Размещено на http://www.allbest.ru/

26

Содержание

плавка футеровка печь

Введение

1. Краткая характеристика состава, структуры и литейных свойств сплава

2. Требования к плавильному оборудованию

3. Выбор типа печи и способа плавки

4. Техническая характеристика плавильной печи

5. Схема и описание устройства плавильной печи

6. Выбор состава и технологии изготовления футеровки

7. Расчет индукционной печи

8. Общая характеристика и физико-химические особенности плавки

9. Шихтовые материалы. Состав шихты

10. Расчет состава шихты с помощью ЭВМ

11. Технологические особенности плавки

12. Контроль качества выплавленного сплава

13. Нормирование и ограничение выбросов загрязнений в окружающую среду

Заключение

Список использованных источников

Введение

Изготовление отливок методом литья по выплавляемым моделям расширяется с каждым годом благодаря ряду преимуществ этого способа. Основное преимущество метода - возможность получения сложных отливок толщиной стенок 0.5 - 1.0 мм с высокой точностью размеров и чистотой поверхности. Литье по выплавляемым моделям многооперационный, трудоемкий и длительный процесс. В состав комплекта оборудования входит ряд машин и установок, обеспечивающих в автоматическом режиме получение и отделку отливок.

Плавка металла и заливка форм являются важнейшей частью технологического процесса производства отливок, определяющей конечное качество литых деталей. Плавка сплавов характеризуется сложными физико-химическими процессами, протекающими при высоких температурах. Процесс плавки состоит из физических преобразований исходных материалов и химических реакций, в которых участвуют составляющие сплава и флюсы, а также печные газы и футеровка печей.

1. Краткая характеристика состава, структуры и литейных свойств сплава

Химический состав сплава ЖС6У (по ОСТ 1.90126-85) указан в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав сплава ЖС6У, %

Марка сплава	Легирующие элементы
ЖС6У	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ce	Ti	Al	Fe	Co	W	Nb	Zr	S
	0,16	0,4	0,4	8,5	1,8	0,02	2,5	5,5	1	9,5	10	1	0,04	0,01

Основные структурные составляющие:

матрица сплава (г-фаза)

упрочняющая фаза (г'-фаза)

карбиды

топологически плотноупакованные фазы (м-, у- и лавес-фазы)

Матрица сплава представляет собой аустенитную фазу на никелевой основе с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой, с повышенным содержанием элементов, образующих твердые растворы: кобальта, хрома, молибдена и вольфрама.

Алюминий и титан введены в сплав в количествах и взаимных пропорциях, обеспечивающих выделение больших объемных количеств г-, г'-фазы. г'-фазы имеет гранецентрированную решетку и выделяется когерентно с аустенитом, она больше обогащена алюминием и титаном, чем г-фаза. г'-фазы представляет собой соединение Ni₃Ti . Такое соединение образуется в матрицах с высоким содержанием никеля. Форма г'-фазы связана с величиной несоответствия параметров решеток г- и г'-фаз. Частицы г' имеют сферическую форму при несоответствии решеток 0,0-0,2 %, кубическую - при несоответствии решеток 0,5-1,0 % и пластинчатую - при несоответствии более 1.25%. Несмотря на малое содержание, углерод оказывает большое влияние на структуру и свойства жаропрочных сплавов.

Выделение карбидов в таких сплавах необходимо строго контролировать. Чрезмерно большое выделение карбидов отрицательно влияет на пластичность сплава. Недостаточное выделение карбидов по границам зерен

приводит к уменьшению долговечности. м-, у- и лавес-фазы образуются в определенных условиях, имеют пластинчатую структуру и обуславливают пониженную длительную прочность и пластичность сплава.

Таблица 2. Механические свойства.

Свойства	Температура испытания, °С
	20	800	900	1000	1100	1150
Модуль упругости Е*10-3,МПа	133-140	107-114	102-107	96-102	88-94	85-91
Предел прочности ув, МПа	912	1010	863	677	422	334
Предел текучести у0,2 , МПа	775	873	824	500	412	265
Относительное удлинение д, %	8,0	18,0	21,0	20,0	21,0	35,0
Относительное сужение ш, %	18,0	22,0	22,0	35,5	44,0	50,0
Ударная вязкость KCV, кДж/м2	250-300	-	250-280	210-220	130-280	70-300

Таблица 3. Физические свойства

Т, °С	Коэффициент теплопроводности, л, Вт*м-1*К-1,	Удельная теплоемкость Ср, кДж*кг-1*К-1,	Т, °С	Коэффициент электрического сопротивления, б*106, К-1.
25	-	-	20-100	11,4
100	9,6	0,368	100-200	12,1
200	11,3	0,406	200-300	12,7
300	12,6	0,441	300-400	13,0
400	14,2	0,460	400-500	13,6
500	15,9	0,502	500-600	13,6
600	18,0	0,544	600-700	14,2
700	19,7	0,586	700-800	15,2
800	21,3	0,628	800-900	17,2
900	23,0	0,668	900-1000	21,5

Таблица 4. Литейные свойства сплава.

Температура плавления, °С	1580
Температура заливки, °С	152010
Линейная усадка, %	2,0
Плотность, кг/м3	8400
Рабочая температура, °С	800-1050

2. Требования к плавильному оборудованию

Для обеспечения гарантированного качества литейных жаропрочных сплавов необходимо использовать самое современное оборудование.

Сплавы для производства шихтовых заготовок из литейных жаропрочных сплавов выплавляют в вакуумных индукционных печах полунепрерывного действия с емкостью тигля от 0.5 до 2.5 т. В печи полунепрерывного действия плавильный тигель постоянно находится пол. вакуумом, а загрузку шихты и выгрузку изложниц производят через систему шиберов. Печи должны быть оборудованы механизмом для загрузки в тигель под вакуумом шихтовых материалов, дозатором для введения раскислителей и легирующих добавок в процессе плавки, устройством для электромагнитного перемешивания расплава в тигле, термопарой погружения, устройством для осаждения зависшей шихты, скребком для очистки стенок тигля после слива металла, пробоотборником.

Замер температуры и оборудование для пробоотбора позволяют контролировать процесс плавления и рафинирования для получения требуемых конечных составов готовой продукции.

Печь должна быть оборудована системой напуска инертного газа в плавильную камеру для того, чтобы контролировать ход процесса или повышать давление в камере в случае необходимости, например, при введении добавок с высокой упругостью пара.

Поскольку дегазация расплава происходит на поверхности

вакуум расплав, то для увеличения скорости дегазации необходимо постоянно перемещать свежие порции металла к поверхности металлической ванны. Поэтому целесообразно применять индуктор с максимально возможным диаметром, чтобы можно было использовать максимальную площадь поверхности металлической ванны; таким образом обеспечивается высокая скорость дегазации расплава, что является основным фактором, определяющим эффективность работы печи.

Вакуумная камера должна быть выполнена из немагнитной нержавеющей стали и иметь двойные стенки для водяного охлаждения.

3. Выбор типа плавильной печи и способа плавки

Способы выплавки наряду с чистотой шихтовых материалов оказывают большое влияние на жаропрочные свойства сплавов, а также на стабильность этих свойств. Наибольшее распространение получил вакуумно-индукционный способ. Он обеспечивает:

-Повышенную чистоту металла, обусловленную уменьшением содержания окисных плен и других неметаллических включений в результате глубокой дегазации расплава под вакуумом перед присадкой элементов, обладающих большим сродством с кислородом и азотом (Al, Ti, Nb и другие);

-Рафинирование расплава от вредных примесей цветных металлов (Pb, Bi и другие), что способствует улучшению свойств сплава;

-Получение металла, стабильного по химическому составу;

-Возможность введение в литейные сплавы высокоактивных элементов-модификаторов (Zr, It, Ze).

Развитие технологии жаропрочного литья определило следующие этапы совершенствования плавильного оборудования:

1. Печи открытой выплавки;

2. Вакуумные печи периодического действия;

3. Вакуумные печи полунепрерывного действия.

В вакуумных печах периодического действия после каждой плавки

производят разгерметизацию корпуса, открывают камеру печи, вынимают залитую форму, чистят тигель и производят загрузку новой порции шихты, после чего устанавливают форму, печь закрывают, создают вакуум и проводят плавку.

Основными недостатками таких печей являются малая производительность и нарушение вакуума после каждой плавки. Это влечет за собой адсорбцию влаги, окисление остаточного металла н& стенках тигля, ухудшение процесса откачки воздуха из камеры и в конечном итоге не обеспечивает полного устранения образование окисных плен и должной очистки металла от газов и вредных примесей.

В печах полунепрерывнорго действия проводят без открывания печи несколько плавок, число которых определяется стойкостью тигля. В таких установках смену форм, а также загрузку шихты производят с помощью шлюзевых устройств-камер, отделяемых от основной камеры в печи шиберами. Благодаря этому в плавильной камере можно проводить плавку при низком давлении и одновременно в камеру загрузки при атмосферном давлении выполнять подготовку форм и корзин с шихтой к подаче в плавильную камеру. Перед подачей форм и шихты в плавильную камеру в загрузочных камерах создается собственными насосами давление, равное давлению в плавильной камере. После этого шиберные затворы открываются и плавильная камера сообщается с загрузочными камерами.

Печи полунепрерывного действия широко распространены в промышленности. Пред печами периодического действия они имеют ряд преимуществ:

- Устраняется откачка печи перед началом каждой новой плавки, что повышает производительность установки;

-Улучшаются условия работы огнеупорной футеровки тигля, которая не испытывает длительных колебаний температуры во время открывания печи;

-Снижается степень пропитывания стенок тигля окислами металла, остающегося после плавки в случае напуска в печь атмосферного воздуха, что уменьшает загрязнение металла при последующей плавки.

В данной работе надо разработать конструкцию печи для выплавки жаропрочного сплава на основе никеля ЖС6У, емкостью тигля 240 кг. Сплав содержит большое количество легирующих элементов. Имея высокую жаропрочность, сплав характеризуется существенным недостатком-склонностью к пленообразованию. Окисные плены, основу которых составляют оксиды и нитриды химически активных легирующих элементов алюминия и титана образуются в результате соприкосновения жидкого металла с воздухом в период плавки и заливки. Плены попавшие в отливку, снижают её прочность и являются очагом начала разрушения детали при работе в условиях высоких температур и больших напряжений.

Наиболее эффективным путем предотвращения окисных плен в отливках из жаропрочных сплавов, содержащих активные элементы, является плавка и разливка сплава в вакууме. С этой целью в промышленности, и особенно в авиадвигателестроении, широко применяются вакуумно-индукционные установки, плавящие металл электрическим током повышенной частоты.

На основании этих фактов плавку и заливку металла проводят на ВИАМ-24 - высоковакуумная, плавильная, механизированная установка полунепрерывного действия.

4. Техническая характеристика плавильной печи

Как было сказано выше, была выбрана вакуумно-индукционная печь для плавки жаропрочного сплава ЖС6У, модель ВИАМ-24.

В табл. 5 приведены технические данные печи, на рис.1 приведена схема.

Таблица 5.

Техническая характеристика ВИАМ-24.

Тип плавильной печи	индукционная, поворотная
Способ слива металла из тигля,	через носок плавильной, поворотной печи.
Емкость тигля , кг	250
Рабочая температура, 0С	1700
Рабочий вакуум плавильной камеры, Па	(0,67-0,13)
Рабочий вакуум заливочной камеры, Па	(6,7-1,3)
Продолжительность одного цикла, ч.	2,5-3,0
Источник питания	тиристорный преобразователь повышенной частоты типа ППЧ-250-2,5.
Напряжение на индукторе, В.	375
Частота , Гц	2500
Часовой расход охлаждающей воды , м3	66
Габариты: - высота , мм - ширина , мм - длина, мм	6612 7700 8700
Занимаемая площадь, м2	67

5. Схема и описание устройства плавильной печи

Печь (рис.1) представляет собой тигель из огнеупорного материала, окруженный индуктором и установленной на подине, укрепленной в металлическом каркасе. Для слива металла печь оборудован гидравлическим механизмом наклона тигля.

Последовательность работы: загрузка шихты в тигель, когда печь раскрыта, и установка формы. После соединения частей печи включают, вакуумные насосы. На индуктор подается напряжение. По окончании плавки готовый металл выливают в форму. Печь раскрывают, форму извлекают, и цикл повторяется.

Вакуумная индукционная установка ВИАМ-24 состоит из следующих основных узлов (см.рис. 1): камера плавильная (1); плавильный блок (2); камера заливочная (3); вакуумный блок (4); тиристорный преобразователь (5). Плавильная камера является центральным узлом установки. Внутри камеры находится плавильный блок, смонтированный на лобовой двери (7). Плавильный блок включает в себя: индуктор (8), тигель (9), механизм наклона (6), коаксиальный ввод (10). Питание индуктора осуществляется от тиристорного преобразователя. С другой стороны плавильной камеры подвешена вторая дверь (11) перекрывающая проём, через который осуществляется доступ плавильщика в полость плавильной камеры во время профилактических осмотров ндукционной печи, чистки камеры и установки сменных промежуточных чаш (20). В верхней части плавильной камеры, через вакуумные шиберы установлены: дозатор (12), устройство для ввода термопары (13). В верхней части камеры расположен механизм подачи клапана шлюза (14), тарелка которого (15) разделяет плавильную и заливочную камеры, что позволяет, не нарушая вакуума в плавильной камере, производить замену форм в заливочной камере. На боковой поверхности корпуса имеется: ломик-манипулятор (16), для обслуживания зеркала металла во время плавки, без нарушения вакуума в плавильной камере, смотровые окна (17), для наблюдения за ходом плавки, клапан для напуска воздуха (18). Вакуумный блок состоит из двух бустерных насосов БН-4500 или аналогичных (26), спаренных с двумя форвакуумными механическими насосами ВН-6ГМ (25) и третьего механического насоса ВН-6ГМ. Заливочная камера снабжена столом (28), дверью (19), через которую осуществляется загрузка и выгрузка форм при помощи манипулятора (24). На двери имеются смотровые окна, клапан для напуска воздуха. Пульты управления электрическим оборудованием установки и тиристорным преобразователем установлены на нижней и верхней площадках установки.

Рисунок 1. Схема установки.

6. Выбор состава и технологии изготовления футеровки

Одним из наиболее важных факторов определяющих эффективность работы вакуумных индукционных печей, является стойкость футеровки тигля. Основными требованиями к футеровки вакуумных индукционных печей являются:

- высокая температура размягчения;

высокая плотность;

высокая механическая прочность при рабочих температурах;

термостойкость;

-максимально возможная химическая инертность по отношению к расплаву.

Основой материала тигля являются электроплавленные оксиды алюминия и магния, а также муллит и магнезиальная шпинель, применение которого обусловлено тем, что в них закончились объемные и фазовые превращения, удалены нежелательные примеси и зерна имеют плотную структуру.

Основные способы изготовления тиглей:

набивка;

вибролитье водных или парафиновых шликеров;

изостатическое прессование.

В плавильно-заливочной установке ВИАМ-24 используются набивные тигли. Изготовление тиглей набивкой производится вручную пневматическими трамбовками послойно вокруг металлического шаблона. После набивки тигли сушат с помощью электронагревателей, а затем прокаливают в индукционной печи графитовым или металлическим электродом, вставленным внутрь тигля и нагреваемым токами высокой частоты. В подготовленном таким образом тигле производят две - три промывные плавки, после чего он готов к эксплуатации.

Таблица 6. Состав смеси для футеровки тигля

Материал	Содержание, %	Вес
1) Электрокорунд: № 40-80 № 16-25 2) Магнезит молотый (фракции 2-4 мм)	30 40 30	70 кг 95 кг 70 кг
Итого	100	235 кг
3) Плавиковошпат 4) Борная кислота 5) Вода	1 1 1	2,35 л 2,35 л 8-10

Засыпать в бетономешалку составляющие футеровочной смеси. Добавить 8-10 литров воды, перемешать до получения однородной массы не менее 30 минут. Высыпать приготовленную массу через разгрузочный люк в противень, накрыть влажной мешковиной и выдержать 2,0-2,5 часа.

Таблица 7.Состав смеси для набивки верхней части тигля и воротника

Материал	Содержание, %
1) Электрокорунд: № 40-80 № 16-25	10 90
Итого	100
2) Жидкое стекло	1:1

Смесь для набивки верхней части тигля и воротника приготавливать непосредственно перед применением, не ранее чем за 15 минут.

7. Набивка тигля

Набивку тигля разрешается производить как на установке, так и вне установки. При набивке вне установки вводы индуктора должны быть зафиксированы. Набивку тигля начинать с подины. На дно выложить слой увлажненной футеровочной массы по таблице 6, высота слоя 50-70 мм. Засыпанный слой массы утрамбовать по возможности плотнее и равномернее, так, чтобы трамбовка отскакивала от набитого слоя массы. Перед тем как заложить следующий слой, поверхность предыдущего утрамбованного разрыхлить острым ломиком для усиления связи между слоями на глубину 5-7 мм. Последующие слои засыпать на высоту 20-30 мм. Толщина подины должна составлять 90-110 мм (не менее 1,5 средней толщины стенки тигля). После набивки подины до требуемой толщины вставить по центру индуктора шаблон. Поверхность утрамбованного слоя вокруг основания шаблона взрыхлить ломиком на глубину 5-7 мм.

Засыпать футеровочную массу в кольцевое пространство между листовым асбестом индуктора и шаблона не более 50 мм, утрамбовать.

Набивку производить до тех пор, пока уровень футеровки не превысит верхнего витка индуктора. Верхнюю часть каждого слоя разрыхлять, для усиления связи между слоями. Стенки тигля выше верхнего витка индуктора и воротник набивать аналогично, смесью приготовленной согласно таблице 7. После набивки, до заварки, тигель сушить на воздухе не менее 24 часов.

Рисунок 2. Схема набивки тигля.

8. Физико-химические процессы при плавки в вакууме

Процессы, происходящие в жидком металле в вакууме, взаимосвязаны и в большинстве случаев протекают одновременно. Различают следующие реакции и процессы, протекающие в вакууме:

Раскисление металла углеродом в вакуумной индукционной печи

Важную роль в вакуумных процессах играет реакция взаимодействия углерода с кислородом, либо с растворенным в металле, либо с находящимся в окисных неметаллических включениях. Правильное использование этой реакции позволяет получать металл с низким содержанием кислорода. Поскольку продуктами раскисления углеродом являются окись и двуокись углерода, почти нерастворимые в металле, то они покидают сферу реакции и выделяются из жидкого металла. Это выгодно отличает раскисление углеродом от раскисления другими раскислителями, продукты взаимодействия которых с кислородом остаются в металле.

При выделении пузырьков преимущественно окиси углерода происходит не только раскисление и обезуглероживание металла. При подъеме пузырьков СО в жидком металле в него выделяются азот и водород, чему способствует увеличение реакционной поверхности металл-газ и падение давления внутри пузырька.

Согласно законам физики раскисление металла углеродом в вакууме зависит от парциального давления СО в газовой фазе. Чем ниже давление, тем выше раскислительная способность углерода, тем меньше кислорода должно остаться в металле при данной концентрации углерода. Однако эта зависимость справедлива для понижения давления от атмосферного до 10~³Па. Дальнейшее понижение давления вплоть до 0,1 Па не влияет на раскислительную способность углерода. В этом случае важно учитывать протекание обменных реакций между металлом и футеровкой тигля. Одновременно с взаимодействием углерода с растворенным в металле кислородом происходит переход кислорода из тигля в металл. От соотношения скоростей этих процессов и зависит остаточное содержание кислорода в металле. При давлениях менее 10~³Па раскислительная способность углерода во много раз меньше, чем это следует из теоретических данных.

Для раскисления никеля и сплавов на его основе углерод можно использовать в количестве 0,01-0,02 %. С повышением содержания хрома количество углерода должно быть увеличено, так как в присутствии хрома активность кислорода и углерода снижается.

Восстановление неметаллических включений

При раскислении сплавов происходит восстановление окислов, входящих в их состав, углеродом. В условиях вакуумной плавки возможности снижения температуры раскисления окислов особенно привлекательны. В атмосферных условиях углерод может начать раскисление окислов титана при температуре 1650°С, а окислов алюминия при 1950°С. С понижением давления раскислительная способность углерода повышается, и при разрежении 10 Па температура начала раскисления снижается примерно на 500°С, то есть окислы титана раскисляются углеродом при температуре 1150°С, а окислы алюминия -при 1450°С. Плавка жаропрочных сплавов в вакуумных печах при разрежении 4 Па подтверждает раскисляемость окислов алюминия при температуре 1550-1650°С по реакции:

ЗС + А1₂0₃ =2А1 + ЗСО

При этом окись углерода улетучивается.

При плавке в вакуумной индукционной печи компоненты жидкого металла непрерывно взаимодействуют с огнеупорными окислами футеровки тигля. В результате футеровка разрушается и металл загрязняется кислородом, неметаллическими включениями, элементами, входящими в состав окислов.

Испарение вредных примесей при плавке в вакууме

Наличие в жаропрочных сплавах примесей металлов, образующих по границам зерен легкоплавкие эвтектики или соединения, отрицательно сказывается на жаропрочности. Такими примесями являются олово, свинец, сурьма, висмут. Очистка сплава от вредных примесей - важное средство повышения жаропрочности сплава.

Вакуумная плавка позволяет решить эту проблему наиболее оптимально. Только в вакуумных печах создаются условия для почти полного рафинирования сталей и сплавов от этих примесей, содержание которых в готовых сплавах, выплавленных в вакууме, характеризуется десятитысячными долями процента.

Испарение компонентов жидкого металла можно представить в виде сложного процесса, осуществляемого через ряд последовательно протекающих стадий:

1 -я стадия - подвод компонентов из глубины ванны к испаряющей поверхности;

2-я стадия - диффузия компонентов через тонкий диффузионный слой;

3-я стадия - испарение компонентов с открытой поверхности в атмосферу;

4-я стадия - отвод паров примесей в газовой фазе.

9. Шихтовые материалы. Состав шихты

Для выплавки сплава применяются шихтовые материалы: никель, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, ванадий с ограничением содержания вредных примесей цветных металлов (свинца, висмута, сурьмы, олова), серы, железа, кремния, фосфора, углерода.

Таблица 8. Концентрация серы в шихтовых материалах и в сплаве ЖС6У, %

Шихтовые материалы	Концентрация серы в шихтовых материалах	Внесено серы в сплав ЖС6У	Концентрация элементов в сплаве
	Мин.	Макс.	Среднее	Макс.
Никель	0.003	0.007	0.0031	0.0043	61
Кобальт	0.001	0.002	0.0001	0.0002	10
Хром	0.01	0.028	0.0009	0.0025	9
Молибден	0.002	0.005	0.0003	0.0008	1.5
Алюминий	0.006	0.008	0.0003	0.0004	5.2
Титан	-	0.01	0.0002	0.0002	2.2
Вольфрам	-	0.005	0.0005	0.0005	10.2
Ниобий	-	0.004	0.00004	0.00004	1

Применяются шихтовые материалы высших сортов. Шихтовые материалы не должны иметь окалины, ржавчина и других примесей на поверхности. Для более плотной загрузки в тигель рекомендуемый размер кусков должен быть не более 100x100x100 мм. Шихтовые материалы, имеющие на поверхности окисную пленку и другие загрязнения, подвергаются осветлению во вращающемся барабане, либо обдирке и зачистке наждаком.

10. Расчет состава шихты с помощью ЭВМ

Расчет шихты проводят таким образом, чтобы получить в готовом металле оптимальное для данного сплава содержание всех легирующих элементов, при этом учитывают испарение в вакууме некоторых элементов.

Расчетное содержание того или иного элемента в шихте определим по формуле:

К_ш=[К_ж/100-У]100,

где К_ж - известное содержание элемента в жидком сплаве, перед заливкой; У - известный угар элемента при плавке, % по массе.

Угар элементов колеблется в значительных пределах.

Таблица 9. Угар элементов.

Элемент	Al	Cr	W	Ce	Ti	C	Fe	Si	Mn	Mo	Nb	Co	Zr
Угар, %	30-50	5-10	3-5	40-45	40-60	5-15	1-3	10-20	30-50	1-2	10-20	5-10	4-6

Угар никеля, серы и фосфора практически не происходит, поэтому принимаем значение угара для них 0.

Исходные данные о химическом составе сплава ЖС6-У для расчета шихты приведены в таблице 10.

Таблица 10. Исходные данные химического состава сплава ЖС-6У

	Содержание элементов, %
Требуемый хим. Состав	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ce	Ti	Al	Fe	Co	W	Nb	Zr	S
	0,2	0,4	0,4	9,0	1,2	0,02	2,9	6,0	0,1	10,0	10	1,0	0,04	<0,005

Масса завалки 240 кг. 100% свежих шихтовых материалов.

Расчет содержания Al: Требуемое содержание в отливках 6%, У = 40%, тогда

К_mAl= [К_ж/( 100-У)] 100 = [6/( 100-40)]-100 = 10% или 24 кг.

Расчет содержания Сr. Требуемое содержание в отливках 9%, У = 8%, тогда

К_mCr= [К_ж/( 100-У)] -100 = [9/(100-8)]-100 = 9.8% или 23,52 кг.

Расчет содержания W. Требуемое содержание в отливках 10%, У = 4%, тогда

К_mW= [К_ж/( 100-У)] -100 = [10/(100-4)]-100 = 10.4% или 24,96 кг;

Расчет содержания Мо. Требуемое содержание в отливках 1.2%, У = 1%, тогда

К_mMo= [К_ж/( 100-У)]-100 = [1.2/(100-1)]-100 = 1.2% или 2,88 кг;

Расчет содержания Ti. Требуемое содержание в отливках 2.9%, У = 40%, тогда

К_mTi = [К_ж/( 100-У)]-100= [2.9/(100-40)]-100 = 4.8% или 11,52 кг;

Расчет содержания С. Требуемое содержание в отливках 0.2%, У = 5%, тогда

К_шС= [К_ж/( 100-У)]-100 = [0.2/(100-5)]-100 = 0.21% или 0,504 кг;

Расчет содержания Fe. Требуемое содержание в отливках 0.1%, У = 3%, тогда

K_mFe= [КД 100-У)] -100 = [0.1/(100-3)] 100 = 0.1% или 0,24 кг;

Расчет содержания Si. Требуемое содержание в отливках 0.4%, У = 10%, тогда

К_mSi= [К_ж/( 100-У)] -100 = [0.4/(100-10)]-100 = 0.44% или 1,056 кг;

Расчет содержания Nb. Требуемое содержание в отливках 1%, У = 15%, тогда

K_mNb = [К_ж/( 100-У)] -100 = [ 1 /(100-15)] - 100 = 1.18% или 2,832 кг;

Расчет содержания Со. Требуемое содержание в отливках 10%, У = 8%, тогда

K_mCo= [К_ж/( 100-У)] 100 = [10/(100-8)]-100 =1 0.87% или 26,09 кг;

Расчет содержания Zr. Требуемое содержание в отливках 0.04%, У = 5%, тогда

K_mZr= [К_ж/( 100-У)] -100 = [0.04/(100-5)]-100 = 0.04% или 0,096 кг;

Расчет содержания Се. Требуемое содержание в отливках 0.02%, У = 43%, тогда

K_mCe = [К_ж/( 100-У)] 100 = [0.02/(100-43)] 100 = 0.035% или 0,084 кг;

Расчет содержания Мn. Требуемое содержание в отливках 0.4%, У = 40%, тогда

K_mMn= [К_ж/( 100-У)] 100 = [0.4/( 100-40)] 100 = 0.67% или 1,608 кг;

Далее рассчитанный состав шихты проверяем на содержание вредных примесей S и Р. Допускается S - 0,005% или 0,00075кг; Р - 0,01% или 0,0015 кг.

11. Технологические особенности плавки

Технология выплавки жаропрочных сплавов включает в себя:

загрузку и расплавление шихты;

рафинирование жидкого металла от газов и примесей;

-введение металлов, обладающих повышенным сродством с кислородом и азотом (Ti, Al, Zr, В), перед выпуском вводят высокоактивные модифицирующие металлы (Се, Y и др.).

Загрузку шихты в тигель осуществляют механизмом загрузки. Шихту укладывают в цилиндрический контейнер, раскрывающееся дно которого предварительно связывают тонкой алюминиевой проволокой ( или веревкой) и плавно опускают в тигель. Проволока при соприкосновении с раскаленным тиглем расплавляется и шихта опускается на дно. Затем подают мощность на индуктор, постепенно увеличивая ее до максимальной.

По мере подплавления и оседания металла в тигле вводят очередную порцию шихты; следует улавливать момент, когда еще не произошло полного расплавления металла, с тем чтобы порция шихты из контейнера опускалась на твердые куски, оставшиеся от предыдущей загрузки. Шихта, постепенно прогреваясь и освобождаясь от газов, медленно погружается в расплав.

Для расплавления «мостов» и «воротников», которые могут образовываться в процессе расплавления в верхней части тигля, тигель печи наклоняют как в сторону сливного носка, так и в противоположную сторону.

Расплавление ведут при максимальной мощности. В процессе расплавления поддерживают по возможности низкое остаточное давление в печи (1-10 мкм рт. ст.) для интенсивного кипения расплавленного металла.

В этот период из шихты удаляется основное количество газов и частично летучие вредные примеси.

После полного расплавления шихты и прекращения кипения ванны, проводят предварительное раскисление расплава углеродом, для чего при 1500-1600°С в металл вводят графитовый бой. Присадка углерода сопровождается небольшим кипением ванны за счет удаления из расплава СО.

Для окончательной дегазации и рафинирования от примесей производят выдержку металла в вакууме. Более полного рафинирования металла от примесей достигают, увеличивая время выдержки. Более длительная выдержка под вакуумом способствует удалению из металла азота и летучих вредных примесей.

Вместе с тем, взаимодействие металла с тиглем приводит к загрязнению сплава кислородом и неметаллическими включениями.

После окончания рафинирования расплава вводят металлы, обладающие повышенным сродством к кислороду и азоту (ниобий, тантал, титан, алюминий). Непосредственно перед сливом дают РЗМ, кальций, цирконий, бор, поскольку слишком ранняя присадка этих элементов приводит к загрязнению металла оксидными и нитридными неметаллическими включениями, образующимися при введение присадок.

В момент введения легарующих добавок наблюдается кратковременное падение вакуума, который вслед за этим быстро восстанавливается.

Для более быстрого и равномерного распределения легирующих добавок в объеме металла, после введения каждой добавки металл тщательно перемешивают с помощью устройства электромагнитного перемешивания, при этом наблюдается интенсивное движение металла от центра к стенкам тигля.

После присадки всех легирующих элементов берется проба жидкого металла для проведения экспресс-анализа по основным легирующим элементам и проводится корректировка химического состава путем подшихтовки в расплав необходимых количеств элементов.

Перед началом разливки берется проба металла для проведения окончательного химического анализа данной плавки, в том числе контролируются вредные примеси и газы.

Разливку готового металла можно проводить в разъемные кокили или стальные трубы с внутренним диаметром 60-100 мм. Разливка в трубы обеспечивает получение более качественной поверхности литых прутков. Длина труб около 1 м, толщина стенки трубы 15-20 мм.

12. Контроль качества выплавленного сплава

Одним из основных требований к качеству готовой продукции является обеспечение узкого химического состава по всем легирующим элементам, что гарантированно возможно осуществить только путем проведения экспресс-анализа во время плавки. Для этого производят отбор проб жидкого металла, которые затем ускоренно анализируются на специальных установках, расположенных непосредственно у печи: многоканальных рентгеновских флюоресцентных и вакуумных эмиссионных спектрометрах и других.

Следует обращать особое внимание на стандартный отбор проб жидкого металла и их подготовку к анализу. Для отбора проб применяются соответствующие конусные изложницы, изготовленные из малоуглеродистой стали.

Перед проведением анализа, пробы готовят на специальном оборудовании для обеспечения чистовой обработки поверхности R_z < 20 мкм.

На стадии внедрения стандартных образцов и методики анализа в производство, анализ обычно проводят двумя методами, например рентгенофлюоресцентным и химическим. При расхождении результатов берут дополнительные образцы от 1-2 плавок, тщательно анализируют их химическим методом и проводят корректировку градуировочных графиков.

После получения результатов анализа данной пробы проводят расчет и соответствующую корректировку химического состава каждой плавки обеспечиваются минимальные отклонения конечного содержания основных легирующих элементов от их расчетного содержания, %: по хрому ±0.25; по вольфраму ±0.20; по молибдену ±0.15; по кобальту ±0.25; по титану ±0.15; по алюминию ±0.15; по гафнию ±0.10; по танталу ±0.10; по ниобию ±0.15; по ванадию ±0.15; по углероду ±0.01.

Получение узкого химического состава сплава с минимальными отклонениями от плавки к плавки гарантирует постоянство качества продукции, стабильность структуры и свойств отливок.

13. Нормирование и ограничение выбросов загрязнений в окружающую среду

В последние десятилетия во многих странах мира проблема загрязнения незаменимых природных ресурсов приняла угрожающий характер. В связи с этим резко возросла роль технической экологии, одной из основных задач которой является нормирование и ограничение выбросов вредных веществ в окружающую среду. Основные критерии вредности атмосферных загрязнений можно сформулировать следующим образом:

Допустимой должна быть признана только такая концентрация того или иного вещества в атмосферном воздухе, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного или неприятного воздействия, не снижает его работоспособность, не влияет на самочувствие и настроение;

Привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный фактор и доказательство недопустимости изучаемой концентрации;

Недопустимыми являются такие концентрации вредных веществ, которые неблагоприятно влияют на растительность, климат, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения.

Таблица 11. Допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ

Вещества	ПДКм.р. (мг/м3)
	В рабочей зоне	В населенных пунктах
Окислы азота ( в пересчете на NO2)	5	0,085
Аммиак	20	-
Ангидрид сернистый	10	0,500
Ацетон	200	-
Глиноземосодержащая пыль	2	0,500
Доломит	6	0,500
Зерновая пыль	4	0,500
Известняк	6	0,500
Керосин (в пересчете на С)	300	-
Кислота серная	1	0,050
Кислота соляная	5	0,200
Магнезит	10	0,500
Масла минеральные	5	0,200
Окись углерода	20	3,000
Угольная пыль	10	0,500
Хлор	1	-
Едкие щелочи (растворы в пересчете на NaOH)	0.5	-

В качестве критерия для ограничения загрязнений применяют предельно допустимую концентрацию (ПДК), т.е. такую концентрацию вредного вещества в воздухе рабочей зоны, атмосфере или в воде водоемов, которая при ежедневном воздействии на человека в течении длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений и заболеваний. Речь идет об изменениях, которые могут быть обнаружены современными методами исследований не только в процессе работы человека, но и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Кроме того, ПДК загрязнений не должны быть причиной рефлекторных реакций у человека(ощущение запаха, световой чувствительности глаз и т.п.).Максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК_мр) - основная характеристика опасности вредного вещества, устанавливаемая с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека при кратковременном воздействии атмосферных примесей.

В таблице 11 приведены допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ, сопутствующих литейному производству и загрязняющих атмосферу.

Установлены также предельно допустимые концентрации вредных веществ воде водоемов санитарно-бытового использования. Для некоторых веществ, встречающихся в стоках литейных цехов, ПДК составляет, мг/л:

для ванадия, вольфрама, никеля, свинца, титана - 0,1;

железа, молибдена, хрома - 0,5;

аммиака (по азоту) - 2;

фтора в соединениях - 1,5;

бензина, керосина - 0,1;

нефти многосернистой - 0,1;

нефти прочей - 0,3;

четыреххлористого углерода - 0,03.

При проектировании новых технологических процессов литейного производства необходимо учитывать, что при их реализации могут образовываться новые химические соединения, ПДК которых не установлены. Существуют ускоренные способы оценки токсичности промышленных вредных веществ и установления для них ориентировочных значений ПДК. Наиболее перспективным является математический метод, позволяющий прогнозировать токсичность химических соединений по их физико - химическим свойствам или по результатам простейших токсикологических исследований. Расчетные методы не могут полностью заменить обоснования ПДК, проводимые в лабораториях, но для многих химических соединений определенные по формулам значения ПДК весьма близки к регламентированным Минздравом РФ.

Очистка от пыли

Технологические процессы изготовления отливок характеризуются большим количеством операций, при выполнении которых выделяется пыль, аэрозоли и газы. Пыль, основной составляющей которой в литейных цехах является кремнезем, образуется при приготовлении и регенерации формовочных смесей и стрежней, плавке литейных сплавов и т.п.

В литейном производстве для улавливания пыли применяется различное оборудование, которое в зависимости от принципа работы можно разделить на следующие типы:

-гравитационные пылеуловители (пылевые камеры, газоходы);

инерционные пылеуловители (циклоны, жалюзийные и инерционные);

мокрые пылеуловители ( скрубберы, пенные и турбулентные);

электрофильтры;

пористые фильтры.

Наиболее эффективные пылеуловители - рукавные и электрические фильтры - обеспечивают нормы очистки и применяются обычно в качестве окончательной ступени очистки после аппаратов грубой очистки.

Очистка от вредных газообразных веществ

Газовые выбросы литейных цехов являются носителями не только пыли, но и многочисленных вредных газообразных веществ, которые должны быть удалены. Способ очистки газо-воздушных смесей выбирают с учетом конкретных условий производства и технико-экономических расчетов.

Для обезвреживания вредных выбросов применяется несколько способов:

Метод абсорбции заключается в разделении газо-воздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов абсорбентом с образованием раствора. Этот метод используется при значительных концентрациях вредных примесей. В качестве абсорбента в основном служит вода, реже водные растворы или вязких масел.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием мало-летучих и малорастворимых химический соединений. Метод используется для обезвреживания некоторых специфических примесей и в литейном производстве используется редко.

В литейном производстве при мокрой очистке газов от пыли фактически происходит и абсорбционное обезвреживание газов от вредных примесей.

Очистка промышленных сточных вод

Мероприятия по борьбе с загрязнениями водных бассейнов разрабатываются в основном для производственных сточных вод (ПСВ). Они подразделяются на условно чистые (ПСВ_У) и грязные (ПСВ_Г).

Условно чистые - это воды, которыми охлаждается технологическое оборудование. После охлаждения воды очищают от механических загрязнений и масел, а затем возвращают в производство с ограниченной добавкой свежей воды. Химический состав и свойства условно чистой воды зависят от организации технологического процесса.

Производственные сточные воды, загрязненные химическими соединениями, в пазных литейных пехах и отлельных установок различаются по количеству и составу, поэтому дать их типовую характеристику довольно сложно.

В литейных цехах производственную воду расходуют на охлаждение оборудования, гидрорегенерацию песка, очистку вентиляционного воздуха, ваграночных газов, грануляцию шлаков, для приготовления красителей, формовочных и стрежневых смесей, гидравлической и электрогидравлической очистки отливок и т.п.

ПСВ, сбрасываются в общезаводские канализации. Для очистки ПСВ, применяются механические, химические, физико-химические (флотационные, экстракционные, электрохимические, сорбционные), термические и комбинированные методы.

Выбор и описание мероприятий по борьбе с шумом в плавильных отделениях

Шум как акустическое явление вредно воздействует не только на органы слуха. Он может вызвать и другие недуги: опухоли желудка и кишечника, нарушения кровообращения, сужение сосудов и т.п. Воздействуя на центральную нервную систему, шум влияет на жизнедеятельность организма: повышается артериальное давление, замедляется психическая реакция, и, следовательно, снижается производительность труда и возрастает опасность производственного травматизма. Вредная для здоровья граница громкости 80Д6 (разумеется, при достаточно продолжительном воздействии), звук громкостью 130 Дб вызывает у человека болевые ощущения, 155 Дб -ожоги, громкость 180 Дб смертельна.

Вредное влияние шума на человеческий организм, на животный и растительный мир сказывается не сразу, а спустя некоторое время. В этом одна из причин его недооценки.

При планировке литейных цехов необходимо предусматривать максимально возможное в пределах одного здания удаление помещений с интенсивными источниками шума от расчетной точки. Для уменьшения излучения шума в окружающую среду рекомендуются некоторые строительно-акустические мероприятия: применение специальных материалов и конструкций при проектировании перекрытий, стен, перегородок, дверей, окон; облицовка стен и потолка звукопоглощающими материалами; использование подвесных потолков и плавающих полов; покрытие поверхностей технологических коммуникаций звукоизоляцией и т.п.

Чтобы уменьшить воздействие шума на работающего, в помещении применяют кабины наблюдения, дистанционного управления и специальные боксы, где размещают оборудование. Если установленное в цехе оборудование издает шум, превышающий допустимые нормы, его помещают в отдельных звукопоглощающих боксах или камерах, покрывают звукоизолирующими кожухами или устанавливают акустические экраны.

Заключение

Данная курсовая работа посвящена исследованию, конструированию и расчету плавильной печи для изготовления жаропрочного сплава ЖС6У.

В работе описана характеристика состава, структуры и литейных свойств сплава. Исходя из них был выбран способ плавки и тип плавильной печи. Была выбрана плавильно-заливочная автоматизированная вакуумная установка с предварительным подогревом форм - ВИАМ-24. Для данной установки приведены:

техническая характеристика печи

схема и описание устройства плавильной печи

изготовление плавильного тигля

расчеты индукционной печи

физико-химические процессы при плавки в вакууме

Также были рассмотрены технологические особенности плавки, состав шихтовых материалов и выполнен расчет состава шихты.

Размещено на Allbest.ru

...