CC BY
19
1ГУ.Ш: г: ггшпглтп:?,
I 2 (36). 2006 -
ШР'Ч'Ши '
ИТЕЙНОЕ1-; Ф ПРОИЗВОДСТВО
There are given some developments of ChP "SAS engineering company" on modernization of equipment for melting of non-ferrous metals and alloys.
А. Ю. СЕЗОНЕНКО, Ю.Д. СЕЗОНЕНКО, ЧП«САС инженерная компания», А. Б. СЕЗОНЕНКО, ООО «Теплотехнология»
МОДЕРНИЗАЦИЯ ЦВЕТНО-ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ: СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.74
В настоящее время только качественные отливки, соответствующие всем требованиям «Заказчика», имеют успех на рынке. Совершенно очевиден тот факт, что для достижения высокого качества литья и снижения его себестоимости необходимо контролировать все стадии производства отливок из цветных сплавов (рис. 1).
В данной работе основное внимание уделено разработкам нашего предприятия по модернизации имеющегося оборудования для плавки цветных металлов и сплавов. Неотъемлемыми элементами оборудования плавильного отделения литейного цеха являются плавильные, плавильно-раздаточные и раздаточные печи сравнительно небольшой емкости — от 50 кг до 1 т.
Основные требования, предъявляемые к таким печам, — обеспечение необходимой производительности; возможность частого изменения марок сплавов без загрязнения их примесями; минимизация времени плавки и потерь металла; обеспечение экономного расходования энергии; достаточный срок службы; возможность поддержания на заданном уровне температуры, а также приемлемая стоимость самой печи в совокупности с невысокими эксплуатационными зат ратами.
Традиционно используемые печи подразделя ются на следующие группы:
• индукционные тигельные печи;
• канальные печи для медных сплавов;
• тигельные электропечи сопротивления;
• тигельные пламенные печи.
Рис. 1. Общая схема получения качественных отливок из цветных металлов и сплавов
Для плавки алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили печи третьей группы (печи типа CAT и модификации), имеющие емкость тигля от 150 до 500 кг. Тигель в таких печах в зависимости от характеристик расплава может быть чугунный, графитовый, графито-шамотный, карбид-кремниевый. Очевидными преимуществами печей сопротивления являются обес-
печение равномерного обогрева тигля, что ведет к увеличению его срока службы при условии грамотной эксплуатации, возможность точного регулирования и поддержания температуры расплава, минимальные потери теплоты в окружающую среду за счет достаточной теплоизоляции корпуса печи и крышки тигля, отсутствие выбросов продуктов сгорания углеводородных топлив в окружающую среду.
Для снижения энергопотребления тигельных газовых печей для плавки алюминиевых и медных сплавов мы используем новые высокоэффективные газовые горелки с автоматикой, современные огнеупорные и теплоизоляционные материалы, высококачественные тигли. Основные характеристики одной из модификаций тигельной газовой печи для плавки алюминия, успешно работающей на одном из украинских предприятий, приведены в табл. 1, 2.
Таблица 1. Технические характеристики тигельной газовой печи
Наименование параметра Значение
Емкость тигля по алюминию, кг 300
Производительность, т/сут 2,0-2,5
Топливо Природный газ
Тепловая мощность, кВт:
номинальная 250
максимальная 320
Расход природного газа номинальный, м3*н/ч 25,6
Присоединительное давление природного газа, кПа 4,0
Масса печи без металла, кг 3400
Таблица 2. Данные промышленной эксплуатации тигельной газовой печи
Наименование параметра Значение
Средняя часовая производительность печи, кг/ч 120-125
Средний часовой расход природного газа, м3*н/ч 22
Удельный расход природного газа, м3*н/ч (кг у.т./т) 160(185)
Средний срок эксплуатации тигля, мес. 6
По вопросу модернизации электропечей сопротивления как плавильных, так и термических в нашей организации накоплен большой опыт. Здесь можно выделить несколько основных моментов модернизации такого оборудования.
Системы управления электропечами, разработанные «САС инженерная компания»
С целью снижения себестоимости производства — экономии электроэнергии при работе плавильных (раздаточных) и термических электропечей сопротивления предлагаем произвести модернизацию имеющихся печей путем замены шкафов управления. Производимые шкафы управления позволяют: снизить потребление электроэнергии на 10—30%, более точно поддерживать заданную температуру, увеличить срок службы нагревателей и их тепловую мощность (на 20— 30%). (Данные подтверждены протоколами испытаний на заводах.)
Кроме поставки самого шкафа, наша компания также может произвести пусконаладку, полный расчет нагревательных элементов печи и разработку конструкции печи в целом.
Опыт эксплуатации данных шкафов на украинских предприятиях (например, «Гидросила», «Вторсервис», «Агромет» и др.) в течение пяти лет позволил сделать выводы о их высокой эффективности и надежности (табл. 3).
В основе модернизации лежит система управления (СУ) нагревом для промышленных и лабораторных электропечей сопротивления. Система управления состоит из электронного микропроцессорного ПИД регулятора температуры, коммутатора для управления силовой цепью, полупроводниковых приборов управления нагрузкой (се-мисторы), автоматического выключателя, размещенных в электрошкафе (рис. 2). В качестве датчика температуры могут применяться термопары типов ТХК, ТХА, ТПП, ТПР.
Рис. 2. Внешний вид шкафа управления электропечами сопротивления
7П //¡ГГТГ^Г къшжп:?.
1 11 / 2 (38), 2006 -
Таблица 3. Технические характеристики шкафа управления электропечами сопротивления
Наименование параметра Значение
Диапазон регулируемых температур, °С Гокп=1100
Дискретность задания температуры, °С 1
Управляемая мощность, кВт Обычно до 70
Закон регулирования пид
Точность поддержания температуры, °С ± 1
Габаритные размеры, мм 750x400x200
Масса, кг 15
Для более эффективной работы печи мы можем также предложить более стойкие современные теплоизоляционные материалы и нагревательные элементы из современных сплавов сопротивления.
Сплавы для нагревательных элементов (сплавы сопротивления) «Резистом» для электропечей сопротивления, ТЭН и бытовых приборов
(табл. 4, 5)
Химический состав — база Ре—Сг—А1, легирующие элементы — 81, У, Ьа, Се, Ъх, Ть
Форма — проволока диаметром от 0,1 до 8 мм (до 5 мм холоднотянутая) (рис. 3), лента.
Область применения — широко используется в электропечах сопротивления для всех отраслей промышленности (машиностроение, литейные и термические цеха, производство керамики и стекла, сушильные цеха). Сплав оптимален для использования в ТЭН и бытовых приборах (духовые шкафы, тепловентиляторы, тостеры, фены и т.п.).
Рис. 3. Внешний вид спирали для печи сопротивления из сплава сопротивления Р135
В большинстве промышленно-развитых стран мира доля данных сплавов в общем потреблении сплавов сопротивления составляет свыше 80%.
Хорошие свойства этих материалов обусловлены, в частности, тем, что на их поверхности образуется высокопрочная пленка А1203 светлосерого цвета, которая является отличным изолятором и более эффективно предотвращает коррозию по сравнению с оксидом хрома (Сг203), образующимся на поверхности нихромов. Пленка оксида хрома менее устойчива, быстрее отслаивается и испаряется (испарение при 1100 °С), что приводит к сокращению срока службы нагревателя.
Промышленные камерные печи изготавливаются на основе футеровки из легковесных волокнистых огнеупоров, что в комплексе с нагревателями из современного сплава позволяет сократить время выхода на рабочий режим, а также значительно снизить потребление электроэнергии и эксплуатационные затраты по сравнению с печами на основе кирпичной футеровки с нагревателями из нихрома.
Хотя химический состав данных современных сплавов и близок к "фехралям", однако материал имеет ряд существенных отличий: микролегирование У, Ьа, Се, 7л, Т1, 81, сниженное содержание С, однородность структуры, уменьшение размера зерна, высокие качество поверхности и плотность слоя защитной пленки А1203, что позволяет получить материал с высокими эксплуатационными свойствами.
Основные преимущества
В отличие от нихромов:
1. Высокие рабочая и максимальная температура применения: Гтах= 1200-1350 °С, 7^=1500 °С.
2. Срок службы выше в 2—3 раза при работе при температурах выше 1100 °С.
Таблица 4. Основные физические свойства сплавов сопротивления
Сплав Удельное электросопротивление, Ом-мм"/м Максимальная рабочая температура, °С Температура плавления, °С Плотность, г/см3
Р135 1,35 1200 1500 7,25
Р140 1,40 1280 1500 7,15
Р145 1,45 1350 1500 7,10
Таблица 5. Основные механические свойства сплавов сопротивления
Предел прочности, Н/мм2 Предел текучести, Н/мм2 Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, %
75 55 Более 21
Пример: при 7*= 1100 °С срок службы Х20Н80 как минимум в 2,8 раза ниже, чем «Резистом», атмосфера — воздух.
3. Плотность ниже, чем у нихрома (7,1—7,2 г/см3 против 8,4 г/см3 у Х20Н80). Экономия на материале составляет 17 мас.%.
4. Выше удельное электросопротивление (1,39-1,45 Оммм2/м против 1,12 Ом мм2/м для Х20Н80), что приводит к экономии на материале.
5. Выше значение допустимой поверхностной мощности # (4 Вт/см2 против 2 Вт/см2 для Х20Н80 при 7М000 °С).
Приведенные в п. 3,4,5 преимущества позволяют экономить на материале для нагревательных элементов на 20—30 мас.% по сравнению с Х20Н80.
6. Отличная стойкость в воздушной среде, вакууме, аргоне, серосодержащих и СО-содержа-щих атмосферах, водяном паре.
Г^ГТОНГ ПС^ГПЛА7ГГГГГ? / 71
- 2 (38), 2006 I Я I
7. Низкое значение интеркристаллитного окисления.
8. Высокое значение предела текучести, что уменьшает вероятность провисания элементов.
9. Меньшее взаимодействие с футеровкой.
10.Хорошие механические свойства: высокий предел текучести, хорошая пластичность при комнатной температуре (удлинение более 21%).
11. Низкое стабильное значение ТКЭС.
12. Небольшая зависимость электросопротивления от различных видов теплового воздействия и холодного деформирования.
13.Цена ниже, чем у нихромов.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что только комплексный подход (применение современных материалов, оборудования и технологий) дает возможность цветно-литейным цехам поднять качество, снизить себестоимость и выйти на новые рынки.
