Проектирование цеха литья в кокиль мощностью 4000 т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкторская

часть 

 

Содержание.

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

1.1. Промышленные тигельные печи и особенности их эксплуатации…5

1.2 Принцип работы………………………………………………………10

1.3 Устройство и  принцип работы основных элементов печи………...11

1.4 Система водоохлаждения…………………………………………….22

1.5 Электротехнический, геометрический расчет печи………………...25

Список рекомендуемой литературы…………………………………………..31

 

Введение

Печь представляет собой плавильный тигель, как правило, цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта (материал, подлежащий плавлению) загружается в тигель и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Достоинства тигельных плавильных  печей:

а) выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов, и гарантирующая получение многокомпонентных сплавов нагревательных элементов:

б) интенсивная электродинамическая, однородных по химическому составу;

в) принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи, см. гл. 13);

г) высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности (особенно на средних частотах);

д) возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулированного футеровкой. Печи этого типа весьма удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность для быстрого перехода с одной марки сплава на другую;

е) простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;

ж) высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздушного бассейна.

К недостаткам тигельных печей следует отнести: относительно низкую температуру шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки (шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже), а также сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких рабочих температурах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).

Однако преимущества тигельных печен перед другими плавильными агрегатами настолько значительны, что они нашли в последние годы чрезвычайно широкое применение в самых разных отраслях промышленности.

В зависимости от того, идет ли процесс плавки на открытом воздухе пли в вакууме (в защитной атмосфере), различают печи: открытые (плавка на воздухе), вакуумные (плавка в вакууме), компрессионные (плавка под избыточным давлением). По организации процесса во времени различают печи: периодического действия, полунепрерывного действия, непрерывного действии.

По конструкции плавильного тигля различают печи: с  керамическим (футерованным) тиглем, с проводящим металлическим тиглем, с проводящим графитовым или графитошамотпым тиглем, с холодным тиглем (водоохлаждаемым металлическим тиглем).

 

 

 

1.1. Промышленные тигельные  печи и особенности их эксплуатации.

Отечественной промышленностью выпускаются серийно индукционные тигельные печи различной емкости и мощности для плавки стали (серия ИСТ), чугуна (серии ИЧТ и ИЧТМ), алюминиевых (ИАТ) и медных (ИЛТ) сплавов.

Наиболее распространенным типом индукционных печей являются печи средней частоты (500 - 2400 Гц) емкостью 0,06 – 1,0 т., предназначенные для плавки стали, но широко используемые также для плавки чугуна и цветных металлов. Эти печи хорошо вписываются в литейные цехи, они удобны для фасонного литья, когда отбор жидкого металла должен осуществляться мелкими порциями (до 50 - 100 кг). Плавка в этих печах ведется в периодическом режиме с полным сливом металла после каждой плавки.

Широкое применение нашли тигельные печи для плавки (серия ИЧТ) и выдержки (серия ИЧТМ) чугуна, в том числе для получения синтетического чугуна из отходов производств.

Для экономичной работы печи при плавке мелкой шихты остаточная емкость тигля должна составлять 60 - 70% от номинальной емкости (но не менее 25 - 30%).

Индукционные тигельные печи серии ИАТ предназначены для плавки алюминия и сплавов на его основе. Они выпускаются в двух исполнениях: на промышленной и на средних частотах.

Применение для плавки алюминиевых сплавов индукционных печей средней частоты рекомендуется в тех случаях, когда к металлу предъявляются особые требования по чистоте от окисных и газовых загрязнений. Эти печи конструируются таким образом, чтобы плавка алюминия велась без разрыва защитной поверхностной окисной пленки вследствие циркуляции расплава.

Индукционные тигельные печи промышленной частоты серии ИЛТ предназначены для плавки медных сплавов (медь, латунь, бронза и др.). Печи серии ИЛТ используют как при непрерывном, так и при периодическом режимах работы.

На рис. 1 в качестве примера показана индукционная тигельная ночь промышленной частоты для плавки алюминиевых сплавов емкостью 6,0 т (ИАТ-6).

Индукционные плавильные электропечи в силу своей специфики имеют и свои особенности эксплуатации, ведения процесса плавки, выполнения профилактических ремонтов.

Так, в печах промышленной частоты необходимым условием нормальной эксплуатации является работа печи с неполным сливом расплавленного металла, т. е. с остаточной емкостью (с «болотом»). Экспериментально установлено, что с увеличением «болота» производительность печи заметно возрастает. Это объясняется, с одной стороны, улучшением условий теплопередачи от жидкого металла к твердой шихте (благодаря интенсивному движению жидкого металла), а с другой, - увеличением потребляемой печью мощности. При одном и том же напряжении мощность, потребляемая печью, пропорциональна величине заполнения тигля жидким металлом (в области рабочих витков индуктора). Наиболее рациональным режимом работы печей промышленной частоты являются частые отборы металла небольшими порциями. Величина этих порций определяется опытным путем, но находится в области 20 - 30% от емкости тигля.

Рис. 1 Индукторная тигельная печь типа ИАТ-6 для плавки алюминиевых сплавов:1 - крышка с механизмом подъёма; 2 - установка индуктора; 3 - установка подшипников; 4 - футеровка;  5 - плунжер механизма поворота печи; 6 - пакеты магнитопровода; 7 - кожух печи; 8 - рабочая площадка

 

В печах средней частоты, которые обычно работают с полным сливом металла, производительность во многом зависит от плотности укладки шихты в тигле и ее чистоты. В этом случае (при плотной укладке) потребляется мощность, близкая к номинальной, и плавка по времени производится быстро - близко к расчетному времени.

Ускорения времени плавки можно достичь также периодическим уплотнением шихты, погружая нерасплавленные куски шихты в уже расплавленный металл, а также поддерживая электрический режим на номинальном уровне, т. е. напряжение, сила тока, мощность, cosj должны быть близкими к номинальным значениям. Возможны случаи, когда из-за большой индуктивности, при номинальной силе тока возбуждения генератора, напряжение на печи меньше номинального, в этом случае необходимо cosj поддерживать емкостным.

Возможным приемом ускорения плавки является последовательность загрузки шихты. Например, при выплавке отдельных сплавов алюминия, имеющих температуру плавления меньшую, чем чистый алюминий (если шихта состоит из возврата и алюминия), вначале следует загружать возврат, а алюминий - в конце плавки. При выплавке синтетического чугуна, например, когда шихта состоит частично из чугунного скрапа и стального лома, стружки и пр., стальная шихта загружается в конце плавки.

При применении указанной технологии загрузки шихты создаются благоприятные условия для стойкости тиглей, так как облегчается температурный режим плавки, и уменьшается химическое взаимодействие между набивной массой тигля и отдельными составляющими шихты.

При эксплуатации индукционных электропечей нужно строго следить за температурным режимом плавки, поскольку даже незначительное (20 - 50°С) превышение температуры против допустимой для данного материала тигля резко уменьшает срок его службы. При расплавлении не следует форсированно перегревать металл выше температуры разливки, так как такой перегрев ведет к размягчению футеровки и ее быстрому разрушению. Кроме того, форсированный (быстрый) перегрев металла с последующим отключением печи для раздачи металла в ковш (часто добиваются такого перегрева металла, чтобы за время простоя печи в ожидании разливки и при самой разливке металл подстуживался не ниже температуры заливки) производится при максимальных мощностях, что сопровождается интенсивным движением металла в ванне печи и, следовательно, повышенным износом (размыванием) тигля, особенно в нижней его части. Эго явление особенно заметно на печах промышленной частоты.

Для уменьшения износа футеровки перегрев следует вести до температуры слива (на несколько градусов выше температуры заливки) и затем переключать печь па пониженную мощность (в случае вынужденного простоя и других причин), называемую мощностью холостого хода.

Значительный перегрев металла допускается лишь, в отдельных случаях, например, когда тигель печи сильно зашлакован и необходимо произвести его чистку. Допускать зашлаковывания не следует, так как в этом случае уменьшается полезный объем тигля и могут значительно ухудшиться технико-экономические показатели печи. Чистку стенок тигля при эксплуатации печи необходимо осуществлять после каждой плавки. Производиться она должна при наполненном металлом тигле, так как в этой случае шлак размягчен и сравнительно легко счищается. Чистый тигель позволяет также проводить визуальный контроль его состояния (наличие трещин, разрушения и т. д.). При износе тигля (уменьшении толщины стенок) до 20 - 30% тигель необходимо заменять (перенабивать).

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.

Профилактика электрооборудования должна заключаться в периодическом осмотре коммутирующей аппаратуры (реле, магнитных пускателей, контакторов и др.), своевременной зачистке контактов и поддержании в исправности их механической части. Электроизмерительные приборы должны проходить регулярную и периодическую проверку.

 

 

1.2 Принцип работы

Индукционный нагрев – нагрев тел в электромагнитном поле за счет теплового действия электрического тока, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нем благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведенным током. Индуцированными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов. Индукционная печь – часть индукционной установки, включающая в себя индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, вакуумную систему, механизмы наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве и др. Индукционная тигельная печь (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

 

1.3 Устройство и  принцип работы основных элементов печи

Индукционные тигельные печи имеют в общем случае следующие основные узлы: индуктор, каркас (или кожух) печи, магнитопроводы или электромагнитные экраны, плавильный тигель, крышку и подину, механизм наклона печи.

Рассмотрим конструктивные особенности упомянутых элементов печи.

Индуктор.

Индуктор является основным элементом печи, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в загрузке. Кроме своего основного назначения, он должен выполнять также функцию важного конструктивного элемента, воспринимающего механическую и тепловую нагрузку со стороны плавильного тигля и во многом определяющего надежность работы печи в целом.