Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим направлением совершенствования и развития отечественного литейного производства в условиях рыночных отношений является максимальное снижение себестоимости производимых литых заготовок при обеспечении заданного качества. Это направление должно реализовываться, в первую очередь, за счет использования дешевых шихтовых материалов, полученных из отходов машиностроительных и механообрабатывающих производств.
По долгосрочным прогнозам стоимость металла непрерывно растет. В связи с этим перед предприятиями встает проблема полного использования любых отходов. Большую часть таких отходов составляет стружка. Переход металла в стружку составляет 25-50% при изготовлении деталей из заготовок. Переплав стружки в условиях рыночной экономики и конкуренции позволяет при рациональной технологии экономить значительное количество первичных дорогостоящих шихтовых материалов.
Для изготовления качественных отливок c максимальным использованием стружечных отходов необходима комплексная технология, включающая многооперационную подготовку шихты, в том числе дробление, сушку, рассев по фракциям, удаление ржавчины и пыли, магнитное сепарирование, а также плавку, печную и внепечную обработку и другие операции, вплоть до контроля и получения годных отливок.
В связи со сложностью использования стружечных отходов многие литейные предприятия не применяют переплав стружки, отдавая её за бесценок на крупные металлургические комбинаты. Там переработка стружечных отходов осуществляется с повышенным угаром.
При существующих технологиях переплава стружечных отходов потери металла на угар доходят до 30%, в связи с чем из хозяйственного оборота выпадает огромное количество ресурсов, которые безвозвратно пропадают.
Поэтому вопрос создания эффективного оборудования и технологий для изготовления отливок из стружечных отходов является весьма актуальным.
Объект исследования: Производство отливок из чугуна, медных и алюминиевых сплавов на основе переплава стружечных отходов.
Предмет исследования. Технологические процессы получения отливок из чугуна, медных и алюминиевых сплавов, предусматривающие переплав стружечных отходов. Технологические операции подготовки стружечных отходов различного состава. Показатели качества отливок, полученных с использованием подготовленных стружечных отходов.
Цель работы. Ресурсосбережение при производстве отливок за счет использования при их изготовлении стружечных отходов.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:
проведен сравнительный анализ существующих технологий переработки стружечных отходов;
разработаны новые комплексные технологии переработки стружечных отходов;
выбраны рациональные виды плавильного агрегата для переплава стружечных отходов из конкретного сплава;
усовершенствованы конструкции плавильных агрегатов;
разработана математическая модель для оптимизации процесса переплава стружечных отходов по критерию минимальных потерь на угар;
исследована возможность использования стружечных отходов для получения отливок.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались инженерно-конструкторские разработки, моделирование, лабораторные и производственные эксперименты. Проводились промышленные эксперименты для изучения процесса затвердевания латунных заготовок в графитовом кристаллизаторе. При проведении экспериментов применялись методы математической обработки экспериментальных данных.
Научной новизной работы являются:
-
Методика выбора плавильного агрегата для переплава стружечных отходов, основанная на ранжировании печей по значению приоритетных чисел эффективности.
-
Комплексные технологии, основанные на систематизации и обобщении известных способов и на результатах экспериментальных исследований с использованием усовершенствованного оборудования для получения отливок из стружечных отходов.
-
Математическая модель электрошлакового переплава стружечных отходов, позволяющая определять и оптимизировать зависимость угара металла от параметров печи.
-
Новые способ и конструкция печи электрошлакового переплава стружечных отходов сплавов на основе меди и железа. Новизна подтверждается патентом №72227.
-
Результаты исследования процесса затвердевания латунной заготовки сплава ЛЦ40С в графитовом кристаллизаторе при непрерывном литье расплава, полученного из стружечных отходов.
-
Усовершенствованная конструкция печи постоянного тока для переплава стружки алюминиевых сплавов.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют получать отливки с использованием стружечных отходов при обеспечении низких потерь на угар.
На основе научных результатов работы разработаны и внедрены комплексные технологии изготовления отливок из промышленных стружечных отходов сплавов на железной, алюминиевой и медной основах.
Разработана комплексная технология изготовления отливок из поршневого заэвтектического силумина, включающая отделение от алюминиевой стружки засора чугунной стружки марки «нирезист», рафинирование, сушку стружки и приготовление из неё расплава.
На основе результатов, полученных при исследовании особенностей затвердевания непрерывного слитка и кинетики роста твердой фазы, установлены параметры литья для получения отливок из стружечных отходов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Комплексная поэтапная технология подготовки стружки для получения отливок.
2. Выбор плавильного агрегата для переплава стружки черных и цветных сплавов осуществляемого на основании ранжирования печей по значению приоритетных чисел эффективности.
3. Математическая модель процесса переплава стружечных отходов
4. Результаты исследования процесса получения отливок из стружечных отходов.
Апробация. Проект «Ресурсосберегающие технологии в металлургии» по диссертационной работе в 2007 году стал победителем III республиканского конкурса «50 лучших инновационных идей Республики Татарстан». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Наука и практика. Диалоги нового века» (г.Набережные Челны, КамПИ 2003г.); «Литейное производство сегодня и завтра» (г.Санкт-Петербург, 2004г.); «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г.Санкт-Петербург, 2007г.); «Прогрессивные литейные технологии» (МИСИС, г.Москва, 2007г.); «Заготовительные производства и материаловедение» (г.Нижний Новгород, 2009г.) Материалы диссертации неоднократно докладывались на научных семинарах кафедры металлургии и литейного производства Северо-Западного государственного заочного технического университета, г.Санкт-Петербург.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных трудов, в том числе 3 - в изданиях рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 100 наименований и 5 приложений; содержит 124 страницы машинописного текста, 41 рисунок, 13 таблиц.
