Проект цеха чугунного литья объемом 30 тыс. т. литья в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Контрольная работа

по курсу: «Основы проектирования новых и реконструкция действующих цехов»

на тему: Проект цеха чугунного литья объемом 30 тыс. т. литья в год.

Магнитогорск 2014

Содержание

Задание

1. Производственная программа

2. Проектирование плавильного отделения

2.1 Выбор плавильного агрегата

2.2 Определение потребности в жидком металле и шихтовых материалах

2.3 Расчет вместимости и количества плавильных агрегатов

2.4 Выбор вместимости ковша и расчет их парка

3. Расчет ФЗВО

3.1 Расчет оборудования ФЗВО

3.2 Расчет смесеприготовительного отделения

3.3 Расчет количества неуплотненной смеси

4. Объемно-планировочное решение

Список использованных источников

Задание

Спроектировать литейный цех по следующим данным:

Материал отливки - СЧ20;

Производительность цеха - 30 тыс. т/год;

Характеристика производства - серийное;

Масса отливки - 400 кг;

Группы сложности - 2;

Максимальный габарит отливки - 1000 мм.

1. Производственная программа

Данный проектируемый цех по роду металла сталелитейный, т.е. производство отливок из стали. Т.к. объем годового производства отливок составляет 30 тыс. т/год, то цех считается средней мощности.

Характер производства отливок крупносерийный. Т.к. масса отливки 400 кг., то данный цех подразделяется как цех средних отливок. В проектируемом цехе отливки изготавливают специальным способом литья - литье по газифицированных моделям.

Т.к. производство серийное, то производственная программа, на основании которой проектируется цех, выглядит следующим образом - таблица 1.

Таблица 1 - Производственная программа

Марка	Масса	габариты отливки мм.	Годовая программа	Брак	Общий выпуск
	кг	длина	ширина	высота	шт.	т.	%	шт.	шт.	т.
СЧ20	400	1000	900	150	75000	30000	6	4500	79500	31800

Исходной базой для организации и планирования производственной, технической и хозяйственной деятельности цеха является производственная программа.

При проектировании применяют три вида годовых фондов времени работы оборудования:

Календарный фонд для оборудования и рабочих составляет Фк = 365 * 24 = 8760 ч/год.

Номинальный фонд (Фн) - это время, в течение которого по принятому режиму должно работать оборудование и рабочие без учета потерь времени.

Фн = 6054 ч/год при трёхсменном режиме.

Фонд действительный (эффективный) определяется путем исключения из номинального фонда времени неизбежных потерь. Они связаны с возможными ремонтами оборудования и плановым обслуживанием его.

При установлении действительного фонда времени рабочего необходимо учитывать различного вида отпуска, потери из-за временной нетрудоспособности, выполнения государственных обязанностей и др. В зависимости от условий работы и продолжительности отпуска он может меняться в широких пределах от 1840 до 1610 ч/год.

Расчеты оборудования производятся по действительному фонду времени.

,

где К - календарное число дней в году (К = 365);

В - число выходных дней в году (В = 105);

П - число праздничных дней в году (П = 12);

n - число смен (n =2);

- продолжительность смены (т = 8 часов);

Пр - процент простоя оборудования (Пр = 15 %).

Таким образом :

Ф_д = (365-105-12) * 2 * 8 * (100-15) / 100 = 3373 ч.

При трехсменном режиме Ф_д = 5059 ч, при односменном режиме ч

Фонд времени работы рабочих представлен в организационно-экономическом разделе (в расчете заработной платы).

2. Проектирование плавильного отделения

При проектировании плавильного отделения литейного цеха необходимо выбрать оптимальный технологический процесс плавки металла, который будет обеспечивать заданную производительность цеха, как по количеству, так и по качеству выплавляемого расплава, при минимальной его стоимости и использовании в процессе плавки недефицитных шихтовых материалов и энергоносителей. Кроме того, технологический процесс плавки должен сводить к минимуму вредное воздействие на обслуживающий персонал и окружающую среду, выделения тепла, пыли, газа.

Так как нам необходимо получать отливки из легированных сталей, то помимо этого выбранная технология в нашем случае должна позволять проводить рафинирование, легирование и модифицирование расплава.

2.1 Выбор плавильного агрегата

Наиболее распространенными плавильными агрегатами для выплавки серых чугунов, в настоящее время, являются электропечи (дуговые и индукционные). Так как в нашем случае необходимо выплавлять серый чугун, то выплавку данного сплава будем производить в индукционной печи (ИЧТ). Футеровку печей будем использовать основную, что позволит удалять из металла вредные примеси - серу и фосфор, а главное позволит снизить угар марганца.

2.2 Определение потребности в жидком металле и шихтовых материалах

Для выбора конкретного плавильного агрегата с заданной теоретической мощностью необходимо знать вместимость этого плавильного агрегата. Которая будет определяться максимальной массой отливки и часовой потребностью цеха в жидком металле.

Потребность в жидком металле литейного цеха для выполнения годовой программы устанавливается на основе производственной программы цеха. При этом плавильные средства должны удовлетворять часовую потребность в жидком металле формовочно-заливочно-выбивного отделения и обеспечивать бесперебойное снабжение его металлом в зависимости от графика и режима работы этого отделения.

Потребность в жидком металле значительно превышает производственную программу по литью, так как жидкий металл расходуется кроме отливки на литниковую систему, прибыли, брак, потери в виде сливов и всплесков (таблице 2.).

Таблица 2 - Потребность в жидком металле

Марка сплава	Годные отливки	Прибыли и литники	Брак	Сливы и всплески	Всего жидкого металла
	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год
СЧ20	80	30000	20	7500	3	900	2	600	105	39500

Часовая потребность отделения в жидком металле устанавливается по формуле:

Q^/ = В_г * К_н / Ф_д ,

где Q^/ - часовая потребность (производительность) плавильного отделения, т/ч;

В_г - потребное годовое количество чугуна для цеха, т/г ;

К_н - коэффициент неравномерности потребления металла, К_н = 1,10 - 1,25;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы печи, ч.

Q^/ = 39000 * 1,1 / 5059= 8,48 т/ч ;

2.3 Расчет вместимости и количества плавильных агрегатов

Согласно часовой потребности в жидком металле определяем количество печей:

P = Q^// q_техн ,

где Р - необходимое количество печей;

q_техн - паспортная производительность печи (для ИЧТ-10 q_техн = 2,9 т/ч). P = 8,48 / 2,9 = 2,92 шт.

Принимаем 3 печи ИЧТ-10.

Установив часовую производительность плавильного отделения, определим часовую производительность индукционной печи:

q_расч = В_г * К_н / (Ф_д * Р),

где q_расч - расчетная потребная производительность печи, т/ч.

q_расч = 39000 * 1,3 / (5059 * 0,9) = 11,13 т/ч.

Определим число одновременно работающих печей по формуле:

,

где Р - число печей, шт.

Р = 8,48 / 11,13 = 0,76.

2.4 Выбор вместимости ковша и расчет их парка

Нормальная организация работ в плавильном отделении невозможна без оптимального количества разливочных ковшей, служащих для приема плавки, кратковременного хранения, перемещения и заливки расплава.

Вместимость заливочного ковша определятся, в первую очередь, максимальной металлоемкостью формы и может быть равна или кратна ей. Так же зависит и от вида сплава, типа плавильного агрегата (с непрерывной, периодической или дискретной выдачей). Число заливок для стальных отливок не может составлять 6-8. Это связано со свойствами сплавов.

В цехе желательно иметь один тип ковшей для того, чтобы облегчить уход за ними и создать приспособления для ремонта футеровки и сушки ковша. Будем использовать чайниковые ковши, так как они имеют минимальные потери тепла, что очень важно при заливки стальных сплавов.

Число ковшей определенной металлоемкостью, находящихся одновременно в работе определим по формуле

n_r^/ = g^/ _Me * ф_ц.к * К_н / g _к ,

где n_r^/ - число ковшей определенной металлоемкости, находящихся одновременно в работе, шт.;

g^/ _Me - потребность в металле для заполнения готовых форм из такого ковша, кг/ч;

ф_ц.к - время оборота работающего ковша, ч;

К_н - коэффициент неравномерности потребления металла под заливку;

g _к - металлоемкость ковша, используемая на заполнении литейных форм, зависит от массы расплава необходимого для заливки одной формы или числу форм ей кратных, кг.

Определим необходимое количество ковшей:

n_r^/= 8480 * 0,5 * 1,2 / 8000 = 0,64 шт.

Таким образом, принимаем один ковш.

Рабочий цикл ковша от ремонта до ремонта складывается из длительности оборота ковша и числа наливов, которые выдерживает его футеровка. Число ковшей, постоянно находящихся в ремонте в течение года, устанавливается по формуле:

n_кр = n_к * ф * n_р * К_н / Ф_р,

где n_кр - число ковшей, постоянно находящихся в ремонте в течение года, шт;

n_к - число ковшей, находящихся одновременно в работе, шт;

ф - общая длительность ремонтного цикла ковша, ч;

n_р - число ремонтов ковша в год, шт;

К_н - коэффициент неравномерности поступления ковшей в ремонт;

Ф_р - фонд рабочего времени ремонтных рабочих, ч.

Ф_р = (365 - 105 - 12) * 1* 8 * (100 - 15 / 100) = 1686 ч.

n_кр = 1 * 8 * 36 * 1,3 / 1686 = 0,21 шт.

Таким образом, принимаем, что в ремонте постоянно находятся один ковш.

Кроме того, необходимо иметь резервные ковши на случай аварийного выхода их из строя. Примем, что в резерве у нас находятся два ковша.

Расчет необходимого парка ковшей сведен в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет парка ковшей.

Сплав	Вместимость, кг	Оборот ковша, ч	Число работающих ковшей в смену, шт.	Длительность ремонтного цикла, ч	Число ковшей, шт.
					В ремонте	В резерве	Общее
СЧ20	8000	0,5	1	8	1	2	4

Для стальных сплавов используют ковши с футеровкой из шамотного кирпича.

3. Расчет формовочно-заливочно-выбивного отделения

Этот участок является основным в составе любого литейного цеха, так как на нем замыкается работа целого ряда основных отделений цеха - плавильного, смесеприготовительного, а также ряда вспомогательных. Устойчивая и качественная работа этого участка определяет как производительность цеха по объему и номенклатуре производства, так и качество литья по геометрическим размерам, массе и шероховатости поверхности.

Проектирование формовочно-заливочно-выбивного участка начинается с составления технологических потоков. Разбивка на потоки осуществляется на основании производственной программы (см. таблицу 1).

3.1 Расчет технологического оборудования ФЗВО

литейный цех плавильный агрегат

Производство отливок будем осуществлять на комплексной автоматической линии формовки, заливки и выбивки отливок массой до 500 кг модели VULCAN. Технические характеристики линии VULCAN представлены в таблице 4 [1].

Годовая производительность формовочной линии VULCAN, с учетом простоев по техническим, технологическим и организационным причинам, которые влияют на снижение действительного фонда работы оборудования до 85%, определим по формуле:

В₁ = g * N_ц * Ф_д * К_з *К_б ,

где g - средняя масса отливок в форме, т;

N_ц - цикловая производительность линии, форм/ч;

Ф_д - действительный фонд работы оборудования, ч;

К_з - коэффициент загрузки (0,5 - 0,8);

К_б - коэффициент потерь из-за брака форм и отливок (0,90-0,97).

В₁ = 0,4 * 12 * 5059 * 0,8 * 0,97 = 18843,8 т/г.

Рассчитаем количество линий

n = В_пр/В₁,

где В_пр - количество литья по производственной программе, т/г;

В₁ - годовая производительность выбранной линии, т/г.

. n = 30000 / 18843,8 = 1,59.

Таблица 4 - Технические характеристики линии VULCAN.

Размеры опок в свету, мм	1000 х 1000
Высота опок, мм	2000
Производительность цикловая, форм/ч	12
Габаритные размеры линии, мм:
длина х ширина, мм	75000 х 37000

При проектировании конвейерной линии, на разных участках которых параллельно осуществляются различные стадии технологического процесса: формовка, сборка, заливка, охлаждение и выбивку отливок. Для установления возможности размещения таких линий или определения требуемых габаритов произведем расчет длин конвейерных линий.

Длина конвейерной линии будет зависеть от расположения оборудования, длительности отдельных операций, где определяющими является длительность охлаждения отливки до выбивки, а также скорость движения конвейера.

Общая длина конвейерной линии (L_к) определяется как сумма длин отдельных технологических участков конвейера.

где L_ф, L_сб, L_зал, L_охл, L_выб, L_во - соответственно длины участков формовки, сборки, заливки, охлаждения, выбивки и возврата опок.

Определяющими участками в расчете общей длины конвейера является длина участка охлаждения, формовки и заливки. Длина других участков сравнительно мала и определяется конструктивными параметрами используемого оборудования.

Длина участка формовки:

L_ф=n * l₀,

где n - количество машин или пар машин, расположенных вдоль продольной оси конвейера;

l₀ - расстояние между осями машин или пар машин, м.

L_ф = 1 * 1 = 1 м.

Прибавляем конструктивный размер 1 м. и получаем L_ф = 2 м.

В случае ручной заливки длина заливочных участков будет определяться:

L_зал = t_зал * V_к * m,

где t_зал - время заливки металла из одного ковша , мин.(~ 0,28/1,13 мин.); V_к - скорость конвейера, м/мин. (0,45 м/мин);

m - число одновременно разливаемых ковшей, шт.(1 ковш).

L_зал = 1,13 * 0,45 * 1 = 0,5 м.

Скорость движения конвейера (V_к м/мин) может быть определена по формуле

где В₀ - часовое количество форм, поступающих с формовочных машин, шт;

l_пл - шаг платформы конвейера, м. (1 м);

n - число форм на одной платформе, шт. (1 шт.);

h₃ - коэффициент загрузки конвейера (0,8-0,85).

Таким образом, = 12 * 1 / 60 * 1 * 0,8= 0,25 м/мин.

Для определения времени охлаждения крупных отливок можно воспользоваться рисунком 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Время охлаждения стальных отливок в песке до выбивки в зависимости от толщины стенки и ее массы.

При массе отливок 400 кг, скорость охлаждения, при техн.потоках, достигает, 55 минут.

Установив время охлаждения отливки, и зная скорость движения конвейера, определим длину охладительной ветви

.

м

Длина участка выбивки сравнительно невелика и составляет 3 м.

Итак

Работа данной линии циклическая, т.е. линия приходит в движение вследствие нажатия пусковой кнопки на пульте управления. Это сделано для того, чтобы линия не перегружалась. Две работающие печи выпускают 13,4 т металла в час, которые принимает ковш емкостью 8 т. Такого количества металла хватает на заливку 6-ти форм, которые потом охлаждаются и выбиваются. На заливку, охлаждение и выбивку форм требуется порядка 2-ух часов. За это время на участке формовки заготавливаются 24 форм для заливки следующей партии отливок. Т.к. 2 часа- время слишком большое для формовки 6-ти форм, то нет необходимости в постоянном движении линии. Следовательно необходимо, чтобы линия начинала движение в нужный момент, за чем и следит оператор на пульте управления линией.

Формовка производится на вибрационном столе модели 21434, грузоподъемностью 2 тонны, с размерами опок в свету 1200х1000 мм.

Выбивка форм производится после снятия их с основной ветви конвейера. После выдавливается пакет смеси с заключенными в нем отливками и помещается на специальный конвейер для дополнительного охлаждения. Далее пакеты смеси с отливками попадают на транспортирующие выбивные решетки. Выбивка производится на обычной универсальной выбивной решетке. Решетка двухвальная, инерционная модели 31211, грузоподъемностью до 1 тонны, с размерами полотна 1250х1000 мм. Расчет параметров ФЗВО сведен в таблице 5 [1].

Таблица 5 - Ведомость разработки технологического процесса формовочно-сборочных работ

Наименование детали-представителя	Зуб ковша
Масса одной детали, кг	400
На год	шт.	75000
	т.	42800
Количество деталей в форме	4
Количество форм на год	4687,5
Размер опок в свету, мм	длина	1000
	ширина	1000
	высота	1000
Объем опок, м3	одной	2,0
	на годовую программу	4687,5
Тип машины	низа	комплексные автоматические линии формовки, заливки и выбивки отливок массой до 500 кг модели VULCAN
	верха
Расход формовочной смеси на годовую программу, м3	единой	4687,5
	облицовочной	-
	наполнительной	-

На год необходимо смеси 4687,5 м³ *1,6 = 7500 т/год.

7500 т/год * 0,83 = 6225 м³/год; 6225 м³/год / 3373 = 1,84 м³/ч.

Технологический цикл изготовления отливок на данной линии включает следующие операции: параллельную формовку нижних полуформ, простановку моделей, заливку, охлаждение, выбивка форм, подача опок на формовку. При формовке используется единая песчано-глинистая смесь повышенной прочности, согласно [6], состав и свойства которой представим ниже. Уплотняется смесь встряхивания.

Над участками заливки и выбивной решеткой имеются системы вытяжки, которые полностью удаляют газы и пыль, образующиеся при данных технологических процессах.

3.2 Расчет смесеприготовительного отделения

Общая потребность в формовочных и стержневых смесях для проектируемого цеха устанавливается при расчете программы работы соответствующих отделений. При расчете смесеприготовительного отделения необходимо также учесть просыпи смесей на участке формовки. Потребность в формовочных и стержневых смесях определяется в таблице 6.

Таблица 6 - Потребность формовочных смесей и свежих материалов на годовую программу

Технолог. потоки	Наим. смесей	Потребность, т/год	Рецепты смесей и расходных компонентов
		По расчету	На про- сыпи, 5 %	Всего	Оборотная смесь	Обновление
						Песок
					%	т/год	%	т/год
Формы	Песок	4687,5	234,5	4921,9	99	4872,7	1	49,2

3.3 Расчет количества неуплотненной смеси

Расчет сводится к определению расхода формовочной смеси на одну тонну годных отливок в зависимости от их массы. Уравнение для определения количества неуплотненной смеси имеет вид

Q_ну = 0,831•,

где 0,831 - коэффициент перехода от весовых к объемным величинам с учетом уплотнения смеси, м³/т;

- количество уплотненной смеси, т.

Для песка:

Q_{ну ф} = 0,831 • 4872,7= 4049,2 м³.

На основе охладителя смеси непрерывного действия фирма «Вебак» разработала запатентованный охладитель песка периодического действия. Охладитель смеси периодического действия состоит из основания с приводной стойкой, нижней части с воздушными камерами, размешивающего механизма и верхней крышки.

Благодаря охладителю смеси периодического действия литейщики впервые имеют возможность на основании таких данных с формовочной установки, как производственная программа, соотношение смесь/металл и температура заливки, подвергать отработанную смесь целенаправленному и качественному «освежению».

Выбираем охладитель для отработанной смеси типа WAC-100, который имеет следующие характеристики:

- масса партии смеси3700 кг;

- время цикла180 с;

- расход смеси75 т/час;

- достигаемая температура40 °С;

- мощность двигателя смесителей110 кВт;

- мощность двигателя вентилятора37 кВт;

- расход охлаждающего воздуха, норм.19000 м³/час.

Потребное количество охладителей (N_охл) рассчитывается по формуле ниже:

N_охл = Q_у? К_н/(Ф_д ? q),

гдеQ_у - количество уплотненной формовочной или стержневой смеси, т;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы охладителе, ч;

q - производительность охладителя, т/ч;

К_н - коэффициент неравномерного потребления смеси, для единичного мелкосерийного и серийного 1,2 - 1,4; массового 1,1-1,3.

Потребное количество охладителей равно

N_охл = 4049,2 ?1,3/(1686 ? 75) = 0,04 ? 1 шт.

Так как объем охладителя достаточно велик, то смесь, попадая в него будет охлаждаться не только принудительным способом, но и естественным, т.к. тепло охлаждаемого песка будет постепенно перераспределяться внутри охладителя на весь объем имеющейся там смеси. Кроме того, после попадания смеси в бункер на участке формовки смесь продолжает охлаждаться в бункере по тому же принципу.

4. Объемно-планировочное решение

Проектируемый цех занимает площадь: длина 72000 мм, ширина пролетов (24000 + 12000) = 36000мм с учетом свободного прохождения рабочих и общих проходов. Длина между колонами равна 6000 мм. В проекте данного цеха здание расположилось в одноэтажном сооружении в двух пролетах. Отделения расположилось таким образом, чтобы обеспечивалось минимальные транспортные коммуникации без взаимного пересечения грузопотоков.

Подача материалов в шихтовый двор осуществляется железнодорожным транспортом. Плавильный агрегат располагается в непосредственной близости от шихтового двора. Трансформаторные подстанции и другое электрическое оборудование располагаются вблизи печей, чтобы снизить потери на передачу энергии.

Для перемещения грузов пролет оборудован мостовым электрическим краном грузоподъемностью 5т и 30/5т.

Обрубное отделение располагается вблизи с автоматическими линиями VULCAN.

Список использованных источников

1. Миляев А.Ф. Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов: Учебное пособие - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова,1999. - 410 с.

2. Основы проектирования литейных цехов и заводов: Учебник для вузов по специальности «Машины и технология литейного производства» и «Литейное производство черных и цветных металлов»/ Л. И. Фанталов, Б. В. Кнорре, С. И. Четвертухин и др. Под ред. Б. В. Кнорре - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1979. -376 с., ил.

3. Соловьев В.П., Гладышев С.А., Воронцов В.И. Проектирование новых и реконструкция действующих цехов: Учеб. пособие - М.: МИСиС, 2002. - 237 с.

Размещено на Allbest.ru

...