WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«КОВАЛЕВ МАКСИМ ИГОРЕВИЧ Управление качеством продукции в производственных системах, выполняющих специальные процессы на примере литейного производства 05.02.23 - Стандартизация и управление ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Российский государственный политехнический университет имени

Платова М.И. (Новочеркасский политехнический институт)»

На правах рукописи

(Подпись)

КОВАЛЕВ МАКСИМ ИГОРЕВИЧ

Управление качеством продукции в производственных системах, выполняющих специальные процессы на примере литейного производства 05.02.23 - «Стандартизация и управление качеством продукции»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель (консультант) – к.т.н., доцент Байдюк А.П.

Новочеркасск – 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОЦЕССНЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ

СПЕЦИАЛЬНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЗКИХ МЕСТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЦЕПОЧКИ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

1.1 Процессный подход к функционированию СМК на машиностроительном предприятии

1.2 Управление процессами СМК на машиностроительном предприятии

1.3 Технология производства отливок чугунного литья

1.3.1 Классификация и особенности применения чугунов.................. 1.3.2 Технология производства отливок в цехе чугунного литья...... 1.3.3 Технологический процесс на участке плавки и заливки металла

1.3.4 Технологические требования к температуре жидкого металла

1.3.5 Выбор контрольных точек технологического процесса и определение технологических режимов, влияющих на качество продукции

2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

2.1 Графитовые дилатометры и метод «свидетелей»

2.2 Измерение температур с помощью термопар

2.2.1 Погрешности контактных методов измерения температур....... 2.2.2 Погрешность из-за лучистого теплообмена

2.2.3 Погрешности из-за отвода тепла теплопроводностью................ 2.2.4 Конструктивные недостатки термопар

2.2.5 Тепловая инерция термометров

2.2.6 Термопары для измерения температуры кратковременным погружением

2.2.7 Непрерывное измерение температуры жидких металлов.......... 2.2.8 Измерение температуры на поверхности и внутри литейного оборудования





2.3 Методы измерения температуры тел по их излучению

2.4 Преимущества и недостатки бесконтактного измерения температуры

2.5 Измерение по излучению жидких металлов

2.6 Сравнительный анализ методов и средств измерения температур в металлургической промышленности

2.7 SWOT-анализ неразрушающих методов контроля

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ

СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА УПРАВЛЯЕМОСТИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

3.1 Актуальность применения диаграммы Парето для анализа проблем в процессе производства продукции

3.2 Принцип действия, функциональные возможности и ограничения электронной таблицы для построения диаграммы Парето

3.2.1 Анализ существующих программных продуктов для построения диаграммы Парето

3.2.2 Постановка задачи

3.2.3 Принцип действия электронной таблицы для построения диаграммы Парето

3.2.4 Функциональные возможности «Электронная таблица Парето» и ее ограничения

3.2.5 Технические и специальные требования

3.3 Тестирование методики статистического анализа управления производственными процессами

3.4 Анализ дефектов продукции на предприятии

4 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И РАЗРАБОТКА

ПРЕДОПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ

НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЛИТЕЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1 Общие положения метода элементарных энергетических балансов

4.2 Применение метода элементарных энергетических балансов для расчета сопряженных температурных полей

4.3 Разработка программы для расчета температурного поля барабанного ковша

4.3.1 Постановка задачи

4.3.2 Построение математической модели барабанного ковша........ 4.4 Планирование и проведение эксперимента

4.5 Проверка адекватности математической модели

4.6 Разработка предопределенной система управления качеством......... ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ВВЕДЕНИЕ

В условиях рыночных отношений существует объективная необходимость усиления роли качества, как одного из определяющих факторов успеха на рынке. Уровень качества является показателем успеха не только предприятий, но и общества в целом, для любых отраслей промышленности. К одной из базовых отраслей России относятся предприятия черной металлургии, которые поставляют литейные изделия, являющиеся неотъемлемой частью технологических процессов на предприятиях других отраслей. От качества данной продукции зависит безопасность, здоровье, а порой и жизнь людей. В тоже время технологические процессы литейного производства является наименее автоматизированными.





В настоящее время производство отливок относится к категории с наиболее высоким процентом брака. Уровень брака литых изделий металлургических предприятий России на сегодняшний день измеряется в десятках процентов, в то время как во всем мире стремятся к достижению качества в 1 ppm (одно дефектное изделие из миллиона). Сложность в выявлении дефектов состоит в том, что отливки производят методом литья в закрытые формы, то есть качество изделия невозможно проверить до получения конечной продукции, а большинство из них являются скрытыми и могут быть обнаружены только после начала эксплуатации у потребителя.

Современные рыночные отношения предъявляют к промышленным предприятиям высокие конкурентные требования в соотношении «качество продукции - цена», что в результате мотивирует промышленников к снижению производственных потерь и себестоимости, а также постоянному повышению качества выпускаемой продукции с помощью современных методов контроля и управления качеством. Основной причиной некачественной продукции машиностроительных предприятий является несовершенство производственных процессов, которые обладают высокой степенью вариабельности и заведомо приводят к выпуску дефектной продукции. Для машиностроительной отрасли особенно актуальным является литейное производство, поскольку, на вариабельность данных производственных процессов оказывает влияние большое количество факторов, а попадание дефектных отливок на последующие стадии производственного цикла приносит значительные потери от брака. В свою очередь по данным статистики годовой объем производства отливок в мире превышает 100 млн. т., из которых около 20 % приходится на Российскую Федерацию. Однако литейная технология имеет ряд проблем, которые приводят к технологически неизбежным потерям от 5 до 10 %.

Важным является не только соответствие требованиям отдельной партии отливок, но и стабильность качества объекта управления в долгосрочной перспективе, уменьшение потерь, связанных с несовершенством технологии и производственной системы в целом. Существенным является тот факт, что литейное производство это специальный процесс и качество отливок можно оценить только после завершения процесса розлива металла. Анализ технологии производства отливок показал, что температура расплавленного металла является одним из важнейших факторов при производстве отливок, следовательно, необходимо управлять динамикой данного параметра в режиме реального времени. В существующей технологии управление температурой металла не осуществляется, а проводится лишь контроль посредством пирометров и термопар (замер температуры металла в контрольных точках), что свидетельствует об отсутствии системного подхода и обратной связи в управлении специальными процессами. С другой стороны, объективным препятствием повышению качества выпускаемых изделий и сокращению уровня дефектности продукции на большинстве машиностроительных предприятий России является физически устаревшее оборудование, а также устаревшие и не совершенные методы и средства контроля технологических процессов.

Анализу причин влияющих на снижение дефектности технологических процессов с помощью применения методов управления качеством, в том числе и в специальных процессах розлива металла, посвящены труды таких Российских авторов, как: Ю.П. Адлер - Профессор Московского института стали и сплавов (МИСиС), кандидат технических наук, Президент Международной гильдии профессионалов качества; В.Л. Шпер - доцент МИСиС, Кандидат технических наук, академик Российской академии проблем качества. Существенный вклад в изучение предопределенных систем управления в свое время внесли американские ученые М. Месарович и Я. Такахара – члены Римского клуба.

В последние годы проблеме вариабельности технологических процессов уделяется большое внимание со стороны В.А. Лапидуса - доктор технических наук, профессор Государственного университета - Высшей школы экономики, академик Международной академии качества (IAQ), академик Академии проблем качества РФ.

Таким образом, вопрос выбора средств измерения обусловлен условиями эксплуатации, возможностью применения в определенных температурных режимах, способом доступа к объекту измерения, инерционностью и т.д. Все перечисленные факторы затрудняют принятие решения при контроле качества продукции литейного производства при этом активно идущая на современных предприятиях информатизация и компьютеризация производства ставит перед предприятиями задачу моделирования технологических процессов и создания эффективных систем управления качеством продукции.

Таким образом, актуальной является задача разработки информационной модели динамики качества процесса розлива металла с целью осуществления предупреждающих действий на основе критерия, позволяющего прогнозировать качество конечной продукции.

Цель работы заключается в повышении эффективности и снижении дефектности технологического процесса розлива металла посредством разработки методов управления качеством специальными процессами за счет предопределения конечного результата. Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы необходимо решить следующие основные задачи исследований:

- провести анализ технологического процесса розлива металла для выявления и классификации несоответствий, приводящих к увеличению дефектности отливок, и источников их возникновения;

- на основе анализа Парето сформировать перечень возможных литейных дефектов и выделить основные причины, которые значительно влияют на дефектность отливок;

- разработать математическую модель критичного оборудования в виде специальной программы для ЭВМ с точки зрения степени влияния на качество конечного продукта;

- выполнить экспериментальные исследования и получить статистический анализ соответствия математической модели реальному объекту;

- разработать методику проведение статистического анализа информации о качестве продукции в процессе производства на основе простых инструментов управления качеством;

- разработать производственную инструкцию по применению цикла PDCA и статистических методов управления качеством, позволяющих стандартизовать ритмичное снижение уровня дефектности;

- разработать алгоритм определения уровня дефектности технологического процесса производства отливок и реализующую его программу для ЭВМ;

- провести опытную апробацию разработанных программных продуктов, методики и производственной инструкции в условиях реального производства для подтверждения их пригодности к применению.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 С целью управления процессом и контроля факторов изменяющихся на коротком промежутке времени разработан программный продукт в основу которого положена математическая модель нестационарного температурного поля литейного оборудования.

2 Предложена методика расчета индексов воспроизводимости процессов (Cp и Cpk) на основе корреляционного анализа, позволяющая повысить точность расчетов уровня дефектности производственных процессов (свидетельство № 2009612539 от 13.07.2009).

3 Быстродействие системы рассмотренной как система широтноимпульсного модулирования (ШИМ) в которой широта импульса (критерий управления качеством) определяет качество продукции и рассчитывается в результате применения разработанного программного продукта (свидетельство № 2011618037 от 10.01.2012).

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются фундаментальными законами термодинамики; корректностью допущений, принимаемых при математическом моделировании и при разработке методических материалов; использованием аттестованного измерительного оборудования при проведении экспериментов; сходимостью теоретических положений с результатами экспериментальных исследований (расхождение не превышает 10 %); апробацией основных результатов работы на Всероссийских и международных научных конференциях и внедрением разработанных методик и алгоритмов на машиностроительных предприятиях Российской Федерации.

В работе применен комплексный подход, основанный на теоретическом анализе и эксперименте. Исследования проводились на основе методов всеобщего управления качеством (TQM); квалиметрии; метрологии; метода элементарных энергетических балансов; математической статистики; инструментов управления качеством и математического моделирования с использованием языков программирования VBA (Visual Basic for Applications) и Turbo Pascal 7.0.

Практическая ценность заключается в том, что разработанная модель нестационарного температурного поля литейного оборудования на основе метода элементарных энергетических балансов позволяет с высоким быстродействием и точностью вычислять трехмерное температурное поле литейного оборудования в системе управления качеством технологического процесса.

Разработанные методики, алгоритмы и программы дают возможность с высокой степенью вероятности и за минимальное время прогнозировать период нагрева литейного оборудования и определять уровень дефектности конечного продукта до запуска в производство, исключая возможность повторение ошибок и повышая надежность системы управления качеством.

Результаты диссертационной работы использованы в НИОКР, выполненных в соответствии с грантом Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по теме: «Разработка современных моделей и устройств с использованием новых методов и технологий», проект № 10209 2010 года «Разработка численной модели нестанционарного теплового поля ковша для разливки чугуна».

Результаты работы применяются (получены акт внедрения и акт производственных испытаний) в производственной деятельности пяти цехов основного производства ООО «ПК «НЭВЗ» (г. Новочеркасск) и в цехе № ОАО «Демиховский машиностроительный завод» (г. Орехово-Зуево), входящих в состав ЗАО «Трансмашхолдинг» крупнейшей в России компании в области транспортного машиностроения.

Отдельные материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) при подготовке инженеров по специальности «Управление качеством», бакалавров и магистров по направлению 220200. «Автоматизация и управление», при выполнении дипломных работ по специальности 221400 «Управление качеством», а также в учебном процессе корпоративного учебного центра ООО «ПК «НЭВЗ» при повышении квалификации производственных мастеров, технологов и контролеров ОТК. Новизна и практическая ценность результатов диссертационных исследований подтверждена двумя авторскими свидетельствами о регистрации программы для ЭВМ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Реализация системы управления путем создания модели и компьютерной программы нестационарного температурного поля литейного оборудования на основе метода элементарных энергетических балансов, применение которых позволяет с высоким быстродействием и точностью вычислять трехмерное температурное поле литейного оборудования перед началом специального технологического процесса на основе факторов изменяющихся на коротком промежутке времени.

2 Алгоритм применения инструментов управления качеством и реализующая его компьютерная программа, предназначенные для снижения уровня дефектности производственных процессов. Методика инженерной оценки качества технологического процесса, основанная на корреляционном анализе индексов воспроизводимости процессов, позволяющая повысить точность расчетов и автоматизировать вычисления ожидаемого уровня дефектности технологического процесса.

3 Система управления качеством специальным технологическим процессом, основанная на широтно-импульсном модулировании, обеспечивающая эффективный контроль за расходом энергоресурсов и позволяющая прогнозировать качество конечного продукта.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе:

XXI и XXII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008; Псков, 2009);

Международная научно-практическая конференция «Информационные и управляющие системы в пищевой и химической промышленности» (Воронеж, 2009);

Межрегиональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа «Студенческая научная весна – 2009» (Новочеркасск, 2009);

Международная научно-практическая конференция «Бережливое производство - фактор прогрессивного развития производственных систем» (Новочеркасск, 2012);

Международная молодежная конференция «Академические и фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций» (Новочеркасск, 2012).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 161 стр. основного текста, 55 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 57 наименований и стр. приложений. Пояснительная записка диссертационной работы выполнена в соответствии с требованиями, установленными для технической документации [1-3].

1 ПРОЦЕССНЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ

СПЕЦИАЛЬНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЗКИХ МЕСТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ

ЦЕПОЧКИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

Существование в условиях современного рынка требует от машиностроительных предприятий железнодорожной отрасли нового подхода не только к качеству продукции, но и к организации производства, а именно внедрения систем управления деятельностью предприятия по требованиям международных стандартов ГОСТ ISO 9001-2011 и IRIS [4, 5].

Для улучшения качества готовой продукции на машиностроительных предприятиях железнодорожной отрасли согласно ГОСТ ISO 9001-2011 и IRIS, необходимо осуществлять мероприятия, предпринимаемые повсюду в организации с целью повышения эффективности и результативности деятельности процессов. Управление качеством продукции включает методы и виды деятельности оперативного характера, направленные как на управление процессом, так и на устранение причин неудовлетворительного функционирования на всех этапах петли качества для достижения экономической эффективности.

Так, например, при механической обработке изделий; в кузнечном производстве; в изготовлении метизов; в штамповочном производстве и в специальных процессах таких, как литье, сварка, пайка.

Эффективное функционирование системы менеджмента качества (СМК) на машиностроительных предприятиях основано на процессном подходе, который позволяет оперативно управлять, как основными, так и вспомогательными процессами на предприятии.

Одной из причин успешного функционирования СМК в организации является четкая организационная структура с возможностью своевременного контроля деятельности каждого из функциональных блоков, прежде всего технологического процесса. Высшее руководство машиностроительного предприятия обеспечивает распределение ответственности и полномочий по функциям и уровням внутри предприятия. Функции структурных подразделений, полномочия и ответственность персонала закрепляются в соответствующих положениях о подразделениях, должностных инструкциях, а также в утверждённых документированных процедурах СМК, которые доводятся до сведения каждого работника предприятия.

Руководитель каждого структурного подразделения несёт ответственность за эффективное функционирование соответствующих процессов и процедур СМК в сфере деятельности подчинённого ему подразделения.

Каждый работник предприятия несёт ответственность за качество выполняемой работы в соответствии с положениями должностных инструкций и нормативных документов, регламентирующих его деятельность.

1.1 Процессный подход к функционированию СМК на машиностроительном предприятии Один из восьми принципов менеджмента качества, на котором базируются стандарты ISO 9000, касается процессного подхода. Желаемый результат достигается более эффективно, когда соответствующими ресурсами и видами деятельности управляют как процессами. Суть процессного подхода заключается в том, что выполнение каждой работы рассматривается как процесс, а функционирование организации рассматривается как цепочка взаимосвязанных процессов, необходимых для выпуска продукции либо оказания услуги, что особенно существенно для крупных производственных комплексов. Выход процесса обладает ценностью для потребителя [6].

В соответствии с ГОСТ ISO 9001-2011 и, в частности, со специализированым международным стандартом железнодорожной промышлености IRIS для каждого процесса должны быть определены входные и выходные требования, технология преобразования входа в выход, порядок управления процессом, его владелец, а также его потребитель.

Основные требования сориентированы на потребителя. Они начинаются с запросов потребителя и заканчиваются ими. Важным признаком процесса является то, что он сориентирован, как на отдельные производственные участки технологической цепочки, так и на конечного потребителя продукции, которые и определяют для себя ценность продукции, получаемой на выходе. Может оказаться, что продукция никому не нужна, и тогда процесс становится бесполезным. Вот почему потребитель - это всегда самое важное звено процесса, и его требования должны быть учтены как на входе в процесс, так и на выходе из него [7].

В соответствии с требованиями ГОСТ ISO 9001-2011 и IRIS каждое предприятие должно определить процессы в соответствии со структурной моделью по четырем взаимосвязанным блокам процессов. Система менеджмента качества должна охватывать все виды деятельности, влияющие на качество выпускаемой продукции, что иллюстрируется в указанном ГОСТе (рисунок 1.1). В соответствии с ним в систему следует включать следующие процессы:

- процессы управленческой деятельности;

- процессы управления ресурсами;

- процессы жизненного цикла продукции;

- процессы мониторинга, измерения и анализа, а также их улучшения [8].

Рисунок 1.1 – Модель СМК, основанная на процессном подходе В работе уделяется внимание процессам жизненного цикла продукции и процессам мониторинга, измерения и анализа, а также их улучшения. Примерами процессов выпуска продукции являются планирование, процессы, связанные с потребителем, процесс проектирования и разработки, процесс закупки, предоставление продукции либо услуги. Примерами процессов блока измерения, анализов и улучшения являются процессы демонстрации соответствия продукции, соответствия системы и постоянного улучшения.

Поскольку процессы, особенно в крупных организациях, включают множество составляющих, то взаимодействие между процессами, как правило, имеет сложный характер, вследствие чего образуется сеть взаимосвязанных процессов. Входные и выходные параметры этих процессов могут быть связаны как с внешними, так и с внутренними потребителями [9]. Обратная связь с потребителем, характеризуемая критериями удовлетворенности (неудовлетворенности) выходом процесса, является основным входом процесса постоянного совершенствования системы менеджмента качества.

Согласно ГОСТ ISO 9001-2011 и IRIS организации необходимо также определить критерии и методы, обеспечивающие эффективность реализации и управления процессами. При решении этой задачи каждое предприятие определяет для себя, каковы характеристики результатов процессов, каковы критерии контроля измерений и анализа, каковы экономические характеристики (стоимость, время, убытки), какие методы целесообразно использовать для сбора и анализа данных, что не всегда имеет проработанную методологию и как следствие критерии управления качеством.

При измерении, контроле и анализе процесса организации необходимо определить, как можно осуществлять мониторинг протекания процесса (сбор сведений о производительности процесса, удовлетворенности потребителей), какие измерения при этом необходимы, каким путем лучше анализировать собранную информацию, что говорят результаты этого анализа [10].

Разработка методики и критериев управления способствует осуществлению действий, необходимых для достижения запланированных результатов и непрерывного совершенствования процесса, определению, как можно улучшить процесс, какие корректирующие и предупреждающие действия необходимы, и результативны ли они.

Такие меры не должны противоречить сертификату, выданному по ГОСТ ISO 9001-2011, где дается четкое определение области применения системы менеджмента качества, чтобы не вводить в заблуждение потребителей. Пользователю должна гарантироваться доступность информации о том, какие категории продукции и процессы ее жизненного цикла включаются в область сертификации. В частности, область применения должна быть четко определена в части проектирования и разработки продукции, а также таких основных процессах жизненного цикла, как производство, сбыт и обслуживание [11].

Очевидно, что выпускаемая продукция не ограничивается полезной или предполагаемой продукцией, но также включает незапланированную продукцию. Необходимо помнить, что процессы взаимодействуют, и исходящие элементы одних процессов составляют входящие элементы других и могут также управлять ими. Подобные взаимодействия могут быть довольно сложными в зависимости от размера и характера деятельности организации. Необходимо идентифицировать их на стадии планирования, оптимизировать, а затем контролировать их и управлять ими внутри СМК.

1.2 Управление процессами СМК на машиностроительном предприятии Управление процессами в СМК предполагает, что:

1) Процессы документируются и управляются «от и до», а ответственность распределяется таким образом, чтобы максимально облегчить управление ими;

2) Запросы и потребности клиентов четко определены, и это знание постоянно обновляется;

3) Измерения результатов, элементов процесса и ресурсных факторов производятся тщательно;

4) Руководители и партнеры, используя данные измерений и знание процесса, оценивают эффективность в режиме реального времени и своевременно реагируют на новые проблемы и возможности;

5) Стратегия совершенствования и модернизации процесса используется для непрерывного повышения эффективности, конкурентоспособности и рентабельности.

В настоящее время применение так называемого процессного подхода на российских машиностроительных предприятиях железнодорожной отрасли в большинстве своем ограничивается созданием службы менеджмента качества и документированием обязательных к применению по ГОСТ ISO 9001-2011 и IRIS процессов. Задача оценки качества внутренних процессов предприятия, таким образом, по-прежнему основывается лишь на опыте руководителей и ведущих специалистов.

Для того чтобы соответствовать требованиям международных стандартов следует постоянно улучшать управление производственными процессами, в частности, для предприятий железнодорожной отрасли сертифицированными по IRIS [12]. Для этого используют систему управления процессами для обеспечения результативности системы менеджмента качества. Для принятия управленческих решений необходимо использовать данные статистики и информацию от потребителей. Система управления процессом может быть описана как система с обратной связью (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Система управления процессом Для принятия результативных управленческих решений необходимо оценивать эффективность процесса. Общая эффективность процесса зависит от связи между поставщиком и потребителем, от способа, каким процесс разрабатывается и внедряется, и от способа, которым он функционирует и управляется.

Информацию о реальной эффективности процесса, как правило, получают при изучении выхода процесса. Однако наиболее полезная информация об эффективности процесса возникает при понимании самого процесса и его внутренней изменчивости. Наибольшее внимание должно быть уделено качественным характеристикам процесса (таким как температура, длительность циклов, скорость подачи, невыходы персонала, текучесть кадров, опоздания и различные остановки хода процесса). Для этого определяют целевые значения для этих характеристик, которые приведут к наиболее продуктивной работе процесса, и затем определить, насколько близко или далеко от них находится процесс. Затем должны быть предприняты надлежащие действия, если это необходимо, чтобы скорректировать процесс или только что произведенный продукт.

Действия над процессами чаще более экономичны в тех случаях, когда они предпринимаются, чтобы предотвратить сильные отклонения важных характеристик (процесса или продукта) от их целевых значений. Этим поддерживается стабильность и изменчивость выхода процесса в приемлемых пределах.

Такое действие может состоять в изменениях операций (например, изменение свойств входных материалов, методов контроля и т.д.) или более глубоких элементов самого процесса (например, оборудования, которое может требовать улучшения, или того, как люди взаимодействуют между собой). Последствия действий должны фиксироваться, и при необходимости должен проводиться дальнейшие анализ.

Для оценки результативности и эффективности процессов применяются показатели (количественные или качественные), которые определяются индивидуально для каждого процесса. Естественно, наиболее эффективна оценка на основе количественных показателей (которые могут быть выражены численным значением параметра качества). Инструментами анализа и прогнозирования процесса а основе применения статистических методов управления качеством [13-16]:

Эти инструменты применяются как система взаимосвязанных методов, так и отдельно друг от друга. Основная цель статистического анализа – принятие управленческого решения основанного на фактах. Применение вышеуказанных инструментов позволяет: визуализировать процесс во времени; определить функциональную зависимость между показателем качества и фактором влияющем на него; выявить «узкие места» процесса; определить уровень дефектности процесса производства продукции [17]; разработать корректирующие и предупреждающие действия по методу «мозгового штурма», направленные на повышение результативности и эффективности процесса.

Существенно отметить контрольные карты – инструмент, позволяющий отслеживать ход протекания процесса и воздействовать на него с помощью обратной связи, предупреждая его отклонения от предъявляемых к процессу требований [18].

Определение причин нестабильности – самая сложная задача, решаемая при статистическом управлении процессами. Обычно такая задача решается на основе опыта и знаний непосредственных исполнителей процессов, их разработчиков и руководителей. Однако не всегда таких методов бывает достаточно, особенно когда речь идет о сложных процессах с большим количеством влияющих факторов.

Определение причин нестабильности главным образом строится на основе регистрации событий, происходящих по ходу процесса. В качестве событий могут выступать любые факторы, которые могут вызвать изменение хода процесса. При правильном определении множества возможных событий и своевременной их регистрации поиск причин нестабильности процесса сводится к сопоставлению данных о результативности процесса (показателей качества) и произошедших событий.

Для решения поставленной в работе задачи и возможности применения принципов управления качеством и повышения качества продукции (уменьшения количества брака) необходимо в каждом конкретном случае досконально проанализировать технологический процесс.

1.3 Технология производства отливок чугунного литья Чугуны это сплавы системы Fe - С, содержащие более 2,14 % углерода и кристаллизация которых заканчивается образованием ледебурита. Чугуны относятся к литейным сплавам. Они обладают хорошими литейными свойствами:

большой жидкотекучестью (способностью расплава свободно течь в литейной форме, полностью заполняя ее и точно воспроизводя все контуры) и малой усадкой - уменьшение объема металла при охлаждении и кристаллизации невелико, что позволяет получать качественные отливки сложной формы.

1.3.1 Классификация и особенности применения чугунов Углерод в процессе кристаллизации чугуна может выделяться в связанном (в видё карбида железа) состоянии и в свободном состоянии - в виде графита (Г). Графит - это аллотропическая модификация чистого углерода (другой модификацией является алмаз). Кристаллическая решетка графита - гексагональная, слоистая, что делает его малопрочным и мягким.

Процесс образования в чугуне включения графита называется графитизацией. Какой вид чугуна будет получен при кристаллизации расплава - белый или графитизированный (серый) - определяется скоростью охлаждения. На условия графитизации кроме скорости охлаждения существенно влияет также химический состав чугуна. В промышленном чугуне кроме углерода (2,5 – 4 % не более) обязательно содержится кремний, марганец, сера и фосфор [19].

Кремний, как и углерод, способствует графитизации. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах от 0,3 - 0,5 % до 3 - 5 %. Изменяя содержание кремния и углерода можно получить разнообразные по свойствам и структуре чугуны.

Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации, способствуя отбеливанию чугуна (образованию цементита). Сера также способствует отбеливанию и ухудшает литейные свойства. Фосфор не влияет на графитизацию, но существенно повышает жидкотекучесть расплавленного чугуна, т.е. его литейные свойства.

Таким образом, изменяя химический состав чугуна и регулируя скорость охлаждения, можно получить различную металлическую основу чугуна. Классификация графитизированных чугунов весьма проста: вид чугуна определяется формой включений графита. Если графит имеет пластинчатую форму, то чугун называется серым. В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму, а в ковком - хлопьевидную.

Рассмотрим более подробно свойства серого чугуна. Серый чугун получается непосредственно в процессе кристаллизации с замедленным охлаждением; графит при этом имеет пластинчатую форму. Механические свойства серого чугуна как конструкционного материала зависят как от свойств металлической основы (матрицы), так и от количества геометрических параметров и характера распределения включений графита. Чем меньше этих включений и чем они мельче, тем выше прочность чугуна. Металлическая основа в сером чугуне обеспечивает наибольшую прочность и износостойкость. Относительное удлинение при растяжении серого чугуна независимо от свойств металлической основы практически равно нулю ( 0,5 %).

Наиболее высокими механическими свойствами обладают модифицированные ферросилицием и силикокальцием серые чугуны. Модифицирование это добавка в расплав нерасплавляющихся измельченных частиц, которые обеспечивают измельчение графитовых включений.

Применяются серые чугуны для малонагруженных деталей сельскохозяйственных машин, автомобилей, тракторов. Чугуны с перлитной основой, обладающие очень высокой способностью гасить механические колебания (высокая демпфирующая способность), применяют для отливок станин станков и механизмов, а также для изготовления дизельных цилиндров, деталей блока двигателей внутреннего сгорания (поршневые кольца, штоки и т.п.) [20].

1.3.2 Технология производства отливок в цехе чугунного литья Большинство Российских машиностроительных предприятий имеют в своей структуре литейное производство, которое представляет собой совокупность специальных технологических процессов. Поэтому на примере одного из машиностроительных предприятий с целью определения критериев управления качеством специальным процессом розлива чугуна рассмотрим технологию производства отливок в цехе чугунного литья. Цех чугунного литья состоит из двух участков:

1) Участок ковкого чугуна. На данном участке изготавливаются литые заготовок из ковкого чугуна: ступицы, рычаги, корпуса и др.

Складирование шихтовых материалов производится на шихтовом участке, доставляемых железнодорожным и автомобильным транспортом. Навеска шихты осуществляется с помощью весовых тележек и объёмных дозаторов.

Плавка осуществляется дуплекс процессом «вагранка + электропечь». Вагранка - коксовая с искрогасителем и системой дожигания оксида углерода. Загрузка шихты в вагранку производится с помощью скипового подъёмника.

Жидкий металл из вагранки подаётся в электродуговую печь ДСН-3 мостовым краном с помощью трех тонного ковша.

В вагранке осуществляется плавка чугуна, в электропечи - подогрев и доведение его до необходимого химического состава. Доставка металла из электропечи в заливочные ковши ёмкостью от 80 до 200 кг осуществляется с помощью барабанного раздаточного ковша емкостью 750 кг.

Формовка на первом литейном конвейере - производится пневматической встряхивающей машиной мод. РСМ с подпрессовкой; на втором и третьем конвейерах - пневматической встряхивающей машиной мод. 703М с подпрессовкой.

Приготовление стержневой смеси осуществляется на смешивающих бегунах марки 1А12. Изготовление стержней - на стержневых машинах марок 305, 2ББ-83, 348 и накатной стержневой машине. Все стержни после изготовления сушатся в вертикальном сушиле СКВГ-3, время сушки - 45 мин.

Охлаждение форм после заливки происходит на охладительных ветвях литейных конвейеров № 1, 2 и АЛ-2002. Выбивка форм осуществляется на выбивных решетках.

Частичная отбивка литников производится при первой очистке литья в галтовочных барабанах непрерывного действия. Далее отливки в ваннах подаются на отжиг. Отжиг осуществляется в тоннельных газовых печах «Дресслера»

(максимальная температура 1045 °С; время отжига 36-38 часов). Отработанная смесь транспортируется пластинчатыми конвейерами в мульдах и специальной таре. Охлаждение отливок происходит на пластинчатых конвейерах и в мульдах.

Очистка отливок после отжига осуществляется в дробеметном барабане СТК-110, повторная очистка - в галтовочном барабане. Очищенные отливки в специальной таре цеховым транспортом перевозятся в отдел окончательной обработки для зачистки на наждачных станках, рихтовки, обрезки литников.

2) участок серого чугуна. На участке серого чугуна производится изготовление таких литых заготовок, как: шкивы, диски вариаторов, пробки, корпуса и крышки подшипников и т.д. Основными этапами в процессе производства отливок являются:

Складирование и навеска шихты.

Все шихтовые материалы поступают на склад шихты в железнодорожных вагонах. Возврат собственного производства транспортируется на склад шихты подвесным конвейером. Разгрузка металлической шихты производится мостовыми кранами, оборудованными магнитными шайбами.

Брикеты горячего брикетирования подаются на склад шихты автомашиной в таре. Хранение шихтовых материалов производится в местных закромах.

Загрузка плавильных агрегатов.

Для плавки чугуна СЧ 18 применяются следующие материалы:

- чугуны литейные;

- чугуны легированные; лом чугунный;

- брикеты чугунные;

- ферросилиций;

-ферромарганец или руда марганцевая;

- кокс литейный;

- известняк.

Плавка, разливка, заливка форм.

Плавка металла производится в 2-х коксовых вагранках, производительностью 15 т/ч каждая, работающих поочерёдно (через день).

Вагранки оборудованы мокрыми искрогасителями и системами дожигания оксида углерода. Жидкий металл подаётся в ковшах к местам заливки форм.

Складирование и подготовка формовочных материалов.

Формовочные пески поступают в цех на эстакаду разгрузки в саморазгружающихся вагонах. Со склада песок с помощью тарельчатых питателей и ленточных транспортеров подается в барабанное сушило.

Лигнин и формовочная глина поступает на склад в открытых вагонах, разгружаются краном, оборудованным грейфером, и хранятся в закромах.

Оборотная формовочная смесь от выбитых решеток системой ленточных транспортеров подается к магнитным сепараторам и полигональным ситам. После просеивания смесь попадает в бункера-накопители, где она усредняется и охлаждается.

Смесеприготовление.

Перед приготовлением единой формовочной смеси готовится освежающая добавка на бегунах модели «114». В состав освежающей добавки входят следующие компоненты: песок, лигнин, бентонит. Единая формовочная смесь готовится в бегунах непрерывного действия модели «1524».

В состав единой формовочной смеси входят: оборотная смесь, освежающая добавка, суспензия. Подача формовочной смеси на участок формовки производится системой ленточных транспортеров.

Приготовление стержневых смесей производится в смесителях периодического действия.

Подача стержневой смеси к стержневым машинам и автоматам производится кран-балкой с самозагружающейся бадьей.

Формовка.

Формовка производится «по сырому» в песчано-глиняных формах. Методы формовки: встряхивание с допрессовкой на формовочных машинах литейных конвейеров, прессование под высоким удельным давлением на линиях автоматической формовки.

Изготовление стержней.

Изготовление стержней производится двумя способами:

- на стержневых полуавтоматах по нагреваемой оснастке;

- на стержневых машинах с последующей тепловой сушкой в вертикально - замкнутом сушиле «СКВГ-3».

Охлаждение форм.

Охлаждение форм автоматических линий литейных конвейеров производится на охладительных вентилируемых ветвях.

Выбивка форм и отбивка литников.

Выбивка отливок на автоматических линиях и литейных конвейерах производится на встряхивающих выбивных решетках.

Отбивка литников производится в проходных галтовочных барабанах непрерывного действия. Литники, не отбивающиеся в галтовочных барабанах, отбиваются вручную.

Охлаждение и очистка отливок.

Охлаждение отливок начинается после заливки форм. Отливки охлаждаются вместе с формой в процессе выбивки, транспортировки и очистки. Крупные отливки дополнительно охлаждаются в водяной ванне. Очистка мелких отливок производится в дробеметных барабанах непрерывного действия.

Очистка крупных отливок - в дробеметной камере непрерывного действия, а затем окончательная обработка и окраска отливок. Зачистка наждаком отливок осуществляется на односторонних обдирочно - шлифовальных станках.

Окраска отливок осуществляется методом окунания с последующей сушкой в сушильной камере.

1.3.3 Технологический процесс на участке плавки и заливки металла Разливщик за 30 минут перед началом работы и в перерывы должен подать пять барабанных ковшей разливочным электротельфером 4 к стационарным газовым горелкам 12, установленным вдоль трассы разливочного монорельса 3.

Разливщик должен направить пламя горелки по центру горловины ковша, нагреть обработанный ковш до температуры 500-700 °С (темно-красный цвет).

Измерение температуры нагрева ковша производится визуально.

Разливщик должен подать нагретый обработанный ковш электротельфером 4 под носик копильника вагранки 2 для набора металла. В работе используется 4-5 барабанных ковша, в зависимости от загрузки конвейеров.

Разливщик должен набрать совком модификатор ФС65 Ба12 с размером фракций 3-10 мм из тары 14 и засыпать в барабанный ковш для модифицирования жидкого чугуна из расчета 600 грамм 10,75 % на один барабанный ковш.

Вагранщик по команде разливщика должен включить поворотный механизм копильника 2 и наполнить барабанный ковш металлом, затем установить его в исходное (вертикальное) положение.

Разливщик металла должен электротельфером 4 отвести барабанный ковш, наполненный жидким металлом из копильника и подать его к месту очистки шлака. При помощи штурвала наклонить горловину барабанного ковша в удобное положение и счищалкой (угольник не менее 30301500) счистить с поверхности металла шлак, счищалку положить в ящик с песком, а барабанный ковш при помощи штурвала поставить в исходное положение. Разливщик должен подать барабанный ковш к месту раздачи металла по конвейерам.

Заливщик обязан погрузить сухой футерованный ковш на ручную тележку на участке футеровки ковшей и подать к рабочему месту. Раствором огнеупорной глины замазать имеющиеся трещины.

Установить ковш вручную на поставку у газовой горелки 9, пламенем газовой горелки высушить свежемазанные места, дать ковшу остыть и поставить его на место хранения ковшей на заливочном участке 8.

Готовый заливочный ковш установить в обойму подвески, зафиксировать защелкой и пламенем газовой горелки 9 нагреть внутреннюю часть ковша до температуры 500-700 °С (темно-красный цвет), подать заливочный ковш к носику барабанного ковша.

Разливщик должен наполнить заливочный ковш не более 7/8 его внутренней высоты.

Заливщик должен счищалкой удалить шлак с поверхности металла, подать ковш с металлом к месту заливки форм, открыть защелку и залить формы.

Пустой ковш зафиксировать защелкой и по обратной ветви монорельса или бирельса подать для повторного наполнения металлом.

При заливке держать стояк, наполненный металлом. Прерывать струю в процессе заливки запрещается. Заливать металл в форму ровной струей с минимальной высоты в самую середину чаши, избегая попадания струи на край чаши, чтобы не было разбрызгивания и перелива через края. В недостаточно просушенный ковш набирать металл запрещается. Шлак, плавающие на поверхности металла в ковше, перед заливкой счищать сухой и подогретой счищалкой. Максимальная высота струи металла при полном ковше не должна превышать на ЛАФ-2 - 450 мм, на втором конвейере – 400 мм, на третьем конвейере – 500 мм, на ЛАФ-3 – 550 мм.

После розлива металла из заливочного ковша по формам остатки жидкого металла, в обязательном порядке, сливать в изложницы, предварительно смазав их жидким раствором огнеупорной глины и дать высохнуть. «Сливы» «холодного» металла из барабанных ковшей производить в формы-изложницы, предварительно установив закладную на глубину не менее 170 мм. При сливе «холодного» металла в форму-изложницу питатели должны быть пролиты на всю высоту [21 – 23]. Из проведённого анализа следует, что основным параметром, влияющим на качество литейной продукции является температура, поэтому ниже рассматриваются требования к тепмературному режиму и возможности его реализации.

1.3.4 Технологические требования к температуре жидкого металла Температура металла на выходе из желоба вагранки должна быть в диапазоне от 1390 до 1440 °С, в копильнике от 1380 до 1420 °С.

Температура на ЛАФ-2: в барабанном ковше от 1360 до 1390 °С; на заливке от 1340 до 1380 °С.

Температура на втором конвейере: в барабанном ковше от 1350 до 1380 °С; на заливке от 1320 до 1370 °С.

Температура на третьем конвейере: в барабанном ковше от 1340 до 1370 °С; на заливке от 1320 до 1360 °С.

Температура на ЛАФ-3: в барабанном ковше от 1320 до 1360 °С; на заливке от 1300 до 1340 °С.

Температура на ЛАФ-4: в барабанном ковше от 1355 до 1385 °С; на заливке от 1330 до 1375 °С.

Замер температуры металла производит пирометрист с помощью пирометра «Проминь М1», записывая на доске и в журнале каждые 30 минут:

- температуру при наполнении барабанного ковша из копильника;

- температуру при переливе из каждого барабанного ковша в заливочный ковш после отбора шлака [21].

1.3.5 Выбор контрольных точек технологического процесса и определение технологических режимов, влияющих на качество Качество получаемых отливок напрямую зависит от температурных режимов производства. Как было сказано выше, процесс плавки и заливки металла относится к специальным процессам по следующим показателям:

- проверять качество путем прямых измерений в процессе производства продукции затруднительно и экономически нецелесообразно;

- характеристики продукции напрямую зависят от технологических параметров производства;

- дефекты продукции становятся очевидными только после начала использования потребителем.

Результаты обработки статистических данных указывают основные виды дефектов отливок – газовые раковины, горячие трещины, а также недоливы.

Большую часть таких дефектов невозможно обнаружить при контроле готовых изделий, они являются скрытыми и обнаруживаются только в ходе механической обработки, что приносит предприятию огромный ущерб Для выявления внутренних (скрытых) дефектов отливок на предприятии используются методы разрушающего контроля, которые подразумевают выборку контрольных образцов из каждой партии. Очевидно, что подобный метод не гарантирует стопроцентного отсутствия дефектов продукции. Увеличение количества контрольных образцов также экономически нецелесообразно для предприятия.

Менеджмент качества подразумевает, прежде всего, управление производственными процессами, с целью предотвращения появления некачественной продукции и увеличения выхода годных изделий. Качество отливок зависит от множества факторов: технология, сырье, оборудование, персонал, а также используемые средства контроля и измерения. Изготовление отливок относится к процессам, качество продукта которого затруднительно проверить в ходе производства. Причем качественные характеристики продукта напрямую зависят от технологических параметров производства. Даже при удовлетворяющем требованиям технологической и нормативной документации качестве сырья, материалов, оборудования и подготовке персонала в ходе технологического процесса может получиться несоответствующая продукция по причине отклонения температуры расплава от допустимых пределов даже на 10 °С.

В каких точках необходимо контролировать и управлять температурными режимами для получения качественных отливок? Почему из качественного металла получается несоответствующая продукция? Для ответа на данные вопросы необходимо провести обратный анализ технологического процесса, начиная от заливки металла в формы, который включает следующие стадии (Рисунок 1.3).

формовочных и шихтовых материалов Приготовление формовочной смеси Рисунок 1.3 - Схема технологического процесса производства отливок в цехе Схема технологического процесса на данном участке представлена на рисунке 1.4. Спецификация:

1) Вагранка для плавки чугуна;

2) Копильник вагранки;

3) Монорельс для раздачи металла по конвейерам;

4) Электротельфер;

5) Изложницы для слива «холодного» металла;

6) Ящик с песком;

7) Монорельс для заливки форм ЛАФ-2;

8) Место хранения запасных заливочных ковшей;

9) Газовые горелки для подогрева заливочных ковшей;

10) Заливочная площадка ЛАФ-4;

11) Монорельс для заливки форм ЛАФ-4;

12) Горелка для подогрева барабанных ковшей;

13) Тара для шлака;

14) Тара для модификаторов чугуна.

Рисунок 1.4 – Технологическая схема плавильного участка цеха чугунного литья Температура металла в литейной форме зависит от нескольких составляющих: температуры расплава металла и от температуры самой формы. Температура формы также зависит от ряда показателей: влажности формовочной смеси; теплоемкости формовочной смеси; химического состава смеси.

При заливке очень важна однородность температурного поля литейных форм, из-за рельефной структуры отдельные части формы имеют различную толщину. Протекающим металлом форма в местах подвода разогревается, в тонкие части отливки металл подходит охлажденным и скорость их затвердевания еще больше увеличивается. Массивные части, разогретые горячим металлом, затвердевают медленнее. Такое температурное поле способствует образованию в отливке (в ее массивном или тепловом узле) концентрированной усадочной раковины. Анализ данных статистики брака показал, что данный вид дефекта является преобладающим для цеха чугунного литья. Однородность температурного поля формы на предприятии не определяется.

Большое влияние на качество получаемой отливки оказывает влажность формовочной смеси. При повышенной влажности скорость затвердевания отливки снижается, так как большое количество тепла расходуется на испарение лишней влаги. Известно, что вода - жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Другими словами, чтобы обеспечить заданное количество температуры, вода должна поглотить или отдать количество тепла значительно больше, чем любое другое вещество такой же массы. Удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кгК), что почти в восемь раз больше теплоемкости чугуна, которая составляет 0,54 кДж/(кгК). Следовательно, чтобы обеспечить заданную температуру литейной формы при повышенной влажности смеси, нужно затратить в восемь раз больше тепла.

Металл в форму заливается из раздаточного ковша, температура его зависит также от температуры ковша и равномерности его прогрева. Технологическая документация содержит требования к температуре ковшей, но исполнение их никем на предприятии не контролируется. Нельзя утверждать, что температура ковша соответствует норме, то есть на последней стадии может произойти остывание металла по причине неравномерности или недостаточности прогрева ковша. Температура металла измеряется только при переливе из барабанного ковша в заливочный.

На сегодняшний день ситуация такова, что в двух барабанах из пяти металл признается негодным для заливки по причине пониженной температуры, и, как следствие, повышенной вязкости и коэффициента поверхностного натяжения металла. Согласно технологической документации используется один визуальный пирометр, измерения проводятся с интервалом в 30 минут, чего явно недостаточно для проведения мониторинга и измерений металла в барабанных ковшах, обслуживающих пять конвейеров. Плавка чугуна и заливка его в формы происходит непрерывно в течение смены, измерение температуры происходит один раз в полчаса, в интервале между измерениями контроль температуры не проводят. Следовательно, качество металла, заливаемого в формы, определяется эпизодически, нет никаких гарантий, что температура расплава в ковше соответствует норме. Предприятие не может гарантировать потребителю стопроцентное качество продукции.

В барабанном ковше на температуру расплава влияет температура самого ковша, причем очень важна однородность температурного поля. При заливе металла в ковш происходит теплообмен между расплавом и стенками емкости, при этом равномерность прогрева ковша играет большую роль. Технологическая документация содержит требования к температуре нагрева ковшей, но качество выполнения данной операции на предприятии не контролируется, достаточность нагревания определяется работниками визуально, по темно-красному цвету стенок ковша.

Необходимость проведения мониторинга температуры расплава в барабанном ковше обусловлена зависимостью вязкости металла от температуры и коэффициента поверхностного натяжения расплава. Снижение температуры плавки и заливки металла ведет к повышению вязкости и коэффициента поверхностного натяжения расплава, следовательно, и к ухудшению качественных характеристик отливок [24].

Температура металла, заливаемого в барабанный ковш из копильника вагранки определяется с применением визуального пирометра «Проминь М1».

При выходе «холодного» металла остается только догадываться, остыл ли расплав в копильнике либо поступил остывшим из вагранки, без контроля температуры определить это невозможно.

Копильник – металлоприемник, обогреваемый газовой горелкой, куда производится слив металла из вагранки. При максимальной производительности вагранки 15 т/час, накопление металла происходит в течение 25-30 мин.

Температура нагрева копильника на предприятии не измеряется, а рассчитывается по расходу газа.

При выходе расплава с температурой ниже 1360 °С чугун считается «холодным», то есть непригодным для получения отливок. Выпущенный из вагранки «холодный» металл или потерявший температуру в копильнике разливают в формы-изложницы, установленные вдоль трассы разливочного монорельса, то есть на самой первой стадии изготовления отливок вся партия может отправиться в брак.

В цехе чугунного литья производится измерение температуры металла на желобе вагранки при переливе в копильник. Температура металла в вагранке зависит от количества кокса и притока воздуха [23].

Данные параметры регулируются работниками во время плавки, причем регулировка зачастую происходит только при выходе «холодного» металла.

Необходимо принимать меры для управления параметрами технологического процесса плавки металла [21].

Из вышесказанного можно сделать вывод, что на качество отливок оказывает влияние большое количество факторов, из которых на сегодняшний день контролируется лишь маленькая доля, что не может гарантировать соответствие выпускаемой продукции требованиям.

Необходимо управлять температурой на следующих этапах технологического процесса:

- при нагревании барабанных ковшей;

- на выходе металла из вагранки;

- при переливе из копильника в барабанный ковш;

- при нагревании заливочных ковшей;

- при переливе из барабанных ковшей в заливочные;

- при нагревании литейных форм [24].

На рисунке 1.5 показана схема технологического процесса с отраженными на ней контрольными точками, в которых необходимо проводить мониторинг и измерение температуры, и отмеченными местами работы пирометриста на сегодняшний день. Из анализа факторов, влияющих на качество готовой продукции, следует, что основной причиной появления дефектной продукции является несоблюдение температурного режима при плавке металла и заливке его в формы.

Данная схема дает наглядное представление о недостатках существующей организации измерений: из всех указанных контрольных точек технологического процесса, температура в которых влияет на качество готового изделия, мониторинг проводится только в двух, что не является достаточным для обеспечения уверенности потребителя в том, что продукция соответствует требованиям. Это свидетельствует о том, что СМК на предприятии работает не эффективно. Не выполняются следующие пункты ГОСТ ISO 9001-2011:

8.1 Общие положения Организация должна планировать и применять процессы мониторинга, измерения, анализа и улучшения, необходимые для:

а) демонстрации соответствия продукции;

б) обеспечения соответствия системы менеджмента качества;

в) постоянного повышения результативности системы менеджмента качества.

Это должно включать определение применимых методов, в том числе статистических, и область их использования.

8.2.1 Удовлетворенность потребителей Организация должна проводить мониторинг информации, касающийся восприятия потребителем выполнения организацией его требований, как одного из способов измерения работы СМК. Должны быть установлены методы получения и использования этой информации.

Рисунок 1.5 – Контрольные точки мониторинга и измерения температур На основе проведенного анализа причиной возникновения данных дефектов является несоблюдение температурных режимов при производстве литых изделий. Предотвратить появление дефектов можно, только управляя температурными режимами плавки и заливки металла и поддерживая значения температуры, согласно требованиям технологической документации. Отсутствует методика определения температурного режима нагрева литейного оборудования.

На сегодняшний день нельзя утверждать о соблюдении температурных режимов производства отливок, так как мониторинг и измерение температуры практически не проводится. Необходимо провести разработку и внедрение методов контроля и мониторинга температуры в контрольных точках технологического процесса, с целью предупреждения появления несоответствующей продукции, снижения уровня скрытых дефектов отливок, и повышения качества выпускаемой продукции. Для этого необходимо рассмотреть все существующие на сегодняшний день методы и средства измерения температуры в литейном производстве.

1) Улучшение процессов литья требует совершенствования методики контроля температурного режима;

2) Применение непрерывного прямого контроля в специальных процессах невозможно;

3) Для улучшения качества процесса литья необходимо разработать методику и выбрать показатель управления качеством литья.

2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Температура жидкого металла является важным технологическим параметром в литейном производстве. Отклонение температуры металла от оптимальной более чем на 10 °С значительно сказывается на количестве и качестве готового продукта [23]. В зависимости от состава металла, массы и конфигурации литья существует оптимальная минимальная величина перегрева над температурой кристаллизации, обеспечивающая достаточную для заполнения форм текучесть металла. Технология металлургии требует измерения температуры металла в пределах от 1150 до 1850 °С, причем с высокой точностью (более ±1 %) [23]. Кроме того объект исследования относится к объектам с распределёнными параметрами, тогда он характеризуется также и градиентом температуры.

Градиент температур в литейном производстве можно разделить на ряд характерных диапазонов: средние (0-1000 °С), высокие (1000-3000 °С) и сверхвысокие (выше 3000 °С).

Таким образом, широкий диапазон подлежащих измерению температур в процессе розлива металла, разнообразие условий и объектов измерений обусловили многочисленность методов и средств измерений температуры. Все используемые методы измерения температур можно разделить на два основных типа: метод «свидетелей» и динамические методы.

Метод «свидетелей» позволяет определять только конечную температуру термообработки в какой-либо точке печи или разливочного оборудования.

Динамические методы измерения температур позволяют измерять температуры в какой-либо точке печи или разливочного оборудования в определенном диапазоне температур, с одновременным контролем их изменения во времени.

Динамические методы, в свою очередь подразделяются на контактные и бесконтактные и в равной мере используются для замера высоких температур в металлургии. Контактные способы измерения температур можно также условно разделить на два основных вида: датчики температур с термопреобразователями (термопары) и дилатометры.

2.1 Графитовые дилатометры и метод «свидетелей»

В графитовых дилатометрах измерение температур основано на сравнении линейного удлинения дилатометрического тела (специальные марки пирографита) и графитированного стержня. Каждый дилатометрический датчик температур имеет индивидуальную градуировку, полученную в лабораторных условиях. Датчики данной конструкции достаточно надежно (± 15 °С) измеряют температуру практически во всем диапазоне температур печей (от 800 до 3000 °С), тем не менее, их чрезвычайно низкая механическая прочность не позволяет найти им реальное применение. Графитовый дилатометр, обычно закрепляемый в боковой теплоизоляции, подвергается некоторой механической нагрузке, и при превышении прочности на изгиб чехла графитового дилатометра, он разрушается.

При вертикальной установке графитового дилатометра удается избежать указанных неприятностей, но возникает сложность с регистрацией выходного сигнала. Визуально проследить дилатометрию уже невозможно, по причине того, что печь закрыта металлическим зонтом, регистрация параметров на вторичные приборы также затруднена вследствие того, что поверхность печи, закрытая зонтом, нагревается до 500-800 °С. Дополнительным недостатком промышленно выпускаемого графитового дилатометра является его недостаточная длина от 1.0 до 1.3 м, в то время как размеры внутреннего пространства современных печей и разливочного оборудования в десятки раз больше. Исходя из этого, очевидно, что для замера температур в центре печей необходима длина датчика температур больше чем 1.3 м. К настоящему времени реально изготовить высокотемпературный датчик такой длины можно только на основе термопреобразователей.

НИИ Графит и предполагает использование в качестве термоиндикатора труднографитирующийся материал - стеклоуглерод (СУ). Достоинством СУ, а также других неграфитирующихся материалов является то, что некоторые их физические характеристики почти линейно меняются вплоть до 3300 °С, например их диамагнитная восприимчивость (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Диамагнитная восприимчивость различных видов материалов Рис.1.2.Диамагнитная восприимчивость различных видов Практические испытания [25] показали, что и этот метод не лишен недонеграфитирующихся материалов статков. Особую сложность представляет тот факт, что для замера электроннофизических свойств таких углеродных материалов необходима, прежде всего, их высокая химическая чистота, поскольку диамагнитная восприимчивость чрезвычайно чувствительна даже к следам присутствия ферропримесей. В процессе плавления и розлива металла выделяется довольно большое количество паров Fe. Поэтому образцы СУ после плавления и розлива металла покрыты тончайшей пленкой ферропримесей, которые дополнительно приходится удалять растворением в кислотах. Но даже после таких подготовительных операций замер исследуемого параметра становится зачастую недостоверным, т.к.

количество ферропримесей в исследуемом образце не должно превышать 10%.

2.2 Измерение температур с помощью термопар 2.2.1 Погрешности контактных методов измерения температур При использовании контактных методов измерения температуры необходимо создать такие условия, чтобы термоприемник принимал температуру возможно более близкую к температуре измеряемой среды и чтобы сам термоприемник возможно меньше искажал температурное поле измеряемой среды.

Основные специфические погрешности контактных методов измерения стационарных температур, помимо конструктивных, возникают за счет [26]:

- лучистого теплообмена между термоприемником и окружающими его телами;

- отвода тепла по арматуре и деталям термоприемника;

- дополнительного нагрева газа вследствие трения в области расположения термоприемника.

2.2.2 Погрешность из-за лучистого теплообмена При измерении температур газообразных (прозрачных) сред во многих случаях наибольшая погрешность возникает за счет лучистого теплообмена между термоприемником и окружающими его твердыми телами [27].

Предположим, что термоприемник, все части которого имеют одну и ту же температуру, расположен внутри барабанного ковша и служит для измерения температуры t газового потока исходящего от горелки. Стенки ковша имеют отличную от газа температуру tcr. Утечкой тепла по термоприемнику путем теплопроводности пока пренебрегаем. Теплота, получаемая от газа конвективным путем передается излучением стенкам канала.

Количество теплоты равно:

где K - коэффициент конвективного теплообмена между термоприемником и газом, Вт/(м2K);

S - поверхность термоприемника, находящаяся в теплообмене с газом и стенками, м2;

- температура термоприемника, принимаемая равной средней температуре защитной гильзы;

С0 - постоянная Стефана-Больцмана, С0 = 5,67 Вт/(м2K4);

ПР - приведенный коэффициент черноты между термоприемником и и ТСТ - абсолютные температуры термоприемника и стенки.

В момент равновесия Погрешность измерения температуры газа в результате влияния излучения Поверхность термоприемника S значительно меньше поверхности стенок SCT ковша, участвующих в теплообмене с термоприемником. Поэтому приведенный коэффициент черноты системы ПР может быть заменен коэффициентом черноты термоприемника, ПР тогда Из (2.1) видно, что для уменьшения погрешности измерения за счет лучистого теплообмена рекомендуется [28]:

1) По возможности уменьшить коэффициент черноты термоприемника.

Для этого защитную гильзу делают с гладкой и блестящей поверхностью. Однако по мере загрязнения эффективность этих мер сводится на нет.

2) Увеличить коэффициент теплоотдачи K. В ряде случаев это удается достигнуть либо за счет установки термоприемника в тех местах, где скорость движения газа значительная, либо искусственно создавать большую скорость движения газа около термоприемника за счет специальных устройств, рассматриваемых ниже.

3) Увеличить температуру стенки (в случае ТСТ). Для этого внутренняя поверхность барабанного ковша должна быть покрыта футеровкой, которая максимально изолирует стенки.

Существенное значение указанных мер видно из графиков, приведенных на рисунке.2.2.

Рисунок 2.2 - Графики, характеризующие погрешности за счет излучения:

1-стенки неизолированы; 2-стенки изолированы.

Однако во многих случаях этих мер недостаточно или они по технологическим особенностям не могут быть реализованы в литейном производстве.

Погрешность за счет лучистого теплообмена может быть уменьшена, если экранировать термоприемник или, в частном случае, рабочий конец термопары (рисунок 2.3). Для этого применяют либо один экран, либо два и более.

Рисунок 2.3 - Термопара с экранированием горячего спая: 1-двойной экран из листового железа; 2-горячий спай; 3- растяжки для крепления экранов; 4- распорки для центрирования горячего спая; 5- защитный чехол термопары; 6- стенка литейного оборудования.

При наличии экранов 1 термоприемник обменивается лучистым теплом с экраном, а экран в свою очередь - с более холодными стенками 6. В этих условиях температура экранов много больше температуры стенок трубопровода.

Если обозначить поверхности экрана, участвующие в конвективном и лучистом теплообмене, соответственно через Sк.э и Sл.э, а приведенный коэффициент черноты между экраном и стенками через э.с, то, так как газ омывает экран с двух сторон, уравнение теплового баланса может быть записано в следующем виде [28]:

При составлении равенства(2.2) теплом, воспринимаемым экраном от термоприемника, пренебрегаем.

С учетом зависимости (5.1) Здесь т.э приведенный коэффициент черноты между термоприемником и экраном. В реальных условиях т.э может быть определен только приближенно.

Так как поверхность термоприемника обычно значительно меньше поверхностей экрана, участвующих в теплообмене, то в (2.4) можно т.э заменить коэффициентом черноты термоприемника.

Уравнение (2.3) может быть решено методом подстановки. Определив температуру экрана Тэ, можно найти значение погрешности t из (2.4). Экраны должны быть установлены так, чтобы они не нарушали конвективного теплообмена между термоприемником и средой. В противном случае возникает дополнительная погрешность, величину которой оценить не представляется возможным. Поскольку для литейного производства характерна высокая степень загрязнения следует особенно отметить, что по мере загрязнения экранов и чехла термоприемника эффективность экранирования резко падает, так как величина т.э растет. Более целесообразно применять толстостенные экраны, выполненные из материала, обладающего малой теплопроводностью.

Согласно правилам испытаний котлов при наличии холодных поверхностей допускается измерение температуры воздуха (газов) неэкранированными термоэлектрическими термометрами (термопарами): при скоростях потока не менее 5 м/сек при t 200 °С и не менее 10 м/сек при t 300 °С. В остальных случаях необходимы экраны. Иногда экранирование сопряжено с большими трудностями ввиду конструктивных особенностей литейного оборудования, а иногда оно недостаточно эффективно.

2.2.3 Погрешности из-за отвода тепла теплопроводностью Обычно термоприемники закрепляют в футеровке печей, температура которых, как правило, отличается от температуры измеряемой среды. Вследствие теплоотвода температура по длине термоприемника распределяется неравномерно. Если принять, что чувствительный элемент термометра имеет температуру, соответствующую температуре конца защитного чехла T, то эта температура будет отличаться от истинной температуры среды t.

Влияние теплоотвода обычно определяется в предположении, что термоприемник является однородным стержнем длиной L, один конец которого закреплен в стенке и имеет ее температуру tСТ. Предполагается, что в каждом поперечном сечении стержня температура распределяется равномерно, температура х термоприемника изменяется лишь вдоль его оси х (рисунок 2.4) [27].

Рисунок 2.4 - Схема термометра: а- простой термометр; б- сложный термометр;

1- стержень; 2- стенка; L- глубина погружения; l – длина чувствительного элемента (термометра сопротивления) Уравнение теплообмена такого идеализированного термоприемника можно записать в следующем виде:

где - коэффициент теплоотдачи (между термометром и средой);

Р и S - периметр и площадь сечения стержня;

- коэффициент теплопроводности материала термоприемника.

Количеством тепла, передаваемым через торец термоприемника при х = 0, можно пренебречь по сравнению с общей тепловой энергией, подводимой к термоприемнику через боковую поверхность:

Принимая, что величина b не зависит ни от координаты, ни от температуры, с учетом граничных условий, находим:

Отсюда погрешность измерения температуры при расположении чувствительного элемента на конце термоприемника (х = 0) будет:

Если чувствительный элемент (например, в термометре сопротивления) расположен на некоторой длине l (рисунок 2.4), то его средняя температура T определяется из уравнения:

где L - относительная длина участка осреднения температур.

Из (2.5) видно, что погрешность за счет теплоотвода особенно сильно зависит от глубины L погружения термоприемника. Заметное влияние оказывает температура защитного чехла в месте соприкосновения его со стенкой - tСТ. Для повышения величины tСТ необходимо обеспечить надежную изоляцию стенки.

Наконец, погрешность тем меньше, чем больше величина b, поэтому выбирают геометрические размеры защитного чехла так, чтобы отношение P/S было возможно больше и материал этого чехла обладал меньшей теплопроводностью.

В реальных условиях часто имеет место более сложный случай - термоприемник расположен в двух средах (жидкий металл-воздух), так как защитный чехол значительно выступает над измеряемой средой. Расчет погрешностей для такого термометра более сложен.

Если рассматривать этот термоприемник как стержень, находящийся в двух средах с температурами t1 и t2, то качественную оценку распределения температур вдоль этого стержня при коэффициентах теплоотдачи 1 и 2 можно изобразить графиком, приведенным на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Распределение температуры вдоль термометра (стержня), находящегося в двух средах с температурами t1 и t2 и коэффициентами теплоотдачи 1 и 2 от сред к термометру.

2.2.4 Конструктивные недостатки термопар Основными конструктивными недостатками термопар являются [27]:

1) непосредственно то, что для измерения температуры необходим контакт с измеряемым объектом, а в металлургии довольно часто контакт с объектом не возможен;

2) характерные для литейного производства высокие температуры (от 1300 до 2500 °С), оказывают негативное воздействие на защитный чехол термопары, в результате чего происходит износ и разрушение чехла;

3) для измерения высоких температур необходимо использовать термопары из благородных металлов, стоимость которых довольно высока;

4) термопары имеют небольшой срок службы, особенно при измерении высоких температур;

5) при измерениях температуры необходимо обеспечить плотный контакт горячего спая с поверхностью объекта, а холодный спай должен находиться при 0 0С;

6) в случае, когда холодный спай находиться не при 0 0С требуется градуировка шкалы термопары;

7) нелинейность измерительной шкалы;

8) высокая постоянная времени, что не приемлемо для большинства производственных процессов.

2.2.5 Тепловая инерция термометров Использование контактных методов для измерения нестационарных температур связано с необходимостью учета термической инерции термометров.

Термическую инерцию контактных измерителей температуры необходимо учитывать также и при кратковременных измерениях стационарных температур, недопускающих наступление теплового равновесия термоприемника и окружающей среды. Под термической инерцией любого тела или системы понимают их свойство менять свою температуру под действием переменной температуры внешней среды не мгновенно, а по истечении некоторого промежутка времени. В течение этого времени внутри тела происходит соответствующее изменение энтальпии и температурного поля тела. Термическая инерция является свойством всех физических тел. Следовательно, безинерционный термометр принципиально не может быть создан.

Теоретическое рассмотрение вопросов об изменении теплового состояния тел под воздействием тех или других внешних условий основано на решении (с соответствующими начальными и граничными условиями) основного уравнения теплопроводности. Одно из простейших решений дает случай, соответствующий переходу в некоторый начальный момент (для времени = 0) температуры среды, окружающей тело, скачком от одной стационарной температуры t0 к другой, тоже стационарной tС. Предполагается, что в начальный момент процесса распределение температуры внутри термоприемника было равномерным, т. е. [27]:

где r - координата данной точки термоприемника;

0 - координата времени (начальный момент).

В этот момент значения температуры 0 термоприемника и среды t0 равны между собой.

Для упрощения решения этого вопроса приходится вводить допущение, что в течение всего рассматриваемого процесса ( 0) коэффициент теплоотдачи остается постоянным. Процесс перехода тела из одного теплового состояния в другое называют переходным.

Если предположить, что в начальный момент процесса распределение температуры внутри тела было равномерное, то можно решить общее уравнение теплопроводности [27]. Решение уравнения получается в форме сходящегося бесконечного ряда.

По мере увеличения членов ряда быстро возрастает показатель степени экспоненциальной функции каждого члена. Поэтому с течением времени (от начала процесса) сходимость ряда быстро увеличивается, и, наконец, наступает момент 1 (рисунок 2.6), когда все члены ряда, кроме первого, становятся чрезвычайно малыми. Это значит, что в промежутке времени от = 0 до 1 изменение температур в различных точках термоприемника происходит по различным законам.

Рисунок 2.6 – Переходная характеристика температуры тела Не смотря на то, что переходая характеристика аппроксимируется экспонентой второго порядка, но начиная с момента 1 называемого по предложению Г. М. Кондратьева [26] моментом регуляризации, весь дальнейший процесс изменения температуры тела описывается одним членом, экспоненциально меняющимся во времени, т. е. во всех точках термоприемника изменение температуры происходит по экспоненциальному закону. Эта стадия переходного процесса называется регулярным режимом первого рода. Если же отсчет времени вести от некоторого момента, для которого существует регулярный режим, например от момента регуляризации 1 то из уравнения теплопроводности получим:

Величина Т называется постоянной (показателем) тепловой инерции. Постоянная тепловой инерции - это время, необходимое для того, чтобы при внесении термоприемника в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее термоприемника стала равной 0, от величины, которую она имела в момент наступления регулярного теплового режима.

Для определения постоянной тепловой инерции можно использовать не только происходящие со временем изменения температуры тела в данной его точке, но и изменения средней объемной температуры (). Тогда Таким образом, величина Т может быть определена по любым двум отсчетам температуры тела в области регулярного теплового режима. Разности температур среды и тела в процессе изменения его температуры, если условия регулярного теплового режима соблюдены (tС = const; = const), в полулогарифмическом масштабе должны расположиться по прямой (рисунок 2.7), угловой коэффициент, которой есть величина обратная постоянной тепловой инерции Т.

Рисунок 2.7 - Изменение разности температуры тела и среды в различные Точки, относящиеся к начальной дорегулярной стадии процесса на графике, не находятся на прямой. Постоянная тепловой инерции Т тела зависит от условий теплоотдачи на поверхности тела.

По мере возрастания коэффициента теплоотдачи величина постоянной тепловой инерции тела уменьшается, асимптотически приближаясь к своему минимальному значению, соответствующему бесконечно большой теплоотдаче на поверхности тела. Кривая, определяющая зависимость Т от для данного тела называется характеристической кривой (рисунок 2.8).

Формы характеристических кривых для однородных тел определяются их тепловыми свойствами, а для сложных, каковыми являются многие термоприемники, так же взаимным расположением и теплового сопротивления их деталей и арматуры. По постоянной тепловой инерции Т из курса ТАУ можно рассчитать время Z, за которое термоприемник в результате быстрого переноса его из среды с температурой t0 в среду с температурой tС примет это последнее значение с погрешностью t [29]:

Величину Z - время установления показаний - следует рассматривать как время, протекшее не с начала процесса, не с момента переноса термоприемника из среды с одной температурой в среду с другой температурой, а с какого-то момента, соответствующего области регулярного теплового режима, например, с момента регуляции процесса 1.

Величину называют относительной величиной недохода.

Измерение контактными методами меняющихся температур, даже в условиях постоянной теплоотдачи, связано с возникновением динамических погрешностей, по своим свойствам и методам учета существенно отличающихся от погрешностей, возникающих в рассмотренном случае переходного режима, хотя и имеющих с ними одинаковую природу.

Постоянная тепловой инерции не полностью отражает инерцию термометров даже при рассмотренном переходном режиме, так как эта величина не учитывает дорегулярный режим. Поэтому одной постоянной термической инерции нельзя оценить инерционность термометров при более сложных законах изменения температуры среды. Более правильно динамические свойства термометров характеризовать передаточной функцией.

2.2.6 Термопары для измерения температуры кратковременным погружением В настоящее время наиболее распространенным методом измерения температуры жидких железных сплавов является измерение с помощью термопар кратковременного погружения. В этом случае применяют термопары вольфрам - молибденовые, платинородий - платиновые (ПП-1), платинородий - платинородиевые (ПР 30/6) и вольфрам - рениевые (ВР) [30, 31].

Основным преимуществом термопары, изготовленной из вольфрама и молибдена (ВМ), по сравнению с термопарами платиновой группы, является возможность измерять температуру до 2000 °С и недефицитность материалов.

Термопара ВМ дешевле термопары ПП в несколько десятков раз. Однако термопара ВМ в рабочем интервале температур имеет низкую чувствительность.

При температуре выше 1300 °С термоэлектроды термопары ВМ становятся хрупкими.

Термопару платинородий - платиновую (ПП-1) широко применяют для измерения температуры жидких металлов, хотя неоднократные испытания показали, что эта термопара в рассматриваемых условиях является наименее стабильной. При периодических погружениях термопары в жидкий металл быстро ухудшается и без того ее малая механическая прочность [32].

В последние годы для измерения температуры жидких металлов широко используется термопара платинородий - платинородий (ПП 30/6). Эта термопара обладает наибольшей стабильностью и поэтому повышает точность измерения. Платинородиевые сплавы более устойчивы (на порядок) к загрязнениям металлов парами и газами, чем чистая платина. Однако прочность термоэлектродов таких термопар на растяжение невысока, поэтому, если не предусмотреть специальной конструкции арматуры термопар, надежность измерений несколько снижается. Применение термопар платиновой группы для измерения температуры жидких металлов обходится предприятию чрезвычайно дорого.

Существуют термопары из сплавов вольфрама с рением (ВР 10/20;

ВР 5/20). Эти термопары могут применяться при температуре выше 2000 °С.

Они обладают высокой механической прочностью и достаточной стабильностью. Так как рений редкий металл, то стремятся свести к минимуму диаметры термоэлектродов.

На металлургических заводах применяется также термопара вольфрам молибден с 0,5 % алюминия. Эта термопара в рабочем интервале имеет более высокую чувствительность, чем термопара ВМ и несколько большую, чем термопара платинородий - платинородий (ПР-30/6). Однако стабильность ее характеристики ниже, чем у термопары ВМ.

2.2.7 Непрерывное измерение температуры жидких металлов Температуру жидких черных металлов на предприятиях непрерывно измеряют довольно редко. Температуру чугуна при выпуске его из доменной печи измеряют термопарой ПП-1, защищенной фарфоровой трубой, поверх которой надет графитовый чехол. Для охлаждения и продувки трубы используют сжатый воздух. Компенсационные провода в освинцованной защите проложены в трубе.

Имеется некоторый опыт непрерывного измерения температуры жидкой стали в ванне мартеновской печи с помощью водоохлаждаемой термопары ПР 30/6. Для защиты от агрессивных газов используется газонепроницаемый трехслойный наконечник. Термопару погружают через заднюю стенку с помощью арматуры, охлаждаемой водой. Проведенные опыты показали, что такой термометр работает нормально от 2,5 до 3 ч. Измерять температуру жидкого металла в ковше в процессе его выдержки перед разливкой в форму целесообразно термометром постоянного погружения. Чтобы термометр, вмонтированный вблизи дна ковша, не разрушался струей металла, кварцевый колпачок, защищающий спай термопары, должен выступать из окружающей керамической арматуры только на 0,1 м [30, 33].

Более перспективными являются термометры из тугоплавких соединений и их комбинации с другими материалами.

2.2.8 Измерение температуры на поверхности и внутри литейного При измерении температур твердых поверхностей контактными методами могут возникать значительные погрешности вследствие нарушения температурного поля измеряемого тела за счет утечки тепла по термоприемнику, а иногда и за счет недостаточного контакта последнего с измеряемой поверхностью.

При измерении температуры поверхности твердых тел, омываемых воздухом, газом или жидким металлом, следует учитывать, что температура среды даже вблизи самой поверхности резко отличается от температуры поверхности тела. Поэтому первым условием достаточно точного измерения является надежный контакт термоприемника с поверхностью. При измерении металлических поверхностей термопарой рабочий конец последней обычно зачеканивают на поверхности или приваривают к ней [34].



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«ГАРЕЕВ РУСТЭМ РАШИТОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный...»

«ШИШКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ ДВУХТОПЛИВНЫХ И ОДНОТОПЛИВНЫХ ПОРШНЕВЫХ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор В.В. Бирюк Самара...»

«Викулов Станислав Викторович МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА Специальность 05.08.05. – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант : доктор...»

«Чигиринский Юлий Львович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРУЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП 05.02.08 – Технология машиностроения 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении) диссертация на...»

«УДК 622.673.4:621.625 Васильев Владимир Иванович ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК Специальность 05.02.09 – динамика и прочность машин Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор В. М. Чермалых Киев - СОДЕРЖАНИЕ...»

«КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических...»

«ЯКОВЛЕВ Станислав Николаевич ВЫБОР КРИТЕРИЕВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИЗ ПОЛИУРЕТАНА Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург - 2014 2 Содержание Введение.. Экспериментальное изучение...»

«Кикин Андрей Борисович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ СТРУКТУРНОКИНЕМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук V ;г, 7 Г.^ТЗ ~ \ Научный консультант ^' '^-^•'-^зн(-,1\^/1\. 1 и1'^А, 5 д.т.н. проф. Э.Е. Пейсах „, Наук Санкт-Петербург...»

«ЛАРЬКИН АРТЕМ ВАДИМОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССОПЕРЕДАЧИ НА ПРЯМОТОЧНОЙ КЛАПАННО-СИТЧАТОЙ ТАРЕЛКЕ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность) Диссертация на соискание ученой...»

«ФИЛАТОВ Александр Николаевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ...»

«АБДУЛИН Арсен Яшарович МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СКОРОСТНЫХ СУДОВ Специальность 05.04.13 Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор техн. наук, доцент Месропян А. В. Уфа – ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«ГЛАЗУНОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗЫВАНИЯ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«Карапузова Марина Владимировна УДК 621.65 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Специальность 05.05.17 – гидравлические машины и гидропневмоагрегаты Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель Евтушенко Анатолий Александрович канд. техн. наук, профессор Сумы – СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ...»

«УДК 533.695, 629.7.015.3.036 Кажан Егор Вячеславович Комбинированный метод численного решения стационарных уравнений Рейнольдса и его применение к моделированию работы воздухозаборника вспомогательной силовой установки в компоновке с фюзеляжем летательного аппарата Специальность 05.07.01 Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов Диссертация на соискание учной степени кандидата...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.