Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 8
1.1 Характеристика условий эксплуатации изложниц и их стойкость 8
1.1.1 Анализ тепловой работы изложниц 9
1.1.2 Термические напряжения 10
1.1.3 Влияние условий эксплуатации на стойкость 13
1.2 Анализ параметров изготовления и других факторов, влияющих на стойкость изложниц 17
1.2.1 Виды и причины разрушений изложниц 17
1.2.2 Стадии и методы совершенствования конструкции изложницы 19
1.2.3 Влияние материала изложницы на её стойкость 23
1.3 Цель и задачи исследования 29
2 Анализ стойкости изложниц на ОАО «ЧЦЗ» 31
2.1 Стойкость изложниц, способы её оценки и учета 31
2.2 Связь стойкости изложниц с технологией их изготовления 36
2.3 Влияние условий эксплуатации 37
2.4 Общий уровень стойкости 38
Выводы 39
3 Исследование термостойкости изложниц 40
3.1 Методика расчета температурных полей 40
3.2 Методика расчета полей напряжений и деформаций 45
3.2.1 Закономерности возникновения и развития термических деформаций и трещин 45
3.2.2 Определение возникновения остаточных деформаций и теоретической термостойкости изложниц при теплосменах 52
3.2.3 Определение полей напряжений 56
3.3 Оценка адекватности математических моделей 58
Выводы 62
4 Поиск способов повышения термостойкости изложниц 63
4.1 Определение закономерностей термического воздействия на изложницу 63
4.2 Влияние условий эксплуатации 79
4.3 Механизм возникновения термических напряжений 82
4.4 Улучшение технологии изготовления 87
4.5 Результаты обработки связи стойкости с различными факторами 98
4.6 Анализ возможности замены материала изложницы 107
Выводы 111
5 Опытно-промышленные испытания 113
5.1 Методика контроля параметров изготовления и стойкости изложниц 113
5.2 Условный технико-экономический эффект 114
Основные выводы 118
Литература 121
Приложение 1 131
Приложение 2 147
Приложение 3 162
Приложение 4 163
- Стадии и методы совершенствования конструкции изложницы
- Закономерности возникновения и развития термических деформаций и трещин
- Улучшение технологии изготовления
- Условный технико-экономический эффект
Введение к работе
Актуальность проблемы. Стойкости изложниц для изготовления стальных слитков посвящено много исследований, изучены различные типы конструкций, режимы охлаждения, а также геометрия изложниц. Чугунным изложницам для литья слитков из цинка и сплавов на его основе практически не уделяется внимания. Актуальность диссертации диктуется малым количеством наливов (стойкостью) изложниц при изготовлении цинковых блоков массой 1-2 т. И хотя температура заливки цинка 450-480 С невелика по сравнению с температурой заливки стальных слитков 1550-1600 С, уровень стойкости изложниц на цинковых заводах достаточно низок, что приводит к снижению конкурентоспособности, как на российском, так и на мировом рынках.
Одним из направлений повышения стойкости изложниц является выявление её связи с различными факторами, изучение механизма образования трещин, а также закономерностей в распределении температурных полей в изложницах, на основе которых возможен прогноз стойкости.
Главной характерной особенностью тепловой работы любой изложницы, в том числе и для цинковых блоков, в процессе ее эксплуатации являются резкие циклически повторяющиеся односторонние нагревы от заливаемого во внутреннюю полость жидкого сплава и последующие охлаждения, включая период после выбивки затвердевшего слитка. Многократные повторения чрезвычайно интенсивных термических воздействий на изложницу как на конструкцию в целом, так и на материал, являются основными причинами ее разрушения и выхода из строя. Сложный тепловой режим работы изложницы с охлаждением в проточной воде требует четкой согласованности её тепловых потоков и одновременно осложняет проведение измерений.
Таким образом, отсутствие информации о влиянии технологии изготовления изложниц для литья цинка и условий их эксплуатации, требует проведения комплексных исследований и является весьма актуальной задачей литейного производства в плане повышения их стойкости.
Часть разделов работы выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки РФ и Правительства Челябинской области (2005 г.).
Цель и задачи исследования. Настоящая диссертационная работа имела целью разработать способы повышения стойкости изложниц для литья однотонных блоков цинка на основе установления закономерностей температурно-деформационных процессов и термоусталостной прочности при различных режимах охлаждения. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести анализ стойкости изложниц в условиях ОАО «ЧЦЗ» и её связи с различными факторами;
определить закономерности термических воздействий на изложницу;
изучить механизм возникновения напряжений в стенке изложницы;
разработать способы повышения стойкости изложниц;
- провести опытно-промышленные испытания разработок с оценкой их эф
фективности.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена совокупность научных положений, обеспечивающих новые технологические решения в изготовлении и эксплуатации чугунных изложниц для литья цинка и сплавов на его основе. В том числе:
результаты анализа стойкости эксплуатируемых изложниц для литья однотонных цинковых блоков;
данные статистического анализа связи факторов технологического процесса изготовления изложниц с их стойкостью, выявление тенденции влияния на стойкость продолжительности и температуры чугуна при заливке им форм;
методика математического моделирования температурных полей изложниц с толщинами стенок от 30 до 70 мм с режимами охлаждения проточной и стоячей водой, а также на воздухе с использованием разделительного теплоизоляционного покрытия и без него;
зависимости температуры от времени в различных точках изложницы при различных сочетаниях условий охлаждения и толщин стенок на основе компьютерного моделирования;
теоретическое и экспериментальное подтверждение возможности применения разработанной компьютерной программы для расчета температурных полей изложниц;
механизм образования трещин в изложницах в пределах одного цикла заливки цинка и за счет накопления остаточных деформаций с ростом количества циклов.
Практическая ценность работы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований осуществлены технологические и конструктивные изменения, которые в комплексе привели к повышению качества изложниц и, как следствие, к лучшей стойкости. Просчитаны температурные поля изложницы, выделены оптимальные толщины стенок для различных режимов и скоростей охлаждения с позиции наибольшей стойкости.
Изменение технологии изготовления изложниц позволило снизить брак, исключить дефекты, провоцирующие их низкую стойкость, повысить качество их поверхности. Стабилизация газового режима формы путем интенсификации отвода газов через форму исключила выход газа через прибыли в момент затвердевания изложницы.
Разработан состав разделительного теплоизоляционного покрытия, который не снижает марки чистого цинка и имеет хорошие кроющие и седиментацион-ные свойства. Интенсификация теплоотвода в одних элементах изложниц и его равномерность в других обеспечена использованием в охлаждающих ваннах с водой новой схемы расположения труб с различными диаметрами выходных отверстий. Внедрение данной схемы в производственный цикл позволило улучшить режим охлаждения, исключить образование газовых «мешков» под дном изложницы, ускорить охлаждение блока.
Показана целесообразность перехода производства изложниц с серого чугуна СЧ20 на высокопрочный ВЧ45-ВЧ50.
Реализация работы. На ЗАО «Поликом» (г. Челябинск) проведены промышленные испытания разработанной технологии изготовления изложниц, а предложенный процесс эксплуатации изложниц прошел опытно-промышленное испытание на ОАО «Челябинский цинковый завод» (ОАО «ЧЦЗ»).
Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на VII съезде литейщиков России, г. Новосибирск (2005 г.), на научно-технических конференциях в ЮУрГУ (2003, 2004, 2005 гг.), сделан доклад на кафедре «Литейного производства» ЮУрГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 117 наименований и 4 приложений; содержит 120 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 41 рисунок.
Стадии и методы совершенствования конструкции изложницы
При конструировании изложницы важно выбрать рациональные параметры внутренней полости формы и стенок в поперечном и продольном сечениях. К настоящему времени сложился следующий подход по поиску оптимальных размеров изложниц для литья стальных слитков.
На первой стадии размеры изложницы выбирают на основе данных, полученных по расчетным эмпирическим формулам, опубликованным в литературе [2,98]. При этом учитывают, что стойкость изложниц зависит от технологии отливки и применяемого чугуна, конструктивных особенностей и условий эксплуатации.
На второй стадии поиска конструкция изложницы уточняется. Чаще всего это достигается одним из следующих методов:
Первый метод - во время кристаллизации слитка измеряют [14] значения температур в различных точках стенок изложницы, по которым вычисляют напряжения;
Второй метод - после наполнения горячей водой модели изложницы из органического стекла с помощью тензометров изучают [62,63] напряжения в стенках, полученные данные затем пересчитывают [40] на реальную конструкцию изложницы;
Третий метод - на различных этапах подготовки и эксплуатации изложницы напряжение в ее стенках измеряют [18] методом магнитной анизотропии металла.
На металлургических заводах при совершенствовании конструктивних параметров изложниц недостаточно полно используют возможности указанных методов измерения температурных полей и напряжений [97]. Объясняется это отчасти известной сложностью проведения высокотемпературных металлургических экспериментов. Полученные данные экспериментальных измерений при литье стали в изложницах приведены в различных периодических изданиях [3,8,19] в разрозненном виде.
В качестве исходных данных при конструировании изложниц принимаются [5,29,58] поперечный размер ее среднего сечения и высота. Для определения оптимальной толщины стенок изложницы экспериментально установлены различные математические зависимости и соотношения. Так, например, Бакон [96] предложил следующую формулу:
Убедившись в том, что отношение И/С удовлетворяет оптимальному, дальнейшую доводку размеров производят путем изменения толщины стенок по высоте изложницы. Принцип термической уравновешенности изложницы выдерживается за счет увеличения (уменьшения) толщины ее стенок в местах наибольшего (наименьшего) прогрева. Окончательную величину И/С, а также форму горизонтального и вертикального сечений стенок изложницы, выбирают с учетом пригодности ее к работе, удобства обращения при извлечении слитка. Толщину стенки изложницы делают несколько больше по сравнению с рассчитанной по формуле (1.1).
Форму поперечного сечения изложницы выбирают в соответствии с назначением отливаемого в ней слитка. Обычно отношение большей стороны к меньшей составляет 2:1 или 3:1. Еще большее увеличение указанного отношения приводит к неодинаковому прогреву сторон изложницы и, вследствие этого, к короблению и преждевременному выходу из строя. С целью повышения стойкости и улучшения качества слитков в России [48,49,39] и за рубежом [108] предпринимались многочисленные попытки изменить форму внутренних стенок изложницы. Последние выполняли выпуклыми, вогнутыми и волнистыми. При значительной выпуклости стенок увеличивается опасность образования угловых трещин и разрушения изложницы в процессе стриппирования. При заметной вогнутости условия эксплуатации изложниц улучшаются, но слитки подвержены опасности образования продольных трещин.
Результаты испытаний изложниц с внутренней волнистой поверхностью [82] показали, что в большинстве случаев стойкость их выше обычных. На основе данных теоретических исследований Институт проблем литья АН УСССР предложил конструкцию нового профиля внутренней поверхности изложницы, в которой предусмотрены наклонные (под углом 45) ребра или впадины с шагом 100-120 мм и глубиной (высотой) 5-8 мм [66]. При такой форме внутренней поверхности изложницы качество слитков повысилось.
Скребцов A.M. с соавторами [95] предложили новые конструкции изложниц. В этих конструкциях профиль наружной поверхности вертикального сечения стенки позволяет обеспечить примерно одинаковый ее нагрев по всей высоте. Для усиления жесткости и прочности тонких стенок предусмотрены литые поперечные и продольные ребра, толщина которых соизмерима с толщиной стенок изложниц. На расстоянии 50 мм от внутренней поверхности изложницы максимальные разности температур по ее высоте в наиболее опасный период заливки стали составляют в усовершенствованной изложнице 30 С, а в обычной - 115 С. Опытные изложницы с одним поперечным и четырьмя продольными ребрами имеют массу, одинаковую с массой обычных изложниц, а срок службы их увеличивается приблизительно в полтора раза.
Существуют различные способы разработки оптимальной конструкции изложницы. Суть этих способов заключается в следующем: используя эмпирические зависимости и опыт металлургов в проектировании, конструируют исходную изложницу. Параметры последней затем уточняются. Для этого исследуют температурные поля изложниц [11,36], тензометрируют напряженное состояние на моделях из органического стекла [56,62], рентгенографическим методом определяют остаточные напряжения [81,115], методом магнитной анизотропии исследуют остаточные и эксплуатационные напряжения [19]. Однако все эти методы определения напряжений требуют качественной подготовки, существенных затрат и сложны в реализации.
Таким образом, при установленном уровне как термических, так и остаточных напряжений необходимо выбрать материал изложниц, который бы выдерживал эти нагрузки.
Закономерности возникновения и развития термических деформаций и трещин
Термические напряжения в любых конструкциях возникают вследствие различия в изменениях температур, а, следовательно, температурных деформаций отдельных участков (элементов). Это выражается элементарными соотношениями
Приведённые соотношения в таком виде неопределённые и выражают только качественную связь. Чтобы правильно применить эти соотношения, необходимо уточнить схему взаимодействия элементов конструкции, обусловленную температурной неравномерностью. Можно представить несколько типичных схем температурных неравномерностей, которые обуславливают соответствующие схемы напряженно-деформационных состояний.
Рассмотрим первую схему, где температурная неравномерность образуется в результате одностороннего нагрева, в простейшем случае плоского тела в виде плиты с габаритными параметрами L, В и Н (рис. 3.2). При этом L и В значительно превосходят Н. Такую плиту относят к полубесконечным, что означает незначительное влияние торцов на рассматриваемый процесс, а поверхностные слои А и Б взаимодействуют через слой Н. Пусть нагрев происходит со стороны поверхности А, тогда в поверхностном слое А возникают температурные деформации, приводящие к увеличению размеров L и В, а также Н на высоте прогрева АН. Очевидно, учитывая влияние времени, с которым связан прогрев через теплопроводность, необходимо выделить две подсхемы температурной неравномерности и ею обусловленные деформационно-напряжённые состояния:
при установившихся условиях;
при неустановившихся условиях.
Анализ деформационно-напряженного состояния при неустановившихся условиях (при неустановившемся процессе) более сложный. Но он более типичный, так как любой установившийся процесс проходит стадию неустановившегося. В связи с этим достаточно остановиться на разборе только подсхемы температурной неравномерности при неустановившихся условиях, которая имеет место в изложницах любой конструкции и массы, в кокилях, пресс-формах, в водоохлаждаемых элементах тепловых агрегатов и т.д.
С учетом отмеченного, при неустановившемся процессе рассматриваются экстремальные крайние (граничные) моменты, которые характеризуются максимальными значениями напряжений и деформаций. Следует обратить внимание на то, что в процессах, обусловленных температурной неравномерностью первичной является деформация, а не усилие и напряжения, которые сами появляются вследствие возникновения упругой деформации. Сначала устанавливаются наиболее опасные периоды (моменты), а затем анализируются по соотношениям (3.19)-(3.22) возможные последствия. Очевидно, что наиболее опасным моментом по схеме 1 необходимо принять момент полного прогрева плиты по высоте Н без изменения первоначальной температуры в поверхностном слое Б. Это соответствует следующим соотношениям деформации и напряжений:
Выражения (3.23) и (3.24) могут быть использованы только в том случае, когда температура горячего и холодного слоев относятся к одной структурной области, y-Fe или a-Fe. При значительной разнице температур поверхностей А и Б необходимо использовать соотношения:
Вторую схему можно представить в виде трёх элементов с неравномерно изменяющейся температурой (рис. 3.3). Элемент 1, нагреваемый интенсивнее двух других (соседних) элементов, расширяется во все стороны (по толщине уже рассмотрено), но связан с обеих сторон с двумя элементами в продольном направлении.
При рассмотрении процесса в одной структурной области материала (например, в a-области) нагреваемого изделия, деформации и напряжения описываются соотношениями (3.23) и (3.24), в разных структурных (температурных) областях- (3.25) и (3.26). Очевидно, это нужно рассматривать f с учетом площадей сечений fj и f2=fj. Пусть будет fi=2f2=2f3 и —!— = 1. Тогда деформация растяжения в холодном элементе и деформация сжатия в горячем будут равны по модулю и обратны по знаку, и описываются по (3.23) и (3.24) при г.нч. = х.нч.- В реальных условиях, с учетом разницы модуля упругости и пластичности в элементах, в зависимости от степени их нагрева, соотношение Дє, и ДЕХ будут отличаться от единицы и, естественно, в сторону увеличения деформации сжатия в горячем элементе, т.е.
Из (3.29) следует, что соотношения (3.25) и (3.26) для 2—схемы можно воспринимать как максимально возможные, то есть больше этих значений деформация и напряжение не могут быть, и, если они по этим расчетам не превышают допустимых критических значений, то фактические, реальные, тем более не могут превышать.
Третья схема (рис. 3.4) температурной неравномерности и деформационно-напряженного состояния изделия представляется в виде участка пятна в каком-либо элементе, разогретого по какой-либо причине (соприкосновение со струей жидкого металла, с факелом горелки, потоком тепла или горячего газа другого типа, например, середина днища изложницы).
Такая неравномерность температуры вызывает локальную температурную деформацию расширения, которая в соседних участках этого элемента обуславливает реакцию деформации растяжения. Это может привести к трещинам в холодном участке согласно соотношению (3.28). Опасность такого разрушения появляется в тех случаях, когда сам элемент в целом, испытывает деформацию растяжения со стороны соседних участков по схеме 2 (рис. 3.3). Однако это сочетание не является типичным. Наибольшей опасностью, по которой изделие выходит из строя, является теплосменность (цикличность процессов нагрева и охлаждения). Теплосмены по схеме 3 (рис. 3.4 а, б) при нагреве в горячем участке вызывают деформации сжатия, а при охлаждении -растяжения. Процесс образования трещин (сетки разгара) связан с периодом нагрева, когда температурная деформация материала вызывает «вынужденную» деформацию сжатия, и с периодом охлаждения, когда прошедшая в первом полуцикле (нагреве) деформация сжатия обуславливает деформацию растяжения в ранее разогретом участке.
На рис. 3.4 (б) стрелки показывают направления температурной деформации в период охлаждения в ранее разогретом участке и реакцию менее разогретого участка.
Таким образом, происходит смена знаков деформаций и напряжений в разогретом участке, что обуславливает термоусталость, которая связана с накоплением деформаций наибольшей величины. Наибольшая деформация, очевидно, имеет место в первом полуцикле (нагреве), а во втором полуцикле (охлаждении) происходит растяжение, меньшее по величине, чем сжатие в 1— полуцикле. Это обуславливает остаточную деформацию, которая «как бы укорачивает со всех сторон разогретое пятно» [63,64,71] при сравнительно неподвижном окружении холодного участка. Из этого следует, что сетка разгара образуется и развивается только при охлаждении вследствие накопления деформации сжатия при нагреве и деформации растяжения при охлаждении. Их разность приводит к остаточной деформации в каждом цикле. Чем больше остаточная деформация, тем меньше циклов выдерживает материал, а значит меньше термостойкость материала.
Улучшение технологии изготовления
В технологическом процессе [30], после изготовления формы следует её сушка в печи с выкатным подом при температуре 250 С в течении 14 часов. Нижняя и верхняя полуформы сушатся в разобранном состоянии. После сушки в нижней полуформе, главным образом, на «болване», появляются трещины, что свидетельствует об интенсивности выделения образующегося при сушке газа и недостаточной газопроводности нижней полуформы. При этом нижние опоки (используются три комплекта опок) не имеют вентиляционных отверстий. Поэтому для улучшения газового режима формы в опочной оснастке использовали дополнительный каркас для болвана (стержня) в виде крестовины труб диаметром 50 мм, показанный на схеме рис. 4.13.
Этот технологический прием улучшил газопроводность нижней полуформы, но трещины на болване после сушки всё-таки обнаруживались, что свидетельствует о её неблагоприятном режиме. В результате анализа работы сушила были выработаны следующие рекомендации для работы: сушить форму необходимо по определенному режиму - подъем температуры до 100 С по мощности печи, до 150 С со скоростью не более 50 С/час, до 200 С - со скоростью не более 25 С/час, дальше по мощности печи с общей продолжительностью не менее 16 часов. При соблюдении такого режима трещины на поверхности были полностью исключены.
Заливка форм металлом осуществляется из поворотного ковша вместимостью 1 тонна. Предусмотренная технологией литниковая система с питателями, направленными по длине продольных фланцев, обеспечивает возможность заливки полости формы с большой весовой скоростью без разрушения её стенок. Однако процесс заливки усложняется необходимостью участия в заливке минимум 4-х человек. Первый непосредственно транспортирует ковш с помощью кран-балки и позиционирует его в вертикальной плоскости при заливке. Второй управляет механизмом поворота ковша. Третий разливщик позиционирует ковш в горизонтальной плоскости, стараясь направить воронку ковша в литниковую чашу формы. А в это время четвертый заливщик доской задерживает шлак в ковше. При неточных, не согласованных действиях увеличивается продолжительность заливки, идет заполнение формы шлаком и есть вероятность получения ожогов от разлившегося по разъему формы металла. Таким образом, существующий режим заливки не гарантирует стабильности производства, так как использование поворотного ковша не даёт возможность полностью исключить попадание шлака в форму. Для устранения указанных нарушений был изготовлен чайниковый ковш, конструктивно задерживающий шлак, что освободило от заливки одного человека и полностью исключило попадание шлака в полость формы.
При заливке основным параметром является температурно-временной режим заливки. Известно, что при заливке снизу, чем ниже температура заливки, тем быстрее металл начинает кристаллизоваться [109], тем хуже работают прибыли, расположенные в верхней полости изложницы. Но слишком высокая температура тоже нежелательна, так как идет трудноотделимый слоя пригара, что повышает себестоимость изготовления и снижает производительность труда. Оптимальные пределы температур при литье изложниц составляют 1260— 1280 С. Общемировая практика показывает [98,42,47,57], что при изготовлении изложниц необходимо заливать сплав как можно быстрее. При быстрой заливке изложниц хорошо работают прибыли, так как вверх поднимается ещё не охладившийся металл. Кроме того, быстрая заливка предотвращает такие дефекты как ужимины и спаи. А при длительной заливке полости прибылей заполняет уже достаточно холодный металл, что снижает эффективность прибылей и приводит к разогреванию низа отливки последними потоками металла. В случае перерыва заливки возможно образование спаев и плен. Оптимальная продолжительность заливки рассматриваемых изложниц 30-60 секунд.
После охлаждения изложницы [83] до температур 500 00 С следует её выбивка, а затем, после полного охлаждения, отделяются литниковая система и прибыли. Возможность зарождения микротрещин на стадии изготовления является важным фактором (дефектом), влияющим на стойкость изложниц. На способность противостоять знакопеременному нагружению при теплосменах большое влияние оказывает структура чугуна, проявляющаяся в наличие цементита и связанная с углеродным эквивалентом.
Любой дефект типа неметаллического включения, несплошности, микротрещины, структурной неоднородности снижает предельные значения прочности и особенно пластичности. Образование таких дефектов ведет к снижению предела прочности ав, провоцируя зарождение трещин. Таким образом, разрушение наступает при более низких напряжениях и деформациях, а, следовательно, при более низкой температурной неравномерности, на что указывают разные провалы стойкости (табл. 2.1.)
При отсутствии возможности проведения неразрушающего контроля качества изложницы, использовали компьютерное моделирование. Моделирование проводили для наиболее благоприятных условий заливки, а именно продолжительностью заливки 30 с и температурах 1220, 1260, 1280 С. На рис. 4.13-4.21, представленных ниже, показаны разные сечения. Выбор сечения проводился по максимальному количеству дефектов в сечении.
Компьютерный анализ существующей технологии изготовления и геометрии изложницы выявил наличие обширной области усадочных дефектов под прибылями (рис. 4.13-4.18).
Моделированием установлено, что в сечениях, по которым образуются эксплуатационные трещины, обнаруживаются поры усадочного происхождения (рис. 4.13, 4.15, 4.17). Из этого следует, что в первую очередь необходимо обеспечить изготовление бездефектных изложниц. Пониженная температура заливки 1220 С в сочетании с быстрой заливкой в 30 с, приводят к тому, что металл начинает раньше кристаллизоваться, и, как следствие, ухудшается работа прибылей. А это приводит к недостаточному питанию тонких стенок и появлению дефектов усадочного характера. Это хорошо видно на разрезе изложницы (рис. 4.13), в переходах от вертикальной стенки к горизонтальному участку, как правило, более массивному образуется усадочная пористость. Характер затвердевания показан на рис. 4.14, где видно, что работа прибылей прекращается до затвердевания изложницы. При такой температуре направленность затвердевания нарушена, что, собственно, и видно на рис. 4.14.
Увеличение температуры заливки до 1260 С при той же продолжительности в 30 с улучшает общую картину питания отливки, но недостаточно для формирования годной отливки. Результаты приведены на рис. 4.15 и 4.16. Также рассмотрен вариант с быстрой заливкой при 1300 С. В большинстве сечений уже нет усадочных дефектов, однако исчезновение их происходит не полностью (рис. 4.17, 4.18). При заливке с такой температурой происходит образование толстого слоя пригара, как на наружной стороне, так и на внутренней рабочей стороне, что негативно сказывается на производительности труда и, в конечном счете, на качестве изложницы.
Таким образом, если для самого быстрого режима заливки не получены удовлетворительные результаты, то рассматривать вариант с продолжительностью заливки в 60 с нецелесообразно.
Для полного устранения усадочных дефектов, т.е. получения годной отливки, был проанализирован характер затвердевания изложницы. Установлено, что в последнюю очередь затвердевает область в районе прибыли (рис. 4.14) и под прибылью (рис. 4.16,4.18).
Условный технико-экономический эффект
Проведенные на ОАО «ЧЦЗ» в период с 2004 по 2005 года промышленные испытания и освоение технологии изготовления и эксплуатации изложниц с высокой стойкостью показали эффективность ее применения в производстве однотонных блоков цинка и сплавов на его основе (табл. 5.1).
Калькуляция себестоимости [27] 1 т годного литья с использованием разработанной и базовой технологий изготовления изложниц приведена в табл. 5.2.
Снижение брака дает возможность изготовить большее количество годных изложниц, не меняя бесплатно, по гарантии, изложницы, не выдержавшие 400 заливок. Это позволяет снизить себестоимости производства на 9,6%.
Масса одной изложницы 820 кг. Себестоимость одной изложницы с НДС по базовой технологии 43 941,93 0,820 = 36 032 руб, по разработанной технологии 32 574 руб.
Расход изложниц по старой и новой технологии приведен в табл. 5.3. В левой половине таблицы первые 33 изложницы изготовлены по старой технологии, а в правой половине таблицы 30 изложниц изготовлено по новой технологии.
Средний расход изложниц (см. табл. 5.3) до проведенного эксперимента составил 1,998 кг/т, а после 1,358 кг/т. Таким образом, экономия составила 0,64 кг/т. За весь период контроля с апреля по декабрь было залито 60 000 тонн цинка. Экстраполируя план производства однотонных блоков цинка на один год, получаем 80 000 тонн в год. При экономии 0,64 кг/т с каждого блока цинка, годовая экономия металла изложниц составит 0,64 80 000=51,2 т чугуна.
При известной себестоимости чугуна получаем годовую экономию затрат 51,2 39 724=2,033 млн.руб (табл. 5.4).
Годовой экономический эффект от внедрения разработанных технологий составил 2,033 млн.руб (в ценах января 2006г.).
Акты внедрения и опробования разработанных технологических процессов представлены в приложениях 3,4.
