Производство отливок в литейных цехах

Исходныеданные

Наименованиепроцесса дляочистки газовыхвыбросов	Производительность м3/г	Концентрацияпыли г/м3	Температурагаза, єС	Степеньочистки
Литейныецеха	38000, песчаныеформы	12	43	99,5

Введение

1. Литейныецеха входят,как в составмашиностроительныхпредприятий,так и в составотдельныхлитейно-металлургическихпроизводств.

В результатепроцесса разливкиметалла в формы,в атмосферувыделяютсятвердофазныезагрязнения,содержащиеоксиды: металлов,алюминия, кремнияи ряда другихэлементов.

Газовыевыбросы формируютсяза счет общественнойвентиляциив цехе, а затемцентрализованоподаются наочистку.

2. В литейномпроизводстведля процессаиспользуетсяжидкий металл,соединениякоторого относятсяко IIили IIIгруппе токсичности.Формировочныесиликаты, содержащиематериалы ссодержаниемSiO₂>70по своему действиюна организмотносятся кIIIгруппе токсичности.Таким образом,промежуточныеи исходныематериалы, посвоей токсичностиотносятся коII-IIIгруппам.

3. При осуществлениипроцесса разливаметалла в атмосферувыделяетсяпыль, содержащаяоксиды металла,оксиды кремния,сажевые частицыи газообразныевещества в видеоксидов серы,азота, углерода.

Вреднаяпримесь	Класс опасности	ПДК, мг/м3
Оксид железа	4	6
Пыль с содержаниемSiO2>70%	3	1
Углероднаяпыль с примесьюSiO2от 10 до 70%	4	2
Металл (чугун)	4	6
Оксид углерода	4	20

Характеристикатехнологииизготовленияотливок в литейныхцехах.

Задачейлитейногопроизводстваявляется изготовлениеиз металловметаллическихсплавов изделий-отливок,имеющих разнообразныеочертания ипредназначенныхдля использованияв различныхцелях.

Отливки послемеханическойобработкисоставляютпочти половинумассы деталейвсех машин,механизмов,приборов иаппаратоввыпускаемыхразными отраслямимашино и приборостроения.Литьем изготовляюттакже отдельныечасти строительныхсооружений,транспортныхустройств ит.п.

Сущностьлитейногопроизводствасводится кполучениюжидкого, т.е.нагретого вышеtєплавления,сплава нужногосостава инеобходимогокачества изаливки егов заранееприготовленнуюформу. При охлажденииже затвердеваети в твердомсостояниисохраняетконфигурациютой полости,в которую онбыл залит. Впроцессекристаллизациии охлаждениясплава формируютсяосновные механическиеи эксплуатационныесвойства отливки,определяемыемакро- и микроструктур сплава,его плотностью,наличием ирасположениемв нем не металлическихвключений,развитием вотливке внутреннихнапряжений,вызванныхнеодновременнымохлаждениемее частей и др.

Литейнаятехнологияможет бытьреализованаразличнымиспособами. Весьцикл изготовленияотливки состоитиз ряда основныхи вспомогательныхопераций,осуществляемыхкак параллельно,так и последовательнов различныхотделениялитейного цеха.Модели, стержневыеящики и другуюоснастку изготовляют,как правило,в модельныхцехах.

Литейнаяразовая песчанаяформа в большинствеслучаев состоитиз двух полуформ:верхней и нижней,которые получаютуплотнениемформовочнойсмеси вокругсоответствующихчастей (верхнейи нижней) деревяннойили металлическоймодели в специальныхметаллическихрамках-опоках.Модель отличаетсяот отливкиразмерами,наличием формовочныхуклонов, облегчающихизвлечениемодели из формы,и знаковыхчастей, предназначенныхдля установкистержня, образующеговнутреннююполость (отверстие)в отливке. Стерженьизготовляютиз смеси, напримерпеска, отдельныезерна которогоскрепляютсяпри сушке илихимическомотвержденииспециальнымикрепителями(связующими).

В верхнейполуформе спомощью соответствующихмоделей выполняетсяворонка и системаканалов, покоторым изковша поступаетлитейный сплавв полость формы,и дополнительныеполости – прибыли.

После уплотнениясмеси моделисобственноотливки, литниковойсистемы и прибылейизвлекают изполуформ. Затемв нижнюю полуформуустанавливаютстержень инакрываютверхней полуформой.Необходимаяточность соединенияобеспечиваетсяштырями и втулкамив опоках. Передзаливкой сплававо избежаниеподнятия верхнейполуформыжидким расплавомопоки скрепляютдруг с другомспециальнымискобками илина верхнююопоку устанавливаютгруз.

В разовыхпесчаных формахпроизводят~ 80% всего объемавыпуска отливок.Однако точностьи чистота ихповерхности,условия труда,технико-экономическиепоказателине всегдаудовлетворяюттребованиямсовременногопроизводства.

В связи с этимвсе более широкоеприменениенаходят специальныеспособы литья:по выплавляемым(выжигаемым)моделям, поддавлением,центробежнымспособом, вакуумнымвсасываниеми т.д. Отливкиразличныхразмеров, сложностии назначенияиз сплавов,существенноотличающихсяпо своим свойствам,нельзя изготовлятьодинаковымиспособами.

В связи с этимполучилираспространениеразнообразныетехнологическиепроцессы,отличающиесяприемами.

Технологическийпроцесс полученияотливок в розовойпесчаной форме

Характеристикасырья, используемогов литейномпроизводстве.

Формовочныематериалы:

К формовочнымматериаламотносятся всематериалыприменяемыедля изготовленияразовых литейныхформ и стержней.Различаютисходные формовочныематериалы иформовочныесмеси.

Основнымиисходнымиматериаламидля большинстваразовых формявляются песоки глина, вспомогательными– связующиедобавки:

1. противопригарные;

2. увеличивающиегазопроницаемость,податливость,текучесть ипластичностьсмеси;

3. уменьшающиеприлипаемостьсмесей.

Формовочныесмеси приготавливаютиз исходныхформовочныхматериалови из смесей,ранее уженаходившихсяв употреблении(отработанныеформовочныесмеси). Исходныеформовочныематериалы заводполучает извне.

В зависимостиот назначениясмеси разделяютна формовочныесмеси, стержневыесмеси и вспомогательныесмеси.

Правильныйвыбор формовочныхсмесей в литейномпроизводствеимеет оченьбольшое значение,т.к. формовочныесмеси влияютна качествополучаемыхотливок.

К числу формовочныхпесков относятпески, образованныезернами тугоплавких,прочных и твердыхминералов. Напрактике, главнымобразом, применяютсяпески образованныезернами кварца.

Кварц обладаетвысокой огнеупорностью(1713 єС), прочностьюи твердостью(по шкале Мооса- 7). Кварц являетсяодной из формсуществованиякремнезема(SiO₂).Благодарятугоплавкости,высоким механическимкачеством,низкой химическойактивности,а также в следствиинизкой стоимости,кварцевые пескишироко применяюткак основуформовочныхи стержневыхсмесей.

Природныекварцевые пески не бываютсвободнымиот загрязняющих примесей; зеренполевого шпата,частиц слюдыи других минералов.Полевой шпати слюда содержатокислы щелочныхи щелочно-земельныхметаллов. Этиминералы менеетугоплавки,чем кварц испособны вместес кварцем иокислами залитогоMeобразовыватьсложные легкоплавкие силикаты (например:типа nSiO₂mFeOpNa₂O).

В природныхкварцевыхпесках частосодержитсяглина. Если этаглина обладаетвысокими качествами,то такая примесьможет рассматриватьсякак полезная.

Глина являетсясвязующимматериаломв формовочныхи стержневыхсмесях. Обволакиваязерна песка,она связываетих и таким образомпридает смесинеобходимыепрочность иодновременнопластичность.Минералогическийсостав глиныразличный, вобщем виде егоможно записать:mAl₂O₃∙ nSiO₂∙ aH₂O.Основным компонентомглины являетсякаолинит Al₂O₃∙2H₂O∙ 2SiO₂.В природныхформовочныхпесках содержаниеглины колеблетсяв пределах2-50%. С помощьюглины каксвязывающегоматериаланельзя обеспечитьвысокие физико-механическиесвойства стержней,которые выполняютвнутренниеполости в отливках.Поэтому дляприготовлениястержневыхсмесей используютсамые разнообразныесвязующие –масляные ирастительныемасла и ихзаменители:декстрин,сульфоритно-дрожжеваябражка, жидкоестекло, синтетическиесмолы и др.

Из противопригарныхматериаловчаще всегоиспользуютграфит, циркон,пылевидныйкварц и порошоккаменного угля.Противопригарныедобавки вводятв смеси дляуменьшенияобразованияпригара наотливках.

Для увеличенияподатливостии газопроницаемостистержней встержневыесмеси вводятдревесныеопилки.

Литейныесплавы.

В большинствеслучаев отливкиизготовляютиз металлическихсплавов, а неиз чистых металлов.Это объясняетсятем, что эксплуатационныеи особеннолитейные свойствамногих чистыхметаллов хужечем сплавов.

Металлическимисплавами называютсясистемы, состоящие(металлов илинеметаллов).Так основойстали являетсяжелезо. Кромежелеза в сталитакже содержатьсянеметаллические(углерод, сера,фосфор) и металлические(марганец, хроми др.) примеси.Примеси делятсяна легирующие(специальные),постоянные(неизбежные)и случайные.Легирующиепримеси вводятсяв сплав преднамеренно,чтобы придатьему необходимыеэксплуатационныеили технологическиесвойства. Напримердля повышенияпрочности итвердостичугуна и сталив них добавляютмарганец, хром,ванадий. Дляповышенияжидкотекучестичугуна прихудожественномлитье в негодобавляютфосфор. Постоянныминазываютсяпримеси, наличиекоторых, обусловленотехнологиейполучениясплава. Например,в чугуне постояннойпримесью являетсясера, переходящаяв чугун из кокса.Случайнойпримесью всером ваграночномчугуне можетбыть напримермедь, пришедшаяиз лома шихты.

Металлы исплавы, применяемыев промышленностиделятся на 2группы – черныеи цветные. Чернымиметалламиназываетсяжелезо и сплавына его основе.Цветными – всеостальныеметаллы и сплавы.

Характеристикавыбросов загрязняющихвеществ в атмосферу.

В литейномпроизводствена 1 т. отливокобразуетсяот 1 до 3 т. отходов,включающихотработаннуюи неиспользованнуюсмесь, шлаки,пыль, газы. Хотяосновная частьотходов – этоотработанныесмеси и шлаки,наибольшуюопасностьпредставляютименно пыльи газы, в связис трудностьюих улавливания,обезвреживанияи удаления. Аих количествопри производстве1 т. отливок изстали или чугунапримерно составляет:пыли – 50 кг.,углеводородов– 1 кг., оксидауглерода (II)– 250 кг., оксидасеры (II)– 1,5-2 кг., крометого выделяетсяряд другихвредных газов,таких как фенол,формальдегид,ацетон, бензоли др., общееколичествокоторых хотяи невелико,однако представляетопасность из-заих токсичности.

В газах, удаляемыхот литейногооборудованияи выбрасываемыхв атмосферу,содержатсяпыль, состоящаяв основном измелкодисперсныхчастичек, содержаниесвободногооксида кремнияв которых достигает60%. Поэтому срединаселения,прилегающихк заводу территорий,появляетсявозможностьвозникновенияпылевых профессиональныхзаболеваний.

Эффективностьочистки пылегазовыхвыбросов.

Обеспыливаниевыбрасываемогоиз литейногоцеха воздухапроизводитсяс помощью различноготипа пылеосадительныхустройств,различных попринципу действияи эффективности.К ним относятсяпылеосадительныекамеры, аппаратысухой инерционнойи мокрой очистки,тканевые иэлектрическиефильтры.

Применениепылеочистителейдает возможностьне только добитьсяочистки отходящихгазов от пыли,но и повторноиспользоватьранее выбросившуюсяпыль.

Из токсичныхгазов, выделяющихсяпри плавкеметаллов, сушкеформ и стержней,заливке формметаллом напервом местестоит СО. Основнойспособ уменьшенияколичестваСО, поступающегов окружающеепространство,дожигание егодо оксида углерода(IV).Больше сложностивозникает приобезвреживаниитоксичныхгазов, отходящихот стержневыхсушилок и установок,производящихстержни сиспользованиемхолоднотвердеющихсмесей, и в другихпроцессах,основанныхна применениисинтетических смол в составеформовочныхи стержневыхсмесей. В составэтих газоввходят различныеальдегиды,ароматическиеуглеводороды,спирты, оксидазота, серы,углерода ифосфора, аммиак,цианиды и другиевещества.

Существующиеспособы обезвреживаниягазов основанына химическомсвязываниивредных веществ,их адсорбциии абсорбциии т.п. К одномуиз наиболееперспективныхв настоящеевремя способовотноситсякатолическоеокислениеотходящих газовв контактныхаппаратах наспециальныхкатализаторахпри температуре200-500 єС.

Составлениетехнологическойсхемы очисткигазовых

выбросови сточных вод.

Очисткагазовых выбросовот пыли литейныхцехов можетпроизводитсяс использованиемаппаратовмокрой очистки(пенный газопроливательи барабанныйвакуум-фильтр)и аппаратовсухой очистки(циклон).

Технологическаясхема мокройочистки включаетв себя6 пенныйгазопроливатель(1), насос дляоткачки суспензии(2), насос для подачиосветленнойводы (3), барабанныйвакуум-фильтр(4), запорнуюарматуру (5) ивентилятордля подачизагрязненноговоздуха (6).

Технологическаясхема сухойочистки.

Она включает:циклон и вентилятордля подачизагрязненногогаза.

Расчетциклона.

Основнымразмером циклоналюбой конструкцииявляется диаметраппарата. Длянахождениядиаметра намнеобходимознать объемпроходящегочерез циклонгаза и скоростьпрохождениягаза черезциклон.

Скоростьгаза на входев циклон W₁по практическимданным составляетот 14 до 18 м/с, а скоростьгаза в самомциклоне принимаетсяв пределахзаданныхсоотношением:

Примем скоростьгаза на входев циклон 18 м/с,а скорость газав циклоне W₂=0,35W₁,тогда скоростьгаза в циклонебудет равна:

Так как воздухпоступает приt=43єC,определим объемвоздуха приэтой температуре,используясоотношение:

; ;

Диаметрциклона определимпо формуле:

Примем ближайшуюстандартнуювеличину диаметра1,6 м.

Минимальныйдиаметр частицоседающих вциклоне определимпо формуле

где:

R₁-радиусциклона;

R₂-радиусвыхлопной трубыциклона ;

R₂=(0,5-0,6)R₁;R₂=0,5R₁=0,5∙1,6=0,8

μ-вязкостьгазовой фазы;

n-числокругов движениячастиц, принимаетсяв пределах от2 до 3, примем n=3;

ρ_ч-плотностьгаза в циклоне.

Определимвязкость газовойфазы для заданнойтемпературыt=43єС.

С=111

μ₀=17,72∙10^-6Па∙с

Гидравлическоесопротивлениециклона определимпо формуле:

где:

-плотностьгаза при t=43єС, будет определятсяпо формуле

;

ξ-коэффициентсопротивленияциклона, ξ=105

По результатамрасчета выберемциклон ЦН-15, ссопротивлением105 Па, и эффективностьюочистки, приминимальномдиаметре частиц9,6 мкм, 87%.

Расчет пенногогазопромывателя.

Так как заданнаяконцентрацияпыли равна 12г/м³,то мы рассматриваемоднополочныйгазопромыватель.

Самым важнымтехнологическимпараметромявляется скоростьгаза. При высокойскорости наблюдаетсяунос жидкойфазы (брызгоунос).Верхним пределомскорости газовогопотока является3 м/с. Сильныйбрызгоуноснаблюдаетсяпри скоростиболее 3,5 м/с. Нижнийпредел скоростигаза, при которомвозникает слойпены на полке,лежит в пределах0,8-1,2 м/с.

Таким образомоптимальноезначение скоростигаза выбираютв пределах2,2-2,8 м/с.

Так как объемгаза задан принормальныхусловиях, пересчитаемего на процесс,протекающийпри 43 єС.

Определяемплощадь поперечногосечения промывателя:

;

где:

W_г-скоростьгаза в аппарате,принимаемW_г=2,3м/с.

В прямоугольномаппаратеобеспечиваетсялучшее распределениеводы, поэтомупримем прямоугольныйаппарат размером2·2,7 м с подачейводы черезцентральныйдиффузор.

При очисткегазов от пыли,при температурегаза менее 100єС, расчет количестваводы приводимпо уравнениюматериальногобаланса. Расходводы в промывателескладываетсяиз расходаводы, идущегов утечку и расходаводы идущегона слив с решетки.

Количествоводы протекающейчерез решетку,определяетсязаданным составомсуспензии Т:Жвыбираетсяв пределах5,5-9,5 : 1.

При Т:Ж 1 : 10 нерациональноиз-за большихобъемов растворови суспензии.

Количествоуловленнойв аппарате пылирассчитываетсяпо формуле:

где:

С_вх-концентрацияпыли на входев аппарат;

С_вых-концентрацияпыли на выходе.

Так как степеньочистки аппарата99,5%, то:

Примем Т:Ж= 1 : 8 =

Количествоводы, необходимойдля образованиясуспензииопределяетсяпо формуле:

где:

С-концентрацияпыли в суспензии;

К-коэффициентраспределениямежду утечкойи сливной водой,выраженнойотношениемпыли, попадающейв утечку, к общемуколичествупыли.

Количествоводы приходящейсяна 1м² решеток,определяетсяпо уравнению:

Вследствиетрудностиопределенияпараметроврешетки, позаданной утечке,и учитываяиспарение воды,после ее протеканиячерез решетку,принимаемкоэффициентзапаса К₃=1,5.

или

Количествосливной водыопределяетсяпо формуле:

где:

b-ширинарешетки передсливом, м;

I-интенсивностьпотока водына сливе (0,8-2,2 м³/м·ч),примем i=1м³/м·час.

Так как водасливается наобе стороны,то:

Общее количествоводы:

Учитываяпростоту изготовлениявыберем проливательс решеткой скруглыми отверстиями.Рекомендуемаяскорость газав отверстиях8-13 м/с. Полагаем,что количествоочищенногогаза не увеличивается,примем

.

Тогда отношениеплощади свободногосечения решеткик площади сеченияаппарата:

где:

Z-коэффициент,учитывающий,что 5% сечениярешетки занимают,опоры, переливныестенки и др.

По таблицевыбираемгазопромыватель:тип аппарата~ 40, как обеспечивающегоочистку заданногоколичествагаза, с расходомводы 12 м³/с,площадью сечениярешетки 5,6 м²,высота аппарата– 5750 мм.

Для обеспеченияработы аппаратапри колебанияхнагрузки примемвысоту порогаh_п=25мм.

Габаритнаявысота газопромывателяскладываетсяиз следующихпараметров:

- надрешоточнаявысота h₁=1м;

- подрешоточнаявысота h₂=1м;

- высота бункераh_б=2м.

Общая высотааппарата безучета штуцеров:h₁+ h₂+ h_б= 1+1+2 = 4 м.

Определимдиаметр штуцерадля подводагаза по формуле:

где:

W₁-скоростьгаза на входев аппарат, примемW₁=15м/с.