Технология, оборудование и организация производства отливок сантехнического назначения, в.т.ч. люков и ливнеприемников из серых и высокопрочных чугунов по газифицируемым моделям объемом производства 1500* тонн/год
Проект для производства отливок массой от
0,1 до 500 кг. из серых, высокопрочных чугунов
1. СУТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА,
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
В основе литья по газифицируемым моделям лежит процесс получения отливок путем заполнения формы жидким металлом в вакуумируемые формы с пенополистироловой моделью, которая под действием теплоты жидкого металла газифицируется. При этом модель замещается жидким металлом, который впоследствии кристаллизуется и затвердевает в вакуумируемой форме из несвязанного кварцевого песка. Вакуумирование кварцевого песка перед заливкой, в период заливки и кристаллизации металла обеспечивает прочность формы за счет перепада давления между атмосферным и в форме, равного 0,05 ¸ 0,09 МПа. Кроме того, вакуумирование формы обеспечивает эвакуацию образовавшихся газов за пределы формы (контейнера) через вакуумпровод в систему их очистки от вредных выбросов (окисление продуктов термодеструкции пенополистирола). Снятие вакуума после кристаллизации металла обеспечивает разупрочнение формовочного материала, что исключает образование дефектов в отливках, связанных с напряжениями в них вследствие усадки сплава.
ПОВЫШЕНИЕ качества ОТЛИВОК
В технологии литья по газифицируемым моделям исключается: - применение формовочных материалов (используется только свободный кварцевый песок); - стержневых смесей; - стержней.
Отсутствие процесса сборки формы и ее элементов способствует повышению размерной точности отливок до уровня 7 – 9 класса ГОСТ 26645-85, а шероховатости их поверхности до 12,5…25,0 мкм.
Достижение высокой точности и низкой шероховатости поверхности отливок позволяет снизить массу литых изделий на 15-30%, повысить коэффициент использования металла до уровня 0,85 ¸ 0,95, что способствует снижению объемов механической обработки отливок на 20-40% в сравнении с отливками, полученными в песчано-глинистые и металлические формы.
* - 1500 тонн в год – 2х сменный режим работы; - 2300 тонн в год – 3 х сменный режим работы.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ преимущества
Применение процесса литья по газифицируемым моделям позволяет исключить энергоемкие, трудоемкие, экологически - опасные процессы, как приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление из них традиционным способом форм и стержней, выбивку отливок и сократить обрубку и очистку отливок более чем на 50%.
Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, расход которых составляет 1,5-2,0 тонн/тонну литья, а также исключить применение остро - дефицитных связующих, которые преимущественно импортируются из зарубежья. Применение же метода литья по газифицируемым моделям позволит сократить количество используемых вспомогательных материалов до 4-х: - кварцевый песок
- противопригарные покрытия
- пенополистирол - пленка полиэтиленовая,
расход которых составляет (на 1 тонну годного литья): 50 кг., 25 кг., 6 кг. и 10 м2, соответственно.
В связи с возможностью размещения при этом методе литья моделей (отливок) в контейнере во всем этом объеме (пространственно), в отличие от традиционных методов литья в формах, где они находятся только в плоскости разъема формы, увеличивается выход годного литья. Для чугунного – 75-85%; стального – 65-80%; медных сплавов – 60-70%; алюминиевых сплавов – 65-80%. Это позволяет сократить расход шихтовых материалов и электроэнергии при плавке по сравнению с литьем в песчано-глинистые и металлические формы на 200-300 кг. и 100-150 кВт·час, соответственно. Одновременно сокращается расход электроэнергии за счет исключения операций формовки, изготовления стержней, смесеприготовления, их транспортировки, сушки на 150-250 кВт·час.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ безопасность
Экологическая безопасность технологического процесса обеспечивается исключением из применения токсичных связующих, большого объема формовочных и стержневых смесей, транспортировки их и выбивки отливок. Образующиеся вредные газы при заливке металла в форму и в период его затвердевания эвакуируются непосредственно из формы (контейнера) в вакуумную систему и поступают для обезвреживания в систему термо -каталитического дожига, где они окисляются до уровня 98% и в виде воды и двуокиси углерода выбрасываются в атмосферу. Формовочный (кварцевый) песок по закрытой системе пневмотранспорта поступает в установку терморегенерации, где освобождается от накопившихся в нем конденсированных продуктов термодеструкции пенополистирола.
краткое описание ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технология включает операции изготовления, сборки, окраски пенополистироловых моделей, формовки, заливки, удаления отливок, охлаждения и регенерации формовочных материалов. Для получения этих отливок предлагается технология литья по газифицируемым моделям (Lost - Foam Casting) в вакуумируемых формах, суть которой заключена в следующем: Первоначально производится подготовка полистирола (для газифицируемой модели (ГМ), основное отличие которого от других видов пенопластов состоит в повышенном содержании изопентана, процесс подвспенивания производится для получения его объемной массы не превышающей 25 кг/м3. Изготовление моделей из вспененного пенополистирола производится через 12-24 часа путем его обработки паром в пресс формах с последующим их охлаждением в воде. После этого пенополистироловые модели окрашиваются противопригарным покрытием толщиной 0,4 - 0,8 мм. и подвергаются сушке при температуре 50-60оС. Затем, при необходимости, модели вместе с литниково - питающей системой подвергаются сборке в блоки для последующей заливки.
Формовка блока окрашенных пенополистироловых моделей производится путем установки его в контейнер, который засыпается кварцевым песком без связующего и подвергается виброуплотнению. После уплотнения кварцевого песка верхняя часть контейнера герметизируется полиэтиленовой пленкой. Форма перед заливкой подвергается вакуумированию. После заливки металла в специальную литниковую систему форма в течении 2-10 мин. дополнительно вакуумируется.
После отключения вакуума от формы отливки в ней охлаждаются еще в течении 10 - 30 мин. После окончания цикла охлаждения отливок, контейнер поворачивается на 180о и отливки, песок удаляются из контейнера без применения традиционной операции выбивки.
Впоследствии песок подвергается охлаждению и регенерации на установке термической регенерации песка типа РКСГ, а отливки поступают на финишные операции.
Образовавшиеся вредные газы через вакуумную систему поступают в установку термокаталитического дожига типа УКДГ, что обеспечивает их обезвреживание со степенью 98% и в окончательном виде в атмосферу выделяется газовая смесь до 85% N2, 5%O2, 10 % CO2, а содержание углеводородной составляющей образуется менее
0,001%, что в 10 - 15 раз меньше предельно допустимых норм выбросов.
Применение пенополистироловой модели, которая газифицируется при заполнении форм жидким металлом позволяет обеспечить высокие технико-экономические показатели, в.т.ч.:
коэффициент использования металла 80-98%
выход годного 65-80%
повышение механических характеристик материала отливок на 10-15%
снижение массы отливок на 15-25%
снижение расхода шихтовых материалов и ферросплавов на 15-25%
снижение расхода формовочных и стержневых материалов на 80 -90%
снижение капитальных затрат, раз 2-2,5
уменьшение производственных площадей, раз 3-4
уменьшение трудозатрат 30-50%
К тому же использование предлагаемого технологического процесса полностью исключаются такие трудоемкие процессы, как приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление стержней, выбивка отливок и на 70 -80% сокращается объем финишных операций.
Сравнительные технико-экономические характеристики показатели показывают, что применение процесса литья по газмоделям (“Lost - Foam Process”) позволяет значительно снизить трудозатраты, расход материалов и энергии, повысить экологическую безопасность в сравнении с традиционными технологиями литья в песчаные и металлические формы, по выплавляемым моделям и “Replicast Process”. т. 38-