Расчет литейных печей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

 

ФАКУЛЬТЕТ «ЭНЕРГЕТИКА  И СИСТЕМЫ КОММУНИКАЦИЙ»

 

Кафедра «Производственная  безопасность»

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Безопасность литейного и термического производства»

Вариант 1

 

 

 

 

 

Студента(ки) группы  ЭЗБ 5-1

                      Айдинян А.М.                   ____________________

(Фамилия,  имя, отчество)         (подпись)

 

 

 

Проверил

 

         к.т.н., доц. Бадалян Л.Х.                ____________________

       (должность, фамилия, имя, отчество)        (подпись)

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2012 

Содержание

Введение	3
1. Печи, применяемые в литейных цехах. Техника безопасности…………………………………...………………….………...	3
2. Расчет индукционной тигельной печи...………...…………….……	9
3. Расчет индукционной канальной печи..…………..……….……….	14
4. Расчет дуговой печи……………………………………....………….	20
Литература………………………………………………………………	22

 

 

Введение

Цель контрольной работы: изучение конструктивных особенностей индукционных и дуговых плавильных печей; практические расчеты режимов и параметров работы печей.

В литейных цехах машиностроительных заводов  широко применяют печное оборудование. В плавильных отделениях используют вагранки, дуговые электрические, высокочастотные  печи и т.д. В формовочных и  стержневых отделениях устанавливают  сушила различных конструкций для  сушки форм и стержней, в смесеприготовительных  — сушила для сушки песка и  глины.

При огромном разнообразии промышленных печей общими для всех являются процессы превращения  какого-либо вида энергии в тепловую и передачи теплоты нагреваемому материалу. Процессу теплообмена должны быть подчинены: горение топлива — превращение химической энергии в тепловую; превращение электрической энергии в тепловую (в электрических печах), движение газа в рабочем пространстве печей и т.д.

 

1. Печи, применяемые в литейных  цехах

Разнообразие  промышленных печей, используемых в  литейном производстве, вызывает необходимость  их разделения на основные группы.

Главными  этапами получения готовых изделий  в литейном производстве являются расплавление металла и его разливка по формам и затем в ряде случаев термообработка отливок.

Печи  различают для получения расплавленного металла (плавильные), для нагрева отливок с целью их последующей термообработки (нагревательные) и для сушки литейных форм (сушила). Во всех этих печах протекают процессы превращения какого-либо вида энергии в тепловую и затем передачи этой теплоты к расплавляемому, нагреваемому или сушимому материалу.

По способу  генерации теплоты все печи подразделяются на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и на электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

Работа  печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным  и тепловым режимами.

Тепловая мощность выражается в кВт, это наибольшее количество теплоты, которое можно подать в печь.

Тепловая нагрузка — это количество теплоты, которое фактически подается в печь.

Температурный режим — это изменение температуры печи во времени.

Тепловой режим — это изменение тепловой нагрузки во времени.

По тепловому  режиму печи подразделяются на работающие по камерному режиму и методическому.

Печи, работающие по камерному режиму, подразделяются на печи непрерывного периодического действия.

В печах непрерывного действия изделия загружаются и выгружаются непрерывно. Если в печи находится большое число изделий, удаление и загрузка одного практически не изменяет теплового режима, т.е. температура печного пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи.

В печах периодического действия температурный режим печи изменяется с течением времени (печь с выкатным подом). После завершения термообработки под с отливками выкатывается из печи. Температура печи значительно снижается. После загрузки новой партии отливок температура рабочей камеры печи вновь повышается и так далее.

В печах, работающих по методическому режиму, температура изменяется по длине печи или во времени (туннельная печь для отжига чугуна), температура по длине печи изменяется. Температурный ее режим зависит от требований технологии.

Основными характеристиками работы печи являются ее КПД и коэффициент использования  топлива (КИТ), а также производительность печи.

КПД — это отношение полезно затраченной теплоты к полному количеству теплоты, поданному в печь (включая теплоту с подогретым воздухом и т.д.).

КИТ — это отношение полезно затраченной теплоты к количеству теплоты, выделяемому топливом при сгорании.

Производительность печи — количество выплавленного металла для плавильной печи, перегретого металла для миксеров и раздаточных печей, термообработанного металла для термических печей и высушенного материала для сушил.

Производительность  печи связана с ее тепловой работой: чем больше разность температур между  печью и металлом, тем быстрее  нагревается металл. Производительность печи зависит от ее габаритных размеров и времени технологического процесса. В нагревательных печах, в которых  металл необходимо нагреть лишь до заданной температуры, производительность всегда выше чем в печах, в которых металл после нагрева требуется определенное время выдерживать.

1.1. Индукционная тигельная печь

В индукционных тигельных печах (печи без железного  сердечника) в литейном производстве выплавляют различные металлы и  сплавы (сталь, чугун, медь, бронзу, алюминий и т.д.).

Принцип действия тигельной печи состоит в том, что расплавляемый металл помещают в пространство, пронизываемое переменным магнитным потоком. Под действием возникающей ЭДС в металле течет ток, металл нагревается и плавится.

Индуктор  тигельной печи имеет форму катушки. Внутри индуктора расположен тигель из огнеупорного материала. Внутреннее пространство тигеля заполняется расплавленным металлом. Тигель защищает индуктор от воздействия жидкого металла. Толщина стенки тигеля, т.е. расстояние между индуктором и жидким металлом, влияет на электрические параметры печи: чем толще стенка, тем большее количество магнитных силовых линий, пронизывающих катушку, не участвует в нагреве металла и тем, следовательно, меньше cos j печи.

Из-за наличия  тигеля печи имеют небольшой cos j. Для того, чтобы не загружать электрическую сеть большой реактивной мощностью, параллельно индуктору подключают конденсаторы. Число подключаемых конденсаторов по ходу плавки изменяется, т.к. меняется в процессе нагрева электрическое сопротивление шихты, а в некоторых случаях и ее магнитные свойства.

По контуру, включающему индуктор и конденсаторную батарею, проходит ток большой величины. Поэтому для соединения индуктора  с конденсаторной батареей используют шины и кабель большого сечения.

Магнитный поток, создаваемый индуктором, проходит по замкнутым линиям внутри его и  снаружи. В зависимости от способа  проведения магнитного потока с внешней  стороны индуктора различают открытую, экранированную и закрытую конструкции печей.

Большое значение для работы индукционной печи имеет частота питающего тока. Каждому значению емкости печи и  электрическому сопротивлению шихты  соответствует определенная частота  тока.

При выборе частоты тока учитывают, что внутренний диаметр тигля должен быть больше или равен 3,5 глубины проникновения  тока в шихту.

Индукционные  тигельные печи состоят из следующих  основных частей: индуктора, магнитопроводов, каркаса, футеровки и механизма наклона печи.

1.2. Индукционная канальная печь

Канальные печи или, как их называют, печи с  железным сердечником используют в  литейном производстве, в основном в качестве миксеров и раздаточных  печей для черных и цветных  сплавов. При производстве ковкого  чугуна канальные печи применяют  для перегрева до 1550 ^оС чугуна, выплавленного в вагранках. Канальные печи используют также для плавки цинка, меди и сплавов.

Принцип действия канальной печи состоит в том, что переменный магнитный поток Ф пронизывает замкнутый контур, представляющий собой кольцо из жидкого металла, и индуктирует в этом кольце ЭДС. Электрический ток I₂ проходит по жидкому металлу, разогревая его. Переменный магнитный поток создается первичной катушкой, в которой течет ток I₁ и которую подключают к сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением U₁. Для усиления магнитного потока, создаваемого катушкой, применяют замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали с m = 1500—2000.

Кольцо  жидкого металла, окруженного со всех сторон огнеупорным материалом, заключенным в стальной корпус, пространство в котором заполняется жидким металлом и имеет форму изогнутого канала. Наличие канала является характерной  особенностью печей этого типа. Рабочее  пространство печи соединено с каналом  двумя отверстиями, поэтому при  ее заполнении жидким металлом образуется замкнутый контур. Если в печи нет  металла или его недостаточно для образования замкнутого контура, печь работать не сможет.

Индукционная  канальная печь состоит из основных узлов: каркаса, футеровки, индукционных единиц, механизма наклона и электрооборудования.

1.3. Дуговая печь

В дуговых  электрических печах электрическая  энергия превращается в тепловую в электрическом разряде, протекающем в газовой фазе или вакууме. В таком разряде или дуге можно выделить большое количество энергии и, следовательно, получить высокую температуру более 3000 ^оС.

Газовая среда является хорошим изолятором и не проводит электрический ток. Ионизация газа приводит к появлению  заряженных частиц — электронов и  ионов. В этих условиях газ проводит электрический ток. Чем выше напряжение на электродах, тем больше электрический  ток.

Дуговые печи делятся на следующие виды: прямого и косвенного действия и электронно-лучевые.

Дуговые печи прямого действия. Электрическая дуга возникает между электродом и расплавленным металлом. Это обеспечивает быстрый нагрев металла и, следовательно, высокую производительность. Печи этого типа — трехфазные, большой мощности, применяют для плавки черных металлов. Для плавки цветных металлов из-за интенсивного их испарения эти печи не применяют.

Дуговые печи косвенного действия. Электрическая дуга возникает между электродами, а расплавленный металл находится от дуги на некотором расстоянии.

Угар  и испарение металла в этих печах намного меньше, чем в  печах прямого действия. Печи косвенного действия используются в основном для  плавки цветных металлов.

Электронно-лучевые печи. В печах этого типа мощный пучок электронов, попадая на металл, нагревает и расплавляет его. Эти печи применяют для получения слитков особо чистых сталей и сплавов специального назначения.

В литейном производстве электродуговые печи используются для выплавки стали из металлического лома и для перегрева жидкого  чугуна, получаемого в вагранках.

Электрический режим работы дуговой печи зависит  от режима процесса плавки. При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке  жидкого металла до нужного химического  состава мощность сравнительно невелика.

Регулировать  режим печи можно, изменяя напряжение на электродах или длину дуги, т. е. силу тока дуги. В первом случае переключают  трансформатор с одной ступени  на другую, во втором — опускают или  поднимают электроды.

Печь  подключают к трехфазной сети промышленной частоты напряжением 6 кВ.

Для малых  печей предусматривают 2—4 ступени  напряжения трансформатора; для крупных  печей до 25 ступеней, что позволяет  для каждого режима плавки подбирать  оптимальные режимы.

Печь  состоит из следующих узлов: стального  кожуха (каркаса), механизма наклона, футеровки (под стены и свод), электродов и механизма перемещения электродов.

 

2. Расчет индукционной тигельной печи

Рассчитать  индукционную тигельную печь для  выплавки меди со следующими данными: