Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Атлас конструкций Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 150104 «Литейное производство черных и цветных металлов» и направлению 150400 «Металлургия», 16.12.2011 Красноярск СФУ 2012 1 УДК 621.002.3:669.018(07) ББК 34.7я73 К651 Авторы: Т. Р. Гильманшина, Л. И. Мамина, Н. Н. Довженко, С. Б. Сидельников, С. В. Беляев, В. А. Падалка, В. Н. Баранов, А. И. Безруких, А. С. Терентьев Рецензенты: Б. А. Кулаков, доктор технических наук, профессор, чл.-кор. РАЕН, зав. кафедрой «Литейное производство» Южно-Уральского государственного университета; С. В. Брусницын, доктор технических наук, профессор кафедры «Литейное производство и упрочняющие технологии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина К651 Конструкции и принцип работы оборудования для изготовления слитков из алюминия и его сплавов. Атлас конструкций : учеб. пособие / Т. Р. Гильманшина, Л. И. Мамина, Н. Н. Довженко [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. – 238 с. ISBN 978-5-7638-2648-7 В атласе представлены конструкции и основные характеристики оборудования, предназначенного для изготовления слитков из алюминия и его сплавов (оборудование для приготовления сплавов, очистки и рафинирования расплавов, изготовления, резки и термической обработки слитков, переработки отходов и т.д.). Может использоваться для проведения практических и лабораторных занятий по курсам «Технологическое оборудование литейных цехов» и «Проектирование литейных цехов». Предназначен для студентов, обучающихся по направлению 150400 «Металлургия» и специальности 150104 «Литейное производство черных и цветных металлов». УДК 621.002.3:669.018(07) ББК 34.7я73 ISBN 978-5-7638-2648-7 2 © Сибирский федеральный университет, 2012 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение .............................................................................................................. 4 1. Оборудование для приготовления сплавов ............................................ 6 1.1. Печи для плавки алюминия и его сплавов .................................................... 6 1.2. Оборудование для заливки, загрузки, обработки и перемешивания расплава ............................................................................................................... 27 1.3. Электромагнитные перемешиватели ............................................................ 39 1.4. Транспортирующие ковши ............................................................................... 47 1.5. Оборудование для переработки шлаков ...................................................... 50 2. Оборудование для очистки и рафинирования расплава ................... 57 2.1. Оборудование для внепечного рафинирования расплава .................... 57 2.2. Оборудование и материалы для внепечной фильтрации расплава ........................................................................................................................... 84 3. Оборудование для получения слитков из алюминиевых сплавов .............................................................................................................. 95 3.1. Оборудование для изготовления плоских, цилиндрических слитков, Т-образных чушек ...................................................................................... 96 3.2. Оборудование для резки слитков ................................................................. 122 3.3. Оборудование для термической обработки слитков ............................. 125 3.4. Оборудование для переработки отходов ................................................... 126 3.5. Оборудование для получения мелкогабаритной чушки ..................... 132 3.6. Оборудование для комбинированных и совмещенных методов обработки цветных металлов и сплавов ........................................... 146 4. Оснастка и обеспечение ........................................................................... 150 4.1. Оснастка................................................................................................................. 150 4.2. Обеспечение ......................................................................................................... 182 5. Лабораторное оборудование.................................................................... 187 5.1. Оборудование для изучения строения сплава ......................................... 187 5.2. Оборудование для исследования механических свойств ................... 199 5.3. Оборудование для элементного анализа сплавов................................... 223 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................... 231 3 ВВЕДЕНИЕ Алюминиевая промышленность является стратегически важной отраслью экономики России. Конструкционные материалы на основе алюминия и его сплавов широко используются в различных областях промышленности. В отличие от большинства отраслей промышленности экономические реформы в алюминиевом комплексе позволили не только сохранить производственные мощности, обеспечив их полную загрузку, но и осуществить модернизацию. Алюминий – металл будущего, на его основе создаются новые материалы и новая техника, которые радикально и благоприятно изменяют условия жизнеобеспечения человека и способствуют решению глобальных мировых проблем – энергосбережения и экологической безопасности. Процесс интеграции российского алюминиевого бизнеса хорошо вписывается в общий процесс глобализации мировой экономики, что повышает конкурентоспособность отечественного алюминия. Россия – крупнейший производитель алюминия в мире (второй после Китая) и самый крупный экспортер этого металла. По производству первичного металла «РУСАЛ» занимает второе место в мире и по своей структуре является транснациональной компанией, в ее состав входит несколько зарубежных предприятий. «РУСАЛ» использует современнейшее отечественное и зарубежное оборудование и технологии, что позволило создать предприятие, отвечающее самым высоким международным стандартам в области производства алюминия и продукции на его основе, экологии, охраны труда и промышленной безопасности. Одно из важнейших конкурентных преимуществ «РУСАЛ» – наличие собственной инженерно-технологической базы, которая позволяет компании самостоятельно осуществлять полный цикл работ в сфере научных и опытно-конструкторских разработок: от формирования научной идеи до ее промышленного воплощения. Научно-исследовательские работы ведутся на базе Инженернотехнологического центра «РУСАЛ» в Красноярске, Всероссийского алюминиево-магниевого института в Санкт-Петербурге во взаимодействии с ведущими российскими вузами: Московским государственным университетом, Сибирским федеральным университетом, 4 Московским институтом стали и сплавов и др. Помимо собственных разработок на предприятии «РУСАЛ» используются лучшие решения западных мировых лидеров в производстве оборудования для алюминиевой промышленности, таких, как «AREVA», «ALSTOM», «Hencon», «NKM Noell», «Brochot» и др. Авторы книги выражают свою благодарность всем фирмампроизводителям, предоставившим информацию о выпускаемом ими оборудовании. 5 1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СПЛАВОВ Современные технические требования по качеству металла, выдвигаемые заказчиками перед алюминиевой промышленностью, являются весьма жесткими. Поэтому все процессы получения алюминия и его сплавов, начиная с хранения шихтовых материалов и заканчивая транспортировкой продукции, требуют особого внимания и постоянного контроля. 1.1. Печи для плавки алюминия и его сплавов Современные печи, предназначенные для плавки алюминия и его сплавов, должны удовлетворять таким требованиям, как малые потери расплавляемого материала, сохранение качества расплава, низкий уровень теплового и шумового воздействия на оператора в процессе работы, эффективное использование электроэнергии, удобство при обслуживании и ремонте. Низкие потери на аккумуляцию в футеровке достигаются благодаря качественной футеровке с применением специальной комбинации из плотных огнеупорных материалов и плит из керамических волокон, что обеспечивает быстрый разогрев и эффективную работу печи. Газовая печь отражательного типа Плавильная отражательная печь предназначена для плавки алюминия (рис. 1.1, табл. 1.1). Она выпускается фирмой «Almag» (г. Москва, Россия), являющейся официальным дилером многих китайских предприятий. К ее достоинствам можно отнести: – простоту конструкции, что обуславливает доступное обслуживание и ремонт оборудования; – высокоэффективную систему горелок регенерационного типа, оснащенную системой автоматического контроля; – безопасность печи, т.к. сварная дверь печи не требует подвода воды для охлаждения; 6 Рис. 1.1. Внешний вид плавильной печи отражательного типа фирмы «Almag» [26] Т а б л и ц а 1.1 Характеристики плавильной печи фирмы «Almag» [26] Параметры Значения Виды применяемых энергоносителей Максимальная управляемая температура, ºС: расплав топка Газ, дизельное топливо Материал печи Объем загрузки (жидкий алюминий), т Габаритные размеры печи Структурная форма Топливо Сжигание, м3/т·Al Скорость расплавления, т/ч Тип горения Тип управления 800 1 200 Стальные листы толщиной 7 мм и профили 3–40 В зависимости от объема загрузки Наклоненный свод двери печи и квадратная печь Природный газ 8 500 ккал/м³ 70–80 2,0–3,5 Комплект горелок (2 шт./т), работающих по очереди PLC (автоматический или ручной) 7 – циркуляцию нагретого воздуха в печи с помощью мощных вентиляторов, что позволяет поддерживать одинаковую температуру во всем объеме расплава; – полную автоматизацию работы печи; – максимально возможное загрузочное окно, которое позволяет легко помещать в печь крупногабаритный лом и производить очистку жидкого алюминия от шлака; – удобное управление печью; – низкие расходы на эксплуатацию; – упрощенные требования к основанию на площадке. Корпус печи представляет собой конструкцию из бронированных стальных листов и профилей, за счет чего обеспечивается высокая жесткость и герметичность. Котел плавления строится из высококачественного огнеупорного кирпича и специального бетона с высоким содержанием оксида алюминия. Колошник сделан из высококачественного огнеупорного и легкого теплоизоляционного кирпича с наилучшими характеристиками по износостойкости. Дверь печи – это сборная сварная конструкция из стальных листов. Внутренняя часть дверцы футерована ценным огнеупорным материалом и теплоизолирована кирпичом. Между дверцей и внутренней частью печи достигнута полная воздухонепроницаемость, за счет чего не происходит окисления алюминия в процессе плавки. Дверца открывается по направляющим при помощи мотораредуктора, тем самым обеспечивается точность и плавность открытия и закрытия печи. Нагрев происходит за счет двух горелок, работающих по очереди, что позволяет экономить энергоноситель в процессе плавки. Система нагрева печи с одним комплектом сопла аккумулирования тепла. Контроль аккумулирования тепла осуществляется автоматически. Точность контроля температуры сплава составляет ±3 ºС. Когда достигается нужная температура, нагрев автоматически останавливается; когда температура снижается до установленного предела – автоматически включается [26]. Камерные электропечи Камерная электропечь (миксер) предназначена для приема, корректировки по температуре и химическому составу, выдержки и рав8 номерной выдачи алюминиевых сплавов и может использоваться в литейных цехах металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих заводов (рис. 1.2, 1.3, табл. 1.2). Миксер выпускается ОАО «Сибэлектротерм» (г. Новосибирск, Россия). а б Рис. 1.2. Внешний вид поворотных миксеров ОАО «Сибэлектротерм»: а – миксер САМП-100, Красноярский алюминиевый завод; б – миксер САМП-60, Иркутский алюминиевый завод [45–47] К преимуществам миксеров можно отнести: – возможность осуществления разливки расплава без нарушения окисной пленки и попадания ее в расплав и за счет этого получение высокой чистоты металла; – конкурентоспособность эксплуатационных параметров при обработке жидкого алюминия и сплавов на его основе; – осуществление разливки без нарушения окисной пленки и попадания ее в расплав и за счет этого получение высокой чистоты металла. 9 Рис. 1.3. Схема миксера ОАО «Сибэлектротерм»: 1 – заливочная крышка; 2 – кожух; 3 – футеровка; 4 – нагревательные элементы; 5 – термопара для контроля температуры печи; 6 – летка аварийного слива; 7 – магнитно-гидродинамический перемешиватель (МГД-перемешиватель); 8 – рабочее окно; 9 – сливной носок [45–47] В состав установки входят миксер, электрическая часть (шкафы и пульты ввода питания, управления, регуляторы мощности тепловых зон и др.), обеспечивающая питание миксера электроэнергией, система управления режимами нагрева в тепловых зонах; комплексная автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), обеспечивающая комплексное управление и работу прецизионной системы наклона с контролируемой точностью скорости слива металла, гидравлическая система. 10 Емкость миксера, т Мощность нагревателей, кВт Количество нагревателей, шт. Тип нагревателя Глубина расплава, мм Температура металла, заливаемого в миксер, °С Точность автоматического поддержания температуры металла в миксере, °С Скорость разливки металла (регулируемая), т/ч Напряжение питающей сети, В Частота питающей сети, Гц Максимальный ток нагревателей, А Давление в гидросистеме, МПа (кгс/см2) Время разливки, ч Внутренние размеры футеровки, мм: высота ширина (по зеркалу металла) длина (по зеркалу металла) Габаритные размеры каркаса, мм: длина ширина высота Максимальный угол поворота миксера, град Масса, т: каркаса миксера футеровки всего с расплавом Параметры САПМ-38 38 500 850 3–25 170 11 (110) 1,5–13 2 400 4 000 6 200 7 700 5 000 5 300 27,0 49 55 142 САПМ-15 15 400 9 800 1–15 151 10 (100) 1–15 2 200 3 000 3 500 6 300 5 700 4 100 26,5 37 35 87 58 78 187 8 100 6 100 5 850 26,5 2 450 4 500 6 600 180 12 (120) 1–10 5–50 900 САПМ-50 50 550 12 60 80 195 8 100 6 100 6 900 27,0 2 500 4 500 6 600 5–55 3 × 380 50 190 12,5 (125) 1–11 ±3 Трубчатый 950 720–850 90 135 285 12 890 8 840 8 090 23,0 2 600 5 000 7 200 170 13 (130) 1–3 20–60 900 Тип миксера САПМ-55 САПМ-60 55 60 600 800 Характеристики миксеров фирмы ОАО «Сибэлектротерм» [45–47] 105 148 338 9 280 8 370 14 340 26,0 3 030 5 200 9 700 1,42–4 175 До 60 15 2 800 6 100 9 500 1–4 176 110 159 369 13 990 10 650 8 530 23,0 16 (160) 25–100 11 САПМ-100 100 1 000 1 000 САПМ-85 85 900 Т а б л и ц а 1.2 Миксер конструктивно выполнен в виде каркаса, соединенного с кронштейнами поворота и плунжерными цилиндрами для наклона на слив. Заливочный узел и рабочие двери имеют механизированные подъемы крышки и дверей. В центральной части продольной оси в днище каркаса расположено специальное окно для установки водоохлаждаемой немагнитной плиты, сопряженной с МГД-перемешивателем конструкции, разработанной «Научно-производственным центром магнитной гидродинамики» – НПЦ МГД (г. Красноярск, Россия). Гидросистема обеспечивает подачу гидравлической рабочей жидкости под давлением к гидроплунжерам поворота миксера. Система гидравлики изготавливается единым блоком на основной раме в полной заводской готовности и устанавливается в непосредственной близости от миксера. Система гидравлики состоит из источника гидропитания и гидропанели управления. Управление гидросистемой осуществляется от системы АСУ ТП. Нагреватели радианного типа фирмы «Kanthal» установлены в подсводовом пространстве на специальных подвесках. Для обеспечения равномерного распределения температурного поля в объеме, прилегающем к разливочной летке, рабочее пространство миксера имеет несколько тепловых зон. Электропитание нагревателей каждой зоны осуществляется от тиристорных преобразователей напряжения с управлением от АСУ ТП. Для контроля и стабилизации температуры металла при разливке установлена специальная погружная термопара. Для эффективной и экономичной работы оборудования применяется система управления технологическим процессом на базе SIMATIC Process Control System (PCS7), построенная в соответствии с концепцией Simens «полностью интегрированная система». Система использует стандартные изделия SIMATIC S7. АСУ ТП обеспечивает управление тепловым режимом с точностью ±5 ºС, управление механизмами агрегата, управление регулируемым дозированием выдачи (слива) жидкого металла, контроль массы металла в миксере. Средства контроля над ходом технологического процесса позволяют получать: заданную температуру сливаемого металла; рабочую температуру в каждой зоне; электрические параметры (сила тока, напряжение, мощность); скорость разливки; угол наклона миксера; расход легирующих и шлакообразующих материалов; сведения о положении механизмов; основные параметры механизмов. 12 Футеровка может выполняться из огнеупорных и теплоизоляционных материалов на основе формованных изделий и набивных масс. Выбор технологии изготовления и материалов футеровки производится на основании конкретных условий работы миксера [45–47]. Миксер-копильник сопротивления САНМ-45-И1 Миксер-копильник (электропечь) сопротивления САНМ-45-И1 предназначен для приготовления алюминия и его сплавов на основе жидкого алюминия и хранения расплава перед переливом в раздаточный миксер (табл. 1.3, рис. 1.4). Миксер-копильник выпускается фирмой «СпецТехРесурс» (г. Москва, Россия). Структура условного обозначения САНМ-45-И1: С – вид нагрева (сопротивлением); А – тип расплава – алюминиевые сплавы; Н – основной конструктивный признак – камерная; М – миксер; 45 – емкость ванны, т; И1 – порядковый номер исполнения. Т а б л и ц а 1.3 Характеристики миксера-копильника САНМ-45-И1 [39] Параметры Емкость ванны, т: полная полезная Производительность по перегреву на 100 °С, т/ч Среда в рабочем пространстве Время перегрева на 100 °С, ч, не более Номинальное напряжение питающей сети, В Номинальная частота электрического тока, Гц Номинальная мощность, кВт Номинальная температура, °С Удельный расход электроэнергии по перегреву на 100 °С, кВт·ч/кг, не более Расход воды, м3/ч Удельная мощность, кВт/кг Габаритные размеры, мм, не более: длина ширина высота Масса, кг: футеровки миксера Значения 45 40 2 Воздух 15–20 380 50 450 750 0,2 3,6 0,012 86 7 200 4 200 12 200 99 200 194 222 13 Рис. 1.4. Схема миксера-копильника САНМ-45-И1 [39]: 1 – блок свода; 2 – камера; 3 – карман заливной; 4 – коллектор Миксер-копильник состоит из следующих основных частей: футерованной камеры левого и правого исполнения с заливным и сливным карманом; съемных футерованных секций свода с нагревателями; устройства для электромагнитного перемешивания расплава; коллектора; шкафов управления. Камера миксера-копильника выполнена сварной из листовой и профильной стали, разделена на секции, которые соединяются на монтаже сваркой. Внутренняя полость камеры для теплоизоляции футерована кирпичом. Футеровка камеры делится на три участка: – футеровка пода ванны выполняется в пять слоев и укладывается с небольшим уклоном для слива расплава; – футеровка боковых стенок ванны трехслойная, верхняя часть боковых стенок выполняется двухслойной. Вверху по длине печи 14 имеются каналы, заполненные песком и служащие для уплотнения съемных блоков; – блок свода представляет собой сварную конструкцию из стального проката. Внутренняя поверхность свода футерована кирпичом. Внутренняя часть футеровки изготовлена из фасонных огнеупоров, и в образующиеся каналы уложены нагреватели и защитные экраны из жаропрочного чугуна. Наружная часть футеровки служит для теплоизоляции. На одной из боковых стенок имеется карман для слива металла сифонным способом, у этой же стенки находится устройство для электромагнитного перемешивания расплава. На противоположной стороне имеются окна для чистки электропечи, закрытые литыми чугунными футерованными дверцами с ручным управлением. Здесь же расположены смотровые окна, обрамленные литыми плитами, и отверстие под термопару. На торцевой стенке имеется карман с воронкой для заливки жидкого металла. Дверца состоит из двух частей, перекрывающих смотровые окна и представляющих собой сборную конструкцию из литой рамы и крышек из листовой стали. Полость дверцы футерована шамотным кирпичом. Перемещение дверцы осуществляется вручную. Ленточные нагреватели из сплава высокого сопротивления выполнены в форме зигзага, объединяются в треугольник и образуют три группы, соединенных параллельно и представляющих одну тепловую зону. Выводы каждой группы нагревателей расположены на одной стороне электропечи. Коллектор служит для распределения и контроля протока подводимой воды по водоохлаждающим каналам плиты, установленной в боковую стенку камеры в зоне устройства для электромагнитного перемешивания расплава, и сбора ее на сливе в один общий трубопровод. Коллектор состоит из напорной и сливной частей и укомплектован приборами контроля давления, расхода и протока воды. Напорные и сливные линии коллектора соединяются с водоохлаждаемыми полостями камеры резинотканевыми рукавами. Шкафы управления представляют собой закрытые металлические шкафы с установленными на них и в них приборами для контроля, регулирования и записи температуры и сигнализации протока воды в водоохлаждаемых полостях, а также для управления и контроля работы электропечи. 15 Миксер-копильник может эксплуатироваться при следующих условиях: – помещение с искусственно регулируемыми климатическими условиями; – нормальная высота над уровнем моря (не более 1 000 м); – температура окружающей среды от 1 до 35 °С; – относительная влажность окружающей среды не более 80 % при температуре 25 °С, при более низких температурах без конденсации влаги. Среда, окружающая электропечь, должна быть взрывобезопасной, с допустимым содержанием пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, не влияющих на материалы электропечи [39]. Шахтные тигельные электропечи Шахтные тигельные электропечи (рис. 1.5, табл. 1.4) предназначены для плавления и поддержания температуры расплава алюминиевых сплавов и выпускаются фирмами «C-Терм» (г. Харьков, Украина [71]), ОАО «Электропечь» (г. Бийск, Россия [48]); «Индуктор» (г. Новозыбков, Россия [49]) и рядом других предприятий. В состав печи входят нагревательная камера в сборе с крышкой и механизмом подъема, плавильный тигель, шкаф управления. Плавление сплавов в печах данной конструкции производится в графитошамотном, графитовом тигле или в тигле из жаропрочного чугуна или стали, установленном в нагревательной камере шахтного типа. Каркас нагревательной камеры выполнен из листовой стали. Внутри каркаса располагается футеровка. В качестве футеровочных материалов применяются современные легковесные и волокнистые материалы. На внутренней поверхности футеровки закреплены проволочные электронагреватели из сплава марки Х20Н80-Н. В нижней части нагревательной камеры имеется отверстие для аварийного слива расплава в случае разрушения плавильного тигля. Верхняя часть нагревательной камеры снабжена крышкой. Подъем и опускание крышки производятся рычажным механизмом с ручным приводом. Автоматическое управление температурой осуществляется системой управления, смонтированной в отдельном шкафу. В шкафах управления используются приборы ТРМ-10, Термодат-12, Термодат-14, это цифровые программируемые приборы на базе современных 16 Рис. 1.5. Схема шахтной тигельной электропечи [49]: 1 – подвод заземляющего провода; 2 – площадка обслуживания; 3 – приямок для аварийного слива глубиной 600 мм; 4 – место для выемки термоэлектрического преобразователя однокристальных микроконтроллеров. Шкафы управления новой комплектации отличаются более высокой точностью поддержания температуры (в пределах ±50 ºС) в рабочем пространстве электропечи за счет применения пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования (закона ПИД-регулирования), большей надежностью, меньшими эксплуатационными расходами и при этом значительно меньшей стоимостью. В качестве регулирующего устройства используется микропроцессорный программный регулятор, позволяющий изменять напряжение на нагревателях с помощью тиристорных модулей. В отличие от пускателей и контакторов тиристорные модули значительно надежнее и при эксплуатации не требуют технического обслуживания. 17 18 Емкость по алюминию, т Установленная мощность, кВт, не более Номинальная температура расплава, °С Параметры питающей сети: напряжение, В частота, Гц число фаз Наружные габариты, мм: ширина длина высота Номинальное напряжение цепей управления, В Номинальное напряжение на нагревателях, В Номинальная потребляемая мощность, кВт Мощность холостого хода, кВт Частота тока питающей сети, Гц Размеры тигля, мм: наружный диаметр высота Скорость плавки при плавлении и перегреве, т/ч Удельный расход электроэнергии (при расплавлении и перегреве до 750 °С), кВт·ч/т Время разогрева электропечи до установившегося режима, ч Масса футеровки, кг Масса электропечи, т Параметры САТ-0,06 0,06 25,0 1 080 1 200 1 100 – САТ-0,04 0,04 18,0 920 1 050 950 – – 1 150 1 220 1 180 380 50 3 865–1 020 350 500 550 138 35 6,5 1 200–1 365 1 200–1 250 1 435–1 290 Тип электропечи САТ-0,1 САТ-0,16 0,1 0,16 36,0 33,0–50,0 750–800 Характеристики шахтных тигельных электропечей [48, 49, 71] 3 400 0,1 935–1 100 336 520 685 1 300–1 450 1 300 1 435–1 450 220 155 42 7,0 50 САТ-0,25 0,25 40,0–63,5 Т а б л и ц а 1.4 При работе печи в качестве раздаточной жидкий алюминий заливается в тигель. При работе печи в качестве плавильной алюминиевые чушки, предварительно подогретые до 200 ºС, загружаются в тигель электропечи, разогретой до температуры 500–600 ºС. Раздача жидкого металла осуществляется манипулятором или вручную разливной ложкой [48, 49, 71]. Устройство печей серии САТ, выпускаемых ЗАО «МИУС» (г. Тула, Россия), показано на рис. 1.6. Основные параметры приведены в табл. 1.5. а б Рис. 1.6. Схема (а) и внешний вид (б) печей серии САТ ЗАО «МИУС» [28] Т а б л и ц а 1.5 Характеристики печей ЗАО «МИУС» [28] Параметры Емкость (по алюминию), т Напряжение питания, В Установленная мощность, кВт Стабильность температуры в установившемся режиме, °С Размеры рабочего пространства, мм: диаметр высота Габариты печи, мм: длина глубина высота (с крышкой) Тип печи САТ-0,25/7,8 САТ-0,5/7,5 0,25 0,32 380 28 42 ±5 620 640 800 790 1 900 1 470 1 910 1 480 1 800 19 Характерными особенностями печей этой фирмы являются: – высокоэффективная многослойная теплоизоляция; – нагреватели, выполненные из проволоки GS-23 (Еврофехраль); – микропроцессорная система управления для задания и контроля оптимальных режимов нагрева печи. Конструкция печи обеспечивает возможность сохранения работоспособности нагревателей даже при разрушении тигля с расплавом. Время установки/замены тигля минимизировано за счет оригинального конструкторского решения [28]. Шахтные тигельные наклонные печи Шахтные тигельные наклонные печи типа САТ-0,16Н и САТ-0,25Н (табл. 1.6) предназначены для плавки и разливки алюминиевых сплавов при температуре 800 ºС. Они выпускаются ОАО «Электропечь» (г. Бийск, Россия). Т а б л и ц а 1.6 Характеристики тигельных наклонных печей [47] Параметры Температура, ºС Емкость по алюминию, кг Габаритные размеры, мм Мощность, кВт Напряжение, В Масса электропечи, кг Тип печи САТ-0,16Н САТ-0,25Н 800 160 250 1 600×2 196×1 520 45 1 700×2 300×1 700 60 380 1 310 1 665 Конструктивно шахтные тигельные наклонные печи идентичны шахтным тигельным печам и выполнены шахтными, футерованными теплоизоляционными и огнеупорными материалами, с графитовым (стальным или чугунным) тиглем. Их особенностью является то, что раздача жидкого металла осуществляется путем наклона электропечи с помощью механизма наклона через червячную передачу вращением маховика вручную. Крышка электропечи при открывании-закрывании сдвигается вручную по направляющим. Контроль теплового режима в рабочем пространстве электропечи производится автоматически с помощью термопреобразователя и регулятора температуры, расположенного в шкафу управления. В шкафах 20 управления используются приборы ТРМ-10, Термодат-12, Термодат-14, это цифровые программируемые приборы на базе современных однокристальных микроконтроллеров. Шкафы управления новой комплектации отличаются более высокой точностью поддержания температуры (в пределах ±5 ºС) в рабочем пространстве электропечи за счет применения закона ПИД-регулирования, большей надежностью, меньшими эксплуатационными расходами и при этом значительно меньшей стоимостью. В шкафах применена надежная элементная база, электромеханические узлы сведены к минимуму, коммутация электроэнергии нагрева электропечи осуществляется тиристорными коммутаторами. В отличие от пускателей и контакторов тиристорные коммутаторы значительно надежнее и при эксплуатации не требуют технического обслуживания. Шкафы управления комплектуются пускорегулирующей и защитной аппаратурой для управления механизмами электрической печи [47]. Тигельные поворотные электропечи Тигельные поворотные печи предназначены для плавки и разлива алюминия в изложницы путем наклона печи (рис. 1.7, табл. 1.7). Печи выпускаются фирмой «ПРОМВЕСТ» (г. Минск, Белоруссия). Рис. 1.7. Схема тигельных поворотных печей [69]: 1 – корпус; 2 – рама; 3 – крышка; 4 – футеровка; 5 – гидроцилиндры; 6 – гидростанция 21 Т а б л и ц а 1.7 Характеристики тигельных поворотных печей [69] Пeчь плaвильнaя ПП 450M Емкость Максимальтигля по Мощность, ная темпеалюминию, кВт ратура в какг мере, ºС 150 40 ПП 1000M 300 70 ПП 2000M 600 90 1 100 Скорость плавки алюминия, кг/ч, при температуре расплава 700 °С 50 100 180 Плавильные печи выполнены в сварном каркасе из металлических прямоугольных труб, обваренных стальным листом. Образовавшийся короб зафутерован многослойной теплоизоляцией. Конструкция печи выполнена поворотной. Печи данного типа оснащены гидравликой итальянской фирмы «Duplomatik» с возможностью регулировки скорости подъема и угла наклона (до 1 ºС). Нагревательные элементы спирального типа на керамических трубках. Контроль и регулирование температуры осуществляется микропроцессорным блоком управления, который устанавливается в отдельном шкафу вместе с силовыми тиристорными модулями [69]. Печи для плавки цветных металлов серии GWLJ Индукционный плавильный комплекс типа GWLJ (рис. 1.8–1.12, табл. 1.8) предназначен для плавки, перегрева и рафинирования расплава алюминия и других цветных металлов и сплавов (до 850 ºС) токами средней частоты. Комплексы выпускаются международной инжиниринговой компанией «Азиатские Промышленные Технологии» (г. Новосибирск, Россия). К числу основных преимуществ можно отнести: – оптимальное соотношение «цена – качество» и ценовую доступность; – простоту и надежность конструкции механической и электротехнической части; – высокую производительность и низкие эксплуатационные затраты; – возможность плавки широкой номенклатуры сплавов, низкий угар шихты и легирующих элементов; – возможность выплавки прецизионных сплавов с жестко контролируемым составом; 22 Рис. 1.8. Схема индукционного плавильного комплекса GWTJ 1.2-350-1 [25] Рис. 1.9. Внешний вид тиристорного преобразователя частоты KGPS-250 [25] Рис. 1.10. Внешний вид индукционного плавильного узла GWTJ-0,6 [25] 23 Рис. 1.11. Внешний вид пульта управления и редуктора наклона [25] Рис. 1.12. Внешний вид конденсаторной батареи к GWJ-0.25 [25] – спокойный электрический режим плавки, отсутствие «фликерэффекта»; – низкие шумовые характеристики и малый объем отходящих газов; – высокий уровень электробезопасности; 24 0,05 0,08 0,15 0,35 0,50 0,75 1,0 1,5 GWLJ 0.05-50-1 GWLJ 0.08-50-1 GWLJ 0.15-100-1 GWLJ 0.35-160-1 GWLJ 0.50-250-1 GWLJ 0.75-350-1 GWLJ 1.0-350-1 GWLJ 1.5-500-0.5 500 350 250 160 100 50 Мощность, кВт 0,5 1,0 Частота, кГц 0,870 0,580 0,598 0,396 0,244 0,150 0,074 Производительность, т/ч 570 605 585 630 665 670 Расход электроэнергии, кВт·т/ч 10 8 6 4 3 2 Объем охлаждающей воды, м3/ч 2 645×2 035×2 620 2 545×1 865×2 520 2 390×2 440×2 200 2 390×2 440×2 200 2 400×2 200×2 270 2 100×1 580×1 740 1 440×1 300×1 000 1 100×1 400×900 Габаритные размеры, мм 25 Примечания: 1. Скорость плавки и удельный расход электроэнергии гарантируются при непрерывном режиме работы и прогретом тигле, номинальной мощности за период расплавления и перегрева шихты без учета вспомогательного времени (загрузка твердой шихты при отключенном нагреве, измерение температуры, снятие шлака, отбор проб, введение легирующих присадок, рафинирование, слив металла, чистка тигля и другие операции). 2. Напряжение: 3 Ф, 380 В, 50 Гц. Емкость печи, т Модель комплекса Выплавка алюминия (при температуре 700 ºС) Характеристики индукционных плавильных комплексов [25] Т а б л и ц а 1.8 – компактность основного технологического оборудования и возможность размещения в небольших помещениях; – низкие капитальные затраты на строительную часть для подготовки места размещения комплексов; – малый срок окупаемости плавильного оборудования. В состав индукционного плавильного комплекса входят тиристорный преобразователь частоты KGPS, индукционный плавильный узел, конденсаторная батарея, пульт управления и редуктор наклона. Тиристорный преобразователь (см. рис. 1.9) изготовлен по схеме регулируемого выпрямителя с последующим инвертированием. Управление и защита тиристоров выполнены на одной плате размером 180×260 мм за счет применения современных цифровых технологий. Защита преобразователя предохраняет силовую электронику от любых внешних факторов, таких, как перенапряжение, замыкание индуктора, срыв инвертирования, отсутствие давления охлаждающей воды и т.д. Плавильный узел (см. рис. 1.10) представляет собой водоохлаждаемый индуктор, укрепленный внутри немагнитного корпуса из алюминиевого или стального сплава. Во избежание создания короткозамкнутого витка вокруг индуктора корпус выполняется из двух симметричных половинок с электрической изоляцией друг от друга. Наклон плавильных узлов осуществляется за счет электромеханических редукторов. Пульт дистанционного управления наклоном (см. рис. 1.11) печей позволяет работать с обоими плавильными узлами. При аварийном отключении электроэнергии предусмотрена возможность слива расплава в ручном режиме с помощью специального маховика на редукторе. Конденсаторная батарея (см. рис. 1.12) состоит из набора водоохлаждаемых среднечастотных элекротермических конденсаторов большой емкости с металлической конденсаторной оболочкой системы RFM, опорной стальной конструкции и медных соединительных шин. Корпус конденсатора сделан из нержавеющего материала, обладает такими особенностями, как большая емкость, низкие диэлектрические потери, небольшие размеры, низконагреваемость, длительный срок эксплуатации, безопасность и надежность при эксплуатации. Количество конденсаторов, устанавливаемых в батарею, зависит от мощности преобразователя и типа электропечи [25]. 26 1.2. Оборудование для заливки, загрузки, обработки и перемешивания расплава Вспомогательное оборудование, используемое в литейных цехах для заливки, загрузки, обработки и перемешивания расплавов, оказывает существенное влияние на качество продукции, производительность труда, безопасность и охрану труда, культуру производства. Завалочная машина модели FCV Машина для завалки металлургических печей и миксеров («завалочная машина») модели FCV фирмы «Хенкон» (Голландия) предназначена для установки и захвата контейнеров, а также для транспортировки и загрузки в металлургические печи лома в виде обрези плоских слитков и лома в литейных отделениях (рис. 1.13, табл. 1.9). Рис. 1.13. Внешний вид завалочной машины модели FCV 27 Т а б л и ц а 1.9 Характеристики завалочной машины модели FCV Параметры Общая длина машины без навесных приспособлений, мм Значения 7 600 Габаритная длина с контейнером, мм 11 000 Ширина, мм 3 200 Высота по кабине (с кондиционером), мм 3 350 Радиус поворота без навесных инструментов, мм 5 500 Масса машины, кг: без контейнера с полным контейнером Высота подъема, мм 26 000 35 000 2 000 Грузоподъемность (контейнер и груз), кг 10 000 Максимальное расстояние до точки выгрузки от машины, мм 5 900 Углы наклона стрелы, град: верх низ 5 10 Вместимость контейнера или масса инструмента составляет 6 000 кг. Грузоподъемность захватываемых машиной вил – 5 000 кг. Конструкция машины предусматривает работу с контейнером, имеющим встроенный сталкиватель. Комбинированная машина модели FTM для загрузки ломов и обработки расплава в печах и миксерах литейных цехов Комбинированная машина модели FTM фирмы «Хенкон» (Голландия) специально разработана для загрузки лома (твердых отходов) в печи и миксера литейных отделений, а также операций по обработке печей и миксеров: снятия шлака с поверхности жидкого металла, перемешивания расплава, очистки боковых, задних стенок и подины в пространстве печи (табл. 1.10). При загрузке твердых отходов оператор захватывает контейнер с уровня пола и транспортирует к печи или миксеру, поднимает контейнер на нужную высоту и с помощью встроенного сталкивателя производит загрузку. Захватом контейнера на стрелу, загрузкой, установкой контейнера на пол и снятием со стрелы оператор управляет из кабины машины. Машина оборудуется съемными вилами для загрузки крупногабаритных отходов. 28 Т а б л и ц а 1.10 Характеристики комбинированной машины модели FTM фирмы «Хенкон» Параметры Значения Длина в транспортном положении, мм 6 000 Ширина, мм 2 600 Высота кабины с кондиционером, мм 3 100 Радиус поворота, мм 5 100 Колесная база, мм 2 200–2 500 Клиренс, мм 200 Вылет телескопической стрелы, мм 7 500 Вместимость контейнера, кг Угол поворота верхней платформы, град 2 000 360 (без ограничений) Снятие шлака, перемешивание и чистку пространства печи оператор выполняет с помощью специального навесного инструмента, устанавливаемого на телескопическую стрелу. Верхняя часть машины поворачивается вместе с кабиной и стрелой на 360°, давая возможность оператору выбирать наиболее оптимальное положение навесного инструмента. Машина транспортировки и опрокидывания ковшей модели LTTV Машина транспортировки и опрокидывания ковшей модели LTTV фирмы «Хенкон» (Голландия) предназначена для транспортировки ковша полезной вместимостью 10 000 кг на подставке к плавильной печи или миксеру в плавильно-литейном отделении. Машина транспортирует ковш с подставкой на специальной подъемной платформе, расположенной на трейлере машины (рис. 1.14, табл. 1.11). Конструкция машины представляет собой шарнирно-сочлененный механизм с модулем тягача и модулем трейлера, поворот машины осуществляется двумя цилиндрами шарнирно-поворотного механизма, который хорошо себя ранее зарекомендовал в эксплуатации с другими моделями машин. Во время транспортировки ковша подъемная платформа машины механически фиксируется для обеспечения безопасности. Перелив металла из ковша в печь осуществляется из положения, когда машина установлена боком к фронту форкамер пе29 чи и выпущены специальные гидравлические домкраты-стабилизаторы для фиксации положения машины. Скорость наклона ковша регулируется и выбирается с учетом предотвращения перелива металла. Для обеспечения полного слива металла из ковша подъем может осуществляться на угол до 95–100°. Рис. 1.14. Внешний вид машины транспортировки и опрокидывания ковшей модели LTTV фирмы «Хенкон» Т а б л и ц а 1.11 Характеристики машины транспортировки и опрокидывания ковшей LTTV фирмы «Хенкон» Параметры Значения Длина, мм 9 000 Ширина (без лотка), мм Высота, мм: с поднятым ковшом в транспортном положении Высота кабины тягача, мм 3 000 6 500 3 500 3 400 Дорожный просвет, мм 200 Масса с полным ковшом, кг ~44 300 Радиус поворота, мм 8 000 Скорость перемещения, км/ч 0–15 Емкость ковша (нетто), кг ~10 000 Масса подставки ковша, кг ~1 500 Для защиты металла в ковше от загрязнения и от осадков конструкция машины предусматривает крышку с гидроприводом подъема. 30 Машина выливки металла из электролизеров с функцией сифонного перелива модели MTV Машина модели MTV фирмы «Хенкон» (Голландия) разработана для замены мостовых кранов на операциях выливки алюминия из электролизеров, транспорта ковшей и сифонного перелива металла из ковшей за счет создания избыточного давления под крышкой ковша (рис. 1.15, табл. 1.12). Рис. 1.15. Внешний вид машины выливки металла из электролизеров модели MTV Т а б л и ц а 1.12 Характеристики машины выливки металла из электролизеров с функцией сифонного перелива MTV фирмы «Хенкон» Параметры Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Радиус поворота, мм Дорожный просвет, мм Максимальная масса машины с полным ковшом, кг Емкость ковша, кг Максимальная скорость перемещения, км/ч Дополнительное оборудование Значения 9 000 3 000 3 600 6 600 250 40 000 До 12 000 15 Бортовой компрессор, встроенные весы на тензодатчиках, гидравлическая подвеска, программируемый контроллер Эксплуатация машины обеспечивается в условиях корпуса электролиза алюминия (высокие температуры, влажность и степень запыленности, сильные магнитные поля). 31 При выполнении выливки металла машина устанавливается рядом с лункой электролизера и посредством манипуляций положениями ковша оператор вводит в лунку конец отклоняющейся выливной трубы, встроенной в крышку (крышка ковша с выливной трубой является частью конструкции машины). Все операции оператор выполняет и контролирует из кабины машины. Машина имеет автономную пневмосистему с компрессором для создания вакуума при выливке и избыточного давления для сифонного перелива. Масса выливаемого металла контролируется весами, встроенными в раму механизма подъема ковша. Управление машиной компьютеризировано, обеспечивается возможность обмена данными с информационной системой предприятия. Многофункциональная машина обслуживания печи модели MFFTV 11.1080 Многофункциональная машина обслуживания печи модели MFFTV предназначена для загрузки лома и слитков, снятия шлака с жидкого металла, введения легирующих материалов, перемешивания жидкого металла и чистки печи при помощи соответствующего навесного оборудования. Машина выпускается фирмой «Techmo» (Италия), рис. 1.16, табл. 1.13. а б г в д Рис. 1.16. Многофункциональная машина модели MFFTV 11.1080: а – оборудованная клещами (гидравлическое управление); б – оборудованная поворотной мульдой (гидравлическое управление); в – с вилочным оборудованием; г – оборудованная мульдой для лома (загрузчик лома); д – оборудованная скребком для снятия шлака 32 Т а б л и ц а 1.13 Характеристики многофункциональной машины обслуживания печи модели MFFTV 11.1080 Параметры Размеры машины, мм: длина ширина высота Масса (пустой), кг Трансмиссия Значения Около 3 700 Около 2 300 Около 3 250 Около 13 500 (без инструмента) Стояночный тормоз Гидростатическая Дизель (4 цилиндра, турбина, водоохлаждаемый) Автоматический, многодисковый Основной тормоз Гидростатический + барабанные тормоза Двигатель Радиус разворота, мм Около 4 300 Грузоподъемность, кг Около 9 000 (на 1,4 м от передней оси) Максимальная высота подъема, мм Ход стрелы, мм 2 140 1 900 (первая) + 1 270 (вторая) Многофункциональная машина оснащена соответствующим инструментом, способна перемещать грузы, как традиционные погрузчики, и выполнять другие операции обслуживания печи, а также может быть оснащена вилочным оборудованием, что позволит машине работать в качестве традиционного вилочного погрузчика. При оборудовании стрелы гидравлической муфтой становится возможным гидравлическое управление специальным оборудованием (клещи или поворотные мульды (операция добавки легирующих компонентов)). Для обеспечения высокой точности позиционирования и максимальной надежности работы машина оснащена гидростатической трансмиссией. Установлена блокировка, чтобы предотвратить движение машины или стрелы в случае перегрузки. Различное навесное оборудование быстро меняется оператором из кабины. В качестве основных особенностей машины можно отметить следующие: – перегрузочный механизм позволяет аккуратно поместить Т-образные и плоские слитки в печь без повреждения футеровки и без брызг металла; 33 – целевые джойстики дают оператору возможность легко и просто заменить навесные инструменты; – специально спроектированные мульды обеспечивают процесс загрузки лома. Два перемещающихся лезвия, жестко связанные друг с другом внутри мульды, позволяют осуществлять загрузку катающихся заготовок, используя максимальный объем мульды и предотвращая падение заготовок во время загрузки; – мульда не вращается, что дает возможность избежать повреждений футеровки печи и упрощает эксплуатацию. Материал, сталкиваемый с мульды, может достигать внутренней части печи, повышая степень ее заполнения; – наклонное движение стрелы облегчает операцию снятия шлака с поверхности жидкого металла. Кроме того, наклон делает возможным чистку подины печи и сбор с нее шлака. Операция может быть выполнена только телескопическим действием стрелы. Эта операция требует движения транспортного средства только для восстановления хода стрелы. Таким образом, аккуратность снятия шлака не зависит от ровности пола. Машина обслуживания печи модели 08.1100 Машина модели 08.110 фирмы «Techmo» (Италия) предназначена для механизации основных операций обслуживания печи, таких, как снятие шлака, перемешивание жидкого металла и чистка печи, а также может применяться для загрузки печей при использовании соответствующей мульды, которая может быть установлена на неподвижной части стрелы (табл. 1.14). Т а б л и ц а 1.14 Характеристики машины обслуживания печи модели 08.1100 Параметры Значения Длина машины, мм: с шасси с убранной стрелой Ширина машины, мм Высота машины, мм: во время перемещения во время работы Клиренс, мм Около 3 660 Около 4 830 220 Масса, кг Около 25 000 34 7 000 Около 8 100 3 500 Окончание табл. 1.14 Параметры Колеса Двигатель Рулевое управление Тяга Стояночный тормоз Основной тормоз Аварийный тормоз Охлаждение стрелы Электрическая система Управление стрелой и перемещением Скорость движения (ровная поверхность), км/ч Грузоподъемность (лом, нетто), кг Характеристики мульды: размеры, м объем, м3 масса, кг Радиус поворота, мм Значения Амортизирующего типа (диаметр 710 мм, ширина 406 мм) Deutz BF6M 1013C Гидравлическое Гидростатическая Многодискового типа, пружинный, на рулевой /ведущей оси Гидростатический Многодисковый тормоз на рулевой / ведущей оси Принудительное воздушное 24 В, постоянный ток PLC 10 1 200 2×2×0,8 2,95 1 250 Около 6 000 Максимальный уклон дороги (груженный), % 4 Угол поворота башни, град Максимальный ход стрелы + рычаги движения, мм Максимальный угол наклона стрелы, град 360 Сила давления стрелы, Н 7 000 + 1 000 +10 / –20 20 000 Состав оборудования: рама с холостой осью, рулевая и ведущая ось, вращающаяся платформа, телескопическая стрела, загрузочная мульда, дизельный двигатель / гидравлические насосы, кабина и средства управления, электрическое оборудование, гидравлическое оборудование, аварийный блок, система кондиционирования и фильтрации воздуха. Выдвижная стрела (двойной ход), несущая обрабатывающий инструмент, устанавливается вместе с двигателем и кабиной на вращающейся башне. Таким образом, оператор всегда повернут в на35 правлении производимой работы, что дает ему наилучший обзор и безопасность. Машина обслуживания печи была спроектирована для работы со стрелой, выдвигающейся вперед и внутрь печи, будучи повернутой на 90° по отношению к направлению движения. Следовательно, перемещения в стороны (по отношению к форкамере печи) могут быть легко достигнуты простыми движениями машины вперед и назад. Эти боковые перемещения очень точны благодаря гидростатической тяге автомобиля. Система регулировки высоты позволяет ввести стрелу через форкамеру печи и опустить ее на нужную высоту, чтобы оптимизировать положение для снятия шлака. Снятие шлака происходит за счет перемещения назад (втягивания) телескопической стрелы. Регулируя высоту снова, шлак перемещается на порог форкамеры, затем извлекается из печи и, наконец, складывается в мульду. С помощью схожих движений производятся операции перемешивания или очистки. Во время этих операций пропорциональный джойстик регулирует скорость телескопической стрелы. Машина может оказывать очень большое, но контролируемое усилие на подину печи, так что чистка является очень эффективной. Обычно операция снятия шлака выполняется большим лезвием (скребком), оптимизированным для сбора шлака, в то время как операция чистки выполняется довольно узким лезвием, для того чтобы сосредоточить силы на меньшей поверхности и сделать в результате операцию более эффективной. Однако форма инструмента может быть выбрана клиентом. Смена инструментов происходит очень легко благодаря муфте «быстрое соединение». Загрузчик лома модели 11.1060 Загрузчик лома модели 11.1060 предназначен для быстрой загрузки мульды ломом или бракованными слитками (рис. 1.17, табл. 1.15). Загрузчик выпускается фирмой «Techmo» (Италия). К основным достоинствам загрузчика можно отнести высокую скорость работы, гибкость и хорошую вместимость – до 3 000 кг, включая мульду. В состав загрузчика входят рама, задняя ось, передняя ось, дизельный двигатель / гидравлические насосы, кабина, гидравлическое оборудование, электрическое оборудование и специальное оборудование для зацепления. 36 Как только машина подъехала к передней части печи, мульды направляются в форкамеру. Выдвигающаяся телескопическая стрела обеспечивает выполнение операции выгрузки. За счет передней разгрузки в сочетании с телескопической системой глубина выгрузки внутри печи достигает обычно 4 м. Телескопическая система быстро захватывает мульды. а б Рис. 1.17. Загрузчик лома модели 11.1060: а – схема; б – внешний вид 37 Т а б л и ц а 1.15 Характеристики загрузчика лома модели 11.1060 Параметры Полная длина (с мульдой), мм Высота (во время перемещения), мм Ширина, мм Масса, кг: пустой при полной нагрузке Колеса (передние / задние) Двигатель Воздушный фильтр двигателя Номинальная мощность двигателя (при 2 500 об/мин), кВт Тяга Рулевое управление Движения Электрическая система Скорость, км/ч: максимальная ограниченная системой безопасности Радиус поворота, мм Загрузка (включая мульду), кг Размеры мульды, мм Максимальный ход стрелы, мм Максимальный вылет мульды, мм Максимальный подъем мульды, мм Значения Около 5 600 2 950 2 640 14 100 15 900 Амортизирующего типа (28”×12”×22 / 22”×12”×16”) Perkins Двойные элементы Donaldson плюс циклонный префильтр 98 Rexroth, гидростатическая, замкнутая Danfoss, гидравлика Гидравлически управляемые 24 или 12 В, постоянный ток 20 6 Около 3 260 Около 3 000 По требованию 2 000 Около 4 000 Около 3 100 Операция зацепления скребка, используемого для очистки поверхности жидкого металла в печи, также выполняется с помощью телескопического устройства и рулевого управления задней осью, которые позволяют скребку достичь площади поверхности жидкого металла. Чтобы эта машина могла поднимать пакеты чушек или Т-образную чушку, которые затем выгружаются внутри печи с помощью операции толкания телескопической стрелы, может быть установлено вилочное устройство. Максимальная высота, достигаемая посредством подъемной системы с давлением в 4 бар, позволяет также использовать машину для укладывания мульд и/или поддонов / слитков / T-образной чушки. Мульды сконструированы для штабелирования с целью экономии места. 38 Дизайн этой машины был разработан для обеспечения максимальной устойчивости на передней и боковой стороне и максимальной безопасности для оператора. Поступательное движение машины полностью гидростатическое, постепенно увеличивающееся с нуля до максимальной скорости, автомобиль также оснащен защитным оборудованием в целях снижения скорости при выдвинутой стреле. 1.3. Электромагнитные перемешиватели Для эффективной обработки расплавов, растворения легирующих элементов и выравнивания расплава по химическому составу и температуре широко применяются электромагнитные перемешиватели. Вакуумная магнитодинамическая установка для полунепрерывного литья слитков Вакуумная магнитодинамическая установка разработана Фізикотехнологічним інститутом металів та сплавів Національної академії наук України (Украина) и предназначена преимущественно для изготовления цилиндрических слитков, но может использоваться: – для приготовления сплавов с расплавлением легирующих компонентов и одновременным электромагнитным перемешиванием; – нагрева и термостатирования жидкости сплава с его электромагнитным перемешиванием; – вакуумного рафинирования с электромагнитным перемешиванием; – модифицирования сплава с его электромагнитным перемешиванием; – фильтрации жидкого сплава через пористый керамический фильтр; – регулируемой программной электромагнитной разливки жидкого сплава в низкий кристаллизатор с тепловой насадкой; – регулируемого управления скоростью литья; – термостатирования жидкого сплава во время литья слитка в кристаллизаторе; – создания защитной атмосферы над поверхностью сплава во время литья слитка в кристаллизаторе (рис. 1.18, 1.19, табл. 1.16). 39 Рис. 1.18. Схема вакуумной магнитодинамической установки [73]: 1 – тигель; 2 – кольцевой горизонтальный канал; 3 – вакуумная камера; 4 – магнитопровод индуктора; 5 – катушка индуктора; 6 – рабочая зона; 7 – металлопровод; 8 – область действия электромагнита; 9 – жидкий расплав; 10 – кристаллизатор; 11 – тепловая насадка; 12 – желоб; 13 – фильтровальная камера; 14 – слиток Рис. 1.19. Внешний вид вакуумной магнитодинамической установки [73] 40 Т а б л и ц а 1.16 Характеристики вакуумной магнитодинамической установки для полунепрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов [73] Параметры Полезная емкость тигля, кг Максимальная температура металла, ºС Мощность электромагнитных систем в режиме термостатирования, кВт Значения 600 750 Рабочий вакуум, кПа (мм рт.ст.) 20 0,133 (1) Диаметр слитка, мм До 250 В комплект установки входят блок питания, шкаф управления, вакуумный насос с вакуумной системой, машина для полунепрерывного литья слитков. Установка снабжена процессором для контроля и регулирования технологических параметров [73]. Магнитогидродинамическая индукционная перемешивающая система SIBER FORCE® Магнитогидродинамическая индукционная перемешивающая система SIBER FORCE® – универсальная и экономически эффективная система. Она может устанавливаться на круглые и прямоугольные печи, плавильные и литейные, а также с обоих сторон и под подину печи (рис. 1.20). Система SIBER FORCE® производится компанией ALTEK по эксклюзивному соглашению с НПЦ МГД (г. Красноярск, Россия). Рис. 1.20. Внешний вид установки SIBER FORCE® [1] 41 Преимуществами SIBER FORCE® являются: – увеличение производительности печи до 25 % в зависимости от ее типа и процесса и сокращение издержек за счет возросшего теплопереноса, улучшения скорости растворения легирующих элементов и снижения образования шлака; – уменьшение расхода энергии до 15 %; – уменьшение потерь расплава до 25 % в зависимости от типа печи и процесса; – снижение образования шлака до 50 % за счет уменьшения разницы температур между верхней и нижней частью расплава; – достижение быстрой однородности температуры и химического состава. Как только начинается цикл перемешивания, SIBER FORCE® снижает разницу температур между верхней и нижней частью расплава до < 12 °C (54 °F) в течение 5 мин, а также существенно улучшает скорость растворения легирующих добавок, что в конечном счете позволяет получать максимальное качество расплава и выход годного; – охлаждаемый воздухом индуктор. Установка SIBER FORCE® построена на принципе линейного асинхронного электродвигателя. Низкочастотный индуктор с воздушным охлаждением располагается на подине или сбоку печи. Когда электрический ток подается на катушку, образуется магнитное поле, вызывая сильное движение металла перед индуктором. Сочетание специально запатентованной системы управления и патентованного особой конструкции индуктора обеспечивает низкий расход энергии (и, следовательно, СО2) индуктором. Отсутствует физический контакт с расплавом, система не содержит движущихся частей. В отличие от других систем магнитогидродинамического перемешивания индуктор SIBER FORCE® имеет 100%-е воздушное охлаждение и поэтому не требует дорогой системы охлаждения с циркуляцией воды. Электромагнитные перемешиватели фирмы АВВ Электромагнитный перемешиватель (ЭМП) предназначен для перемешивания расплава в печах для плавки алюминия и его сплавов (рис. 1.21–1.23, табл. 1.17). Перемешиватель выпускается фирмой АВВ (Швеция). 42 Рис. 1.21. Система ЭМП с боковым размещением на круглой плавильной печи [74] Рис. 1.22. Основные компоненты электромагнитного перемешивателя фирмы АВВ [70]: 1 – трансформатор; 2 – система управления; 3 – водонапорная станция; 4 – преобразователь частоты; 5 – индуктор перемешивателя Главным компонентом системы электромагнитного перемешивания является индуктор перемешивателя с водяным охлаждением, который может располагаться снаружи на боковой стенке или под днищем печи. Он индуцирует переменное электромагнитное поле в жидком алюминии, заставляя его перемещаться. Интенсивность бегущего электромагнитного поля убывает в экспоненциальной зависимости по мере удаления от магнитного сердечника обмоток индуктора, поэтому расстояние между индуктором и ванной металла является одним из важных критериев для подбора мощности перемешивателя. 43 При этом не производится никакая другая модификация конструкции печи, кроме установки «окна» из листа немагнитной аустенитной стали, ввариваемого в корпус печи соответственно размеру индуктора для того, чтобы магнитные силовые линии не рассеивались, а проникали вглубь расплава, применяется обычная огнеупорная футеровка. Нежелательно проводить модификацию конструкции печи, заключающуюся в уменьшении толщины футеровочного слоя, а также выполнять термоизоляцию или принудительное охлаждение участка корпуса печи, где размещается индуктор, во избежание неравномерности изотермических линий, которые ведут к асимметричному охлаждению/нагреву участков печи. Рис. 1.23. Основные типоразмеры индукторов электромагнитных перемешивателей (размеры индукторов см. в табл. 1.17) [74] Т а б л и ц а 1.17 Основные типоразмеры индукторов электромагнитных перемешивателей [74] Тип 44 Размеры (см. рис. 1.23) Масса, кг В Н L 12 730 580 1 300 1 450 18 730 710 1 900 3 900 24 800 890 2 500 7 000 30 880 965 3 100 8 800 46 1 940 790 4 300 11 800 55 2 280 910 5 500 19 000 Индуктор располагается на минимальном расстоянии, но не соприкасается с корпусом печи. Для идеальной установки рассчитывается и поставляется система принудительной вентиляции пространства между поверхностями корпусов индуктора и печи с целью обеспечения необходимой степени конвекции, близкой к естественной, и устранения лучистого нагрева. Индуктор перемешивателя генерирует низкочастотное бегущее магнитное поле, которое проникает через немагнитное «окно» корпуса печи и огнеупорную футеровку и приводит расплавленный металл в движение по принципу, подобному работе линейного электродвигателя, но с особенностями, характерными для электропроводных жидкостей, находящихся в движущемся магнитном поле. Системы ЭМП успешно применяются на новых печах и при модернизации большинства существующих печей, в том числе там, где предпочтительно использовать перемешиватели с боковым размещением (см. рис. 1.21). Система ЭМП может включать в себя один или несколько индукторов перемешивания, преобразователь частоты, трансформатор, станцию водяного охлаждения и систему управления (см. рис. 1.22). Управление перемешивателем осуществляется при помощи системы управления перемешивателем или сигналами из системы управления печи. Если системой ЭМП оснащено более одной печи, в целях экономии пространства и расходов обычно применяют общий источник электропитания и водоохладительный агрегат. Конструкция системы перемешивания предназначена для кругового перемещения всего объема металла в печи за одну минуту или меньше, что позволяет за более короткое время расплавить скрап и легирующие элементы. Катушки электромагнитов перемешивателя производятся разных размеров и подходят для печей емкостью от 10 до 170 т. Конечная конфигурация системы ЭМП всегда адаптируется под форму и размеры определенной печи [74]. Электромагнитные перемешиватели НПЦ МГД МГД-перемешиватели производятся НПЦ МГД, г. Красноярск, Россия (рис. 1.24, табл. 1.18). Использование МГД-перемешивателей в процессе приготовления сплава в миксере позволяет: – на 25 % увеличить производительность печей емкостью от 5 до 120 т; 45 – 15 % сократить расход газа; – 25 % снизить образование шлака; – 50 % уменьшить затраты на операции загрузки, сократить ручной инструмент и ручной труд; – обеспечить высокую надежность системы за счет отсутствия контакта с металлом движущихся частей, а также отсутствия водяного охлаждения самого индуктора; – автоматизировать процесс приготовления расплава. а б Рис. 1.24. Магнитогидродинамические перемешиватели алюминиевых сплавов в миксерах и печах: а – МГД-перемешиватель с боковой стороны стационарного миксера; б – МГД-перемешиватель под подиной поворотного миксера Т а б л и ц а 1.18 Характеристики электромагнитных перемешивателей НПЦ МГД [43] Параметры Потребляемая активная мощность всей системы при воздушной системе охлаждения, кВт Толщина футеровки в месте установки индуктора, мм Значения До 100 До 720 Примечание. Данные приведены в зависимости от емкости печи, приготавливаемого сплава и толщины футеровки. Принцип МГД-перемешивания основан на том, что под действием бегущего магнитного поля в ванне расплава формируется поле сил Лоренца, которые создают интенсивные потоки расплава и обеспечивают перемешивание во всем объеме ванны. Основным элементом системы МГД-перемешивания является индуктор, который устанавливается как с боковой стороны печи, так и снизу печи (под подиной) и образует низкочастотное бегущее электромагнитное поле. Установка МГД-перемешивателя под подиной предпочтительнее для новых поворотных миксеров, т.к. обеспечивает высокое качество и интенсивность перемешивания расплава. 46 Основным функциональным назначением МГД-перемешивателя является решение следующих задач: – обеспечение однородности температуры и химического состава по всему объему ванны; – ускорение растворения твердой шихты в расплаве; – растворение тяжелых металлических компонентов расплава. Особенностью нагрева металла в электрических и пламенных печах является то, что энергия передается от электронагревателей или пламени к расплаву путем излучения. Поэтому при длительном нагреве либо при интенсивном плавлении шихты перепад температуры между верхними и нижними слоями расплава достигает свыше 100 °С. Высокая температура верхнего слоя способствует увеличению окисления и насыщению расплава водородом. 1.4. Транспортирующие ковши Если металл не может быть перелит по желобам, могут понадобиться транспортирующие ковши. Это может быть в том случае, если жидкий металл необходимо переместить к удаленным местам или если размещение производственного оборудования не позволяет использовать для этой цели желоба. Такая ситуация возможна и на вновь построенном заводе с территориально разделенными плавильным и разливочным цехами. Обычно на заводе первичного алюминия перемещение металла из электролизного цеха в литейный цех осуществляется при помощи ковшей. Транспортировка ковшами требуется и в случае, если заказчик нуждается в поставке жидкого алюминия. Внутри производственного цеха ковши транспортируют с помощью крана или колесных транспортных средств. Печи, принимающие жидкий металл, должны быть оснащены соответствующим окном или колодцем для заливки жидкого металла. Если уже используемая печь должна обслуживаться ковшами, но не имеет соответствующих устройств для заливки жидкого металла, то требуется ее модернизация. Для этого может быть применено наклоняемое устройство со сливным лотком, располагающееся на транспортном средстве. Однако оно сложно в обслуживании и его следует по возможности избегать. Ковши для транспортирования жидкого металла внутри цеха представляют собой стальные бадьи с огнеупорной футеровкой. Они осна47 щаются захватами для подъема краном. Точки подвеса располагаются несколько выше центра тяжести ковша. Этим обеспечивается безопасная транспортировка и в то же время легкое опрокидывание ковша для слива. Привод для опрокидывания ручной, действующий при помощи колеса, или механический располагается в месте центра тяжести. Другой способ опрокидывания заключается в использовании кольца для зацепления крюком крана, которое приварено к днищу ковша. За него зацепляется дополнительный крюк, который поднимает ковш для опрокидывания. Футеровка ковша может представлять собой многослойную систему из кирпичей или монолитную. Внутренность ковша должна поддерживаться в чистом состоянии, перед использованием, возможно, понадобится удаление настылей. Чтобы исключить их образование, ковш должен предварительно нагреваться. Это производится на специальной станции предварительного нагрева, включающей в себя поворотную крышку со встроенной горелкой. Такие станции предварительного нагрева размещают обычно вблизи стены производственного цеха, благодаря чему не создаются помехи для работы в здании. Если ковши переносятся с помощью крана, станция должна находиться в пределах его досягаемости. При выборе крана для транспортирования ковша необходимо учитывать, что его допустимая нагрузка должна быть достаточной для подъема металла, ковша с захватами и футеровкой [70]. Установка для подогрева ковшей Для подогрева ковшей фирмой «StrikoWestofen GmbH» предлагается установка, показанная на рис. 1.25. Рис. 1.25. Внешний вид установки для подогрева ковшей PR2 [12] 48 Транспортирующие термоковши фирмы «StrikoWestofen GmbH» Транспортирующие термоковши с электрическим обогревом превосходно подходят для транспортировки жидкого металла (рис. 1.26). Ковши выпускаются фирмой «StrikoWestofen GmbH» (Германия). Рис. 1.26. Внешний вид транспортирующего термоковша [12] Тип и размер транспортирующих термоковшей: CLHC-M на 350, 600 и 800 кг жидкого алюминия. Разливочные ковши типа Typ LST предназначены для транспортировки вилочным погрузчиком. Для наклона литейного ковша вилочный погрузчик оснащается специальным поворотным устройством. Коши типа LST изготавливаются на 300, 500, 750, 1 000 кг жидкого алюминия. Поставляются также литейные ковши со сменными подвесками для кранов размерами на 300, 500, 750 и 1 000 кг [12]. Транспортирующие ковши компании «LOI Thermprocess» Транспортирующие ковши для перевозки колесными транспортными средствами (рис. 1.27) должны иметь другую конструкцию. Конструкция ковша, включая огнеупорную футеровку, должна быть легкой, чтобы уменьшить нагрузку на транспортное средство, при одновременном как можно большем содержании металла. Теплоизоляция должна быть очень хорошей, поскольку транспортировка может занимать несколько часов и температура металла не должна упасть слишком сильно. Система футеровки состоит из теплоизолирующего огнеупорного материала, который также устойчив при прямом контакте с металлом. Многослойная система включает тонкий верхний слой и нижний слой с очень хорошими теплоизоляционными характеристиками. 49 Система помещается в стальной корпус, имеющий вид закрытого котла. Перед заливкой транспортирующие ковши предварительно нагревают через заливочный и выпускной желоба на специальной нагревательной станции, располагающейся внутри цеха. Рис. 1.27. Транспортирующие ковши компании «LOI Thermprocess» [70] Последующий нагрев невозможен и не требуется, пока ковш не достигнет места назначения, не будет опорожнен и возвращен к промышленной установке. При транспортировке выпускной желоб закрывается герметичной крышкой. Транспортировочные подушки на днище ковша используются для его подхвата вилочным погрузчиком и подачи на транспортное средство. Обычно тележка загружается тремя ковшами. Футеровка таких ковшей нуждается в частом ремонте. С учетом малой емкости ковшей, составляющей от 1,0 до 1,5 т, а также вследствие их постоянной эксплуатации на каждом производстве, поставляющем заказчикам жидкий металл, оборудуется специальная мастерская для ремонта их футеровки [70]. 1.5. Оборудование для переработки шлаков Переработка шлаков занимает особое место в алюминиевом бизнесе. Содержание металла в шлаке может достигать 70 %. Однако вовлечение его в производство встречает значительные трудности 50 технологического и экологического характера. Ввиду сравнительно низкого содержания металлизированной фракции шлак требует обогащения. При этом теряется значительное количество металла с мелкими фракциями и при повторном переплаве концентрата (суммарно от 13 до 20 %) от исходного содержания. Вопрос утилизации мелких фракций до сих пор остается открытым, т.к. из-за сложного и непостоянного вещественного состава вовлечение их в другие сферы материального производства проблематично. Переработка шлакового концентрата с высокими технико-экономическими показателями в настоящее время тоже весьма сложная задача [63]. Шлаковые прессы фирмы «Tardis» Шлаковые прессы фирмы «Tardis» применяются для переработки всего спектра шлаков, образуемых в процессе плавки и легирования алюминия и его сплавов – от «холодных» (< 675 °C) до экзотермических (> 900 °C). Прессы выпускаются фирмой «Tardis Recycling Ltd.» (Англия). Преимущества технологии Tardis заключаются в повышенном извлечении металла из шлака (3–5 % по данным заводов) и обеспечении безопасных, экологически чистых условий работы. Для более равномерного распределения давления и максимального выжима металла головка пресса «раскачивается» в процессе движения; вместо перемещения в одном, вертикальном, направлении перемещение происходит в трех направлениях (рис. 1.28). Рис. 1.28. Основные компоненты оборудования и процесса [5]: 1 – охлаждаемая головка пресса; 2 – шлаковый брикет; 3 – стальной шлаковый контейнер; 4 – алюминиевая чушка; 5 – стальная изложница 51 Рис. 1.29. Rocking Head System [5] Рис. 1.30. Профиль головки пресса [5] Рис. 1.31. Внутренняя поверхность головки пресса [5] Рис. 1.32. Профиль шлакоприемника [5] 52 Рис. 1.33. Принудительная подача воздуха в головку пресса [5] «Влажные» шлаки содержат значительный процент алюминия и имеют тенденцию налипания на металлические поверхности. Головка пресса выполнена из литой стали, ее форма имеет гладкую поверхность (рис. 1.29), что предотвращает налипание шлака даже при повышенном давлении. Это позволяет увеличить процент извлечения алюминия из шлака. Внутренняя поверхность литой головки имеет вертикальные перегородки-ребра, которые кроме усиления конструкции головки увеличивают ее поверхность и, соответственно, скорость съема тепла с поверхности головки. Это чрезвычайно важно при необходимости работы в непрерывном режиме подачи шлакоконтейнеров с минимальными перерывами (рис. 1.30). Внутри головки пресса, над ее ребрами-перегородками, устанавливается барьер, который разбивает поток воздуха, создавая тем самым турбулентный режим, что способствует более быстрому отводу тепла от поверхности головки и, соответственно, более быстрому охлаждению шлака (рис. 1.31). Шлаковый контейнер, как и головка пресса, имеет специальную эллиптическую форму, препятствующую налипанию шлака (рис. 1.32). Быстрое охлаждение шлака и вывод алюминия из него являются важной задачей переработки шлака. Tardis решает эту задачу с помощью технологии Forced Air Cooling System (принудительное воздушное охлаждение головки пресса). Данная технология состоит из трех основных компонентов: – принудительной подачи воздуха в головку пресса; – увеличенной площади поверхности головки; – профиля шлакоприемника. Забор воздуха происходит через отверстия в головке пресса (рис. 1.33); горячий воздух может выводиться в общий коллектор газооотвода цеха или через керамическую фильтровальную систему V.A.P.E.R.S., Ventilation And Particulate Emission Removal System (система вентиляции и удаления пыли). Быстрое охлаждение шлака необходимо по двум одинаково важным причинам: – прекращение окисления алюминия. Горячие шлаки, особенно высокомагниевых сплавов, и шлаки, содержащие алюминий в виде микроскопических глобул, подвержены экзотермической реакции окисления, что ведет к значительным потерям алюминия; 53 – защита окружающей среды. В процессе окисления алюминия в шлаке образуются вредные газы, пар и дым, которые влияют как на состояние окружающей среды, так и на здоровье персонала цеха. Процесс прессования проходит внутри камеры с автоматически закрытыми дверями, что предохраняет персонал цеха от неожиданных выплесков металла и шлака и предотвращает выход наружу газа и пыли. В дополнение керамическая фильтровальная система V.A.P.E.R.S. позволяет очищать отходящий воздух до уровня, отвечающего требованиям охраны окружающей среды Европейского союза. Система Fact-Sheet Tardis Gen II Система Tardis Gen II предназначена для охлаждения горячего шлака и максимального возврата алюминия в производство и является универсальной системой, хорошо подходящей для обработки белых и черных шлаков. Tardis Gen II успешно используется для переработки белых шлаков с первичных алюминиевых заводов, кузнечнопрессового производства, прокатного производства, заводов литья под давлением, а также для черного шлака с вторичных алюминиевых заводов, переработчиков алюминиевых банок и фасонно-литейных цехов. Система запатентована, спроектирована и построена фирмой «ALTEK» (табл. 1.19, рис. 1.34). Т а б л и ц а 1.19 Характеристики системы Fact-Sheet Tardis Gen II Параметры Время обработки шлака, мин Диапазон наиболее оптимальных температур, ºС (ºF) Масса шлака, обрабатываемого за одно прессование, кг (фунты) Значения 2–15 675–900 (1 250–1 650) 50–2 272 (110–5 000) Обычно заказчики могут достигнуть отжима из шлака от 5 до 25 % с восстановлением вторичного алюминия из прессованных скулзов от 40 до 70 % (в зависимости от типа сплава, типа операции и т.д.). Преимуществами системы являются полная автоматизация, короткое время цикла, высокая степень утилизации металла, повышенный выход годного, низкие капитальные затраты и затраты на эксплуатацию и обслуживание, безопасность и простота в эксплуатации, простая прочная конструкция, пониженное образование отходов, компактность (требует немного места), быстрая окупаемость. 54 а б в г д е Рис. 1.34. Система Fact-Sheet Tardis Gen II: а – внешний вид; б – снятие шлака в печи; в – перед прессованием; г – в ходе прессования; д – после прессования; е – прессованный шлаковый скулз Автоматическое прессование обеспечивает: – отжим максимального количества металла; – сжатие шлака; – разделение металла и оксида; – быстрое охлаждение; – удержание пыли; – прекращение образования газов. Горячий шлак снимается в специальные мульды из литой стали. Мульда помещается в установку Tardis Gen II, и автоматически начинается цикл. Прессованный шлак затем выгружается в бункер для хранения или в резервуар для обработки в машине. Выдавленный металл, собранный внизу в изложницу в форме чушки, возвращают в 55 печь для переплавки. Различные этапы процесса переработки белого алюминиевого шлака представлены на рис. 1.34. При обработке горячего шлака охлаждение и отжим чистого металла лучше всего осуществлять при температуре 675–900 °C (1 250– 1 650 °F), т.к. в этом диапазоне жидкий металл будет хорошо вытекать из шлака, что позволит максимально отжать шлак и эффективно разделить металл и оксид (и флюс для черного шлака) в прессованном скулзе. 56 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ И РАФИНИРОВАНИЯ РАСПЛАВА При возрастающей потребности в бездефектном алюминиевом литье, особенно в автомобильной промышленности, возникла необходимость разработки оптимальных способов очистки расплава алюминия и его сплавов от неметаллических и газовых включений. 2.1. Оборудование для внепечного рафинирования расплава Присутствие в металлах и их сплавах сотых и даже тысячных долей процента газовых и неметаллических примесей значительно снижает их прочность и пластичность. Для очистки металлов от нежелательных примесей газов, оксидов, нитридов и других неметаллических включений разработан комплекс технологических операций, которые можно объединить общим понятием «рафинирование». Система внепечного рафинирования SNIF®TD-1000 Система рафинирования с одним соплом SNIF®TD-1000, выпускаемая фирмой «Pyrotek» (Швейцария), является выгодной, занимающей немного места установкой, которая обеспечивает номинальную скорость непрерывного рафинирования до 11 000 кг/ч (рис. 2.1, табл. 2.1). Эта система состоит из встроенной камеры для рафинирования и автоматизированной системы управления процессом. Конструкция камеры рафинирования обеспечивает насыщение всех пузырьков рабочего газа по всему объему расплава и повышает до максимума рафинирующую способность вращающегося сопла. Вход и выход камеры расположены на ее противоположных сторонах для проточной конфигурации потока металла. Запатентованные воздушные шлюзы (замки) желобов на входе и выходе обеспечивают свободное движение расплавленного алюминия через камеру и предотвращают инфильтрацию воздуха, приводящую к чрезмерному образованию шлака. 57 Рис. 2.1. Внешний вид системы внепечного рафинирования SNIF®TD-1000 [9, 10] Т а б л и ц а 2.1 Характеристики системы внепечного рафинирования SNIF®TD-1000 [9, 10] Параметры Номинальная производительность печи по рафинированию, кг/ч Значения Статическая емкость печи, кг 455–460 Расчетная масса узла печи, включая крышку, металл, узел подъема крышки и вращающееся сопло, кг Расход воздуха, используемого на заводе в узле подъема крышки, кг/см2 Электрическая нагрузка (максимальная): TD-1000 подъемник крышки Требования к снабжению газом: аргон (рекомендуемый рабочий газ): расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 хлор (используемый при необходимости): расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 11 000 345–3 460 4,2–6,3 10 кВт – 3 фазы 2 кВт – 3 фазы 7,9 4,9–6,3 0,4 2,1 Примечания: 1. Первичное напряжение по требованию заказчика. 2. Приведенные технические данные могут изменяться в зависимости от применения системы SNIF®TD-1000 и времени работы при высоких температурах. 58 В системе TD-1000 используется легко заменяемый моноблочный узел вращающегося сопла, который монтируется на хорошо изолированной крышке. Емкость для рафинирования представляет собой специально сконструированную, футерованную огнеупором камеру, которая обеспечивает минимальные тепловые потери. При коротких промежутках между циклами литья расплавленный алюминий может сохраняться в камере без использования нагревательной системы. Дополнительно в состав TD-1000 могут входить следующие элементы: – другая конфигурация опрокидывания для слива расплава алюминия в систему желобов после литья (расплавленный алюминий можно сливать в желоб, назад в печь-миксер или вперед к литейному столу); – перегородка на выходе из камеры, которая регулирует поток расплавленного алюминия, обеспечивая эффективное рафинирование; – нагревательная система с погружными нагревателями для сохранения расплавленного алюминия в камере при длительных перерывах между отливками; – встроенный блок смешивания для использования газообразного хлора. Одной из уникальных особенностей системы является единый встроенный механизм для подъема сопла/крышки и наклонения контейнера, позволяющий опорожнять камеру в конце литья в расположенные по ее бокам емкости. Это дает возможность обходиться без нагревательной системы и избежать связанных с ней эксплуатационных расходов. При поднятом сопле/крышке вся поверхность ванны открывается, что облегчает чистку и обслуживание. В закрытом положении крышка обеспечивает прекрасное уплотнение по периметру, что препятствует проникновению воздуха [9, 10]. Системы рафинирования алюминия SNIF®SHEER P-30, P-30HB Системы рафинирования модели SNIF®SHEER P-30, P-30HB, выпускаемые фирмой «Pyrotek» (Швейцария), предназначены для рафинирования алюминия (рис. 2.2, табл. 2.2). Система состоит из печи рафинирования, средств управления процессом и регулирования нагрева печи. 59 Рис. 2.2. Внешний вид систем рафинирования алюминия SNIF®SHEER P-30, P-30HB (показана правосторонняя печь) [9, 10] Камера рафинирования P-30 разработана таким образом, чтобы обеспечить полное насыщение расплава пузырьками рабочего газа и достичь максимальной степени рафинирования с помощью вращающихся сопел. Встроенная система перегородок регулирует поток металла, обеспечивая эффективное рафинирование расплавленного алюминия при прохождении его через печь рафинирования. Перегородки обеспечивают свободное протекание металла в печь и из печи, препятствуя инфильтрации воздуха, при которой происходит образование избыточного количества дросса. Наиболее важной особенностью конструкции P-30 является возможность проведения быстрой и простой замены предварительно обожженной огнеупорной футеровки картриджа печи. Когда необходима замена огнеупора печи, старый картридж просто вынимается и заменяется на новый. Замену огнеупора можно провести за несколько часов. Футеровка картриджа состоит из многослойного плотного огнеупора и изоляции. Все огнеупоры являются несмачиваемыми и термоотвержденными. Картридж заключен в фольгу, чтобы предотвратить абсорбцию влаги во время хранения и минимизировать контакт с изоляцией во время установки. 60 Т а б л и ц а 2.2 Характеристики систем рафинирования алюминия SNIF®SHEER P-30, P-30HB [9, 10] Параметры Номинальная производительность печи по рафинированию, кг/ч Номинальная мощность печи, кВт Статическая емкость печи, кг: Р-30 (погружные нагреватели) Р-30НВ (графитовый нагревательный блок) Масса узла подъема крышки, кг Расчетная масса узла печи, включая крышку, металл, узел подъема крышки и вращающееся сопло, кг: Р-30 (погружные нагреватели) Р-30НВ (графитовый нагревательный блок) Требования к электроснабжению: система нагрева печи система управления процессом Требования к снабжению газом: рабочий газ: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 покровный газ: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 воздух, охлаждение сопла: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 хлор, при необходимости: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 Значения 14 000 23 700 550 817 5 670 5 808 25 кВт – 3 фазы; 50/60 Гц 8 кВт – 3 фазы; 50/60 Гц 5,5 4,9 3,2 3,5 15,8 6,0 0,3 2,1 Система рафинирования SNIF®SHEER выпускается с двумя различными нагревательными системами. Конструкция P-30 оборудована керамическими погружными нагревателями, P-30HB – съемными нагревательными элементами, установленными в графитовом блоке. Печь P-30 оборудована автономным гидравлическим механизмом подъема крышки, который поднимает верхнюю часть печи, чтобы обеспечить доступ ко всей поверхности ванны для чистки и обслуживания. 61 Выпускное отверстие дает возможность опорожнять печь при замене сплава или чистке. Печь рафинирования также можно наклонять для слива с помощью дополнительного устройства [9, 10]. Системы рафинирования алюминия SNIF®SHEER R-60, R-60/4, P-60HB, P-60/4HB Системы SNIF®SHEER R-60 и P-60, выпускаемые фирмой «Pyrotek» (Швейцария), с двумя соплами обеспечивают номинальную непрерывную производительность рафинирования 27 000 кг/ч. Система состоит из печи рафинирования, средств управления процессом и регулирования нагрева печи (рис. 2.3, табл. 2.3). Рис. 2.3. Внешний вид систем рафинирования алюминия SNIF®SHEER R-60, R-60/4, P-60HB, P-60/4HB [9, 10] Для оптимальной эффективности серии печей R-60 и P-60 разделены на две отдельные камеры рафинирования, каждая из которых оборудована вращающимся соплом, смонтированным на крышке печи. Каждая камера сконструирована таким образом, чтобы обеспечить полное насыщение расплава пузырьками рабочего газа и достичь максимальной степени рафинирования с помощью обоих вращающихся сопел. Встроенная система перегородок регулирует поток металла, обеспечивая эффективное рафинирование расплавленного алюминия при прохождении его через печь рафинирования. 62 Т а б л и ц а 2.3 Характеристики систем рафинирования алюминия SNIF®SHEER R-60, R-60/4, P-60HB, P-60/4HB [9, 10] Параметры Номинальная производительность печи по рафинированию, кг/ч Номинальная мощность печи, кВт Значения 27 000 24 Статическая емкость печи, кг 710 Масса узла подъема крышки, кг Расчетная масса узла печи, включая крышку, металл, узел подъема крышки и вращающееся сопло, кг Требования к электроснабжению: система нагрева печи система управления процессом Требования к снабжению газом: рабочий газ: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 покровный газ: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 воздух, охлаждение сопла: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 хлор, при необходимости: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 817 5 354 27 кВт – 3 фазы; 50/60 Гц 13 кВт – 3 фазы; 50/60 Гц 11 4,9 4,7 3,5 31,5 6,0 0,6 2,1 Стандартные входные и выходные порты расположены на одной стороне печи и сводят к минимуму модификацию желобов. Печи R-60/4 или P-60/4HB могут быть снабжены дополнительными четырьмя портами для установки печи по линии движения металла, в U-образной конфигурации с изменением направления движения металла на обратное и в L-образной конфигурации с изменением направления движения металла на 90°. Стандартная печь оборудована смотровым люком с приводом на лицевой поверхности для удаления дросса из обеих камер рафинирования. Имеется сливное отверстие для опорожнения печи при замене сплава или при чистке. В системах SNIF®SHEER R-60 и R-60/4 используется специально разработанная огнеупорная футеровка. Три стенки печи состоят из внутреннего слоя засыпной изоляции литого огнеупора и многослой63 ных изолирующих панелей. Четвертая стенка печи содержит блок графитового нагревателя со съемными электронагревательными элементами. Эта нагревательная система обеспечивает непрерывное регулирование температуры металла в печи рафинирования. С системами R-60 и P-60 можно использовать следующее дополнительное оборудование: – порты вход/выход с «воздушными шлюзами» или перегородками, обеспечивающими свободное протекание металла в печь и из печи, препятствующими инфильтрации воздуха, при которой происходит образование избыточного количества дросса; – автономный гидравлический механизм подъема крышки, который поднимает верхнюю часть печи, чтобы обеспечить доступ ко всей поверхности ванны для чистки и обслуживания; – гидравлическое устройство наклона для слива и чистки печи. В системах SNIF®SHEER P-60HB (P-60/4HB) аналогичны печам R-60 (R-60/4), но их конструкция позволяет быстро и просто проводить замену огнеупорной футеровки картриджа печи. Когда необходима замена огнеупора печи, старый картридж просто вынимается и заменяется на новый. Замену огнеупора можно провести за несколько часов. Футеровка картриджа состоит из многослойного плотного огнеупора и изоляции. Все огнеупоры являются несмачиваемыми и термоотвержденными. Картридж заключен в фольгу, чтобы предотвратить абсорбцию влаги во время хранения и минимизировать контакт с изоляцией во время установки. Картридж содержит систему нагрева с помощью графитового блока со съемными элементами [9, 10]. Система рафинирования алюминия SNIF®SHEER P-60UHB Система SNIF®SHEER P-60U с двумя соплами, выпускаемая фирмой «Pyrotek» (Швейцария), обеспечивает номинальную непрерывную производительность рафинирования 27 000 кг/ч. Устройство системы показано на рис. 2.4, характеристики приведены в табл. 2.4. Она состоит из печи рафинирования, двух вращающихся сопел SNIF®SHEER, автоматических средств управления процессом PLC и регулирования нагрева печи. Для оптимальной эффективности печь P-60U разделена на две отдельные камеры рафинирования, каждая из которых оборудована вращающимся соплом, смонтированным на крышке печи. Каждая камера сконструирована таким образом, чтобы обеспечить полное насыщение расплава пузырьками рабочего газа и достичь 64 максимальной степени рафинирования с помощью обоих вращающихся сопел. Встроенная система перегородок регулирует поток металла, обеспечивая эффективное рафинирование расплавленного алюминия при прохождении его через печь рафинирования. Рис. 2.4. Внешний вид системы рафинирования алюминия SNIF®SHEER P-60UHB [9, 10] Наиболее важной особенностью конструкции P-60U является возможность проведения быстрой и простой замены предварительно обожженной огнеупорной футеровки картриджа печи. Когда необходима замена огнеупора печи, старый картридж просто вынимается и заменяется на новый. Замену огнеупора можно провести за один или два дня, без удаления стального корпуса с литейной линии. Систему можно возвратить в эксплуатацию после 30-часового предварительного нагрева. Футеровка картриджа состоит из многослойного плотного огнеупора и изоляции. Все огнеупоры являются несмачиваемыми и термоотвержденными. Картридж заключен в фольгу, чтобы предотвратить абсорбцию влаги во время хранения и минимизировать контакт с изоляцией во время установки. Запатентованные воздушные шлюзы (замки) желобов на входе и выходе обеспечивают свободное движение расплавленного алюминия через камеру и предотвращают инфильтрацию воздуха, приводящую к чрезмерному образованию шлака. 65 Т а б л и ц а 2.4 Характеристики системы рафинирования алюминия SNIF® SHEER P-60UHB [9, 10] Параметры Значения Номинальная производительность печи по рафинированию, кг/ч Номинальная мощность печи, кВт: Р-60Ui (погружной нагреватель) P-60HB (нагревательный блок) Статическая емкость печи, кг: Р-60Ui (погружной нагреватель) P-60HB (нагревательный блок) Масса узла подъема крышки, кг Расчетная масса узла печи, включая крышку, металл, узел подъема крышки и вращающееся сопло, кг Максимальные требования к электроснабжению: P-60Ui (погружной нагреватель) P-60UHB (нагревательный блок) подъемник крышки Требования к снабжению газом: рабочий газ (рекомендован аргон): расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 продувочный газ нагревательного блока (только P-60UHB) – аргон (рекомендован): расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 азот (альтернативно): расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 хлор, при необходимости: расход, м3/ч максимальное давление, кгс/см2 Расход воздуха, используемого на заводе в узле подъема крышки, кг/см2 27 000 40 30 1 080 840 1 050 9 640 50 кВт – 3 фазы 45 кВт – 3 фазы 2 кВт – 3 фазы 15,8 4,9–6,3 0,8 3,5 1,6 3,5 0,8 2,1 4,2–6,3 Глубокие порты вход/выход печей P-60U выполнены для случаев, требующих высокого уровня металла для инициирования последующих фильтрующих систем. Печь P-60U с четырьмя портами разработана для простоты монтажа. Печь можно устанавливать по линии движения металла, в U-образной конфигурации с изменением направления движения металла на обратное и в L-образной конфигурации с изменением направления движения металла на 90°. Печи Р-60U имеют автономный гидравлический механизм подъема крышки, который поднимает верхнюю часть печи, чтобы обеспе66 чить доступ ко всей поверхности ванны для чистки и обслуживания. В закрытом положении крышка печи обеспечивает прекрасное уплотнение по периметру, что препятствует инфильтрации воздуха и образованию шлака. P-60U выпускается с двумя различными нагревательными системами. P-60UHB оборудована съемными нагревательными элементами, установленными в графитовом блоке. P-60Ui нагревается керамическими погружными нагревателями, укрепленными на крышке печи (по одному в каждой камере). Выпускное отверстие обеспечивает возможность опорожнения печи при замене сплава или чистке. Дополнительное устройство для наклона печи может быть предоставлено по требованию. Дополнительно печи P-60U могут комплектоваться погружной нагревательной системой или системой с графитовым блоком, гидравлическим устройством наклона для слива печи между отливками или для смены сплава; поворотным устройством для поднятия и разворота крышки печи [9, 10]. Система очистки и перемешивания металла в печах SNIF®HD-2000 Система SNIF®HD-2000, поставляемая фирмой «Pyrotek» (Швейцария), обеспечивает автоматическую обработку металла в печи и является безопасной, эффективной альтернативой ручному использованию флюсовальных трубок (рис. 2.5). Рис. 2.5. Внешний вид системы очистки и перемешивания металла в печах SNIF®HD-2000 [9, 10] 67 Преимуществами использования системы являются: – автоматизация процесса, что делает его более безопасным по сравнению с флюсованием вручную; – более эффективная очистка металла по сравнению с флюсованием трубками; – эффективное использование газа для уменьшения выбросов. Имея встроенный дегазационный ротор пропеллерного типа, SNIF®HD-2000 обеспечивает проведение непрерывной циркуляции и дегазации расплава. Для удаления водорода и очистки металла система перемешивания SNIF®HD-2000 инжектирует рабочий газ под поверхность расплава, что увеличивает эффективность очистки расплава и уменьшает выбросы. SNIF®HD-2000 можно устанавливать либо на полу рядом с печью, либо монтировать на боковой стенке печи. В нерабочем положении вал и ротор полностью выведены из печи. Для работы вал и пропеллерный ротор приводятся в рабочее положение. Ротор полностью погружается в расплав алюминия, что обеспечивает максимальное перемешивание и одновременную эффективную дегазацию металла. Система может быть использована для автоматической дегазации, рафинирования и перемешивания во всех печах по обработке алюминия [9, 10]. Система инжекции флюсов и рафинирующих агентов PAL FI60R Система PAL FI60R, поставляемая фирмой «Pyrotek» (Швейцария), может работать с печами периодического действия, раздаточными ковшами, раздаточными и плавильными печами (рис. 2.6, табл. 2.5). В качестве преимуществ системы можно отметить следующие: – панель управления PLC с сенсорным экраном фирмы «AllenBradley» или «Siemens» способствует легкости программирования и эксплуатации; – контрольная система сенсорного экрана установлена в шкафу NEMA12 и снабжена кнопками запуска и аварийной остановки, а также сигнальными лампами; – автоматический таймер и мигающий световой сигнал помогают достичь постоянства результата и оповещают оператора об окончании цикла; 68 Рис. 2.6. Внешний вид системы инжекции флюсов и рафинирующих агентов PAL FI60R [9, 10] Т а б л и ц а 2.5 Характеристики системы инжекции флюсов и рафинирующих агентов PAL FI60R [9, 10] Параметры Значения Напряжение 220 или 110V, 50/60 Гц Масса, кг 272 Габаритные размеры, мм 1 219,2×819,2×1 524 – скорость подачи газа доходит до 113 л/мин, расход при инжекции флюса примерно равен от ~1 до 4,5 кг/мин, что позволяет успешно использовать данную установку как в литейных цехах, так и на предприятиях фасонного литья; – резервуар емкостью 10 галлонов (38 л) вмещает до ~45 кг флюса; – усовершенствованная конструкция уплотнения помогает содержать материал флюса сухим; – новая и улучшенная конструкция роторной подачи флюса позволяет инжекцию как порошковых, так и гранулированных флюсов; 69 – инжектор флюса установлен на прочную четырехколесную раму, что способствует легкой транспортировке между разными печами завода. Кроме того, использование системы PAL FI60R повышает качество расплава металла путем удаления включений и водорода, снижает количество формирующегося шлака, уменьшает появление оксидных отложений на стенках печи, понижает общий объем потребления флюса за счет инжекции флюса под поверхность расплава, сокращает эксплуатационные затраты, потребление энергии и экономит время, создает более чистые условия труда и способствует чистоте печи. Система PAL FI60R увеличивает эффект инжекции флюса путем введения постоянного потока флюса под линию поверхности расплава. Введение флюса помогает повысить качество алюминиевых сплавов, в то же время понижая эксплуатационные затраты. Инжекторы флюса могут использоваться либо в крупных алюминиевых раздаточных печах, в соединении с длинной трубкой для вдувания флюса, либо в небольшой тигельной печи, в соединении с графитовой трубкой. Установка PAL FI60R также может быть использована в соединении с одной из популярных дегазационных установок «Pyrotek» с вращающимся соплом, как STAR или HD2000, для повышения производительности. Роторная система дегазации PAL 240 Система PAL 240, поставляемая фирмой «Pyrotek» (Швейцария), предназначена для удаления водорода из расплавленного алюминия. Эта система может работать с печами для выплавки алюминия, погружными и раздаточными ковшами. PAL 240 может дегазировать алюминиевую печь на 410 кг в два раза быстрее других устройств (рис. 2.7, табл. 2.6). Преимуществами системы являются значительное уменьшение времени дегазации, возможность работы без обслуживания, использование азота или аргона для дегазации, обеспечение воспроизводимых результатов. Система имеет следующие эксплуатационные характеристики: – прочную и низкопрофильную конструкцию, хорошо прилегающую к крышкам печей; – устойчивость из-за наличия регулируемых опор; – предохранительный перекрывающий клапан; 70 – расширенное управление регулировкой скорости; – антивихревой экран. Рис. 2.7. Внешний вид роторной системы дегазации PAL 240 [9, 10] Т а б л и ц а 2.6 Характеристики роторной системы дегазации PAL 240 [9, 10] Параметры Габаритные размеры, мм Значения 1 625×965×71 Масса, кг 50 Мощностью двигателя, л.с. 2 Емкость алюминиевой печи, кг 410 Особенностью конструкции системы дегазации с вращающимся ротором является то, что она устанавливается на верх тигельных печей. Система PAL 240 сконструирована для обслуживания нескольких печей. Для нее требуется воздух, который приводит в действие двигатель мощностью 2 л.с. [9, 10]. Установка дегазации расплава DC2 Установка DC2 (рис. 2.8, табл. 2.7) разработана для металлургической обработки – дегазирования и очистки алюминиевого расплава посредством инертного газа. Установка выпускается фирмой «StrikoWestofen» (Германия) и поставляется фирмой ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ» (г. Санкт-Петербург, Россия). 71 Рис. 2.8. Внешний вид установки дегазации расплава DC2 [12, 67] Т а б л и ц а 2.7 Характеристики установки дегазации расплава DC2 [12, 67] Значения Параметры Графитошамотный Ротор для впрыска Габаритные размеры, мм: длина диаметр стержня диаметр головки Газ 875 75 190 Азот или аргон Давление газа, бар: шаг 11) шаг 2 Потребление газа (зависит от типа газа), л/мин: шаг 1 шаг 2 Объем жидкого алюминия (дегазация за цикл), кг ~4 ~18 100–1 0002) Нормальная температура обрабатываемого жидкого металла, ºС 650–800 Нормальный цикл обработки, мин Стандартная скорость ротора (регулируется частотным конвертером), об/мин 1–103) 1,5 4,0 425 1) Все шаги регулируются. Можно использовать также для непрерывного процесса. 3) Можно разбить на 4 шага (шаги регулируются переключателем). 2) Преимущество установки StrikoWestofen заключается в незначительном потреблении газа и очень мелком, интенсивном и широкоповерхностном распределении пузырьков газа. За счет мелкопузырчатости обрабатывается большая поверхность и, соответственно, достигается более высокая степень очистки [12, 67]. 72 Вертикальная вращающаяся установка модели WFJL800 Вертикальную установку для рафинирования алюминия выпускает фирма «Zhejiang Wanfeng Technology Development Co., Ltd», Китай (рис. 2.9, табл. 2.8). Рис. 2.9. Внешний вид вертикальной установки модели WFJL800 [23] Т а б л и ц а 2.8 Характеристики вертикальной установки алюминия модели WFJL800 [23] Параметры Габаритные размеры, мм Масса, т Диаметр графитного ротора, мм Номинальная общая мощность, кВт Скорость вращения ротора (бесступенчатое регулирование), об/мин Спускоподъемный ход кронштейна, мм Горизонтальный угол вращения ротора, град Время рафинирования (регулируемое), мин Расход воздуха, л/мин Давление азота, кг/см2 Качество рафинирования (конечная плотность алюминия), г/см3 Рабочее напряжение, В Уровень шума, дБ Значения 1 700×1 500×3 200 1 70×9 2,5 150–600 1 200 –90~0~90 0–999 1,5 0,5 2,45–2,63 220 < 65 73 С помощью привода двигателя графитный ротор вращается и вводит в алюминий сверхчистый азот или аргон. Жидкий алюминий, азот (или аргон) и осветлитель вместе вращаются и осуществляют удаление воздуха. Графитный ротор может подниматься и опускаться [23]. Горизонтальная вращающаяся установка модели WFJL1000 Горизонтальную установку для рафинирования алюминия выпускает фирма «Zhejiang Wanfeng Technology Development Co., Ltd.», Китай (рис. 2.10, табл. 2.9). Рис. 2.10. Внешний вид горизонтальной установки модели WFJL1000 [24] Т а б л и ц а 2.9 Характеристики горизонтальной установки модели WFJL1000 [24] Параметры Значения Габаритные размеры, мм 1 000×600×800 Масса, т 250 Диаметр графитного ротора, мм 75 Номинальная общая мощность, кВт 1,1 Скорость вращения ротора (регулируемая), об/мин 430 Время рафинирования (регулируемое), мин 0–999 Расход воздуха, л/мин 1,5 Давление азота, кг/см2 Качество рафинирования (конечная плотность алюминия), г/см 74 0,5 3 2,45–2,63 С помощью привода двигателя графитный ротор вращается и вводит в алюминиевую жидкость сверхчистый азот или аргон. Жидкий алюминий, азот (или аргон) и осветлитель вместе вращаются и осуществляют удаление воздуха. Графитный ротор может подниматься и спускаться [24]. Система внепечного рафинирования алюминия LARS Система внепечного рафинирования алюминия LARS (Liquid Aluminium Refining System) применяется для удаления водорода, неметаллических частиц, примесей щелочных металлов и их солей из алюминиевых расплавов. LARS выпускается фирмой «Almex» (США). На рис. 2.11–2.14 показано устройство системы LARS и отдельных ее элементов, характеристики приведены в табл. 2.10, пример использования системы LARS для рафинирования сплава 7050, применяемого в авиационно-космической промышленности, – в табл. 2.11. LARS представляет новое поколение оборудования для рафинирования алюминиевых расплавов. В отличие от аналогичных систем, LARS была создана специально для алюминиевых заводов, производящих детали для авиационно-космической промышленности из металла, который должен отвечать авиационному стандарту MIL-2154 класса AA. Кроме того, данная система может использоваться при производстве обычных сплавов. Одним из факторов, влияющих на глубину очистки расплава, является профиль внутренней поверхности реактора. В процессе всплытия пузырьков дегазирующей смеси и приближения к поверхности расплава, их объем увеличивается; это неизбежный физический процесс. Если поперечное сечение реактора остается неизменным по всей его глубине, увеличивающиеся в размере пузырьки раньше или позже начинают «тесниться». Это способствует процессу их коагуляции и, естественно, еще большему увеличению объема пузырьков. В результате глубина очистки расплава снижается. Для компенсации этой нежелательной ситуации вертикальный профиль реактора LARS имеет вид перевернутой трапеции, в отличие от других систем, где боковые стены строго вертикальны. Увеличение поперечного сечения реактора в его верхней части предотвращает коагуляцию пузырьков и повышает эффективность рафинирования расплава. Естественное изменение размера пузырьков газовой смеси компенсируется увеличением объема реактора от дна к верхней части. 75 Рис. 2.11. Схема системы LARS c объемом ванны 1 т и производительностью 20–22 т/ч [1] Рис. 2.12. Внешний вид системы внепечного рафинирования алюминия LARS [1] 76 Рис. 2.13. Схема подача дегазирующей смеси [1] Рис. 2.14. Система подогрева газовой смеси [1] 77 Т а б л и ц а 2.10 Параметры системы LARS при обработке сплавов серии 7ХХХ [1] Параметр Скорость вращения роторов, об/мин Число каналов в роторе для нагрева газа Температура металла в реакторе, ºС Температура газовой смеси в каналах ротора, ºС Емкость каждой камеры реактора, т Глубина ванны в реакторе, мм Расход аргона, л/ч Содержание хлора в газовой смеси, % Обработка металла в печи Расход покровного газа (азот), л/ч Значение 400 30 732 621 ~1 965 ~1 980 2–4 Нет 2 830 Т а б л и ц а 2.11 Результаты обработки сплава 7050 для авиационно-космической промышленности [1] Скорость подачи металла, т/ч Число плавок ~18–23 Н2, сс/100 г 60 на входе 0,39–0,44 Результаты ультразвукового анализа на выходе 0,13±0,1 Прошло класс А ~4–16 75 0,39–0,42 0,12±0,1 Прошло класс А ~8 84 0,42 0,09±0,1 Прошло MIL-2154 AA Примечание. Приведенные в табл. 2.10, 2.11 данные отражают опыт работы литейного цеха одного из клиентов фирмы «Almex». Они собраны по результатам переработки около 20 000 т расплавов при производстве авиационных сплавов 7075, 7175 и 7050. Данные сплавы были выбраны для испытаний системы LARS потому, что их очистка представляет наиболее технологически сложную задачу. Литейный участок имел две плавильных печи, каждая по 36 т, оснащенных рекуператорами тепла. Расплавленный металл не подвергался никакой обработке в печи (продувка газом, флюсование и т.п.). Применение установки LARS также устранило необходимость использования миксера. Пенокерамические фильтры плотностью 40 и 50 ppi были размещены между системой LARS и установкой вертикального литья Castright, также разработанной фирмой «Almex». Ротор системы LARS, погруженный в расплав, имеет внутреннюю сеть каналов, по которым газовая смесь циркулирует перед ее инжектированием в расплав. За счет общей длины этих каналов время пребывания газовой смеси внутри ротора в 20 раз дольше, чем в аналогичных системах, предлагаемых конкурента78 ми. Так как ротор погружен в расплав, температура газа в период его более длительного прохождения через каналы достигает температуры всего на 90–100 ºС ниже температуры расплава. Как известно, объем пузырька газа увеличивается по двум причинам: изза уменьшения внешнего давления и повышения температуры. При выходе из канала ротора в расплав давление, естественно, уменьшается, и объем пузырьков увеличивается. Чем больше объем пузырьков, тем меньше их поверхность в фиксированном объеме. Это приводит к уменьшению эффективности химических реакций удаления водорода и примесей щелочных металлов, а также механическому захвату пузырьками твердых неметаллических частиц, находящихся в расплаве. Специальный профиль нижней части ротора при вращении разбивает пузырьки и таким образом компенсирует влияние пониженного давления на эффективность рафинирования расплава. «Разбивание» пузырьков является стандартным способом улучшения хода химической реакции, и поставщики многих систем применяют его в своих машинах. Феномен увеличения объема пузырьков вследствие разницы температур газа и расплава труднее компенсировать. Естественно, чем меньше данный температурный ингредиент, тем глубже степень очистки расплава. За счет того, что в системе LARS температура газа и расплава отличаются не больше чем на 100 ºС, газ в пузырьках нагревается незначительно и, соответственно, почти не расширяется. Это позволяет сохранить меньший диаметр пузырьков и, как следствие, более глубокую степень очистки расплава. Максимальная температура газовой смеси в других системах (SNIF, ALPUR и др.) не превышает 150 ºС, что в несколько раз ниже температуры газа в системе LARS. Пузырьки газа, выходящие из ротора системы дегазации при такой низкой температуре, немедленно увеличиваются в размере, что приводит к снижению эффективности рафинирования до 30 %. Метод сохранения минимального размера пузырьков за счет их максимального нагрева является уникальным технологическим решением, не применяемым ни в одной другой системе внепечного рафинирования алюминия. Нагрев газовой смеси до температуры расплава позволяет улучшить глубину очистки металла системой LARS в среднем на 15 % по сравнению с оборудованием конкурентов, при одинаковых исходных параметрах (начальные концентрации примесей металлов и водорода, такая же скорость потока металла и т.п.). 79 Продольная геометрия реактора LARS одинакова независимо от точек ввода и вывода расплава (вход и выход на одной стороне, на противоположных сторонах, на двух соседних стенках и т.п.). Такой профиль и боковые стенки, расширяющиеся к верху, позволяют обеспечить минимальную турбулентность потока и предотвратить образование воронок вокруг вращающихся роторов, даже при скоростях вращения до 425 об/мин. Отсутствие турбулентности потока и распределение пузырьков газа по всему профилю реактора оказывают особо полезное действие на степень удаления солей щелочных металлов, которые обладают высокой жидкотекучестью, несмачиваемостью и плотностью, близкой к плотности расплавленного алюминия. Системы рафинирования с высокой тенденцией к образованию воронок и недостаточным распределением пузырьков газа по объему расплава не в состоянии снизить содержание солей до требуемого уровня. Этот дефект металла сразу же выявляется во время ультразвуковой проверки готовой продукции. Плоские и круглые слитки сплавов от 1100 до 7050, отлитые из металла, обработанного на системе LARS, постоянно отвечают авиационному стандарту качества MIL-2154 класса АА (при соблюдении остальных технологических инструкций). Футеровка ванны реактора выполнена из монолитных плит карбида кремния толщиной 25 мм, установленных поверху графитовых блоков. Замена плит футеровки проводится раз в два-три года при условии соблюдения правил эксплуатации. Датчики температуры, установленные в стратегических точках реактора, постоянно передают данные измерений температуры на компьютер, находящийся на пульте управления. Это позволяет своевременно определять износ футеровки и облегчает профилактический ремонт установки. Система нагрева и контроля температуры включает четыре зоны температурного контроля (по две зоны на каждую камеру реактора). Каждая зона состоит из одного графитового блока с 12 нагревательными элементами, термопары контроля температуры и термопары ограничений температуры. Нагревательный элемент представляет трубу с нихромовой проволокой, полупогруженной в желоба керамического стержня из окиси магния. Перед установкой графитовые блоки подвергаются специальной противоокислительной обработке для более долгого срока службы. Система контроля нагрева полностью компьютеризирована (табл. 2.12). 80 Т а б л и ц а 2.12 Контроль температурного режима системы LARS [1] Параметр Число точек замера Температура ванны 2 Температура блока нагревания (по инструкции) 4 Температура блока нагревания (реальная) 4 Сила тока нагревательных элементов 12 Т а б л и ц а 2.13 Контролируемые параметры работы системы LARS [1] Параметр Число сигналов Скорость вращения ротора Сила тока: электромотора нагревательных элементов Температура камер реакторов Расход покровного газа (во время процесса, в перерывах) Расход газовой смеси Ar–Cl (на выбор) Сигнал низкого давления: аргона воздуха охлаждения системы азота Сигнал утечки хлора (на выбор) 2 2 12 10 3 1 1 1 1 2 Компьютерное управление выполнено на основе программируемой системы логического контроля Allen-Bradley SLС500 (табл. 2.13). Система дает возможность не только вести процесс согласно заложенным инструкциям, но и накапливать информацию в компьютерном архиве для статистической обработки данных. Программное обеспечение позволяет осуществлять передачу информации с датчиков системы LARS в виртуальном режиме в любую точку мира, а также дистанционное измерение параметров процесса и загрузку новых программ, разработанных поставщиком. Компьютер имеет восемь основных меню, которые вызываются путем прикосновения к блокам их названий на экране. Все параметры работы системы LARS контролируются с консоли, и информация о них непрерывно выводится на экран [1]. 81 Магнитогидродинамические перемешиватели алюминиевых сплавов в транспортных ковшах Магнитогидродинамические перемешиватели предназначены для рафинирования алюминиевых сплавов в ковшах и предложены НПЦ МГД, г. Красноярск, Россия (рис. 2.15). а б Рис. 2.15. Магнитогидродинамические перемешиватели алюминиевых сплавов в транспортных ковшах: а – транспортный ковш с МГД-перемешивателем; б – схема МГД-перемешивателя в ковше (1 – ковш; 2 – крышка; 3 – отсос газов; 4 – трубка для подачи рафинирующей смеси; 5 – МГД-перемешиватель) Одним из направлений повышения качества ответственных алюминиевых сплавов является использование схем внепечного рафинирования расплава от щелочных и щелочно-земельных металлов и приготовление лигатуры, например, «алюминий–свинец» в транспортном ковше с использованием интенсивного перемешивания. Технология МГД-перемешивания в ковше позволит: – производить рафинирование металла и получение сплавов прямо в ковше; – выравнивать температуру расплава в ковше при его длительной транспортировке; – эффективно смешивать исходные сплавы для получения нового. На расплав алюминия в ковше воздействуют бегущим электромагнитным полем МГД-перемешивателя. Устройство способно осуществить перемешивание в обычном ковше с металлокаркасом из магнитной стали. Для рафинирования на подставку устанавливается ковш с перегретым алюминием, регулируется по высоте и наклону индуктор и вводится в расплав сыпучий материал для рафинирования, например Экораф-2М. За время перемешивания 82 (8 мин) с реверсированием в течение 4 мин достигается снижение примесей в расплаве: натрия – в 3 раза; кальция – более чем в 2 раза; магния – в 1,5 раза. С увеличением интенсивности перемешивания сокращается время усреднения химического состава и температур металла, улучшается подвод реагирующих веществ в зону реакции, в ряде случаев увеличивается поверхность реагента с металлом. Магнитогидродинамические перемешиватели в металлотрактах при вводе лигатурного прутка Магнитогидродинамические перемешиватели предназначены для введения лигатурного прутка в алюминиевый сплав в металлотракте (раздаточном желобе) непосредственно перед литейной машиной и предложены НПЦ МГД, г. Красноярск, Россия (рис. 2.16). а б Рис. 2.16. МГД-технологии в металлотрактах при вводе лигатурного прутка: а – литейный агрегат со встроенным в желоб МГД-перемешивателем; б – схема МГД-перемешивателя в металлотракте (1 – миксер раздаточный; 2 – место ввода лигатурного прутка; 3 – установка МГД-модифицирования сплава; 4 – литейная машина; 5 – направление движения металла) Введение лигатурного прутка на стадии подготовки расплава алюминия к литью дает возможность решить ряд технологических задач, одной из которых является измельчение структуры получаемых алюминиевых полуфабрикатов. Наиболее применяемым составом лигатурного прутка является Al–Ti–B. Такой состав позволяет достигать требуемых результатов и вместе с тем практически не влияет на химический состав получаемого сплава. Исследования показывают, что при больших расходах ме83 талла при литье (в частности при отливке слябов большого сечения) легирующие компоненты растворяются неравномерно, из-за чего и структура слитков получается неоднородной. Использование МГД-перемешивателя лигатуры позволяет значительно повысить качество слитков и увеличить выход годного продукта: – за счет эффективного растворения лигатурного прутка и однородного распределения легирующих компонентов в расплаве; – получения слитков с однородной структурой; – надежной системы, которая не имеет водяного охлаждения. Работа МГД-перемешивателя осуществляется следующим образом: установленные с двух сторон металлотракта индукторы за счет воздействия бегущего электромагнитного поля интенсивно перемешивают жидкий расплав и тем самым обеспечивают равномерное распределение легирующих компонентов Al–Ti–B по всему объему. Регулирование интенсивности перемешивания расплава при введении лигатурного прутка производится системой управления путем изменения величины подводимой мощности, а также предусмотренной регулировкой расположения индукторов относительно футерованного желоба с расплавом. Потребляемая мощность установки в зависимости от сечения металлотракта составляет 3,8–9,4 кВ·А. 2.2. Оборудование и материалы для внепечной фильтрации расплава Для того чтобы соответствовать современным требованиям, предъявляемым к литейной продукции, расплав должен иметь определенную чистоту. Даже незначительные включения могут привести к трещинам или дефектам поверхности, что делает конечный продукт непригодным к использованию. Расплавы алюминия, а также их сплавы особенно чувствительны к дефектам, вызванным посторонними включениями. Так, слишком высокое содержание магния может привести к образованию разрушительных окислительных частиц. Также нежелательными являются шпинели, оксидные пленки, остатки шлака или отколовшиеся частицы футеровки печи или лотков. Решить эти проблемы можно путем фильтрации расплава. Для фильтрации используются пенокерамические фильтры. 84 Эффективность фильтра зависит от размеров его ячеек. Тщательно контролируя размер ячеек в фильтре, можно достигнуть более постоянной эффективности фильтрации. Точность размеров чрезвычайно важна для обеспечения правильной установки фильтра в корпус фильтровальной коробки и предотвращения прохождения металла мимо фильтра или излишней нагрузки на фильтр. Пенокерамические фильтры Ceralu Пенокерамические фильтры Ceralu применяются при непрерывном литье для очистки жидкого алюминия. Несмотря на то, что в определенных случаях можно использовать Tiefbettfilter или Grit-Filter, пенокерамические фильтры остаются наиболее универсальным и надежным методом удаления неметаллических включений. Эти фильтры можно использовать для сплавов с содержанием магния, лития и 7XXX-сплавов. Фильтры Ceralu выпускаются фирмой «Drache Umwelttechnik» (Германия), являющейся мировым лидером в области фильтрации расплавов алюминия. Базисом для фильтров Ceralu служит оксид алюминия (рис. 2.17, табл. 2.14). Рис. 2.17. Общий вид фильтров Ceralu [3] Т а б л и ц а 2.14 Характеристики фильтра Ceralu [3] Параметры Размеры, дюймы Пористость, ppi (ppi = пор на дюйм) Значения 7, 9, 12, 15, 17, 20, 23 и 26 10–70 85 Фильтры Ceralu фирмы «Drache Umwelttechnik» выделяются благодаря многочисленным преимуществам: – равномерная структура пор; – высокая прочность поверхности; – высокая температура применения (до 1 150 °С); – высокая химическая инертность к реагентам, используемым в литейном производстве, и к агрессивным расплавам алюминия (8XXX-сплав). Фильтры могут иметь керамическую волоконную прокладку или керамико-бумажно-волоконную прокладку. Действие пенокерамических фильтров базируется на трех механизмах. Большие частицы задерживаются поверхностью фильтра, из них образуется корка, которая задерживает более мелкие частицы. Внутри фильтра его разветвленная внутренняя поверхность осаждает на себе даже мельчайшие включения. Для достижения оптимального результата и максимальной эффективности при фильтрации металла необходим правильный выбор фильтр-бокса и подходящий подогрев. Кроме того, при выборе размера и пористости фильтра следует учитывать скорость заливки и количество фильтруемого металла [3]. Двойные фильтры Duplexfilter Двойной фильтр – разработанный фирмой «Drache» (Германия) фильтр, объединяющий в себе две различные пористости. Эти фильтры используются так же, как и другие фильтры. Пропускная способность Duplexfilter примерно соответствует пропускной способности «обычного» фильтра такой же пористости, как среднее значение пористостей Duplexfilter, т.е. пропускная способность 20" Duplex 30/50 ppi соответствует пропускной способности 20" 40 ppi обычного фильтра. Фильтры Duplexfilter рекомендуется применять там, где предъявляются особо высокие требования к чистоте металла (где мельчайшие включения приводят к проблемам при изготовлении готового продукта). Несколько примеров: сплавы для изготовления фольги, детали для самолето- и кораблестроения (табл. 2.15). Имеются Duplexfilter таких же размеров, как и «обычные» фильтры, т.е. от 9 до 23". Это означает, что Duplexfilter можно вставить в фильтр-бокс. Принципиально возможна различная комбинация пористости, исключение составляет только 10 ppi (технически не рационально). Чаще всего используют следующие комбинации 30/50 или 40/60 ppi. 86 а б л и ц а 2.15 Характеристики фильтра Duplexfilter [3] Параметры Размеры, дюймы Пористость, ppi (ppi = пор на дюйм) Значения 9–23 10–60 Для изготовления двойного фильтра, как и для «обычного», используют одно и то же сырье. Посредством разработанного компанией специального процесса поролон перед пропитыванием связывают друг с другом. При этом соприкасающаяся поверхность между поролоном образует твердое соединение, которое одновременно остается открыто-пористым, однако без остатков клея или прочего. Эффективная двухступенчатая фильтрация достигается благодаря сочетанию различной пористости, поскольку между ячейками разного размера задерживается большее количество маленьких частиц. При предварительном нагреве необходимо особо обратить внимание на то, чтобы обе стороны фильтры были одинаково прогреты. Фильтровальные коробки фирмы «Drache» Фильтровальные коробки (боксы) предназначены для установки в них пенокерамических фильтров. Боксы производятся фирмой «Drache», Германия (рис. 2.18). Рис. 2.18. Фильтровальные коробки (боксы) Фильтровальные установки возможны различных размеров, одно- или двухкамерные. Кроме этого установки могут быть как с 87 горизонтальным, так и с вертикальным расположением фильтров. Вертикальные фильтровальные установки используются там, где мало площади между печью (дегазатором) и литейным столом. Площадь основания вертикального фильтр-бокса примерно в 2,5 раза меньше основания горизонтальных установок того же размера. Таким образом, их легко эксплуатировать и производить их техническое обслуживание. Для обеспечения оптимальной эффективности фильтров необходим их предварительный нагрев. Для предварительного нагрева фильтров фирма «Drache» использует горелки компании «Wiedemann Industrie Brenner», расположенной в Штокахе (Германия). Эти горелки являются газовыми горелками для форсированного сжигания, они отличаются очень высокой скоростью распространения пламени (до 150 м/с), которая обеспечивает равномерный предварительный нагрев пенокерамических фильтров, а также возможность использования фильтров больших размеров (до 26ʹʹ). Горелки поставляются с пультом управления, позволяющим очень точно установить смесь газа и сжатого воздуха, наличие возможностей осуществления различного контроля и защитные устройства. Кроме того, горелки фирмы «Wiedemann» надежны, прочны, легки и безопасны в работе и требуют всего лишь незначительного технического обслуживания. Пенокерамические фильтры SIVEX® Пенокерамические фильтры SIVEX® применяют во всем мире для фильтрации расплавленного алюминия. С помощью фильтров очищают алюминий, используемый для изготовления авиационных сплавов, банок для напитков и для других ответственных применений. Фильтры SIVEX® изготавливаются фирмой «Pyrotek» в Sierre (Швейцария) по стандартам ISO 9001:2008. SIVEX® является продуктом на основе высокочистого оксида алюминия с фосфатным связующим (рис. 2.19, 2.20, табл. 2.16, 2.17). Пенокерамические фильтры SIVEX® обеспечивают экономически эффективное и надежное удаление включений из расплава алюминия. Точный уровень эффективности удаления включений может сильно меняться в зависимости от условий применения. Обычно эффективность увеличивается с уменьшением размера ячейки фильтра и скорости прохождения металла через фильтр. 88 Рис. 2.19. Общий вид пенокерамического фильтра SIVEX® [7] Рис. 2.20. Размеры пенокерамических фильтров SIVEX® (значения размеров фильтров см. в табл. 2.17) [7] Т а б л и ц а 2.16 Размеры ячейки пенокерамических фильтров SIVEX® [7] Марка фильтра Размер ячейки, мм минимальный максимальный 10 380 5 100 20 2 300 2 900 30 1 640 2 170 40 1 250 1 470 50 900 1 120 65 710 860 80 600 700 89 Т а б л и ц а 2.17 Размеры пенокерамических фильтров SIVEX® [7] Параметр Значение Размер А, мм: 178×178 ± 2 178 229 229×229 ± 2 305 305×305 ± 2 381 381×381 ± 2 432 432×432 ± 3 508 508×508 ± 3 584 584×584 ± 3 Размер D – d < 0,6 %·A Размер B, мм 50±2 Изгиб C (с каждого края), мм Угол α, град ±1½ 90±½ Угол β, град 17½±½ При производстве фильтры подвергаются машинной формовке для уменьшения допустимых отклонений размера. Фильтры SIVEX® специально обработаны и обладают очень низкой хрупкостью. Керамический состав SIVEX® сочетает высокую прочность, прекрасную стойкость к воздействию расплава алюминия и превосходные тепловые свойства. Такое сочетание физических характеристик делает фильтры SIVEX® идеальными для применения во всех видах литейных операций. Фильтровальные коробки для жидкого алюминия SIVEX® Фильтровальные коробки SIVEX®, выпускаемые фирмой «Pyrotek» (Швейцария), предназначены для фильтрации алюминия и его сплавов и пригодны для периодического и непрерывного литья с одинарным или двойным фильтровальным гнездом в монолитной футеровке (рис. 2.21, табл. 2.18). Фильтровальная система SIVEX® является одной из наиболее передовых систем фильтрации алюминия в мире главным образом потому, что ее уникальная конструкция задает новые стандарты эффективности фильтрования в промышленности. Ее использование в ли90 тейных производствах приводит к повышению эффективности процесса и улучшению качества металла. Рис. 2.21. Внешний вид фильтровальной системы для жидкого алюминия SIVEX® [9, 10] Основными преимуществами фильтровальной системы SIVEX® являются: – прецизионное программируемое логическое (PLC) регулирование; – наличие наиболее передовой системы предварительного нагрева, обеспечивающей эффективный предварительный нагрев фильтра; – простая в пользовании регулировка высоты и уровня для присоединения к имеющейся системе желобов; – одинарная или двойная конструкция фильтровальной коробки; – изготовление из высококачественных материалов. Полная система фильтрования SIVEX® включает в себя два основных компонента, а именно фильтровальную коробку SIVEX® и пенокерамический фильтр SIVEX®. Фильтровальная коробка SIVEX® является модульной системой, способной удовлетворить все требования к фильтрации. Стандартная комплектация коробки включает в себя непосредственно саму коробку, огнеупорную футеровку INSURAL®, механизм регулировки высоты и уровня, систему слива, огнеупор входа/выхода, фланец INSURAL® / INSURAL®, изоляцию, обеспечивающую наружную температуру < 65 °С. 91 Два Одно Одно Два Одно Два Одно Два Одно Два SIVEX®FB12DS SIVEX®FB15S SIVEX®FB15DB SIVEX®FB15DC SIVEX®FB17S SIVEX®FB17D SIVEX®FB20S SIVEX®FB20D SIVEX®FB23S SIVEX®FB23D 92 Одно SIVEX®FB12S 575 500 425 375 300 225 Размер фильтра, мм + + + + + + + + + + периодичное Литье + + + непрерывное Примечание. При расчете необходимо добавить 500 мм длины для пневматической перегородки. Два SIVEX®FB9DS SIVEX®FB9S Модель Описание Количество фильтровальных гнезд в коробке Одно 3 600×2 800×2 000 1 650×1 750×2 000 3 600×2 800×2 000 1 650×1 750×2 000 3 500×2 600×2 000 1 500×1 750×2 000 3 200×2 600×2 000 3 500×2 600×2 000 1 500×1 750×2 000 2 390×2 150×2 000 1 500×1 500×2 000 1 850×2 150×2 000 1 500×1 500×2 000 Габаритные размеры, мм Характеристики фильтровальной системы для жидкого алюминия SIVEX® [9, 10] Т а б л и ц а 2.18 Дополнительно в комплектацию могут входить PLC для предварительного нагрева системы, пневматическая крышка, пневматическая перегородка, газовая система предварительного нагрева фильтра. Стальная коробка фильтра является сварной конструкцией из низкоуглеродистой стали. Огнеупорная футеровка INSURAL®180 прошла испытания для данного применения. Система имеет также регулируемые по высоте опоры, с помощью которых можно точно согласовать ее с существующей системой желобов. Механизм регулировки высоты и уровня позволяет согласовать фильтровальную коробку SIVEX® с любой имеющейся системой желобов. Фильтровальная коробка SIVEX® снабжена простой в работе системой слива, которая дает возможность оператору быстро и легко слить расплавленный алюминий из фильтровальной коробки. Фильтровальные коробки SIVEX® с одинарным или двойным фильтровальным гнездом снабжены крышками с пневмоприводом. Крышки уменьшают тепловые потери при литье, и на них расположена система предварительного нагрева фильтров. Горелка и камера сгорания этой системы, которые создают поток горячего воздуха, расположены по центру над пенокерамическим фильтром SIVEX® и обеспечивают эффективный предварительный нагрев. Для двойных фильтровальных коробок требуется только система одиночного предварительного нагрева, т.к. в них используется коллектор с крышкой для подачи горячего воздуха к фильтрам. Во всех моделях применяется стандартная система регулирования Siemens S7 PLC, которая управляет крышкой с пневматическим приводом, газовой линией, вентилятором и защитой от перегрева. Эта система запрограммирована с учетом максимальной безопасности. Блок также предусматривает интеграцию систем направления потока вверх и вниз и может быть запрограммирован в соответствии со специальными требованиями заказчика. PLC-управление обеспечивает: – гибкие рабочие параметры; – непрерывную работу; – безопасность. Система предварительного нагрева обеспечивает эффективный и рациональный нагрев всей поверхности пенокерамических фильтров SIVEX® и таким образом позволяет избежать обычной проблемы 93 горячих участков и достичь оптимальной эффективности пенокерамических фильтров. Система предварительного нагрева фильтра газовая. Предварительный нагрев пенокерамических фильтров SIVEX® нельзя проводить открытым пламенем. «Pyrotek» использует эффективную систему, сочетающую газ (природный газ или пропан) и нагнетаемый вентилятором воздух, для обеспечения свободной конвекции горячего воздуха через пенокерамические фильтры. Эта система гарантирует полный и равномерный предварительный нагрев. Система предварительного нагрева состоит из следующих компонентов: горелка (природный газ или пропан; мощность 30–150 кВт); камера сгорания; газовая линия с полной проверкой безопасности (утечка газа и т.д.); газовая изоляция. Фильтры корпорации SELEE Фильтры SELEE (рис. 2.22, 2.23, табл. 2.19, 2.20) применяются при производстве как алюминиевых сплавов критических назначений (авиация и космонавтика), так и для упаковочной продукции (фольга, баночный прокат), проката и профилей горячего прессования общего назначения (строительные конструкции, транспорт и т.п.). Рис. 2.22. Фильтровальная чаша [4] 94 Рис. 2.23. Внешний вид фильтров SELEE [4] Т а б л и ц а 2.19 Размеры фильтров SELEE [4] Площадь фильтрации дюйм2 см2 60 387 116 748 189 1 219 248 1 600 352 2 271 473 3 052 657 4 239 Скорость литья фунт/мин кг/мин 180 81 348 174 567 257 744 338 1 056 480 1 419 645 1 971 895 Т а б л и ц а 2.20 Характеристики работы фильтров SELEE [4] Размер пор, ppi 20 30 40 50 60 70 Типичная эффективность фильтрации, % захвата частиц размером, мкм > 20 > 50 > 100 22 51,0 83,0 41 77,0 97,0 60 92,0 > 99,0 75 98,0 > 99,9 86 > 99,0 > 99,9 93 > 99,9 > 99,9 Уровень металла, мм 102 152 203 254 305 356 Фильтры SELEE имеют прямоугольные сечения различного размера и различной пористости с оптимальной толщиной ~50 мм. 95 3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Создание технологий полунепрерывного и непрерывного литья алюминия и оборудования для реализации этих технологий явилось одним из наиболее крупных достижений в промышленности в ХХ в. и оказало существенное влияние на развитие металлургии и машиностроения. 3.1. Оборудование для изготовления плоских, цилиндрических слитков, Т-образных чушек При использовании достаточно мощных плавильно-литейных агрегатов при полунепрерывном и непрерывном литье и эффективной технологии можно достичь высоких выхода годных слитков и производительности оборудования. Машины полунепрерывного литья алюминия Машины полунепрерывного литья алюминия предназначены для отливки слитков из алюминия и сплавов на его основе с плотной равномерной кристаллической структурой, служащих заготовками для прокатки и экструдирования. Машины полунепрерывного литья выпускаются компанией «ТехМаш» (рис. 3.1, табл. 3.1). Для систем управления машинами применены программнотехнические комплексы, используются современные надежные конкурентоспособные программируемые контроллеры и другая аппаратура, что позволяет: – повысить надежность и безопасность работы машины; – автоматизировать в начальный период литья увеличение скорости литья и расхода охлаждающей воды до заданных значений этих параметров; – автоматически поддерживать все основные параметры литья; – уменьшить габаритные размеры машины; – сделать компактными и удобными для работы и обслуживания шкафы и пульты управления; 96 – обеспечить современную визуализацию основных параметров литья и работы электрооборудования с помощью процессорных операторных панелей; – обеспечить автоматическую передачу информации о параметрах литья и о работе машины на верхние компьютерные уровни управления производством. Рис. 3.1. Схема машины полунепрерывного действия: 1 – стол литейный; 2 – платформа; 3 – опора шаровая; 4 – плунжер гидроцилиндра; 5 – водопровод; 6 – шкаф управления; 7 – направляющие платформы; 8 – гидропривод; 9 – пневмопривод Для обеспечения безопасности на подводе плунжерного гидроцилиндра установлен отсекающий клапан оригинальной конструкции, останавливающий платформу в случае аварии в гидросистеме. На машине полунепрерывного литья 5ПНГ6-6,5 предусмотрена механизированная выдача отлитых слитков на стеллаж [72]. 97 860 Наибольший расход охлаждающей воды, м3/ч Давление охлаждающей воды, кгс/см2 98 Масса, т Давление в гидросистеме, кгс/см 70 320 Диаметр плунжера гидроцилиндра, мм 2 1,4 8–210 Скорость литья, мм/мин Скорость холостых ходов, м/мин 2,8×2,8 60 100 7,5 43 3–6 360 250 2,3 10–300 2,0×2,8 30 ПНГ60-7,5БМ ПНГ30-7,5М Размеры платформы, м Наибольшая длина отливаемых слитков, м Наибольшая масса отливаемых слитков, т Параметр 90 50 1,4 16–300 0,7×0,7 6 5ПНГ6-6,5 Модель машины Характеристики машин полунепрерывного литья [72] 30 300 180 1,6×2,25 6,5 100 3–4 2,7 10–300 16 25 0,9×1,3 ПНГ16-6,5М ПНГ16-6,5АМ Т а б л и ц а 3.1 Литейная машина модели Wagstaff ShurCast Конструкция литейной машины Wagstaff ShurCast предназначена для литья цилиндрических и прокатных слитков (рис. 3.2, табл. 3.2). Литейная машина выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). а б в Рис. 3.2. Литейная машина Wagstaff ShurCast [14]: а – внешний вид; б – схема установки (1 – стальная плита литейной машины; 2 – ограничитель усилия затяжки; 3 – монтажное кольцо; 4 – клинья для выравнивания; 5 – бесконтактные датчики; 6 – цилиндр литейной машины ShurCast); в – маслостанция с элементами регулирования скорости литья и клапанами аварийного начала/останова литья Преимуществами литейной машины ShurCast являются: – прочная, надежная конструкция; – цилиндр одностороннего действия с внутренними направляющими; – одно уплотнение и приспособление для чистки штока в верхней части литейного цилиндра ShurCast, что обеспечивает легкость обслуживания (на замену приспособления для чистки штока требуется менее 30 мин); 99 – шток из нержавеющей стали для увеличения срока службы и уменьшения техобслуживания; – квадратная шпонка, приваренная по всей длине с обеих сторон внутри литейного цилиндра машины ShurCast. Перед установкой внутри цилиндра шпонка окончательно фрезеруется, потом она приваривается с помощью лазерной системы наведения; – тарельчатые распределители в гидравлической системе Wagstaff, которые крепятся к коллектору и обеспечивают быстрый / медленный подъем и опускание цилиндра во время литья, что обусловливает высокий расход жидкости и останов без утечки; – ограничитель усилия затяжки с легкозаменяемыми срезными штифтами; – плита цилиндра из горячекатаной толстолистовой стали ASTM A36; – монтажное кольцо, обеспечивающее легкость и короткое время монтажа; – клапаны для аварийного начала и останова литья с переключателями положения. Т а б л и ц а 3.2 Характеристики литейной машины Wagstaff ShurCast [14] Модель цилиндра Максимальная грузоподъемность, Мт Максимальный выход штока, мм Внешний диаметр, мм 300S 18 7 000 305 406 Болтовая окружность фланца на монтаж, мм 1 384 400S 32 7 300 406 762 1 727 450S 40 8 900 457 762 1 880 500S 50 9 300 508 762 2 057 600S 72 10 600 610 914 2 388 700S 98 13 000 711 1 016 2 591 800S 128 154 000 813 1 130 2 794 штока цилиндра Примечания: 1. Типичная скорость литья – 25–250 мм/мин. 2. Типичное рабочее давлением – 31 бар (450 фунт/дюйм2). 3. Плоскостность плиты – < 2,5 мм. 4. Тип гидравлического масла – огнестойкое. 5. Посадка плиты – 1 мм/30 мин. 6. Допустимое вращение – ±4 дуговых минут за ход. 7. Отклонение плиты – 2 мм по вертикали и 3 мм по горизонтали. 100 Литейная машина работает при относительно низком давлении и интегрируется со всем оборудованием фирмы «Wagstaff» для литья цилиндрических и прокатных слитков, включая АСУ ТП AutoCast. При этом обеспечивается плавность хода и долгий срок ее службы. Литейная машина ShurCast состоит из литейного цилиндра одностороннего действия с внутренними направляющими, ограничителя усилия затяжки, монтажного кольца цилиндра и клиньев для выравнивания, точно обработанной стальной плиты и маслостанции. Для обеспечения эксплуатационных параметров все модели цилиндров изготавливаются с жесткими допусками. Автоматизированная замкнутая цепочка управления измеряет и дозирует гидравлическое масло, выходящее из цилиндра, обеспечивая постоянную и управляемую скорость литья. Так как цилиндр снабжен внутренними направляющими, отпадает необходимость в наладке и ремонте колонн с внешними направляющими и направляющих башмаков. Шток цилиндра изготовлен из нержавеющей стали, что обеспечивает долгую, безотказную работу. Ограничитель усилия затяжки защищает внутренние направляющие цилиндра от повреждений при воздействии вращательной силы на шток цилиндра. Плита цилиндра крепится к верхней части ограничителя и обеспечивает плоскую и устойчивую поверхность для платформы с поддонами. При эксплуатации литейной машины ShurCast происходит подключение электромагнитного клапана, открывающего тарельчатый клапан. После этого приводятся в действие клапан регулирования подачи гидравлической жидкости и расходомер для измерения массового расхода. Перепад давления, который мог бы стать причиной подъема или падения плиты литейной машины, отсутствует. Литейная машина ShurCast может работать до тех пор, пока не прекратится подача охлаждающей воды и металла. Это обеспечивается тем, что цилиндр во время литья работает под действием силы притяжения, а не гидравлических насосов. Гидронасосы в системы Wagstaff используются только при движении литейного цилиндра вверх и для системы поворотного стола. Автоматизированная система управления Wagstaff также отключает гидронасосы после пятиминутного бездействия на пульте управления и при начале литья, продлевая таким образом срок службы насосов. Скорость литья регулируется с помощью современной гидравлической системы управления, постоянно обеспечивающей плавное и точное опускание плиты цилиндра. 101 Для гидравлического питания предусмотрена маслостанция, имеющая средства управления, необходимые для эксплуатации цилиндра и системы поворотного стола. Система рециркуляции обеспечивает чистоту масла. Расходомер для измерения массового расхода и регулирующий клапан точно регулируют скорость литья, что обусловливает постоянство рабочих характеристик. Литейная машина Wagstaff ShurCast модели с шариковым ходовым винтом Литейная машина Wagstaff ShurCast предназначена для изготовления слитков длиной до 4 500 мм (рис. 3.3, табл. 3.3). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Винтовая литейная машина состоит из стальной рамы, служащей опорой для двух хромированных направляющих. Блок направляющей плиты перемещается по направляющим и поддерживает плиту. Данный блок имеет бронзовые направляющие втулки. а б Рис. 3.3. Литейная машина Wagstaff ShurCast модели с шариковым ходовым винтом: а – внешний вид; б – схема машины (1 – привод; 2 – тормоз; 3 – датчик; 4 – двигатель; 5 – блок направляющей плиты; 6 – колонна направляющей плиты; 7 – рама; 8 – винт) 102 Т а б л и ц а 3.3 Характеристики литейной машины Wagstaff ShurCast модели с шариковым ходовым винтом Параметры Значения Рабочий ход, мм 4 500 Общая литейная грузоподъемность, т Около 2 Длина отливаемых слитков, мм До 4 000 Приблизительная масса, кг Приблизительная длина в убранном состоянии, мм Размеры плиты литейной машины, мм: длина ширина высота 3 000 5 700 635 584 724 Двигатель приводит в действие блок направляющих на стержнях. Двигатель вращается в любую из сторон, вперед или назад. Он соединен с приводом, вращающим винт, который поднимает или опускает блок направляющих. Двигатель оснащен тормозом, приводимым в действие переменным током. При отсутствии напряжения тормоз предотвращает движение. В нормальном положении тормоз зафиксирован, для того чтобы в случае потери напряжения остановить опускание плиты. Тормоз также удерживает плиту в заданном положении при аварийном останове. В литейной машине имеется электрический датчик положения, присоединенный к двигателю. Данный датчик вырабатывает сигнал, который используется для определения скорости, направления движения и положения плиты. Дополнительные 500 мм хода необходимы для того, чтобы в конце литья опустить слитки ниже кристаллизатора. Это обеспечивает достаточный зазор для подъема поворотной рамы литейного стола и выемки слитков. Дополнительный ход также снижает опасность достичь проектной глубины винта во время литья. Единственным согласованным покрытием для углеродной стали, используемым в ямах для литья алюминия, является WISE CHEM E-212-F (по рекомендации Алюминиевой Ассоциации). Все внешние поверхности, кроме винта и колонн для направляющих, должны быть обработаны покрытием WISE CHEM. Перед нанесением покрытия следует произвести пескоструйную обработку поверхностей. 103 Как правило, винтовая машина монтируется таким образом, чтобы верхняя часть плиты находилась на 50 мм ниже верхней части укрытия для ямы, а машина была на 50 мм короче своего полного выхода при положении для начала литья (с дополнительными 500 мм хода, остается 450 мм хода в конце литья). Литейная машина является электроприводной, в случае потери электропитания в процессе литья произойдет остановка плиты. Для того чтобы свести к минимуму опасность механических повреждений на литейном столе, компания «Wagstaff» настоятельно рекомендует использовать источник бесперебойного питания (ИБП), обеспечивающий электропитание во время процедуры аварийного останова машины при потере основного источника питания. Плита изготовлена из горячекатаной толстолистовой стали ASTM A36. Для придания ей формы лист сначала отрезают, затем сваривают, снимают механические напряжения и фрезеруют. Для установки платформы с поддонами верхнюю часть плиты сверлят и нарезают резьбу. Отфрезерованная монтажная плита устанавливается на блок направляющих. Затем плиту подвергают пескоструйной обработке и наносят покрытие WISE CHEM. В комплект включены два концевых выключателя для проверки положения плиты. Верхний концевой выключатель дает сигнал программируемого логического контроллера (ПЛК), когда плита приближается к положению начала литья. Второй выключатель, расположенный около дна литейной ямы, посылает сигнал на ПЛК при приближении плиты к точке полного выхода винта для того, чтобы винт не достиг своей проектной глубины во время литья. Укрытие для ямы устанавливается над уровнем пола и охватывает верх литейной ямы. Оно служит для отвода воды и сплесов металла в литейную яму, а также в качестве ограждения между низом поворотной рамы стола и рабочей поверхностью пола. Укрытие для ямы также подвергается пескоструйной обработке перед нанесением покрытия WISE CHEM. Поворотная рама состоит из водяной рамы, которая поворачивается на двух сферических подшипниках. Фрезерованная поверхность рамы имеет болтовые отверстия для установки литейного стола. Охлаждающая вода подается через водяной вертлюг, расположенный на конце рамы, а затем на литейный стол. Во время монтажа оборудования вертлюг соединяют с трубами через гибкое фланцевое соединение. Все водоводы рассчитаны на максимальный расход воды. 104 Дистанционно управляемый дроссельный клапан, расположенный на входе системы подачи воды, сбрасывает воду со стола в конце литья. В конце литья для поворота рамы используется мостовой кран. Раму можно повернуть назад на 180º. После выемки слитков из ямы рама с помощью мостового крана устанавливается опять в литейное положение. Литейная система Wagstaff для цилиндрических слитков Литейная система Wagstaff, предназначенная для изготовления цилиндрических слитков (рис. 3.4, 3.5), выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). а б Рис. 3.4. Литейная система Wagstaff для цилиндрических слитков [21]: а – внешний вид; б – схема системы (1 – литейный стол MaxiCast для цилиндрических слитков; 2 – втулка для подъема одним блоком; 3 – поворотный механизм литейного стола; 4 – штырь для подъема одним блоком; 5 – плита литейной машины; 6 – ограничитель усилия затяжки; 7 – кристаллизатор AirSlip; 8 – экран для вывода текстовых сообщений; 9 – индикатор положения плиты цилиндра; 10 – самоцентрирующиеся поддоны; 11 – платформа для поддона ShurCast; 12 – АСУ ТП AutoCast) 105 а б Рис. 3.5. Элементы литейной системы для изготовления цилиндрических слитков [15, 21]: а – литейный стол; б – модели платформы для поддонов Wagstaff ShurStart За один цикл на литейной системе Wagstaff отливается от 2 до 140 цилиндрических слитков. В состав литейной системы Wagstaff с тепловыми насадками для литья цилиндрических слитков входят литейный стол с плотно расположенными кристаллизаторами и платформа для поддонов. Модель платформы для поддонов Wagstaff ShurStart выбирается в зависимости от размера плиты литейной машины и конфигурации литейной ямы. Кристаллизаторы Wagstaff для цилиндрических слитков используют самоцентрирующиеся поддоны, изготовленные из одного стального блока. Самоцентрирующаяся конструкция обеспечивает точное совмещение с кристаллизатором каждый раз при подъеме поддонов в позицию для начала литья. Таким образом, нет необходимости центровать поддоны и кристаллизаторы вручную, как в обычных литейных системах. Это приводит к сокращению времени литейного цикла и облегчает подготовку оборудования на литейной яме. Для снятия поддонов с платформы и их замены не требуется специальных инструментов, что позволяет сократить время на техобслуживание и подготовку оборудования [15, 21]. Литейная система Wagstaff для прокатных слитков Литейная система Wagstaff, предназначенная для изготовления прокатных слитков полунепрерывным способом (рис. 3.6), выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). 106 Рис. 3.6. Схема литейной системы Wagstaff для прокатных слитков [16]: 1 – информационный дисплей; 2 – поворотный механизм литейного стола; 3 – платформа для поддонов ShurStart; 4 – литейный цилиндр ShurCast; 5 – система лазерного регулирования уровня металла в кристаллизаторе; 6 – распределительный желоб LaundAir; 7 – кристаллизатор Epsilon; 8 – литейный стол; 9 – поддоны; 10 – пульт управления системы AutoCast Литейная система включает литейный цилиндр ShurCast, систему для литья прокатных слитков, систему монтажа литейного стола и АСУ ТП AutoCast [16]. Системы Castright I и II для вертикального литья круглых слитков Системы Castright I и II предназначены для литья круглых алюминиевых слитков для авиационно-космической промышленности и деталей общего назначения. Преимуществами применения технологии Castright являются: – стабильные характеристики, что особенно важно для последующих процессов горячего прессования и штамповки; 107 – минимальная глубина скальпирования; – стабильные характеристики слитка от литника до донника; – пониженный процент брака; – повышенная производительность производства; – небольшая продолжительность первой части цикла термообработки; – меньший процент брака, определяемого ультразвуковым тестированием, вследствие снижения статистического разброса размера зерна, пористости и дисперсионного перераспределения зерна после термообработки; – уменьшение длины донника и литника, необходимого для обреза; – снижение затрат времени на профилактический ремонт кристаллизаторов; – ускоренный возврат капиталовложения. Машина вертикального литья спроектирована и выполнена для максимальной точности проведения процесса литья. Стандартная длина слитков составляет от 3 до 8 м, масса плавки – от 3 до 80 т. Модулярная конструкция машины позволяет ее напольную установку, полупогруженную или полностью погруженную. Основными компонентами системы являются автоматизированные форсунки Ultra-Low NOx для высокоэффективной плавки и легирования сплавов; система внепечной обработки расплава LARS; литейная оснастка Castright; оборудование для вертикального литья. Кроме того, в системе предусмотрены процессы термообработки, контроля качества и ультразвуковое тестирование готовой продукции. Для машин применяется гидравлический цилиндр двойного действия с точностью поддержания скорости литья ±0,5 мм/мин. В системе контроля подачи воды предусмотрены следующие операции: – регулирование объема подачи и давления; – контроль уровня воды в литейной яме; – фильтрация воды, повторно используемой в процессе; – контроль температуры воды. Направляющие изготавливаются из нержавеющей стали. Башмаки направляющих рельсов выполнены со специальными тефлоновыми прокладками, что позволяет значительно удлинить срок их службы [1]. 108 Установка горизонтального непрерывного литья Установка горизонтального непрерывного литья (табл. 3.4) предназначена для изготовления сортамента различного профиля с максимальным диаметром 200 мм из сплавов на основе алюминия. Установка выпускается научно-производственным предприятием «Литейный двор» (г. Ростов-на-Дону, Россия). Т а б л и ц а 3.4 Характеристики установки горизонтального непрерывного литья [42] Параметры Значения Производительность, т/год Диаметр отливаемых слитков, мм: максимальный минимальный Длина прорезки слитков, м Количество вытягиваемых слитков, шт.: диаметром 25–60 мм диаметром 60–100 мм Печь марки ИПБ1К–ИПБ2К 2 500–3 000 100 25 0,8–3,0 2 1 1 Скорость вытягивания слитков, мм/с До 100 Время остановки, с 3–50 3 Расход воды на кристаллизаторе, м /ч Управление Размеры, мм 10 Электрическое, дистанционное, ручное и автоматическое 1 200×5 100×1 300 В состав установки входят: печь с кристаллизатором, изложница для аварийного слива металла, охладитель, устройство тянущее, механизм порезки слитков, система контрольно-измерительных приборов. Универсальная установка разливки HDC Установка разливки HDC предназначена для получения заготовок из литейных сплавов, экструзионных, шинных заготовок и анодных штанг, тавровых заготовок, а также специальной продукции (рис. 3.7–3.10). Установка выпускается фирмой «Hertwich Engineering» (Австрия). 109 Рис. 3.7. Горизонтальное литье экструзионных цилиндрических слитков в четыре ручья Рис. 3.8. Разливка тавровых заготовок на установке фирмы «Hertwich» на заводе DUBAI Aluminium Рис. 3.9. Производство шинной заготовки на установке HDC фирмы «Hertwich» 110 Рис. 3.10. Компактный плавильный агрегат для производства экструзионных кузнечных заготовок: 1 – завалочная машина; 2 – сдвоенная камера (плавильная / раздаточная литейная печь); 3 – установка дегазации; 4 – горизонтальная установка бесслиткового литья; 5 – «летучая» пила; 6 – промежуточный ковш + кристаллизаторы; 7 – продувка и дегазация 111 Способ HDC по сравнению с разливкой в открытый кристаллизатор обеспечивает следующие преимущества: – низкое содержание водорода, включений оксидов; – мелкозернистую структуру; – отсутствие оксидов на поверхности, гравитационного расслоения, трещин и усадочных раковин; – равномерное распределение легирующих элементов; – постоянство размеров и прямолинейность; – гладкую поверхность, легкость при штабелировании и обвязке; – одновременную разливку до 30 ручьев. Кроме того, на одной установке можно разливать заготовки различных сечений, массы и даже типов. Установка HDC полностью автоматизирована. При производстве экструзионных заготовок разливка обычно длится три дня. За это время отливают около 500 м. Для легированных литейных сплавов – обычно 2 000 м. Для переработки лома хорошего качества и отливок в экструзионные заготовки фирма «Hertwich Engineering» разработала компактный плавильный агрегат (CTRP) перед установкой HDC (рис. 3.10), который является идеальным оборудованием для цехов, оснащенных экструдерами. При производстве экструзионных заготовок установки HDC особенно экономичны для малых и средних объемов производства (2 000–20 000 т/г). Присоединяя к установке HDC непрерывную двухкамерную плавильную или разливочную печь, установку фильтрования/дегазации и непрерывную линию гомогенизации, можно сформировать полную производственную линию. Основные преимущества – умеренные инвестиции, чрезвычайно низкие потери при плавлении и малая потребность в персонале (обычно два человека в смену). Еще один тип продукции, разливаемой на горизонтальных (многоручьевых) установках фирмы «Hertwich», – электротехническая шинная заготовка. Смена кристаллизаторов для сечений поворотная, как для всех кристаллизаторов фирмы «Hertwich». На установках можно получать тавровые заготовки (876×290 мм) из сплавов, содержащих кремний до 11 %, с максимальной производительностью 13 т/ч. Тавровые заготовки, отлитые на установках HDC, удовлетворяют самым высоким требованиям. Заготовки имеют однородную мелкозернистую структуру, равномерный со112 став каждой заготовки в партии. Более того, включения, пористость и трещины отсутствуют. Специальная продукция – SSM. Процесс HDC хорошо подходит для производства специальной продукции, например, отливок SSM (сплав THIXO), поковок, тонких слябов и др. Установка для производства заготовок методом горизонтальной непрерывной разливки Горизонтальная разливка под вакуумом главным образом используется для дорогих заготовок, например, для дисков колес, автомобильных деталей, головок цилиндров, клапанов, корпусов и т.д. Производство отливок методом горизонтальной разливки, наряду с традиционным производством, решает задачу получения отливок со специальными свойствами (рис. 3.11–3.13, табл. 3.5). На установке производятся следующие сплавы: Pantal 5 VAW, AlSi7Mg + Sb, Silicon-Beta, Silicon Na, Pantal 7 VAW, AS7GR, Silicon-Beta Na, Silicon HV, Pantal 7HV VAW, AS7GRRP2, Silicon Beta HV, Silicon Kappa, AS7GO3a, AS11SPR, Silicon, AlZn10Si8Mg. Установка для производства заготовок методом горизонтальной непрерывной разливки выпускается фирмой «Hertwich Engineering» (Австрия). Рис. 3.11. Общий вид установки для производства заготовок методом горизонтальной непрерывной разливки: 1 – печь-миксер; 2 – литейная вакуумная печь; 3 – керамический фильтр; 4 – горизонтальная установка непрерывной разливки; 5 – «летучая» пила; 6 – укладчик; 7 – автоматическая вязальная машина; 8 – упаковочная машина; 9 – автоматические весы; 10 – транспортер готовой продукции 113 Рис. 3.12. Подача расплава в кристаллизатор Рис. 3.13. Заготовки на выходе из кристаллизатора. Двадцать ручьев из двух кристаллизаторов Т а б л и ц а 3.5 Характеристики установки для производства заготовок методом горизонтальной непрерывной разливки Параметры Емкость, т: одной печи-миксера одной вакуумной литейной печи Сечение заготовки, мм Скорость разливки (в зависимости от сплава), мм/мин Значения 38 16 75×54 400–600 Средняя производительность всей линии, кг/ч Производительность печи: т/дн т/год 6 000 80 24 000 Длина мерных заготовок при работе пилы, мм 650–750 Длительность цикла работы пилы, с 60 Скорость работы пилы, мм/с 80 Уровень шума пилы, дБ Количество обслуживающих операторов в одну смену, чел. 95 114 3 Основные составляющие системы: две печи-миксера, две вакуумные литейные печи, одна горизонтальная установка непрерывной разливки с периферийным оборудованием. Из литейной печи расплав попадает без перемешивания в промежуточный ковш, а затем по переходным трубкам без контакта с атмосферой в кристаллизатор. Образования оксидов не происходит. «Летучая» пила режет заготовки на мерные длины 650–750 мм. Один целый цикл работы пилы включает в себя захват, резку всех 20 заготовок, их уборку, возврат в исходное положение. Весь цикл длится 60 с. Несмотря на значительную твердость сплавов, пила может работать со скоростью 80 мм/с. Из-за уровня шума (95 дБ) пила должна быть установлена в звукоизолирующем кожухе. Заготовки автоматически маркируются (марка сплава, номер плавки) и укладываются в пачки. Заполненные палеты автоматически обвязываются и, по желанию заказчика, могут быть обернуты пленкой. Затем палеты перемещаются на конвейер-весы, где может находиться одновременно до десяти палет. Миксерные печи типа колодцев используются для легирования расплава кремнием, магнием, титаном и другими элементами, а также для рафинирования и продувки инертным газом, доводки по температуре и передачи металла в вакуумные литейные печи. Под действием силы тяжести металл по системе желобов перетекает в обе вакуумные печи. Емкость плавильной печи достаточна для обеспечения попеременной работы обеих вакуумных установок разливки. Для эксплуатации всей системы требуется три оператора в смену. Один оператор работает на печах, второй – на разливке, третий – отвечает за укладку, обвязку и взвешивание. Имеется два взаимозаменяемых комплекта инструмента для установки разливки. Когда один комплект используется в работе, второй – находится около установки. Заготовки разливаются через очень короткие водоохлаждаемые кристаллизаторы. Скорость затвердевания металла по меньшей мере в десять раз больше, чем при традиционной разливке заготовок, что улучшает микроструктуру. Поскольку система полностью изолирована, оксиды не образуются ни в кристаллизаторе, ни на поверхности заготовки. Запуск процесса разливки очень прост, если все подготовительные работы выполнены должным образом. 115 Заготовка формируется без каких-либо трудностей и стабильно разливается. Распил заготовок производится пилами типа ТСТ диаметром 500 мм, ширина реза – 4,5 мм. Средний срок службы пилы – 120 т. Однако лезвие можно перетачивать и использовать повторно более 20 раз. В целом 0,7 % разлитого металла уходит в стружку. Затраты на распил (лезвия и смазка, переплав стружки) включаются в операцию разливки. Точность профиля заготовок, а также их поставка в сухом и охлажденном состоянии являются преимуществами для эффективной и простой укладки и обвязки. По желанию заказчика пачки заготовок можно обвязывать стальной или алюминиевой лентой. Готовая продукция оценивается по следующим критериям: – однородный состав продукции; – однородная мелкозернистая структура; – отсутствие пористости, т.е. газов; – низкое содержание оксидов и включений. Для достижения требуемых механических свойств важно строго соблюсти химический состав. Он должен быть однороден для всей плавки, чтобы обеспечить постоянство состава по сечению заготовки. При быстром и равномерном затвердевании и при охлаждении поверхности на втором этапе охлаждения в ручье формируется однородная структура по сечению заготовки. Расслоение из-за гравитационной сегрегации или сегрегация в узкой зоне вблизи поверхности, характерные для традиционных отливок (например, фосфор), не наблюдаются. На практике изменение состава по поперечному сечению слабо влияет на качество заготовок. Проблемы могут возникнуть, если отклонения состава наблюдаются по продольному сечению. Особенно важно, чтобы состав каждой завалки был одинаков. Различия могут привести к возникновению гравитационной сегрегации (железа, меди, никеля, титана и т.д.) или потере магния, стронция и натрия. Долгие циклы плавки и низкий выход годного на установках разливки приводят к увеличению цикла разливки и к потерям металла. С целью получения продукции с низкой пористостью в сплавах необходимо контролировать содержание водорода, которое изменяется в зависимости от способа плавления и может составлять от 0,05 до 0,06 см3/100 г металла. 116 Агрегат получения заготовок, используемый на заводе фирмы «HYDRO ALUMINIUM PORTALEX» Агрегат получения заготовок, разработанный фирмой «Hertwich Engineering» (Австрия), предназначен для получения заготовок для прессования (рис. 3.14–3.18, табл. 3.6). Рис. 3.14. Общий вид агрегата (слева направо: часть накопителя лома, хранение скребка, трехкамерная плавильная и разливочная печь, горизонтальная установка разливки, непрерывная линия гомогенизации, система взвешивания/обвязки) Рис. 3.15. Схема загрузки/снятия шлака Рис. 3.16. Трехкамерная печь: 1 – вентилятор рециркуляции; 2 – индукционный насос; 3 – индуктор; 4 – летка; 5 – литейная камера; 6 – главная камера; 7 – камера нагрева и газификации; 8 – эстакада нагрева 117 118 Рис. 3.17. Общий вид агрегата, используемого на заводе фирмы «HYDRO ALUMINIUM PORTALEX»: 1 – накопитель лома; 2 – скребок; 3 – регенератор; 4 – дегазатор; 5 – накопитель; 6 – печь гомогенизации; 7 – станция охлаждения; 8 – стол; 9 – система взвешивания, обвязки; 10 – пила; 11 – горизонтальная литейная машина; 12 – трехкамерная печь; 13 – загрузочная машина Рис. 3.18. Горизонтальная установка разливки и «летучая» пила Т а б л и ц а 3.6 Характеристики агрегата, используемого на заводе фирмы «HYDRO ALUMINIUM PORTALEX» Параметры Значения Производительность непрерывной работы, т/ч (т/мес.) Количество корзин, которые перемещаются на участке экструдеров, скрапном дворе и на участке плавильного агрегата Объем каждой корзины, м3 2,0–2,4 (1 000) Средняя масса лома, кг Диаметр отливаемых заготовок на горизонтальной установке разливки, дюймы: при литье в 2 ручья при литье в 3 ручья Скорость непрерывной разливки, т/ч Около 800 Количество обслуживающих рабочих, чел. Расход природного газа при непрерывной работе, кВт/т: в плавильной/литейной печи в линии гомогенизации Около 20 Около 3 9 8 2,0–2,4 2 600 240 Это интегрированный агрегат, полностью непрерывный и автоматизированный, начиная с завалки лома и заканчивая выдачей мерных гомогенизированных заготовок для прессования. 119 Основные узлы агрегата: система завалочных корзин, устройство автоматической загрузки и снятия шлака, трехкамерная плавильная / литейная печь, горизонтальная установка разливки, непрерывная линия гомогенизации. В экструзионном отделении чистый лом нагружается непосредственно в корзины. Лом, поступающий извне, нагружается в корзины на скрапном дворе. Полные корзины устанавливаются на накопитель корзин с помощью погрузчика. Полная корзина автоматически загружается из накопителя в первое отделение плавильной печи. Пустая корзина возвращается в накопитель, откуда убирается с помощью погрузчика. Система управления печи рассчитывает последовательность циклов завалки. Для регистрации общей массы и собственной массы каждой корзины, что обеспечивает точность веса заваливаемого металла, завалочная машина снабжена автоматической системой взвешивания. Завалочная машина также предназначена для легкого удаления шлака с поверхности ванны расплава. Вместо загрузочной корзины машина стыкуется со скребком, находящимся в положении парковки рядом с печью. После позиционирования перед печью операция удаления шлака контролируется оператором вручную с поста управления. Точное управление движениями скребка позволяет плавно и тщательно убирать шлак с минимальным выносом расплава. Масса скребка сбалансирована. Усилия при движении в сторону и вперед смягчаются упругими вкладками. Таким образом, исключено чрезмерное давление скребка на футеровку печи, что увеличивает срок службы последней. Конструкция трехкамерной плавильной / литейной печи позволяет равномерно загружать лом и непрерывно выпускать расплав с соответствующей температурой разливки. Загруженный лом попадает на нагревательную эстакаду первой камеры печи (рис. 3.17). Горячая воздуходувка отсасывает горячие газы из первой камеры и подает их на лом, что обеспечивает хорошую конвективную теплопередачу. При нагреве загрязненного лома до 550 ºС углеводородные соединения / загрязнения переходят в газообразное состояние. Система горения в первой камере регулируется по кислороду. Как только начинается образование углеводородов из лома, снижается подача природного газа на горелку (кислорода воздуха достаточно для сжигания органических компонентов). По завершении дегазации лом сталкивается в ванну расплава в первой камере, где он плавится с минимальными потерями. Электро120 магнитные насосы горячего металла обеспечивают интенсивную циркуляцию расплава (приблизительно 400 т/ч) между первой и второй камерой. С потоком расплава поступает энергия, необходимая для плавления твердого лома при контакте с жидкой ванной. Вторая камера печи выполняет две основные задачи: передача тепла в ванну расплава, что обеспечивает достаточную энергию для плавления твердого лома, и полное сжигание углеводородов, образующихся при нагреве лома. Система горелок второй камеры также регулируется для поддержания постоянного уровня кислорода 1,0–1,5 %. Поскольку в пространстве второй камеры поддерживается постоянная высокая температура (приблизительно 1 000 ºС), вредные хлорные соединения, например диоксин, разрушаются. Все летучие газы из второй камеры печи поступают на один из двух (попеременно) теплообменников, которые охлаждают летучие газы до 250 ºС за долю секунды. Такое быстрое охлаждение позволяет избежать восстановления токсичных хлорных соединений. Энергия летучих газов используется для подогрева до приблизительно 800 ºС воздуха для горения, подаваемого в горелки первой и второй камер. Теплообменники заполнены керамическими сотовыми модулями вместо керамических шариков. При данной структуре предотвращается забивание теплообменников и не возникает необходимости в замене керамических элементов для очистки. Электромагнитный насос можно использовать не только для перекачки расплава между двумя камерами, но также и для циркуляции расплава в пределах одной камеры, что обеспечит равномерную температуру расплава, быстрое и равномерное распределение легирующих элементов и т.д. Через отверстие в разделительной стенке расплав перетекает из второй в третью камеру, т.к. отверстие находится ниже уровня ванны, шлак отсекается. Назначение третьей камеры – поддержание постоянной температуры разливки расплава. Для обеспечения равномерной температуры расплава в третьей камере подается небольшое количество газа через продувочные пробки в нижней части футеровки. Расплав выпускается из третьей камеры через спускной клапан фирмы «STOPINC» и затем проходит через установку дегазации в линии агрегата. «Летучая» пила в линии агрегата автоматически режет на мерные заготовки длиной 7 м. Заготовки, порезанные на мерные длины, 121 автоматически маркируются на месте реза и передаются на промежуточный рольганг. С равными интервалами, по одной заготовки с промежуточного рольганга подаются в непрерывную линию гомогенизации. При прохождении через печь все заготовки нагреваются и выдерживаются в узком температурном интервале одинаковые промежутки времени. Затем заготовки равномерно охлаждаются в секции охлаждения и транспортируются на участок отделки, где они взвешиваются и укладываются в пачки. Обвязка и уборка готовых пачек являются единственными операциями, выполняемыми вручную после установки полных корзин с ломом на входной накопитель. При завалке только чистого лома образуется менее 0,5 % шлака от массы завалки. При завалке загрязненного лома образуется значительно большее количество шлака. Это происходит не из-за более сильного окисления при расплавлении. Причина заключается в том, что неорганические наполнители краски и полимерных покрытий при расплавлении образуют грязный остаток. Количество шлака, удаленного из печи, составляет около 4 % массы завалки, а содержание алюминия в шлаке – более 90 %. Конечно, из этого «шлака» восстанавливается металл. 3.2. Оборудование для резки слитков Линии распиловки фирмы «SERMAS INDUSTRIE» (Франция) предназначены для распиловки цилиндрических слитков (табл. 3.7, рис. 3.19, 3.20). Т а б л и ц а 3.7 Характеристики линии резки фирмы «SERMAS INDUSTRIE» Параметры Типичная производительность, т/ч Время резки одного слитка, с Перпендикулярность, град Длина, мм Шероховатость, Rz Диаметр цилиндрического слитка, дюймы: дисковая пила горизонтальная ленточная пила вертикальная ленточная пила 122 Значения 100 000 30 От ±0,2 до ±0,5 ±1 ≤ 25 До 12 До 18 До 48 123 Рис. 3.19. Общий вид линий распиловки цилиндрических слитков: 1 – система обвязки длинных слитков; 2 – система выгрузки длинных слитков; 3 – система выгрузки коротких слитков; 4 – система обвязки и штабелирования коротких слитков; 5 – пресс для стружки; 6 – откос для стружки; 7 – система удаления обрези; 8 – гидростанция; 9 – пила; 10 – система клеймения слитков а б в г д е ж з Рис. 3.20. Линии распиловки слитков: а – ленточная пила; б – дисковая пила; в – резка ленточной пилой; г – резка дисковой пилой; д – загрузочный стол; е – клеймение слитков; ж – удаление обрези; з – штабелирование слитков 124 Линии распиловки обладают следующими преимуществами: надежность в работе, полная автоматизация, низкий расход электроэнергии. При необходимости комплексная линия может включать поворотное устройство, накопитель и конвейер на входе линии; систему измерения чистой длины; заслонки от защемления (чтобы предотвратить зажим лезвия в конце реза); всасывающую систему и пресс для утилизация стружки; систему взвешивания (чистый вес для коммерческих или внутренних целей); устройство клеймения; систему маркирования чернилами и/или краской (например, устойчивой к высокой температуре краской); систему нанесения ярлыков, этикеток; систему обвязки, оборудованную бункером для досок; штабелирующее устройство; накопитель на выходе линии. 3.3. Оборудование для термической обработки слитков В процессе литья через водоохлаждаемый кристаллизатор центральная и периферическая части слитков охлаждаются с разной скоростью. Это приводит к тому, что кристаллы алюминия в слитке также растут с разной скоростью, т.е. физико-химический состав слитка становится неоднородным. Неоднородность слитка ухудшает качество выплавляемого алюминия, что сразу выяснится на этапе прессовой экструзии. Добиться полной однородности структуры алюминиевого сплава можно путем гомогенизации слитка. В печи гомогенизации алюминиевые заготовки проходят термообработку, а затем передаются в камеру интенсивного охлаждения. Структура гомогенизированных алюминиевых заготовок гораздо более равномерна, чем необработанных. Т а б л и ц а 3.8 Характеристики печи гомогенизации фирмы «Almag» [26] Параметр Значения Объем загрузки, т Вид топлива Расход по газу, м3/т металла Точность управления температурой печи, °C 15–30 Газ, дизельное топливо 25–35 ±5 Конструкция печи гомогенизации фирмы «Almag» (табл. 3.8, рис. 3.21) предусматривает равномерный прогрев слитков по всей 125 длине, доступное обслуживание и ремонт. Управление печи полностью автоматическое. В контроллере сохранено большое количество режимов гомогенизации, и работа печи определяется, исходя из температуры и влажности окружающего воздуха, диаметра загружаемых заготовок и других факторов. В газовой и электрической части оборудования применяются только элементы ведущих мировых производителей (Европы, Японии, Китая). Рис. 3.21. Печь гомогенизации фирмы «Almag» [26] Камера охлаждения предназначена для равномерного охлаждения алюминиевых заготовок с целью получения равномерной структуры по всей длине слитка. Транспортная система состоит из вагонетки и рельсового пути и служит для перемещения обрабатываемого круга (15 т и более) от печи нагрева до камеры охлаждения. 3.4. Оборудование для переработки отходов Все отходы, образующиеся при получении слитков из алюминиевых сплавов, можно разделить на два сорта. К отходам первого сорта относятся все чистые отходы, образующиеся при отрезке дон126 ных и головных частей у плоских и цилиндрических слитков, а также бракованные слитки. Все загрязненные отходы, стружка, обогащенный шлак, сплесы, съемы относятся ко второму сорту. Для переплава отходов можно использовать как миксер, так и специальное оборудование. Наклонные роторные печи Наклонные роторные печи – это высокопроизводительные плавильные устройства, которые дают высокий выход годного металла и идеально подходят для переработки алюминиевых шлаков, фольги, стружки, разносортного лома (табл. 3.9, рис. 3.22). Наклонные роторные печи выпускаются научно-производственным предприятием «Литейный двор» (г. Ростов-на-Дону, Россия). Т а б л и ц а 3.9 Характеристики роторной печи НПП «Литейный двор» [42] Параметры Значения Количество жидкого металла номинальное, кг 1 500 Производительность, кг/ч 1 000 Продолжительность циклов работы, мин: плавки загрузки слива 100 30 15 Тепловая мощность горелки, МВт 1,2 Теплоноситель Количество ступеней регулирования по мощности Привод платформы Печное топливо / газ 4 Гидравлический Привод поворота крышки Ручной Габаритные размеры, мм: диаметр загрузочного отверстия длина ширина высота 1 140 3 146 2 600 4 175 Масса печи с футеровкой и облицовкой, т ~11 Толщина футеровки с изоляцией, мм 200 127 128 Рис. 3.22. Эскиз роторной печи НПП «Литейный двор» [42]: 1 – привод вращения печи; 2 – корпус печи; 3 – рама поворотная; 4 – гидроцилиндр подъема; 5 – механизм стопорения крышки; 6 – опора механизма поворота крышки; 7, 9 – опоры шарнира; 8 – каток опоры; 10 – горелка; 11 – кронштейн крепления Высокая скорость плавления обеспечивается благодаря улучшенному теплообмену в барабане печи. Это в основном достигается за счет возврата продуктов сгорания внутри барабана печи. Короткое время цикла для шихтовки, слива металла достигается благодаря наличию большой загрузочной двери и контролю за процессом опрокидывания барабана печи. Пониженный расход флюса возникает из-за того, что наружная поверхность расплава по отношению к его общему весу меньше, чем в других печах. Так как роторно-поворотная барабанная печь снабжена вращающимся барабаном, то для нее действуют все рекомендации по металлургии и стандартные технологии. Наклонные роторные печи от широко распространенных отражательных печей отличают высокая скорость плавки, непосредственное флюсование раскаленного шлака, уменьшение потерь от угара. Плавильные печи ООО «Металлокомплекс» Плавильные печи ООО «Металлокомплекс» (г. Санкт-Петербург, Россия) предназначены для переплавки лома и отходов алюминия с целью получения вторичных алюминиевых сплавов (рис. 3.23, табл. 3.10). Печи имеют разрешение на применение Ростехнадзора и санитарно-эпидемиологическое заключение. Печи моделей МКПА-01, МКПА-02, МКПА-03, МКПА-04 и МКПА-06 пламенные отражательные. В их состав входят: плавильная печь, газоход (до 3 м), модуль очистки газов высотой до 10 м, пульт управления, топливный бак, шкаф топливной аппаратуры, топливопровод, подставка под печь, комплект электрических кабелей, комплект шанцевого инструмента, рекуператор, тележка загрузочная, помост технологический, столы поворотные с изложницами. Кроме того, в состав печи входит автоматическая дизельная или газовая горелка. Газовая горелка может поставляться в двух исполнениях: (4±1), (6±30) кПа. Оснащена подом для разделения алюминия от черных металлов. Футеровка печи выполнена из шамотного кирпича. В нижней части копильника расположено леточное отверстие, закрываемое стопорным устройством, дающим возможность плавного регулирования выхода расплава из печи. Металл сливается в изложницы, установленные на поворотных столах. Загрузочное отверстие печи закрывается шибером с электромеханическим приводом. 129 а б в Рис. 3.23. Плавильные печи ООО «Металлокомплекс»: а – модели МКПА01 [57]; б – МКПА-02 [58]; в – МКПА-03 [59] На боковой стороне печи имеется технологическое окно, также закрываемое шибером с электромеханическим приводом, позволяющее работать с расплавом в копильнике (снимать шлак, перемешивать расплав и т.д.), установлен взрывной клапан. 130 Максимальный расход, кг/ч: для дизельного топлива для газовой горелки Количество обслуживающего персонала, чел. Топливо, используемое горелкой Размеры габаритные плавильной печи (без модуля очистки и газохода), мм Масса (без модуля очистки и газохода), кг Мощность горелки максимальная, кВт Размер загрузочного окна, мм Емкость по алюминию максимальная, кг Температура в нагревательной камере, ºC Параметры 400 220 МКПА-02 200 450 1 390×950 800 25 000 5 200×3 600× 4 200 900 3 000 МКПА-03 200 7 000 3 000×1 900× 2 000 930×410 400 МКПА-04 450 5 000 1 880×2 900× 2 050 420 1 200 180 МКПА-05 (МКПМ-05) 17,5 20 1 39,5 45,5 1–2 2 70 80 1–2 17,5 20 1 39,5 45,5 Дизельное по ГОСТ 305 или природный газ по ГОСТ 5542 3 000 1 300 4 300×2 100× 2 400×1 600× 3 500 1 600 1 360×800 1 200 МКПА-01 Модель Характеристики плавильных печей ООО «Металлокомплекс» [57–62] 1–2 17,5 20 200 7 000 131 3 000×1 900× 2 900 930×410 900 600 МКПА-06 Т а б л и ц а 3.10 Топочные газы по газоходу поступают в модуль очистки, где очищаются, разбавляются воздухом и выбрасываются в атмосферу. Аспирационные газы по воздуховоду выводятся из рабочей зоны наружу при помощи вентилятора. Контроль и регулирование температуры в печи осуществляется микропроцессорным блоком, установленным в пульте управления. В конструкции печи реализованы технические решения, обеспечивающие безопасную работу. Для печи модели МКПА-01 рекомендуется конвейер КРН-01 на 64 изложницы с плавной регулировкой скорости их движения. Печь модели МКПА-05 (МКПМ-05) – печь пламенная тигельная. В состав печи входят: плавильная печь, газоход, модуль очистки газов, пульт управления, топливный бак, шкаф топливной аппаратуры, топливопровод, подставка под печь, комплект электрических кабелей, комплект шанцевого инструмента, тележка загрузочная, помост технологический, рекуператор. Для слива металла печь наклоняется двумя гидроцилиндрами. Применение гидропривода позволяет плавно, с регулируемой скоростью выливать расплав из печи. Комплектуется автоматической дизельной горелкой. Загрузка шихты осуществляется через верхнее загрузочное отверстие. Для предотвращения быстрого охлаждения тигля при выключенной горелке загрузочное отверстие закрывается теплоизоляционной крышкой. В нижней части корпуса печи помещен клапан для аварийного слива расплава в случае разрушения тигля. Отсос топочных газов производится через поворотный зонт и направляется в модуль очистки, где они очищаются, разбавляются воздухом и выбрасываются в атмосферу. Контроль и регулирование температуры в печи осуществляет микропроцессорный блок, установленный в пульте управления. В конструкции печи реализованы технические решения, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу [57–62]. 3.5. Оборудование для получения мелкогабаритной чушки Мелкогабаритная чушка предназначена для последующего переплава. Она может весить 15 или 22 кг. Наиболее приемлемая масса – 22 кг. Для производства чушки используется литейный конвейер. 132 Машина для литья чушек фирмы ВRОСНОТ Машина предназначена для изготовления мелкой чушки из алюминия и его сплавов (рис. 3.24–3.27). Она выпускается фирмой BROCHOT (Франция). Машина для литья чушек спроектирована в виде цепного конвейера. Она включает в себя транспортную цепь с изложницами, станцию заливки, систему охлаждения, устройство для извлечения чушек, систему подогрева и устройство для нанесения покрытия. Цепной конвейер машины, сделанный из профильной стали, состоит из передней станции, обеспечивающей изгиб и натяжение ленты конвейера; горизонтальной секции охлаждения; подъемной секции, обеспечивающей соединение оборудования для укладки чушек с верхним изгибом конвейера; привода. Рис. 3.24. Схема литейного колеса: 1 – металлические направляющие; 2 – ведущий зубчатый барабан; 3 – подающий желоб; 4 – стопор; 5 – уровень расплавленного металла в устройстве для разливки металла; 6 – подъемное устройство; 7 – сопла для разливки металла; 8 – поток расплавленного металла В состав механизма изгиба цепи конвейера входят цепные звездочки для управления движением и изменения направления транспортных цепей. Две транспортные цепи (втулочно-роликового типа) расположены по левую и правую сторону от ленты конвейера. Они движутся по соответствующим роликовым направляющим. Изложницы, изготовленные из специального чугуна, соединены с этими цепями болтами. Их дизайн разработан таким образом, чтобы можно было отливать 133 134 Рис. 3.25. Цепной конвейер для литья чушек: 1 – разливочная станция; 2 – секция охлаждения с распылительными соплами; 3 – система предварительного нагрева изложниц; 4 – первичные молоточки; 5 – устройство для обнаружения застрявших в изложницах чушек Рис. 3.26. Водный бассейн конвейера для литья чушек: 1 – литейная форма; 2 – отвод воды, 3 – подача воды Рис. 3.27. Сопло литейного колеса 135 чушки требуемой формы. По бокам чушки имеют скосы от основания до верхней части для того, чтобы их легко можно было удалять из форм и чтобы они находились в плотном сцеплении в штабеле для удобства их транспортировки. Они также могут иметь специальную форму для улучшения взаимоблокировки внутри штабеля. Изложницы расположены таким образом, чтобы каждая форма взаимодействовала с одним участком цепного ролика. Размер шага цепи зависит от используемого размера чушки (чем больше масса чушки, тем больше шаг цепи). Приводная установка состоит из встроенного редуктора с механизмом управления фланцевого исполнения, который подключается к ведущему валу механизма для изгиба ленты конвейера. Она обеспечивает крутящий момент, необходимый для поддержания требуемого режима работы. Управление скоростью движения ленты разливочного конвейера осуществляется при помощи блока дистанционного управления, установленного на пульте оператора. Скорость движения ленты разливочного конвейера, выражаемая в количестве отлитых чушек в час, отображается на шкале индикатора. Натяжение ленты конвейера регулируется при помощи двух настраиваемых узлов тарельчатой пружины, расположенных в нижней части механизма для изгиба ленты конвейера, или путем натяжения всей системы вместе с цепными звездочками. Металл подается в литейную машину с помощью питающего желоба, который оснащен системой контроля за уровнем жидкого металла. Уровень металла в желобе регулируют вручную или с помощью автоматической системы. Его поддерживают постоянным путем контроля за наклоном раздаточной печи в зависимости от технических требований к металлу, установленных для данной литейной машины. Скорость движения разливочной цепи определяет производительность разливки. Количество металла в питающем желобе поддерживается на определенном уровне за счет наклона печи для подачи большего количества металла при высокой скорости разливки или меньшего количества металла, если скорость разливки невелика. В качестве дополнительного средства регулирования расхода металла в разливочной системе в желоб непосредственно перед литейным колесом устанавливается регулировочная заслонка. Ее размещение очень полезно на начальном этапе литья. Она открывает соединительный канал между раздаточной печью и литейной ма136 шиной. Затем поток металла автоматически регулируется датчиком уровня в желобе, находящимся за заслонкой, в то время как наклон раздаточной печи регулируется датчиком уровня, вмонтированным перед регулировочной заслонкой. Этот метод обычно используется, если на заводе установлена литейная машина с системой независимого электрического управления. В качестве вспомогательного средства заслонка в питающем желобе позволяет осушать его на конечном этапе процесса литья. Металл из питающего желоба заливается в изложницу для чушки «козла», чтобы предотвратить затвердевание в нем металла. Удаление твердого металла из желобов и прилегающего к ним оборудования – это всегда тяжелая работа для производственников. Кроме того, это может нанести повреждения огнеупорной футеровке. Подача металла к литейной машине должна быть организована таким образом, чтобы свести к минимуму перелив жидкого металла каскадом. Все попытки удалить окиси перед подачей расплава в литейную машину заканчиваются неудачей, если металл бурлит при переливе из открытого желоба в литейное колесо. Крупногабаритный носик сопла, которое подает металл под поверхность металлического зеркала в литейном колесе, уменьшает захват окислов. Независимо от колебаний уровня металла, вызванных положением отдельных разливочных сопел, размещенных по периметру литейного колеса, расход металла в желобе всегда поддерживается на одном уровне, чтобы обеспечить протекание металла под защитной окисной пленкой. Литейное колесо сконструировано таким образом, чтобы равномерно распределять жидкий алюминий по всем литейным формам. Подающие расплав сопла расположены, как уже отмечалось, по периметру литейного колеса. Они могут быть составными частями литейного колеса, имеющими щелевидную форму (см. рис. 3.26), либо представлять собой отдельные вкладываемые сопла или сопла, приваренные с наружной стороны литейного колеса. Угол наклона этих сопел соответствует глубине отдельной формы в разливочной цепи. Расплавленный металл подается внутрь литейного колеса с регулируемой скоростью потока. Обод на наружной окружности предотвращает течение металла в обратную сторону. Другая сторона литейного колеса закрыта. Несущая стрела литейного колеса крепится к этой задней стенке. Сопла не только равномерно распределяют металл по формам, но и предотвращают турбулентные потоки в процессе литья. Поскольку сопло погружается в изложницу почти до самого ее основания, большая часть 137 металла заливается уже под поверхностью. Таким образом, удается существенно сократить окисные включения, благодаря этому также улучшается качество верхней поверхности отливаемой чушки. Литейное колесо поддерживается свободно стоящей опорной рамой с механизмом поворота. С помощью гидравлического или пневматического цилиндра литейное колесо может опускаться в позицию литья или подниматься в позицию для обслуживания. Опорная рама может располагаться с любой стороны разливочной цепи, чтобы упростить общую компоновку оборудования. Цепная шестерня, имеющая такой же шаг, что и сама цепь, соединена с валом литейного колеса при помощи фланца, что обеспечивает одинаковую скорость движения литейного колеса и изложниц. Для изготовления кубиков для раскисления используют другую систему. Она также применялась и при литье обычных чушек до тех пор, пока не было введено в эксплуатацию литейное колесо. Разливочная тележка с ковшом устанавливается в положение разливки у ленты разливочного конвейера. Система механической связи синхронизирует наклон ковша со скоростью цепи. Таким образом, изменение скорости движения ленты разливочного конвейера не требует перенастройки скорости наклона разливочного ковша. На заключительном этапе процесса литья разливочный ковш возвращается в свое нормальное положение и ожидает следующей заливки в него жидкого металла. При литье кубиков для раскисления литейные формы разделяются на несколько секций. Разливочный ковш имеет несколько сливных носиков для заполнения каждой секции по отдельности. После заливки заполненные формы продолжают передвигаться в горизонтальном положении, пока металл не затвердеет и его можно будет извлечь из форм. Основание и боковые стороны заполненных форм охлаждаются водой в бассейне (см. рис. 3.27), который разделен вдоль перегородкой на секцию подачи и секцию отвода. Изложницы проходят через водяную ванну. Вода протекает из секции подачи через маленькие отверстия в прямоугольную водяную ванну в направлении движения цепи, выходит из ванны через такие же отверстия, попадая затем в секцию отвода бассейна снизу. Отсюда вода отводится через трубы в сливной трубопровод. Количество воды регулируется таким образом, чтобы соответствовать темпу производительности литейной машины. 138 Линия разливки чушки AL-80К Линия предназначена для получения мелкой чушки из алюминия и его сплавов (рис. 3.28, табл. 3.11). Она выпускается фирмой «Almag» (г. Москва, Россия), являющейся официальным дилером многих китайских предприятий. а б в г Рис. 3.28. Общий вид линии разливки чушки AL-80К: а–в – разливка чушки; г – изложница [26] Т а б л и ц а 3.11 Характеристики линии разливки чушки AL-80К [26] Параметры Значения Количество изложниц, шт. Максимальная масса чушки, кг Скорость конвейера (изменяется плавно), м/мин Максимальная производительность, т/ч Габаритные размеры, мм Распределение расплава Охлаждение Точность дозирования расплава, г 180 7 0–7 13 16 000×1 200×1 300 Автоматика Вода 100 139 Разливка чушки производится в изложницы на разливочной машине конвейерного типа, оборудованной системой воздушного или водяного охлаждения изложниц. Разливку металла в изложницы ведут короткой ровной струей. После заполнения изложниц с поверхности металла удаляют оксидную пленку. Алюминий в изложницах проходит зону охлаждения, где он обрызгивается водой. В верхней части конвейера, при огибании цепями ведущих колес, изложницы переворачиваются, чушки (слитки затвердевшего алюминия) вываливаются из них. Опрокинутые пустые изложницы движутся в обратном направлении. Отлитые чушки укладываются в штабеля. Конвейеры ООО «Металлокомплекс» Конвейеры ООО «Металлокомплекс» (г. Санкт-Петербург, Россия) предназначены для разливки цветных металлов в чушку (рис. 3.29, табл. 3.12). Преимущество конструкции конвейеров МР08.10 и МР09.12 заключается в следующем: в приямок заглубляется только часть конвейера, что дает экономию на строительных работах, а достаточная высота от пола в зоне разгрузки позволяет обходиться вилочным погрузчиком без кран-балки при работе с тарой. На конвейере КР01 возможна разливка алюминия в пирамидку двумя синхронными ковшами. Конвейеры состоят из рамы, выполненной из стального проката и профильных труб, приводного и натяжного валов, связанных катковой цепью, ударного механизма, пульта, совмещенного с силовым шкафом, а также педали пуска-остановки. В состав привода конвейеров КР01, КР15 и КРН01 входят мотор-редуктор с частотной регулировкой двигателя и цепная передача; в состав привода конвейеров КРН02 и МР09.12 – мотор-редуктор с частотной регулировкой двигателя, посаженный непосредственно на приводной вал, цепная передача и командоаппарат с диском и двумя индуктивными датчиками. У конвейера модели МР08.10 мотор-редуктор с частотной регулировкой скорости посажен непосредственно на приводной вал. Разливочное устройство конвейеров КР01, КР15 и МР08.10 типа «беличье колесо» изготавливается как литьем из чугуна СЧ20, так и сваркой из стального листа толщиной 10 мм. 140 а б в Рис. 3.29. Схема литейных конвейеров ООО «Металлокомплекс»: а – модели КР15 [51]; б – КРН02 [53]; в – МР08.10 [56] Разливочный ковш с вкладышем конвейеров КРН01 и КРН02 выполнен из жаропрочного бетона и может работать как в автоматическом, так и в ручном режиме. При работе конвейера КРН02 в ручном режиме остановку изложниц под разливку выполняет датчик, а разливку и пуск конвейера – рабочий. У конвейера МР09.12 разливочный ковш предназначен для разливки в пирамидку с 18-местными изложницами, для прогрева изложниц первый круг производится полуручной разливкой. После разогрева изложниц металл подается непрерывно через девять сливных 141 142 края разливочного колеса тары в зоне выгрузки Высота от пола, мм: Мощность привода, кВт Привод редуктора в пирамидку в чушку Скорость разливки, т/ч: пирамидки чушки Масса, кг: Шаг изложницы, мм Количество в изложнице, шт.: чушек пирамидок Количество изложниц, шт. До 1,2 4–8 128 1 200 850 3 15 200 До 0,92 1 000 1 060 2,2 МР08.10 46 850 – 4–8 – 128 Наклонный 850 3 До 4 5–8 8 35 160 150 МР09.12 2 500 Чушка, пирамидка КРН02 1,5–3 До 0,2 1 64 КРН01 Планетарный мотор-редуктор – 6–9 До 20 152 Наклонный с прямым участком Тип конвейера Чушка КР15 Чушка, пирамидка КР01 Модель конвейера Вид изделия Параметры Характеристики конвейеров ООО «Металлокомплекс» [50–53, 55, 56] Т а б л и ц а 3.12 Нормативный срок службы (2 капремонта в год), лет Масса с изложницами, т Габаритные размеры, мм: длина ширина высота (без системы охлаждения) Емкость раздаточной печи, т Время смены изложниц двумя слесарями с механизированным инструментом, ч Свыше 8 18 16 13 000 1 500 1 800 13 3–8 11 8 6 600 1 500 1 870 2–3 6 10 6 4 850 1 500 1 660 До 2 4,9 16 13 000 2 000 3 700 3–8 11 20 143 каналов ковша. Изложницы расположены с перекрытием друг друга и имеют разделительные ребра, образующие девять ступенчатых ручьев. Это исключает как подтекание металла между изложницами, так и перетекание между соседними пирамидками на изложнице. Резко повышается скорость разливки в пирамидки и появляется возможность использовать для этих целей печи емкостью до 8–10 т. Дополнительно в состав конвейеров могут входить следующие элементы: а) у конвейера модели КР01: – для литья в чушку: разливочное устройство типа «беличье колесо»; клеймитель чушек с ручной сменой клейм; система воздушного охлаждения; комплект изложниц для различных типов чушек; – для литья в пирамидку: два разливочных ковша; раздаточная коробка; комплект изложниц под пирамидку; два вкладыша из жаропрочного бетона для разливочных ковшей; б) у конвейера КР15 для литья в чушку: разливочное устройство типа «беличье колесо»; клеймитель чушек с ручной сменой клейм; система воздушного охлаждения; система воздушно-капельного охлаждения; система нанесения антипригарного покрытия; фильтр-бокс для пористых керамических фильтров; комплект изложниц для различных типов чушек; в) у конвейера КРН01 для литья в чушку: разливочный ковш; клеймитель чушек с ручной сменой клейм; система воздушного охлаждения; колеса на раму для передвижения конвейера; комплект изложниц для различных типов отливок; вкладыш из жаропрочного бетона для разливочного ковша; г) у конвейера КРН02 для литья в чушку: разливочный ковш; колеса на раму для передвижения конвейера; комплект изложниц для различных типов отливок; вкладыш из жаропрочного бетона для разливочного ковша; д) у конвейера МР08.10 для литья в чушку: разливочное устройство типа «беличье колесо»; клеймитель чушек с ручной сменой клейм; система воздушного охлаждения; комплект изложниц для различных типов отливок; е) у конвейера МР09.12: – для литья в чушку: разливочное устройство типа «беличье колесо»; клеймитель чушек с ручной сменой клейм; система воздушного охлаждения; комплект изложниц для различных типов чушек; 144 – для литья в пирамидку: разливочный ковш; комплект изложниц под пирамидку; вкладыш из жаропрочного бетона для разливочного ковша. Ударный механизм конвейеров всех моделей с двумя молотками-дисками приводится в действие взводной звездочкой. Изложницы, выполненные из чугуна СЧ20, крепятся на полках цепей двумя болтами повышенной прочности через 200 мм (у конвейера МР09.12 – через 160 мм) [50–53, 55–56]. Конвейер модели КРН10, предназначенный для разливки цветных металлов в чушку 15 кг по алюминию в 6-местные изложницы, показан на рис. 3.30, его характеристики приведены в табл. 3.13. Рис. 3.30. Схема литейного конвейера модели КРН10 ООО «Металлокомплекс» [54] Т а б л и ц а 3.13 Характеристики конвейера КРН10 [54] Параметры Вид изделия Тип конвейера Количество изложниц, шт. Количество чушек в изложнице, шт. Масса изложницы, кг Шаг изложницы, мм Материал изложниц Привод конвейера Высота края разливочного колеса от пола, мм Высота тары в зоне выгрузки, мм Скорость разливки в чушку 15 кг, т/ч Масса с изложницами, т Нормативный срок службы (2 капремонта в год), лет Габаритные размеры (длина×ширина×высота (без системы охлаждения), мм Мощность привода, кВт Значения Чушка, пирамидка Наклонный 32 6 128 320 СЧ20 Планетарный мотор-редуктор 1 500 1 200 До 7 9 10 8 300×1 500×2 150 3 145 Преимущество конвейера заключается в высокой производительности при разливке из ковша. Конвейер состоит из рамы, выполненной из стального проката и профильных труб, приводного и натяжного валов, связанных катковой цепью с шагом 250 мм, буфера для выбивки чушек, выполненного заодно с рамой, пульта, совмещенного с силовым шкафом, и педали пуска-остановки. Дополнительно в состав конвейера может входить для литья в чушку: вкладыш из жаропрочного бетона для разливочного ковша и комплект запасных изложниц. В состав привода входят мотор-редуктор с частотной регулировкой двигателя и цепная передача. Разливочный 6-ручьевой ковш с вкладышем из жаропрочного бетона имеет шлакоуловитель и работает только в автоматическом режиме. Изложницы крепятся на осях диаметром 20 мм, проходящих через катки цепей, и при повороте вокруг осей на разгрузке ударяются о буфер. Замена изложниц производится снятием шплинта с одного конца оси и извлечением ее из цепи. 3.6. Оборудование для комбинированных и совмещенных методов обработки цветных металлов и сплавов Установка СПП-260 (рис. 3.31, 3.32, табл. 3.14) предназначена для получения из заготовки квадратного, трапециевидного или круглого сечения в горячем состоянии прутка круглой или произвольной конфигурации меньшего сечения из алюминиевых сплавов. Установка разработана на кафедре «Обработка металлов давлением» Института цветных металлов и материаловедения ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (г. Красноярск, Россия). Линия может работать в различных вариантах реализации технологического процесса. Первый вариант предназначен для получения прутков по следующей схеме: расплав – кристаллизация в роторном кристаллизаторе – деформация на установке СПП. Второй вариант предназначен для производства прутков из заготовок бесконечной длины, полученных на машинах непрерывного литья, или из прессованной мерной заготовки. При этом используется нагрев заготовок в индукционной печи и деформация с помощью СПП со стыковой сваркой заготовок в валках. 146 Рис. 3.31. Внешний вид установки СПП-260 [68] 147 148 Рис. 3.32. Схема установки СПП-260 [68] Т а б л и ц а 3.14 Характеристики установки СПП-260 [68] Параметры Значения Диаметр, мм: валка 260 шейки валка 190 Длина бочки вала, мм 350 Окружная скорость валков, м/мин 25,2 Мощность электродвигателя, кВт 50 Третий вариант предусматривает бесслитковую прокатку и включает заливку расплава алюминия непосредственно в валки с помощью устройства подачи металла в калибр и последующую кристаллизацию-деформацию на установке СПП. В состав установки СПП-260 входят электропечь для нагрева заготовок, правильно-задающее устройство, прокатный стан ДУО 260, поджимной узел, устройство охлаждения и моталка. Электропечь обеспечивает нагрев алюминиевых заготовок с площадью поперечного сечения до 1 600 мм2 и длиной от 0,5 до 1,5 м. Правильно-задающее устройство выполнено в виде роликов с ручьями по форме заготовки и позволяет осуществить гарантированный процесс захвата заготовки валками с закрытым калибром [68]. 149 4. ОСНАСТКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ Хорошая оснастка – залог успеха современного литейного производства. Ведь от того, насколько точно она будет выполнена, напрямую зависит качество производимой при ее помощи продукции. Поэтому производство литейной оснастки требует применения новейших технологий и разработок, использования компьютерного программирования и высокоточного оборудования для ее изготовления [66]. 4.1. Оснастка Качественно выполненная оснастка снижает литейный брак, повышает производительность труда литейщиков, а также сокращает затраты на механическую обработку готовой продукции [65]. Кристаллизатор MaxiCast Кристаллизатор MaxiCast предназначен для литья цилиндрических слитков (рис. 4.1). Выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Рис. 4.1. Внешний вид кристаллизатора MaxiCast [8] Этот кристаллизатор характеризуется относительно коротким каналом кристаллизатора, который позволяет повысить скорость ли150 тья, пористой графитовой поверхностью литья, обеспечивающей непрерывную смазку через графит, блочным огнеупорным столом для распределения расплавленного металла и саморегулирующимся поддоном. Кроме того, кристаллизатор MaxiСast был разработан для доведения до максимума количества слитков в литейной яме так, чтобы лучше использовать весь объем площади поперечного сечения печи и ямы. Кристаллизатор NuMax Кристаллизатор NuMax предназначен для литья цилиндрических слитков (рис. 4.2, табл. 4.1). Выпускается фирмой «Wagstaff», базирующаяся в Спокане, штат Вашингтон (США). а б Рис. 4.2. Внешний вид (а) и устройство (б) кристаллизатора NuMax: 1 – алюминиевая рабочая поверхность; 2 – огнеупорная тепловая насадка; 3 – графитовое литейное кольцо; 4 – расплав алюминия; 5 – первичный профиль охлаждения; 6 – вторичный профиль охлаждения; 7 – технология интенсивного охлаждения DualJet; 8 – затвердевший металл; 9 – направляющая насадка; 10 – водяная камера; 11 – диафрагма Преимуществами кристаллизаторов NuMax являются: – увеличение скорости охлаждения за счет улучшенной геометрии кристаллизатора; – оптимизация процесса охлаждения за счет применения технологии интенсивного охлаждения DualJet; – конструкция UniMold из единого блока; – улучшенная конструкция для центрирования поддона, обеспечивающая прочную центровочную поверхность и возможность замены без демонтажа; 151 – прочная конструкция (точно обработанные кристаллизаторы NuMax изготовлены из одного куска алюминия); – сокращение времени и стоимости техобслуживания; – более высокая скорость литья по сравнению с MaxiCast или с традиционной технологией; – меньший расход масла по сравнению с кристаллизаторами MaxiCast; – скорость экструзии выше по сравнению со слитками, производимыми MaxiCast. Т а б л и ц а 4.1 Характеристики кристаллизатора NuMax Параметры Сплавы Диапазон скорости литья, мм/мин Расход воды, л/мин на слиток Расход масла, мл/т Типичные характеристики слитка, мм: корковая зона размер зерна Допуск по диаметру Минимальный выход годного, % Типичные значения для слитков диаметром, мм (дюйм) 170 (7) 380 (15) Все (кроме литиевых сплавов и сплавов с Pb + Sn + Bi > 0,5 %) 100–140 48–66 33–83 71–178 16 18–24 750–1 060 370–530 325–450 165–225 EN 486 (+0 мм / –2 мм) EN 486 (+0 мм / –4 мм) 90–95 Кристаллизатор состоит из алюминиевого корпуса, направляющих выступов для центрирования, графитовой литейной поверхности и огнеупорной нижней тепловой насадки, а также крепежей и уплотнения для полного монтажа с системой подачи воды на столе. Огнеупорная тепловая насадка изготовлена из материала, не содержащего асбест. Кристаллизатор снабжен запатентованной технологией интенсивного охлаждения Wagstaff DualJet. При литье с непосредственным охлаждением теплоотвод осуществляется двумя способами: сначала через стенку кристаллизатора при контакте расплава алюминия со стенкой, а затем при непосредственном контакте (прямое охлаждение) слитка с потоком воды, выходящей из кристаллизатора. 152 По мере того как расплав алюминия кристаллизуется при первичном охлаждении (через стенку кристаллизатора), слиток начинает отходить от литейного кольца, и между кристаллизатором и поверхностью слитка образуется воздушный зазор. Если к этому моменту отвод тепла не завершен, сформированная корка повторно нагревается и прорывается к корпусу кристаллизатора, создавая обширную зону подплавления или «ликвации», обогащенную легирующими элементами и содержащую неидеальные алюминиевые зерна и интерметаллические фазы. Такое состояние негативно влияет на качество слитка и дальнейшую обработку. Если же теплоотвод осуществляется до удара корки о корпус, степень ликвации и ее негативное влияние уменьшаются, что, в свою очередь, способствует улучшению качества поверхности слитка и его микроструктуры. Если правильно выбрать длину рабочей поверхности кристаллизатора, можно объединить первичное и вторичное охлаждение, обеспечивая относительно постоянную зону теплоотвода. Заданная длина рабочей поверхности в сочетании с использованием технологии Wagstaff DualJet обеспечивает вторичное охлаждение и непрерывность теплоотвода, что оптимизирует качество слитка для целого ряда сплавов и размеров. Конструкция кристаллизатора NuMax обеспечивает оптимальные трибологические характеристики. Важным фактором для долгосрочной эксплуатации компонентов является возможность регулировать теплопередачу внутри самого кристаллизатора. В NuMax вода подается в кристаллизатор через диафрагму, а затем турбулентный поток с большой скоростью циркулирует внутри кристаллизатора, охлаждая литейное кольцо и корпус кристаллизатора, к которым тепло передалось от кристаллизующегося алюминия. Расположение и размеры диафрагмы и водяной камеры обеспечивают более эффективное охлаждение на тех участках, где оно необходимо, и сокращают его там, где оно должно быть уменьшено. К дополнительным опциям кристаллизатора относится пневматическая система центрирования кристаллизатора (диаметр 17– 21 дюйм). Кристаллизатор AirSlip Кристаллизатор AirSlip предназначен для литья цилиндрических слитков (рис. 4.3, табл. 4.2). Выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). 153 а б в г Рис. 4.3. Кристаллизатор AirSlip: а – внешний вид; б – литейное кольцо; в – устройство Wagstaff Shurflow; г – стадии литья технологии AirSlip; 1 – верхняя тепловая насадка; 2 – диафрагма; 3 – технология интенсивного охлаждения DualJet; 4 – литейное кольцо Wagstaff; 5 – нижняя тепловая насадка; 6 – масло; 7 – газ; 8 – литейное кольцо ShurFlow; 9 – жидкий алюминий Т а б л и ц а 4.2 Характеристики кристаллизатора AirSlip Параметры Сплавы Диапазон скорости литья, мм/мин Расход воды, л/мин/кристалл Расход масла, мл/т Требования к подаче воздуха Типичные характеристики слитка, мм: корковая зона размер зерна Допуск по диаметру Характеристики поверхности Минимальный выход годного, % 154 Типичные значения для слитков диаметром 203 мм (8,0 дюймов) Все (кроме литиевых сплавов и сплавов с Pb + Sn + Bi > 0,5 %) 80–105 65–95 12 Сухой воздух, N2 + O2 или смесь Ar + O2, содержание О2 10–20 %, точка росы < –40 ºС 155–300 160–200 EN 486 (+0 мм / –2 мм) Небольшой оксидный слой, в основном гладкая 90–98 Кристаллизатор AirSlip, задающий мировые стандарты для цилиндрических слитков, обладает следующими преимуществами: – запатентованной технологией интенсивного охлаждения DualJet для оптимального охлаждения; – более высокой скоростью экструзии, обеспечивающей небольшую корковую зону по сравнению с традиционными кристаллизаторами для цилиндрических слитков; – более коротким циклом гомогенизации по сравнению с традиционными кристаллизаторами для цилиндрических слитков; – улучшенной геометрий кристаллизатора, значительно увеличивающей скорость охлаждения; – прочной конструкцией (точно обработанные кристаллизаторы AirSlip изготовлены из одного куска алюминия); – более высокой скоростью литья и сокращенными требования техобслуживания по сравнению с традиционными кристаллизаторами; – минимальным расходом масла, что уменьшает необходимость системы водоочистки; – минимальным расходом воды, что сокращает расходы на содержание системы водоснабжения. Кристаллизаторы с подачей воздуха Wagstaff AirSlip спроектированы для обеспечения максимально эффективного охлаждения. В технологии литья AirSlip используются кристаллизаторы с короткой рабочей поверхностью и более высокой скоростью литья, индивидуальными водяными соплами и уникальной воздушной подушкой для уменьшения теплоотвода через кристаллизатор и улучшения вторичного охлаждения. Технология обеспечивает производство высококачественных слитков с гладкой поверхностью, маленькой корковой зоной, а также неизменно высокий выход годного продукта. Кристаллизатор Wagstaff AirSlip UniMold сочетает прочность и простоту конструкции, что сокращает техобслуживание и продлевает срок службы. Он состоит из большой открытой водяной камеры с простой в обслуживании диафрагмой, графитовой рабочей поверхности и огнеупорной нижней тепловой насадки. Подача воды в кристаллизаторе UniMold осуществляется через индивидуальные водяные сопла, расположенные по всему его периметру. Отдельные водяные струи гораздо более эффективно разрывают паровой барьер у поверхности слитка по сравнению с водяной завесой. Благодаря улучшенным ха155 рактеристикам водяного охлаждения расход воды в этой модели кристаллизатора при заданной температуре меньше, чем в щелевых кристаллизаторах. Существует несколько моделей литейных колец, которые используются в зависимости от размера слитка и сплава. При литье с непосредственным охлаждением теплоотвод осуществляется двумя способами: сначала через стенку кристаллизатора при контакте расплава алюминия со стенкой, а затем при непосредственном контакте (прямое охлаждение) слитка с потоком воды, выходящей из кристаллизатора. При использовании технологии AirSlip теплоотвод через кристаллизатор минимален. В основном тепло отводится от слитка при непосредственном охлаждении водой. Это приводит к уменьшению глубины лунки и образованию очень тонкой корки, однородной структуры зерна и идеально гладкой поверхности. Смазка и газ подаются в кристаллизатор AirSlip через литейное кольцо и распределяются при помощи пазов на кольце. Газовая смесь проходит через проницаемое графитовое литейное кольцо, выполняя две функции – окисление поверхности металла (что уменьшает трение на поверхности) и предотвращение контакта жидкого металла с литейным кольцом. При этом образуется подвижный оксидный слой, который формирует очень гладкую поверхность – отличительная характеристика технологии AirSlip. Внешний вид слитка не является единственным преимуществом технологии Airslip. Технология также заметно улучшает микроструктуру слитков. Основными характеристиками кристаллизатора, определяющими микроструктуру слитка, считаются выбор соответствующей длины рабочей поверхности и использование высокоэффективной системы водяного охлаждения. Правильно выбранная длина рабочей поверхности в кристаллизаторе модели AirSlip обеспечивает объединение зон первичного и вторичного охлаждения в относительно постоянную зону теплоотвода. При этом уменьшается как степень поверхностной сегрегации, или «ликвации», так и содержание интерметаллических фаз около поверхности, а оба этих фактора оказывают огромное влияние на экструзионные характеристики и количество отходов при фрезеровке. Кроме того, кристаллизаторы AirSlip снабжены технологией интенсивного охлаждения Wagstaff DualJet. В этой технологии используются два набора сопел для подачи охлаждающей воды: первичные сопла с большим углом соударения (более 40º) и вторичные сопла с маленьким углом соударения (менее 25º). При работе двух отдельных 156 наборов сопел улучшается прямое охлаждение и обеспечивается теплоотвод на большем участке, что препятствует образованию парового барьера и не позволяет охлаждающей воде «отскакивать» от поверхности слитка. Увеличение эффективности охлаждения дает возможность использовать меньший объем воды при более высокой температуре по сравнению с щелевыми моделями кристаллизаторов или моделями с одним набором сопел. К дополнительным опциям кристаллизатора AirSlip относятся самосливные поддоны, L-образное стопорное кольцо для нижней тепловой насадки и модели графитовых колец. Система быстрого заполнения RapidFill Система быстрого заполнения RapidFill предназначена для литья цилиндрических слитков (рис. 4.4). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Рис. 4.4. Внешний вид системы быстрого заполнения RapidFill [13] Опция системы быстрого заполнения RapidFill позволяет обеспечить одновременное заполнение всех кристаллизаторов с одинаковой скоростью. На всем литейном столе поддерживается одинаковая температура металла, что дает возможность минимизировать температурные градиенты и получать слитки отличного качества с однородной структурой зерна [13]. Система обогрева желоба Система обогрева желоба предназначена для литья цилиндрических слитков (рис. 4.5). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). 157 Рис. 4.5. Внешний вид системы обогрева желоба [13] Если литейный стол холодный или влажный, все огнеупорные поверхности необходимо предварительно прогреть. Обогревательные элементы устанавливаются на литейный стол для прогрева огнеупоров. Перед началом литья устройства можно полностью снять с литейного стола или отвернуть в сторону [13]. Система комплексного подъема Система комплексного подъема предназначена для литья цилиндрических слитков (рис. 4.6). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Рис. 4.6. Внешний вид системы комплексного подъема [13] Эта система обеспечивает увеличение срока службы литейной системы для круглых слитков, т.к. улучшает защиту компонентов системы. Кроме того, облегчается техническое обслуживание ямы и хранение литейного стола и платформы для поддонов, представляющих собой единый блок. 158 При начале подачи металла на литейный стол шибера желоба закрыты, поэтому заполняется только центральный распределительный желоб. Когда уровень металла в центральном желобе достигнет необходимого, литейщик нажимает кнопку управления шиберами. Шибера желоба поднимаются, а жидкий металл поступает в поперечные отсеки желоба и заполняет кристаллизаторы. Скорость подачи металла регулируется таким образом, чтобы обеспечить достаточно быстрое заполнение, минимизируя (или предотвращая) риск протека металла в кристаллизаторах. Эта система обеспечивает дополнительные выгоды за счет улучшения времени заполнения, стабилизации процесса заполнения кристаллизаторов и существенного сокращения тепловых потерь во время начала литья и в рабочем режиме. Кристаллизаторы LHC и VariMold LHC – комбинированный кристаллизатор для литья прокатных слитков с низким уровнем в кристаллизаторе. VariMold – изменяемый кристаллизатор для литья прокатных слитков (рис. 4.7, табл. 4.3, 4.4). Выпускаются фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Название «литье в комбинированном кристаллизаторе с низким уровнем металла» определяется использованием алюминиевого кристаллизатора с графитовой рабочей поверхностью. Технология литья в комбинированном кристаллизаторе LHC с низким уровнем металла является ведущей технологией Wagstaff для литья прокатных слитков, разработанной с целью оптимизации качества слитков и увеличения выхода годного продукта. Технологии LHC для литья прокатных слитков обеспечивают следующие преимущества: – использование на тонну отливаемого алюминия максимум 0,3 л масла, поэтому не требуется система подачи масла и, возможно, не требуется и система очистки воды; – улучшение качества слитков и увеличение выхода годного продукта; – увеличение срока службы кристаллизатора; – уменьшение пережима донника за счет использования технологии SplitJet, что снижает риск пролива металла в начале литья и создает условия безопасной работы литейщика. Для уменьшения пережима донника не требуется никакого дополнительного оборудования, например, импульсной подачи воды или инжекции CO2; 159 – возможность отливки на одном и том же кристаллизаторе большинства обычных сплавов. а б Рис. 4.7. Кристаллизаторы LHC с VariMold: а – внешний вид [19]; б – принцип действия (1 – графитовая рабочая поверхность кристаллизатора; 2 – вторичная камера; 3 – первичная камера; 4 – клапан SplitJet; 5 – соединение для воды) Кроме того, использование VariMold дает следующие преимущества: возможность использования различных конструкций торцевой поверхности без замены прокатных поверхностей; возможность точной регулировки ширины слитка; изменение конфигурации прокатных или торцевых поверхностей для изменения размеров слитка; уменьшение количества комплектов кристаллизаторов; сокращение отходов при фрезе; уменьшение обрезки кромок при прокате. Технология LHC позволяет увеличить скорость литья и существенно уменьшить расход смазки по сравнению с обычным кристаллизатором с непосредственным охлаждением. В современных условиях заботы о состоянии экологии кристаллизаторы LHC могут снизить издержки производства, т.к. в систему водоснабжения попадает очень мало масла. 160 Т а б л и ц а 4.3 Характеристики кристаллизатора LHC [19] Параметры Значения Минимальный и максимальный размер зависят от сплава, соотношения ширины к толщине и производительности литейной ямы Размеры слитка, мм Рекомендуемое отношение ширины к толщине < 5:1 1XXX, 3ХХХ, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 8XXX Сплавы Скорость литья (в зависимости от сплава), мм/мин Расход воды, м3/ч/м (галл./мин/дюйм) в середине прокатной поверхности Расход масла, мл/т Al Стандартная регулировка размера VariMold Типичные характеристики прокатного слитка: пережим донника (средний пережим донника при соотношении 6 : 1), мм корковая зона при регулировании уровня металла (без возможных фазовых переходов), мм размер зерна (для слитков толщиной до 750 мм с надлежащей модификацией зерна), мкм Профиль по толщине для фиксированной оснастки LHC 45–100 1,6–12,5 (0,18–1,4) < 0,3 С шагом 20 мм 30 < 1,5 < 350 ±4 мм (< 2 мм вогнутость / выпуклость) Т а б л и ц а 4.4 Профиль по толщине для VariMold [19] Диапазон регулировки, мм 400 Допуск по толщине при регулировке скорости, мм ±7,7 300 ±6,4 200 ±5,1 100 ±4,0 161 Графитовая рабочая поверхность, являющаяся естественной смазкой и функционирующая как резервуар для смазки, требует только 3–5 % масла по сравнению с обычным кристаллизатором с непосредственным охлаждением. Достаточно только тонкой пленки масла, которая наносится до начала литья. Поскольку графит относительно инертен, он меньше подвержен воздействию жидкого металла и эрозии, что обеспечивает его повышенный срок службы. Графитовую поверхность можно менять. Это значительно увеличивает срок службы кристаллизатора. Процесс литья в комбинированном кристаллизаторе LHC с низким уровнем металла в сочетании с уникальной технологией интенсивного охлаждения Wagstaff SplitJet обеспечивает неизменно успешный пуск при различных условиях с помощью оптимизации угла соударения воды и скорости теплопередачи как в начале литья, так и в рабочем режиме. Это дает возможность регулировать пережим донника без использования дополнительного оборудования. Данная технология обеспечивает очень высокую скорость охлаждения в рабочем режиме, что приводит к получению слитков с гладкой поверхностью и превосходными металлургическими свойствами. Слитки имеют минимальный пережим донника и очень тонкую корковую зону. Кристаллизаторы LHC бывают как фиксированных размеров, позволяющие отливать слитки точных размеров, так и изменяемых размеров VariMold. На одном кристаллизаторе VariMold можно отливать до 20 различных размеров, тем самым сокращая количество комплектов кристаллизаторов, необходимых для производства большего диапазона размеров. Кроме того, испытания продемонстрировали уменьшение отходов от обрезки литника и донника на 50 % по сравнению с электромагнитным литьем за счет улучшения геометрии донника. Точно обработанные кристаллизаторы VariMold в сочетании с технологией литья с низким уровнем металла Wagstaff LHC позволяют получать слитки очень высокого качества. Кристаллизатор состоит из четырех отдельных поверхностей, регулируемых для оптимизации профиля слитка. Каждая поверхность кристаллизатора жестко закреплена и соединена болтами с соседней для достижения оптимальной стабильности размеров. Профиль слитка можно улучшить путем уменьшения диапазона регулирования по ширине. Чем меньше диапазон регулирования, тем 162 лучше профиль слитка в этом диапазоне. Несмотря на то что возможен диапазон регулирования до 400 мм, более предпочтителен диапазон в 200 мм из-за проблем, связанных с профилем слитка и фрезеровкой. Таким образом, к основным особенностям кристаллизаторов Wagstaff LHC и VariMold можно отнести: – возможность изменения графитового вкладыша рабочей поверхности для оптимизации формы рабочей поверхности и адаптации к различным сплавам; – уменьшение пережима донника; – обработанную водяную диафрагму, обеспечивающую распределение воды и равномерность расхода, что приводит к прямолинейности слитка; – водяные фильтры на входе, обеспечивающие дополнительную защиту от попадания инородных материалов, которые могут нарушить однородное распределение воды; – систему автоматического регулирования уровня металла. Графитовый вкладыш обеспечивает несмачиваемую литейную поверхность и служит источником литейной смазки. Такой кристаллизатор характеризуется очень малым износом, а подвергающуюся износу поверхность можно заменять. В результате кристаллизатор имеет длительный срок эксплуатации и небольшие затраты на техническое обслуживание. Технология интенсивного охлаждения для уменьшения пережима донника Wagstaff SplitJet может использоваться в начале литья в трех различных вариантах (двойной ряд отверстий, одинарный ряд отверстий или двойной ряд отверстий по торцам). Охлаждающая вода подается через дно корпуса кристаллизатора. Каждая из двух водяных камер в кристаллизаторе LHC имеет свой набор водяных отверстий. В начале литья в кристаллизаторе обычно используется один набор водяных отверстий. По мере продолжения литья открываются встроенные водяные клапаны, вода поступает к вторичным водяным камерам и вытекает из обоих наборов водяных отверстий. Для различных сплавов схему подачи воды в начале литья можно изменять в программе программируемого логического контроллера с помощью различных комбинаций водяных сопел на торцевых и прокатных поверхностях. Узел регулирующего водяного клапана состоит из монолитного клапана, выполненного из нержавеющей стали в легко заменяемом 163 картридже. У клапана нет скользящих уплотнений и изнашивающихся механических соединений. Система обеспечивает точное и воспроизводимое позиционирование клапана, а также одновременное открытие нескольких клапанов. Клапаны в нормальном состоянии открыты. В случае потери сжатого воздуха они остаются открытыми. Центрирование кристаллизаторов относительно поддонов – это особенность кристаллизаторов Wagstaff LHC и VariMold. Система центрирования основана на использовании пневматических цилиндров, которые монтируются на нижние крышки по периметру кристаллизатора. Они автоматически центрируют кристаллизатор относительно поддона и предотвращают повреждение рабочей поверхности кристаллизатора при введении поддона в кристаллизатор в положение для начала литья. При центрировании сначала разжимаются пневматические зажимы кристаллизатора на литейном столе. Центрирующие цилиндры приводятся в действие под давлением воздуха, расширяются, достигают поддона и центрируют кристаллизатор по отношению к поддону. Затем зажимы снова приводятся в действие и закрепляют кристаллизатор в этом положении, а центрирующие цилиндры убираются. Время, необходимое для центрирования VariMold, составляет приблизительно 5–10 мин на кристаллизатор, и эту работу можно проводить на литейной яме. Обслуживающий персонал снимает болты с заплечиками, верхние винты и нижние шпильки, затем поворачивает кулачок, чтобы разъединить прокатные поверхности. Кулачок используется для перемещения прокатных поверхностей относительно торцевых поверхностей. После центрирования кристаллизатор снова закрепляется с помощью болтов, винтов и шпилек. Поддоны заменяются независимо [19]. Стандартный струйный кристаллизатор Стандартный струйный кристаллизатор, предназначенный для литья плоских слитков (рис. 4.8), производится фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). К преимуществам стандартного струйного кристаллизатора Wagstaff можно отнести: – совместимость с любой технологией регулирования уровня металла; – легкость в эксплуатации; 164 – простоту технического обслуживания, минимальное число деталей; – адаптированность к любому литейному столу; – низкие инвестиционные и эксплуатационные расходы; – стабильное качество продукции. Рис. 4.8. Стандартный струйный кристаллизатор [18] Все основные детали кристаллизатора обрабатываются на автоматизированном оборудовании с компьютерным управлением. Это обеспечивает точность геометрических размеров и гарантирует одинаковые эксплуатационные характеристики кристаллизаторов. Возможно несколько вариантов подключения охлаждающей воды. Струи охлаждающей воды подаются через индивидуальные водяные отверстия на дне кристаллизатора, обеспечивая равномерное и эффективное охлаждение. В стандартном струйном кристаллизаторе можно отливать все основные серии сплавов. Кристаллизатор Epsilon Кристаллизатор Epsilon – модернизированный вариант стандартного струйного кристаллизатора Wagstaff – обеспечивает уменьшение пережима донника. Конструкция предусматривает литье при уровнях металла, обеспечивающих улучшение качества поверхности слитков (рис. 4.9, табл. 4.5). Он производится фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Технология Epsilon обеспечивает следующие преимущества: – более высокую скорость литья по сравнению со стандартным струйным кристаллизатором; – прочность и простоту в эксплуатации; 165 а б Рис. 4.9. Кристаллизатор Epsilon: а – внешний вид [20]; б – принцип действия Т а б л и ц а 4.5 Характеристики кристаллизатора Epsilon Параметры Размеры слитков, мм Рекомендуемое отношение ширины к толщине Сплавы: 1XXX, 3ХХХ, 5XXX, 6XXX, 8XXX 4ХХХ 2ХХХ и 7ХХХ Расход масла, мл/т Скорость литья (в зависимости от сплава), мм/мин Подача воды Типичные характеристики слитка: пережим донника, мм корковая зона, мм: с механическим устройством с регулированием уровня металла размер зерна (с соответствующим модификатором), мкм профиль (выпуклость или вогнутость на сторону), мм Расчетные потери при мехобработке на каждую грань слитка с использованием автоматизированной системы управления Wagstaff AutoCast, мм 166 Значения Минимальный и максимальный размер зависят от сплава, соотношения ширины к толщине От 1 : 1 до 5 : 1 Полностью отработаны Необходимо провести литье перед отгрузкой кристаллизаторов Проходят проверку на заводах 14–42 35–100 Через 2 камеры < 75, в среднем 29 ≤ 12 ≤3 ≤ 350 ≤2 < 10 – работу с использованием поплавков/втулок, механического устройства поддержания уровня металла или с автоматизированным регулированием уровня металла; – адаптированность к любому литейному столу; – уменьшение пережима донника, что сокращает риск промыва металла и создает безопасные условия в начале литья, а также позволяет полностью автоматизировать управление литейным процессом. Не требуется никаких дополнительных технологий для уменьшения пережима, как, например, добавление воды или СО2. Технология интенсивного охлаждения SplitJet с автономной функцией уменьшения пережима донника обеспечивает надежность регламентов начала литья при различных условия за счет оптимизации значений угла соударения воды и скорости теплопередачи как в начале литья, так и в рабочем режиме. Это позволяет регулировать пережим донника, уменьшает вероятность промыва металла и улучшает условия безопасности литья без необходимости в дополнительном оборудовании. Оптимальная скорость теплопередачи способствует очень быстрому охлаждению в рабочем режиме, что приводит к образованию однородной мелкозернистой структуры. Уникальная конфигурация кристаллизатора включает усовершенствованную механическую конструкцию, требующую меньшего техобслуживания. Технология SplitJet с кристаллизаторами Epsilon дает производителю возможность выбора режима подачи воды в зависимости от сплава и размера слитка. В начале литья технология SplitJet может эксплуатироваться двумя различными способами (подача воды из одной или двух камер). Характеристиками Epsilon являются: – прочность конструкции (кристаллизаторы Epsilon точно обработаны из цельного блока алюминия); – фрезерованная водяная диафрагма, обеспечивающая отличное распределение и однородность подачи воды; – простота обслуживания каналов подачи охлаждающей воды (их легко осматривать и чистить); – встроенные фильтрующие экраны на входе воды, обеспечивающие дополнительную защиту от инородных материалов, которые могут нарушить подачу воды. Их можно снимать и чистить прямо в литейном цехе. 167 При высоком коэффициенте отношения ширины к толщине, а также при использовании некоторых сплавов для обеспечения безопасности и постоянства регламента литья необходимо регулирование пережима донника. Для этого применяется технология интенсивного охлаждения Wagstaff SplitJet. В кристаллизаторах Epsilon для уменьшения пережима донника используются две водяные камеры, каждая из которых снабжена рядом отверстий. Охлаждающая вода подается через дно корпуса кристаллизатора. В начале литья в кристаллизаторах обычно используется только один ряд отверстий. В дальнейшем в процессе литья подача воды осуществляется через оба ряда отверстий. Устройство для регулирования уровня металла в кристаллизаторе Процесс литья с использованием технологий Wagstaff для прокатных слитков можно усовершенствовать с помощью одной из четырех технологий регулирования уровня металла, каждая из которых совместима с автоматизированной системой управления Wagstaff AutoCast (рис. 4.10). Все технологии разработаны фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Каждая технология предлагает ряд функций, которые направлены: 1) на повышение производительности: – стабильное, регулируемое начало и окончание литья; – возможность разрабатывать и оптимизировать литейные регламенты; 2) увеличение выхода годного продукта: – уменьшение человеческого фактора; – оптимизированный регламент, сокращающий образование трещин и дефектов донника; – улучшение техники безопасности труда; – сокращение непосредственного контакта литейщика с оборудованием в начале, конце литья и в аварийных ситуациях; 3) улучшение качества – стабилизация характеристик металла от одной отливки к другой. Необходимо отметить, что и система управления, и технологии регулирования уровня металла разработаны Wagstaff с учетом огромного опыта и на базе многолетних исследований и разработок в области литья прокатных слитков. 168 Рис. 4.10. Внешний вид устройства для регулирования уровня металла в кристаллизаторе [17] Для регулирования уровня металла предлагается использовать поплавки и втулки, механические устройства Steady-Eddy, индуктивные и лазерные датчики. Система для монтажа поворотного стола Система для монтажа поворотного стола предназначена для литья цилиндрических и прокатных слитков (рис. 4.11). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Система для монтажа литейного стола Wagstaff представляет собой прочную опорную конструкцию для литейного стола. Существует несколько моделей системы монтажа литейного стола, любая из 169 которых может использоваться как для эксплуатируемого, так и для вновь приобретенного оборудования. Выбор наиболее подходящей модели определяется условиями литейного цеха. Рис. 4.11. Внешний вид системы для монтажа поворотного стола [22] Традиционная поворотная рама состоит из двух рычагов, выступающих над полом литейного цеха и подсоединенных к общей шарнирной трубе ниже уровня пола. Каждый рычаг приводится в действие гидроцилиндром соответствующего размера. На механически обработанных верхних поверхностях рычагов находятся отверстия для болтов и направляющие штыри для монтажа литейного стола. В поворотной системе с подачей воды охлаждающая вода подается через водяной вертлюг, который подсоединяется к заводскому трубопроводу с помощью гибкого соединительного фланца. Охлаждающая вода поступает через рычаги и шарнирную трубу на литейный стол. Все водяные каналы рассчитаны на максимальный расход воды. По окончании литья вода сливается со стола через клапан с дистанционным управлением, вмонтированный на входе воды в поворотную раму. Рычаги крепятся к основанию (с каждой стороны) с помощью подшипников. Они предотвращают сцепление и уменьшают трение, возникающее вследствие небольших деформаций шарнирной трубы и/или расцентровки при монтаже. Конструкция основания включает плиту с высверленными резьбовыми отверстиями, которая приваривается к закладной плите, вмонтированной в пол цеха, что позволяет в случае необходимости легко демонтировать поворотную систему. Из170 готовленные из толстолистовой стали фрезерованные основания крепятся болтами к сварочным плитам. Все структурные компоненты, изготовленные из стали, подвергают пескоструйной обработке для удаления вторичных окалин и окрашивают эпоксидной краской. Гидравлические цилиндры снабжены встроенными разгруженными клапанами, которые блокируют поворотную раму в случае потери гидравлического давления (например, при разрыве шланга). Система остается заблокированной до восстановления гидравлического давления. Давление может подаваться либо от маслостанции литейной машины, либо от небольшой специально выделенной маслостанции. Опциями системы поворотного стола являются: – защитное ограждение для литейной ямы с освещением ямы или без него; – защитное ограждение для литейной ямы с вентиляционной камерой для отвода пара или без нее; – рама для действующих литейных столов заказчика с соединениями для подачи воды; – механизм подъема распределительного желоба для систем литья плоских слитков; – выделенная маслостанция; – платформа для техобслуживания литейного стола. Существует две конструкции поворотной системы – с подачей воды и «сухая», каждая из которых спроектирована для установки как на существующие, так и на новые литейные ямы. В первой конструкции охлаждающая вода проходит через поворотный механизм, а затем поступает на литейный стол. Трубопровод литейного цеха подсоединяется к поворотной системе через фланцевое соединение. «Сухая» система обеспечивает точную установку литейного стола таким образом, чтобы он находился прямо над выступающими из пола цеха штуцерами для подачи воды. Обе системы поворотного стола можно использовать при литье как плоских, так и круглых слитков. Поворотная рама Поворотная рама является основным элементом монтажа поворотного стола (рис. 4.12, табл. 4.6). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Преимуществами поворотной рамы являются совместимость с литейными системами Wagstaff для литья прокатных и цилиндрических слитков, интеграция функций в систему управления процессом литья Wagstaff. 171 Стандартная поворотная рама имеет прочную, надежную конструкцию, подходит для литейных систем для прокатных и цилиндрических слитков, работает от гидроцилиндров. а б в Рис. 4.12. Опции для поворотной рамы: а – выделенная маслостанция (HPU); б – защитное ограждение для литейной ямы с ее освещением и вентиляционной камерой для отвода пара; в – платформа для техобслуживания литейного стола Т а б л и ц а 4.6 Характеристики поворотной рамы Параметры Значения Максимальный угол поворота, град Стандартное время поворота (в зависимости от размера литейного стола), с 85 45 Опциями для стандартной поворотной рамы являются: защитное ограждение для литейной ямы с ее освещением или без него для систем литья цилиндрических или прокатных слитков; защитное ограждение для литейной ямы с вентиляционной камерой для отвода пара; рама для действующих литейных столов заказчика с соединениями 172 для подачи воды; механизм подъема распределительного желоба для систем литья прокатных слитков; выделенная маслостанция (HPU); платформа для техобслуживания литейного стола. Реверсивные поворотные системы Реверсивная поворотная система Wagstaff с гидравлическими рычагами и встроенными направляющими поднимает и разворачивает литейный стол таким образом, чтобы его поверхность находилась на безопасном расстоянии от ямы во время выемки слитков (табл. 4.7, рис. 4.13). Реверсивные поворотные системы выпускаются фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Т а б л и ц а 4.7 Характеристики реверсивной поворотной системы Параметры Стандартная скорость перемещения тележки, м/мин Максимальный угол поворота, град Стандартное время поворота (в зависимости от размера литейного стола), с Значения 6 85 45 Рис. 4.13. Этапы эксплуатации стандартной реверсивной поворотной системы с опционными откатной крышкой и платформой для обслуживания стола 173 К преимуществам реверсивной поворотной системы относят: – улучшение условий безопасности литейщиков; – удобный доступ к кристаллизаторам для проведения техобслуживания между отливками; – увеличение производительности; – интеграцию функций в систему управления процессом литья Wagstaff; – совместимость с системами литья прокатных и цилиндрических слитков. Уникальная конструкция позволяет одновременно производить выемку слитков и техобслуживание стола, улучшая при этом условия безопасности литейщиков. Опционные откатные крышки для ямы с электроприводом и подъемной платформой для обслуживания стола обеспечивают дополнительную производительность и безопасность. Реверсивная поворотная система имеет прочную, надежную конструкцию, подходит для литья прокатных и цилиндрических слитков, работает от гидроцилиндров. Опциями реверсивной поворотной системы являются откатная крышка для литейной ямы и платформа для техобслуживания литейного стола. Системы с откатной тележкой Откатная тележка используется при литье цилиндрических и прокатных слитков (рис. 4.14, табл. 4.8). Она выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). В качестве преимуществ откатной тележки можно отметить: – совместимость с системами Wagstaff для литья как прокатных, так и цилиндрических слитков; – интеграцию функций в систему управления процессом литья Wagstaff; – проведение техобслуживания между отливками вдалеке от литейной ямы. Откатная тележка состоит из стальной рамы с электроприводом, на которую устанавливается литейный стол и которая перемещается по рельсам, откатывая стол на безопасное расстояние от литейной ямы и обеспечивая одновременное техобслуживание и выемку слитков из ямы, улучшая при этом условия безопасности литейщиков. Гидро- и электропитание, сжатый воздух и масло для смазки кристаллизатора подводятся к тележке через шинопровод. Он монти174 руется параллельно рельсам для тележки и может быть утоплен в пол литейного цеха или подвешен. Двигатель оборудован ограждениями, которые защищают его от возможных сплесов алюминия. а б в г д е Рис. 4.14. Этапы эксплуатации откатной тележки с опциями поворотной рамы и платформы для техобслуживания литейного стола; а–д – для цилиндрических слитков; е – для прокатных слитков [22] 175 Т а б л и ц а 4.8 Характеристики откатной тележки [22] Параметр Стандартная скорость перемещения тележки, м/мин Максимальный угол поворота, град Стандартное время поворота (в зависимости от размера литейного стола и предпочтений заказчика), с * Значение 6 85* 45* Параметры для откатной тележки, имеющей опцию поворотной рамы. Подача охлаждающей воды обеспечивается автоматически, как только тележка откатывается на позицию над литейной ямой. В качестве опции тележку можно оснастить встроенной системой поворота для удобства обслуживания между отливками днища литейного стола для круглых слитков, а также для доступа к шлангам охлаждающей воды на столах для плоских слитков. Опциями для откатной тележки являются: – поворотный механизм; – смонтированное на тележке освещение литейной ямы; – вентиляционная камера для отвода пара, вмонтированная в стену литейной ямы; – механизм подъема распределительного желоба для систем литья плоских слитков; – выделенная маслостанция; – вмонтированный в пол или подвесной шинопровод; – платформа для техобслуживания литейного стола. Откатная тележка имеет прочную, надежную конструкцию. Она подходит для литейных систем для прокатных и цилиндрических слитков и работает от гидроцилиндров [22]. Кристаллизаторы Castright I Кристаллизаторы Castright I компании «Almex» (США) предназначены для литья цилиндрических слитков сплавов авиационнокосмической промышленности (рис. 4.15, 4.16, табл. 4.9). Алюминиевые слитки всего спектра химических составов, зарегистрированных в стандартах Aluminium Association, могут изготовляться на кристаллизаторах в пределах диаметров от 82 до 920 мм. Кроме того, кристаллизаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с технологией Hot-Top. Специальная конструкция кристаллизатора гарантирует минимальную глубину лунки, что позволя176 ет получать микроструктуру, отличающуюся минимальными размерами зерна по всему поперечному сечению слитка и узкой зоной вторичной кристаллизации. Рис. 4.15. Литейный стол для производства слитков Castright большого диаметра (кристаллизаторы прикрепляются сверху), слева Рис. 4.16. Литейный стол для производства круглых слитков Castright среднего диаметра c распределителем металла, устраняющим турбулентность потока (справа) Т а б л и ц а 4.9 Характеристики слитков, получаемых на кристаллизаторах Castright I Параметры Максимальная зона ликвации, мм: сплав 6ХХХ сплавы 2XXX и 7XXX Максимальная макросегрегация, %: сплав 6ХХХ сплавы 2XXX и 7XXX Максимальный размер зерна в центре слитка, мкм Качество после проверки ультразвуком Уровень усадочной пористости Диаметр слитков, мм 500 650 830 3,9 9,0 5,5 12,5 7,0 16,0 2,50 3,75 3,75 5,40 5,00 7,00 250 325 450 Отвечает авиационной спецификации MIL-2154-AA ОО Конструкция литейного стола построена на «модульном» принципе, позволяющем осуществлять точный контроль параметров литья, проверку исправности кристаллизаторов, их подготовку и мелкий 177 ремонт. Кристаллизаторы прикрепляются к литейному столу сверху, снижая возможность прямого контакта расплава и воды. Имеется возможность установки термопары внутри кристаллизатора при производстве слитков большого диаметра. Датчики давления воды устанавливаются для каждого кристаллизатора. Центровка приемников металла производится снизу, уменьшая время подготовки к выпуску металла и возможность поломки кристаллизатора. Идеальная центровка саморегулирующихся приемников металла устраняет возможность взрыва в момент заполнения приемника. Специальная конструкция распределительной системы металла позволяет избежать возникновение турбулентных потоков в точках подачи расплава в кристаллизатор. Форма поверхности приемника металла предотвращает контакт частиц расплава с водой. Система подвода расплава обеспечивает равномерное заполнение приемников металла в начале плавки. Профиль приемника металла позволяет осуществлять быстрый и надежный захват затвердевшего донника слитка в начале плавки. Специальное устройство отжима воды с поверхности затвердевающего слитка обеспечивает его ускоренное охлаждение, способствуя формированию мелкозернистой структуры и минимальной ширины зоны вторичной кристаллизации и снижению брака вследствие образования трещин (для слитков большого диметра). Концентричность захвата перпендикулярно оси симметрии слитка обеспечивает равномерное удаление поверхности вдоль оси симметрии слитка [1]. Кристаллизаторы Castright II Кристаллизаторы Castright II компании «Almex» (США) предназначены для литья прокатных слитков сплавов авиационно-космической промышленности. Двухкамерный кристаллизатор Castright II для литья плоских слитков фирмы выполнен из алюминия. Геометрия кристаллизатора сохраняет стабильность в течение долгого срока службы. Резкое изменение температур и разогрев кристаллизатора при малых скоростях литья не оказывают влияния на размер слитка. 178 Каждый кристаллизатор оснащен индивидуальным датчиком давления. Это позволяет вести непрерывный контроль подачи воды в кристаллизатор и мгновенно замечать любые изменения потока воды. Чистка внутренних каналов кристаллизатора облегчена за счет съемной донной плиты и внутренних перегородок. Отверстия для вывода воды на поверхность слитка расположены таким образом, что отвод тепла идет через водную «занавеску», а не через индивидуальные потоки воды, выходящие из каждого отверстия. Это позволяет вести литье при более высоких скоростях и уменьшить толщину зоны вторичной кристаллизации. Соотношение размеров отверстий ввода воды, перегородок и выхода воды полностью исключают потерю давления в начале плавки, когда объем воды резко изменяется. Особый профиль углов кристаллизатора снижает до минимума «загиб» донника и обеспечивает гладкую поверхность слитка. Доставка смазки к поверхности слитка путем использования капиллярного эффекта обуславливает получение равномерной поверхности слитка по всей его длине. Система прикрепления кристаллизатора к раме обеспечивает полную симметричность ее оси с приемником металла. Верх кристаллизатора, его стенки, камера охлаждения и фланец для прикрепления кристаллизатора к раме выполнены из одного блока, алюминиевой плиты марки 6061-T651, прошедшей термообработку для удаления внутренних напряжений. Все основные компоненты кристаллизатора изготовлены на станках с программным управлением, обеспечивающих высокую точность и постоянство размеров каждого кристаллизатора. Ввод воды для охлаждения в кристаллизатор происходит радиально, что упрощает конструкцию переходника для ввода воды из системы ее подачи в кристаллизатор. Внутренние каналы кристаллизатора оснащены стенками для лучшего распределения потока вдоль поверхности слитка. Поток воды образует «занавеску» на расстоянии 15 мм от выхода из отверстий в кристаллизаторе. Литейный стол выполнен из структурной стали. Все сварные узлы зачищены, стол обработан пескоструем и покрашен для предотвращения коррозии. Внутренние каналы покрыты специальной эпоксидной смолой для предотвращения коррозии, т.к. вода внутри кристаллизатора всегда содержит положительно и отрицательно заряженные ионы. 179 Приемники металла изготовлены по чертежам, которые выполнены на компьютере, использующем специализированную трехмерную программу. Специализированные фрезерные станки с программным управлением применяются для выточки поверхности приемника металла. Это гарантирует идентичность запасных приемников с блоками основной поставки. Рекомендуется использовать стальные приемники металла для литья твердых сплавов и алюминий для производства обычных сплавов [1]. Кристаллизаторы CLEAR MOLD Название CLEAR – это сокращение для Controlled Liquation Enhanced Aluminum Recovery Mold. Кристаллизатор двухкамерный, с графитовой прокладкой и керамической крышкой. Графитовые пластины прикрепляются к стенке кристаллизатора, покрываются коллоидным графитом и затем специальным материалом, разработанным фирмой «Almex». Вертикальная трубка-переходник подачи металла установлена таким образом, что ее низ находится на 89 мм ниже верхней части графитовой вкладки. Камера оснащена манометром, в стенку кристаллизатора встроена термопара. Данные измерений давления и температуры непрерывно передаются на компьютер и сравниваются с заданными параметрами. Одним из достоинств данного дизайна является то, что кристаллизатор не реагирует на изменения уровня металла в пределах ±6 мм. Кристаллизатор оснащен «юбкой» из высокотемпературной силиконовой резины, предупреждающей образование трещин в течение первых 20 мин процесса литья. Специальное ультразвуковое устройство может применяться для своевременного определения и предотвращения трещин в начале литья. Данная технология значительно снижает процент брака и улучшает условия техники безопасности [1]. Бесконтактные лазерные датчики серии ProH/HPS Датчики Precimeter безопасны в эксплуатации (стандарт лазерного оборудования «Класс 2»), они надежно работают в условиях горячих цехов. Процесс измерения уровня расплава производится непрерывно, независимо от уровня пыли и пара, окружающего компоненты системы. Запатентованная технология использования дигитальных видеокамер отличается высокой чувствительностью и точностью измерения. Надежное определение уровня расплава происходит 180 как в случае изменения коэффициента отражения поверхности, так и в условиях повышенного паро- и дымовыделения. Фирма «Precimeter» разработала несколько систем контроля уровня расплава для автоматизации процесса литья. Эти системы покрывают все возможные варианты аппаратурного оформления литейного процесса, включая контроль уровня металла на всем протяжении подачи расплава: – кристаллизаторы и накопители металла; – чаши пенокерамических фильтров; – подводящие желоба и распределители металла; – миксерные печи. Набор безконтактного датчика уровня металла и электромеханического регулирующего устройства позволяет полностью решить проблему регулирования подачи металла к литейной системе; нет необходимости ни в каком дополнительном оборудовании. Регулятор потока расплава управляется программным контроллером PI. Лазерный датчик уровня металла постоянно выдает сигнал, пропорциональный расстоянию между поверхностью металла и датчиком. Устройство использует сложную математическую формулу для подсчета величины регулирующего сигнала, подаваемого на электромеханическое устройство, которое изменяет положение регулятора потока металла. Например, если запрограммированный параметр расстояния 200 мм, но измерение истинного расстояния показывает только 180 мм, то рассчитанный пропорциональный сигнал с контроллера PI поступает на электромотор регулирующего устройства, который передвигает заслонку (стержень и т.п.) в положение, увеличивающее скорость подачи металла до величины, отвечающей стабильному расстоянию в 200 мм от поверхности расплава до датчика. Для контроля измерения уровня металла и его автоматического регулирования фирма «Precimeter» разработала пакет программного обеспечения LabView. Пакет обеспечивает выполнение следующих операций: – проверку статуса и состояния датчиков; – изменение функциональных параметров; – настройку регуляторов уровня металла; – накопление данных и их хранение для анализа процесса после его окончания; – изменение литейных инструкций. 181 С основной панели управления оператор может полностью вести процесс контроля уровня расплава: наблюдать за работой всех механизмов, проверять высоту уровня расплава, переводить систему измерений из метрической (мм) в американскую (дюймы), выводить на экран заданные параметры по любому сплаву и литейной продукции [6]. 4.2. Обеспечение В настоящее время в литейных цехах для снижения временных и финансовых затрат на подготовку производства начали широко применять компьютерные технологии: компьютерное моделирование процесса формирования отливок при проектировании технологии и использование CAD-систем при проектировании технологии, проектировании и изготовлении оснастки [65]. Автоматизированная система управления для литья слитков AutoCast Автоматизированная система управления Wagstaff AutoCast отслеживает и автоматически регулирует основные параметры (уровень металла в кристаллизаторе, расход охлаждающей воды в кристаллизаторе, скорость литья и длина слитка, уровень металла в желобе, смазка кристаллизатора) в течение всего процесса литья для обеспечения их постоянства. В сущности, именно точность измерений и стабильное управление обеспечивают постоянство характеристик производимой продукции (рис. 4.17, табл. 4.10). Эта система выпускается фирмой «Wagstaff», базирующейся в Спокане, штат Вашингтон (США). Рис. 4.17. Автоматизированная система управления литья слитков AutoCast 182 Т а б л и ц а 4.10 Технические характеристики системы AutoCast Параметр Регулирование уровня металла в желобе, мм Точность регулирования: уровня металла в кристаллизаторе, мм скорости литья, % от всего диапазона расхода воды, % от всего диапазона Точность определения длины слитка в пределах, % Слитки прокатные цилиндрические ±5 – ±1 – ±1 ±1,5 ±0,5 (от фактического хода ±0,5 (от фактического плиты цилиндра, показансмещения плиты) ного на экране) Точность лазерного датчика, мм: уровень металла в кристаллизаторе уровень металла в желобе ±0,2 – ±0,8 ±0,8 100–200 кВт (для круглых 100–200 кВт, источник и плоских слитков), источ- переменного тока 460 В, Требования к электроснабженик переменного тока 3-фазовый, включая нанию 480 В, 3-фазовый, включая пряжение 7 кВ·А/5 кВ чиснапряжение 7 кВ·А/5 кВ в того стабилизированного системе управления питания 50–200 нм3/ч (для круглых и плоских слитков); чистый Требования к охлаждающему сухой воздух (<10 мкм, высушенный до состояния возвоздуху духа окружающей среды) Классификация лазерных датКласс 2 и 3 Класс 2 чиков (IEC 60825-1:2001) (IEC 60825-1:2001) Типы систем программируемо- Rockwell Automation (Allen Bradley) Group, Schneider го логического контроллера (Modicon), Mitsubishi или Suemens Интерфейсы Mobius, MELSECHet, DH+, Profibus, Industral Ethernet Rockwell Automation SieГрафический интерфейс «че– mens MP, сенсорный экран ловек – машина» (ЧМИ) SCADA В качестве преимуществ системы можно отметить: – увеличение выхода годного, производительности литейной ямы и улучшение качества продукции вследствие постоянства характеристик от отливки к отливке; – сокращение участия литейщика в процессе литья, более безопасную работу; 183 – стабильные графические изображения человекомашинного интерфейса (ЧМИ) для любой платформы (например, PanelView или SCADA); – высокоскоростное соединение Ethernet, позволяющее использовать систему SCADA для сбора и анализа данных и составления отчетов; – надежные алгоритмы и программное обеспечение ПЛК, обусловливающие успешный ввод в эксплуатацию и обеспечение безотказного функционирования системы; – рассредоточенные контрольно-измерительные приборы, сокращающие электромонтаж; – возможность создавать, изменять, хранить и загружать литейные регламенты; – линейные характеристики скорости, обеспечивающие постоянство скорости в начале литья и легкость регулирования. Автоматизированная система Wagstaff AutoCast создана на основе высококачественных, надежных средств управления в сочетании с многолетним производственным опытом. Процесс литья начинается, заканчивается и при необходимости останавливается автоматически, что обеспечивает высочайший уровень безопасности работы литейщиков. Система управления AutoCast действует на всех этапах литья прокатных слитков, начиная с подачи металла из печи и его обработки. ЧМИ системы AutoCast обеспечивает полное управление литейным процессом с помощью немногочисленных кратких текстовых сообщений, наглядной графики, удобного экрана с элементами управления и использования стандартных общепринятых символов и цветов. Все регулируемые параметры литья, последовательность операций и технологические допуски, необходимые для отливки слитков, задаются регламентом и однозначно определяются технологией литья, сплавом и размером кристаллизатора. Система AutoCast измеряет и сравнивает все фактические значения со значениями, заданными регламентом литья. Обеспечивается постоянное управление и наблюдение за литейным процессом, а литейщик получает вспомогательные предупреждения, благодаря которым он может немедленно ввести соответствующие поправки. Слишком большие отклонения от заданных регламентом значений корректируются автоматически, о чем литейщику сообщается через ЧМИ. Система диспетчерского управления и сбора данных SCADA 184 AutoCast с постоянной архитектурой, в основе которой лежит стандартная серверная технология, постоянно регистрирует все значения технологических параметров и отклонения от них. Базовыми элементами системы управления AutoCast являются программируемый логический контроллер, отвечающий промышленным стандартам, контрольно-измерительные приборы и управляемые устройства. Все данные поступают с контрольно-измерительных приборов в систему ПЛК, где они регистрируются как технологические параметры. Значения этих параметров сравниваются со значениями, заданными регламентом литья. Этот процесс называется замкнутой цепочкой управления. В системе AutoCast используются новейшие технологические разработки, в том числе цифровые лазерные датчики фирмы «LMI Technologies, Inc». Это датчики Selcom®XLine2 и DeltaLine2, которые обеспечивают точное измерение уровня металла как в металлотракте, так и в кристаллизаторах Wagstaff. Сочетание новейших контрольноизмерительных приборов с алгоритмами и устройствами управления Wagstaff (например, привод клапана регулирования уровня металла, регулирующие стопоры, втулки и т.п.) устанавливает стандарты для регулирования уровня металла в литейной отрасли. Опциями системы AutoCast являются система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), буквенно-цифровой дисплей для сообщений (монтируется на стену), устройства для прогрева втулок, печь для обогрева стопоров и источник бесперебойного питания. Кроме того, к опциям системы AutoCast можно отнести фильтрацию воды, управление и мониторинг поворота печи, слежение (мониторинг) за обработкой металла в печи, регулирование подачи модификатора зерна, регулирование уровня воды в литейной яме. Пакет автоматизации процесса литья Компьютерная система фирмы «Almex» позволяет надежно и экономично вести процесс литья твердых сплавов, используемых в авиационной и космической промышленности. В начальный период литья, который отмечен повышенной вероятностью трещинообразования, применяется специальная литейная инструкция «stop and go», которую невозможно выполнить вручную. В результате выход годной продукции значительно увеличивается. В системе автоматизации интегрированы следующие элементы контроля: 185 – программы всех литейных инструкций; – контроль гидравлической (или тросовой) системы; – система техники безопасности; – температурный контроль; – контроль позиций рамы, стола и т.п.; – проверка системы перед началом плавки. В работе система также контролирует процессы подачи и рециркуляции воды, перемещения рамы с кристаллизаторами и подачи смазки. Экран панели управления имеет различные «страницы» как для контроля процесса литья, так и для определения состояния всех компонентов системы. 186 5. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Использование аналитических методов дает возможность определить элементный состав металлов и их сплавов, а также изучить их механические свойства. 5.1. Оборудование для изучения строения сплава Микроструктура – это строение металла или сплава, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Анализ микроструктуры дает возможность определить величину и расположение зерен металла, размеры и количество мелких неметаллических включений и различных фаз в металле, проконтролировать состояние структуры поверхностного слоя изделия, выявить микродефекты, а также некоторые дефекты кристаллического строения (дислокации и их скопления). Микроструктуру сплавов изучают под микроскопом при различных увеличениях на хорошо приготовленных шлифах [29]. Микроскопы фирмы «Carl Zeiss» Микроскопы фирмы «Carl Zeiss» (Германия) различных моделей поставляются ООО «КЕМИКА» (г. Москва, Россия), рис. 5.1, табл. 5.1. В микроскопе Axio Imager оптика скорректирована на бесконечность, высокого контраста, разрешения и цветовой коррекции (1С2S-оптика). Он имеет систему дополнительной смены увеличения «Оптовар» 1,25х; 1,6х; 2,5х; 4х. Система освещения отраженного света состоит из галогеновой (12 В, 100 Вт), ртутной (НВО 103) и ксеноновой (ХВО 75) ламп; система освещения проходящего света – из галогеновой лампы (12 В, 100 Вт), светодиода (LED) и менеджера света (01, 21). В микроскопе предусмотрены бинокулярная, бинокулярная с фото/видеовыходом, бинокулярная с фото/видеовыходом для исследований методом поляризации насадки. Угол наклона окулярных трубок составляет 30 и 15° (эргономическая насадка). Также в микроскопе имеется 6- или 10-позиционное револьверное устройство смены светоделителей, предметные столики 187 (ручной и моторизованный механический, скользящий, сканирующий) и мини-интерферометр TIC для измерений высот в нанометрическом диапазоне. а в б г д Рис. 5.1. Внешний вид микроскопов фирмы «Carl Zeiss» [30]: а – Axio Imager; б – Axio Observer; в – Axiovert 40 MAT; г – Axiovert Vario; д – Stemi 2000 Для управления микроскопом используются панель управления (D1, Z1) и TFT-сенсорный дисплей (Z1). Предусмотрена возможность фотодокументирования – устройство ACR идентификации объективов и светоделительных блоков (D1, Z1). В микроскопе Axio Observer предусмотрены два варианта управления: ручной (А1/D1) и моторизованный (Z1). Оптика скорректирована на бесконечность, высокого контраста, разрешения и цветовой коррекции (1С2S-оптика). Имеется система дополнительной смены увеличения «Оптовар» 1,25х; 1,6х; 2,5х. Система освещения включает галогеновую лампу (12 В, 100 Вт), принцип Келера, светодиод LED и менеджер света (D1, Z1). В микроскопе используются насадки: бинокулярная, бинокулярная насадка с фото/видеовыходом. Предусмотрены фото/видеовыходы – фронтальный, боковые (слева, справа), расположенный снизу основания; двойной видеоадаптер, устройство ACR идентификации объективов и светоделительных блоков (D1, Z1). 188 В состав микроскопа входят предметные столики (механический, скользящий, сканирующий), право- или левостороннее управление. Система подключения микроскопа RS232, TCP IP, USB, CAN, RS232, Closed Loop, Server interface. Модуль для флуоресцентного анализа включает ртутную лампу с саморегулировкой НВО 103 (100 Вт), 6-позиционное револьверное устройство смены светоделителей. Для управления микроскопом предусмотрены панель управления (D1, Z1) и TFT-сенсорный дисплей. Для измерений высот в нанометрическом диапазоне используется мини-интерферометр TIC. В микроскопе Axiovert 40 MAT оптика скорректирована на бесконечность, с цветовой коррекцией (1СS-оптика). Система освещения проходящего света включает галогеновую лампу (12 В, 35 Вт), система освещения отраженного света – галогеновую (12 В, 35 или 100 Вт), ртутную (НВО 50, НВО 103) и ксеноновую (ХВО 75) лампы. В микроскопе предусмотрены 3-позиционный узел крепления смены светоделителей, встроенная фронтальная система для фото/видеодокументирования. Используются съемный механический и механический с возможностью вращения предметные столики. Микроскоп Axiovert Vario предназначен для крупногабаритных и тяжелых образцов. Благодаря прочной конструкции для выполнения точных операций его можно использовать в промышленной микроскопии. Оптика микроскопа скорректирована на бесконечность, с цветовой коррекцией (1СS-оптика). Система освещения проходящего света включает галогеновую лампу (12 В, 30 Вт), система освещения отраженного света (встроенная, со стабилизированным блоком питания) – галогеновую (12 В, 100 Вт), ртутную (НВО 50, НВО 103), ксеноновую (ХВО 75) лампы. Используются бинокулярная, бинокулярная с фото/видеовыходом насадки. Угол наклона окулярных трубок 20 и 30°; перемещение оптической головки осуществляется вместе с фокусировочным механизмом по штанге высотой 380 или 560 мм. Предусмотрены координатные и поворотные на 240°, сканирующие предметные столики. 189 190 Объективы Окуляры До 1 000х До 240х СП, ТП, поляризация, СП, ТП, ДИК (уни- СП, ТП, поляриверсальная призма зация, люминеслюминесценция, ДИК Номарского для всех ценция в падаю(универсальная призма Номарского для всех объ- объективов), поляри- щем свете зация, люминесценективов), проходящий свет: темное поле, фазо- ция вый контраст, Плас-ДИК 10х/20, 10х/23, 10х/20, 10х/23, 10х/23, 16х/16, 10х/20, 10х/23 10х/23 10х/25 16х/16 25х/10 1,25х–150х: – 1,25х– 2,5х–100х, отраженный 2,5х–100х, отраженEpiplan, 120х: Epiplan свет: Epiplan, EC Epiplan ный свет: Epiplan, EC Epiplan Neofluar, Neofluar, объекти- Neofluar, EC EpiplanEpiplan-Neofluar; объективы боль- вы больших рабо- Neofluar HD; проходящий проходящий свет: ших рабочих рас- чих расстояний свет: Achroplan, Achroplan, Planстояний для отра- для отраженного Aplan, EC Plan Neofluar Neofluar; специальженного света; света; повышенноные: LD Epiplan, LD повышенного ка- го качества и разEC Epiplan-Neofluar Увеличение До 6 000х До 4 800х Методы ис- СП, ТП, поляриза- СП, ТП, ДИК, следования в ция, люминесцен- С-ДИК, поляризапроходящем ция, ДИК ция, люминесцени отраженция ном свете Параметры Axio Imager Axio Observer Axiovert 40 MAT Axiovert Vario Stemi 2000 Описание Прямой микроИсследовательРабочий и лабораторный Лабораторный мик- Лабораторный скоп для материа- ский микроскоп микроскопы отраженного роскоп для контроля стереомикроскоп ловедения отраженного света света качества и оценки соответствия стандартам качества Тип Прямой Инвертированный Прямой Стерео Характеристики микроскопов Carl Zeiss (Германия) [30] Т а б л и ц а 5.1 6 решения EC Epiplan Neofluar, EC EpiplanNeofluar HD 5 – 191 Примечание. СП – светлое поле; ТП – темное поле; ДИК – дифференциально-интерференционный контраст; С-ДИК – то же с круговой поляризацией. Револьверное устройство для крепления объективов чества и разрешения EC Epiplan Neofluar, EC EpiplanNeofluar HD 6 или 7 Микроскоп Stemi 2000 обладает широкими функциональными возможностями – от простой рутинной работы до сложных технологических процессов в материаловедении. Оптика микроскопа выполнена на основе схемы Грену. Наблюдения прямого объемного изображения предмета можно производить в проходящем и падающем свете. В составе микроскопа предусмотрены галогенный, волоконный с 1–3 гибкими жгутами типа «гусиная шея», круговой осветители. К достоинствам микроскопа можно отнести плавную смену увеличения – 1:7,7. Рабочее расстояние составляет 285–31 мм, поле на предмете – 118–1 мм [30]. На рис. 5.2 показан внешний вид микроскопов Eclipse MA100, Eclipse MA200, SMZ 800 и LV100 фирмы «Carl Zeiss» (Германия), в табл. 5.2 приведены их характеристики. Микроскопы поставляются ООО «КЕМИКА» (г. Москва, Россия). а б в г Рис. 5.2. Внешний вид микроскопов Eclipse MA100 (а), Eclipse MA200 (б), SMZ 800 (в), LV100 (г) [31] Компактный инвертированный микроскоп Eclipse MA100 предназначен для наблюдения в отраженном свете. Этот прибор разработан для наблюдения в светлом поле и в простом поляризо192 ванном свете. Благодаря своей компактности, надежности конструкции, простоте работы, наблюдению и фотографированию высококонтрастных изображений он превосходен для металлографических исследований и изучения электронных компонентов, а также удобен на производстве в подразделениях технологии материалов и контроля качества. Т а б л и ц а 5.2 Характеристики микроскопов Eclipse MA100, Eclipse MA200, SMZ 800, LV100 [31] Параметры Eclipse MA100 Описание Инвертированный металлографический микроскоп Тип Прямой Увеличение Оптическая система Не задано Методы контрастирования Габаритные размеры, мм Масса, кг Eclipse MA200 Инвертированный металлографический микроскоп нового поколения Инвертированный До 4 500х SMZ 800 LV100 Стереомикроскоп Прямой металлографический микроскоп Стерео Прямой До 252х До 2 250х CFI60 – СП, ТП, ДИК, флуоресценция и интерференциометрия, поляризованный свет (в проходящем и отраженном свете) СП, простая поляризация СП, ТП, простая поляризация, ДИК, флуоресценция 228×663×382 413×308×337 – 9 26 – – Тринокулярный тубус имеет угол наклона 45º, регулировка межзрачкового расстояния осуществляется в пределах 50–70 мм. Механизм фокусировки обеспечивает регулировку револьвера объективов: грубая регулировка – 3,77 мм/об, тонкая фокусировка – 0,4 мм/об. Микроскоп Eclipse MA200 – новая модель инвертированного исследовательского микроскопа с фронтальным управлением, имеющая новый эргономичный дизайн. Функции управления микроскопом моторизованы. Регулировка апертурной диафрагмы при переключении режимов светлое/темное поле автоматическая. 193 Используется встраиваемая система анализа изображений «Магнификатор» 1,5х, 2х. Светоделительная призма тубус/задний порт – 100/0 и 55/45. Механизм фокусировки обеспечивает регулировку револьвера объективов: грубая регулировка – 4 мм/об, тонкая фокусировка – 0,1 мм/об. Каждая деталь стереомикроскопа SMZ 800 разрабатывалась с максимальным соблюдением требований эргономики. Кроме того, получаемые в нем изображения отличаются такой же превосходной резкостью, как и у более дорогостоящих моделей микроскопов. Благодаря наличию большого числа дополнительных аксессуаров на его базе может быть построена оптическая система, оптимально подходящая для решения задач пользователя. Основные особенности модели: наклон окуляров в 20°, обеспечивающий удобную посадку оператора, и плавная регулировка нового эргономичного объектива для оптимального положения уровня глаз оператора без изменения увеличения или рабочего расстояния. Микроскопы серии ECLIPSE LV100D-U представляют собой микроскопы с универсальной базой для создания комплектаций в зависимости от технических задач. Максимальный размер образца составляет 150×100 мм [31]. Микроскопы фирмы «Ломо» Микроскоп стереоскопический МСП-2 предназначен для наблюдения мелких объектов и выполнения разнообразных тонких работ: препарирования, изучения горных пород, выполнения различных технологических операций. Микроскоп дает прямое и объемное изображение рассматриваемых объектов. Линейка новейших высококачественных стереоскопических микроскопов, пришедших на смену микроскопов МБС, снабжена ZOOM-системой, позволяющей в процессе наблюдений плавно изменять увеличение. Микроскоп выпускается с тринокулярной насадкой и окулярами 20х, что повышает увеличение микроскопа без изменения рабочего расстояния (рис. 5.3, табл. 5.3). Конструкция визуальной насадки обеспечивает разворот окулярных тубусов вокруг их осей для установки глазной базы наблюдателя в пределах от 55 до 75 мм. Окулярные тубусы снабжены диоптрийными механизмами на 5 дптр. 194 Рис. 5.3. Внешний вид стереоскопического микроскопа МСП-2 фирмы «Ломо» (Россия) [33] Т а б л и ц а 5.3 Характеристики микроскопа МСП-2 фирмы «Ломо» (Россия) [33] Параметры Тип Увеличение ZOOM-объектив Окуляры широкоугольные Источник проходящего света Источник отраженного света Визуальная насадка Габаритные размеры, мм Масса, кг Универсальная штанга: максимальный вынос оптической головки, мм: в горизонтальном направлении в вертикальном направлении габаритные размеры, мм масса, кг Значения Стерео 3,5х–180х 0,7х–4,5х WF 10х/20; WF 20х/10 Галогенная лампа (12 В, 15 Вт) Галогенная лампа с отражателем (12 В, 15 Вт) Бинокулярная или тринокулярная 240×320×360 6 320 300 240×310×400 13 Имеет очную цветопередачу и увеличенное поле зрения. Полное просветляющее покрытие всех оптических поверхностей делает изображение четким, ясным и контрастным по всему полю зрения. Конструкция крепления оптической головки на штанге обеспечивает возможность перемещать оптическую головку по высоте, в го195 ризонтальном направлении, а также наклонять относительно горизонтальной оси. Наличие окуляра со шкалой позволяет производить оценку линейных размеров исследуемых структур [33]. Микроскоп металлографический агрегатный серии ЕС МЕТАМ РВ предназначен для визуального наблюдения микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов в отраженном свете при прямом освещении в светлом и темном поле, а также для исследования объектов в поляризованном свете и методом дифференциально-интерференционного контраста. Микроскоп применяется в металлографических лабораториях научно-исследовательских институтов и предприятий металлургической, машиностроительной промышленности, а также в учебных заведениях (рис. 5.4, табл. 5.4). Рис. 5.4. Внешний вид металлографического микроскопа серии РВ фирмы «Ломо» [33] Металлографический микроскоп представляет собой инвертированный микроскоп с верхним расположением столика, который базируется на одном унифицированном штативе с агрегатно-модульными узлами. Различные варианты комплектации агрегатных узлов обеспечивают потребителю возможность выбора модели микроскопа в зависимости от специфики работы. На микроскопе ЕС МЕТАМ РВ21-1 можно фотографировать изображения объектов с помощью фотонасадки (в комплект не входит). Микроскоп изготавливается для работы в условиях УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150–69, т.е. для работы в макроклиматических районах с умеренным климатом, в лабораторных помещениях при температуре воздуха от 15 до 35 °С [33]. 196 Т а б л и ц а 5.4 Характеристики микроскопов серии РВ фирмы «Ломо» [33] Параметры Тип Значения Инвертированный Увеличение Диапазон перемещения предметного столика, мм: в продольном направлении в поперечном направлении Цена деления шкал, мм: предметного столика нониуса механизма микрометрической фокусировки Максимальная нагрузка, кг Источник света Питание микроскопа от сети переменного тока Габаритные размеры, мм Масса микроскопов, кг: ЕС МЕТАМ РВ-21-1 ЕС МЕТАМ РВ-21-2 50х–1 000х От 0 до 70 От 100 до 150 1 0,10 0,002 1 Лампа накаливания РН8-20-1 ~220 В, 50 Гц 370×290×280 7 8 Микроскоп прямого и отраженного света «Биолам М» предназначен для визуального наблюдения микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов при освещении их падающим светом в светлом и темном поле, проходящим светом в светлом поле и при комбинированном освещении (рис. 5.5, табл. 5.5). Рис. 5.5. Внешний вид металлографического микроскопа «Биолам М» фирмы «Ломо» [33] 197 Т а б л и ц а 5.5 Характеристики микроскопа «Биолам М» фирмы «Ломо» [33] Параметры Значения Тип Увеличение: в проходящем свете в отраженном свете 56х–600х 63х–600х Предметный столик Прямоугольный с координатным перемещением Источник питания Лампа КГМ12-100 Габаритные размеры, мм Масса, кг Прямой 600×300×450 14 Микроскоп может быть оборудован фотонасадкой [33]. Микроскопы металлографические инвертированные «Метам ЛВ-41» и «Метам ЛВ-42» предназначены для исследования микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов в отраженном свете в светлом поле при прямом и косом освещении, в темном поле, а также по методу дифференциально-интерференционного контраста (только «Метам ЛВ-41»), рис. 5.6, табл. 5.6. Рис. 5.6. Внешний вид металлографического микроскопа типа ЛВ фирмы «Ломо» [33] Комплект оптики микроскопа обеспечивает получение стандартных увеличений при визуальном наблюдении и фотографировании объекта на листовую и рулонную фотопленку. Шкалы и сетки, входящие в комплект микроскопа, дают возможность количественной оценки микроструктуры объекта по балльным шкалам. Микроскоп обеспечивает возможность вывода изображения объекта на телеэкран. 198 Т а б л и ц а 5.6 Характеристики микроскопов типа ЛВ фирмы «Ломо» [33] Параметры Увеличение микроскопа: при визуальном наблюдении при наблюдении и фотографировании на листовую фотопленку размером 9×12 см при фотографировании на рулонную фотопленку с размерами кадра 24×36 мм Увеличение объективов Увеличение окуляров Диапазон перемещения предметного столика, мм: в продольном направлении в поперечном направлении Цена деления шкал, мм: предметного столика нониуса механизма микрометрической фокусировки Максимальная нагрузка на предметный столик, кг Значения > 50х–1 500х > 50х–1 000х > 25х–500х > 5х, 10х, 20х, 50х и 100х > 10х, 15х > 0–40 > 100–130 >1 > 0,1 > 0,002 > 3,0 Питание ~ 220 В, 50 Гц Габаритные размеры, мм Масса микроскопа, кг: Метам ЛВ-41 Метам ЛВ-42 510×370×470 > 25 > 24 Область применения микроскопа – металлографические лаборатории научно-исследовательских институтов и предприятий металлургии и машиностроения. Возможно применение в других областях науки и техники. По ГОСТ 15150–69 микроскоп предназначен для работы в условиях УХЛ 4.2, т.е. для работы в макроклиматических районах с умеренным климатом, в лабораторных помещениях при температуре воздуха от 15 до 35 °С [33]. 5.2. Оборудование для исследования механических свойств Основными механическими свойствами являются прочность, твердость и др. Зная механические свойства, можно обоснованно вы199 бирать металл, обеспечивающий надежность и долговечность изделия при его минимальной массе. Микроинтерферометр МИИ-4М Бесконтактный оптический прибор МИИ-4М фирмы «Ломо» (Россия) предназначен для измерения параметров шероховатости полированных и доведенных поверхностей, а также для измерения толщин пленок (высоты уступов, образованных краем пленки и подложки). Интерференционную картину можно наблюдать как в белом, так и в монохроматическом свете и фотографировать на пленку фотокамерой, входящей в состав прибора (рис. 5.7, табл. 5.7). Рис. 5.7. Внешний вид микроинтерферометра МИИ-4М [35] Т а б л и ц а 5.7 Характеристики микроинтерферометра МИИ-4М [35] Параметры Диапазон измерения параметров шероховатости Rmax и Rz и толщины пленок, мкм Увеличение при визуальном наблюдении Линейное поле зрения в пространстве предмета, мм Габаритные размеры, мм Масса, кг Значения 0,1–0,8 500х 0,3 300×300×420 30 Микроинтерферометр позволяет производить измерения с помощью винтового окулярного микрометра МОВ-1-16x или фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-2-16x с автоматической обработкой результатов измерений. Использование микроинтерферометра с фотоэлектрическим окулярным микрометром дает возможность повысить точность изме200 рения параметров шероховатости в 2 раза, значительно сократить утомляемость оператора. Микроинтерферометр применяется в машиностроительной промышленности и в лабораториях научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами качества поверхностей [35]. Микротвердомер MicroMet 5101 Микротвердомер MicroMet 5101 (рис. 5.8, табл. 5.8) выпускается фирмой «Buehler» (Германия – США). Рис. 5.8. Внешний вид микротвердомера MicroMet 5101 фирмой «Buehler» [35] Аналоговый микротвердомер MicroMet 5101 оснащен поворотной револьверной головкой, на которой устанавливается один алмазный наконечник (Виккерс или Кнуп) и два объектива (10х и 50х). Цикл приложения нагрузки автоматизирован и запускается вмонтированной в корпус твердомера кнопкой. Время выдержки и значение нагрузки устанавливаются соответствующими ручками на корпусе прибора. Переход к системе измерения длины диагоналей отпечатка с помощью микрометрической головки после цикла приложения нагрузки и переход к повторению цикла приложения нагрузки осуществляется оператором. Измерительная головка микроскопа позволяет производить измерения диагоналей отпечатков в микронах. Перевод измеренных значений в числа твердости осуществляется по таблицам, входящим в комплектацию прибора [35]. 201 Т а б л и ц а 5.8 Характеристики микротвердомера MicroMet 5101 [35] Параметры Шкала Значения Микровиккерс Нагрузка, г 10–1 000 Тип прибора Аналоговый Тестовые нагрузки, г 10, 25, 50, 100, 200, 300, 500, 1 000 Тип турели Ручная Объективы Два: 10х и 50х Индентор Один (Виккерс или Кнуп) Управление нагружением Время приложения нагрузки, с Освещение Предметный стол Диапазон перемещения стола, мм Микровинты Автоматическое 5, 10, 15, 20, 25, 30 Галогеновая лампа с настраиваемой апертурой (50 Вт) Ручной двухкоординатный 25×25 Аналоговые Микротвердомер MicroMet 5114 Микротвердомер MicroMet 5114 (рис. 5.9, табл. 5.9) выпускается фирмой «Buehler» (Германия – США). Рис. 5.9. Внешний вид микротвердомера MicroMet 5114 фирмой «Buehler» [35] Цифровой микротвердомер MicroMet 5114 поставляется с выносным сенсорным LCD-пультом управления, который предназначен 202 для управления режимами работы твердомера, а также для проведения измерений с автоматическим расчетом значений твердости и накоплением статистики. Т а б л и ц а 5.9 Характеристики микротвердомера MicroMet 5114 [35] Параметры Шкалы Нагрузка, г Тип прибора Значения Виккерс, Кнуп Тип турели 1–2 000 Цифровой с выносным LCD-пультом управления 1, 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100, 200, 300, 500, 1 000, 2 000 Ручная Объективы Три: 10х, 50х и 100х Индентор Один (Виккерс или Кнуп) Тестовые нагрузки, г Управление нагружением Время приложения нагрузки, с Освещение Предметный стол Диапазон перемещения стола, мм Микровинты Автоматическое 1–30 Галогеновая лампа с настраиваемой апертурой (50 Вт) Ручной двухкоординатный 25×25 Цифровые с точностью 0,001 мм или аналоговые Прибор оснащен ручной поворотной револьверной головкой, на которой устанавливаются три объектива (10х, 50х и 100х) и один алмазный наконечник (Виккерс или Кнуп). Цикл приложения нагрузки автоматизирован и запускается с выносного LCD-пульта или вмонтированной в корпус твердомера кнопкой. Значение нагрузки устанавливается ручкой на корпусе прибора, остальные параметры настраиваются с выносного сенсорного пульта (включая яркость, время и скорость нагружения, коррекцию поверхности образца и ввод поправочного коэффициента, выбор шкалы и единиц измерения). Измерение отпечатков осуществляется полуавтоматическим способом: оператор при помощи окулярных нониусов определяет границы отпечатка, а рассчитанное значение твердости (с переводом в любую шкалу) отображается на LCD-пульте [35]. 203 Микротвердомер ПМТ-3М Микротвердомер ПМТ-3М фирмы «Ломо» (Россия) предназначен для измерения микротвердости сплавов методом вдавливания в испытуемый материал алмазного наконечника Виккерса с квадратным основанием четырехгранной пирамиды, обеспечивающей геометрическое и механическое подобие отпечатков по мере углубления индентора под действием нагрузки (рис. 5.10, табл. 5.10). Рис. 5.10. Внешний вид ультразвукового микротвердомера ПМТ-3М [35] Т а б л и ц а 5.10 Характеристики микротвердомера ПМТ-3М [35] Параметры Шкалы Нагрузка, г Значения Микровиккерс 2–500 Диапазон нагрузки, Н 0,0196–4,9 Диапазон нагрузки, кгс 0,002–0,500 Увеличение микроскопа микротвердомера 130х, 500х, 800х Габаритные размеры, мм, не более 270×290×470 Масса, кг, не более 22 У микротвердомера ПМТ-3М1 расширена область применения за счет использования дополнительных сменных наконечников: – четырехгранной пирамиды Кнупа с ромбическим основанием для измерения микротвердости тонких поверхностных слоев и особо хрупких материалов; – трехгранной пирамиды Берковича для измерения микротвердости твердых тел. 204 Измерение диагоналей отпечатков производят с помощью фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-1-16 с автоматической обработкой результатов измерения или с помощью винтового окулярного микрометра МОВ-1-16х. Управление нагрузками – ручное. Микроскоп микротвердомера позволяет осуществлять просмотр испытуемого объекта в светлом и темном поле [35]. Портативные твердомеры фирмы «ЦентрМЕТ» Портативные твердомеры фирмы «ЦентрМЕТ» (Россия) предназначены для измерения твердости металлов и сплавов по стандартизованным в России шкалам твердости: Роквелла (HRC), Бринелля (HB), Виккерса (HV) и Шора (HSD), рис. 5.11, табл. 5.11. Рис. 5.11. Внешний вид портативных твердомеров [35] Т а б л и ц а 5.11 Характеристики портативных твердомеров фирмы «ЦентрМЕТ» [35] Параметры Шкалы Нагрузка Модель твердомеров МЕТ-Д1 МЕТ-У1 МЕТ-УД1 Все Динамическая Ультразвуковая Динамическая Ультразвуковая Их основными возможностями являются: – наличие трех дополнительных шкал для калибровки шкал твердости (Роквелла «B», Супер-Роквелла, Лейба и др.); 205 – использование шкалы предела прочности на разрыв в соответствии с ГОСТ 22791–77 для определения предела прочности на растяжение изделий из углеродистых сталей перлитного класса путем автоматического пересчета со шкалы твердости Бринелля (HB); – подключение укороченных датчиков. В твердомере МЕТ-Д1 реализуется метод отскока. Принцип его действия основан на определении отношения скоростей индентора до и после соударения с поверхностью контролируемого изделия. Отличительные особенности твердомера МЕТ-Д1: – измерение твердости материалов с неоднородной, крупнозернистой структурой (при этом измеренная величина твердости не зависит от пространственного положения датчика); – малая чувствительность к кривизне и шероховатости измеряемой поверхности; – высокая производительность (30 измерений в минуту). Измерение изделий массой менее 3 кг или толщиной менее 12 мм возможно только при наличии смазки для притирки изделия к поверхности опорной плиты. В твердомере МЕТ-У1 реализуется метод ультразвукового контактного импеданса. Принцип его действия основан на определении частот свободных колебаний индентора (акустический резонатор с алмазной пирамидой Виккерса), находящегося под действием постоянного усилия 1,5 кгс/см2. Однако он имеет ограниченное использование для измерения изделий с крупнозернистой структурой или массой менее 10 г, или толщиной менее 1 мм. Данный твердомер может быть использован для измерения твердости: – любых по массе изделий толщиной от 1 мм – недоступное для динамических твердомеров (малые детали, тонкостенные конструкции, трубы, резервуары, стальные листы и т.д.); – без видимого отпечатка на поверхности изделия (зеркальные поверхности, шейки коленчатых валов, ножи); – металлических покрытий; – изделий сложной формы, в труднодоступных местах. Отличительной особенностью твердомера МЕТ-УД1 является то, что в нем реализуются методы отскока и ультразвукового контактного импеданса (UCI). Сочетание обоих методов позволяет проводить контроль всех изделий из металла. МЕТ-У1 имеет 2 сменных датчика – ультразвуковой и динамический. 206 У него отсутствуют ограничения при контроле твердости (по массе, конфигурации, структуре степени механической и термической обработки и др.). Позволяет оценить изменение твердости закаленного слоя по глубине изделия и влияние поверхностных напряжений. Принцип его действия основан на определении частот свободных колебаний индентора (акустический резонатор с алмазной пирамидой Виккерса), находящегося под действием постоянного усилия 1,5 кгс, а также на определении отношения скоростей индентора до и после соударения с поверхностью контролируемого изделия [35]. Твердомер MacroMet 5100R Твердомер MacroMet 5100R (рис. 5.12, табл. 5.12) выпускается фирмой «Buehler» (Германия – США). Рис. 5.12. Внешний вид твердомера MacroMet 5100R [34] Макротвердомер MacroMet 5100 построен по классической для Rockwell схеме нагружения образца и снабжен электронным блоком измерения. Модель MacroMet 5100RD работает со шкалами Rockwell, а модель MacroMet 5100TD – в двух диапазонах нагрузки: Rockwell и Rockwell Superficial. Уровень предварительной нагрузки зависит от используемой шкалы и составляет 3 кгс для шкал RockwellSuperficial и 10 кгс для шкал Rockwell, выбирается поворотом нагружающей головки в соответствующую позицию. Нагрузка прикладывается оператором вращением поворотной стойки стола. 207 Т а б л и ц а 5.12 Характеристики твердомера MacroMet 5100R [34] Параметры Тип прибора Шкалы Нагрузка, кг Основная нагрузка Предварительная нагрузка Индентор Держатели образца Габариты образца, мм: высота глубина Значения Полуавтоматический со светодиодным индикатором Роквелл, Бринелль 10–150 Rockwell Superficial 15, 30, 45 кгс / Rockwell 60, 100, 150 кгс Rockwell Superficial 3 кгс / Rockwell 10 кгс Алмазный конус: шкалы HRN, HRA, HRC, HRD Стальной шарик: 1/16" (шкалы HRT, HRF, HRB, HRG) D – 64 мм плоское и D – 40 мм V-образное основания До 140 122 Уровень основной нагрузки устанавливается вручную на корпусе прибора и составляет 15, 30, 45 кгс для шкал Rockwell Superficial и 60, 100, 150 кгс для шкал Rockwell. Основная нагрузка прикладывается нажатием клавиши на приборе, выдерживается и снимается автоматически. Измерение значения твердости осуществляется автоматически, результат высвечивается на светодиодном индикаторе в головной части прибора [34]. Твердомеры MacroVickers 5114 и SemiMacroVickers 5112 Твердомеры MacroVickers 5114 и SemiMacroVickers 5112 (рис. 5.13, табл. 5.13) выпускаются фирмой «Buehler» (Германия – США). Цифровые макротвердомер MacroVickers 5114 и SemiMacroVickers 5112 поставляются с выносным сенсорным LCD-пультом управления, который предназначен для управления режимами работы твердомера, а также для проведения измерений с автоматическим расчетом значений твердости и накоплением статистики. Приборы оснащены моторизованной поворотной головкой револьверного типа, на которой устанавливается наконечник в виде алмазной пирамидки по Виккерсу и два объектива (10х и 20х). Цикл приложения нагрузки автоматизирован и запускается с выносного LCD208 пульта или вмонтированной в корпус твердомера кнопкой. Значение нагрузки устанавливается ручкой на корпусе прибора, остальные параметры настраиваются с выносного сенсорного пульта (включая яркость, время и скорость нагружения, коррекцию поверхности образца и ввод поправочного коэффициента, выбор шкалы и единиц измерения). Рис. 5.13. Внешний вид твердомеров MacroVickers 5114 и SemiMacroVickers 5112 [34] Т а б л и ц а 5.13 Характеристики твердомеров MacroVickers 5114 и SemiMacroVickers 5112 [34] Параметры Модель твердомера MacroVickers 5114 Шкалы Нагрузка, кг SemiMacroVickers 5112 Виккерс 1–50 0,2–20 Тип прибора Цифровой с выносным LCD-пультом управления Тестовые нагрузки, кг 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50 0,2, 0,3, 0,5, 1, 2,5, 5, 10, 20 Тип турели Моторизованная Объективы Два: 10х и 20х Индентор Алмазная пирамидка по Виккерсу Управление нагружением Освещение Автоматическое Галогеновая лампа с настраиваемой апертурой (50 Вт) Измерение отпечатков осуществляется полуавтоматическим способом: оператор при помощи окулярных нониусов определяет границы отпечатка, а рассчитанное значение твердости (с переводом в любую шкалу) отображается на LCD-пульте [34]. 209 Твердомер ТР 5006 Прибор ТР 5006М фирмы «Точприбор» (Россия) предназначен для измерения твердости металлов и сплавов по методу Роквелла (рис. 5.14, табл. 5.14). Рис. 5.14. Внешний вид твердомера ТР 5006 [34] Т а б л и ц а 5.14 Характеристики твердомера ТР 5006 [34] Параметры Шкалы Нагрузка, кг Диапазон измерения твердости по методу Роквелла: шкала А, HRA шкала В, HRB шкала С, HRC Испытательные нагрузки, Н: предварительная общие, по методу Роквелла Пределы допускаемой погрешности испытательных нагрузок, %: предварительной общих: по методу Роквелла по методу Бринелля Пределы допускаемой погрешности прибора при поверке его образцовыми мерами твердости второго разряда МТР-1, соответствующие значениям: по шкале А мера твердости (83+3) HRA 210 Значения Роквелл, Бринелль 60–150 > 70–93 > 25–100 > 20–70 > 98,07 > 588,4; 980,7; 1 471 > ±2,0 ±0,5 ±1,0 ±1,2 Окончание табл. 5.14 Параметры по шкале В мера твердости (90+10) HRB по шкале С: мера твердости (25+5) HRC мера твердости (45+5) HRC мера твердости (65+5) HRC Пределы допускаемой погрешности прибора по величине перемещения индентора по шкалам D, Е, F, G, H, K, L, M, P, R, S, единицы твердости Роквелла Расстояние от вершины испытательного наконечника до рабочей плоскости стола регулируемое, мм Расстояние от центра отпечатка до корпуса прибора, мм Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Значения ±2,0 ±2,0 ±1,5 ±1,0 ±2,0 0–200 152 300 535 630 Прибор позволяет измерять твердость в соответствии со стандартами ИСО 2039-2, DIN 50103, ASTM E 18, TI. Дополнительно к прибору может быть подсоединена грузовая подвеска для измерения твердости по методу Бринелля по ГОСТ 9012 с нагрузками, Н: 612,9; 980,7; 1 226; 1 839 [34]. Твердомеры ТР 5014 и ТР 5014-01 Твердомеры ТР 5014 и ТР 5014-01 фирмы «Точприбор» (Россия) предназначены для измерения твердости по методу Роквелла металлов и сплавов по ГОСТ 9013. Приборы позволяют измерять твердость в соответствии с ИСО 6508, ДИН 50103 и АСТМ Е 18 (рис. 5.15, табл. 5.15). Рис. 5.15. Внешний вид твердомеров ТР 5014 и ТР 5014-01 [34] 211 Т а б л и ц а 5.15 Характеристики твердомеров ТР 5014 и ТР 5014-01 [34] Параметры Шкалы Нагрузка, кг Диапазон измерения твердости по методу Роквелла: шкала А, HRA шкала В, HRB шкала С, HRC Испытательные нагрузки, Н (кгс): предварительная общие Пределы допускаемой погрешности испытательных нагрузок, %: предварительной общей Пределы допускаемой погрешности прибора при поверке его образцовыми мерами твердости 12-го разряда, единицы твердости: по шкале А мера твердости (83±3) HRA по шкале В мера твердости (90±10) HRB по шкале С: мера твердости (25±5) HRC мера твердости (45±5) HRC мера твердости (65±5) HRC Цена деления отсчетного устройства – индикатора часового типа, единицы твердости Время выдержки образца под действием общей нагрузки, с Расстояние от вершины испытательного наконечника до рабочей поверхности стола изменяемое, мм Расстояние от оси испытательного наконечника до стенки корпуса, ограничивающей размер испытуемого изделия, мм, не менее Максимальная мощность, Вт (питание): ТР 5014 ТР 5014-01 Габаритные размеры (длина×ширина×высота), мм Масса, кг: ТР 5014 ТР 5014-01 212 Значения Роквелл, Бринелль 60–150 70–93 25–100 20–70 98,07 (10) 588,4; 980,7; 1 471 (60; 100; 150) ±2,0 ±0,5 ±1,2 ±2,0 ±2,0 ±1,5 ±1,0 0,5 0–99 0–200 152 60 (220 В, 50 Гц) 80 (220 В, 50 Гц) 220×535×630 85 92 Приборы имеют электромеханический привод приложения и снятия основной нагрузки. Широкий диапазон измерения твердости по 15 шкалам Роквелла обеспечивается инденторами: алмазным наконечником и шариками диаметрами 1,588; 3,175; 5; 6,35; 10; 12,7 мм. Смена нагрузок производится поворотом рукоятки. Оснащен подсветкой места испытания. Прибор ТР 5014-01 дополнительно имеет автоматическое приложение основной нагрузки и математическую обработку и разбраковку результатов измерения [34]. Твердомер ТБ 5004 Твердомер ТБ 5004 фирмы «Точприбор» (Россия) предназначен для измерения твердости металлов в двух режимах: по методу Бринелля и по глубине отпечатка (рис. 5.16, табл. 5.16). Рис. 5.16. Внешний вид твердомера ТБ 5004 [34] Измерение твердости по методу Бринелля осуществляется в соответствии с ГОСТ 9012, измерение диаметра отпечатка – с помощью микроскопа МПБ-3 с осветителем, входящим в комплект прибора. По глубине восстановленного отпечатка с возможностью разбраковки изделий на группы твердости измерение осуществляется с помощью встроенного стрелочного индикатора с указателями (ТБ 5004) или электрического датчика с электронным блоком с цифровым табло и математической обработкой результатов (ТБ 5004-03). Разбраковка возможна с использованием одной из двух измерительных баз: поверхности стола прибора или поверхности детали (с помощью специального упора). 213 Т а б л и ц а 5.16 Характеристики твердомера ТБ 5004 [34] Параметры Значения Шкала Бринелль Нагрузка, кг Диапазон измерения твердости: при использовании микроскопа: наконечники со стальными шариками твердосплавными шариками при использовании электронного блока: наконечники со стальными шариками твердосплавными шариками Погрешность измерения твердости по мерам 2-го разряда, %: (100±25) HB (200±50) HB (400±50) HB 187,5–3 000 Испытательные нагрузки, Н Дополнительная подвеска, кН Предел допускаемой относительной погрешности испытательных нагрузок, % Предел допускаемой погрешности, с, при длительности выдержки образца под нагрузкой от 5 до 300 с Расстояние от оси наконечника до корпуса, мм Максимальное расстояние от наконечника до стола, мм Максимальная мощность, кВт (питание): ТБ 5004 ТБ 5004-0,3 Габаритные размеры (длина×ширина×высота), мм: ТБ 5004 ТБ 5004-0,3 (электронного блока) Масса, кг: ТБ 5004 ТБ 5004-0,3 (электронного блока) 4–450 HB 4–650 HBW 16–450 HB 95–650 HBW ±5 ±4 ±4 1,839; 2,452; 4,903; 7,355; 9,807; 14,71; 29,42 0,9807; 1,226 ±1 ±3 120 250 0,18 (380 В, 50 Гц) 0,24 (380 В, 50 Гц) 840×375×920 800×330×950 (235×185×120) 205 200 (3) Приборы – стационарные, настольные. Привод – электромеханический, цикл измерений – автоматический [34]. 214 Твердомер ИТ 5010(М) Твердомер ИТ 5010(М) (рис. 5.17, табл. 5.17) выпускается фирмой «Точприбор» (Россия). Прибор ИТ 5010 – без электронной отсчетной системы, прибор ИТ 5010-01М – с электронной отсчетной системой. Электронная отсчетная система позволяет производить: – разбраковку изделий на группы твердости (меньше, норма, больше); – математическую обработку результатов измерения; – нахождение наибольшего и наименьшего значений в серии; – определение среднего значения в серии; – определение размаха показаний. Рис. 5.17. Внешний вид твердомера ИТ 5010(М) [34] Т а б л и ц а 5.17 Характеристики твердомера ИТ 5010(М) [34] Параметры Шкалы Нагрузка, кг Диапазон измерения твердости: по методу Виккерса HV по методу Бринелля HB Испытательные нагрузки, Н (кгс) Пределы допускаемой погрешности испытательных нагрузок прибора, % Значения Виккерс, Бринелль 5–250 8–2 000 5,6–450 49,03; 98,07; 153,2; 196,1; 245,2; 294,2; 490,3; 612,9; 980,7; 1 226; 1 839; 2 452 (5; 10; 15,6; 20; 25; 30; 50; 62,5; 100; 125; 187,5; 250) ±1 215 Окончание табл. 5.17 Параметры Значения Время выдержки образцов под нагрузкой, с Увеличение: оптической системы микроскопа Цена деления шкалы, мм: измерительного устройства встроенной оптической системы нониуса микрометрического винта переносного микроскопа Максимальная высота рабочего пространства без защитных стаканов, мм Расстояние от оси испытательного наконечника до корпуса, мм Число разрядов цифрового табло прибора ИТ 5010-01М Максимальная мощность, кВт (питание): ИТ 5010 ИТ 5010-01М Габаритные размеры, мм Масса, кг: ИТ 5010 ИТ 5010-01М 1–180 120х 25х, 50х 0,1 0,01 0,001 0,02 и 0,04 150 150 4 60 (220 В, 50 Гц) 90 (220 В, 50 Гц) 635×335×810 140 138 Цифровое табло служит для считывания результатов измерения и визуального наблюдения за введением необходимых данных. Прибор имеет выход на ЭВМ и печать. Сертификат Госстандарта России № 18328 [34]. Разрывная машина ИР 5040-5-10 Машина ИР 5040-5-10 фирмы «Точприбор» (Россия) электромеханическая, универсального назначения для испытания образцов цветных металлов и изделий (в том числе проволоки и ленты с использованием специальных захватов) на растяжение, сжатие и изгиб (рис. 5.18, табл. 5.18). Определяются следующие характеристики механических свойств материалов (по ГОСТ 1497): временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение, истинное сопротивление разрыву. 216 Рис. 5.18. Внешний вид разрывной машины ИР 5040-5-10 [36] Т а б л и ц а 5.18 Характеристики разрывной машины ИР 5040-5-10 [36] Параметры Значения Наибольшая предельная нагрузка, кН Пределы допускаемой погрешности измерения нагрузки, % (в диапазоне нагрузок, кН) Скорость перемещения активного захвата, мм/мин (два диапазона, 24 фиксированные скорости) Номинальная цена единицы наименьшего разряда: при индикации нагрузки, Н при измерении перемещения активного захвата, мм Ход подвижной траверсы без захватов, мм 5 Ширина рабочего пространства, мм Максимальная мощность, кВт (питание) Габаритные размеры, мм: установка испытательная стойка приборная Масса, кг: установка испытательная стойка приборная ±1 (от 0,2 до 5) От 0,2 до 200 От 1 до 1 000 0,1 0,01 1 000 400 0,8 (380 В, 50 Гц) 800×840×2 000 1305×585×790 235 100 Машины выдают протокол результатов испытаний. Сертификат Госстандарта России № 18329. Машины устанавливаются на виброопорах, специальный фундамент не требуется. В комплект машин входят: – испытательная установка, 217 – приборная стойка, – пульт оператора (микропроцессор) ПО-3, – захваты рычажно-винтовые ЗРВ-5, – измеритель силы тензорезисторный, – принтер (для модели ИР 5040-5-10), – программно-технический комплекс (для моделей 5040-5-11 и 5040-5-12), – измеритель деформации УИД 700-2 (для модели ИР 5040-5-12). Машина модели ИР 5040-5-11 позволяет программными методами определить предел текучести условный (сигма 0,2) и физический. Машина модели ИР 5040-5-12 дает возможность проводить стандартные испытания резиновых образцов с использованием УИД 700-2. Дополнительно в комплект могут входить захваты рычажноклещевые ЗРК-5, ЗРК-0,5, приспособления ПР-5-5040, система температурных испытаний и динамометры образцовые ДОСМ-3 и ДОРМ-3 для поверки [36]. Разрывная машина ИР 5047-50-10 Разрывная машина ИР 5047-50-10 фирмы «Точприбор» (Россия) электромеханическая, универсального назначения для испытания образцов цветных металлов и изделий (труб и др.) на растяжение, сжатие и изгиб (рис. 5.19, табл. 5.19). Рис. 5.19. Внешний вид разрывной машины ИР 5047-50-10 [36] Устанавливаются на виброопорах, специальный фундамент не требуется. 218 Т а б л и ц а 5.19 Характеристики разрывной машины ИР 5047-50-10 [36] Параметры Наибольшая предельная нагрузка, кН Пределы допускаемой погрешности измерения нагрузки, % (в диапазоне нагрузок, кН) Скорость перемещения активного захвата, мм/мин Диапазон задания скоростей перемещения подвижного захвата (два диапазона, 24 фиксированные скорости), мм/мин Номинальная цена единицы наименьшего разряда: при индикации нагрузки, Н при измерении перемещения активного захвата, мм Ход подвижной траверсы без захватов, мм Ширина рабочего пространства, мм Максимальная мощность (питание), кВт Габаритные размеры, мм: установка испытательная стойка приборная Масса, кг: установка испытательная стойка приборная Значения 50 ±1 (от 2 до 50) От 0,1 до 100 От 80 до 800 и от 0,5 до 500 1 0,01 800 400 1,05 (380 В, 50 Гц) 900×840×2030 1 305×585×790 330 100 Комплектность основной поставки: испытательная установка, приборная стойка, пульт оператора (микропроцессор) ПО-3, захваты клиновые, измеритель силы тензорезисторный, принтер (для модели ИР 5047-50-10), программно-технический комплекс в составе ПЭВМ, программа (для модели ИР 5047-50-11). Дополнительная поставка: универсальные клиновые захваты ЗКУ-50КТ, приспособления для испытания на изгиб ПР-50И и сжатие ПР-50С, измеритель деформации ИДН-0,5/50, система температурных испытаний, динамометры образцовые ДОСМ-3 и ДОРМ-3 для поверки. Определяются следующие характеристики механических свойств материалов (по ГОСТ 1497 и ГОСТ 10006): временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение, истинное сопротивление разрыву. Машина модели ИР 5047-50-11 позволяет дополнительно программными методами определить предел текучести условный (сигма 0,2), модуль упругости. 219 Машины выдают протокол результатов испытаний. Сертификат Госстандарта России № 6726. Копер маятниковый ИО 5003-0,3-10 Копер маятниковый ИО 5003-0,3-10 фирмы «Точприбор» (Россия) предназначен для испытания образцов из металлов и сплавов на двухопорный изгиб (метод Шарпи) по ГОСТ 9454 (рис. 5.20, табл. 5.20). Рис. 5.20. Внешний вид копра маятникового [32] Т а б л и ц а 5.20 Характеристики копров маятниковых [32] Параметры Наибольший запас потенциальной энергии, Дж Диапазон измерения энергии при запасе потенциальной энергии маятников, Дж: 150 300 Цена деления аналогового отсчетного устройства при запасе потенциальной энергии маятников, Дж: 150 300 Дискретность цифрового отсчетного устройства, Дж: 150 300 220 Модель копра ИО 5003-0,3-10 ИО 5003-0,3-11 300 15–120 30–240 0,5 1,0 – – 0,1 0,1 Окончание табл. 5.20 Параметры Пределы допускаемой абсолютной погрешности, Дж: по аналоговому отсчетному устройству 150 300 по цифровому устройству: 150 300 Допускаемое отклонение запаса потенциальной энергии маятников от номинального значения, % Потеря энергии при свободном качании маятника за половину полного колебания, % Скорость движения маятника в момент удара, м/с Максимальная мощность, кВт (питание) Габаритные размеры испытательной установки с ограждениями, мм Масса, кг, не более: установки испытательной приборной стойки Модель копра ИО 5003-0,3-10 ИО 5003-0,3-11 ±1,5 ±3,0 ±1,5 ±3,0 ±0,5 ± 0,5 5±0,5 0,38 (380 В, 50 Гц) и от сети сжатого воздуха с давлением от 0,35 до 1,0 МПа 2 100×800×1 620 750 25 Устанавливаются на фундаменте. В комплект копров входят: – испытательная установка (для модели ИО 5003-0,3-10); – пульт оператора (микропроцессор) ПО-3Т; – принтер; – приборная стойка (для модели ИО 5003-0,3-11). Дополнительная в состав могут входить компрессор, криокамера ККМ-1М. Подъем маятника в верхнее положение (фиксация заданного угла зарядки маятника) осуществляется автоматически с помощью пневматического устройства. Результат испытания (величина энергии, затраченной на разрушение образца) фиксируется на аналоговой шкале (модели ИО 5003-0,3-10 и ИО 5003-0,3-11) и на блоке цифровой индикации (модель ИО 5003-0,3-11). Ударная вязкость рассчитывается автоматически на блоке ПО-3Т (модель ИО 5003-0,3-11). Сертификат Госстандарта России № 18464 [32]. 221 Аппарат для подготовки образцов для определения индекса плотности 3vt Данный прибор используется для подготовки образцов расплава алюминия, закристаллизованных под вакуумом и под атмосферным давлением (рис. 5.21, табл. 5.21). Рис. 5.21. Общий вид аппарата 3vt [64] Т а б л и ц а 5.21 Характеристики аппарата для подготовки образцов для определения индекса плотности 3vt [34] Параметры Вакуум, мбар Значения До 80 Нагреватель, Вт 550 Точность измерений, г/см3 ±0,01 Интерфейс RS232C Температура среды, ºС 0–40 Питание Габаритные размеры, мм Масса, кг 100–240 В, 50 Гц 590×570×320 42 Для этого образец расплава, примерно 80 г, кристаллизуют под низким давлением и определяют его плотность, взвешивая под водой и на воздухе (для этих целей можно использовать, например, весы MK2200) [34]. 222 5.3. Оборудование для элементного анализа сплавов Знание элементного анализа исходных шихтовых материалов позволяет получать сплавы нужного качества. Современное оборудование для спектрометрии дает возможность быстро и эффективно оценивать не только элементный состав готового сплава, но и его качество в процессе приготовления. Спектрометр GS1000 Спектрометр GS1000 (рис. 5.22, табл. 5.22) выпускается фирмой «OBLF» (Германия). Рис. 5.22. Внешний вид спектрометра GS1000 [37] Т а б л и ц а 5.22 Параметры спектрометра «GS1000» [37] Характеристики Оптическая система Вакуумная система Штатив Описание или значение Система Пашена–Рунге с радиусом 500 мм, располагающаяся в вакуумной камере; с температурной стабилизацией. Виброзащищенная конструкция, скорректированная на астигматизм и аберрацию кома. Дифракционная решетка, зависящая от аналитической задачи. Разрешающая способность, зависящая от решетки и порядка отражения для соответствующей выходной щели Вакуумная камера из легкого сплава. Высокоэффективный 2-ступенчатый вакуумный насос с защитой от обратного тока масла. Микропроцессорное управление работой вакуумного насоса. Вакуумный насос, работающий менее 5 % времени. Конструкция оптимизирована для низкого расхода аргона. Самоочистка штатива и электрода импульсом потока аргона (между анализами аргон не продувается). Срок службы электрода – до 100 000 анализов. Пневматический прижим пробы. Исключительно быстрая смена проб 223 Продолжение табл. 5.22 Характеристики Описание или значение Электропитание Искровой генератор 230 В ± 10 %, 50 Гц Работа в режиме униполярной искры (частота разряда до 1 кГц с программируемыми параметрами) под управлением компьютера. Не нуждается в обслуживании. Без вспомогательного разрядника. Изменение параметров искрового разряда применительно к разным аналитическим задачам. С защитой от короткого замыкания. Управляющая и обрабатывающая электроника. Экранирован от электрических полей и в герметичном корпусе. Связь между блоками по световодам. Интегратор истинных значений. Многопроцессорная электронная система (ESI). USB-интерфейс для связи с персональным компьтером (ПК) Установка всех модулей на разъемах с направляющими полозьями. Электропитание фотоумножителей – стабилизация лучше, чем 0,2 % IBM – совместимый компьютер. Процессор Intel Pentium 4. Цветной 17" LCD-монитор. Многофункциональная клавиатура. Мышь. Лазерный принтер Управляется системой меню. Автоматический выбор аналитической программы. Автоматическая самодиагностика важнейших параметров прибора. Контроль воспроизводимости. Результаты анализа в весовых процентах. Определение марки. Контроль соответствия марке. Автоматическая рекалибровка. Автоматическое профилирование. Сохранение результатов анализа. Автоматическая идентификация материала проб. Распечатка протоколов анализа (формы настраиваются). Встроенный контроль качества анализов. Доступ к разным частям программы по паролю. Графическое представление аналитического сигнала, анализ каждого пика разряда. Контроль профиля линий. Встроенная программа множественной регрессии. Интерпретатор математических формул. Передача данных на другой компьютер Электронные блоки Компьютерная система Программное обеспечение Максимальное количество аналитических каналов 224 30 Окончание табл. 5.22 Характеристики Аргон: расход, м3/ч давление, атм Максимальная потребляемая мощность, кВт Габаритные размеры, мм Масса нетто, кг Описание или значение 4,8 3 1 500 600×1 100×1 250 330 Вакуумный оптический эмиссионный спектрометр для высокоточного анализа металлов на одной основе (например, алюминиевой). Способен решить широкий круг практических задач небольшого и среднего литейного производства. Спектрометр VeOS Спектрометр VeOS (рис. 5.23, табл. 5.23) выпускается фирмой «OBLF» (Германия). Рис. 5.23. Внешний вид спектрометра VeOS фирмой «OBLF» (Германия) [37] Достоинствами спектрометра являются: оптимизированная система расположения датчиков; высочайшая чувствительность в коротковолновом диапазоне посредством задней иллюминации; автоматическая система вакуумного контроля; безмасляный насос; низкий расход аргона; запатентованная система очистки аргона; цифровой контроль расхода аргона; цифровой, полностью полупроводниковый контроль искры. 225 Т а б л и ц а 5.23 Характеристики спектрометра VeOS [37] Параметры Оптическая система Значения Схема Пашена–Рунге Температурный диапазон, ºС До +5 Разрешение, пм/пиксель 7–50 Спектральный диапазон, нм 130–680/780 Количество типов твердотельных датчиков Частота искрового разряда, Гц Габаритные размеры, мм Масса, кг 3 До 1 000 740×1 340×1 150 Около 300 Спектрометр VeOS – вакуумный оптико-эмиссионный спектрометр с полупроводниковыми детекторами нового поколения. Их разрешение не уступает фотоэлектронным умножителям [37]. Спектрометр АРГОН-5 Спектрометр АРГОН-5 (рис. 5.24, табл. 5.24) выпускается фирмой «Спектрософт» (Россия). Рис. 5.24. Внешний вид спектрометра АРГОН-5 [37] Т а б л и ц а 5.24 Параметры спектрометра АРГОН-5 [37] Характеристики Описание Оптическая Схема Пашена–Рунге. схема Фокусное расстояние 330 мм. Линейная дисперсия 1,5 нм/мм. Управление электроникой оптического блока через шину USB. Автоматическое профилирование и учет дрейфа 226 Окончание табл. 5.24 Характеристики Вакуумная система Система возбуждения спектра Система управления и обработки Программное обеспечение Описание Безмасляный вакуумный насос. Компьютерный контроль вакуума Низковольтная униполярная искра в атмосфере аргона. Компьютерный контроль частоты разрядов, напряжения, энергии импульсов. Открытый дизайн столика. Несменяемый вольфрамовый электрод. Приспособления для измерения проволоки и прутков Встроенный промышленный компьютер. Операционная система Windows XP. Выход на монитор и принтер. Возможность подключения к сети предприятия и Internet. Перенос результатов измерений с помощью USB-drive Совместимые с Windows98/2000/XP. Графическое представление спектра. База данных спектральных линий для качественного анализа. Автоматическое профилирование и учет дрейфа. Контроль за процессом обыскривания, предупреждение о дефектных образцах. Индивидуальный учет спектрального фона для каждой линии. Использование нескольких спектральных линий и линий сравнения для каждого элемента. Учет межэлементных аддитивных и мультипликативных влияний. Учет разбавления основы. Одно- и двухточечная рекалибровка. Ведение журнала измерений и создание отчетов в формате Word. Встроенная сортировка по маркам ГОСТов АРГОН-5 – компактный универсальный настольный эмиссионный спектрометр для экспрессного анализа химического состава цветных сплавов [37]. Экспресс-анализатор содержания водорода в алюминии ALU Compact Экспресс-анализатор содержания водорода в алюминии ALU Compact (табл. 5.25) поставляется ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ» (Россия). Это простой в использовании, компактный анализатор содержания водорода в алюминиевых сплавах. Основан на методе «первого пузырька». 227 Т а б л и ц а 5.25 Характеристики экспресс-анализатора содержания водорода в алюминии ALU Compact [64] Параметры Значения 3 0,05–99,9 3 Воспроизводимость, см /100 г 0,02 3 Разрешение, см /100 г 0,01 Время измерения, мин Менее 1 Диапазон измерений, см /100 г Интерфейс RS232 или LAN Питание 220 В, 50 Гц Габаритные размеры, мм 680×460×430 Масса, кг 50,6 Вся процедура анализа занимает меньше одной минуты. На данный момент ALU Compact и ALU Speed Tester – самые экспрессные из представленных на рынке приборов [67]. Многофункциональный анализатор качества алюминия ALU Speed Tester Многофункциональный анализатор качества алюминия ALU Speed Tester (табл. 5.26) поставляется ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ» (Россия). Т а б л и ц а 5.26 Характеристики анализатора качества алюминия ALU Speed Tester [67] Параметры Значения Диапазон измерений, см3/100 г 0,05–99,9 Воспроизводимость, см3/100 г 0,02 Разрешение, см3/100 г 0,01 Время измерения, мин Менее 1 Интерфейс RS232 или LAN Вакуум, мбар 0–150 Питание 220 В, 50 Гц Габаритные размеры, мм 680×460×430 Масса, кг 228 50,6 Анализатор предназначен для определения содержания водорода (аналогичен ALU COMPACT), пробоподготовки для анализа индекса плотности и для визуального анализа неметаллических включений [67]. Установка непрерывного измерения содержания водорода CHAPEL PORtable Установка непрерывного измерения содержания водорода CHAPEL PORtable (табл. 5.27) выпускается ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ» (Россия). Т а б л и ц а 5.27 Характеристики установки CHAPEL PORtable [67] Параметры Диапазон измерений, см3/100 г Значения 0–99,9 Точность, см3/100 г ±0,015 Разрешение, см3/100 г 0,01 Время измерения, мин RS232 Питание 220 В, 50 Гц Габаритные размеры, мм 445×350×310 Масса, кг 18,7 Данная установка компактна и проста в обращении, что позволяет использовать ее в цеху. В центре расположены два отдельных дисплея, облегчающих работу оператора. Обеспечивает возможность непрерывного измерения. Имеется конструкция щупа, который ведет себя в расплавленном металле подобно искусственному пузырьку и обладает высокой стойкостью благодаря устойчивости к температурному шоку [67]. Установка для измерения содержания водорода в алюминии Установка для измерения содержания водорода в алюминии (рис. 5.25, табл. 5.28) поставляется фирмой «Zhejiang Wanfeng Technology Development Co., Ltd.» (Россия). 229 Рис. 5.25. Внешний вид установки для измерения содержания водорода [11] Т а б л и ц а 5.28 Характеристики установки для измерения содержания водорода [11] Параметры Габаритные размеры, мм Значения 550×450×900 Масса, кг 60 Масса образца, г 100 Быстрота эвакуации, л/с 27 Сфера вакуума (регулируемая), кПа –100~7,3 Время на загустение, мин <5 Мощность двигателя вакуумного насоса, кВт 0,37 Установка использует вакуумную технику, чтобы быстро осуществлять газовыделение из жидкого образца. При застывании эти образцы могут измеряться по сравнению массы образцов при одинаковом стандарте, определять содержание водорода в жидком алюминии [11]. 230 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Almеx USA [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.metmat.net/producers/303 2. Altek : Products / Electromagnetic Furnace Stirring [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.altek-al.com/electromagnetic _furnace_stirring.asp 3. Drache [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.drache-gmbh.de 4. Metals & Materials CO : SELEE Corporation [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.metmat.net/producers/3017/# 5. Metals & Materials CO : Tardis Recycling Ltd. [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.metmat.net/producers/3018/ 6. PreciMeter АВ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.metmat.net/producers/3015 7. Pyrotek : SIVEX [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.pyrotek.info/documents/datasheets/555_-_SIVEX_-_R4.pdf 8. Pyrotek : Повышение производительности при литье цилиндрических слитков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.pyrotek.info/documents/brochure/873_Billet_Casting_(Russia) .pdf 9. Pyrotek [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.pyrotek.info/browse.php?loc=aluminium&id=2 10. Pyrotek на сайте Российской ассоциации литейщиков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ruscastings.ru/work/ 168/5615/178/5742 11. Shengzhen Beya Foundry Manufacturer Co., Ltd: Установки для измерения содержания водорода [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wffoundry.ru/3-hydrogen-tester-5.html 12. StrikoWestofen GmbH на сайте Российской ассоциации литейщиков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ruscastings.ru/work/168/170/177/2906 13. Wagstaff: Billet Casting [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page=billet_casting&a=29 14. Wagstaff: Casting Machines Литейная машина Вагстафф ShurCast™ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/casting_machines 231 15. Wagstaff: Литейная система Вагстафф для цилиндрических слитков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page=billet_casting&a=14 16. Wagstaff: Литье прокатных слитков по технологии Вагстафф. Литейная система Вагстафф для прокатных слитков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/ index.php?page=ingot_casting&a=4 17. Wagstaff: Литье прокатных слитков по технологии Вагстафф. Регулирование уровня металла в кристаллизаторе [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php? page=ingot_casting&a=28 18. Wagstaff: Литьё прокатных слитков по технологии Вагстафф. Стандартный струйный кристаллизатор [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page=ingot_ casting&a=5 19. Wagstaff: Литье прокатных слитков по технологии Вагстафф. Технология LHC для литья прокатных слитков с низким уровнем металла [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page=ingot_casting&a=7 20. Wagstaff: Литье прокатных слитков по технологии Вагстафф. Технология литья прокатных слитков Epsilon™ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page= ingot_casting&a=6 21. Wagstaff: Литье цилиндрических слитков. Литьё цилиндрических слитков по технологии Вагстафф [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/billet_casting 22. Wagstaff: Литье цилиндрических слитков. Системы для монтажа литейного стола [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wagstaff.com/index.php?page=billet_casting&a=3 23. Zhejiang Wanfeng Technology Development Co., Ltd: установка для рафинирования жидкого алюминия модели WFJL800 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ldpcmachineru. com/3-vertical-degasser-3.html 24. Zhejiang Wanfeng Technology Development Co., Ltd: установки для рафинирования жидкого алюминия модели WFJL1000 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.wffoundry.ru/ 3-horizontal-degasser-4.html 25. Азиатские Промышленные Технологии: индукционные плавильные комплексы на емкость от 180 до 6000 кг [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.asianit.ru/catalog/-/id/38 232 26. АЛМАГ (ALMAG): Оборудование и технологии для алюминиевой промышленности: газовые печи отражательного типа для плавки, выдержки, раздачи алюминиевого расплава и гомогенизации слитков; машины для полунепрерывного литья круга и изготовления чушки; экструзионные прессы, вспомогательное оборудование и комплексные линии для производства алюминиевых профилей [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.rsl.npp.ru/firms/ ruscast/ruscasting_7537.html 27. Загруднюк, А. А. Конструкции и работа машин литейного производства : учеб. пособие / А. А. Загруднюк, А. П. Никифоров, В. А. Кондрашов ; под ред. В. М. Алексанрова. – Челябинск : ЧГТУ, 1991. – Ч. 1. – 55 с. 28. ЗАО «МИУС»: Печи для плавки алюминия серии САТ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.zaomius.ru/ thermal/products/detail.php?ID=1761 29. Исследовательский центр «Модификатор» : Микроструктура [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.modificator.ru/ terms/microstructure.html 30. Кемика: приборы & решение: Carl Zeiss – Германия [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/ vcd-8/catalog.html 31. Кемика: приборы & решение: Carl Zeiss – Германия [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://www.kemika.ru/ vcd-9/catalog.html 32. Кемика: приборы & решение: Копры [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/vcd-54/catalog.html 33. Кемика: приборы & решение: Ломо – Россия [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/vcd-10/catalog.html 34. Кемика: приборы & решение: Макро [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/vcd-13/catalog.html 35. Кемика: приборы & решение: Микро [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/vcd-12/catalog.html 36. Кемика: приборы & решение: Разрывные машины [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/ vcd-6/catalog.html 37. Кемика: приборы & решение: Спектрометрия [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kemika.ru/vcd-3/catalog.html 38. Конструкции и принцип работы машин литейного производства для изготовления разовых форм : атлас конструкций / 233 Л. И. Мамина, В. Г. Бабкин, В. Н. Баранов [и др.]. – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – 324 с. 39. Миксер-копильник (электропечь) сопротивления САНМ-45И1 фирмы СпецТехРесурс [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.laborant.ru/eltech/12/0/0/25-95.htm 40. Миляев, А. Ф. Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов : учеб. пособие / А. Ф. Миляев. – Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 2001. – 156 с. 41. Могилев, В. К. Справочник литейщика : справ. для проф. обучения рабочих на производстве / В. К. Могилев, О. И. Лев. – М. : Машиностроение, 1988. – 272 с. 42. Научно-производственное предприятие «Литейный двор» на сайте Российской ассоциации литейщиков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ruscastings.ru/work/168/170/430/5337 43. Научно-производственный центр магнитной гидродинамики: готовая продукция [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://npcmgd.com/production/ready/id/15 44. ОАО «Сибэлектротерм» [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.sibelectrotherm.ru/index.html 45. ОАО «Сибэлектротерм» на сайте РАЛ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ruscastings.ru/work/168/5615/ 178/7846 46. ОАО «Сибэлектротерм»: поворотные отражательные миксеры сопротивления для алюминиевых сплавов [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.sibelectrotherm.ru/3_6.html 47. ОАО «Электропечь»: печи тигельные наклонные [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.electropech.biysk.ru/ epech.phtml?tree=3&ind=18 48. ОАО «Электропечь»: печи тигельные стационарные [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.electropech.biysk.ru/ epech.phtml?tree=3&ind=17 49. ОАО Новозыбковский завод ИНДУКТОР: печи сопротивления для плавки алюминия (цинка) САТ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.nzi.ru/index.php?option=com_content&view= article&catid=40&id=75#КОНСТРУКЦИЯ 50. ООО «Металлокомплекс»: конвейер КР01 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ kr01/ 234 51. ООО «Металлокомплекс»: конвейер КР15 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ kr15-2 52. ООО «Металлокомплекс»: конвейер КРН01 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ krn01/ 53. ООО «Металлокомплекс»: конвейер КРН02 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ krn02 54. ООО «Металлокомплекс»: конвейер КРН10 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ mr08-10 55. ООО «Металлокомплекс»: конвейер МР08.10 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ mr08-10 56. ООО «Металлокомплекс»: конвейер МР09.12 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/konvejjery/ mr09-12/ 57. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-01 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/ produkciya/plavilnye-pechi/pech-plavilnaya-mkpa-1 58. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-02 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/ produkciya/plavilnye-pechi/tigelnaya-pech-mkpa-02 59. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-03 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/ produkciya/plavilnye-pechi/pech-plavilnaya-mkpa-3 60. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-04 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/ produkciya/plavilnye-pechi/plavilnaya-pech-mkpa-04/ 61. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-05 (МКПМ-05) [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/produkciya/plavilnye-pechi/pech-plavilnaya-mkpa-05/ 62. ООО «Металлокомплекс»: плавильная печь МКПА-06 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mcomplex.ru/ produkciya/plavilnye-pechi/pech-plavilnaya-mkpa-06/ 63. ООО «МеталлТех-Инжиниринг»: совершенствование технологии переработки алюминиевых шлаков [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.splavmet.net/st13.htm 235 64. ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ» на сайте Российской ассоциации литейщиков [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.ruscastings.ru/work/168/172/2040/3888 65. ООО «Фокад» : Опыт применения компьютерных технологий в литейном производстве [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.focad.ru/index.php?id=6 66. ООО ПКФ «Технология»: Изготовление модельной оснастки [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.litpro.ru/modelnaya-osnastka.php 67. ООО «ПОЛИТЕГ-МЕТ»: установка дегазации расплава DC2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ru.all.biz/g28735 68. Прессование алюминиевых сплавов : моделирование и управление тепловыми условиями : монография / Н. Н. Довженко, С. В. Беляев, С. Б. Сидельников [и др.]. – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – 256 с. 69. ПРОМВЕСТ: тигельные поворотные электропечи [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://1i.by/p5/path_51_158_ 178_209/prod_823 70. Рециклинг алюминия : справ. руководство : пер. с англ. / К. Шмитц, Й. Домагала, П. Хааг. – М. : АЛЮСИЛ МВиТ, 2008. – 528 с. 71. С-Терм: Шахтные тигельные электропечи для плавки цветных сплавов [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.sterm.com.ua/index.files/page0007.htm 72. ТехМаш: машины полунепрерывного литья алюминия (ПНГ) [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.tehmash. net/produkciya/1231593790allurgii/1231595335i/1231596498/123159659 2iypng 73. Фізико-технологічний інститут металів та сплавів; Національної академії наук України; Physico-technological Institute of Metals and Alloys; National Academy of Sciences of Ukraine: вакуумная магнитодинамическая установка для полунепрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ptima.kiev.ua/work/te/rus/te-r39.pdf 74. Шёйден, О. Разработки в области электромагнитного перемешивания (ЭМП) расплава в печах для плавки алюминия / О. Шёйден, А. Леман // Цветные металлы Сибири – 2009: Первый международ. конгресс. – Красноярск, 2009. – С. 648–656. 236 Учебное издание Гильманшина Татьяна Ренатовна Мамина Людмила Ивановна Довженко Николай Николаевич Сидельников Сергей Борисович Беляев Сергей Владимирович Падалка Виктор Андреевич Баранов Владимир Николаевич Безруких Александр Иннокентьевич Терентьев Александр Сергеевич КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Атлас конструкций Учебное пособие Редактор Л. Г. Семухина Компьютерная верстка И .В. Гревцовой 237 Подписано в печать 12.12.2012. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л. 14,88. Тираж 500 экз. Заказ № 9126 Издательский центр Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Тел./факс (391) 206-21-49. E-mail [email protected] http://rio.sfu-kras.ru Отпечатано Полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел. 206-26-58, 206-26-49 238
