Глава 2. Технология и оборудование 5 страница

Для очистки от газов применяются только установки мокрого пылеулавливания. Газы, взаимодействуя с водой, образуют капли кислоты, осаждающиеся в очистных установках.

В ваграночных газах содержится обычно от 8 до 25% CO - угарного газа. Нормативы по выбросам СО в атмосферу вынуждают при проектировании вагранок предусматривать установки для дожигания СО и других неполных газообразных оксидов. Причем эта задача тем сложнее, чем меньше его содержание в газе. Для дожигания СО до системы газоочистки используются газовые горелки, устанавливаемые чуть ниже или на уровне загрузочного окна. Устойчивость процесса окисления СО в этом случае может быть обеспечена при температуре газов более 300 ^оС и содержании СО в продуктах горения не менее 12%. Возможно также дожигание СО после системы газоочистки. В любом случае выделяющуюся теплоту целесообразно использовать для подогрева дутья или других целей.

Затраты на систему газоочистки для вагранок составляют до 25% от ее стоимости. У металлургических вагранок, выпускаемых в Германии, в нее входит охладитель, дезинтегратор мокрой очистки, осушитель, фильтры.

В процессе изготовления и хранения стержней на основе синтетических смол выделяется много ядовитых газов – фенол, формальдегид, аммиак, акролеин, бензол, цианистые соединения. Для их нейтрализации применяют каталитические фильтры, разлагающие эти сложные органические соединения.

Осветление отработанной воды производится в отстойниках за счет вязкого осаждения частиц. Скорость осаждения можно повысить добавкой коагулянтов (известковое молоко, полиакриламид), которые способствуют образованию хлопьев. Осветленная вода фильтруется в канализацию, шлам периодически убирается из отстойника.

 

2.11. СКЛАДСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

 

Способы складирования материалов должны минимизировать площади для хранения материалов, для чего применяется ограничение рассыпания материала стенками (бункер и закром). Существующие типы складов:

1. Площадка. Площадки используют для материалов, к которым для обеспечения транспортировки необходимо иметь доступ сбоку, например, цветные сплавы. Для других материалов использование площадок нецелесообразно, т.к. не позволяет эффективно использовать складские площади из-за небольшой высоты хранения.

2. Закром. Закром предусматривает верхнюю загрузку и выдачу материала. Это универсальный тип склада для сыпучих и магнитных материалов.

3. Бункер. Материал в бункер загружается сверху, а выгружается снизу. Во избежание зависания в бункерах хранят только материалы с большим углом естественного откоса (т.е. с хорошей сыпучестью).

 

Расчет площади складов литейного цеха производится в соответствии с принятыми нормами высоты хранения по формуле:

,

где q - запас материала на складе;

h - высота хранения (табл.2.36);

r - насыпная плотность материала (табл.2.36).

Таблица 2.36

Нормы для расчета складов литейного цеха [19].

Наименование материалов	Рекомендуемый тип склада	Насыпной вес, т/м3	Высота хранения материалов, м на складе
		немехани-зированном	механи-зированном
Чушковые:
Чугун	Закром	2,5-3,0	1,5	3-4
Медь и латунь	Площадка	5,0		2-3
Алюминий	Площадка	1,5	1,5	2-3
Свинец	Площадка	6,3-6,8		2-3
Лом черных металлов	Закром	2,0-2,5	1,5	3-4
Возврат:
Черных металлов	Закром	1,5-2,1	1,5	3-4
Медных сплавов	Закром	2-3	1,5	2-3
Алюминиевых сплавов	Закром	0,7	1,5	2-3
Стружка брикетирован-ная стальная и чугунная	Закром	2,7-3,6	1,5	3-4
Ферросплавы в кусках	Закром	2,7	1,5	2-3
Кокс литейный	Закром	0,45		2,5-4
Каменный уголь	Закром	0,8-0,9
Древесный уголь	Бункер	0,2
Железная руда, марганцевая руда	Закром	2,0-2,3		3-4
Песок формовочный	Бункер	1,5-1,7		5-6
Глина формовочная	Бункер	1,3-1,5		5-8
Огнеупорный кирпич	Площадка	1,8	1,5	2,6

Рекомендуемая высота хранения определяется из давления материала на бетонные полы и рассчитывается из условия прочности бетона со значительным запасом.

Насыпная плотность материала зависит от конфигурации его частиц. Например, при плотной укладке чушек насыпной вес составляет примерно 70% от плотности компактного материала. Если же складируется возврат, особенно литники, имеющие весьма сложную конфигурацию, то насыпной вес может составить даже 10% от плотности компактного материала.

 

 

Глава 3: ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА

 

При выборе оптимального способа производства отливок по всем технологически допустимым вариантам производится расчет величины затрат, непосредственно связанных с ведением технологического процесса и капитальных вложений. Оптимальный вариант выбирается методами сравнительного анализа эффективности инвестиций. В свою очередь, расчет экономических показателей базируется на планировании производства в натуральном выражении.

 

3.1.СТРУКТУРА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

 

Производственный процесс - система, предназначенная для переработки сырьевых материалов, энергии и информации в продукцию с заранее заданными характеристиками..

Производственный процесс является иерархической системой и подразделяется на технологические системы, подсистемы, операции и элементы. Все эти понятия относительны - на разных уровнях системного подхода одна и та же часть производственного процесса может выступать в роли системы, подсистемы, операции, элемента [36].

Технологическая система - часть производственного процесса, в которой перерабатывается один и тот же материал. Существует два вида систем: циклы и потоки. Циклы, в свою очередь, подразделяются на замкнутые и открытые. Замкнутые циклы не получают извне материалов вообще. В открытом цикле часть перерабатываемых материалов используется повторно. Открытые циклы и потоки в литейном производстве называются переделами. Производственный процесс литейного цеха песчаной формовки состоит из трех основных циклов: цикл формовочной смеси (открытый), цикл металла (открытый) и цикл опок (замкнутый), и потоков стержней и финишной обработки отливок (рис.3.1).

Технологическая подсистема - совокупность операций, в результате проведения которых происходит изменение объекта производства. Например, компоненты формовочной смеси преобразуются в формовочную смесь или жидкий металл преобразуется в отливку или форма преобразуется в отработанную формовочную смесь и т.д. (табл.3.1). В административной структуре литейного цеха технологические подсистемы образуют отдельные единицы (участки, отделения).

Операцией называется совокупность элементов работы, осуществляемая на одном оборудовании. Операции подразделяются на технологические и транспортные.

 

 

Таблица 3.1.

Структура производственного процесса литейного цеха

Подсистема	Объект производства	Технологические операции
Смесеприготовительная	Компоненты смеси ® смесь	1. Дозирование 2. Смешивание
Формовочная	Смесь + опока ® полуформа	1. Изготовление верх. полуформы 2. Изготовление ниж. полуформы
Стержневая	Смесь ® стержень	1. Изготовление стержней 2. Отверждение стержней
Сборочная	2 полуформы + стержни ® форма	1. Сборка
Плавильная	Шихта®жидкий металл	1. Шихтовка 2. Выплавка 3. Мет.обработка
Заливочная	Жидкий металл ® отливка	1. Заливка
Выбивная	Форма ® отливка + 2 опоки + смесь	1.Выбивка
Регенерацион-ная	Смесь ® компонент смеси + отходы	1.Регенерация 2.Гомогенизация
Обрубная	Отливка ® обрубленная отливка + возврат	1. Обрубка
Выбраковочная	Отливки ® годные отливки + брак	1.Визуальный осмотр 2. Поиск внутренних дефектов 3.Заделка брака
Очистная	Обрубленная отливка ® очищенная отливка + отходы	1.Очистка 2. Шлифовка 3. Грунтовка

Элементом называется совокупность однородных воздействий на объект производства (табл.3.2). Элементы подразделяются по содержанию работы на [36]:

1. Технологические, обеспечивающие изменение характеристик объекта производства.

2. Транспортные, обеспечивающие перемещение информации, объектов или субъектов производства. Например, транспортировка формовочной смеси, перемещение пескомета, сообщение результатов измерения температуры расплава.

3. Подготовительные, обеспечивающие проведение технологических или транспортных операций, например, крепление опоки к рабочему столу формовочной машины, крепление отливки к крюку подъемного устройства.

4. Информационные, выдающие информацию для обеспечения нормального функционирования цеха, собирающие данные о ходе производственного процесса для принятия решения о его корректировке. Например, измерение температуры расплава. Информационные элементы выполняют функцию обратной связи.

5. Управляющие, осуществляющие включение и выключение оборудования.

1 6 7 8

11

 

2 4 5 9

 

11 3 10

 

Рис.3.1. Структура литейного цеха опочной формовки.

1 - смесеприготовление; 2 - формовка; 3 - изготовление стержней;

4 - сборка; 5 - заливка; 6 - выбивка; 7 - обрубка; 8 - финишная обработка;

9 - плавка; 10 - поступление шихты; 11 - поступление свежих формовочных материалов.

Цикл форм: 2-4-5-6-2.

Цикл металла: 9-5-6-7-возврат-9.

Цикл смеси: 1-2-4-5-6-горелая смесь-1.

Поток стержней: 3-4.

Поток финишной обработки: 7-8.

Таблица 3.2.

Примеры технологических элементов.

Подсистема	Элемент	Объект производства	Измененная характеристика
Заливочная	Заливка	Жидкий металл	Конфигурация
Формовочная	Уплотнение	Смесь	Конфигурация
Смесеприго- товительная	Смешивание	Компоненты смеси	Месторасположение в объеме
Обрубная	Обрубка	Отливка	Конфигурация

 

 

3.2. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОГРАММА.

 

Планирование производства литейного цеха производится либо на основе маркетинговых исследований, либо по реальным заказам предприятий.

На основании портфеля заказов составляется производственная программа. Производственная программа - краткосрочный план работы литейного цеха на определенный период времени (год, месяц, неделю) - содержит данные для планирования деятельности всех подразделений литейного цеха. Производственная программа составляется на основе технологической документации на каждую отливку. Для расчета производственной программы необходимы следующие данные:

1. Предоставляемые заказчиком:

- наименование отливки;

- марка используемого сплава;

- чертеж детали;

- серийность отливки.

2. Разработанные производителем:

- размеры используемых форм (для оболочковых форм - толщина оболочкового слоя);

- конфигурация полости формы;

- количество и конфигурация стержней в форме.

Производственная программа составляется методом прямых расчетов по каждому виду полуфабрикатов, выпускаемых структурными подразделениями цеха (табл.3.3). При составлении сводной производственной программы все показатели по каждой серии отливок суммируются.

Производственная программа по качеству представляет собой планируемую долю брака отливок и полуфабрикатов. Доля брака в производстве определяется сложностью технологического процесса, качеством шихты, шлакообразующих и формовочных материалов, освоенностью технологического процесса и другими факторами. При неблагоприятном соотношении факторов доля брака отливок может достигать 70% (из опыта предприятий). Учет брака производится по формуле:

X=Xo(1+Б),

где - Х- планируемый показатель с учетом брака;

Хо- планируемый показатель без учета брака;

Б- планируемая доля брака.

При расчете доли брака следует учитывать, что брак необходимо суммировать по последовательности производственного процесса. Например, производственная программа стержневого отделения должна компенсировать брак отливок и брак стержней. А производственная программа смесеприготовительного отделения должна включать брак смеси (сухая смесь), потери при транспортировке, брак форм и брак отливок.

Таблица 3.3.

Производственная программа на серию отливок.

Отделение литейного цеха	Планируемый пока-затель для выпуска серии отливок N	Методика расчета (без учета брака)
Формовочно-заливочно- выбивное	Количество съемов	n=N/k, где k-количество отливок в форме.
Смесепригото-вительное	Объем стержневой смеси	M Vc=n* Vci, где i=1 Vci-объем i-го стержня; m-количество стержней в форме.
	Объем формовочной смеси для объемных форм	Vф=(Vп-Vо)*n, где Vп-объем формы; Vo-объем полости формы.
	Объем формовочной смеси для оболоч-ковых форм	Vоб=S*H*n, где S-площадь поверхности формы; H-толщина оболочки.
	Масса смеси	М=r*V, где r-плотность смеси в форме; технологически необходимая r-1600-1800 кг/м3; V-объем формовочной смеси.
Стержневое	Количество стержней	Nc=n*m
Плавильное	Черновая масса отливок	Мо=(m*k+mл.с.)*n, где m-черновая масса отливки без литниковой системы. mл.с.- масса литниковой системы.
Обрубное	Количество отливок	N
Очистное	Количество отливок	N
	Чистовая масса отливок	Mo=N*mo, где Mo-чистовая масса одной отливки.
Термическое	Объем отливок	Vотл=N*v, где v-объем одной отливки v=a*b*c a,b,c-габаритные размеры отливки

 

3.3. БАЛАНС МАТЕРИАЛОВ

 

Литейный цех, как любая производственная система, перерабатывает сырьевые материалы в готовую продукцию и отходы. Особенность литейного производства состоит в наличии технологических циклов, благодаря чему большинство материалов в производственном процессе используется многократно. Основным сырьем литейного цеха являются металлы, шлакообразующие и формовочные материалы. Шлакообразующие материалы используются однократно и полностью переходят в шлак.

Таким образом, баланс материалов литейного цеха обыкновенно разделяют на 2 части: баланс металла (табл. 3.4) и баланс смеси (табл.3.5.).

Таблица 3.4.

Баланс металла

№	Статья баланса	Особенности расчета
	Расход
	Годные отливки	Чистовая масса отливок (из производственной программы)
	Литники и прибыли	Разность черновой и чистовой массы отливок (из производственной программы)
	Брак	Определяется по опыту производства (из производственной программы).
	Угар	, где Pi – содержание i-того элемента в сплаве; Уi – угар i-того элемента в зависимости от типа плавильной печи; М – масса металлозавалки; k – количество элементов в сплаве.
	Сплески и скрап	Определяется из опыта производства.
	Приход	Итого металлозавалка
	Чушковые металлы	Содержание свежих компонентов шихты рассчитывается методами математического анализа с целью минимизации себестоимости жидкого расплава.
	Лом покупной
	Ферросплавы (лигатуры)
	Возвраты собственного производства.	Сумма литников, прибылей, брака, возврата, сплесков и скрапа.
	Модификаторы	Определяется по норме расхода в зависимости от способа присадки.
	Технологическое топливо	Определяется по норме расхода.

 

 

Таблица 3.5.

Баланс смеси

№	Статья баланса	Происхождение и особенности расчета
	Расход
	Отработанная смесь	Смесь, пригодная для повторного использования.
	Формовочная пыль (шлам)	Образуется в результате растрескивания зерен формовочного песка и шамотизации глины. Эти процессы происходят вследствие теплового воздействия расплава. Поэтому масса формовочной пыли (шлама) определяется из массы и температуры заливаемого металла по эмпирической формуле: , где Тзал i– температура заливки i-того расплава (С); М i – масса i-того сплава; n – количество сплавов по производственной программе. Дополнительно к формовочной пыли относится коксовый остаток, возникший в результате газификации органических компонентов.
	Куски смеси	Не распавшиеся в результате термического удара при заливке остатки стержней, облицовочной формовочной смеси и т.п.
	Газы	Образуются в процессе газификации органических компонентов формовочной и стержневой смеси и испарения воды.
	Приход	Итого формовочная смесь (из производственной программы)
	Отработанная смесь	Определяется по рецепту смеси.
	Формовочный песок
	Формовочная глина
	Химически и термически твердеющие связующие добавки
	Другие добавки
	Вода

3.4. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ОБОРУДОВАНИЯ.

 

Количество необходимого для обеспечения производственного процесса технологического оборудования рассчитывается исходя из фондов времени работы оборудования, его технической характеристики и особенностей технологического процесса (времени охлаждения отливки, степени механизации производственного процесса и т.п.).

Действительный фонд времени Т_д работы оборудования определяется с учетом коэффициента потерь рабочего времени К_п по формуле:

Тд=Т_н(1-К_п).

Коэффициент потерь времени работы оборудования в основном обусловлен его простоями из-за поломок и, следовательно, зависит от интенсивности эксплуатации (табл.3.6).

Таблица 3.6.

Коэффициент потерь времени работы оборудования [85].

Оборудование	Коэффициент потерь времени работы оборудования, %, при количестве смен
Блок вагранок
Индукционные и дуговые печи
Печи для тяжелых цветных сплавов	0,5
Печи для легких сплавов
Мартеновские печи	-	-
Термические печи камерные:
Крупные	-
Мелкие
Термические печи методические	-
Сушила камерные:
крупные	-
Мелкие
Сушила методические и конвейерные
Технологическое оборудование для мелкого и среднего литья:
Механизированное
Автоматизированное	-
Технологическое оборудование для крупного литья

 

 

Необходимое для работы цеха оборудование рассчитывается исходя из производственной программы цеха по формуле:

N = ,

где V - годовой объем продукции, изготавливаемый на данном оборудовании;

q - производительность оборудования.

При использовании сменной оснастки необходимое количество оборудования зависит от серийности n, количества серий k и длительности процесса смены оснастки tосн по формуле:

N=

Оборудование подразделяется на однопозиционное и многопозиционное. Оборудование называется однопозиционным, если все выполняемые на нем элементы выполняются на одном месте. Возможно и разделение элементов производственного процесса между позициями. Такое оборудование называется многопозиционным.

Производительность оборудования определяется по формуле:

q=V/T,

где V - емкость оборудования;

Т - время такта.

Такт определяется как характерное время между двумя одинаковыми элементами. Такт для однопозиционного оборудования рассчитывается как сумма времени выполняемых на оборудовании элементов (рис.4.2):

n

Т=S ti

i=1

где ti - длительность i-того элемента;

n - количество выполняемых на агрегате элементов.

Например, на встряхивающей формовочной машине выполняется 12 элементов различных типов (табл.4.6). Встречающийся в литературе термин "цикловая производительность" определяется из времени одного только технологического элемента, например, для формовочной машины из времени уплотнения формы.

 

На многопозиционных машинах одновременно обрабатывается m предметов. Выполняемые на многопозиционном оборудовании операции разделены между позициями. Отдельные позиции связаны между собой транспортными элементами. Обычно время транспортировки предметов между позициями tтр одинаково. Абсолютное время обработки предмета увеличивается на сумму транспортных элементов:

 

n n

Табс=S ti +S tтр,

i=1 i=1

или

n

Табс=S (ti + tтр).

i=1

По теореме Форда-Фулкерсона в согласованном производственном процессе производительность каждой подсистемы лимитирована производительностью самой малопроизводительной из участвующих в производственном процессе подсистем: qi=qmin. Подсистемы с высокой производительностью просто ожидают выполнения самой длительной операции. Та же формула справедлива для любого многопозиционного оборудования. То есть полное время обработки предмета можно рассчитать по формуле: Табс= m (tmax+tтр). Тогда производительность равна:

q= =

Следовательно, такт многопозиционной машины будет определяться по максимальному времени нахождения предмета на какой-либо позиции tmax (рис.3.3.) по формуле: Т=tmax+tтр.

 

3.5. ПЛАНИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПЕРСОНАЛА

 

Численность работающих определяется отдельно по категориям:

- рабочие основные и вспомогательные;

- руководители;

- специалисты

- служащие.

Различают списочную и явочную численность рабочих. Списочная численность – это численность работников по списку на определенную дату или за определенный период (среднесписочная). Явочная численность – это количество работников, явившихся на работу. Списочная численность рабочих рассчитывается по формуле:

Чсп=Ксп*Чя, где

Чсп – списочная численность рабочих;

Чя – явочная численность рабочих;

Ксп – коэффициент списочного состава. Рассчитывается из проектного баланса рабочего времени по формуле:

Ксп = Тн/Тд, где

Тн – номинальный фонд времени;

Тд – действительный фонд времени.

Фонды времени рассчитываются, исходя из существующих законов о выходных и праздничных днях, продолжительности рабочего дня и количестве смен. Номинальный и действительный фонд времени рассчитываются по формулам (табл.3.7): Тн =Тк - Тв- Тпр, Тд =Тн-Тнев

Таблица 3.7.

Пример проектного баланса рабочего времени (в днях) [84].