличения емкости таких печей (до 100-125 т).

Известно использование для выплавки стали и чугуна индукционных печей с сердечником. Основные препятствия для использования таких печей для выплавки стали и чугуна - малая стойкость футеровки каналов и затруднения, связанные с ее заменой в этих каналах в процессе плавки.

В печах усовершенствованных конструкций за счет введения сменяемых индукторов эти недостатки в значительной степени устранены. Такие печи успешно используют для перегрева стали и чугуна. Известна успешная работа индукционной печи емкостью 60 т с тремя индукторами в дуплекс-процессе с мартеновской печью. Футеровку печи заменяют приблизительно после выпуска 2000-3000 т стали.

1.2.2 Физико-химические особенности процесса

Характер физико-химических процессов индукционной плавки стали обусловливается прежде всего особенностями теплоподвода. При индукционном нагреве различают следующие разновидности нагрева: Н, при котором энергия в нагреваемое тело передается магнитной составляющей (вектором Н) быстропеременного магнитного поля, и Е, когда энергия передается электрической составляющей (вектором Е). При всех разновидностях индукционного нагрева теплота выделяется токами, фаза которых совпадает с вектором электрического напряжения (вектором Е), действующим в нагреваемом объекте. При Н-нагреве токи в нагреваемом объекте образуют замкнутые контуры (вихревые токи). При Е-нагреве токи проводимости в нагреваемом объекте не замкнуты, а продолжаются вне объекта токами смещения. Индуктор представляет собой Н-нагреватель. Распределение теплоты в объекте при Н-нагреве зависит от структуры магнитного поля, определяемой формами проводника и объекта нагрева и их взаимным расположением.

Когда габаритные размеры нагреваемого объекта больше длины электромагнитной волны (в свободном пространстве), индукционный нагрев производят одновременно электрической и магнитной составляющей.

Шихта, нагреваемая, а затем плавящаяся в тигле печи, все время находится в переменном электромагнитном поле индуктора. Отсутствие при индукционной плавке газообразного теплоносителя позволяет вести процесс в любой желаемой н практически доступной атмосфере (воздухе, вакууме или специально наводимой и контролируемой атмосфере).

Период расплавления шихты в индукционной плавке очень непродолжителен. Большая скорость плавления в сочетании с благоприятной атмосферой позволяет свести к минимуму потери компонентов сплава на угар.

В отличие от плавки в электродуговых печах при индукционной плавке отсутствуют графитовые электроды, электрические дуги, в которых присутствуют молекулы углерода, активного азота и других газов. Благодаря этому исчезает опасность науглероживания стали и насыщения ее газами.

Большое влияние на характер физико-химических процессов, особенно при выплавке качественных сталей, оказывает интенсивное перемешивание жидкого чугуна, происходящее за счет электродинамических сил, которые возникают под воздействием электромагнитного поля индуктора. Такое перемешивание позволяет быстро н эффективно выравнивать химический состав жидкой стали в объеме тигля, кроме того, облегчает дегазацию и всплывание неметаллических включений.

Непрерывное перемешивание расплава в печи является существенным физико-химическим преимуществом процесса, ускоряющим протекание всех диффузионных процессов.

Температура шлака при индукционной плавке обычно ниже температуры металла, поэтому шлак вследствие самой природы процесса в отличие от других сталеплавильных процессов играет здесь относительно пассивную роль. Здесь обменные металлургические реакции между шлаком и металлом также имеют ограниченное значение. При индукционной плавке характер процесса обусловливается только особенностями контакта и взаимодействия расплава с футеровкой и атмосферой печи.

Интересной особенностью процесса в отличие от мартеновской плавки и плавки в электродуговых печах является также и то, что температура металла достигает максимальных значений не у поверхности, а в нижней части тигля. Поэтому расплавление тугоплавких и тяжелых легирующих здесь происходит быстрее и с меньшими потерями, а в стали они распределяются равномернее за относительно более короткий промежуток времени. Этому в значительной степени способствует и электродинамическое перемешивание. Индукционная плавка с точки зрения возможности регулирования температуры металла является наиболее управляемой.

Относительная легкость управления температурным режимом плавки способствует протеканию многих физико-химических процессов в желаемом направлении, что особенно важно при выплавке специальных сталей и сплавов для сложных и тонкостенных отливок.

Процесс плавки в индукционных печах обычно протекает в условиях, характеризующихся недостатком кислорода. Это, с одной стороны, обусловливает малый угар, а с другой, ограничивает проведение окислительных процессов. Поэтому при выборе шихты следует исходить из того, чтобы процесс плавки сводился только к переплаву шихты.

Наиболее экономичной является плавка, при которой происходит сплавление компонентов шихты. Расчет ее производят исходя из того, чтобы после ее расплавления (если нужно и легирования) получить заданный химический состав стали.

Индукционные печи могут иметь кислую и основную футеровки. Плавка в печах с основной футеровкой позволяет получить сталь с меньшим количеством оксидных неметаллических включений. При плавке в печах с кислой футеровкой труднее получить низкокремнистую сталь.

Высоколегированные стали и легированные, содержащие повышенную концентрацию таких элементов, как марганец, титан и алюминий, целесообразнее выплавлять в печах с основной футеровкой.

Особенности изготовления футеровки печей и интенсивный контакт ее с металлом обусловливают большую, чем в других процессах, возможность обменных реакций между металлическим расплавом и компонентами огнеупоров. Тщательный контроль такого процесса особенно необходим при вакуумной плавке.

1.2.3 Технологические особенности процесса

Футеровка: плавильное пространство индукционной печи выполняют в виде тигля. Чтобы обеспечить минимальный расход электроэнергии и сократить продолжительность плавки, стенки тигля должны иметь минимально возможную толщину. В процессе работы печи должен быть обеспечен контроль за футеровкой. Ни в одном другом металлургическом процессе материал футеровки не находится в таких неблагоприятных условиях, как в этом; внутренняя поверхность тигля имеет температуру жидкой стали, наружная соприкасается с индуктором, охлаждаемым водой. Как известно, во всех других случаях футеровка находится в металлическом кожухе. Здесь это исключено, н все механические усилия, возникающие в процессе плавки, воспринимаются непосредственно огнеупорной массой тигля.

В большинстве случаев для футеровки индукционных печей (емкостью до 30 т) используют молотый кварцит, а в качестве связующей добавки - борную кислоту. Этой смесью заполняют зазор между листовым асбестом, защищающим индуктор печи, и шаблоном из мягкой стали который образует внутреннюю поверхность тигля. В зазоре смесь тщательно уплотняют (набивают). Спекание футеровочной массы производят электроэнергией с постоянным подъемом температуры спекания до рабочей температуры тигля.

Недостатком такого метода футеровки является большое количество затрачиваемого времени н относительно большая трудоемкость изготовления тигля. Широкое применение кремнеземистых материалов для футеровки индукционных печей связано с особенностями свойств кварца, увеличение объема которого при нагреве заканчивается при относительно низкой температуре (538°С). При медленном повышении температуры спекания образующиеся в кремнеземистой футеровке мелкие трещины исчезают до расплавления шихты.

Объем футеровки из глинозема или магнезита увеличивается вплоть до температуры расплавленного металла, при этом возникает опасность проникновения жидкого металла в трещины на рабочей поверхности тигля. Индукционные печи большой емкости предпочтительнее футеровать огнеупорным кирпичом. Для этой цели должен быть использован кирпич точных размеров с минимальной толщиной швов.

Раствор, используемый при кладке, должен быть устойчивым против разъедания его расплавленным металлом. Обычно кирпичную кладку выполняют в два ряда, а швы располагают в шахматном порядке.

При выборе материала и метода футеровки индукционных печей следует учитывать, что стоимость футеровки из кварцита значительно ниже, чем из глиноземистого или другого кирпича. Вместе с тем плавка на основных шлаках требует обязательного использования футеровки из основных огнеупоров (магнезита, хромомагнезита и др.). После каждой плавки должен быть проведен тщательный осмотр футеровки печи, а обнаруженные в ней дефекты исправлены с помощью материала, из которого изготовлен тигель.

Загрузка: шихтовые материалы для плавки должны быть тщательно подобраны по химическому составу. Все составные части шихты взвешивают. Большинство легирующих добавок (ферровольфрам, ферромолибден, феррохром, никель) загружают в тигель вместе с шихтой.

Габаритные размеры кусков шихты должны обеспечить хорошую плотность загрузки и отсутствие зазоров между ними и стенками тигля. Этим достигается быстрое расплавление и минимальный расход электроэнергии.

В связи с тем, что зона наивысшей температуры во время плавки находится в нижней части тигля, тугоплавкие ферросплавы должны быть загружены на дно тигля. Крупные и тугоплавкие куски шихты загружают вертикально, параллельно индуктору н ближе к стенкам тигля. Легкоплавкой частью шихты заполняют середину тигля. Загрузку печей небольшой емкости производят вручную, большой емкости - бадьей.

Плавка: в начале плавки (в течение первых 5-10 мин) до прекращения толчков тока генератор работает на пониженной мощности, затем подводимую мощность доводят до максимальной.

В любых условиях плавку должны вести при закрытом тигле. Во время плавления шихту нужно периодически осаживать. Одновременно с этим добавляют оставшуюся часть шихты. Когда последние куски шихты расплавятся, в печь вводят шлаковую смесь. Шлак защищает металл от окисления, снижает угар легирующих элементов, уменьшает тепловые потери и благоприятствует протеканию необходимых физико-химических процессов.

При кислом процессе шлаковая смесь может быть составлена из боя шамота и стекла, свежеобожженной молотой извести и молотого плавикового шпата и т. д. Для основного процесса шлаковая смесь состоит из 70% обожженной извести, 20% плавикового шпата и 10% магнезитового порошка; во время доводки к такой смеси могут быть добавлены молотый кокс, ферросилиций и порошок алюминия.

В табл. ????? приведен примерный химический состав кислого и основного шлаков (по основным составляющим).

Таблица 54

Примерный химический состав кислого и основного шлаков (в %)

Шлак SiO,	SiO2	СaO	А12O3
Кислый…………………………………………. Основной (при плавке без десульфурации)….	40.0 25.0	7,0 40.0	6.0 35,0

Количество образующегося шлака зависит от емкости печи и продолжительности доводки. Для печи емкостью 250 кг это количество составляет приблизительно 3% веса металла.

Плавку в индукционных печах можно вести с окислением и без него. Безокислительный процесс (переплав) характеризуется небольшой продолжительностью и низким угаром. В большинстве случаев плавку без окисления ведут, используя кислый процесс.

Плавку с окислением ведут в тиглях из основных огнеупорных материалов. Окисление углерода, удаление фосфора и серы можно проводить с большой скоростью, что при глубокой ванне и относительно малой поверхности соприкосновения металла и шлака связано с интенсивной циркуляцией жидкого металла. Часто для ускорения окисления примесей поверхность расплава обдувают воздухом или добавляют в шлак железную руду и окалину. Эти окислители могут быть внесены в тигель вместе с шихтой.

Как было отмечено, тугоплавкие и неокисляющиеся легирующие добавки (ферромолибден, никель, медь и другие) целесообразно вводить в печь вместе с шихтой или во время плавления. Другие легирующие вводят в жидкий металл в следующем порядке: феррохром, ферросилиций, феррованадий, ферротитан. При выплавке чугуна с высоким содержанием хрома большую пасть феррохрома можно вводить в конце расплавления.

При выплавке чугуна, содержащей большое количество вольфрама, ферровольфрам вводят в тигель при наличии в нем полукислого магнезиально-кремнеземистого или кислого шлака. Это объясняется тем, что окисел вольфрама WO₂ является кислотным, и при основном шлаке в последний перейдет значительное количество дорогостоящего вольфрама.

Для предупреждения потерь такого легкоокисляющегося элемента, как титан, на поверхности наводится шлак из окиснкальция и кремнезема при соотношении СаО:SiО₂ = 3ч4.

Раскисление стали производят вводом в печь ферромарганца и ферросилиция, а в ковш алюминия. Особенности индукционной плавки позволяют значительно сократить расход алюминия. При заливке в кокиль, изложницы и сухие формы в чугун вводят около 200 г алюминия на 1 т металла. При заливке обычных сырых литейных форм, чтобы избежать образования пористости в отливках, расход алюминия увеличивается до 0,8-1,0 кг на 1 т металла.

1.2.4 Применение и технико-экономические показатели

Индукционные печи относятся к числу наиболее относительно несложных в условиях эксплуатации плавильных агрегатов. Они могут быть использованы для выплавки малых и больших порций металла (от нескольких граммов до нескольких десятков тонн). В индукционных печах возможна выплавка любых марок стали и чугунов на холодной и жидкой завалке. Вследствие особенностей процесса индукционной плавки его целесообразно применять для выплавки низкоуглеродистых, нержавеющих, сложнолегированных, жаропрочных, быстрорежущих сталей, чугунов и прецизионных сплавов. Целесообразно использовать индукционные печи в литейном производстве в дуплекс-процессе для легирования и рафинирования стали, выплавленной в другом плавильном агрегате. С успехом они могут быть использованы в качестве раздаточных печей.

Отсутствие практически окисления металла в печи, возможность точного регулирования температуры обеспечивают продолжительную выдержку расплава при минимальном угаре и его стабильные физико-химические свойства.

1.3 Описание конструкции и работы индукционной тигельной печи

1.3.1 Конструкция печи

Уровень развития современной техники предъявляет высокие требования к металлам и сплавам, удовлетворить которые могут лишь металлы и сплавы, полученные в процессе электроплавки.

Наибольшее распространение получили электрические индукционные печи промышленной частоты.

В зависимости от назначения индукционные печи подразделяются на индукционные тигельные - ИЧТ (индукционная чугунная тигельная), тигельные печи-миксеры - ИЧТМ (индукционная чугунная тигельная-миксер) и канальные миксеры- ИЧКМ (индукционная чугунная канальная-миксер).

Стоимость индукционных печей и современных вагранок практически одинакова, но срок окупаемости индукционных печей приблизительно в два раза меньше за счет более низкой стоимости шихтовых материалов и самих отливок.

Индукционные тигельные печи работают по принципу трансформатора без железного сердечника, первичной обмоткой которого является многовитковая катушка - индуктор, вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой - расплавляемый металл.

Индукционные тигельные печи применяются для плавки. Принцип работы печи основан на поглощении электромагнитной энергии металлической шихтой, которая заложена в тигель, помещенный в переменное магнитное поле. Нагрев и расплавление шихты происходят в результате наведения электрического тока и выделения тепла в кусках шихты.

Рисунок Индукционная тигельная печь для плавки чугуна

На рисунке ????? представлена индукционная тигельная печь (ИЧТ) промышленной частоты. Она состоит из следующих основных узлов: металлического каркаса 1, тигля 3,индуктора 2, крышки с механизмами подъема 6, рабочей площадки 7, токо- и водоподводящих устройств, заключенных в кожухе 8. Каркас 1печи представляет собой сварную конструкцию, выполненную из листовой стали. Жесткость каркаса обеспечивается ребрами жесткости, равномерно расположенными по диаметру обечайки. Каркас усилен средним поясом, несущим ось вращения печи, который выполнен в виде коробки из листовой стали. Под сливным носиком 5 расположена ось 4 поворота печи. Ось крепится в подшипниках, установленных на колоннах,

Печь имеет гидравлический механизм наклона, состоящий из маслонапорной установки, аппаратуры гидропровода и двух плунжеров. Посредством гидравлического механизма осуществляется наклон печи в одну сторону на любой угол до 100° для выдачи металла.

Главной частью печи является индуктор 2, представляющий собой медную профилированную водоохлаждаемую трубку. Катушки индуктора изолированы стеклолентой и микалентой; во избежание осевого перемещения индуктора он зафиксирован специальными прижимами из немагнитного материала. Индуктор печи окружен венцом из стальных пакетов, которые вместе с прижимами создают надежное крепление индуктора, что особенно важно при наклоне печи.

Воротник печи вместе с рабочей площадкой 7 составляют съемную сварную конструкцию. Воротник футеруется шамотными кирпичами, а для отвода дымовых газов в нем предусмотрен канал, расположенный непосредственно под площадкой.

Плавильным пространством печи является тигель 3,выполняемый обычно набивкой непосредственно в самой печи. В качестве набивочных материалов для изготовления тигля применяют кислые, основные и нейтральные огнеупорные массы.

Рабочее пространство печи закрывается крышкой 6 из немагнитной стали, футерованной изнутри огнеупорным бетоном и теплоизолирующим материалом. Крышка снабжена механизмом подъема и поворота с ручным приводом рычажного типа. Загрузка шихтыв печь производится сверху.

Токоподвод к печи осуществляется гибкими водоохлаждаемыми кабелями. Регулирование мощности печи производится автоматически регулятором электрического режима. Для управления наклоном печи предусмотрен пульт управления.

Футеровка тигельных печей: плавильное пространство индукционной печи выполняется в виде тигля, изготовляемого из специальной огнеупорной массы. Операции набивки тигля должны выполняться с особой тщательностью и с применением химически чистых материалов. Высокие требования к качеству изготовления тигля объясняются тем, что тигель работает в неблагоприятных условиях: внутренняя поверхность тигля обогревается жидким металлом и имеет его температуру, а наружная поверхность соприкасается с индуктором, охлаждаемым водой. Помимо этого, обычно в металлургических печах футеровка выполняется в кожухе печи. Здесь же все усилия, возникающие в процессе плавки, воспринимаются свободно стоящим тиглем.

Для футеровки индукционных тигельных печей применяется кварцевый песок либо молотый кварцит. В качестве связующей добавки применяют борную кислоту, которая является плавнем и обеспечивает быстрое спекание футеровки.

Технология выполнения футеровки включает следующие операции: подготовку материалов; заливку подины жароупорным бетоном; приготовление футеровочной массы; набивку тигля; спекание тигля; выкладку воротника; футеровку крышки.

Кварцевый песок (либо молотый кварцит) должен содержать менее 95% двуокиси кремния (SiО₂). Песок должен содержать более 0,25-0,50% остаточной влаги, и для предупреждения *включений железа подвергается магнитной сепарации. Затем песок рассеивают на фракции: 2-3 мм - 35%; 1 - 0,75 мм - 20% и менее 0,75 мм - 45%.

Потребное количество песка каждой фракции засыпают в тщательно очищенный смеситель, где песок перемешивается в течении10-15 мин, затем добавляют борную кислоту в количестве 2-2,5%, и смесь перемешивается еще 10 мин. Приготовленная таким образом масса должна быть сразу использована. В случае приготовления массы впрок смешанные фракции песка упаковывают в мешки и хранят в сухом месте, а борную кислоту вводят перед употреблением массы.

Для футеровки подины (9на рисунке?????) и крышки печи применяется жаропрочный бетон приведенного ниже состава (в кг на м³ бетона).

	Подина	Крышка
Жидкое стекло плотностью 1,36-1,37	350	300
Кремнефтористый натрий	18-20	18-20
Тонкомолотый магнезит	500	600
Шамот класса А (мелкий)	550	-
Шамот класса А (крупный)	800	-
Магнезитовый песок	-	600
Магнезитовый щебень	-	1150

При заливке подины следует установить контактную шпильку для работы сигнализатора проедания тигля металлом. После просушки бетона подина устанавливается в каркасе печи.

На подину устанавливают индуктор и сжимают его между верхним и нижним рядами прижимов и далее набивают тигель. Форма и внутренние размеры тигля определяются размерами шаблона, размерами индуктора и относительным расположением шаблона и индуктора. Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора выкладывают слоем миканита толщиной 2 мм и асбестовым картоном, а также устанавливают сетку-электрод сигнализатора проедания тигля. На дно подины насыпают слой футеровочной массы толщиной 40-50 мм и уплотняют легкими ударами ручной трамбовки; разрыхлив слегка уплотненную поверхность, насыпают второй и последующие слои. Общая высота дна тигля должна быть выбрана с расчетом перекрытия третьего витка индуктора. В дне при помощи специального шаблона выбирается углубление под шаблон тигля. По окончании набивки пода удаляют с асбестовой прокладки прижимное кольцо и устанавливают шаблон, в который закладывают груз, фиксирующий шаблон, и приступают к набивке стенок тигля.

Закончив набивку тигля, специальными шамотными плитками выкладывают воротник тигля и сливной носик и обмазывают огнеупорным раствором из молотого шамота и огнеупорной глины.

Сушка и спекание футеровки производятся либо пламенем газовой горелки, либо током.

1.3.2 Характеристика индукционной печи типа ИЧТ 2,5

Основные характеристики индукционной печи типа ИЧТ 2,5 приведены в таблице????.

Таблица

Характеристика ИЧТ-2,5

Наименование параметра	Величина
Номинальная емкость печи, т	2,5
Номинальная емкость печного трансформатора, кВ·ч	1600
Мощность, потребляемая установкой, кВт	1480
Число фаз: питающей сети контурной цепи	3 1
Частота тока, Гц
Номинальное напряжение: питающей сети контурной цепи (индуктор)	6000 или 10000 1000
Коэффициент мощности: естественный скомпенсированный	0,179 0,98
Расчетная температура перегрева металла, °С	1400
Производительность по плавлению и перегреву до 1400°С, т/ч	2,7
Удельный расход электроэнергии на плавлении и перегрев до 1400°С, кВт·ч/т (3,6 МДж/т)	546
Мощность, потребляемая при выдержке металла при 1400°С (ориентировочно), кВт	150
Расход воды на охлаждение,м3/ч	15,2
Общая масса электропечи с расплавленным металлом, т	23,5
Общая площадь, занимаемая установкой (ориентировочно), м2	120

1.4 Общая характеристика модельной оснастки и формовочных материалов

1.4.1 Модельная оснастка

Для производства отливок прежде всего необходима модельная оснастка, к которой относятся модели, стержневые ящики и вспомогательные приспособления.

Модели - это приспособления, при помощи которых образуются отпечатки полостей форм. По конфигурации модели близки к внешним очертаниям требуемых отливок, но размеры их увеличены на величину усадки металла. Например, если требуется в отливке из серого чугуна получить размер в 100 мм, то модель по этому размеру изготавливают не в 100 мм, а на 1% больше, т. е. 101 мм.

Материалом для изготовления моделей служат дерево, алюминиевые сплавы, пластмасса, гипс и цемент. Деревянные модели применяются в основном при индивидуальном и мелкосерийном производствах. Их преимуществом является то, что они дешевле моделей, изготовленных из других материалов, а недостатком -- низкая стойкость и недолговечность, а также недостаточная точность. Металлические модели широко применяются в литейных цехах массового производства при формовке на формовочных машинах. Модели, изготовленные из алюминиевого сплава, обладают хорошей износостойкостью и могут при своевременном ремонте выдержать до 200000 съемов форм.

Для изготовления стержней, предназначенных для получения внутренних полостей в отливках, используются металлические, деревянные или пластмассовые стержневые ящики. Они разделяются на разъемные и неразъемные. Рабочая часть их тщательно обрабатывается для улучшения извлечения стержня. Процесс изготовления стержневых ящиков такой же, как и моделей.

Помимо моделей и стержневых ящиков при изготовлении литейных форм и стержней применяются также вспомогательные приспособления, к которым относятся опоки, подопочные щитки, драйеры, кондукторы и др.

Опоки представляют собой чугунные, стальные или деревянные рамки, в которых производится уплотнение формовочной смеси при изготовлении литейных форм. По профилю опоки бывают круглые, прямоугольные и фигурные.

Подопочные плиты - подставки под заполненные смесью опоки во время перевертывания и транспортирования форм под заливку. Они изготавливаются из досок или из листового железа.

Драйеры - приспособления, на которых располагают стержни, имеющие фигурную поверхность, во время сушки их в печах.

Стержни, имеющие по разъему ровную поверхность, транспортируются в печь и сушатся на сушильных плитах. Сушильные плиты изготавливаются из листового железа, а драйеры -- из алюминиевого сплава. Для равномерного просушивания стержней в драйерах и плитах предусмотрены небольшие отверстия, расположенные по рабочей поверхности.

1.4.2 Формовочные материалы и смеси

Для изготовления стержней и форм необходимы основные и вспомогательные формовочные материалы. К основным формовочным материалам относятся пески, огнеупорные глины, а к вспомогательным - связующие, размолотый каменный и древесный уголь, графит, мазут и некоторые другие. В качестве составных частей эти материалы входят в формовочные и стержневые смеси. Основной составляющей частью смесей является песок, состоящий из зерен кремнезема и глинистых веществ. В зависимости от содержания кремнезема и глинистых составляющих, а также величины зерен, пески классифицируются соответственно на классы и группы. Глины, обладающие большой огнеупорностью за счет своей способности к клейкости, придают формовочным и стержневым смесям определенную прочность.

Для регулирования прочности стержневых смесей применяют также так называемые крепители. В качестве крепителей используются отходы нефтяного и целлюлозно-бумажного производства, а при изготовлении особо ответственных отливок -- льняные масла, натуральная олифа и т. д. Помимо связующих материалов в формовочные и стержневые смеси для увеличения податливости форм и стержней вводятся древесные опилки, торф, а для предохранения форм от пригара - каменноугольная пыль, мазут, цемент, маршаллит, графит и др. Перемешанные между собой в определенных пропорциях основные и вспомогательные материалы образуют формовочные и стержневые смеси. Формовочные смеси в основном составляются из отработанного горелого песка с введением в него свежих материалов, различных добавок и воды.

Приготовление формовочных и стержневых смесей производится на специальном смесеприготовительном оборудовании. После выбивки форм отработанная смесь охлаждается, очищается от металлических включений с помощью магнитных сепараторов, просеивается, а затем пополняется свежими формовочными материалами, увлажняется, перемешивается и далее разрыхляется на специальных машинах -- разрыхлителях.

В литейных цехах применяют три вида формовочных смесей: облицовочную, наполнительную и единую.

Облицовочной называют смесь улучшенного качества и большой прочности. В процессе формовки ее первой насыпают в опоку на модель, где она образует внутренний слой готовой формы, непосредственно соприкасающейся с жидким металлом. Наполнительной называют смесь менее высококачественную и более дешевую. Ею заполняют оставшийся объем опоки (80-90%). Единая формовочная смесь обычно применяется в поточно-массовом производстве при машинной формовке для изготовления формы. Такая смесь однородна и состоит из оборотной смеси свежих формовочных материалов и воды. К стержневым смесям предъявляются более высокие требования, так как стержни соприкасаются с расплавленным металлом, следовательно, находятся в более тяжелых условиях при заливке металлом, чем формы. Поэтому основу стержневых смесей составляет кварцевый песок, а для придания стержневым смесям необходимой прочности к песку добавляют связующие материалы.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать прочностью, пластичностью, газопроницаемостью, влажностью и. податливостью. Прочностью называется способность смеси сопротивляться разрушению при транспортировании и при воздействии давления жидкого металла. Пластичностью называется способность смеси изменять форму под действием внешних нагрузок и сохранять ее после снятия нагрузок. Пластичность необходима для получения в форме четкого отпечатка модели. Газопроницаемостью называется способность смеси пропускать через себя газы, выделяющиеся из жидкого металла и формовочных материалов. Влажностью смесей называется процентное содержание в них свободной и гигроскопической воды, выраженной в весовых процентах. Податливостью называется способность смеси изменять свой объем, т. е. сжиматься во время усадки металла. При недостаточной податливости в отливках могут образоваться трещины. Перед выдачей в работу формовочные и стержневые смеси необходимо проверять на прочность, влажность, газопроницаемость в цеховых лабораториях на стандартных образцах.

1.5 Требования к шихтовым материалам

Шихта составляется из чушковых литейных чугунов, собственного оборотного лома, стального лома, чугунного лома, легирующие элементы вводятся в виде ферросплавов, однако выплавка чугуна марки 300Х32Н2М2ТЛ может производиться как на отходах чугуна этой марки, так и на свежих материалах. Лом не должен содержать цветных металлов и должен иметь минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0.05%. при более высоком содержании фосфора продолжительность плавки возрастает. Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). С ржавчиной (гидратом окиси железа) вносится в металл много водорода. Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием (одной бадьей). При легковесном ломе после частичного расплавления первой порции шихты приходится вновь открывать печь и подсаживать шихту, что увеличивает продолжительность плавки.

В последнее время расширяется применение металлизованных окатышей и губчатого железа - продуктов прямого восстановления обогащенных железных руд. Они содержат 85-93% Fe, основными примесями являются окислы железа, SiO₂ и Al₂O₃. Отличительная особенность этого сырья - наличие углерода от 0.2-0.5 до 2% и очень низкое содержание серы, фосфора, никеля, меди и других примесей, обычно имеющихся в стальном ломе. Это позволяет выплавлять сталь, отличающуюся повышенной чистотой от примесей. Переплав отходов легированных сталей позволяет экономить дорогие ферросплавы. Эти отходы сортируют по химическому составу и используют при выплавке сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.

Для повышения содержания углерода в шихте используют чугун, кокс и электродный бой. Основное требование к чугуну - минимальное содержание фосфора, поэтому чтобы не вносить много фосфора в шихту малых (40 т) печей не более 10% чугуна, а в большегрузных не более 25%.

В качестве шлакообразующих в основных печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах - кварцевый песок, шамотный бой, известь. В качестве окислителей используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железные окатыши, газообразный кислород. К шлакообразующим и окислителям предъявляются те же требования, что и при других сталеплавильных процессах: известь не должна содержать более 90% CaO, менее 2% SiO₂, менее 0.1% S и быть свежеобоженной, чтобы не вносить в металл водород. Железная руда должна содержать менее 8% SiO_2, поскольку он понижает основность шлака, менее 0.05% S и мене 0.2% P; желательно применять руду с размером кусков 40-100 мм, поскольку такие куски легко проходят через слой шлака и непосредственно реагирует с металлом. В плавиковом шпате, применяемом для разжижения шлака, содержание CaF₂ должно превышать 85%.

В элекросталеплавильном производстве для легирования и раскисления применяются практически все известные ферросплавы и легирующие.

2. Технологическая часть

2.1 Технология получения отливки «Ребро» из чугуна марки300Х32Н2М2ТЛ

Технологическим процессом изготовления отливки называется определенная последовательность всех операций, необходимых для изготовления отливки. Данная отливка изготавливается в соответствии со стандартами предприятия KSt 81-030:2009,, KSt 81-031:2009, KSt 81-032:2009, KSt 81-033:2009 и др.