КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Планирование участка термической обработки
в литейном цехе на Саяногорском алюминиевом заводе
тема проекта
Руководитель __________ __________________ Корягина Т.И
подпись, дата должность, ученая степень инициалы, фамилия
Студент Тф о8-040800756 __________ Горев М.И.
номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы,фамилия
Красноярск 2012
Содержание
Введение..............................................................................................................3
1 Классификация изделия..................................................................................5
2 Характеристика полуфабриката.....................................................................6
3 Производственная программа.........................................................................7
4 Выбор материала..............................................................................................8
5 Выбор технологии термической обработки...................................................9
6 Выбор и расчет основного оборудования......................................................12
7 Выбор и расчет дополнительного и вспомогательного оборудования.......15
8 Определение площади и планирование участка...........................................17
9 Планировка участка.........................................................................................19
Список использованной литературы.................................................................26
Введение
Саяногорский алюминиевый завод входит в состав одного из крупнейших предприятий в мире по производству алюминия- группу компаний «Русский Алюминий» (РУСАЛ). Саяногорский алюминиевый завод занимает третье место в России по объему производства после Братского алюминиевого и Красноярского алюминиевого заводов. Завод расположен в 15 км от города Саяногорск (Хакасия). Мощность предприятия составляет 542000 тонн алюминия в год.
Завод направлен в основном на производство первичного алюминия, также изготавливают алюминий для раскисления в чушках; алюминий особо чистый марка А5, А6 в монокристаллических слитках; алюминий первичный; силумин в чушках; слитки алюминиевые плоские различных размеров, цилиндрические для кабельной промышленности, цилиндрические для прессования; фольга алюминиевая; чушки алюминиевые Т-образные и мелкие.
Проектируемый в курсовом проекте участок будет располагаться на территории литейного цеха. В таблице 1 приведена продукция, выпускаемая на Саяногорском алюминиевом заводе.
Таблица 1- Выпускаемая заводом продукция
| Форма выпуска (Вид продукции) | Марки | НТД |
| Мелкая чушка, Т-образная чушка, плоские и цилиндрические слитки | А0, А5, А5Е, А6, А7, А7Е, А7Э, А7ЕС, А8, А85, АВ97 | ГОСТ 11069-2001, ГОСТ 11070-74 |
| Мелкая чушка (6,10, 15 кг), Т-образная чушка | АК9ч, АК9пч, АК12, АК12оч, АК12пч, АЛ9М, АК7, АК8М, A356.2, A356.2(Sr), AlSi3, AlSi7, AlSi11, AlSi7Mg(Sr), AlSi11Mg(Sr), AlSi10Mg, сплавы системы AlSiCu, силумины | ТУ ГОСТ 1583-93 |
В таблице 2 представлен сортамент выпускаемых слитков.
Таблица 2- Сортамент слитков.
| Вид продукции | Марки | Размеры | НТД |
| Плоские слитки | А5-А8 | Длина: до 11,5 мм Ширина: 900-2200 мм Толщина: 300-600 мм | ГОСТ 9498-79 |
| Цилиндрические слитки | А7, АЦЕ (TAL), АВЕ, AД31, AД1, 6060, 6063, 6005, 6105, 6560, 6660, 6061, 6182, 6463, 6082 | Длина: от 438 мм до 7м Диаметр: 127 мм, 145 мм, 152 мм, 162 мм, 175 мм, 178 мм, 190 мм, 203 мм, 228 мм, 241мм, 248 мм, 254 мм | ГОСТ 4784-97, ГОСТ 19437-81 |
Завод выпускает алюминий технический АД1, предназначенный для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит, профилей, панелей, прутков, труб, проволоки, штамповок и поковок), а также слитков и слябов. Заменителями данной марки алюминия являются АД, АД0, АД0Е, АД00. Из АД1 получают цилиндрические слитки длиной от 438 мм до 7м и диаметром от 127 мм до 254 мм (ГОСТ 19437-81). Проектируемый участок должен повысить качество выпускаемой продукции, улучшить условия труда, снизить стоимость готовой продукции.
Целью курсового проекта является реконструирование термического участка литейного цеха, улучшение и автоматизация производства.
1 Классификация изделий
Таблица 3- Классификация изделий
| Наименование изделия | Марка материала | Диаметр слитка, мм | Технологические требования по термообработке (ГОСТ 4784-97, ГОСТ 19437-81) |
| Слиток цилиндрический | АД1 | Твёрдость не более 110 НВ, содержание водорода не более 0,17 см3/100 г | |
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 | ||
| Слиток цилиндрический | АД1 |
В качестве изделия- представителя выбираем цилиндрический слиток длинной 5 м, диаметром 127мм.
Характеристика полуфабриката
Эскиз полуфабриката с длиной L и диаметром D, показан на рисунке 1.
127
 |
5000
Рисунок 1 – эскиз полуфабриката
К изделию из алюминиевого слитка предъявляются следующие технические требования:
1. поверхность слитков должна быть чистой, без надрывов, трещин, шлаковых и окисных включений, а также продуктов коррозии. На поверхности слитков не допускаются дефекты поверхности (наплывы, ликваты, вырубки и следы зачистки, раковины, неслитины, забоины).
2. на поверхности слитков после механической обработки не допускаются вмятины в количестве более четырех, следы зачистки более двух на каждый метр длины.
3. слитки должны быть плотными и однородными.
Основным применением цилиндрических слитков из алюминия АД1 является изготовление прутков, труб и проволоки. Для дальнейшего применения в производстве, цилиндрические слитки должны обладать хорошей технологичностью, т.е. обладать неплохой прочностью (60-100 МПА) и достаточно хорошим удлинением (20-30%) для дальнейших операций холодной и горячей обработки давлением. Должно контролироваться содержание водорода, который может вызывать так называемую «водородную болезнь», что влияет на структуру слитка и на его механические характеристики.
.
3. Производственная программа.
Годовая производственная программа служит основой для проектирования термического участка. На основе годовой производственной программе и разработанного технологического процесса термической обработки выбираем и рассчитываем оборудование и осуществляем его планирование. Производственная программа выражается в весовых (кг, т) и количественных (шт.) величинах.
Таблица 4-Годовая производственная программа.
| Фактическая | Планируемая | ||||
| Кол-во слитков, шт. | Общее кол-во слитков, шт. | Общая масса, кг (т) | Кол-во сборочных единиц, шт. | Общее кол-во слитков, шт. | Общая масса слитков, кг (т) |
4 Выбор материала
Материал для изготовления цилиндрических слитков выбирают исходя из условий их дальнейшего применения для изготовления электротехнической проволоки, труб и прутков. Полуфабрикат должен хорошо обрабатываться при холодной и горячей пластической деформации, обеспечивать наиболее полное растворение легирующих элементов, обладать хорошими механическими характеристиками, не быть подверженным газонасыщению.
Алюминий технический АД1 обладает более лучшим комплексом свойств, по сравнению с его заменителями АД0 и АД00.Сравним механические характеристики и химический состав АД1 с его заменителями АД0 и АД00. Химический состав АД1 представлен в таблице 4.
Таблица 5- Химический состав АД1 в %
| Fe | Si | Mn | Ti | Cu | Mg | Zn |
| 0,3 | 0,3 | 0,025 | 0,15 | 0,05 | 0,05 | 0,1 |
Таблица 6 – Химический состав АД0 в %
| Fe | Si | Mn | Ti | Cu | Mg | Zn |
| 0.4 | 0.25 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.07 |
Таблица 7- Химический состав АД00 в %
| Fe | Si | Mn | Ti | Cu | Mg | Zn |
| 0.25 | 0.2 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.07 |
Механические характеристики сравниваемых марок алюминия представлены в таблице 7
Таблица 8- Механические свойства
| Марка алюминия | АД1 | АД0 | АД00 |
| σв, МПА | 60-110 | 60-110 | |
| δ,% | 20-30 | 20-30 | 20-30 |
Si, Mn, Mg способствют повышению коррозионностойкости. Fe практически нерастворим в алюминии, также Si снижает трещинообразование. Ti вводят для измельчения зерна.
Как видно из приведенных таблиц, АД1 обладает примерно одинаковыми механическими характеристиками, но лучшим химическим составом, который позволяет лучше обрабатывать слитки при дальнейших технологических операциях, а так же слитки из АД1 будут более коррозионностойкие и мелкозернистые, лучше обрабатываться при сварки и при горячей обработке давлением.
5 Выбор технологии термической обработки
Термическая обработка металлов и сплавов является одной из важнейших составляющих любого технологического процесса изготовления металлических изделий, цель, которой заключается в создании требуемого комплекса механических либо иных физико-химических свойств материала изделия, в увеличении эксплуатационных характеристик работы изделий в конструкциях, машинах и агрегатах, а также в улучшении технологичности материала при получении изделий. Термическая обработка, как операция технологического процесса, заключается в нагреве металла или сплава до заданной температуры, в выдержке при этой температуре либо без выдержки с последующим охлаждением. В зависимости от вида обработки, ее цели, от исходного и требуемого конечного структурного состояния материала, термическая обработка характеризуется своими технологическими параметрами, в качестве которых выступают чаще всего температура и условия нагрева, длительность выдержки, скорость охлаждения, среда и способ охлаждения.
Для технического алюминия применяют отжиг для ликвидации нежелательных последствий, связанных с неравномерностью структуры.
Рассмотрим следующие виды отжига: гомогенизационный отжиг; рекристаллизационный отжиг деформированных полуфабрикатов и отжиг для снятия остаточных напряжений.
Гомогенизационный отжиг позволяет устранить последствия дендритной ликвации, уменьшить остаточные напряжения в слитках. Температура гомогенизации должна быть выше температуры полного растворения легирующих компонентов в алюминии, и ниже температуры равновесного солидуса t сол . Выдержка при температуре гомогенизации должна обеспечить полное растворение легирующих элементов. Температура гомогенизации для промышленных алюминиевых сплавов колеблется в пределах от 450 до 520 оС, а выдержка – от 4 до 40ч. Скорость охлаждения при гомогенизации обычно не регламентируется, слитки охлаждают вместе с печью или на воздухе.
После гомогенизации структура слитка становится более гомогенной, пластичность повышается, что позволяет значительно облегчить последующую обработку давлением и уменьшить технологические отходы.
Рекристаллизационный отжиг применяют для получения максимальных значений характеристик пластичности сплава после отжига. режим отжига выбирают таким образом, чтобы он обеспечил, с одной стороны, полную рекристаллизацию, а с другой стороны, мелкозернистую структуру.
Температура рекристаллизационного отжига должна существенно превышать температуру окончания первичной рекристаллизации. Температура рекристаллизационного отжига на 50 - 150 оС превышает температуру окончания первичной рекристаллизации и для промышленных алюминиевых сплавов колеблется от 300 до 500 оС. Выдержка при температуре рекристаллизационного отжига находится в пределах 0,5 – 2ч. Скорость охлаждения для неупрочняемых термообработкой алюминиевых сплавов выбирается произвольно (обычно на воздухе). Для термически упрочняемых сплавов она составляет не более 30 оС/ч до 200-250 оС.
Отжиг для снятия остаточных напряжений применяют с целью уменьшения остаточных напряжений. Температура отжига 280-300 оС.
На рассматриваемом участке в литейном цехе технический алюминий марки АД1 будем подвергать гомогенизационному отжигу. Преимуществами такой термической обработки по сравнению с рекристаллизацией является то, что после гомогенизационного отжига избыточные фазы растворяются, происходит выравнивание по химическому составу слитка, уменьшаются внутренние напряжения, происходит измельчение зерна, что благоприятно для дальнейшей механической обработки. Повышается пластичность. Применение гомогенизации более универсально, т.к. слитки можно применять для производства различных полуфабрикатов, а не только для изделий, которые будут подвергаться холодной и горячей пластическим деформациям, как в случае рекристаллизационного отжига.
С помощью программы «Tpl2» были произведены расчеты длительности нагрева и охлаждения. В таблице 8 приведены результаты расчета нагрева цилиндрического слитка длинной 5 м, диаметром 127мм в воздушной среде.
Таблица 9- длительность нагрева
| Время мин | Х | |||||
| L,см | 0,00 | 7,9 | 23,8 | 39,7 | 55,6 | |
| 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | ||
| 80,0 | 79,2 | 78,0 | 77,2 | 76,8 | ||
| 190,5 | 189,8 | 188,7 | 188,0 | 187,7 | ||
| 289,6 | 289,0 | 288,1 | 287,5 | 287,2 | ||
| 373,9 | 373,5 | 372,8 | 372,3 | 372,0 | ||
| 441,5 | 441,2 | 440,6 | 440,3 | 440,1 | ||
| 492,5 | 492,2 | 491,8 | 491,6 | 491,4 | ||
| 528,9 | 528,7 | 528,5 | 528,3 | 528,2 | ||
| 553,9 | 553,8 | 553,6 | 553,5 | 553,4 | ||
| 570,5 | 570,4 | 570,3 | 570,2 | 570,2 | ||
| 581,3 | 581,3 | 581,2 | 581,1 | 581,1 | ||
| 588,2 | 588,2 | 588,1 | 588,1 | 588,1 | ||
| 592,6 | 592,6 | 592,5 | 592,5 | 592,5 | ||
| 595,1 | 595,0 | 595,0 | 595,0 | 595,0 |
Таблица 10- длительность охлаждения
| Время мин | Х | |||||
| L,см | 0,00 | 7,9 | 23,8 | 39,7 | 55,6 | |
| 595,0 | 595,0 | 595,0 | 595,0 | |||
| 142,5 | 146,7 | 153,4 | 158,0 | |||
| 84,1 | 85,1 | 86,6 | 87,6 | |||
| 63,5 | 64,0 | 64,7 | 65,1 | |||
| 52,6 | 52,8 | 53,2 | 53,5 | |||
| 45,7 | 45,8 | 46,1 | 46,3 | |||
| 40,9 | 41,0 | 41,2 | 41,4 | |||
| 37,4 | 37,5 | 37,7 | 37,7 | |||
| 34,7 | 34,8 | 34,9 | 35,0 | |||
| 32,6 | 32,7 | 32,8 | 32,8 | |||
 252
| 30,9 | 31,0 | 31,1 | 31,1 | ||
| 29,5 | 29,6 | 29,6 | 29,7 | |||
| 28,4 | 28,4 | 28,5 | 28,5 | |||
| 27,4 | 27,4 | 27,5 | 27,5 | |||
| 26,6 | 26,6 | 26,6 | 26,6 | |||
| 25,8 | 25,9 | 25,9 | 25,9 | |||
| 24,9 | 24,9 | 25,0 | 25,0 |
Рисунок 2- график термической обработки
Нагрев изделия произойдет за 7,45 часа, изделие будет выдерживаться 10 часов при температуре 595°С, и охлаждение произойдет за 6,2 часа.
6. Выбор и расчет количества основного оборудования.
К основному оборудованию относится оборудование для нагрева и охлаждения изделий, то есть печное оборудование, нагревательные установки, устройства для охлаждения.
Правильно выбранное оборудование должно обеспечить полное выполнение технологического процесса, получение высококачественной продукции, требуемой производительности, экономичности процесса и устранения ручного труда.
Тип печи для термической обработки выбирают с учетом ряда факторов. В первую очередь рассматривают тип деталей, подвергаемых термической обработке. В зависимости от марки материала детали определяют максимальную и минимальную температуру печи. Выбор типа печи и степень механизации зависят от числа обрабатываемых деталей и их габаритных размеров, а также от географического местоположения участка и от технологических особенностей термического производства.
Для нагрева печей рационально использовать электроэнергию, так как наиболее дешевым носителем энергии в данном регионе является именно электроэнергия, поэтому предпочтительнее выбрать для термической обработки электрические печи.
Для термической обработки цилиндрических слитков из сплава АД1, для гомогенизации, может быть использованы вертикальные и горизонтальные (шахтные электрические печи). Преимуществом шахтных печей является то, что они расположены ниже уровня цеха и, следовательно, экономят пространство. Недостатком же их является то, что их конструкция такова, что печи используются с атмосферой, что неприемлемо для алюминиевых цилиндрических слитков, т.к. они подвержены газовой коррозии.
Поэтому в курсовом проекте выбираю электрическую печь СТО-9.60.6,5/6-И1.
Таблица 11- Технические характеристики печи
СТО-9.60.6,5/6-И1
| 1. Назначение: гомогенизирующий отжиг алюминиевых слитков. | |
| 2. Мощность установленная, кВт | |
| 3. Номинальная температура, °C | |
| 4. Масса садки, кг, не более | |
| 5. Производительность, кг/ч | 200...300 |
| 6. Напряжение, В питающей сети цепей управления | 380 220 |
| 7. Частота, Гц | |
| 8. Число фаз | |
9. Размеры рабочего пространства, мм ширина  длина высота
| 900 6000 650 |