Témata
Reklama

Nejmodernější slévárna litin v Evropě

V příspěvku jsou stručně popsány segmenty výroby tekutého kovu a bentonitových forem pro odlitky ve slévárně Kasi postavené na zelené louce v letech 2010 a 2011 v Novém Bydžově - Zábědově.

Hlavní výrobní program slévárny představují prvky kanalizačních systémů (nyní cca 90 % vyráběného sortimentu). V tomto odvětví se stále více prosazuje litina s kuličkovým grafitem (tvárná litina) pro její lepší mechanické vlastnosti oproti litině s lupínkovým grafitem (šedá litina).

Reklama
Reklama
Reklama

Výroba tekutého kovu

Suroviny

Základem pro výrobu litinové taveniny jsou suroviny. Jedná se o surová železa, ocelový odpad, litinový odpad a vratný materiál – vtokové soustavy odlitků). Je žádoucí, aby suroviny byly skladovány v suchu. Surovinové hospodářství je proto součástí budovy slévárny. Pro vyklápění surovin z nákladních automobilů je možné používat tři boxy. Jeden z těchto boxů je často využíván pro dělení vratného materiálu pouštěním litinového ingotu z jeřábu. Pro další suroviny je k dispozici 12 boxů. Pomocí jeřábu s elektromagnetem jsou tyto suroviny převáženy do zavážecích vozů, z nichž je kov dosazován do tavicích pecí.

Tavení

Kov je taven ve dvou elektrických indukčních středofrekvenčních pecích Inductotherm vybavených odsáváním exhalací. Každá pec má kapacitu 6 tun a tavicí výkon 4 MW. Pece pracují v režimu Melt & Hold. To znamená, že jedna pec taví a druhá udržuje natavený kov, přičemž jej postupně po jedné tuně vylévá. Každá tuna vylitá z pece putuje v transportní pánvi v automatickém režimu k pánvi licí. Vozík s transportní pánví nejprve projíždí modifikační komorou, kde se v případě výroby litiny s kuličkovým grafitem zastaví. Komora se uzavře a začne přidávání plněného profilu (cívka drátu o průměru 13 mm). Plněný profil obsahuje hořčík, který zajistí růst grafitu ve tvaru kuliček místo lupínků. Modifikace probíhá poměrně bouřlivě za poměrně značného vývinu hořčíkových par. Komora proto disponuje odsáváním exhalací. Za modifikační komorou je z hladiny kovu stažena struska. Pánev poté najede do pozice před licí pánví a dojde k přelití kovu. Licí pánev má kapacitu dvě tuny. Kov je z ní odléván do forem spodní výpustí.

Úprava chemického složení kovu

V elektrických indukčních pecích je chemické složení upravováno výhradně pomocí přidání legury daného prvku o nízkém obsahu nebo naředěním kovu například ocelí v případě příliš vysokého obsahu daného prvku (C, Si). Chemické reakce se za účelem změny obsahu prvků nevyužívají. Nad zavážecími vozy je šest násypek pro legury k úpravě obsahů základních prvků litin (C, Si, Mn, S). Dávkování těchto legur do zavážecích vozů je automatické. Úprava chemického složení kovu po natavení je prováděna ručně ze zásobníků legur vedle velínu tavírny.

Obr. 1a. Přístroj na analýzu uhlíku a síry spalovací metodou, 1b. Spektrometr pro analýzu ostatních prvků (Si, Mn, P, Mg, Cr atd.)Analýzy chemického složení kovu probíhají přímo na tavírně pomocí dvou stolních přístrojů (viz obr. 1). První pracuje na principu spalovací metody a slouží k přesnému stanovení obsahu uhlíku a síry. Druhý pracuje na principu optické emisní spektrometrie a měří všechny ostatní prvky. Kromě chemického složení kovu v peci je kontrolováno i složení kovu v licí pánvi. Za účelem těchto analýz nesmí odebraný vzorek obsahovat vyloučený grafit. Proto je vzorek kovu odebírán do měděné kokilky, kde ztuhne tak rychle, že se uhlík vyloučí ve formě karbidů železa.

Licí zařízení a očkování kovu

Licí zařízení Koins pracuje v automatickém režimu. Odlévání je řízeno pomocí dvou laserů. Jeden snímá přítomnost licího proudu, druhý naplnění kovem vtokové jamky ve formě. Výlevku uzavírá zátková tyč, která se podle informací z laseru vertikálně pohybuje a řídí tak průtok kovu.

Obr. 2. Primární očkování při přelévání kovu do licího zařízení


Obr. 3. Monitoring lití na zařízení Koins. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Aby se v litině uhlík vyloučil ve formě grafitu, a nikoliv karbidů železa, musí být litina správně naočkovaná. Očkování je vnášení takových prvků do litiny, které zajistí tvorbu zárodků vhodných pro nukleaci grafitu. Právě tenkostěnné odlitky, které tvoří většinu odlévaného sortimentu společnosti Kasi, jsou náchylné k výskytu karbidických fází Fe3C. Očkování je prováděno dvoustupňově. Prvním stupněm je očkování hrubším očkovadlem do proudu kovu při přelévání z transportní pánve do licího zařízení – viz obr. 2. Druhým stupněm je automatické očkování do proudu během lití každé formy – viz obr. 3. Později bylo zavedeno očkování dvoustupňové. Díky tomuto systému ještě nebyly nebezpečně vysoké podíly karbidů železa v odlitcích zjištěny.

V polovině roku 2014 je v plánu testování expertního systému založené na termické analýze kovu. Výhoda tohoto systému spočívá v dokonalejším a přitom pro obsluhu snadnějším řízení metalurgické kvality kovu.

Mechanické zkoušky a metalografické hodnocení

Z každé pece je odlito těleso pro tahovou zkoušku podle ČSN EN 1563. Tahové zkoušky jsou prováděny na moderním stolním trhacím stroji Inspect 100 table od firmy Hegewald & Peschke. Maximální použitelná síla je 100 kN. Výsledky lze přehledně ukládat jako soubory a tedy je i jednoduše zobrazit kdykoliv v budoucnosti.
Zkoušky tvrdosti podle Brinella jsou prováděny na náhodně vybraných tyčkách a na odlitcích, kde to vyžaduje zákazník. Používá se tvrdoměr Qness 750MS, průměr kuličky je 5 mm, zatížení odpovídá 750 kg. Vyhodnocení vtisku je automatické – viz obrázek 4.

Obr. 4a. Trhací stroj Inspect 100 table, 4b. Tvrdoměr Qness 750MS

Metalografické vyhodnocení se provádí jen v případě, kdy to vyžaduje situace nebo zákazník. Firma disponuje inverzním metalografickým mikroskopem MTM 406 s kamerou a programem pro vyhodnocování struktury (počtu kuliček grafitu, podílů strukturálních složek atd.).

Výroba formovací směsi pro bentonitové formy

Pískové hospodářství je ucelený název pro prostor, kde dochází k namíchání nové, optimální formovací směsi, k recyklaci a úpravě použité směsi a ke skladování všech potřebných surovin. Modernost pískového hospodářství spočívá v tom, že všechny procesy a pohyby směsi jsou řízeny počítačem. Jde tedy o bezobslužné pracoviště.

Některé komponenty bentonitové formy jsou dopravovány do slévárny v cisternách – písek, bentonit a směsný bentonit (to je směs bentonitu a uhlíkatých přísad) jsou pak přefoukávány z cisteren přímo do silových zásobníků. Z těchto zásobníků se podle stanovené receptury odebere požadované množství jednotlivých komponent pro výrobu nové směsi. Tyto nové komponenty tvoří přibližně pouze 2 %. Zbývajících cca 98 % připadá na recyklované staré směsi. Všechny složky jsou promíchávány v mísiči, přičemž je přidávána voda. Namíchané množství směsi se pohybuje v průměru okolo 65 tun za hodinu. Parametry každé namíchané dávky (2,5 tuny) jsou kontrolovány již v mísiči. Poté je kvalita směsi třikrát kontrolována na automatickém přístroji firmy Eirich. Na základě všech těchto výsledků provede počítač korekci poměru přísad v další dávce směsi. Korigován je zejména obsah vody, který je pro optimální kvalitu podstatný. Jednotlivé parametry určující kvalitu směsi se zaznamenávají a je možné zpětně provést jejich kontrolu.

Po odlití kovu do forem se tyto pohybují na dvou až třech chladicích tratích směrem k vyklepávacímu roštu. Tam je oddělován písek od litinového odlitku a opět se recykluje. Nejprve je přesíván na potřebnou hrubost v polygonovém sítu a následně chlazen v průběžné chladničce na požadovanou teplotu. Poté je dopraven do zásobníku. Podle nastaveného klíče je písek střídavě posílán do dvou různých sil. Je nutné zajistit, aby se při dalším dávkování písku do mísiče míchaly různé druhy písku z předchozího lití a různě zatížené skupiny recyklovaných starých písků. Výsledkem je rovnoměrná kvalita namíchané formovací směsi pro nové formy.
Počítač v pískovém hospodářství sleduje také stav jednotlivých dopravníků a ostatních zařízení. V případě problému, např. při zastavení strojů nebo pásů, vybočení pásu, přeplnění zásobníku, nedostatečném navážení komponent apod., upozorňuje na poruchu a přesně ji lokalizuje. V případě vážné poruchy zastavuje jednotlivá zařízení, aby se předešlo vzniku dalších škod.

Závěrem

Z litin s kuličkovým grafitem tvoří více než 90 % produkce materiál EN-GJS-500-7, u litin s lupínkovým grafitem je z více než 90 % odléván materiál EN-GJL-200. Formovací linka HWS (Heinrich Wagner Sinto) má kapacitu 200 syrových bentonitových forem za hodinu. V prvním roce provozu bylo odlito 6 500 tun odlitků (r. 2011), v r. 2013 již 9 400 tun odlitků. Očekává se postupný nárůst až na 15 000 tun odlitků (teoretická kapacita je 22 000 tun odlitků ročně).

Ing. Vladimír Pecina, Ph.D.
Ing. P. Hesoun

Kasi
www.kasi.cz
pecina@kasi.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140143
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Trendy / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

Aplikace nanomateriálů ve strojírenství

Nanotechnologie umožňují vývoj nových generací kompozitů s vylepšenou funkčností a širokou škálou aplikací. V současnosti nanokompozity představují mnoho aplikací v mnoha průmyslových oborech. Užitné vlastnosti nanomateriálů vyplývají z jejich výjimečných fyzikálních a chemických vlastností, velikosti, tvaru či povrchové morfologii. Velikostní efekt (size efect) umožňuje výrazně zlepšovat užitné vlastnosti konvekčních materiálů. Nanotechnologie díky svému inovačnímu potenciálu již dnes výrazně ovlivňují moderní průmyslové produkty.

Související články
Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Ultra lehké komponenty vyráběné 3D tiskem

V posledních letech se do širšího povědomí dostávají aditivní technologie, neboli 3D tisk, kde je součást tvořena přidáváním materiálu nikoliv jeho odebíráním, jako je tomu u klasického obrábění. Jejich využití je zkoumáno napříč nejrůznějšími obory od strojírenství přes architekturu až po medicínu a módu. Pokud se omezíme na 3D tisk kovů, zjistíme, že aditivní technologie jsou brány jako prostředek pro výrobu tvarově složitých a občas konvenčními způsoby zcela nevyrobitelných dílů. Jsou brány jako jakási ideální výrobní technologie pro výrobu čehokoliv. V posledních letech se navíc stále více skloňuje spojení aditivní technologie a topologické optimalizace, což je způsob návrhu tvaru dílu na základě matematické optimalizace. Jak lze tušit, navržený tvar je značně složitý a často bývá označován jako organický. Takové díly jsou údajně vhodné pro 3D tisk, ale není tomu tak. Ve většině případů je realita daleko prozaičtější. Použití aditivní technologie je pouze jediná možnost, jak takový díl vyrobit.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

O materiálovém inženýrství pro strojírenství

Ve srovnání s tradičním strojním inženýrstvím vzniklo materiálové inženýrství jako vědní a studijní obor před poměrně krátkou dobou. Zkušenosti ukazují, že jeho podstata není části technické veřejnosti a zejména mnohým studentům strojního inženýrství zcela jasná. To je i možnou příčinou, že počet materiálových inženýrů neodpovídá potřebám strojírenského průmyslu. Materiálové inženýrství se přitom zásadním způsobem podílí na modernizaci a konkurenceschopnosti strojírenských výrobků a zařízení, zvyšování efektivnosti jejich výroby a snižování energetické náročnosti jejich provozu.

Fórum výrobních manažerů

Jak se odráží ve vaší výrobě stále přetrvávající nedostatek materiálových vstupů? Jak to ovlivňuje chod vaší firmy, plánování průchodu zakázky výrobou? Navýšení cen surovin musíte pravděpodobně promítnout do výsledných cen vašich produktů. Jak na to reagují odběratelé?

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Z manažera vlastníkem

V době recese koupila Olga Kupec od německého majitele slévárenský provoz a už více než 10 let jede její firma na plné obrátky. Tato přemýšlivá a empatická dáma dokázala svým přístupem ke klientům a kolegům vybudovat v českoněmeckém pohraničí prosperující firmu, která nemá nouzi, ani o zakázky, ani o zaměstnance.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit