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.