CC BY
36
/хгтгг; г глгтгггг/ттгггг? / со
-1 (50), 2009/ 11«
РЙСКУБЛЯИМИЙ
СЕШНАР
рун «ттз»
A. П. МЕЛЬНИКОВ, директор ОАО «БелНИИлит», канд. техн. наук, Г. И. ПАСЮК, канд. техн. наук, ОАО «БелНИИлит»,
И. В. ЕМЕЛЬЯНОВИЧ, техн. директор РУП «МТЗ» - зам. ген. директора ПО «МТЗ» по развитию,
B. П. ПЕТРОВСКИЙ, пом. гл. металлурга РУП «МТЗ», Г. С. КОРЕНЮК, нач. ЛЦ № 2 РУП «МТЗ»
ТЕХНИЧЕСКОЕ ПЕРЕВООРУЖЕНИЕ СТЕРЖНЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА № 2 РУП «МТЗ»
Чугунолитейный цех № 2 РУП «МТЗ» специализирован на выпуске крупных корпусных отливок для серийных тракторов базовых моделей МТЗ-80 и МТЗ-100, в том числе корпусов муфты сцепления, заднего моста, коробки передач, гидроагрегатов, блоков цилиндров (4- и 6-цилиндровых) . Цех запущен в эксплуатацию в 1965-1967 гг.
Начиная с 1965 г. в соответствии с проектными решениями на стержневом производстве цеха применялась тепловая сушка стержней с изготовлением их на семи специализированных линиях, оснащенных пескодувными машинами мод . 28Б9 и 28Б7, кантователями, механизированными рольганговыми системами и вертикальными конвейерными сушилами с газовым обогревом
Все стержни изготавливали по половинкам с помощью вытряхных стержневых ящиков, после выхода из сушки их подвергали окраске пульверизаторами в полуоткрытых окрасочных камерах,
отделке и обработке на «Мильвоках», после чего собирали в комплекты и подавали на формовку (рис. 1-3) .
Для приготовления стержневых смесей использовали смесители каткового типа мод . 1А12 (емкость замеса до 1200 кг) производства Вол-ковысского завода литейного оборудования При этом подачу стержневой смеси в бункеры стержневых машин осуществляли кюбельными тележками В качестве связующих материалов для приготовления стержневой смеси использовали лигно-сульфонаты технические (сульфитная барда) - отход бумагоделательного производства и крепитель УСК После завершения пусконаладочных работ и проведения комплекса инженерно-технических доработок на каждой из семи запроектированных линий тепловой сушки была достигнута производительность до 100 съем/ч . Однако в процессе производства стержней по тепловой сушке с каж-
Рис . 1 . Половинки стержней отливки «корпус муфты сцепления», изготавливаемые по технологии тепловой сушки
Рис . 2 . Комплект стержней отливки «корпус заднего моста», изготовленных по технологии тепловой сушки
М/ЛГТТгГ^ г: ГЛГТ(Т/7/7гггГГГГТ
/ 1 (50), 2009-
Рис . 3 . Комплект цилиндрокартерных стержней отливки «корпус 6-ицилиндрового блока цилиндров», изготовленный по технологии тепловой сушки
дым годом проявлялись ее существенные недостатки:
• нарушение геометрических размеров стержней и отливок из-за «расплытия» неотвержденных сырых стержней на плитах и поддонах (типичный недостаток тепловой сушки, который невозможно устранить в действующем производстве), в результате несоответствие отливок техническим требованиям по точности;
• высокий брак стержней, достигающий 2030%;
• высокая энергоемкость (часовой расход природного газа каждого из сушил составляет 200 м3/ч), расход природного газа на 1 т годных стержней достигает 80 м3, расход электроэнергии - 100 кВт-ч;
• высокая газонасыщенность производства токсичными газовыделениями (особенно акролеином), превышение ПДК по отдельным веществам в несколько раз;
• недолговечность оснастки, высокие затраты на ее воспроизводство
С целью устранения указанных выше недостатков в конце 70-х годов изготовление всех мелких стержней было переведено с процесса тепловой сушки на процесс отверждения в нагреваемой оснастке . Одна из линий тепловой сушки, в том числе и вертикально-конвейерное сушило, была демонтирована и на ее месте установлены три двухпозиционные стержневые машины мод .4728 конструкции НИИЛИТАвтопром, на которых изготавливали всю программу центровых цилиндро-картерных стержней 4-цилиндрового блока цилиндров . Стержни при этом изготавливали не по половинкам, а целиковыми, со сквозными на всю длину опустошениями, т е был достигнут более высокий уровень качества отливок и их размерной точности
В результате анализа работы созданного производства крупных стержней блока цилиндров в нагреваемой оснастке было установлено:
• точность стержней повысилась, однако в силу крупногабаритности оснастки и сильного коробления ее при нагреве геометрия стержней нарушалась и отливки не соответствовали требованиям по точности;
• низкая производительность процесса на производстве крупных стержней - 5-6 мин на 1 съем;
• высокие энергозатраты и высокая газонасыщенность рабочей зоны фенолом и формальдегидом
К этому времени в мировой практике наметился интенсивный переход стержневых производств на новые технологические процессы - изготовление стержней из холоднотвердеющих смесей (ХТС) с продувкой газообразными отвердителями, которые полностью устраняют все указанные выше недостатки технологических процессов тепловой сушки и нагреваемой оснастки К середине 90-х годов была закончена программа работ по исследованию и разработке различных вариантов современных продувочных технологий и приступили к разработке специализированного оборудования для этих технологий Специалисты завода РУП «МТЗ» и Института «БелНИИлит» при обсуждении проблемы недостатков действующих технологий пришли к выводу о необходимости перевода производства крупных стержней на новый технологический процесс изготовления их из ХТС с продувкой газообразными отвердителями . Были разработаны концепция и программа работ по разработке и созданию технологического комплекса для производства крупных стержней номенклатуры литейного цеха № 2 РУП «МТЗ» по продувочным технологиям
В основу концепции положена возможность одновременного использования в производстве двух продувочных технологий: изготовление стержней из ХТС с продувкой метилформиатом (метил-формиат-процесс или «Бетасет-процесс» по международной терминологии); изготовление стержней из ХТС с продувкой катализаторами аминной группы (Амин-процесс или «Ашланд-процесс» по международной терминологии)
Необходимость такого подхода была продиктована целым рядом соображений, вытекающих из сопоставительного анализа двух вариантов продувочных технологий по следующим критериям: технологические и токсикологические свойства, экологическая целесообразность, диапазон применимости и соответствия предъявляемых ко всем стержням требований, экономическая обоснован-
ность, наличие технологических материалов, инженерная разработка мер по охране труда и взры-во-пожаро- безопасности, финансовые возможности, преодоление «психологического барьера» на стадии освоения и др
Например, метилформиат-процесс, не требует нейтрализации газовыделений, поэтому его легче осваивать в производстве Однако главный недостаток этого процесса - невысокая прочность стержней (не более 12 кг/см2) резко ограничивает возможность его применения и, согласно предварительной оценке, только наиболее простые без наличия опасных сечений стержни отливок корпуса гидроагрегата, блоков цилиндров и некоторые другие предполагалось перевести на ме-тилформиат-процесс . Остальную номенклатуру стержней, согласно предварительному решению, предполагалось изготавливать Амин-процессом, который с технологической точки зрения является универсальным, так как прочность стержней, изготавливаемых по этому процессу, составляет не менее 20 кг/см2 и при необходимости может быть доведена до 30 кг/см2 С другой стороны, Амин-процесс требует соблюдения жестких условий по локализации и нейтрализации аминных соединений и применения специальных установок нейтрализации аминов и специальных решений по вентиляции не только стержневых машин, но и рабочих зон первичного складирования стержней
В связи с этим было принято решение начинать освоение продувочных технологий с метилфор-миат-процесса, обеспечив соответствующий подбор номенклатуры стержней и возможность последующего перехода на том же оборудовании на более современный и более универсальный Амин-процесс, гарантированно устраняющий фактор риска из-за недостаточной общей и манипулятор-ной прочности стержней, изготавливаемых метил-формиат-процессом
Были выработаны также другие принципы технического переоснащения Для этого было решено: минимизировать количество типоразмеров стержневых машин с целью создания оптимальных условий для эксплуатации, для чего выполнить тщательный анализ номенклатуры стержней и раскладку их по машинам; обеспечить поставку по импорту наиболее сложных и трудновоспроиз-водимых устройств для реализации продувочных технологий на стержневых машинах, в частности газогенераторов; применить современную технологию нейтрализации аминных соединений химическим способом с применением раствора серной кислоты и закупить по импорту установки нейтра-
глгтт:Г: г: кт г /лтгггт / се
-1(50), 2009/ 1111
лизации; при проектировании и изготовлении оснастки обеспечить ее герметичность с целью соблюдения ПДК токсичных газовыделений в рабочей зоне; на начальной стадии освоения продувочных технологий провести испытания связующих материалов и отвердителей как российских фирм (ОАО «Уралхимпласт», г Нижний Тагил, ТОО «По-лион», г. Москва, НПФ «Карбохим», г. Дзержинск, Нижегородская обл ), так и западно-европейских фирм («Фуртенбах», Австрия, «Хюттенес-Альбер-тус», Германия); для приготовления и подачи стержневой смеси к машинам применить действующую в цехе систему с использованием катковых смесителей периодического действия с емкостью замеса до 1 м3 и кюбельных тележек; на замашин-ных операциях (окраска и подсушка окрашенных стержней) применить современный способ окраски - «облив» и горизонтальные проходные сушила с сохранением принципа поточной механизации производства на выполнение указанных операций; создать специальное стержневое оборудование для изготовления стержней по продувочным технологиям; закупить по импорту хотя бы один технологический комплекс для изготовления стержней по продувочным технологиям для сопоставления по техническому уровню с отечественными разработками; объединять половинки стержней в целико-вые стержни и производить их пустотелыми, используя вставки-опустошители
В конце 1997 г. были начаты совместные работы по реализации изложенной концепции и намеченной программы работ по переоснащению производства крупных стержней в литейном цехе № 2 Программа была рассчитана на полный перевод производства крупных стержней на продувочные технологии
Была разработана техническая документация на две специальные стержневые машины для изготовления стержней из ХТС с продувкой газообразными отвердителями: мод 4747Б2К1 - для стержней массой до 80 кг и мод . 4760Б2К1 - для стержней массой до 150 кг. Технические характеристики стержневых машин серий 4747 и 4760 приведены в табл 1, 2 Обе машины по своим техническим возможностям охватывают всю номенклатуру стержней литейного цеха № 2
В основу конструкторских решений положены выполненные Институтом «БелНИИлит» в 80-х годах разработки базовых узлов, примененные в стержневых машинах для изготовления стержней в нагреваемой оснастке и хорошо себя зарекомендовавшие в процессе длительной эксплуатации на многих заводах России и Беларуси, в том числе на Минском и Могилевском автозаводах . В кон-
66
шиИ г: гл^ггтллтгггггт
1 (50), 2009-
Т а б л и ц а 1
Параметры Техническая характеристика
Максимальная масса стержня, кг 80
Цикловая производительность (в зависимости от конфигурации стержня), съем/ч 30-35
Разъем стержневого ящика Горизонтальный
Размеры стержневого ящика, мм 920x850x365
Тип привода Пневматический
Расход воздуха, м3/ч 35
Установленная мощность, кВт 19
Масса машины, кг 17500
Габариты машины, мм 5720x5900x3925
Т а б л и ц а 2
Параметры Техническая характеристика
Максимальная масса стержня, кг 150
Цикловая производительность (в зависимости от конфигурации стержня), съем/ч 20-30
Разъем стержневого ящика Горизонтальный
Размеры стержневого ящика, мм 1600x1180x570
Тип привода Пневматический
Расход воздуха, м3/ч 45
Установленная мощность, кВт 19
Масса машины, кг 22000
Габариты машины, мм 8180x5900x5230
струкцию машин введены дополнительные узлы и механизмы, потребность в которых вызвана принципиально новыми особенностями продувочных технологий, в том числе узел продувки, устройство для дозирования, испарения и подачи газообразного отвердителя - газогенератор, укрытие специальной конструкции, узел обслуживания пескодувного резервуара, узел запирания продувочной коробки и др
В системе управления машинами применены программируемые контроллеры японской фирмы «Хитачи», электроаппараты японской фирмы «Омрон» и пневмоаппаратура Полтавского автоагрегатного завода, выпускаемая по лицензии австрийской фирмы «Феста» .
Было принято решение закупать установки нейтрализации аминов кислотного типа у немецких фирм BGT и VSS, производительность каждой -30 000 м3/ч
Специалистами РУП «МТЗ» были разработаны конструкции устройств для окраски стержней, в том числе краскомешалки, опрыскивателей, баков, кантователей, захватных приспособлений; конструкции специальных проходных горизонтальных сушил для подсушки окрашенных стержней
Были разработаны конструкции комплектов оснастки к стержневым машинам В основу конструкций в отличие от западных фирм положен принцип максимальной герметизации оснастки с целью минимизации выбросов в рабочую зону токсичных газовыделений и снижения токсикологической и психологической нагрузки на обслуживающий персонал Правомерность этого принципа подтвердила дальнейшая эксплуатация машин
В состав комплектующих каждой из машин включен газогенератор швейцарской фирмы «Лю-бер» мод . LW-CBS/FDA-1640.
Основное стержневое оборудование - стержневые машины серий 4747 и 4760 изготавливали и поставляли на завод УП «Институт БелНИИлит» Все вспомогательное оборудование замашинных операций со стержнями изготавливали на РУП «МТЗ» .
За период с 1999 по 2008 г. техническое переоснащение производства крупных стержней корпусных отливок на Амин-процесс в основном завершено При этом произведен демонтаж четырех линий тепловой сушки и соответственно четырех вертикально-конвейерных сушил . Введены в эксплуатацию четыре стержневые машины серии 4747 и две стержневые машины серии 4760, на которых производятся по Амин-процессу крупные стержни всех крупных отливок серийных тракторов, в том числе корпуса маслобака, корпусов муфты сцепления, четырех- и шестицилиндрового блока цилиндров, корпуса коробки переменных передач и заднего моста Комплекты стержней, изготовленных по Амин-процессу, показаны на рис 4-9
Созданы поточные линии по изготовлению стержней и выполнению комплекса подготовительных операций для простановки стержней в формы
Рис . 4 . Комплект стержней отливки «корпус заднего моста», изготовленных по Амин-процессу с объединением двух стержней в единый и опустошением
Рис. 5 . Целиковый стержень отливки «корпус муфты сце- Рис. 6 . Целиковый стержень отливки «корпус муфты сцепления 80-1601015», изготовленный по Амин-процессу пления 70-1601015», изготовленный по Амин-процессу
изготовленный по Амин-процессу Рис . 8 . Стержень корпуса гидросистемы
Рис. 9. Пустотелые цилиндрокартерные стержни отливки Рис. 10 . Потери от брака за период с 2001 по 2008 г. , % по
«блок цилиндров» 240-1002015, изготовленные по Амин-процессу
ЛЦ-2
И/АГТге г: ГЛГТ(Т/7/7гггГГГГТ
/ 1 (50), 2009-
Кроме того, осуществлен перевод изготовления ленточных стержней рубашек водяного охлаждения четырехцилиндрового блока 240-1002015 с процесса «нагреваемая оснастка» на Амин-процесс, для этого запущен в производство десяти-гнездный стержневой ящик на машине серии 4747.
Уровень брака после внедрения СоЫ-Ьох-про-цесса показан на рис 10
Новая технология и оборудование дали возможность изготавливать крупные стержни пустотелыми, что позволило на объем 62 тыс . т отливок снизить расход песков на 31 тыс . т, это более 500 вагонов . Снижение объемов покупаемых песков дало возможность освободить имеющиеся складские емкости и заготавливать пески под программу производства в теплое время года, отказаться от разогрева замерзших песков острым паром в зимний период и снизить его потребление в 3,5 раза Но основное преимущество внедренной технологии Амин-процесса - это экономия природного газа. Во-первых, отпала необходимость закупки и сушки песков, во-вторых, благодаря замене сушки стержней природным газом продувкой амином отпала необходимость использования природного газа для отверждения стержней В результате за счет внедрения Амин-процесса, утвержденная норма расхода природного газа на изготовление 1 т отливок снизилась со 166,5 до 95,3 нм3 . Экономический эффект от внедрения стержневых машин по Амин-процессу с 2005 по 2008 г. приведен в табл . 3 .
Т а б л и ц а 3
Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г
Экономия электрической энергии, тыс . кВт 632,3
Экономия природного газа для сушки стержней, тыс . м3 9340
Снижение уровня брака стержней, % 18
Экономия свежего песка, т вагонов, шт 36250 605
Экономия природного газа для сушки свежего песка, тыс м3 256,6
Экономия электрической энергии для транспортировки песка, тыс кВт 960,3
Снижение трудоемкости, нормо/ч 142600
Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел 41
Суммарный экономический эффект, млн . руб . 5632,9
На данный период литейный цех № 2 РУП «МТЗ» по объемам производства стержней Амин-процессом (150 т стержней в сутки или 3000 т в месяц) и технико-экономическим показателям занимает первое место среди стержневых производств литейных цехов в СНГ.
В настоящее время начаты работы по демонтажу шестой линии изготовления стержней по тепловой сушке, что позволит смонтировать на ее площадях две стержневые машины серии 4747 и в 2009 г. завершить полный цикл работ по техническому переоснащению стержневого производства цеха
