Расчет и проектирование индукционной канальной печи барабанного типа емкостью 10 тонн для выплавки чугуна

^{Министерство  образования науки  и спорта Украины} 

^{Донбасская  государственная  машиностроительная академия}

^{Кафедра ТОЛП}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^{РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА}

^{К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ}

^{По дисциплине «Печи литейных цехов»}

^{На  тему: «Расчет и проектирование  индукционной канальной печи барабанного типа}

  ^{емкостью 10 тонн для  выплавки чугуна»}

 

 

 

 

 

 

 

^{Выполнил:                                                                                            студент группы  ЛП08-т}

                                                                                                              ^{Хиневич Б.В.}

 

 

^{Проверил:                                                                                              старший преподаватель}

                                                                                                                ^{Лапченко А.В.}

 

 

 

^{Краматорск 2012г.}

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………………………….3

1. Принцип действия индукционной  канальной печи………………………………………...4

1.1 Конструкции  основных элементов канальных  печей…………………………….…7

1.2 Кожух...............................................................................................................................7

1.3 Футеровка........................................................................................................................8

1.4 Магнитопровод...............................................................................................................9

1.5 Индуктор.........................................................................................................................9

1.6 Механизмы наклона.....................................................................................................10

1.7 Особенности канальных печей для плавки чугуна...................................................11

2. Расчёт основных параметров печи.........................................................................................12

3. Электрический расчет.............................................................................................................14

2.2  Проверочный  расчет...................................................................................................18

Заключение...................................................................................................................................20

Перечень ссылок..........................................................................................................................21

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Во всех печах технологический процесс  осуществляется за счет потребления  теплоты и поэтому подвод теплоты является первым необходимым условием осуществления технологического процесса в печи.

Второе  условие работы печей - передача теплоты нагреваемому материалу. Она осуществляется в рабочем пространстве печи. Таким образом, каждый тепловой агрегат (печь) состоит из двух основных элементов: рабочего пространства и источника теплоты.

В связи  с большим разнообразием печного  оборудования и технологических  процессов тепловой обработки материалов, применяемых в литейном производстве, создать единую классификацию печей весьма трудно. Ниже приводятся основные признаки, по которым могут быть сгруппированы печи литейных цехов:

-технологическое  назначение (плавильные, нагревательные, сушильные);

-температурный  уровень процесса (низко-, средне- и  высокотемпературные);

-способ  передачи теплоты от источника  к материалу (печи с конвективным  и лучистым теплообменом, так называемые бесконтактные, и печи контактные, в которых к материалу подводится энергия, а теплота выделяется непосредственно в самом материале);

-атмосфера,  создаваемая в печи;

-форма  пространства, в котором происходит  нагрев материала (шахтные, ванные, камерные, барабанные и другие  печи);

-реализация  процесса нагрева во времени  (печи непрерывного и периодического  действий);

-способ  утилизации теплоты газов после  окончания теплообмена с материалом.

Кроме основных для классификации печей могут  быть предложены и второстепенные признаки, например, плавильные печи могут быть разделены по видам расплавляемых материалов (для плавки стали, чугуна и цветных сплавов), сушильные -- по видам материалов, подвергаемых сушке и т. п.

Анализ  перечисленных признаков показывает, что печи, отнесенные по одному признаку к разным группам, по другому - должны быть объединены в одну группу. Это создает большие трудности при классификации. Например, электрические плавильные печи могут быть отнесены как к бесконтактным (печи с независимой дугой, которая образуется между электродами), так и к контактным (трехфазные дуговые печи), к среднетемпературным, если они применяются для плавки чугуна и медных сплавов, и высокотемпературным, если они применяются для плавки сталей и т. п.

1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ИНДУКЦИОННОЙ  КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ

 

Работа  индукционной канальной печи основана на использовании явления электромагнитной индукции. По устройству канальная печь напоминает конструкцию силового трансформатора: она имеет стальной расслоенный магнитопровод М, первичную обмотку — индуктор и вторичную обмотку в виде замкнутого канала, заполненного жидким металлом. На рис1.1, а изображена принципиальная схема однофазной канальной печи. Для уменьшения потока рассеяния целесообразно на одном стержне располагать и первичную, и вторичную обмотки (канал), как показано на рис. 3.5, б, в. Магнитопроводы могут быть выполнены как стержневыми, так и броневыми. Кольцевой канал выкладывается в огнеупорной футеровке так, чтобы он охватывал магнитопровод с первичной обмоткой.

В магнитопроводе наводится переменный магнитный поток Ф. Этот переменный поток по закону электромагнитной индукции наводит во вторичной обмотке переменную ЭДС и2. Ее действующее значение, В, равно:

Рис. 1.1. - Схемы однофазных индукционных канальных печей с открытым горизонтальным каналом.

а — принципиальная схема печи с сердечником; 6 —  схема печи со стержневым магнитопроводом; в — схема печи с броневым магнитопроводом.

 

Так как  канал с расплавленным металлом представляет собой короткозамкнутый виток, в нем возникает ток 2. При прохождении тока по металлу выделяется тепловая энергия, Дж, которая и разогревает металл:

Индукционная  канальная печь отличается от трансформатора следующими характерными чертами: совмещением вторичной обмотки с нагрузкой; наличием во вторичной обмотке только одного витка (канала); высотой канала, небольшой по сравнению с высотой индуктора;

Влиянием поверхностного эффекта, так как глубина проникновения тока соизмерима с толщиной канала; низким коэффициентом мощности печи удельным электрическим сопротивлением (меди, алюминия), а большее — с большим сопротивлением.

Для улучшения  соs φ параллельно индуктору печи присоединяют конденсаторную

батарею, реактивная мощность которой должна быть равна  реактивной мощности печи. Компенсация  естественного коэффициента мощности печи необходима для того, чтобы  не нагружать сеть (или понижающий силовой трансформатор) реактивным током, значения которого в несколько  раз превосходят активный ток.

Главными достоинствами канальных печей перед другими печами, предназначенными для этих же целей, являются: высокий КПД. В результате этого в канальных печах плавка металлов происходит с низким расходом электроэнергии. Например, на плавку латуни в канальной печи затрачивается 300—350 кВт-ч/т, а в печах сопротивления 400—450 кВт-ч/т; малый угар металла, так как здесь нет большого перегрева металла на поверхности ванны печи и сильного окисления металла; наличие электродинамического перемешивания металла в каналах печи, что позволяет получать однородный по химическому составу металл без применения каких-либо механических перемешиваний.

Но при  выборе типа печи необходимо считаться  и с недостатками канальных печей, главные из которых: необходимость непрерывного, круглосуточного режима работы; состоянии для поддержания температуры расплавленного металла в несливаемом остатке в ванне и канале печи во избежание «замораживания» печи; необходимость выплавки металлов и сплавов с однородным составом. В противном случае пришлось бы производить промывные плавки, что связано с излишней затратой электроэнергии и времени; малая стойкость огнеупорной футеровки канальной части для плавки высокотемпературных металлов и сплавов, так как температура металла в канале печи может превышать температуру в ванне печи на 50—200° С.

Рис. 2.8.  Индукционная канальная  печь (барабанного типа):

 

1- кожух; 2 –  механизм поворота; 3 – футеровка; 4 – индукционная

единица; 5- воздушное  охлаждение футеровки канальной  части;

6 – подвод  тока и воды к индукторам

Барабанного типа – плавильная камера выполнена в виде горизонтального цилиндра, т.е. ванна барабанной печи выполнена в виде цилиндра с горизонтальной осью. Индукционные единицы располагаются по обе стороны барабана. Может использоваться в качестве электромиксера или копильника жидкого металла для подогрева и выравнивания его температуры перед разливкой, когда объем отливки больше емкости плавильной печи, допускающих одновременно заливку и разливку металла;

Ванна  может  наклоняться  в  обе  стороны  вокруг  горизонтальной  оси. Можно  менять индукционные единицы без  полного слива металла. Работа индукционной канальной печи имеет ряд особенностей, не присущих печам других видов. При нагреве металла индуцированным током возникает интенсивное перемешивание металла в результате действия электродинамических сил, связанных со взаимодействием тока в жидком металле и тока в индукторе. На движение металла также влияют механические силы, возникающие от металлостатического давления и теплового эффекта. Усилия, вызывающие интенсивное перемешивание, практически отличить друг от друга трудно, но по причинам их появления можно выделить следующие эффекты.

Моторный (центробежный) эффект заключается в отталкивании жидкого металла от внутренней поверхности канала к наружной и появлении в результате этого поверхности зеркала расплавленного металла под некоторым углом к горизонту. Этот эффект имеет место в печах с открытым горизонтальным каналом. Наклон возникает от суммарного воздействия силы тяжести и электродинамической силы отталкивания. Так как металл в канале находится в жидком состоянии, его поверхность перпендикулярна результирующей силе. Моторный эффект в печах с закрытым каналом способствует циркуляции металла в плоскости поперечной оси канала, что увеличивает перемешивание металла.