Лекция 2. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ЛИТЕЙНЫЕ ЦЕХИ

Среди технологических процессов обработки металлов по разнообразию операций и условиям труда литейное производство остается одним из наиболее сложных и трудоемких.

Технологический процесс литейного производства заключается в получении изделий путем заливки расплавленного металла в непостоянные (разрушаемые) преимущественно земляные формы или в постоянные формы из металла (кокильное литье), или других материалов. По виду металла различают чугунное, стальное, цветное литье.

Основными процессами литейного производства являются подготовка шихтовых материалов для плавки, загрузка в печи, плавка металла, выпуск и заливка металла в формы, выбивка затвердевших изделий из форм, обрубка и очистка изделий. Параллельно производится подготовка формовочной и стержневой земли, приготовление форм и стержней.

Плавка металла производится в плавильных печах: чугун выплавляется в вагранках (тип шахтной печи); сталь обычно – в электродуговых печах; цветные металлы и их сплавы получают путем плавки в электропечах.

В технологии современного литейного производства примерно 2/3 чугунного литья занимает литье в земляные формы и лишь остальное производится более прогрессивными технологическими методами, такими, как точное литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы, литье в металлические формы, литье под давлением, центробежное литье.

Изготовление земляных форм начинается с приготовления формовочной смеси. Составляющие ее материалы: горелая земля (из использованных форм), песок, глина, уголь. Они подвергаются сушке, просеиванию, смешиванию.

В металлическую раму (опоку) вкладывается модель будущей отливки, а все свободное пространство вокруг нее плотно забивается землей на формовочных машинах. После удаления модели образуется литьевая полость, соответствующая форме будущей заготовки. Для отливки полых изделий в опоку закладываются стержни, повторяющие форму внутренней поверхности изделий. Стержни производят также из специальных земляных смесей с добдщением связующих органических или синтетических веществ и подвергают сушке в специальных печах. Стержни должны легко разрушаться и удаляться из полостей при последующей очистке литья.

В механизированных литейных цехах готовая фррма с формовочной машины по рольгангу подается на разливочный конвейер, где заливается металлом, который доставляется в ковшах по монорельсу. Далее по конвейеру залитые формы перемещаются к месту выбивки. За этот период происходит затвердевание и частичное остывание отливок. Освобождение отливок от форм, как правило, производится механически, путем сотрясения на выбивных вибрационных решетках. При этом земля проваливается под решетку, откуда возвращается на переработку.

После остывания отливки очищаются от пригаров, наплывов, заусениц и т. д. Для этого в большинстве случаев используют ручные механизированные пневматические инструменты: рубильные молотки, пневмошлифовальные машины или наждачные круги. Некоторые детали, преимущественно небольших размеров, очищаются в обивных (галтовочных) барабанах. Для очистки используют и другие способы: дробеструиный, электроискровой, газопламенный, электрогидравлический и др.

Литье в оболочковые формы является более гигиеничным. При этом резко сокращается расход формовочных материалов, а следовательно, и пыли, достигается высокая чистота отливок, что позволяет практически исключить виброопасные операции по обрубке и очистке литья.

Технология изготовления оболочковых форм заключается в нанесении смеси песка с пульвербакелитом или другим крепителем непосредственно на модель, после чего оболочки затвердевают при температуре до 350 °С.

Применение многопозиционных полуавтоматов и автоматов для изготовления оболочковых полуформ сводит до минимума долю ручного труда.

Для изготовления литейных форм и стержней применяется процесс, основанный на использовании быстросохнущих формовочных составов с применением жидкого стекла и продувкой углекислым газом. При этом способе устраняются источники тепловыделений и загрязнения воздушной среды оксидом углерода и углеводородами.

Перспективным является способ изготовления стержней и форм из жидких самотвердеющих смесей. В состав смесей входит феррохромный шлак, окислы хрома, мочевиноформальдегиднофурановые добавки, гипс, нефелиновый шлак в различных соотношениях и сочетаниях. Применение этого технологического процесса сопровождается выделением токсических газов, но в то же время позволяет устранить тепловыделение, шум, вибрацию и снизить пылеобразование.

Точное литье по выплавляемым моделям производится путем изготовления стеариново-парафиновой модели, которая вначале погружается в специальную суспензию из этилсиликата и других огнеупорных материалов, затем обсыпается мелким кварцевым песком, высушивается в парах аммиака. Далее стеариново-парафиновая модель выплавляется, оболочка помещается в опоку, заполняется вокруг смесью шамотной глины и кварцевого песка и заливается металлом. Кварцевая пленка после остывания металла отделяется с помощью раствора каустической соды. При этом способе исключаются такие вредные операции, как землеприготовление, формовка, выбивка опок. Объем работ по очистке литья резко сокращается.

Кокильное чугунное литье (в металлические формы) также относится к прогрессивному способу, при нем остается без изменения лишь изготовление стержней.

Литье под давлением цветных металлов и сплавов производится на специальных литейных машинах-прессах.

Радикальное улучшение условий труда в литейных цехах обеспечивается за счет максимальной механизации всех процессов, создания эффективных систем вентиляции. Внедрение новых прогрессивных процессов, как правило, влечет за собой возникновение новых производственных вредностей, требующих к себе особого внимания гигиенистов. В то же время традиционные способы литья в земляные формы, имеющие наибольшее распространение, продолжают оставаться источником всех перечисленных неблагоприятных факторов производственной среды.

При приготовлении формовочной земли и стержневых смесей, формовке опок, выбивке литья из форм и его очистке, ремонте огнеупорной кладки плавильных печей работающие подвергаются интенсивному воздействию пыли. Содержание свободного диоксида кремния в пыли достигает 20 – 30% и более. Наибольшие концентрации пыли до десятков миллиграммов на 1 м3 могут наблюдаться при приготовлении формовочной смеси, выбивке и очистке литья.

Воздух литейных цехов нередко загрязняется разнообразными токсическими веществами. Они выделяются при плавке и заливке металла, изготовлении стержней, сушке ковшей и других процессах. Как правило, обнаруживается оксид углерода, который в основном образуется при горении топлива в вагранке, выгорании органических составляющих из формовочной земли и стержней. При работе печей на твердом и жидком топливе в воздух рабочих помещений может выделяться сернистый газ.

С применением новых химических материалов и способов производства форм и стержней значительно расширился спектр токсических веществ в воздухе помещений литейных цехов.

Процесс заливки металла в оболочковые формы сопровождается возгонкой, и пиролизом крепителя. При этом выделяются пары фенола и оксида углерода, а также продукты деструкции в виде акролеина, полициклических ароматических углеводородов, в том числе и бенз(а)пирена.

При получении литейных форм с помощью СО2 – процесса в литейном производстве – в случае нарушения технологических и санитарно-гигиенических условий в рабочей зоне концентрация СО2 увеличивается в 3 – 5 раз по сравнению с нормальным содержанием этого газа в воздухе, что может весьма отрицательно сказаться на самочувствии работающих.

Использование хромосодержащих добавок и оксидов хрома в производстве стержней и форм из жидких самотвердеющих смесей приводит к поступлению в окружающую среду соединений хрома, обладающих, как известно, выраженными аллергическими свойствами. При литье по газифицируемым пенополистероловым моделям может выделяться стирол и продукты его деструкции.

При плавке и заливке лигированных сталей в воздух плавильных цехов могут поступать соединения марганца, хрома, никеля, селена, свинца и других соединений, а при плавке цветных металлов – соединения меди, цинка, свинца, магния, бериллия и др.

Meтеорологические условия. Температура воздуха в конвейерных литейных в условиях умеренного климата в наиболее жаркие дни может достигать на рабочих местах вагранщиков, сталеваров, разливщиков 35 – 38 ºС, на участке выбивки и формовки – 30 – 35 °С. Инфракрасное излучение на рабочих местах вагранщиков и сталеваров в момент выпуска металла может достигать 3,3 кВт/м2.

Высокие уровни лучистого тепла регистрируются на рабочих местах разливщиков и выбивщиков независимо от окружающей температуры воздуха.

Вибрация является одним из наиболее неблагоприятных факторов литейного производства. Воздействию локальной вибрации подвергаются формовщики, обрубщики литья и наждачники. Рабочие, занятые на выбивных решетках и частично на механизированной формовке, подвергаются общей вибрации.

Наибольшую опасность представляют операции обрубки крупногабаритного литья. Эти работы выполняются в вынужденной рабочей позе, требуют значительных физических усилий и в холодный период года производятся при низких температурах воздуха, все эти обстоятельства являются усугубляющими неблагоприятное действие вибрации моментами. Параметры вибрации, как правило, значительно превышают допустимые уровни в широком спектральном диапазоне. Обрубщики литья среди больных вибрационной болезнью составляют основную профессиональную группу как в абсолютных, так и в относительных показателях. При очистке мелкосерийного литья на абразивных кругах наждачники для увеличения усиления подачи в некоторых случаях црижимают изделие рычагом и поддерживают верхней частью бедра. При таком приеме вибрация передается не только на руки, но и на бедро и нижнюю часть туловища, что приводит к дополнительным функциональным нарушениям.

Шум. Основными источниками шума в литейных цехах являются формовка, осуществляемая путем встряхивания опок, пневматические инструменты, применяемые для обдувки форм и очистки литья, наждачные станки, галтовочные барабаны, выбивные решетки. Уровень интенсивности шума может достигать 100 – 110 дБА. По спектральному составу преобладает высокочастотный шум. При электрогидравлической выбивке стержней из отливок в момент разряда возникает высокочастотный импульсный шум с уровнем 120 – 130 дБА. Снижение его до нормативных уровней требует выполнения комплекса шумозащитных мероприятий.

Оздоровительные мероприятия. Архитектурно-планировочные решения должны предусматривать максимальное разделение производственных участков (землеприготовление, формовка, плавка, и разливка, выбивка опок, очистка литья). Это позволит предупредить распространение неблагоприятных факторов производственной среды: пыли, газов, избыточного тепла, шума на смежные рабочие места. Помещения горячих производств – плавки и разлива металла – должны быть оборудованы аэрацией.

Коренному улучшению условий труда способствует укрупнение, централизация литейных производств, строительство так называемых центролитов. На таких крупных вновь созданных предприятиях, а также реконструируемых литейных производствах осуществляются поточные методы литья, комплексная механизация и автоматизация трудоемких и вредных процессов и операций. К ним относятся: автоматизация процессов землеприготовлення (измельчения, дозирования, смешивания); использование пневмотранспорта для перемещения сыпучих материалов; оборудование пылящих узлов вытяжной вентиляцией; применение автоматических формовочных машин и выбивных решеток; внедрение электрогидравлической выбивки стержней, замена обрубки литья газоплазменной резкой, электроискровой обработкой и других современных способов.

Сокращению трудоемких и вредных условий труда по очистке литья способствует внедрение прогрессивных технологических методов литья – в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное литье, литье под давлением и др.

Созданию необходимых параметров воздушной среды способствует рационально организованная вентиляция. На участках с повышенным пылеобразованием используются местные отсосы, они также эффективны на участках с газовыделениями. Улучшению состава воздушной среды способствует перевод плавильных печей на электронагрев (вместо пламенного).

На участках без избыточных пылевыделений организуется общеобменная приточно-вытяжная вентиляция. Рабочие места у плавильных печей, на разливке металла и др. оборудуются местной приточной вентиляцией – воздушными душами.

При применении способов литья, при которых в состав формовочных материалов входят вредные химические вещества, или эти вещества образуются в результате возгонки или деструкции химических соединений, необходимо осуществлять систему специальных мероприятий: приготовление особо агрессивных смесей должно проводиться в специальных герметизированных установках, в изолированных помещениях, при полной механизации всех операций, Места заливки должны быть оборудованы эффективной местной и общеобменной вентиляцией. Специальными кожухами должны быть укрыты рольганги, по которым перемещается остывающий в формах металл, кожухи оборудуются также местной вытяжкой. Этим достигается снижение загрязнения воздуха и удаление избыточного тепла, кроме того, кожухи препятствуют распространению лучистого тепла. Для защиты от инфракрасного излучения используют и другие общепринятые меры: теплоизоляция нагревательных агрегатов; экранизация; окрашивание источников излучений в светлые тона; механизация процессов загрузки печей и заделки леток; использование специальных инструментов с длинными рукоятками: применение спеподежды и средств защиты глаз (очки, щитки).

Защита работающих от вредного действия, вибрации осуществляется путем разработки и внедрения более безопасных механизированных вибрационных инструментов; применения виброгасящих приспособлений; систематического контроля за техническим состоянием инструментов, включая стендовые испытания параметров вибрации; соблюдения рекомендованных режимов труда и отдыха; проведения профилактических физиотерапевтических и других медицинских мероприятий (УФ-облучение, массаж, гидропроцедуры, витаминизация и др.). В связи с тем, что охлаждение способствует развитию вибрационной болезни, важно, чтобы помещения, где производятся работы с ручными механизированными инструментами, отапливались, сжатый воздух в холодное время должен подогреваться.

Для снижения уровней шума и предупреждения его распространения используют меры шумопоглощения, шумоизоляции оборудования или при невозможности – ограждение и шумоизоляцию рабочего места оператора или пульта управления. Особо шумные агрегаты, не требующие постоянного наблюдения, например, галтовочные барабаны по очистке мелкого литья, устанавливают вне рабочих помещений.

Литье под давлением цветных металлов и сплавов производится на специальных литейных машинах-прессах.

Выпускаемые ЛМЗ изделия

Конечно же, подобные предприятия являются важнейшей частью народного хозяйства. Выпускают литейные заводы России огромное количество самых разных изделий. Изготавливаются в цехах таких предприятий, к примеру, отливки, чушки, слитки. Производятся на предприятиях этой отрасли промышленности и готовые изделия. Это могут быть, например, колосниковые решетки, канализационные люки, колокола и т. д.

Поставляют чугунно-литейные заводы России производимую продукцию, как уже упоминалось, в основном на предприятия отрасли машиностроения. До 50% выпускаемой такими заводами техники приходится именно на литые заготовки. Могут быть партнерами ЛМЗ, конечно же, и компании других специализаций.

Основные проблемы отрасли

Ситуация с литейным производством в РФ сегодня сложилась, к сожалению, непростая. После развала СССР машиностроительная отрасль страны пришла практически в полный упадок. Соответственно, значительно снизился и спрос на фасонно-литейные изделия. Позднее негативное влияние на развитие ЛМЗ оказали санкции и отток инвестиций. Однако, несмотря на это, литейные заводы России продолжают существовать, поставлять на рынок качественную продукцию и даже наращивать темпы производства.

Основной проблемой предприятий этой специализации в РФ вот уже много лет остается необходимость модернизации. Однако реализация новых технологий требует и дополнительных затрат. Необходимое для модернизации оборудование, к сожалению, до сих пор в большинстве случаев таким компаниям приходится покупать за рубежом за большие деньги.

БЛМЗ

Практически все литейные заводы России, список которых был предоставлен выше, вводились в эксплуатацию еще в прошлом веке. Не является в этом плане исключением и БЛМЗ. Это старейшее в стране предприятие было основано в 1932 году. Первой его продукцией стали спицевые колеса для самолетов. В 1935 году на заводе были освоены технологии выпуска фасонных изделий из алюминиевых и магниевых сплавов. В послевоенный период предприятие специализировалось в основном на выпуске взлетно-посадочных устройств авиационной техники. В 1966 году здесь начали выпускать изделия, изготовленные из титановых сплавов.

Во времена развала СССР основное направление своей деятельности Балашихинскому заводу удалось сохранить. В начале 2000-х годов на предприятии была произведено активное обновление технического парка. В 2010 г. на заводе приступили к освоению новых производственных площадей с целью расширения ассортимента выпускаемой продукции.

С 2015 г. БЛМЗ, совместно с научным комплексом «Союз», начал реализацию проекта по выпуску газотурбинных установок мощностью до 30 МВт. Располагается офис компании БЛМЗ по адресу: Балашиха, шоссе Энтузиастов, 4.

КУЛЗ

Это предприятие было основано в Каменск-Уральском во время войны — в 1942 г. В то время сюда был эвакуирован Балашихинский литейный завод. Позднее мощности этого предприятия возвратили на место. В Каменск-Уральске же начало работать собственное литейное производство.

Во времена СССР продукция КУЛЗ была ориентирована в основном на оборонно-промышленный комплекс страны. В 90-е годы, во времена конверсии, предприятие перепрофилировалось на выпуск товаров народного потребления.

Сегодня КУЛЗ занимается производством фасонно-литейных заготовок, предназначенных как для военной техники, так и для гражданской. В общей сложности предприятие выпускает 150 наименований продукции. Завод поставляет на рынок тормозные системы и колеса для авиационной техники, радиодетали, заготовки из биометалла и металлокерамики и т. д. Головной офис КУЛЗ находится по следующему адресу: г. Каменск-Уральский, ул. Рябова, 6.

Нижегородское предприятие ОАО ЛМЗ

Основной продукцией ОАО «Литейно-механический завод» (Россия, Н. Новгород) является трубопроводная чугунная арматура. Выпускаемые этим предприятием изделия используются при транспортировке газа, пара, нефти, воды, мазута, масел. Свою деятельность завод начал в 1969 г. В то время он был одним из цехов Горьковского Льнопенькобъединения. Сегодня его партнерами являются многие предприятия нефтегазовой отрасли, машиностроения, ЖКХ и водоснабжения.

Виталий Видавский, «Ростовский литейный завод»: «Литейщикам свойственно чувство производственного товарищества»