Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра металлургии и литейного производства

РЕСУРСО и ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ в ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Рабочая программа Задание на контрольную работу Методические указания к выполнению контрольной работы Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 651300 – металлургия 110400 – литейное производство чёрных и цветных металлов Специализация 110409 – литейное производство чёрных и цветных металлов и экономика металлургии Направление подготовки бакалавров 550500 – металлургия

Санкт-Петербург 2004

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.74 (075.8) Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы. – СПб.: СЗТУ, 2004. 12 с. Методический сборник предназначен для студентов, готовящихся стать специалистами по направлению 631300 – «Металлургия», специальности 110400 – «Литейное производство чёрных и цветных металлов», специализации 110409 – «Литейное производство и экономика металлургии», бакалаврами по направлению 550500 – «Металлургия». Рабочая программа разработана в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по указанным направлениям и специальностям. Рассмотрено на заседании кафедры металлургии и литейного производства 3 ноября 2003г., одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 01 декабря 2003г.

Рецензенты: кафедра металлургии и литейного производства СЗТУ (зав. кафедрой А.А.Яценко, канд. техн. наук, доц.); Б.А.Шеверда, канд. техн. наук, директор ООО «Литьё сервис». Составители: В.В.Дембовский, канд. техн. наук, проф.; М.А.Иоффе, д-р техн. наук, проф.; Ю.А.Синёв, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

3

ПРЕДИСЛОВИЕ На современном этапе развития отечественного литейного производства весьма актуальными являются вопросы его эффективной организации. Управленческий анализ в литейном производстве должен быть направлен на выбор технически обоснованных и экономически эффективных технологических процессов изготовления отливок, что позволяет, с одной стороны, управлять формированием портфеля заказов в целях повышения эффективности производства, а с другой – подбирать наиболее экономичные технологические процессы под конкретный портфель заказов. Цель изучения дисциплины «Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве» заключается в усвоении студентами знаний об оптимизации технологических процессов на каждой стадии изготовления отливок из различных сплавов. В результате изучения дисциплины будущий специалист должен уметь управлять процессами формирования качества отливок, производить выбор рациональных технологических режимов для обеспечения заданного уровня качества, разрабатывать и осуществлять мероприятия по экономии ресурсов материалов и энергоносителей при одновременном предупреждении образования дефектов в литых заготовках. Теоретической базой дисциплины «Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве» являются курсы «Технология литейного производства», «Информационные технологии в металлургии», «Производство отливок из сплавов цветных металлов», «Производство отливок из стали и чугуна» и ряд других профилирующих дисциплин. В свою очередь, материал данной дисциплины необходим при освоении таких курсов, как «Оптимизация решений в металлургии», «Анализ и диагностика финансовой деятельности предприятия», «Экономическая оценка инвестиций». Содержание данного курса увязано со спецификой трудовой деятельности будущих специалистов.

4

1.Содержание дисциплины 1.1. Рабочая программа (объём 100ч) Введение (2ч) [1], с. 9…25 Роль литейного производства как важнейшей заготовительной базы машиностроения. Технико-экономические показатели производства отливок в сравнении с коваными, штампованными, сварными заготовками. Современное состояние литейного производства России и необходимость его развития и структурной перестройки. Факторы, сопутствующие промышленному производству отливок: ужесточение требований к охране окружающей среды; рост стоимости материалов; возрастающие требования к условиям труда; рост затрат на рабочую силу. Экономия ресурсов – ведущее направление повышения конкурентоспособности литых заготовок. Значение курса «Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве» как учебной дисциплины при подготовке инженеров-литейщиков. 1.1.1.Ресурсы в литейном производстве (6ч) [2], с. 30…33, 77…82; [3], c. 9…28; [5], с. 5…29 Виды экономических ресурсов, используемых при изготовлении отливок. Ресурсы воспроизводимые и невоспроизводимые. Особый экономический ресурс – время. Капиталовложения. Промежуточный и конечный продукт. Информационный ресурс. Принцип ограниченности ресурсов. Взаимозаменяемость ресурсов. Возникновение вторичных ресурсов. Предел производственных возможнос-тей. Принятие решения по использованию ресурсов и цена выбора. Поиск оптимального решения. 1.1.2.Основные направления развития и совершенствования литейного производства с целью ресурсосбережения (10ч) [1], с. 18…24; [4], с.62…82 Тенденции развития литейного производства. Снижение расхода литых заготовок в продукции производства. Усложнение конструкции, уменьшение штучной массы и толщины стенок отливок. Повышение прочности и эксплуатационных свойств сплавов. Опережающий рост отливок из высокопрочного чугуна, легированных сталей, алюминиевых сплавов. Увеличение объёмов производства отливок, изготовленных специальными способами литья (под давлением, по выплавляемым моделям и т.д.). Научнотехнические, конструкторско-технологические, организационно-экономические

5

и социальные мероприятия по экономии ресурсов при производстве отливок. Разработка новых сплавов и способов изготовления отливок. Применение сварно-литых заготовок, композиционных сплавов и композиционных отливок. Внедрение прогрессивных технологических процессов плавки и изготовления форм. Совершенствование подготовки исходных материалов. Повышение уровня автоматизации производства. Применение промышленных манипуляторов и роботов. Совершенствование информационной базы и метрологического обеспечения. Учёт и анализ брака. Внедрение АСУТПП, АСУТП, АСУП. Повышение квалификационного и культурно-интеллектуального уровня работающих. Концентрация и специализация литейного производства (по виду сплава, технологическая, предметная). Рентабельность мелких литейных цехов. Кооперированные литейные заводы. 1.1.3. Экономия трудовых ресурсов (14ч) [1], с.88…91, 93…98; [2], с.128…131; [6], с.136…189 Трудоёмкость производства отливок. Расчёт трудоёмкости и основные направления её снижения. Структура трудоёмкости по основным операциям изготовления отливок (изготовление форм, финишные операции, изготовление стержней, плавка, смесеприготовление). Принципы организации и нормирования труда. Условия труда в литейных цехах. Режимы труда и отдыха. Дисциплина труда. Система норм и нормативов труда. Структура задач оптимизации трудовых процессов и норм труда. Проектирование рабочих мест и трудовых приёмов. Принципиальные схемы определения численности персонала. Общая задача и методы оптимизации разделения труда, норм обслуживания и численности персонала в производственных системах. 1.1.4. Пути экономии материалов (16ч) [1], с.81…84, 109…112; [4], с. 204…247; [5], с. 107…124 Составление производственной программы. Баланс металла. Учёт брака. Расчёт свежих компонентов шихты с целью минимизации себестоимости жидкого расплава. Совершенствование структуры шихты, поиск эффективных заменителей дорогостоящих шихтовых материалов, флюсов, огнеупоров. Баланс смеси. Расчёт свежих компонентов с целью минимизации затрат. Регенерация песков из отработанных смесей. Требования, предъявляемые к регенерированным пескам.

6

Оптимизация размеров запасов. Расчёт издержек по содержанию запасов. Гарантийный, буферный и расходуемый запасы. Минимизация совокупных издержек на материалы. 1.1.5. Снижение энергетических затрат (14ч) [1], с. 85…88, 126…128; [4], с.84…116; [7], с. 110…128 Выбор вида энергии для использования при плавке сплавов. Выбор типа плавильного агрегата с учётом теплового КПД. Интенсификация процессов плавки. Применение в шихте жидкого металла путём транспортировки его непосредственно от металлургических предприятий. Использование экономичных плавильных агрегатов нового поколения – дуговых печей постоянного тока, индукционных печей средней частоты, индукционноплазменных печей, металлургических ваграночных комплексов с вагранками закрытого типа с подогревом дутья. Расчёт накопителя (миксера). Основная, дополнительная и резервная ёмкости накопителя. Определение возможности использования в процессе плавки дешёвой (ночной) электроэнергии. Внепечная обработка – рафинирование и модифицирование. Вакуумирование сплавов. Суспензионная заливка. Выбор способа формообразования. Выбор формовочного оборудования. Расчёт энергозатрат на других операциях получения отливок. Контроль расхода энергии на всех стадиях технологического процесса. Утилизация тепла отходящих газов. 1.1.6. Планирование капитальных затрат (12ч) [1], с.91…98; [2], с. 205…225; [5], с. 85…95 Капитальные вложения на новое строительство, реконструкцию, техническое перевооружение как сумма затрат - на здания и сооружения, оборудование, оснастку и инвентарь. Источники привлечения капитала. Внутренние и внешние источники. Научно-технические (инновационные) и производственно-технологические проекты. Достижение точки окупаемости проекта. Нормативный срок окупаемости капитальных вложений. Социально-экономический эффект от вложения капитала. 1.1.7. Оптимизация капитальных вложений (10ч) [1], с. 98…112; [5], с. 115…124 Выбор режима работы цеха и обоснование степени механизации и автоматизации оборудования. Внедрение современных технологических процессов.

7

Экономическая эффективность природоохранных мероприятий. Пути сокращения затрат на природоохранные мероприятия. Применение малоотходных технологий, переработка и использование отходов. Создание замкнутых производств. Использование отходов литейного производства в керамической промышленности, дорожном, промышленном и гражданском строительстве. Интеграция литейных заводов и предприятий, использующих отходы. Выбор места расположения цеха. Производственная и непроизводственная инфраструктура. Решение транспортной и «пограничной» задач. Страхование как защита инвестиций от форс-мажорных обстоятельств.

1.2.Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (20 ч) 1. Ресурсы в литейном производстве и их использование..……………………………………………………..…….……….2 ч 2. Тенденции развития и совершенствования литейного производства с целью экономии ресурсов….…………………….4-‫״‬3. Оптимальный расход материалов…………………………………..4-‫״‬4. Пути экономии топлива и энергии………………………………...2-‫״‬5. Пути использования трудовых ресурсов………..…………………4-‫״‬6. Пути использования капитальных вложений……………………...4-‫״‬-

1.3.Перечень тем лабораторных работ (8ч) 1.

Расчёт оптимального распределения ресурсов………………………. 4 ч

2.

Расчёт изменения затрат от внедрения нового оборудования или новой технологии………………………………………………………… 4-‫״‬-

2. Библиографический список Основной: 1. Кельчевская Н.Р., Романова Л.А., Финкельштейн А.Б. Организация и планирование литейного производства: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во ГОУ УГТУ – УПИ, 2002.-180 с. 2. Курс экономики: Учебник. – 3-е изд., доп. / Под ред. Б.А.Райзберга. – М.: ИНФРА-М, 2001. – 716 с.

8

3.Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0. – СПб.: Изд-во BHV – Санкт-Петербург, 1997.- 384 с. 4.Экология литейного производства: Учеб. пособие / Ю.С.Юсфин, А.Н.Болдин, С.С.Жуковский и др. – Брянск: Изд-во БГТУ, 2001. - 315 с. 5. Дембовский В.В. Компьютерные технологии в металлургии и литейном производстве: Учеб. Пособие. В 2 ч. – СПб.: СЗТУ, 2002. – 301 с. Дополнительный: 6. Генкин Б.М. Организация, нормирование и оплата труда на промышленных предприятиях: Учебник для вузов. – М.: Изд-во НОРМА, 2003.– 400 с.

3. Задание на контрольную работу В соответствии с учебным планом по данной дисциплине необходимо выполнить одну контрольную работу, содержащую две задачи. Предполагается знание студентом таких предшествующих дисциплин, как «Информатика», «Информационные технологии в металлургии», «Моделирование процессов и объектов в металлургии», «Оптимизация решений в металлургии и литейном производстве». При подготовке к выполнению контрольной работы следует изучить рекомендованную в рабочей программе литературу и ознакомиться с приведенными ниже специальными методическими указаниями к каждой из задач. Непосредственно решение задач контрольной работы целесообразно осуществлять с помощью персонального компьютера, например при выполнении лабораторного практикума. Для оформления контрольной работы используют ученическую тетрадь. Здесь приводить тему работы, её вариант, и значения исходных данных. Этапы решения каждой задачи сопровождать подробными пояснениями, а результат решения дополнить соответствующим выводом. Выполненную контрольную работу сдают на рецензирование. При наличии положительной оценки контрольной работы и проверенного руководителем отчёта о выполненном лабораторном практикуме студент допускается к сдаче зачёта по настоящей дисциплине. Задача №1 Задание для выполнения первой задачи приводится в десяти возможных вариантах. Студент выбирает тот вариант, номер которого совпадает с последней цифрой шифра. Дано: шихтовые компоненты (табл.1) для выплавки стали, охарактеризованной в табл. 2. Сталеплавильный процесс ведётся в основной дуговой печи с окислением. Средний химический состав компонентов шихты указан с учё-

9

том степени усвоения отдельных химических элементов в процессе плавки. Цены компонентов следует рассматривать как условные. Найти: оптимальное количество кокса, загружаемого с металлошихтой для экономии чугуна, и эффект сокращения себестоимости стали, по сравнению с условиями плавки без применения кокса. Примечание. Для получения стали требуемого качества следует принять количество углерода в шихте на 0,3% выше верхнего предела его содержания в стали. Содержания других элементов аналогичны количеству их в стали заданной марки. Таблица 1 Компоненты плавильной шихты

Компоненты

1.Стальной лом привозной 2.Возврат собственного производства 3.Чугун передельный Пл1 4.Кокс литейный КЛ-2 5.Ферросилиций ФС75 6.Ферромарганец ФМн70 7.Ферромарганец ФМн90

Маcсовая доля j-го компонента

Содержание химических элементов с учётом степени их усвоения, % Цена Rj, руб/т

C

Si

Mn

P

S

x1

920

0,24

0

0,20

0,025

0,04

x2

580

0,41

0

0,60

0,020

0,03

x3

2890

3,85

0

0,85

0,075

0,05

x4

865

69,70

0

0

0

0,72

x5

9800

0,10

69,3

0,38

0,040

0,02

x6

25000

7,00

0,90

71,30

0,360

0,03

x7

34760

1,50

2,25

80,75

0,24

0,03

Таблица 2

10

Марки стали и её состав Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Марка стали Ст.3С Ст.4С Ст.5 Ст.5С 20 25 30 35 40 45

C 0,14 - 0,22 0,18 - 0,27 0,28 - 0,37 0,28 - 0,35 0,17 - 0,25 0,22 - 0,30 0,27 - 0,35 0,32 - 0,40 0,37 - 0,45 0,42 - 0,50

Химический состав, % Si Mn P 0,12 - 0,35 ≤ 0,60 0,12 - 0,35 ≤ 0,70 ≤ 0,050 0,12 - 0,25 0,50 - 0,80 0,17 - 0,35 ≤ 0,80 0,35 - 0,65 0,17 - 0,37

0,35 - 0,80

S ≤ 0,050 ≤ 0,050 ≤ 0,055 ≤ 0,050

≤ 0,045

Указания к решению задачи №1 Задачу решают по методике, описанной в литературе [1], ч.1, с. 107 … 115. Начинать поиск оптимального решения, т.е. такого состава шихты, который обладает минимальной стоимостью и вместе с тем обеспечивает заданный химический состав выплавляемой стали, следует с нулевого количества кокса в шихте. При этом фиксируют значение количества чугуна в шихте и её себестоимость. Затем последовательно увеличивают содержание кокса до некоторого предела, определяемого допустимым содержанием серы в стали. Соответствующую этому себестоимость сравнивают с первоначальной и отмечают достигнутое сокращение потребного количества чугуна. Задача №2 Исходные данные для решения второй задачи выбираются из приводимых ниже таблиц по вариантам в зависимости от последней и предпоследней цифр шифра студента. Дано: - свежий кварцевый песок (табл.3); - жидкое стекло (табл.4); - оборотная песчано-жидкостекольная формовочная смесь. Найти:

11

оптимальное (наиболее экономичное) количество свежего кварцевого песка, % от массы сухой смеси, добавляемого на каждом цикле оборота, с тем, чтобы после 15 циклов массовое содержание Na2O в той же смеси не превысило 2,5 %. Указания к решению задачи №2 Для решения задачи может быть использована методика, описанная в литературе [5], ч. 2, с. 84 …92. При этом количества жидкого стекла и свежего кварцевого песка, вводимых на каждом цикле, поддерживаются постоянными. Таблица 3 Содержание Na2O в кварцевом песке, % по массе Последняя цифра шифра 1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0,5

0,53

0,56

0,58

0,6

0,62

0,64

0,66

0,68

0,7

Таблица 4 Характеристика жидкого стекла, вводимого на каждом цикле оборота формовочной смеси Предпоследняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

Содержание Na2O в жидк. стекле, % по массе 11,8 12,2 12,4 12,6 12,8 13,0 12,3 12,5 12,0 12,7

Количество жидкого стекла, % от массы сухой смеси 6,0 7,5 8,0 4,7 7,3 6,9 6,4 7,1 7,9 6,6

Начинать процесс поиска рекомендуется с некоторой наименьшей порции освежающей добавки, например 5% кварцевого песка. Если в результате расчёта окажется, что предельно допустимое содержание Na2O

12

достигается ранее, чем через 15 циклов, то следует последовательно увеличивать количество кварцевого песка до достижения искомого оптимума.

Содержание дисциплины 1

2 3

Предисловие Содержание дисциплины 1.1.Рабочая программа Введение 1.1.1. Ресурсы в литейном производстве 1.1.2.Основные направления развития и совершенствования литейного производства с целью ресурсосбережения 1.1.3.Экономия трудовых ресурсов 1.1.4. Пути экономии материалов 1.1.5. Снижение энергетических затрат 1.1.6. Планирование капитальных затрат 1.1.7. Оптимизация капитальных вложений 1.2. Тематический план лекций для студентов очно – заочной формы обучения 1.3. Перечень тем лабораторных работ Библиографический список Задание на контрольную работу

с. 3 4 4 4 4 4 5 5 6 6 6 7 7 7 8

13

Редактор А.В.Алехина Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003г.

Подписано в печать

.01.2004.

Б. кн.- журн. П.л. 0,75 Тираж

Формат 60 х 84 1/16 Б.л. 0,375

100.

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5