Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Литейное производство как источник загрязнения




ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Литейное производство - отрасль машиностроения, производящая фасонное и заготовительное литье из различных металлов и сплавов: чугуна, стали, сплавов меди, алюминия, магния и др.

Фасонным литьем получают отливки, близкие по форме и размерам к готовым деталям.

Заготовительное литье - это слитки, предназначенные для дальнейшей обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка и др.) или механической обработки на металлорежущих станках.

Литье наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ изготовления заготовок. Точные методы литья позволяют получать отливки с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхностей, часто не требующие дальнейшей механической обработки.

Технология производства отливок слагается из следующих основных процессов:

изготовление модели будущей отливки,

изготовление формы,

получение жидкого металла,

заливка металла в формы,

выбивка отливок из формы,

обрубка и очистка отливок,

контроль отливок.

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки или готовые детали, называемые отливками, извлекают из форм.

Формы для заливки могут быть разовыми и многократными (кокиль). Многократные металлические (сталь, чугун) формы выдерживают сотни и тысячи заливок, многократные песчано-цементные, графитные, керамические формы выдерживают несколько десятков заливок. В основном литье осуществляется в песчано-глинистые формы.

Технологический процесс литья в песчано-глинистые формы состоит из ряда операций: изготовление модельной оснастки, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление стержней и формовки по модели, сушка стержней и полуформ, сборки форм, заливки заранее приготовленного металла в форму, остывания отливки в форме, выбивки отливки из формы, обрубки литников, удаление стержней, очистки отливки.

Комплект модельной оснастки включает модели, подмодельные плиты, стержневые ящики, опоки.

Модель – приспособление для получения в песчаной форме отпечатка, наружная конфигурация которого соответствует форме отливки. Изготавливают модели из дерева, металлических сплавов или пластмасс. Размеры модели устанавливают с учетом линейной усадки металла и припусков элементов отливки, подлежащих дальнейшей механической обработке. Для получения отливок с отверстиями предусматривают изготовление стержней.

Подмодельные плиты служат для размещения на них моделей и установки опоки при изготовлении литейной формы.

Стержневые ящики – это приспособления, применяемые для изготовления стержней, они могут быть как деревянными, так и металлическими.

Для изготовления литейной формы необходимы также опоки, представляющие собой металлические рамы различной конфигурации, которые служат для уплотнения в них формовочной смеси при изготовлении форм.

Качество отливки во многом определяется свойствами и качеством формовочных и стержневых смесей. Основными требованиями, предъявляемыми к смесям, является прочность, пластичность, огнеупорность, газопроницаемость и т.д. Основной составляющей формовочных и стержневых смесей, определяющей их огнеупорность, является кварцевый песок (SiO2 - 90-98,5 %). В состав смесей входят также связующие (глина, цемент, жидкое стекло, термореактивные смолы, битум, канифоль), противопригарочные (молотый каменный уголь, циркон, хромистый железняк), газообразующие (компоненты, способствующие газопроницаемости и податливости смеси - древесные опилки, крупный речной песок с размером зерен 0,25-1,0 мм) составляющие. Для приготовления формовочных и стержневых смесей также используют самоотверждающие смеси, включающие минимальное количество глинистых веществ с добавлением синтетических смол, жидкого стекла и других компонентов. Самоотверждающие смеси ускоряют процесс формовки. Приготовление формовочных и стержневых смесей состоит из ряда технологических операций: дробления свежих материалов, последующей их сушки, просеивания через сита, смешения отдельных компонентов. Бывшая в употреблении горелая смесь сепарируется, просеивается и добавляется к свежеприготовленной смеси.

Изготовление стержней из стержневых смесей осуществляют ручным или машинным способом: стержневую смесь засыпают, утрамбовывают в стержневом ящике и полученный стержень просушивают. Формовка – процесс изготовления разовой литейной формы, осуществляется ручным или машинным способом: формовочную смесь засыпают из бункера в опоку и утрамбовывают в машинах, работающих по принципу прессования, затем форму сушат. Сушку форм и стержней осуществляют в сушилках при температуре 200-350оС. Это повышает прочность и увеличивает газопроницаемость форм и стержней.

Последней операцией по изготовлению песчано-глинистых форм является сборка форм – ответственная операция, от которой зависит форма и точность размеров будущей отливки.

Наибольшее количество литья производят из серого чугуна (включая модифицированный и высокопрочный) - 70 % от массы отливок; далее идет стальное литье (около 20 %), литье из ковкого чугуна (8 %), медных, алюминиевых, титановых и цинковых сплавов.

Чугун имеет относительно невысокую температуру плавления (1100-1200 оС), хорошую жидкотекучесть, малую усадку (около 1%), однородную структуру в отливках. Для плавки чугуна применяют вагранки и электропечи. Вагранки представляют собой шахтные печи, в которые загружается шихта, составленная из чушкового чугуна, стального лома, ферросплавов, литейного кокса и флюсов (известняк, плавиковый шпат, бокситы). В нижнюю часть печи подают воздух, подогретый и обогащенный кислородом. За счет тепла от сгорания кокса происходит плавление металлической части шихты, температура поднимается до 1450-1500 оС. Заливку форм производят при температуре плавления чугуна и выше (1250-1400 оС): металл выпускают в ковш из копильника вагранки, а затем разливают в литейные формы.

Литейные свойства сталей ниже, чем у чугуна: усадка составляет 2-3%, жидкотекучесть хуже, сталь более тугоплавка (1400-1540 оС). Для литья сталь получают из чугуна в кислородных конверторах и электрических печах (дуговых (>90 % стали) и индукционных).

В настоящее время цветные металлы и сплавы на их основе находят весьма широкое применение. Наибольшее распространение получили сплавы на основе меди, алюминия, магния.

Медь – мягкий металл, обладающий хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью, высокой электро- и теплопроводностью, температура плавления 1083 оС. Медь является основой важнейших сплавов – латуней (сплав меди и цинка) и бронз (сплав меди с оловом или алюминием, или бериллием). Бронзы обладают хорошими литейными, антифрикционными и антикоррозийными свойствами, имеют большую пористость и малую усадку.

Алюминий – мягкий металл с температурой плавления 660оС, имеет высокие электро- и теплопроводность, уступая только серебру и меди, хорошую пластичность и малую окисляемость. Прочность и твердость алюминия относительно невысоки. Наибольшее распространение имеют сплавы алюминия с кремнием (силумины), магнием и медью. Все они отличаются хорошей жидкотекучестью, достаточно высокими механическими свойствами и малой усадкой.

Сплавы цветного литья выплавляют в электрических дуговых печах, индукционных печах, плазменных газовых печах.

Металл заливают в форму с помощью специальных ковшей. Охлажденные отливки выбивают с помощью встряхивающих решеток, вибраторов и др. машин; стержни выбивают на пневматических машинах или в гидрокамерах струей воды под давлением 3-10 МПа. Литники от стальных заготовок отделяют газовой резкой, а от чугунных заготовок и от заготовок из цветного литья - пилами, рубильными молотками. От остатков формовочных смесей отливки очищают обкатыванием их в барабанах или пескоструйными аппаратами; применяют пескогидравлическую очистку (вода и песок, Р=7 МПа) и обдирочно-шлифовальные станки с крупнозернистыми шлифовальными кругами.

Загрязнение атмосферы

Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в атмосферу в литейных цехах являются 1) вагранки, электродуговые и индукционные печи, 2) участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов, 3) участки выбивки и очистки литья.

1) При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется 900-1200 м3колошникового газа, содержащего оксиды углерода, серы, азота, пары масел, полидисперсную пыль и др. Количество выбросов зависит от производительности вагранки, расхода дутья. Оксид углерода выделяется от вагранки и при разливе чугуна в формы. Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и может колебаться в следующих пределах (%): SiO2 - 20-50; CaO - 2-12; Al2O3 - 0,5-4; (FeО+Fe2O3) - 10-36; MnO - 0,5-2,5; C - 30-45. Медианный размер пыли в открытых вагранках при холодном дутье - 70 мкм, при горячем - 20 мкм, а в закрытых вагранках - 35 мкм.

Состав пыли зависит от марки выплавляемой стали. Примерный химический состав пыли (%): Fe2O3 - 56,8; CaO - 6,9; Al2O3 - 5,0; SiO2 - 6,9; Mn2O3 - 10,0; MgO - 5,8; остальное - хлориды, оксиды хрома и фосфора. При плавке стали в индукционных печах по сравнению с электродуговыми выделяется незначительное количество газов и в 5-6 раз меньше пыли, по размеру более крупной.

2) Источниками интенсивного пылеобразования является оборудование землеприготовительного отделения (дробилки, мельницы, сита и др.), транспортное оборудование и др. Установлено, что литейный цех с годовой программой 100 тыс.т литья, оборудованный пылеуловителями с эффективностью очистки 70-80 %, выбрасывает в окружающий воздух до 1 тыс.т пыли в год. Местными выделениями пыли сопровождаются погрузочно-разгрузочные операции с песком, сушка форм.

3) Интенсивное выделение пыли происходит также при выбивке, обрубке литников и очистке полученных отливок. Источниками выделения пыли являются выбивные решетки, очистные барабаны, обдирочно-шлифовальные станки. Использование вибрационных машин, гидропескоструйных установок и ручного пневматического инструмента приводит к загрязнению воздуха рабочей зоны литейных цехов (обрубочно-очистных отделений) мелкодисперсной пылью. Запыленность воздушной зоны достигает 10-50 мг/м3, доходя иногда до 150 мг/м3, что в десятки раз превышает ПДК. Сухая пескоструйная очистка отливок в литейном производстве запрещена вообще как процесс наиболее опасный в гигиеническом отношении.

При литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей холодного твердения, содержащих фенолформальдегидную смолу, выделяются оксид углерода, бензол, фенол, формальдегид, метанол и др. токсичные вещества, количество которых зависит от состава формовочных смесей, массы и способа получения отливки и ряда других факторов. 80 % всех газовыделений приходится на первые 20 мин. после заливки металла в формы. К концу первого часа газовыделения практически прекращаются.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...