Проектирование цеха литья в кокиль мощностью 4000 т

Подина печи, служащая основанием, на которое устанавливают тигель и индуктор, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков (для больших печей) или из асбоцементных плит, уложенных одна па другую (для малых печей).

Крышка печи, служащая для уменьшения тепловых потерь излучением, выполняется обычно из конструкционной стали и футеруется изнутри. Открывание крышки осуществляется либо вручную с помощью системы рычагов (на малых печах), либо с помощью специального привода (гидро- или электромеханического).

Механизм наклона печи

Для слива металла из тигля после окончания плавки печь наклоняют на угол 95 - 100°. Чтобы уменьшить длину струи при разливке и не перемещать разливочный ковш в соответствии с перемещением сливного носка печи, ось наклона печи стремятся размещать вблизи носка или непосредственно под ним.

Наклон печи осуществляют одним из способов:

с помощью ручного привода или рычагов и длинных рукояток (применяется только в лабораторных печах);

в цехе, при этом крюк подъемного механизма зацепляют за специальную скобу, предусмотренную на каркасе печи;

с помощью электромеханического привода, состоящего обычно из электродвигателя, редуктора и цепной передачи, устанавливаемых на опорной раме печи;

с помощью гидропривода, включающего маслонапорную установку для создания давления жидкости в системе, плунжеры или гидроцилиндры, шарнирно связанные с корпусом печи и осуществляющие ее наклон.

Последний тип привода получил наибольшее распространение в промышленных тигельных печах, он применяется в печах емкостью от 100 кг до 60 т.. Плунжеры располагают вертикально или наклонно, причем их оси смещают ближе к оси поворота печи, что позволяет сократить ход н вписаться в габариты печи, но приводит к необходимости увеличения давления в системе (до 50 - 200 ат.). Маслонапорную установку монтируют рядом с печью, вне рабочей площадки. Пульт управления механизмом наклона располагают на рабочей площадке в месте удобном для наблюдения за процессом слива металла из тигля.

Механизм подъёма и поворота свода.

Обычно применяют простые рычажные или кулачковые механизмы подъёма, позволяющие легко приподнимать крышку на 1 – 2 см, после чего её отводят в сторону поворота кронштейна, на котором она висит. Можно поднимать крышку небольшим гидравлическим цилиндром. Наиболее часто таким образом поднимают герметичные крышки вакуумных индукционных печей.

1.4 Система водоохлаждения

В процессе эксплуатации следует непрерывно наблюдать за режимом охлаждения печи, состоянием электроаппаратуры и своевременно осуществлять профилактические осмотры и ремонты. Одним из необходимых условий нормального режима должно быть поддержание температуры воды на входе в индуктор выше температуры точки росы для данного помещения. В противном случае возможна обильная конденсация водяных паров на трубках индуктора, что приведет к электропробою между витками индуктора и выходу его из строя.

При работе печи опасен и чрезмерный перегрев воды, выходящей из индуктора. В этом случае происходит интенсивное отложение солей (образование накипи) и различных примесей на стенках труб индуктора, что нарушает условия теплообмена между стенкой трубки и охлаждающей водой и ведет к выходу печи из строя.

Образование накипи происходит и при нормальных, условиях, поэтому требуется периодическая промывка водоохлаждаемых полостей, например, 40%-ным раствором соляной кислоты.

Канализация воды, охлаждающей оборудование, аппараты и другие элементы электротермических установок, должна быть выполнена с учетом возможности контроля за состоянием охлаждающей системы.

Рекомендуется установка следующих реле: давления, струйных и температуры (последних двух — на выходе воды из охлаждаемых ею элементов) с работой их на сигнал. В случае когда прекращение протока или перегрев охлаждающей воды могут привести к аварийному повреждению, должно быть обеспечено автоматическое отключение установки.

Система водоохлаждения — разомкнутая (от сети водопровода или от сети оборотного водоснабжения предприятия) или замкнутая (двухконтурная с теплообменниками) индивидуальная или групповая — должна выбираться с учетом требований к качеству воды, указанных в стандартах или технических условиях на оборудование электротермической установки. При выборе системы следует исходить из конкретных условий водоснабжения предприятия (цеха, здания) и наиболее экономически целесообразного варианта, определяемого по минимуму приведенных затрат.

Водоохлаждаемые элементы электротермических установок при разомкнутой системе охлаждения должны быть рассчитаны на максимальное давление воды 0,6 МПа (6 кгс/см2) и минимальное 0,2 МПа (2кгс/см2).

Рекомендуется предусматривать повторное использование охлаждающей воды на другие технологические нужды с устройством водосбора и перекачки.

В электротермических установках, для охлаждения элементов которых используется вода из сети оборотного водоснабжения, рекомендуется предусматривать механические фильтры для снижения содержания в воде взвешенных частиц.

При выборе индивидуальной замкнутой системы водоохлаждения рекомендуется предусматривать схему вторичного контура циркуляции воды без резервного насоса, чтобы при выходе из строя работающего насоса на время, необходимое для аварийной остановки оборудования, использовалась вода из сети водопровода.

При применении групповой замкнутой системы водоохлаждения рекомендуется установка одного или двух резервных насосов с автоматическим включением резерва.

При охлаждении элементов электротермической установки, которые могут находиться под напряжением, водой по проточной или циркуляционной системе для предотвращения выноса по трубопроводам потенциала, опасного для обслуживающего персонала, должны быть предусмотрены изолирующие шланги (рукава). Если нет ограждения, то подающий и сливной концы шланга должны иметь заземленные металлические патрубки, исключающие прикосновение к ним персонала при включенной установке.

Длина изолирующих шлангов водяного охлаждения, соединяющих элементы различной полярности, должна быть не менее указанной в технической документами заводов — изготовителей оборудования; при отсутствии таких данных длину рекомендуется принимать равной: при номинальном напряжении до 1 кВ не менее 1,5 м при внутреннем диаметре шлангов до 25 мм и 2,5 м при диаметре от 25 и до 50 мм, при номинальном напряжении выше 1 кВ — 2,5 и 4 м соответственно.

Длина шлангов не нормируется, если между шлангом и сточной трубой имеется разрыв и струя воды свободно падает в воронку. 

1.5 Электротехнический, геометрический расчет печи

Рассчитать индукционную тигельную для выплавки чугуна по следующим данным: производительность печи 0,86 т/ч, продолжительность плавки 2,06 ч, а загрузки 0,85 ч, шихта – стальной и чугунный лом размером 0,12 м, напряжение на индукторе 930 В.

1. Полезная емкость тигля.

т,

где  и - продолжительность плавки, а также загрузки и разгрузки печи, ч; П - производительность печи, т/ч.

2. Объем жидкого металла в печи, м3,

 м3,

где -плотность жидкого металла ,т/м3 .

3. Внутренний диаметр тигля , м,

 м,

где В – коэффициент, зависящий от емкости печи,

4. Высота металла в тигле, м,

 м.

5. Толщина стенки тигля, мм,

 м,

принимаем м. ,[1,c 112].

6. Толщина изоляционного слоя из асбеста между тиглем и                           индуктором принимаем равны S2=0,005 м, ,[1,c 112].
7. Внутренний диаметр индуктора, м,

м.

8. Полезная тепловая мощность, выделяющаяся в садке, кВт,

 кВт,

где - теоретический удельный расход энергии, кВтч/т,[1,табл.11].

9. Активная мощность печи, кВт,

 кВт,

где  - термодинамический КПД печи равный 0,7-0,9.

10. Минимальная частота питающего тока. Выполним расчет для трех

характерных условий: тигель заполнен жидкой шихтой, обладающей и не обладающей магнитными свойствами, и жидким металлом.

1. Тигель заполнен твердой шихтой с температурой 200С. Принимаем = , = , м.

 Гц,

где - удельное электрическое сопротивление садки, [1,табл.9]; - относительная магнитная проницаемость садки [1,табл.11]; диаметр садки, м (для жидкого металла dc=d0 для металлолома dc – средний размер куска металла).

2. Тигель заполнен твердой шихтой с температурой 8000С. Принимаем = , =1, м.

 Гц.

3. Тигель заполнен жидким металлом. Принимаем = , =1, м.

 

 Гц.

С учетом полученных расчетов примем частоту тока 50 Гц, но печь должна работать на режиме с «болотом»  ( с металлом, постоянно находящемся в печи ), т.е. в ней должен находится жидкий металл, в который добавляют металлом.

11. Высота индуктора.

При промышленной частоте тока индуктор должен находится ниже уровня металла. Примем высоту индуктора на 15% меньшей высоты металла в тигле .

м.

12. Глубина проникновения тока в садку.

 м,

f – частота тока питающего индуктор, Гц.

13. Напряженность магнитного поля в индукторе, А/м,

=131578 А/м,

где  -коэффициент учитывающий самоиндукцию и взаимоиндукцию между индуктором и садкой 0,85-0,95; Ам- поправочный коэффициент активной мощности, учитывающий кривизну металлической садки в тигле и зависящий от отношения диаметра садки к глубине проникновения тока в нее,[1,рис.45].

14. Реактивная мощность садки, квар,

где Rm- поправочный коэффициент реактивной мощности [1,рис.45].

15. Реактивная мощность в зазоре между садкой и индуктором, квар,

16. Толщина стенки трубки индуктора.

 мм

                    17. Потери активной мощности в  индукторе, кВт,

 

Ра.м. = 6,2*10-6*Н2*Dв*hи√ (Qмμмf)Аи/kз.и.,

где

Qм – удельное электрическое сопротивление материала индуктора, Ом*м,

μм – относительная магнитная проницаемость материала индуктора,

Аи – поправочный коэффициент активной мощности, учитывающий кривизну индуктора, определяют по сплошным линиям Dв/ Δэ.и.

кз.и. – коэффициент заполнения индуктора, равный 0,7-0,9.

 

Ра.и. = 6,2*10-6*1479842*1,03*0,74√ (2*10-8*1*150)*0,95/0,8 = 96 кВт,

 

18.Реактивная мощность в индукторе, квар,

 

Рр = 6,2*10-6*Н2*Dв*hи√ (Qмμмf)Rи/kз.и.,

где

Rи – поправочный коэффициент реактивной мощности, учитывающий кривизну индуктора, определяют по штриховым линиям для разных Dв/ Δэ.и.

 

Рр.и. = 6,2*10-6*1315782*1,03*0,74√ (2*10-8*1*150)*0,8/0,8 = 81,2 квар

 

19. Общая активная мощность, кВт,

 

Ро.а.=Ра+Ра.и.

 

Ро.а.=359,29+96,37 = 455,55 кВт.

 

20. Общая реактивная мощность, квар.

 

Ро.р.=Рр.с.+Рр.э.+Рр.и.

 

Ро.р.=4326,9.+3492,3+81,2 = 7900,4 квар

 

21.Полная мощность системы индуктор  – садка, кВ*А,

 

Ро=√(Ро.а.2+Ро.р.2),

 

Ро=√(455,52+7900,42) = 7913,5 кВ*А,

 

22. Ток в индукторе, А

 

I=103*Po/Uи,

 

где

Uи – напряжение на индукторе, В.

 

I=103*7913,5/930 = 8509,2 А,

 

23.Число витков в индукторе

 

W = Н*hи/I.

 

W = 131578*0,734/8509,2 = 11,4

Принимаем 12 витков.

 

24. Шаг витка индуктора , м,

 

τ = hи/W.

 

τ = 0,734/12 = 0,061 м.

 

25.Высота трубки индуктора, м,

 

hтр. = τ*кз.и..

 

hтр. = 0,061*0,8 = 0,05

 

 

26.Толщина изоляции между витками, м,

 

hизол = τ- hтр.

 

hизол = 0,061- 0,05 = 0,01 м.

 

27. Напряжение тока между витками  индуктора, В,

 

Uв = Uи/W,

 

Uв = 930/12 = 77,5к В

 

28. Напряжение на 1см. изоляции между витками, В,

 

U1;0 = 10-2*Uв/hизол,

 

допускается не более 200 В на 1 см.

 

U1;0 = 10-2*77,5/0,011 =70,5 В, попадает в допустимые приделы

 

29.Ширина трубки индуктора.

Размер трубки индуктора в поперечном сечении определяется из условия, при котором плотность тока должна быть не более 20 А/мм2.

Принимаем трубку квадратного сечения

30. Естественный угол cosφ печи

Cosφ = Ро.з./Ро.

Cosφ =455,5/7913,2=0,06

31. Емкость конденсаторной батареи, мкФ,

С = Ро.р.*109/2πfUк2,

где

Uк – напряжение на конденсаторе, В.

Мощность конденсаторной батареи Рс в квар. Должна быть равна общей реактивной мощности, т.е. Рс = Ро.р. тогда контур индуктор – конденсаторная батарея рассчитывают на полную мощность системы Ро, а подводящую электрическую линию – только на общую активную мощность Ро.а..

32. Общее сечение магнитопроводов, м2,

Qмг = Uи/4,44fWB,

где

В – индукция в магнитопроводе, Вб/м2, при частоте 50 Гц (0,6 – 1).

33.Сечение одного магнитопровода, см2,

qмг = 104*Qмг/Nмг,

где

Nмг – число пакетов магнитопровода вокруг индуктора.