Проектирование литейной печи

курсач.docx

Курсовой проект: 24 с. 4 рис. 2 источника 1 приложение.
Ключевые слова: индукционная печь индукционная тигельная печь расчет индукционно тигельной печи.
Цель проекта: провести расчет основных параметров и подобрать индукционную тигельную печь для плавки чугуна с фасонным тиглем.
провести расчет основных параметров и подобрать индукционную тигельную печь для плавки чугуна с фасонным тиглем.
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ АНАЛОГИЧНЫХ УСТАНОВОК7
1 Индукционная тигельная печь.7
3 Дуговая печь переменного тока.8
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА9
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ РАССЧИТАННОГО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА14
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОГО АГРЕГАТА.17
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ19
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ22
В индукционной печи металл расплавляют в тигле расположенном внутри индуктора который представляет собой спираль с несколькими витками из токопроводящего материала. Через индуктор пропускают переменный ток; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток наводит в металле вихревые токи которые обеспечивают его нагрев и плавление. Чтобы чрезмерно не увеличивать мощность питающего печь генератора в схему печи включают конденсаторы компенсирующие индуктивное сопротивление индуктора. Важной особенностью индукционных печей является интенсивная циркуляция жидкого металла вызываемая взаимодействием электромагнитных полей возбуждаемых с одной стороны токами проходящими по индуктору и с другой вихревыми токами в металле. Еще одной особенностью индукционных печей является то что плотность индуктируемых токов достигает максимума на поверхности металла у стенок тигля и снижается по направлению к оси тигля («поверхностный эффект»). В этом поверхностном слое выделяется наибольшее количество тепла за счет которого плавится шихта. Толщина слоя металла с большой плотностью индуктируемых токов обратно пропорциональна корню квадратному из частоты.
Индукционные печи имеют следующие преимущества:
) отсутствуют высокотемпературные дуги что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металла при плавлении;
) незначительный угар легирующих элементов при переплаве легированных отходов;
) малые габариты печей позволяющие поместить их в закрытые камеры и вести плавку и разливку в вакууме или в атмосфере инертного газа;
) электродинамическое перемешивание способствующее получению однородного по составу и температуре металла.
Основными недостатками индукционных печей являются малая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков которые нагреваются от металла; из-за холодных шлаков затруднено удаление фосфора и серы при плавке.
Выплавляемый в индукционной печи высокопрочный чугун чаще всего используют при производстве деталей которые должны быть малочувствительны с внешним концентраторам напряжения которые должны быть антифрикционными и в тоже время иметь невысокую стоимость. Чтобы получить высокопрочный чугун в сплав добавляют металлический магний его лигатуры и модификаторы которые имеют в своем составе магниевые соединения. Из данного сплава можно получить отливки как небольшого веса – это меньше килограмма до изделий в несколько тонн.
Отливки из высокопрочного чугуна используются:
) Очень часто он используется там где можно заменить серый чугун – это могут быть прокатные валы поршни и прочие изделия. Такие отливки имеют длительный срок эксплуатации;
) Используется взамен стали – чаще всего такое решение принимается если необходимо удешевить себестоимость литья. Это могут быть коленчатые валы траверсы шестеренки и прочие подобные изделия;
) Используется там где можно заменить цветное литье – также основной целью является удешевление литья и уменьшение использование дефицитных материалов.
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ АНАЛОГИЧНЫХ УСТАНОВОК
1Индукционная тигельная печь.
Рисунок 1.1 – Индукционная тигельная печь.
В индукционной тигельной плавильной печина рисунке 1.1 металл помещается в металлический сосуд тигель 2 футерованный огнеупорным материалом и подвергается воздействию переменного электромагнитного поля в результате чего в нем индуктируются вихревые токи нагревающие металл. Переменное магнитное поле создается индуктором через который от генератора высокой частоты проходит однофазный ток частотой от 500 до 2000Гц. Емкость индукционных тигельных печей – от 60кгдо 25т. Индукционные тигельные печи позволяют получать очень чистые металлы с минимальным содержанием примесей характеризуются высокой скоростью нагрева легкостью регулирования температуры незначительным угаром металла возможностью плавки в защитной газовой среде или в вакууме.
— индуктор; 2 — тигель; 3 — подовая плита; 4 — съемный свод;
— сливной носок; 6 — стальной кожух; 7 — ось поворота;
— магнитопровод из трансформаторной стали.
3 Дуговая печь переменного тока.
Дуговая печь схема которой приведена на рисунке 1.3 питается трехфазным переменным током имеет три цилиндрических электрода из графитированной массы закрепленных в электрододержателях к которым подводится электрический ток по кабелям. Между электродом и металлической шихтой возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключен в прочный стальной кожух внутри футерован основным или кислым кирпичом. Съемный свод имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса находится рабочее окно (для слива шлака загрузки ферросплавов взятия проб) закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом. Печь опирается на секторы и имеет опорные ролики для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде. Вместимость печей составляет от 05 до 400 т.
Рисунок 1.3 – Дуговая печь переменного тока.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА
Минимальная частота питаемого тока Гц
Выполним расчет для условия: тигель заполнен жидким металлом. Тигель заполнен жидким металлом с температурой 15000 С. Принимаем удельное электросопротивление высокопрочного чугуна 12510-8 Омм относительная магнитная проницаемость 1:
где ρм – удельное электросопротивление металла Ом*м
dм – диаметр металла м (для жидкого металла dм= dо для металлолома dм- средний размер куска металла)
относительная магнитная проницаемость металла
Полезная вместимость тигля т:
где 1 – время загрузки шихты в печь ч;
– время доводки Ме ч;
– время слива Ме из печи ч;
П – производительность печи тч;
Объем жидкого Ме в печи м3:
где γм – плотность жидкого Ме т м3.
Внутренний диаметр тигля м:
где B – коэффициент зависящий от вместимости печи:
Высота металла в тигле м:
Толщина S1 стенки тигля мм:
(025 03) dо до 05 т;
(015 025) dо для 05–3 т;
(01 015) dо свыше 3 т:
Толщина S2 изоляционного слоя между тиглем и индуктором м:
Внутренний диаметр индуктора м:
С учетом обмазки из кварцевой массы толщиной 10мм на внутренней поверхности индуктора принимаем dв=180 м.
Полезная тепловая мощность:
где Wтеор – теоретический удельный расход энергии для расплавления металла кВт*чт.
П’ – плавильная производительность печи тч:
Полезная активная мощность печи кВт:
принимаем терм = 085
где терм – термический КПД печи равный 07–09.
Для печей работающих на промышленной частоте высота индуктора меньше высоты металла в тигле.
Глубина проникания тока в металл м:
где f – частота тока питающего индуктор Гц.
Напряженность магнитного поля в индукторе Ам:
где ks – коэффициент учитывающий самоиндукцию и взаимоиндукцию между индуктором и металлом и равный 085 095;
Aм – поправочный коэффициент активной мощности учитывающий кривизну металла в тигле и зависящий от отношения диаметра к глубине проникания тока в него т.е. doΔ=68 Aм=68.
Реактивная мощность выделяющаяся в металле квар:
где Rм – поправочный коэффициент реактивной мощности Rм=10.
Реактивная мощность выделяющаяся в зазоре между металлом и индуктором квар:
Толщина стенки трубки индуктора мм. Из условий минимальных потерь активной мощности в индукторе. Для меди Δ=002:
Потери активной мощности в индукторе кВт
Удельное электросопротивление медного индуктора ρи=210-8 Омм. Т.к. dвΔ=13002=68 т.е. больше 14 а 2SтрΔ=22610=5.2 то Aи=095. Принимаем kз.=09 тогда:
где ρи – удельное электросопротивление материала индуктора Омм;
и – относительная магнитная проницаемость материала индуктора;
Аи – поправочный коэффициент активной мощности учитывающий кривизну индуктора; определяют по сплошным линиям для разных dвΔи;
Kз.и – коэффициент заполнения индуктора равный 07—09.
Реактивная мощность выделяющаяся в индукторе квар:
где Rи – поправочный коэффициент реактивной мощности учитывающий кривизну индуктора определяют по штриховым линиям для разных dвΔи.
Общая активная мощность кВт:
Общая реактивная (индуктивная) мощность квар:
Полная мощность системы индуктор — металл кВА:
Сила тока в индукторе А:
где Uи – напряжение на индукторе В.
Число витков в индукторе:
Шаг витка индуктора м:
Высота трубки индуктора м:
Толщина изоляции между витками м:
Напряжение тока между витками индуктора В:
Напряжение на 1см изоляции между витками В:
Допускается не более 200В на 1см
Ширина трубки индуктора. Размер трубки в поперечном сечении определяют из условия при котором плотность тока должна быть не более 20 Амм2. Принимаем трубку квадратного сечения с размерами 70 на 70 мм толщиной 16 мм.
Коэффициент мощности печи:
Емкость конденсаторной батареи мкФ:
где Uк2 – напряжение на конденсаторе В.
Мощность конденсаторной батареи Qс в квар должна быть равна общей реактивной (индуктивной) мощности т.е. Qс= Q. Тогда контур индуктор – конденсаторная батарея рассчитывают на полную мощность системы S а подводящую электрическую линию – только на общую активную
Общая площадь поперечного сечения магнитопровода м2:
где B – индукция в магнитопроводе Вбм2 при частоте 50 Гц (06—1).
Площадь поперечного сечения одного магнитопровода см2:
где Nмг – число пакетов магнитопровода вокруг индуктора.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ РАССЧИТАННОГО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА
Продолжительность плавки в индукционной печи очень небольшая что не позволяет многократно проверить состав металла путем его анализа.
Поэтому получение чугуна с заданным составом базируется на предварительном расчете шихты для чего необходимы точное знание ее состава и взвешивание. В частности содержание углерода серы и фосфора не должно превышать допустимых в выплавляемом чугуне пределов.
Шихту составляют из мелких и крупных кусков что обеспечивает плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наиболее крупные куски укладывают у стенок тигля где плотность токов максимальная. Тугоплавкие ферросплавы загружают в нижнюю половину тигля.
После включения тока следят за тем чтобы куски шихты не сваривались в «мосты» препятствующие оседанию плавящихся кусков вниз. Периодически шихту «осаживают» с помощью ломика. По мере оседания шихты догружают ту ее часть которая не вместилась при завалке. После появления жидкого металла в тигель вводят шлакообразующую смесь из извести плавикового шпата и магнезита в соотношении 4:1:1. Назначение наводимого шлака — уменьшить насыщение металла газами из атмосферы и окисление легирующих элементов. При плавлении поддерживают максимальную мощность генератора и высокий коэффициент производительности cos φ путем подключения конденсаторов. Длительность плавления изменяется от 30—40 мин на малых печах (емкостью ~50 кг) до 2 ч на крупных. После расплавления отбирают пробу металла на анализ и сливают плавильный шлак чтобы предотвратить восстановление из него фосфора после чего наводят новый шлак добавляя шлакообразующую смесь того же состава что и в период плавления. Мощность подаваемую на индуктор снижают на 30—40 %. После получения результатов анализа проводят легирование корректировку состава металла и его раскисление путем введения в тигель соответствующих ферросплавов после чего металл сливают из тигля в ковш. Ферросплавы при плавке в индукционной печи присаживают в следующем порядке: феррохром ферровольфрам и ферромолибден вводят в завалку; ферромарганец ферросилиций и феррованадий — за 7—10 мин до выпуска; алюминий перед выпуском. При таком порядке введения угар элементов следующий: вольфрама около 2 % хрома марганца и ванадия — 5—10 % кремния — 10—15 % титана 25 — 35 %.
Плавка в печи с кислой футеровкой. Содержание серы фосфора и углерода не должно превышать допустимых в выплавляемом чугуне пределов.
После расплавления и анализа отбираемой пробы металла проводят легирование (корректировку состава) и раскисление. Ферромарганец ферросилиций и если необходимо феррованадий вводят в металл на 7—10 мин до выпуска алюминий непосредственно перед выпуском. Угар марганца составляет 10 % кремний практически не угорает угар вольфрама и молибдена около 2 % хрома 5 %.
Рисунок 3.1 – Индукционная тигельная печь.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОГО АГРЕГАТА.
Технологическое оборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-91 и настоящих правил.
Технологическое оборудование изготавливаемое для металлургической промышленности должно иметь автоматизированное или механизированное управление а также обеспечить безаварийную и безопасную работу контроль и регулирование технологического процесса.
На всё технологическое оборудование на предприятиях должны быть составлены паспорта формуляры соответствующие требованиям
Непосредственно у агрегатов или мест нахождения обслуживающего персонала должны быть вывешены чётко выполненные схемы расположения и технологической связи агрегатов и трубопроводов. Запорные устройства должны быть пронумерованы и иметь указатели крайних положений
(открыто – закрыто).
Эксплуатация и техническое обслуживание оборудования должны осуществляться в соответствии с требованиями инструкций разработанных согласно эксплуатационной документации разработчика с учетом местный производственных условий и требований настоящих Правил.
Пускать в работу агрегаты машины и механизмы а также управлять ими разрешается только лицам имеющим на это право.
Перед пуском в работу оборудования узлы которого или весь агрегат в процессе работы перемещаются должны подаваться звуковые и световые сигналы продолжительностью не менее 10 c.
Работа на неисправном оборудовании а также использование неисправных приспособлений и инструментов запрещаются.
Система смазки трущихся частей механизмов должна быть герметичной. Все труднодоступные а также часто смазываемые узлы оборудования при значительном их количестве должны иметь централизованную подачу смазки.
Температура нагретых поверхностей аппаратов оборудования трубопроводов и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45°С. При невозможности по техническим причинам достигнуть указанной температуры вблизи источников значительного лучистого и конвекционного тепла должны быть приняты меры по защите работающих от возможного перегревания (экранирование водо-воздушное душирование и др.).
Уровень шума образующего во время осуществления технологических процессов и вибрации возбуждаемые работой оборудования (электродвигателей вентиляторов машин и т. п.) на постоянных рабочих местах и в рабочих зонах в производственных помещениях и на территории предприятия не должны превышать значения указанных в ГОСТ 12.1.003-83 и ГОСТ 12.1.012-2004.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Литейное производство является одним из наиболее вредных производств для экологической среды. При производстве 1 т отливок в атмосферу выбрасывается от 10 до 75 кг пыли более 150 кг окиси углерода до 1 кг окислов серы и ряд других вредных веществ. Значительная часть этих выбросов приходится на долю плавильных агрегатов. Так при получении 1 т жидкого металла при индукционной плавке в отходящих газах содержится 01 гм2 пыли а при плавке шихты со стружкой это количество увеличивается в несколько раз.
Для осаживания наиболее крупных частиц пыли (более 40 мкм) обычно применяют сухие или мокрые инерционные пылеосадители и скрубберы различных конструкций. Наибольшее распространение нашли циклоны и мультициклоны которые при температуре 673К футеруются. В тех цехах где имеется система гидрошлакоудаления для предварительной очистки газов применяются мокрые пылеосадители. Тонкая очистка газов представляет большие трудности из-за наличия мелких фракций и пленок органических веществ на поверхности частиц. Наиболее широко для тонкой очистки печи используют турбулентные скоростные мокрые пылеуловители тканевые рукавные пылеосадители дезинтеграторы а также сухие и мокрые электрофильтры. Также большое распространение получили мокрые пылеуловители с эжекторными трубами Вентури имеющие КПД 96-97 % и обеспечивающее остаточное содержание пыли 01-015 мгм2. Газы проходят через трубу Вентури с небольшой скоростью (10-15 мс) а вода подается в газовый поток с большой скоростью. Разные скорости воды и газов порозность водяного факела и определенный угол его раскрытия обеспечивают коагуляцию пыли на каплях воды и эжекцию газового потока. Установка с трубами Вентури обладает высокой надежностью в работе проста в эксплуатации и не имеет в линии трубопроводов участков находящихся под разрежением что исключает возможность образования в них взрывоопасной газовой смеси.
Создание здоровых условий труда в плавильном отделении обеспечивается комплексом санитарно-технических профилактических и организационных мероприятий таких как: изолирование плавильного отделения от других участков литейного цеха. Снижение запыленности газо- и парообразования до установленных санитарных норм осуществляется путем применения принудительной приточно-вытяжной вентиляции которая сочетается с естественной аэрацией осуществляемой через ряд фонарей на крыше и оконные проемы. Механический приток свежего воздуха на рабочие места обеспечивается сверху вниз под углом 20-30 к горизонту со скоростью 10 мс. Для снижения до допустимых норм конвективной и лучистой избыточной теплоты а также концентрации вредных газов (оксида углерода сернистого ангидрида оксида азота и других) рабочие места и плавильные агрегаты оборудуются индивидуальными вытяжными зонтами и установками воздушного душирования.
Участок сушки и подогрева разливочных ковшей снабжен системой общеобменной вентиляции а также зонтами с механической вытяжкой теплого воздуха и газов. Все работники обеспечены средствами индивидуальной защиты дыхательных путей.
Введены системы газоулавливания пылеочистки и нейтрализации токсичных газов. Введена система водоочистки и повторного использования технической воды а также система гранулирования шлака.
На основании проведённого расчета печи и рекомендаций изложенных в литературе для плавки чугуна принимаем печь индукционного тигельного типа производительностью 10 тч.
Техническая характеристика печи
полученная в результате расчета:
Производительность печи тч: 10;
Высота тигля м: 184;
Высота индуктора: 156;
Производительность печи тч: 104;
Высота тигля м: 250;
Высота индуктора: 200;
Полученные в результате расчета характеристики соответствуют печи производителяООО «Термолит».
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию печей литейныхцехов(курс«Металлургическаятеплотехника и печи») В.А.Бахмат И.В.Дорожко В.И.Тутов – Минск: БПИ 1980г.-74стр.
Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Печи литейных цехов» для студентов специальности Т.02.02 - «Технология оборудование и автоматизация обработки материалов». Невар Н.Ф. – Минск: БГПА 1999г. - 44стр.

Спецификация.spw

КП - 1040411608 - 2020
Пояснительная записка
Водоохлаждаемое кольцо
Прокладка диэлектрическая
КП - 1040411608 - 2020 - 12
Огнеупорное покрытие