Oprema za livenje AL trupaca

Oprema za livenje AL trupaca

Savremeni sistem za proizvodnju aluminijumskih bileta sa pripremom
liva i livenjem u elektromagnetnom polju

Aluminijum i aluminijumske legure imaju izvanredne karakteristike; svetli su, otporni na koroziju, laki za presovanje i obradu, i dobri su provodnici. Glavnu primenu nalaze u građevinskoj, industriji ambalaže, te brodogradnji i proizvodnji elektro opreme. Bileti se koriste za ekstrudiranje profila za aluminijumsku stolariju, automobilsku i avio industriju, kao i za standardnu mašinsku obradu (struganje, glodanje, kovanje).

Livne ploče:
20 komada

Dimenzije bileta:
6” – 25”

Reference:
Srbija, Bosna i Hercegovina, Makedonija, Italija, Iran

Kao najbolji način proizvodnje bileta pokazao se, i već više decenija se koristi, vertikalno kontinualno livenje sa direktnih hlađenjem (DC casting). Kod ovog sistema lije se veći broj bileta odjednom, u aluminijumskim kristalizatorima koji su fiksirani u livnoj ploči, dok se dno sa početnim komadima pomera na dole. Pomeranje dna može biti pomoću hidrauličnog klipa ili sajli, a njegov maksimalan hod određuje maksimalnu dužinu bileta. Kristalizatori, kao i sami trupci, hlade se direktnim protokom vode. Održavanje nivoa liva u kristalizatorima može biti izvedeno na dva načina: pomoću toplih glava i pomoću dizni sa plovkom.

U novije vreme je DC sistem osavremenjen mnogim dodatnim rešenjima koja dižu kvalitet proizvodnje na viši nivo. Takođe, velika pažnja se posvećuje pripremi liva. Ovde ćemo izložiti šematski prikaz i opisati jednu savremenu livnicu sa opremom za livenje u elektromagnetnom polju, što predstavlja najnovije dostignuće u livenju aluminijumskih bileta.

1. Peć za livenje

Za pripremu i održavanje tečnog metala koristi se električna indukciona peć kanalnog tipa. Ovo je najbolje rešenje za livnice malog i srednjeg kapaciteta. U peć za održavanje se naliva materijal koji je prethodno istopljen u gasnoj ili električnoj peći, ili dolazi iz primarne proizvodnje. U njoj se može vršiti i naknadno dolegiravanje.

Kanalne peći su pouzdane, lake za korištenje, omogućavaju dobru regulaciju temperature i mešanje materijala. Za razliku od gasnih peći, minimalan je unos nemetalnih uključaka i oksida u materijal. Dobro mešanje materijala je ostvareno samim principom rada peći, jer liv cirkuliše kroz kanalni induktor na dnu i ta cirkulacija se prenosi čak do površine. Ovo je naročito bitno u radu sa tvrdim legurama (serija 2000 i 7000), kod kojih, ukoliko nema dobrog mešanja, dolazi do segregacije legirajućih elemenata. Hidraulika izlivnog sistema mora biti dobro konstruisana, sa finom regulacijom podizanja, zbog dobrog održavanja protoka i nivoa liva na livnoj mašini.

2. Degazacija

U aluminijumskom livu uvek je prisutna određena količina nečistoća: vodonik, alkalni metali, alkalne soli i drugi intermetalni uključci. Sve to ima izuzetno štetan efekat po kvalitet bileta. Problem je naročito izražen u gasnim pećima, kao posledica sagorevanja, ali javlja se i kod indukcionog topljenja. Količinu vodonika u livu je poželjno svesti na najmanju moguću meru, i to se radi postupkom degazacije, prolaskom nekog inertnog gasa kroz liv. Najbolje je koristiti argon, a da bi se smanjili troškovi često se koristi i azot koji daje zadovoljavajućii rezultat pri tri puta nižoj ceni. Za bilete najvišeg kvaliteta dozvoljeno prisustvo vodonika iznosi 0.15 cc/100 gr.

Degazacija se može vršiti u samoj peći, ali je još bolje rešenje da se vrši u livnom kanalu, neposredno pred nalivanje materijala, jer je tako najmanja mogućnost da ponovo dođe do zagađenja vodonikom. Liv koji se izručuje iz peći kontinuirano prolazi kroz degazator (pozicija 2 na blok-šemi). Degazator se sastoji od dve rotirajuce grafitne osovine, spregnute na elektromotor, koje kroz sredinu imaju kanale za dovodjenje argona pod pritiskom. Na drugom kraju osovina su grafitne glave nazubljene u obliku buzdovana, radi efikasnijeg mešanja i veće kontaktne površine sa livom. Grafit je porozan, i kroz celu površinu izlazi argon, ulazi u liv, ispira ga, vezuje uz sebe elementarni vodonik i odnosi ga u šljaci na površinu liva.

3. Filtriranje liva

Iz degazatora liv dalje kanalom ide u filter-boks (pozicija 3 na blok-šemi) gde se filtrira od krupnijih čestica i nemetalnih ujključaka. Filter-boks je sifonskog tipa, sa horizontalnim položajem filtera. Kućište je ELING-ove izrade, dok su unutrašnji keramički nosač i sam izmenjivi filter iz standardne PYROTEK-ove proizvodnje.

Nosač je poslednje generacije, tipa AR Plus, sinterovan od posebnog vatrootpornog silicijumskog materijala. Ovaj materijal je inertan prema aluminijumskom livu svih legura, velike mehaničke čvrstoće i otporan na temperaturne šokove. Neerozivan je, glatke površine i kao takav lak za čišćenje. Temperaturno je tretiran kako bi se sa apsolutnom sigurnošću eliminisala sva vezana voda iz materijala.

Filter je SIVEX tipa, izrađen od minerala aluminijuma velike čistoće i fosfatiziran. Ovaj materijal je izuzetno pouzdan, velike mehaničke čvrstoće, otporan prema agresivnom dejstvu tečnog aluminijuma, i ima male temperaturne dilatacije. Jeftin je, što je bitna osobina jer se filter obavezno menja za svako livenje. Filteri idealno naleže u ležište nosača, tako da ne postoji mogućnost prolaska liva prema livnoj mašini mimo filtera.

Standardno se proizvodi u kvadratnom obliku, dimenzija od 7 do 26 inča i finoće 10 do 80. Finoća definiše prosečnu veličinu ćelija filtera, i što je finoća veća veličina ćelije je manja. Na primer, za finoću 10 ćelije su u opsegu 3800-5100 um, a za finoću 50 su 900-1120 um. U donjoj tabeli su dati kapaciteti koji olakšavaju izbor odgovarajuće dimenzije filtera:

4. Transport liva

Konstrukcija livnih kanala se uvek prilagođava konkretnoj situaciji i zahtevima. Nosači i oklop kanala su urađeni od metalnog lima, po kome se postavlja izolacija. Za izolaciju se koristi Pyrotek-ov materijal M-serije, izrađeni na bazi silicijum-dioksida i glinice. Karakterišu se dobrim izolacionim svojstvima, električno su neprovodni, slabo propuštaju vazduh i otporni su na hemijski agresivne supstance. Mehaničke karakteristike: čvrstoća, umerena stišljivost i savitljivost, čine ih idealnim za oblikovanje i formiranje izolacionih slojeva na različitim mestima.

Na izolaciju se postavljaju segmenti kanala. Segmenti moraju biti dizajnirani tako da tesno ležu jedan uz drugi, kako bi se sprečilo procurivanje liva. Prirubnice kanala se prilagođavaju postojećoj opremi: pećima, filtarskim postrojenjima, ulazima livnih mašina itd. Kanali, kao i drugi delovi postrojenja u kojima se kontinuirano zadržava liv, izrađuju se od Pyrotek-ovih materijala iz klase Insural, na bazi silicijum-dioksida, glinice i kalcijum oksida. Od nih se fabrički oblikuju kanali, razvodnici, tople glave i sl, koji su nakon pečenja spremni za upotrebu. Insural-140 je veoma otporan na temperaturne šokove i ne pokazuje sklonost ka javljanju pukotina prilikom učestalih ciklusa promene temperature. Dobar je izolator, slabo upija vlagu i nije erozivan, što smanjuje rizik od pojave uključaka u materijalu. Njegova glatka površina je laka za čišćenje, naročito kada se redovno premazuje bor-nitritom.

5. Dodavanje modifikatora

Na poziciji 4 nalazi se dodavač žice. Pre filtracije u liv se dodaje TiBo kompleks (modifikator) radi rafinacije metalnih zrna. TiBo ima osobinu da ravnomerno formira centre kristalizacije oko kojih se u procesu očvršćavanja obrazuju zrna. Ovo jedinjenje se dodaje u vidu aluminijumske predlegure sa 5% sadržaja modifikatora. Predlegura je u obliku žice, radi lakšeg doziranja i kontrole legiranja. Dodavanje modifikatora je optimalno vršiti u livnom kanalu, a nikako u peći, jer se tada postiže najbolji efekat i ravnomerno rastvaranje žice u livu. Ako nakon rastvaranja prođe previše vremena, opada svojstvo rafinacije.

Regulacija dodavanja žice se izvodi promenom brzine obrtanja elektromotora u dodavaču. Dodavač ELING-ove proizvodnje je realizovan sa savremenim servo motorom, tako da je regulacija veoma precizna i pouzdana. Takođe, dodavač je povezan na jedinstvenu SCADU za praćenje livnog procesa i u arhivi se uvek ima podatak o legiranju u svakom trenutku. Količina žice koja se dodaje zavisi od više faktora: količine materijala, legure koja se lije, prethodnog sadržaja titanijuma, željenog stepena rafinacije i namene bileta itd. Najčešće se kreće u opsegu od 0.05-0.2% na ukupnu količinu liva. Kod elektromagnetnog sistema livenja 3-5 puta se smanjuje potrebna količina modifikatora, što je izuzetno povoljno sa stanovišta količine titanijuma u materijalu.

6. Oprema za livenje u elektromagnetnom polju

Nakon pripreme, tečni metal dolazi na livnu mašinu. Ako je u pitanju tip ploče sa toplim glavama, nivo liva se održava na principu spojenih sudova. Od ulivnog mesta, liv se po livnoj ploči razvodi keramičkim kanalima, najpre centralnim a potom posebnim do svakog kristalizatora. Topla glava na kristalizatoru je takođe keramička, i njena uloga je da održava konstantan nivo, ali i stabilnu temperaturu liva. Topla glava naleže na marinitni prsten, čiji je otvor manjeg prečnika nego što je prečnik kristalizatora, da bi delimično razdvojio liv u toploj glavi od materijala u kristalizatoru koji počinje da očvršćava. Ovo je naročito bitno na ploči sa elektromagnetnim poljem, gde postoji intenzivno mešanje liva. Kristalizator je izrađen od aluminijuma, a u gornjem delu gde je najintenzivniji kontakt sa tečnim metalom ima ubačen grafitni prsten koji sprečava lokalno lepljenje materijala, te time pozitivno utiče na kvalitet površine bileta. Kristalizatori ELING-ove proizvodnje su jednodelni, sa spoljnje strane se hlade kontaktno, a prema izlaznoj strani imaju po obimu izbušene otvore kroz koje protiče voda hladeći tako i kristalizator i bilet.

ELING-ova livna ploča je u najvećem delu izrađena od nerđajućeg čelika i u toku rada potpuno je ispunjena vodom pod pritiskom oko 0.5 bara. Sa spoljašnje strane ploča ima samo jedan priključak za dotok, a distribucija vode je izvedena interno, tako da protok kroz svaki kristalizator bude približno jednak, što je važno za stabilnost procesa livenja. Maksimalan protok vode je do 100 lit/min po livnom mestu. Koristi se standardna tehnička voda, nije potrebna dejonizacija niti posebno prečišćavanje. Na glavnom dovodu samo se ugrađuje filter za mehaničke nečistoće. Na glavni dovod još se priključuju i senzori za merenje protoka (na principu venturijeve cevi) i temperature vode. Senzori se priključuju na digitalne merne instrumente koji prikazuju merene vrednosti na displeju i prosleđuju ih centralnom PLC-u. Na suportu livne ploče montira se prenosni mehanizam sa digitalnim optičkim enkoderom radi merenja pomeraja ploče. Signal sa enkodera se vodi na poseban digitalni uređaj koji računa i prikazuje trenutnu poziciju i brzinu livne ploče. Takođe, sa ovog uređaja se može povratnom vezom regulisati brzina kretanja hidrauličnog klipa ili servo motora i na taj način pouzdano stabilizovati brzina livenja. Ovaj uređajje opet povezan na centralni PLC. Oprema za livenje u elektromagnetnom polju
U unutrašnjosti livne ploče nalaze se oko svakog kristalizatora namotaji za generisanje elektromagnetnog polja. Oni su postavljeni tako da je intenzitet polja najjači u zoni grafitnog prstena, gde je proces kristalizacije najznačajniji. Namotaji su interno međusobno povezani, tako da su iz ploče izvedena samo dva priključka za napajanje. Ploča se električnom energijom napaja iz frekventnog pretvarača (6), koji električni napon iz mreže pretvara u napon odgovarajućeg nivoa, talasnog oblika i učestanosti. Snaga pretvarača se dimenzioniše prema veličini livnog sistema, i računa se sa maksimalno 5 kW po livnom mestu. To ne znači da se u toku livenja uvek angažuje toliko snage, već zavisno od vrste legure i prečnika bileta. Frekvenca je promenljiva i podešava se zavisno od prečnika bileta. Napajanje dalje na livnu ploču ide preko transformatora koji ima dvojaku ulogu. Prvi je da transformiše električnu energiju na niski napon, ispod 50V koliko iznosi bezbedni nivo za rukovaoce livnom mašinom, istovremeno podižući struju na jako visoke vrednosti koje su potrebne za generisanje jakog magnetnog polja. Druga uloga transformatora jeste da napravi galvansko razdvajanje između mreže i livne mašine, takođe iz razloga sigurnosti po radnike.

Livna ploča za elektromagnetno livenje se izrađuje prema dimenzijama postojeće livne mašine i postavlja na nju bez prepravki na mašini. Možemo izraditi livnu ploču sa identičnim brojem i prečnikom otvora, tako da se kapacitet livenja ne menja. Za bilo koju drugu dimenziju bileta izrađuje se samo nova livna ploča, dok se pretvarač i transformator ne menjaju.

Ova tehnologija pruža niz prednosti u kvalitetu bileta, kao što su: fina makrostruktura, ravnomerna veličina zrna po celom poprečnom preseku, ujednačena distribucija intermetalnih faza u leguri i glatka površina bileta. Povrh toga, bileti liveni na ovaj način imaju dobru ekstrudabilnost i dobre karakteristike u daljoj obradi: eloksiranju, plastifikaciji, itd. Ukoliko se odradi kvalitetna priprema materijala, ispoštuju svi parametri procesa livenja i kao osnovna sirovina koristi primarni aluminijum, bileti serije 6000 se mogu ekstrudirati bez prethodne termičke homogenizacije. To je veoma velika prednost elektromagnetnog livenja, koja omogućava značajne uštede energije, radne snage i pojednostavljenje proizvodnog procesa. Na utrošenoj energiji i ostalim troškovima za homogenizaciju, štedi se oko 30 eura po toni proizvedenih bileta. Livni proces je stabilan u pogledu kontinuiteta proizvodnje bileta i kvaliteta samog proizvoda.

Najveća prednost elektromagnetnog livenja se vidi kod proizvodnje bileta od teško-livnih legura serija 2000 i 7000 koje je teško kvalitetno odliti na drugi način. Livenjem na ploči sa elektromagnetnim poljem dobijaju se bileti od durala sa jednako dobrom površinom i unutračnjom strukturom, koji se mogu presovati bez prethodne obrade (skalpiranja). Takođe, drastično se smanjuje potreba za termičkom homogenizacijom.

7. Sistem za praćenje i kontrolu procesa livenja

Sistem za pracenje PLC u pretvaraču kontroliše njegov rad. Industrijski PC tačpanel na pretvaraču je povezan na PLC, i prikazuje sledeće parametre: napon na livnoj ploči, struju pretvarača, angažovanu snagu, temperature na nekoliko mesta u pretvaraču i transformatoru i eventualne greške. Sve greške se pamte u memoriji i mogu se izlistati (istorija grešaka). Centralni PLC na pultu livne mašine prikuplja sve parametre procesa livenja: temperaturu liva, brzinu livenja (zadatu i ostvarenu u realnom vremenu), dužinu bileta, brzinu dodavanja žice (zadatu i ostvarenu u realnom vremenu), protok i temperaturu vode itd. Ovaj centralni PLC takođe prikuplja informacije od PLC-a u invertoru. Takođe, postoji PC tačpanel na pultu koji je povezan sa centralnim PLC-om koji prikazuje parametre livenja, parametre sa pretvarača, grafike u realnom vremenu i obezbeđuje arhiviranje ovih podataka. Podaci od svih prethodnih livenja se mogu učitati iz arhive i prikazati. Tačpanel na pultu je povezan na lokalnu mrežu firme, čime se omogućava daljinski nadzor preko mreže ili preko interneta.