Проект участка по производству изделий-тигли из смеси ЦМ 322
Курсовой проект
Проект участка по производству изделий-тигли из смеси ЦМ 322
1. История завода
шликерный
литье керамический технологический
«Завод технической керамики» с 1992
года успешно работает в России на рынке производства изделий из тонкой
технической керамики, твердых сплавов и их полуфабрикатов.
Предприятие создано на базе ФГУП
«Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких
металлов и твердых сплавов».
«ЗТК» занимается производством
керамических режущих сменных многогранных пластин (СМП) и износостойких изделий
для различных отраслей промышленности и техники, а также разработкой новых
композиционных материалов для режущих инструментов.
Производство изделий из тонкой
технической керамики имеет полный технологический цикл: от размола и обжига
керамического сырья до производства готовых шлифованных изделий, включая
высокотемпературное газостатическое доуплотнение изделий. Завод оснащен
передовым высокопроизводительным технологическим оборудованием.
Коллектив «ЗТК» составляют ученые и
инженеры, прошедшие школу основоположников науки о твердых сплавах, а также
опытные квалифицированные специалисты.
Заказчиками «ЗТК» являются
предприятия в различных отраслях промышленности, использующие конструкционную
керамику, наплавочные порошковые материалы и режущий инструмент для
металлообработки.
2. Описание изделия
На заводе технической керамики
изготовляются изделия-тигли из смеси ЦМ 332 рис. 1. Масса изделия составляет 28
г. Годовой выпуск продукции 3600 штук в год.
Рис. 1 Изделие - тигель из смеси ЦМ
3322.
2.1 Состав и характеристики компонентов смеси
Состав смеси
1. Оксид алюминия ГН по ГОСТ
30559-98
2. Оксид магния по ГОСТ 4526-75
(в количестве 0,6% масс.)
Характеристики компонентов смеси
1. Оксид
алюминия ГН по ГОСТ 30559-98
(ГОСТ 30559-98 Глинозем неметаллургический. Технические условия:
Настоящий стандарт распространяется
на глинозем, представляющий собой кристаллический порошок оксида алюминия
различных модификаций:
с высоким содержанием альфа-оксида алюминия - для производства
электроизоляционных, электро- и радиокерамических изделий, специальных видов
керамики, электрофарфора, огнеупоров, шлифовальных и абразивных материалов;с
низким содержанием альфа-оксида алюминия - для производства высокоглиноземистых
цементов в качестве катализаторов и др.) Так же существуют другие ГОСТы. рис. 2
Рис. 2 ГОСТы по глинозему
Настоящий стандарт распространяется
на глинозем, представляющий собой кристаллический порошок оксида алюминия
различных модификаций:
с высоким содержанием альфа-оксида
алюминия - для производства электроизоляционных. электро- и радиокерамических
изделий, специальных видов керамики, электрофарфора, огнеупоров, шлифовальных и
абразивных материалов;
с низким содержанием альфа-оксида
алюминия - для производства высокоглиноземистых цементов в качестве
катализаторов и др.
В зависимости от физико-химического
состава выпускают марки глинозема, указанные в таблице I.
Неметаллургический глинозем
выпускают в соответствии с требованиями настоящего стандарта.
По физико-химическим показателям
глинозем должен соответствовать требованиям, установленным в таблице 2.
Массовая доля влаги в глиноземе всех
марок не должна быть более 1.0%. При определении массы партии глинозема
влажность не учитывают.
В глиноземе марки ГН содержание
монозерен размером более 11 мкм не должно быть более 8%.
В глиноземе всех марок не
допускаются видимые невооруженным глазом посторонние включения, технологически
не связанные с производством.
По степени воздействия на организм
человека глинозем относят 4-му классу опасности (вещества малоопасные) по ГОСТ
12.1.005 и ГОСТ 12.1.007.
Глиноземная пыль оносится к
аэрозолям, преимущественно фиброгенного действия, предельно допустимая
концентрация глиноземной пыли в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м3
по ГОСТ 12.1.005.
Воздушную среду рабочей зоны
контролируют в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.1.007. Анализ
проб воздуха на содержание глиноземной пыли проводят по методикам, утвержденным
Министерством здравоохранения.
Глинозем пожаро- и взрывобезопасен.
На предприятиях-производотелях и
потребителях глинозема должна быть разработана нормативная документация по
безопасности труда на производстве, применении и хранении глинозема в
соответствии с ГОСТ 12.1.007.
Для индивидуальной зашиты органов
дыхания от глиноземной пыли применяют респиратор ШБ-1 «Лепесток» по ГОСТ
12.4.028.
. Оксид магния по ГОСТ 4526-75 (в
количестве 0,6% масс.)
Настоящий стандарт распространяется
на оксид магния, представляющий собой белый порошок, почти нерастворимый в
воде, хорошо растворимый в кислотах: на воздухе постепенно поглотает углекислый
газ и влагу.
Показатели технического уровня,
установленные настоящим стандартом, предусмотрены для высшей категории
качества.
Формула МgO.
Молекулярная масса (по международным
атомным массам 1971 г.) - 40,31.
Оксид магния должен быть изготовлен
в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому
регламенту, утвержденному в установленном порядке.
По химическим показателям оксид
магния должен соответствовать нормам, указанным в табл. I.
Оксид магния может вызывать
раздражение слизистых глаз и носа.
При работе с препаратом следует
применять индивидуальные средства зашиты (респираторы типа «Лепесток»,
резиновые перчатки, зашитые очки), а также соблюдать правила личной гигиены.
Помещения, в которых проводятся
работы с оксидом магния, должны быть оборудованы обшей приточно-вытяжной
вентиляцией.
Глинозём марки ГН, химическая
формула Al2O3. Содержание примесей в
глиноземе должно быть минимальным. Насыпная плотность 0.9-1 г./см3.
Оксид магния препятствует росту
кристаллов и является хорошим связующим средством.
2.2 Применение смеси
Смесь ЦМ-332 обладает высокой
твердостью, её красностойкость достигает 1200°С. Она отличается низкой
прочностью при изгибе (350-400 МН/м2) и большой хрупкостью.
Существенным недостатком смеси является её крайне низкое сопротивление
циклическому изменению температуры. Применяется для обтачивания чугуна, сталей,
неметаллических материалов и некоторых сплавов на основе цветных металлов.
3. Технологическая схема
производства шликерного литья
Подготовка дисперсной фазы
Размол Подготовка термопластичной
связки
Сушка
Приготовление шликера
Загрузка
Расплавка
Вакуумирование
Подготовка формы к заполнению
шликером
Заливка под давлением
Низкотемпературный отжиг, удаление
связки
Высокотемпературный отжиг
Операция
|
Время, t
|
Давление, Р
|
Оборудование
|
Подготовка дисперсной фазы
|
Размол
|
|
от нескольких часов до нескольких суток
|
-
|
ШВМ, планетарные центробежные мельницы, вихревые мельницы
|
|
Сушка
|
100-150 оС
|
2-3 ч.
|
-
|
Сушильные шкафы
|
Подготовка термопластичной связки (Парафин, воск, олеиновая
кислота) - смешение
|
|
|
|
|
Подготовка шликера
|
Загрузка
|
-
|
-
|
-
|
Установка для вакуумирования шликера (емкость, оборудованная
пропеллерной мешалкой, подключенная к ресиверу и вакуумному насосу)
|
|
Расплавка
|
60-80 оС
|
|
-
|
|
|
Вакуумирование
|
|
5-6 мин
|
0,8 атм
|
|
Подготовка формы к заполнению шликером
|
-
|
-
|
-
|
Форма собирается вручную.
|
Шликерное формование позволяет
получать изделия сложных форм, мало- и крупногабаритные, полые с равномерной
толщиной стенок, с высокой чистотой поверхности и точных размеров.
К основным свойствам шликеров
относят текучесть, характеризующую его способность течь, заполнять форму и
увеличивать массу заготовки, и устойчивость, то есть способность не
расслаиваться в течение длительного времени. Различают седиментационную и
агрегативную устойчивость. Седиментационная устойчивость определяется скоростью
оседания твердых частиц в жидкости. Она зависит от плотности материала порошка,
формы и размера частиц (размера в большей степени), а также от концентрации
твердой фазы в шликере. Чем тяжелее частицы, чем ближе их форма к сферической,
тем быстрее произойдет расслоение.
Агрегативная устойчивость связана со
слипанием отдельных частиц в более крупные агломераты под действием электростатических
сил.
Величина этих сил зависит от природы
твердой и жидкой фаз, дисперсности порошка, формы частиц, величины удельной
поверхности, поверхностных энергий обеих фаз, характера процессов на межфазных
границах.
Обычно концентрация твердой фазы в
шликерах от 40 до 70%, в данном случае около 80%.
Дисперсность порошка, используемого
при приготовлении шликеров составляет от 1 - 3 мкм (W, Mo) до 5 - 10 мкм (Fe, Ni, Cu). Предельным значением
видимо является 40 мкм (Al и другие легкие металлы).
Жидкая фаза шликера должна иметь
низкую упругость пара, быть нетоксичной, пожаровзрывобезопасной (желательно),
не должна активно взаимодействовать с твердой фазой, одновременно хорошо
смачивая ее. Смачиванием можно управлять, добавляя в жидкость поверхностно-активные
вещества (ПАВ). Наиболее часто в качестве основы жидкой фазы используют воду,
которая обеспечивает шликеру достаточную жидкотекучесть, хорошее заполнение
формы и даже возможность прокачки по трубопроводам. Для нашего случая
используется олеиновая кислота.
Подготовка дисперсной фазы включает
в себя получение или выделение порошка заданной дисперсности и формы, что
призвано обеспечить максимальную плотность укладки без ухудшения
технологических свойств шликера. Крупные порошки дают неустойчивые суспензии и
заготовки с пониженной прочностью. Высокодисперсные порошки (обеспечивая
шликеру хорошую седиментационную устойчивость, а заготовкам достаточную
прочность) имеют низкую скорость набора массы; полученные формовки могут
коробиться при спекании из-за анизотропии усадки. Измельчение порошка для
шликера целесообразно проводить в жидкости во избежание адсорбции на его
поверхности газов, ухудшающих смачивание. Затем идет просушка.
При приготовлении термопластичных
шликеров (ТПШ) в качестве связки чаще (и в нашем случае тоже) всего используют
парафины (предельные углеводороды) с общей формулой CnH2n+2: от нонадекана C19H40 до пентатриоктана C35H72. Температура плавления этих соединений меняется в диапазоне от 49
до 54 оС. Парафины легко растворяются в органических растворителях.
Кроме них можно использовать церезины и полиэтилен. Последний хорошо
смешивается с парафинами, и его применяют в качестве добавки, увеличивающей
устойчивость шликеров. Есть упоминания об использовании при приготовлении ТПШ
воска, твердых жиров, пеков, фенолформальдегидных смол.
Любая связка в расплавленном
состоянии должна смачивать твердую дисперсную фазу и не должна образовывать
вокруг ее частиц толстые структурированные оболочки с аномально высокой
вязкостью.
Термопластичные шликеры готовят,
перемешивая порошок с расплавленной связкой, причем частицы твердой фазы часто
предварительно подогревают до 60 - 80 оС. Содержание связки
(пластификатора) в ТПШ 8 - 15% (14,35%).
Обычно формы для этой разновидности
шликерного формования изготавливают из стали; при производстве небольших партий
изделий их делают из меди, алюминиевых сплавов, пластика и даже гипса. В нашем
случае использовалась стальная форма.
Термопластичные шликеры на
парафиновой основе формуют, предварительно разогревая их до 70 - 100 оС
и заливая в равномерно подогретые резервуары, откуда шликеры будут
перекачиваться в формы под избыточным давлением 0,3 - 0,6 МПа. Помимо перекачки
это давление обеспечит хорошее заполнение всего объема формующей полости,
особенно тонких каналов и сечений.
Важно, чтобы избыточное давление
поддерживалось в системе до момента полного затвердевания шликера, чтобы
естественно возникающая усадка не изменила геометрию заготовки.
Очень важной операцией при
формовании ТПШ является отгонка пластификатора, которая в большинстве случае
сочетается с начальным (неизотермическим) периодом спекания. Она осуществляется
при медленном нагреве, с промежуточными изотермическими выдержками. В качестве
поглотителя расплавленного пластификатора используют ламповую сажу, активированный
уголь, оксид алюминия, прокаленный при 1200-1300 оС. В нашем случае
изделие спекалось при 1150 оС при первом низкотемпературном отжиге
для удаление связки.
Процесс удаления связки включает в
себя ее плавление, улетучивание легких фракций углеводородов, пиролиз
(термическое разложение) тяжелых фракций, выгорание углеродного остатка. Общая
продолжительность этого процесса, длительность отдельных его этапов, скорости
подъема температуры, температуры и время изотермических выдержек будут зависеть
от используемой связки-основы ТПШ.
Второй раз мы спекаем в печи
высокотемпературного отжига при 1690-1700 оС.
Коэффициент усадки изделия в
конечном итоге составляет 1,2-1,19.
Конечная плотность изделия 3,85 -
3,90 г./см3.
4. Основные производственные цеха и участки
1. Участок размола
порошка
Содержит
шаровые вращающиеся мельницы, гуммированные резиной, в которых осуществляется
мокрый размол порошка. Производительность - 50 т в месяц.
2. Участок приготовления
смеси
В результате размола получают
пульпу, которая поступает на сушку. Полученную смесь просеивают на вибросите. В
зависимости от дальнейшего цикла производства в порошок может быть добавлена
связка (каучука в бензине, поливиниловые спирты, растворы ПВС в воде). После
смешивания идет протирка и грануляция смеси, в результате которой уходит весь
бензин и смесь становится очень пластичной.
Количество
связки зависит от способа формования порошка. Так, например, для прессования на
гидравлическом прессе вводят 4-5 об.% связки, тогда как для шликерного
формования необходимо 30-40 об.%. Приготовление шликера также происходит в этом
цехе.
3. Цех формования
Основным
производственным помещением является цех формования, в котором установлены
гидравлические пресса, гидравлический длинноходовой пресс мундштучного формования
усилием 100т, механические пресса с автоматической подачей навески, на которых
получают 1000-3000 изделий за смену, машина для литья термопластичного шликера
и пресс горячего формования.
4. Участок удаления
связки и спекания
После
формования заготовки, необходимо удалить связку. Процесс проводят в печах
предварительного спекания объемом 200 л. Температура удаления связки 1150°С.
Если заготовки имеют небольшие размеры, то удаление связки происходит в
капсуле. Засыпкой служит, в основном, глинозём. акже на этом участке
установлена печь с выкатным подом и высокотемпературные печи, максимальная
температура нагрева в которых 1700°С.
5. Цех механической
обработки
В этом
цехе установлены шлифовальные машины для механической обработки изделий,
фрезерные станки и др.
5. Расчет материального баланса
Масса изделия до термической
обработки - 33 г.
Масса готового изделия - 28 г.
, а значит это равно
изначальному соотношению, во время спекания теряется только связка - 14, 35% о
общей массы шликера. На 4000г Al2O3 приходится 671 грамм связки. Из данного количества материала
получается 142 изолятора. В месяц количество товара достигает 300 штук. Для
такого количества изделий материала на месяц требуется:
г. Al2O3
1142 г. парафина
г. воска
г. олеиновой кислоты
а) Потери от брака составляют 0.085
(кг/кг):
*0.085=8568г
б) Улавливаемые отходы вентиляции -
0.009 (кг/кг):
*0.009=984.312 г.
в) Кусковые отходы после операции
просева - 0.0222 (кг/кг):
,312*0.0222=2449,82г
Доля расхода: (112802.133-100800)
/(112802.133+100800)=0.056=5.6%
6. Опасные и вредные
факторы на каждой операции и меры техники безопасности
По степени воздействия на организм
человека глинозем относят 4-му классу опасности (вещества малоопасные) по ГОСТ
12.1.005 и ГОСТ 12.1.007. Глиноземная пыль относится к аэрозолям,
преимущественно фиброгенного действия, предельно допустимая концентрация
глиноземной пыли в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м3 по ГОСТ
12.1.005. Воздушную среду рабочей зоны контролируют в соответствии с
требованиями ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.1.007. Анализ проб воздуха на содержание
глиноземной пыли проводят по методикам, утвержденным Министерством
здравоохранения. Глинозем пожаро- и взрывобезопасен. На
предприятиях-производителях и потребителях глинозема должна быть разработана
нормативная документация по безопасности труда на производстве, применении и
хранении глинозема в соответствии с ГОСТ 12.1.007. Для индивидуальной зашиты
органов дыхания от глиноземной пыли применяют респиратор ШБ-1 «Лепесток» по
ГОСТ 12.4.028.
Оксид магния может вызывать
раздражение слизистых глаз и носа. При работе с препаратом следует применять
индивидуальные средства зашиты (респираторы типа «Лепесток», резиновые
перчатки, зашитые очки), а также соблюдать правила личной гигиены. Помещения, в
которых проводятся работы с оксидом магния, должны быть оборудованы обшей
приточно-вытяжной вентиляцией
ПДК глинозема в рабочей зоне
составляет 6 мг/м3, а ориентировочно безопасный уровень воздействия в
атмосферном воздухе составляет 0,001 мг/м3.
ПДК осида магния в воздухе рабочей
зоны 4 мг/м3, класс опасности 4.
Операция
|
Оборудование
|
Меры защиты
|
Подготовка дисперсной фазы: Размол (мокрый) Сушка
|
ШВМ, планетарные центробежные мельницы, вихревые мельницы
|
Заземление, респираторы для защиты от вредных газов
|
|
Сушильные шкафы
|
Заземление
|
Подготовка термопластичной связки (смешение)
|
|
|
Подготовка шликера: Загрузка Расплавка Вакуумирование
|
|
|
|
-
|
-
|
|
|
|
|
Установка для вакуумирования шликера (емкость, оборудованная
пропеллерной мешалкой, подключенная к ресиверу и вакуумному насосу)
|
|
Подготовка формы к заполнению шликером
|
|
|
Низкотемпературный отжиг
|
Электрические камерные печи, пламенные мазутные и газовая
камерная печи, электрические шахтные вертикальные печи, электроконтактные
аппараты, селитровые и соляные ванны, вакуумные печи, муфельные электропечи
сопротивления, печи с кипящим слоем.
|
Третья группа специальной защитной одежды для интенсивности
теплового излучения по ГОСТ 12.4.176-89, средства защиты рук по ГОСТ
12.4.103-83, щиток защитный наголовный по ГОСТ 12.4.023-84
|
Удаление связки
|
Печи предварительного спекания
|
Заземление, дыхательный респиратор
|
Высокотемпературный отжиг
|
Печь с выкатным подом и высокотемпературные печи
|
Щиток, средства защиты рук, специальная одежда.
|
7. Описание полуавтомата
для литья керамических изделий
Данный полуавтомат представляет
собой прямоугольную конструкцию весом 950 кг (габариты: длина 1275 см ширина
820 см высота 1870 см)
Год выпуска 1981
Изготовитель ИМЗ
Назначение
Предназначен для изготовления
керамических изделий методом горячего литья под давлением из стеатитовых
глиноземных и ферритовых шликеров.
Полуавтомат состоит из следующих
основных групп:
· Корпуса
· Шликерных баков
· Редуктора
· Прижимного
устройства
· Ресивера
· Вакуум насоса
· Клапана управления
· Клапана
комбинированного
· Охладительных плит
· Пультов
· Трубопровода
· Предохранительного
щитка
Заключение
Многие углеводороды, которые
подвергаются сульфированию и сульфохлорированию, являются токсичными, пожаро- и
взрывоопасными веществами. Особую опасность представляют процессы сульфирования
в парах, так как в этом случае вероятность возникновения токсических и
взрывоопасных концентраций сульфирумых веществ при нарушении герметичности
аппаратуры являются наибольшей.
Продукты сульфирования представляют
значительно меньшую опасность, чем исходное сырье, как в смысле токсичности,
так и в отношении опасности взрыва и пожара.
Для защиты работающих от вредных
веществ необходима полная герметизация, а также механизация и автоматизация
производственных процессов. Если отсутствует возможность комплексной
механизации процесса, то механизация производится для отдельных узлов и
аппаратов. В каждом случае особое внимание обращают на ликвидацию источников
проникновения паров вредных жидкостей и газов в рабочие помещения.
Для перекачивания вредных и опасных
жидкостей вместо обычных насосов применяют бессальниковые насосы (погружные, с
электромагнитным приводом, с газовым уплотнением сальника и др.), изготовленные
из материала, стойкого к коррозии. Для транспортирования вредных и опасных
жидкостей используют трубопроводы с усиленными соединениями и надежными зажимами
прокладок. Открытые люки для отбора проб из аппаратов заменяют герметическими
пробоотборниками с засасыванием проб вакуумом или автоматическими
аналитическими приборами.
Вентиляционные устройства должны
обеспечивать в рабочих помещениях 4-6-кратный обмен воздуха за час. В отдельных
помещениях, где проводятся особенно вредные операции, кратность обмена воздуха
должна составлять 8-12 в час. Все аппараты, из которых возможно выделение
вредных газов, оборудуются местной вентиляцией.
Ппомещения, в которых перерабатываются
легковоспламеняющиеся жидкости, оборудуются в соответствии с противопожарными
нормами специальным взрывобезопасным электрооборудованием и средствами для
тушения пожара.
Для работающих с кислыми растворами
и реакционными массами предусматривается выдача спецодежды из шерстяной ткани,
которая мало разрушается кислотами. Большое значение для безопасности труда
имеет покрой спецодежды. Работающим с кислыми растворами выдаются куртки и
брюки. Применение комбинезонов в этом случае противопоказано, так как в
аварийном случае может возникнуть необходимость быстро снять одежду.
Литература
1 Авраменко Ю.Ф. Ремонт и регулировка CD-проигрывателей.
Санкт-Петербург «Наука и техника» 2010.
Чикмарев А.А. Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению.
М. «Высшая школа» 1994.
Б.С. Иванов. Энциклопедия начинающего радиолюбителя. Москва
«Патриот» 1993.
Ельяшкевич А.Е. Пескин А.С. Устройство, регулировка, ремонт.
Москва МП «Символ-Р» 1993. Авторы
Городилин В.М. и Городилин В.В. Регулировка радиоаппаратуры.
Москва «Высшая школа» 2011.
Чистяков М.Н., Справочник молодого рабочего по радиоизмерительным
приборам. М. «Высшая школа» 2010.
Боровик С.С, Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой
радиоэлектронной аппаратуры. Минск «Высшая школа» 2009