Литейное оборудование
Классифицируют литейные цеха по роду литейного сплава, характеру (серийности) производства, массе одной отливки, мощности цехов (годовому производству отливок), способам производства и отраслям промышленности, которую они обслуживают. По каждому из этих признаков литейные цеха подразделяют на ряд категорий.
Литейные цеха по роду сплавов подразделяют на чугунолитейные (серого чугуна, ковкого, высокопрочного и легированного), сталелитейные (углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей) и литейных цветных сплавов, в том числе цеха тяжелых цветных (бронзолатунные и цинковые) и легких сплавов (алюминиевые и магниевые).
По серийности различают литейные цеха массового, крупносерийного, серийного, мелкосерийного и единичного производства отливок. Классификация литейных цехов черных сплавов по серийности производства приведена в табл. 1, где указано примерное годовое количество отливаемых деталей одного наименования применительно к весовым группам отливок.
Таблица 1. Классификация литейных цехов черных сплавов по серийности производства
По массе одной отливки литейные цеха делят на пять групп: цеха мелкого, среднего, крупного, тяжелого и особо тяжелого литья. Каждой группе цехов в зависимости от серийности производства соответствует своя максималь
ная штучная масса отливки (табл. 2). При достаточной загрузке оборудования отливки первых трех групп можно отливать в одном цехе, но в самостоятельных поточных линиях. Цеха тяжелого и особо тяжелого литья рекомендуется строить при минимальной массой отливки более 1 т.
По объему производства различают литейные цеха малой, средней и большой мощности.
Таблица 2. Классификация литейных цехов черных сплавов по максимальной массе одной отливки, кг
| Литье черных сплавов | Производство | |
| массовое | ||
По способам производства литейные цеха делят на цеха, производящие отливки в объемные песчаные формы и цеха, где отливки изготавливают специальными способами литья: в оболочковые формы, металлические формы (кокили), под давлением, центробежным и др. Отдельную классификационную группу представляют литейные цеха, производящие специальные виды отливок: ванны купальные, изложницы и др.
2. Технологическая характеристика отливок
Среди отливок до 80 % по массе занимают детали, изготовляемые литьем в песчаные формы. Метод является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритам отливок. Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но позволяют получать отливки повышенного качества с минимальным объемом механической обработки. Способы получения отливок различными методами приведены в табл. 3.
Отливки, не рассчитываемые на прочность, с размерами, определяемыми конструктивными и технологическими соображениями, относят к неответственным; отливки, испытываемые на прочность, работающие при статических нагрузках, а также в условиях трения скольжения, относят к ответственным. Особо ответственные — это отливки, эксплуатируемые в условиях динамических знакопеременных нагрузок, а также испытываемые на прочность.
Возможности повышения производительности процессов литья, точности размеров и качества отливок расширяются при их изготовлении в автоматизированных комплексах, в которых используются новые механизмы для уплотнения смеси. Применяются электронные схемы управления технологическими процессами и счетно-решающие устройства для выбора оптимальных режимов.
Таблица 3. Способы изготовления отливок и область их применения
| Способы изготовления отливок | Масса отливки, т | Область применения |
| Ручная формовка: |
Применение роботов для нанесения покрытий, обсыпки блоков заливочных комплексов с телеуправлением обеспечивает защиту оператора от воздействия пыли, дыма, теплоты и брызг металла.
Прогрессивно также применение покрытия литейной формы для поверхностного легирования отливок. Так, карбидообразующие легирующие элементы (теллур, углерод, марганец) повышают износостойкость формы и устраняют рыхлость отливок; графитизирующие легирующие элементы (кремний, титан, алюминий) устраняют отбел, уменьшают остаточные напряжения и улучшают обрабатываемость отливок. Применение жидкоподвижных смесей при литье в песчаные формы повышает производительность труда, снижает трудоемкость изготовления формы и стержней в 3…5 раз, исключает ручной труд и позволяет полностью механизировать и автоматизировать производство изготовления форм и стержней независимо от их размеров, конфигурации и номенклатуры.
При производстве крупных отливок применение регулируемого охлаждения формы позволяет сократить продолжительность охлаждения в литейной форме отливок массой 20…200 т в 2 раза по сравнению с естественным охлаждением.
Отливки I класса точности обеспечиваются формовкой по металлическим моделям с механизированным выемом моделей из форм и с заливкой металла в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют в условиях массового производства и для изготовления наиболее сложных по конфигурации тонкостенных отливок.
Отливки II класса точности обеспечиваются формовкой с механизированным выемом деревянной модели, закрепляемой на легкосъемных металлических плитах, из форм и заливкой в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют для получения отливок в серийном производстве.
Отливки III класса точности обеспечиваются ручной формовкой в песчаные формы, а также машинной формовкой по координатным плитам с незакрепленными моделями. Этот способ является оптимальным для изготовления отливок любой сложности, любых размеров и массы из разных литейных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве.
Технологичность конструкций отливок характеризуется условиями формовки, заливки формы жидким металлом, остывания, выбивки, обрубки. На выполнение основных операций технологического процесса получения отливки влияют уклоны, толщина стенок, размерные соотношения стержней и другие условия.
3. Плавильные агрегаты для чугунного литья
Для плавки чугуна применяют вагранки, дуговые электропечи ДЧМ, ИЧКМ, индукционные тигельные печи ИЧТ. Зависимость производительности вагранок от диаметра их шахты, а также рекомендуемая емкость копильников и грузоподъемность скиповых подъемников для загрузки шихты даны в табл. 4.
Таблица 4. Вагранки с подогревом дутья и очисткой газов
Емкость бадьи и грузоподъемность скипового подъемника определены для совместной загрузки шихты, топлива и флюсов (см. табл. 4). При раздельной загрузке шихты и топлива с флюсом, что часто имеет место в практике, следует предусматривать меньшую емкость бадьи и соответственно грузоподъемность скипового подъемника.
Кроме скиповых подъемников, при которых легко автоматизируется загрузка шихты, допускается в отдельных случаях применение непрерывной загрузки вагранок пластинчатыми транспортерами или другими транспортными средствами. Для загрузки вагранок при реконструкции существующих цехов могут быть использованы монорельсовые тележки и шарнирные краны (существующие). При проектировании обязательно предусматривают грануляцию шлака и механизацию уборки отходов от вагранки (рис. 1).
Рис. 1. Продольное сечение вагранки фирмы «Крайслер» производительностью 50 т/ч: 1, 2 — площадка обслуживания; 3 — тарельчатый затвор; 4 — загрузочное окно; 5 — загрузочная площадка; 6 — окно забора газа; 7 — воздушная коробка; 8 — фурмы; 9 — желоб
Набор и взвешивание ваграночной шихты (шихтовку) осуществляют магнитными кранами с регулируемой подъемной силой магнитной шайбы или с помощью системы индивидуальных дозаторов с тензометрическими датчикам. В последнем случае для подачи металлических компонентов шихты в дозаторы в системе устанавливают встряхивающие бункера с траковыми или другого типа питателями. Взвешенные дозы каждой составляющей металлической шихты выдают на реверсивный пластинчатый конвейер, который подает шихту к воронке, расположенной над бадьей скипового подъемника.
При любой системе шихтовки металлических компонентов взвешенные в заданных количествах кокс и известняк загружают в бадью во время кратковременной остановки ее по пути следования шихтовых материалов в вагранку. При выборе плавильных устройств следует учитывать, что в процессе нагрева и расплавления чугуна в вагранках тепловой коэффициент полезного действия печи (ТКПД) достигает 45 %, но при перегреве жидкого чугуна он падает до 5 %. Перегрев жидкого чугуна в электропечах происходит при ТКПД порядка 55 %, а нагрев до температуры плавления — при ТКПД, равном 20…30 %. Следовательно, плавить чугун экономичнее в вагранках, а перегревать жидкий чугун до нужной температуры — в электрических печах. Поэтому дуплекс-процесс «вагранка—электропечь» получает все более широкое применение в чугунолитейном производстве.
Дуговые электропечи типа ДЧМ-10 используют при ваграночном дуплекс-процессе для подогрева и доводки жидкого чугуна до заданных температуры и химического состава. Печи типа ДЧМ-10 в современных цехах заменяют индукционными миксерами промышленной частоты тигельного или канального типа.
В России изготавливают тигельные индукционные миксеры ИЧТМ вместимостью тигля 1…16 т. Технические характеристики этих миксеров приведены в табл. 5, характеристики индукционных канальных миксеров типа ИЧКМ полезной емкостью 2,5…100 т — в табл. 6. С энергетической точки зрения печи ИЧКМ по сравнению с тигельными являются более экономичными, так как имеют более высокий ТКПД.
Таблица 5. Технические характеристики индукционных тигельных миксеров промышленной частоты для перегрева и выдержки расплавленного чугуна
| Параметры | Модели | ||||
| ИЧТМ-1М | ИЧТМ-2,5 | ИЧТМ-6 | ИЧТМ-10 | ИЧТМ-16 | |
| Вместимость тигля, т | 1 | 2,5 | 6 | 10 | 16 |
| Мощность, кВ · А: | |||||
перегреве металла на 100 оС,
* В числителе — теоретическая, в знаменателе — действительная производительность.
Технические параметры индукционных тигельных печей ИЧТ приведены в табл. 7.
Таблица 6. Технические характеристики индукционных канальных миксеров промышленной частоты
| Модели | Полезная вместимость, т | Мощность питающего трансформатора, кВ · А, исполнений | Намечаемая теоретическая производительность при перегреве чугуна на 100 оС, т/ч, исполнений | ||
| I | II | I | II | ||
| ИЧКМ-2,5 | 2,5 | 400 | — | 7 | — |
| ИЧКМ-4 | 4 | 630 | 14 | ||
| ИЧКМ-6 | 6 | ||||
| ИЧКМ-10 | 10 | 1260 | 29 | ||
| ИЧКМ-16 | 16 | ||||
| ИЧКМ-25 | 25 | 1260 | 2520 | 30 | 60 |
| ИЧКМ-40 | 40 | ||||
| ИЧКМ-60 | 60 | 2000 | 4000 | 60 | 124 |
| ИЧКМ-100 | 100 | ||||
Таблица 7. Технические характеристики индукционных тигельных печей промышленной частоты для плавки чугуна*
| Параметры | Модели | ||||
| ИЧТ-1 | ИЧТ-2,5 | ИЧТ-6 | ИЧТ-10 | ИЧТ-25 | |
| Вместимость тигля, т | 1 | 2,5 | 6 | 10 | 25 |
| Мощность питающего трансформатора, кВ · А | 360 | 1300 | 1300 | 2500 | 6300 |
| Мощность, кВт: | |||||
* Рабочая температура жидкого металла 1400 С.
В табл. 8 приведены данные производительности установок, состоящих из двух (одного) тиглей и одного основного (плавильного) трансформатора. При установке трех (двух) тиглей и двух трансформаторов, из которых один плавильный, а другой вспомогательный для миксерного режима, действительную производительность всей установки определяют с коэффициентом 1,3.
Таблица 8. Производительность индукционных тигельных печей промышленной частоты для плавки чугуна
| Параметры | ИЧТ-1 | ИЧТ-2,5 | ИЧТ-6 | ИЧТ-10 | ИЧТ-16 | ИЧТ-25 |
| Действительная производительность печи, т/ч | 0,39 | 0,86 | 1,58 | 2,94 | 3,15 | 6,44 |
| Продолжительность полного цикла плавки на твердой шихте, ч | 2,56 | 2,91 | 3,8 | 3,4 | 5,08 | 3,88 |
| Годовая производительность печи по жидкому чугуну (т) при числе смен: |
4. Плавильные агрегаты для плавки стального литья
Технические характеристики дуговых сталеплавильных печей ДСП приведены в табл. 9, а индукционных тигельных печей ИСТ повышенной частоты — в табл. 10.
Таблица 9. Технические характеристики дуговых сталеплавильных печей
| Параметры | ДСП-3 | ДСП-6 | ДСП-12 | ДСП-25 | ДСП-50 | |||||
| Номинальная вместимость, т | 3 | 6 | 12 | 25 | 50 | |||||
| Мощность питающего трансформатора, кВ · А | 2000 | 4000 | 8000 | 12 500 | 25 000 | |||||
| Теоретический удельный расход электроэнергии на расплавление твердой завалки, кВт · ч/т | 500 | 500 | 470 | 460 | 440 | |||||
| Диаметр распора электродов, мм | 700 | 1000 | 1000 | 1250 | 1600 | |||||
| Внутренний диаметр кожуха печи, мм | 2764 | 3190…3500 | 3760…4260 | 4450…4950 | 5800…6050 | |||||
| Диаметр ванны на уровне откосов, мм | — | 2230 | 2740 | 3540 | 4560 | |||||
| Глубина ванны от уровня порога, мм | 400 | 425 | 555 | 775 | 890 | |||||
| Высота плавильного пространства от порога до пят свода, мм | 1050 | 1110 | 1365 | 1500 | 1950 | |||||
| Размер рабочего окна, мм | 650 500 |
750 500 |
980 680 |
1000 800 |
1200 970 |
|||||
| Углы, град: поворота свода в сторону желоба |
— | 61 | 70 | 75 | 70 | |||||
| наклона печи в сторону желоба | 40 | 45 | 45 | 45 | ||||||
| наклона печи в сторону завалочного окна | — | 15 | 15 | 15 | 15 | |||||
| поворота ванны от нейтрального положения в ту и другую стороны | — | – | — | 40 | 40 | |||||
| Масса металлоконструкций печи, т | 35,5 | 45 | 80 | 140 | 235 | |||||
| Мощность электродвигателей, кВт: | ||||||||||
1. Гидравлические приводы механизмов перемещения электродов, наклона печи, подъема и поворота свода снабжаются от насосно-аккумуляторной станции.
2. Электропечи вместимостью 25 и 50 т могут быть оборудованы устройствами для электромагнитного перемешивания жидкой стали.
Талица 10. Технические характеристики индукционных тигельных печей
| Параметры | ИСТ- 0,06 | ИСТ- 0,16 | ИСТ- 0,25 | ИСТ- 0,4 | ИСТ-1 | ИСТ- 2,5 | ИСТ- 6М1 | ИСТ-10 |
| Вместимость тигля печи, т | 0,06 | 0,16 | 0,25 | 0,4 | 1,0 | 2,5 | 6 | 10 |
| Мощность питающего агрегата: |
Примечание . Рабочая температура металла 1600 о С.
Сведения о производительности печей типов ДСП и ИСТ приведены в табл. 11 и 12 соответственно.
Таблица 11. Производительность электрических дуговых стеклоплавильных печей
| Параметры | ДСП-3 | ДСП-6 | ДСП-12 | ДСП-25 | ДСП-50 |
| Продолжительность полного цикла плавки, ч: |
основного процесса при числе смен:
Таблица 12. Производительность индукционных тигельных печей повышенной частоты для плавки стали
| Параметры | ИСТ-0,06 | ИСТ-0,16 | ИСТ-0,4 | ИСТ-1 | ИСТ-2,5 | ИСТ-6М1 | ИСТ-10 |
| Действительная производительность печи, т/ч | 0,05 | 0,10 | 0,26 | 0,57 | 1,75 | 3,0 | 3,5 |
| Продолжительность полного цикла плавки, ч | 1,2 | 1,55 | 1,56 | 1,76 | 1,43 | 2,0 | 2,86 |
5. Плавильные агрегаты для цветного литья
Сведения и технические характеристики плавильных агрегатов для цветного литья приведены в табл. 13—16.
Таблица 13. Индукционные печи промышленной частоты для плавки алюминия и его сплавов
| Параметры | ИАТ-0,4 | ИАТ-1,0 | ИАТ-2,5 | ИАТ-6М |
| Вместимость тигля, т | 0,4 | 1,0 | 2,5 | 6,0 |
| Мощность питающего трансформатора, кВ · А | 180 | 400 | 1300 | 1300 |
| Мощность печи, кВт | 158 | 321 | 765 | 1030 |
| Теоретические: |
Примечание. Рабочая температура металла 750 С.
Таблица 14. Индукционные тигельные печи промышленной частоты для плавки сплавов на медной основе
| Параметры | ИЛТ-1М | ИЛТ-2,5 | ИЛТ-10 | ИЛТ-25 |
| Вместимость тигля, т | — | 2,5 | 10 | 25 |
| Мощность питающего трансформатора, кВА | 400 | 1300 | 1300 | 6300 |
| Мощность печи, кВт | 308 | 720 | 1180 | 2910 |
| Теоретические: |
Примечание. Рабочая температура металла 1200 С.
Таблица 15. Индукционные канальные печи промышленной частоты для плавки сплавов на медной основе
| Параметры | ИЛК-0,6 | ИЛК-1,6 | ИЛК-2,5 | ИЛК-6 | ИЛК-16 |
| Вместимость печи, т: |
Примечание. Продолжительность плавки дана для сплава Л63 при круглосуточной работе печи. Рабочая температура 1200—1400 С.
Таблица 16. Производительность индукционных печей промышленной частоты для плавки сплавов на медной основе
| Параметры | ИЛТ-1 | ИТ-2,6 | ИЛК-0,6 | ИЛК-1,6 | ИЛК-2,6 | ИЛК-6 |
| Действительная производительность печи, т/ч | 0,82 | 0,86 | 0,88 | 2,66 | 2,48 | 4,75 |
| Продолжительность цикла плавки, ч | 1,2 | 2,9 | 0,7 | 0,6 | 1,0 | 1,25 |
| Годовая производительность печи (т) при числе смен: |
Таблица 17. Технические данные электропечей для плавки в кристаллизаторе различных металлов
| Параметры | ДМВ-5-Г3,6 | ДСВ-3,2-Г1 | ДСВ-4,5-Г2 | ДСВ-6,3-Г6 | ДСВ-8-Г10 | ДСВ-8-Г16 | ДСВ-11,2-Г37 | ДТВ-8,7-Г10 | |
| 1-й переплав | 2-й переплав | ||||||||
| Расплавляемый металл | |||||||||
| Медь | Сталь | Титан | |||||||
| Диаметр кристаллизатора, мм | 320, 420, | ||||||||
Сведения о вакуумных дуговых печах, предназначенных для производства слитков и фасонных отливок из высокореакционных металлов, приведены в табл. 17.
6. Установки электрошлакового переплава
Установки электрошлакового переплава (ЭШП) применяют для изготовления слитков из высококачественных сталей (рис. 2). Технические данные наиболее широко применяемых печей ЭШП приведены в табл. 18.
Таблица 18. Основные параметры печей ЭШП для производства слитков
| Параметры | ЭШП- 0,125 | ЭШП- 0,25ВГ | ЭШП- 2,5ВГ | ЭШП-10ВГ | ЭШП- 10Г | ЭШП- 20ВГ | ЭШП- 40ВГ |
| Мощность источника питания, кВ · А | 250 | 630 | 1600 | 2390 (частота, |
Трехфазные печи отличаются лучшими энергетическими показателями по сравнению с однофазными одноэлектродными, но обладают меньшим коэффициентом заполнения кристаллизаторов, в результате чего увеличивается длина электродов и, следовательно, высота печи.
Рис. 2. Электрические схемы печей ЭШП: а — одноэлектродная однофазная; б — трехэлектродная трехфазная; в — двухэлектродная однофазная с бифилярным токоподводом; г — то же для получения двух слитков
Существуют две модификации печей ЭШП. В одной из них переплав осуществляют в неподвижном глухом кристаллизаторе, по другой схеме кристаллизатор перемещается относительно наплавляемого слитка или слиток относительно кристаллизатора.
Источник https://extxe.com/6159/litejnoe-oborudovanie/