Обоснование производственной программы

ВВЕДЕНИЕ

Улучшение качества металлопродукции, повышение эффективности ее производства и потребления является одним из генеральных направлений развития промышленности на ближайшие годы.

В современных условиях рынка, когда резко изменилась его конъюнктура, возросли требования к качеству продукции и срокам ее поставок. Произошли коренные изменения в сортаменте выпускаемой продукции. В современных условиях мировая промышленность сделала существенное продвижение вперед, в особенности в производстве метизов. Многие страны: Япония, Южная Корея, Германия, Италия за счет внедрения разработок новейших технологий и применения современного оборудования, смогли достигнуть наивысшей производительности с достаточно низкими затратами.

В последнее время на действующем производстве стал обостряться вопрос о выживании, ввиду того, что возникли финансовые трудности с приобретением основных и вспомогательных материалов.

В числе необходимых мер для сохранения производства наметилась тенденция по увеличению производства, поиска новых технологий и новых видов продукции, значительного сокращения численности трудящихся, роста поставок продукции на экспорт.

Основными направлениями развития проволочного производства базируются на новой технической основе, предусматривающей интенсификацию технологических процессов; увеличение производственной мощности агрегатов с максимальным применением поточности; снижение норм расхода основных и вспомогательных материалов, энергоресурсов; экологическую чистоту производства; расширение выпуска металлоизделий высокого качества.

В связи с этим, дипломным проектом разработан технологический процесс изготовления легированной сварочной проволоки. Рассмотрены вопросы современных технологий в процессе ее изготовления.

Выбор сортамента проволоки

Сортамент готовой продукции выбран из анализа потребностей потребителей, практики работы цеха легированной проволоки Белорецкого металлургического комбината. В соответствии с востребованными на российском рынке объемами сварочной проволоки из стали 12Х13, проектом принят годовой выпуск в количестве 18000 тонн в год. Проектный сортамент приведен в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Сортамент для производства проволоки из стали 12Х13

Марка стали	ГОСТ, ТУ	Диаметр готовой продукции, мм	Годовой объем, кг
12Х13	ГОСТ 2246-70	2,00
2,50
3,00
Итого:

Требования, предъявляемые к сварочной легированной проволоке

Проволоку для изготовления электродов от простой сварочной проволоки отличают более жесткие предельные отклонения по диаметру и временному сопротивлению разрыву.

Проволока должна изготавливаться с суженными пределами по содержанию следующих элементов показанных в таблице 1.3 [1].

 

Таблица 1.3 – Содержание химических элементов

Сталь	C, не более	Si	Mn	Cr, max	Ni, max	S, max	P, max
Св.12Х13	0,09-0,14	0,30-0,70	0,30-0,70	12,0-14,0	Не более 0,60	0,025	0,030

 

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски (в т.ч. затянутые), царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки [1].

Технические требования:

а) Проволока изготавливается из следующих марок стали:

- низкоуглеродистых (Св-08; Св-08А; Св-10ГА и т.п.);

- легированных (Св-08Г2С; Св-08ХМ; Св-08ХГФА и т.п.);

- высоколегированных (12Х13; Св-04Х19Н9; Св-06Х19Н9Т; Св-04Х19Н11М3 и т.п.).

б) По назначению проволока подразделяется:

- для сварки (наплавки);

- для изготовления электродов (условное обозначение – Э).

Назначение проволоки должно оговариваться потребителем в заказе.

в) По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется:

- омедненная (условное обозначение – О);

- не омедненная.

г) По требованию потребителя проволока должна изготовляться из стали, выплавленной:

- электрошлаковым переплавом (Ш);

- вакуумно-дуговым переплавом (ВД);

- в вакуумно-индукционных печах (ВИ).

При этом дополнительные требования к металлу проволоки устанавливаются по соглашению сторон.

д) Диаметры проволоки и предельные отклонения по ним должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.4.

Овальность проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру [1].

 

Таблица 1.4 – Допускаемые предельные отклонения по диаметру

Марки стали	Диаметр проволоки	Предельные отклонения, мм
Для сварки, мм
12Х13	2,0	-0,06
2,5	-0,09
3,0	-0,09

 

е) Временное сопротивление разрыву легированной и высоколегированной проволоки должно соответствовать нормам, указанным в таблице 2.4 [1].

 

Таблица 2.4 - Временное сопротивление разрыву проволоки

Марка стали	Диаметр проволоки, мм	Временное сопротивление разрыву, МПа (Кгс/мм )
Для сварки
12Х13	2,0	686-980 (70-100)
2,5; 3,0	637-931 (65-95)

Диаметры проволоки и предельные отклонения должны соответствовать указанным в таблице 2.5 [1].

 

Таблица 2.5 - Диаметры проволоки и предельные отклонения

Номинальный диаметр проволоки	Предельное отклонение проволоки, предназначенной
Для сварки (наплавки)	Для изготовления электродов
2,0	-0,12	-0,06
2,5	-0,12	-0,09
3,0

 

Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности.

Осмотру и обмеру должны подвергаться все мотки, (катушки, кассеты) проволоки. Диаметр проволоки измеряют микрометром МК25 с ценой деления 0,01 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом сечении не менее чем в двух местах на расстоянии не менее 5 м друг от друга.

Для проверки временного сопротивления разрыву проволоки от каждой партии отбирают 2 % мотков (катушек, кассет), но не менее трех мотков (катушек, кассет). Образцы для испытания должны быть взяты из двух участков каждого контролируемого мотка (катушки, кассеты) на расстоянии не менее 5 м друг от друга.

Для проверки наличия следов мыльной смазки на поверхности проволоки от каждой партии отбирают 2% мотков (катушек), но не менее трех мотков (катушек).

Результаты испытаний указываются в документе о качестве.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания на удвоенном количестве образцов, взятых из той же контрольной партии проволоки.

При получении неудовлетворительных результатов повторных испытаний предприятие-изготовитель может произвести пересортировку партии проволоки путем проведения испытаний по тем же показателям каждого мотка (катушки, кассеты) с последующей сдачей мотков (катушек, кассет), выдержавших испытания.

Каждый моток должен быть плотно перевязан мягкой проволокой не менее чем в трех местах, равномерно расположенных по периметру мотка.

Каждый моток (бухта, катушка) проволоки диаметром свыше 0,5 мм должен быть обернут слоем бумаги, затем слоем полимерной пленки, нетканых материалов или ткани из химических волокон.

Каждая партия проволоки должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие проволоки требованиям ГОСТ 2246-70.

 

 

ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет включает в себя расчет баланса времени работы оборудования в планируемом периоде и его производительность в единицу времени.

Различают календарное, номинальное время и фактическое время работы.

Проектом предусматривается непрерывный трехсменный четырехбригадный график работы. Баланс рабочего времени за год представлен в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 - Баланс времени работы оборудования

Показатели	Единицы измерения	Значение показателей
1 Календарное время	сутки
2 Планируемые простои: 2.1 Планово-предупредительные ремонты(5%) 2. 2 Праздничные и выходные дни	сутки сутки
3. Номинальное время	сутки
4. Текущие простои (8-13)	%
5. Фактическое время	часы

 

Фактическое время непрерывного производства:

Т_ф.непр.=(Т_{календ.}-Т_ППР)·24·(1- ) (3.1)

 

Т_ф.непр=(365-18) ·24·(1- )=7578 час.

 

Т_ППР= =18,25 18 сут. (3.2)

 

ВВЕДЕНИЕ

Улучшение качества металлопродукции, повышение эффективности ее производства и потребления является одним из генеральных направлений развития промышленности на ближайшие годы.

В современных условиях рынка, когда резко изменилась его конъюнктура, возросли требования к качеству продукции и срокам ее поставок. Произошли коренные изменения в сортаменте выпускаемой продукции. В современных условиях мировая промышленность сделала существенное продвижение вперед, в особенности в производстве метизов. Многие страны: Япония, Южная Корея, Германия, Италия за счет внедрения разработок новейших технологий и применения современного оборудования, смогли достигнуть наивысшей производительности с достаточно низкими затратами.

В последнее время на действующем производстве стал обостряться вопрос о выживании, ввиду того, что возникли финансовые трудности с приобретением основных и вспомогательных материалов.

В числе необходимых мер для сохранения производства наметилась тенденция по увеличению производства, поиска новых технологий и новых видов продукции, значительного сокращения численности трудящихся, роста поставок продукции на экспорт.

Основными направлениями развития проволочного производства базируются на новой технической основе, предусматривающей интенсификацию технологических процессов; увеличение производственной мощности агрегатов с максимальным применением поточности; снижение норм расхода основных и вспомогательных материалов, энергоресурсов; экологическую чистоту производства; расширение выпуска металлоизделий высокого качества.

В связи с этим, дипломным проектом разработан технологический процесс изготовления легированной сварочной проволоки. Рассмотрены вопросы современных технологий в процессе ее изготовления.

ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ

1.1 Назначение и основные требования, предъявляемые к проволоке

В каждой отрасли имеются задачи, которые связанны с соединением металлических деталей: получение надежных металлоконструкций, соединение труб большого диаметра, соединения различных деталей и механизмов, а также другие задачи, которые сможет решить только сварка.

Проволока из нержавеющей стали чаще всего используется для сварки конструкций из различного нержавеющего проката, так как такие изделия не могут вариться обычными электродами из черного металла, потому что это может привести к изменению химического состава на границе свариваемых деталей и соответственно к серьезному ухудшению качества шва по сравнению со свойствами соединяемых деталей. Проволока нержавеющая сварочная обычно используется как в специальных катушках, которые позволяют подавать ее точно и дозировано, так и бухтами.

Сталь типа 12Х13 может служить материалом для изделий, эксплуатируемых в слабоагрессивных средах (пищевая, мясомолочная, спиртоводочная отрасли промышленности, шахтное оборудование, медицинские и бытовые приборы). Свариваемость этих сталей удовлетворительная. В качестве сварочного материала применяются покрытые сварочные электроды марки УОНИ-13/НЖ на проволоке 12Х13 – это электроды с фтористо-кальциевым покрытием и они предназначены для сварки ответственных конструкций из хромистых сталей типа 08Х13, 12Х13 и наплавки уплотнительных поверхностей стальной арматуры.

Основное применение проволоки - это сварка нержавеющей стали различных марок, при этом проволока используется в качестве электродов или источника металла для сварочного шва и с успехом применяется как при газовой сварке, так и при электродуговой в среде инертных газов.

 

1.2 Обоснование выбора исходного сырья, марки стали и требования к заготовке

Основным материалом для изготовления проволоки является катанка диаметром 5,5-6,5 мм. Качество катанки определят свойства проволоки, проволочных изделий и основные технико-экономические показатели производства: производительность труда, расход основного и вспомогательных материалов, энергозатраты, уровень эффективности использования металла в народном хозяйстве. Основное условие получения катанки высокого качества - использование металла по сопутствующим, случайным, скрытым примесям и неметаллическим включениям. Практика показывает, что применение кислородно-конверторной стали с комбинированной продувкой значительно улучшает качество стали, потребительские свойства проволоки и проволочных изделий.

Проектом принята катанка 6,5 мм из стали марки 12Х13.

Химический состав стали 12Х13 представлен в таблице 1.1 [1].

 

Таблица 1.1 - Химический состав стали из катанки 12Х13 по ГОСТ 2246-70

Марка	С	Si	Mn	Cr	Ni, не более	S, не более	P, не более
Св-12Х13	0,09-0,14	0,30-0,70	0,30-0,70	12,0-14,0	0,60	0,025	0,030

 

Качество катанки является одним из главных факторов, определяющих технико-экономические показатели и качество продукции сталепроволочного производства.

Факторы прокатного производства определяют диапазон размеров катанки, точность формы и размеров ее поперечного сечения, макро- и микроструктуру и величину зерна, вид и количество поверхностных дефектов, количество и структуру окалины, механические свойства и их однородность по длине бунта, технологичность переработки катанки в проволоку, массу бунтов.

Общие требования к катанке, подвергаемой волочению в проволоку, можно сформулировать следующим образом:

1. Для производства широкого сортамента проволоки необходима катанка диаметром от 5,0 до 12,0 мм. Допускается изготовление катанки других размеров в соответствии с ГОСТ 2590 [2]. Нижний предел определяется экономической целесообразностью горячей прокатки, а верхний - возможностями действующего волочильного оборудования.

2. Допускаемое отклонение по диаметру и овальность катанки оказывают влияние на равномерность свойств проволоки по длине и стойкость волочильного инструмента, особенно на первой протяжке. Равномерность свойств проволоки зависит от допуска на диаметр при волочении её непосредственно из катанки. Овальность катанки сказывается на равномерности деформации и захвате смазки в первой волоке. Лучшие показатели катанки по допуску ±0,1...0,15 мм, овальности 0,2...0,4 мм.

3. Количество и состав окалины на катанке определяют условия её травления или удаления механическими способами. Количество окалины должно быть минимальным, так как это излишние потери металла, а состав окалины не всегда поддается регулировке. Количество окалины на углеродистой катанке, прокатанной на современных станах, снижается до 3 - 5 кг/т.

4. Неметаллические включения в углеродистой катанке: оксиды - нежелательны; сульфиды - не более 1 балла по ГОСТ 1778-81; сульфиды + оксиды + силикаты - не более

2...2,5 балла.

5. Макроструктура катанки не должна иметь при проверке на изломах усадочной раковины и рыхлости, пузырей, расслоений, трещин, шлаковых включений и флокенов, видимых невооруженным глазом.

6. Структура катанки должна обеспечивать максимальную пластическую деформацию волочением в состоянии поставки.

Требования к структуре определяются составом стали. Для углеродистых сталей, где С более 0,5 % наилучшей является мелкодисперсный пластинчатый перлит - сорбит, без значительного выделения цементита для заэвтектоидных сталей.

7. Величина действительного зерна в катанке должна быть в пределах 7... 10 баллов для сорбитизированной; 6... 10 баллов для ускоренно-охлажденной; 4... 7 баллов для охлажденной на воздухе.

8. Глубина обезуглероженного слоя на поверхности катанки не должна превышать 2,0 % от диаметра катанки. Величина обезуглероженного слоя обычно регламентируется стандартами на катанку.

При выборе марки стали необходимо учитывать требуемый уровень прочности, надежности и долговечности, а также технологию изготовления и экономию металла.

Свариваемость металлов характеризуется способностью изменять свойства шва и сварного соединения по сопоставлению со свойствами основного металла, способностью к взаимной кристаллизации. Косвенная оценка свариваемости металлов заключаются в оценке количества углерода и легирующих элементов в стали, и полученное количество сопоставляется с так называемым эквивалентным содержанием углерода, по которому оценивают свариваемость.

В общем случае по свариваемости стали условно подразделяют на четыре группы [3]:

- хорошо сваривающиеся - до 0,3% углерода;

- удовлетворительно сваривающиеся - до 0,38% углерода;

- ограничено сваривающиеся - до 0,48% углерода;

- плохо сваривающиеся - свыше 0,48% углерода.

Основным критерием этого разделения является количество углерода (не эквивалента углерода). Следовательно, процентное содержания углерода напрямую влияет на свариваемость материалов. С целью повышения сварочно-технологических свойств готовой проволоки процентное содержание углерода должно составлять менее 0,3%.

Принципиальная, или физическая, свариваемость - это способность металлов в условиях сварки образовывать соединение на основе взаимной кристаллизации. Принципиальной свариваемостью обладают все однородные металлы. Не свариваются металлы, не обладающие взаимной растворимостью, они образуют не межатомные связи, а хрупкие химические соединения.

Технологическая свариваемость в свою очередь подразделяется на тепловую (отношение металла к тепловому воздействию) и металлургическую технологическую свариваемость, которая учитывает отношение металла к плавлению, металлургической обработке и кристаллизации.[4]

Учитывается как критерий свариваемости окисляемость металла, стойкость к горячим и холодным трещинам. Особого внимания заслуживает участок перегрева в зоне термического влияния - как самая ослабленная область в сварном соединении. Она нагревается до температуры 1100- 1400ºС, поэтому структура металла в этой зоне - крупнозернистая с пониженными механическими свойствами (пластичностью и ударной вязкостью). Эти свойства тем ниже, чем крупнее зерно и шире зона перегрева (как у газовой сварки).

Оценочным показателем свариваемости металлов служит сопротивляемость к образованию горячих и холодных трещин, которые описаны в предыдущем разделе при рассмотрении кристаллизации металла шва. Существует много методов оценки свариваемости, применяемых в машиностроении и описанных в литературе, но они распространяются на однородные и, главным образом, стальные материалы. Все они имеют одну основную цель - оценить свариваемость металлов по стойкости против образования горячих и холодных трещин и склонности образовывать закалочные структуры в зоне термического влияния. На состояние зоны термического влияния, влияет содержимое химических элементов в стали, особенно углерода.

Для определения свариваемости металлов используются в основном два метода: моделирование условий работы сварного соединения, близких к реальным, с изготовлением образцов соединения, и пробы - испытание при сварке либо после сварки, с оценкой свариваемости, технологические пробы и т. д. Косвенные методы оценки свариваемости металлов (количественные) заключаются в оценке количества углерода и легирующих элементов в стали, и полученное количество сопоставляется с так называемым эквивалентным содержание углерода Сэкв по которому оценивают свариваемость.

 

 

Выбор сортамента проволоки

Сортамент готовой продукции выбран из анализа потребностей потребителей, практики работы цеха легированной проволоки Белорецкого металлургического комбината. В соответствии с востребованными на российском рынке объемами сварочной проволоки из стали 12Х13, проектом принят годовой выпуск в количестве 18000 тонн в год. Проектный сортамент приведен в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Сортамент для производства проволоки из стали 12Х13

Марка стали	ГОСТ, ТУ	Диаметр готовой продукции, мм	Годовой объем, кг
12Х13	ГОСТ 2246-70	2,00
2,50
3,00
Итого:

Требования, предъявляемые к сварочной легированной проволоке

Проволоку для изготовления электродов от простой сварочной проволоки отличают более жесткие предельные отклонения по диаметру и временному сопротивлению разрыву.

Проволока должна изготавливаться с суженными пределами по содержанию следующих элементов показанных в таблице 1.3 [1].

 

Таблица 1.3 – Содержание химических элементов

Сталь	C, не более	Si	Mn	Cr, max	Ni, max	S, max	P, max
Св.12Х13	0,09-0,14	0,30-0,70	0,30-0,70	12,0-14,0	Не более 0,60	0,025	0,030

 

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски (в т.ч. затянутые), царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки [1].

Технические требования:

а) Проволока изготавливается из следующих марок стали:

- низкоуглеродистых (Св-08; Св-08А; Св-10ГА и т.п.);

- легированных (Св-08Г2С; Св-08ХМ; Св-08ХГФА и т.п.);

- высоколегированных (12Х13; Св-04Х19Н9; Св-06Х19Н9Т; Св-04Х19Н11М3 и т.п.).

б) По назначению проволока подразделяется:

- для сварки (наплавки);

- для изготовления электродов (условное обозначение – Э).

Назначение проволоки должно оговариваться потребителем в заказе.

в) По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется:

- омедненная (условное обозначение – О);

- не омедненная.

г) По требованию потребителя проволока должна изготовляться из стали, выплавленной:

- электрошлаковым переплавом (Ш);

- вакуумно-дуговым переплавом (ВД);

- в вакуумно-индукционных печах (ВИ).

При этом дополнительные требования к металлу проволоки устанавливаются по соглашению сторон.

д) Диаметры проволоки и предельные отклонения по ним должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.4.

Овальность проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру [1].

 

Таблица 1.4 – Допускаемые предельные отклонения по диаметру

Марки стали	Диаметр проволоки	Предельные отклонения, мм
Для сварки, мм
12Х13	2,0	-0,06
2,5	-0,09
3,0	-0,09

 

е) Временное сопротивление разрыву легированной и высоколегированной проволоки должно соответствовать нормам, указанным в таблице 2.4 [1].

 

Таблица 2.4 - Временное сопротивление разрыву проволоки

Марка стали	Диаметр проволоки, мм	Временное сопротивление разрыву, МПа (Кгс/мм )
Для сварки
12Х13	2,0	686-980 (70-100)
2,5; 3,0	637-931 (65-95)

Диаметры проволоки и предельные отклонения должны соответствовать указанным в таблице 2.5 [1].

 

Таблица 2.5 - Диаметры проволоки и предельные отклонения

Номинальный диаметр проволоки	Предельное отклонение проволоки, предназначенной
Для сварки (наплавки)	Для изготовления электродов
2,0	-0,12	-0,06
2,5	-0,12	-0,09
3,0

 

Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности.

Осмотру и обмеру должны подвергаться все мотки, (катушки, кассеты) проволоки. Диаметр проволоки измеряют микрометром МК25 с ценой деления 0,01 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом сечении не менее чем в двух местах на расстоянии не менее 5 м друг от друга.

Для проверки временного сопротивления разрыву проволоки от каждой партии отбирают 2 % мотков (катушек, кассет), но не менее трех мотков (катушек, кассет). Образцы для испытания должны быть взяты из двух участков каждого контролируемого мотка (катушки, кассеты) на расстоянии не менее 5 м друг от друга.

Для проверки наличия следов мыльной смазки на поверхности проволоки от каждой партии отбирают 2% мотков (катушек), но не менее трех мотков (катушек).

Результаты испытаний указываются в документе о качестве.

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания на удвоенном количестве образцов, взятых из той же контрольной партии проволоки.

При получении неудовлетворительных результатов повторных испытаний предприятие-изготовитель может произвести пересортировку партии проволоки путем проведения испытаний по тем же показателям каждого мотка (катушки, кассеты) с последующей сдачей мотков (катушек, кассет), выдержавших испытания.

Каждый моток должен быть плотно перевязан мягкой проволокой не менее чем в трех местах, равномерно расположенных по периметру мотка.

Каждый моток (бухта, катушка) проволоки диаметром свыше 0,5 мм должен быть обернут слоем бумаги, затем слоем полимерной пленки, нетканых материалов или ткани из химических волокон.

Каждая партия проволоки должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие проволоки требованиям ГОСТ 2246-70.