Сушила литейных цехов

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Сушила литейных цехов

Сушка форм и стержней в настоящее время занимает большое место в комплексе технологических процессов литейного производства, в особенности при производстве литых деталей машин, выпускаемых мелкими сериями.

Недостатком применения процесса сушки является разрыв и удлинение производственного цикла, усложнение возможности перехода на поточную организацию производства, деформация форм и опок в процессе сушки, необходимость большой площади для установки сушил, а также необходимость увеличения парка опор и большой расход топливо на сушку.

Даже в современных сушилах улучшенной конструкции удельный расход тепла на сушку форм и стержней в 1.5 раза больше, чем удельный расход тепла на выплавку тонны стали, и вдвое больше, чем удельный расход тепла в вагранках для расплавления чугуна.

Ещё большее значение имеет улучшение конструкций сушил с точки зрение достижение равномерности процесса сушки и сохранения точности заданного температурного режима сушки.

Наконец, немалое значение имеет интенсификация процесса сушки для уменьшения уменьшение затраты производственных площадей цехов и сокращение расхода капиталовложений и затраты рабочей силы на сушку форм и стержней.

Рециркуляция газов в сушилах

В сушилах газы из топки подаются каналы, по которым через отверстие, расположенные по всей длине этих каналов, поднимаются вверх, где, соприкасаясь с нагретыми стержнями или формами и испаряя влагу, охлаждаются и опускаются вниз. Меньшая часть газов уходит в вытяжной канал, соединенный с трубой, а большая часть, смешивается с горячими газами, вновь поднимается вверх, осуществляя рециркуляцию. Продольное размещение приточных отверстий привело к усилению естественной рециркуляции. Усовершенствование вводе горячих газов в сушила помогло использовать энергию восходящей струи для дополнительного усиление рециркуляции.

В результате удалось добиться уменьшения разницы температур в различных частях сушила до 20 °С. Кратность циркуляции, соответствующая такой разнице температур, равна 6 - 7 при сушке форм и 13 - 15 при сушке стержней. Полученные результаты работы сушил лучше обеспечивают разрешение поставленных выше задач точного и равномерного режима во всем объеме сушила и резкого сокращения расхода топлива.

Также применяется искусственная рециркуляция газов в сушилах.

В сушилах встраивается вентилятор, который забирает дымовые газы из вытяжного канала и нагнетает их в приточные каналы, осуществляя таким образом повышение давления в них за счет искусственной рециркуляции газов. Этим достигаются одновременно две цели:

1. Увеличивается давление в приточных каналах и кинетическая энергия струи газа, выходящих из щелей приточного борова;

2. Снижается температура газов, поступающих в сушило из топок, что позволяет увеличить напряженность работы топок.

В результате рециркуляции был снижен расход топливо на 17 - 50% и снизился перепад температур по высоте сушил до 40 °С вместо 70 °С.

Непрерывно действующие сушила бывают двух типов:

1. вертикальные;

2. горизонтальные.

Вертикальное конвейерное сушило

Назначение печи.

Сушило предназначена для сушки стержней.

Особенности печи.

Сушило может работать на любом виде топлива.

Конструкция печи (рис. 15).

Металлическая конструкция, к которой прикрепляются панели со шлаковой изоляцией. Топка (газовая или мазутная) расположена в центре сушила. Горячие газы поднимаются вверх и, отдав часть тепла нагреваемым стержням, уходят в трубу через отверстия вверху сушила. Этажерки подвешены к двум бесконечным цепям, перекинутым в верхней части сушила через зубчатые колеса. Концы вала зубчатых колес проходят через сальник сквозь стены сушила и опираются на подшипники. Вал приводится во вращение электродвигателем через редуктор и вариатор скоростей при помощи цепной передачи. Нижняя часть цепи огибает направляющие натяжного устройства. Этажерки со стержнями, поднявшись слева кверху, проходят зону горячих газов, а затем опускаются справа вниз и проходят через охладительную зону. Вентилятор, видный справа сушила, засасывает горячий воздух из нижней части охладительной зоны и подает его в топку, где воздух смешивается с горячими газами и разбавляет их. Частично этот же вентилятор подает воздух в трубу для усиления тяги.

Засасываемый вентилятором воздух, движущийся навстречу стержням, охлаждает их и передает полученное тепло вновь в сушило. Со стороны восходящей части цепи находится загрузочное окно для сырых стержней. С противоположной стороны расположено окно для выгрузки сухих стержней. Однако, как видно из схемы, полной рециркуляции газов здесь нет, и нагрев стержней происходит в потоке газов, движущихся снизу вверх, что нерационально.

Рис. 15. Вертикальное конвейерное сушило

1-звездочка подвески этажерок; 2-привод; 3-рабочее пространство печи; 4-цепь подвески этажерок; 5- продольная перегородка; 6-дымовая труба.

Горизонтальное конвейерное сушило

Рабочая камера, расположена горизонтально, имеет вытянутую форму. Изделия, перемещаемые конвеером, омываются нагретым сушильным агентом, чаще всего продуктами горения топлива. Продукты горения равномерно подают и отводят по длине сушила, этим обеспечивается необходимый режим сушки. Конвейер внутри сушила делает 2 - 4 оборота.

На рисунке 16 изображено четырёхходовое горизонтальное конвейерное сушило для стержней.

Продукты горения из топки 1 нагнетаются в рабочую камеру с помощью вентилятора 2 по трубопроводу 3. Короба подачи продуктов горения расположены на поду первых трех коридоров сушила. Подачу продуктов горения в рабочую камеру регулируют задвижками 5. Охлаждённые продукты горения частично используют для рециркуляции с помощью рециркуляционного вентилятора 6. В последнем коридоре сушила высушенные стержни охлаждают обдувом их холодным воздухом, подаваемый вентилятором 11. Отработанные продукты горения вместе с охлаждающим воздухом выбрасывают в атмосферу. Горизонтальные конвейерные сушила имеют производительность до 15 т/ч.

На рисунке 17 показано конвейерное горизонтальное газовое сушило для подсушки стержней после окраски. Температура в сушки 200 - 250 °С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Изделие перемещаются через сушило по конвейеру с электрическим приводом 1 и механизмом натяга 10. Сушильная камера 3 представляет собой горизонтальный коридор, собранный из металлических панелей, заполненных шлаковой ватой.

Газ сжигают в выносной топке 5 с помощью инжекционной горелки 4. Рециркуляцию газов в сушиле осуществляют водоохлаждаемым вентилятором 6, расположенным вмести с топкой на площадке 7. Циркулирующие газы движутся по системе коробов 8. Избыток газов сбрасывают в атмосферу через патрубки 2 и 9. Горячие газы, многократно омывая изделия, передают им своё тепло за счет конвекции. Конвейер сушила загружают со стороны 1.

Вагранка

Назначение печи. Вагранка представляет собой шахтную печь со слоевым режимом тепловой работы, предназначенную для выплавки чугуна.

В качестве топлива применяют кокс или смесь кокса с природным газом; шихта состоит из доменного чугуна, стального и чугунного лома и флюсов.

Металлическую шихту и кокс загружают в верхнюю часть, шахты вагранки. Воздух, необходимый для сжигания топлива, подают через фурмы, расположенные в печной части шахты. За счет теплоты, выделяющейся при сжигании кокса, происходит плавление составляющих металлической шихты. Продукты, горения топлива, поднимаясь по шахте вверх навстречу опускающимся материалам, отдают им свою теплоту.

Теплообмен между нагревающимся материалом и охлаждающимися газами происходит по схеме противотока. Большая тепловоспринимающая поверхность материалов обеспечивает хорошее использование тепла газов. Температура газов в зоне плавления внизу шахты составляет 1600--1700°С, а температура газов, выходящих из вагранки, 300--500° С.

Сооружается в литейных серийного и индивидуального производства, выпускающих среднее и крупное литье.

Конструкция печи

Фундамент. Фундамент 1 под вагранку сооружается из бетона или бутовой кладки. Размеры фундамента в плане определяются исходя из допустимого давления на грунт. Глубина залегания фундамента выбирается в соответствии с требованиями строительной техники. Под вагранку и копильник устраивается общий фундамент, с ним связывается также обмуровка приямка для ковшей, подаваемых под заливку. Опорная поверхность фундамента под вагранкой располагается на 100-200 мм ниже пола цеха. Образующиеся углубление заполняется песком для предохранения фундамента от воздействия горячих материалов, вываливающихся из вагранки при ее выбивке. На фундамент вагранка может опираться непосредственно колоннами (рис. 8). В фундамент заливаются анкерные болты, которые входят в отверстия во фланцах колонн.

Рис. 8. Конструкция опорной части вагранки

Фундаментная плита. Вагранки больших размеров обычно опираются на фундамент фундаментной плитой 2. Она делается сварной из швеллеров или литой из чугуна. Она крепится к фундаменту анкерными болтами, а колонны крепятся болтами к фундаментной плите.

Колонны. Колонны 3 вагранок делают сварными из прокатных профилей и труб и литыми из стали или чугуна полого цилиндрического сечения. Для предохранения от нагрева при выбивке вагранки колонны окружаются железными кожухами с зазором 20-30 мм на сторону. Зазор между кожухом и колонной заполняется песком.

Подовая плита. Подовая плита 5 крепится к колоннам болтами. Она служит опорой для всей вагранки и должна обладать достаточной прочностью и жесткостью. Подовые плиты изготовляются квадратными, литыми из чугуна или стали толщиной 30-40 мм.

Откидное днище. Откидное днище 4 служит для облегчения опорожнения вагранки по окончании плавки. Днище выполняется литым - для вагранок производительностью до 3 т чугунными, более 3 т стальными. Подъем днища осуществляется завалочным краном или специальными устройствами. Часто закрепление днища производится при помощи домкрата (рис. 9, а). В вагранках, разработанных Гипромезом, днище закрепляется при помощи скобы (рис. 9, б).

Рис. 9. Способы закрепления откидного днища:

1- подовая плита; 2- откидное днище; 3- верхняя часть домкрата; 4- нижняя часть домкрата; 5- серьга; 6- скоба; 7- рым - болт.

Рабочая площадка. Рабочая площадка 6 для обслуживания фурм устанавливается на уровне подовой плиты на самостоятельных колонках или крепится к вагранке.

Кожух вагранки. Представляет цилиндр из листовой стали, образующий шахту и дымовую трубу (рис. 10).

Рис. 10. Кожух вагранки.

Нижним фланцем кожух соединяется с подовой плитой опорной части вагранки, верхним - с пылеуловителем или газоходом системы газоочистки. Кожух сваривается из отдельных секций - царг.

В нижней царге кожуха делают отверстия для фурм, металлической и шлаковой леток и для рабочего окна 1, а также устройства для водяного охлаждения плавильного пояса. Для придания кожуху жесткости в местах стыка царг приваривают кольца 2, изготовленные из углового железа, к царге 4 загрузочного окна привариваются полукольца 3. Загрузочное окно закрывается сварными дверками с футеровкой на внутренней стороне 10 (рис. 12).

Футеровка вагранки 14 (рис. 12). Обычно вагранки футеруются шамотным или полукислым кирпичом, а также термостойкими основными материалами. Вагранка футеруется в два слоя, причем внутренний слой выполняется из кирпича класса. А, а наружный - из кирпича класса Б. Между кожухом и футеровкой делается зазор толщиной от 30 до 50 мм, который засыпается песком или просеянным шлаком. Дымовая труба футеруется в полкирпича. Под вагранки набивной. Верхняя часть шахты у загрузочного окна подвергается механическим ударам загружаемой шихты. Поэтому в шахту на расстоянии 750-1000 мм ниже кромки загрузочного окна устанавливаются чугунные защитные сегменты 9 (рис. 12) с толщиной стенки до 40 мм (рис. 11). Защитные сегменты укладываются на опорное кольцо из уголков или крепятся болтами. Внутренняя полость защитных сегментов заполняется кварцевым песком.

Рис. 11. Металлические защитные сегменты:а - верхний; б- нижний.

Копильник. Копильник (рис.12) предназначен для сбора необходимого количества чугуна. Копильник 16, как и вагранка, имеет кожух и футеровку. В задней части копильника сделано отверстие, к которому приваривается промежуточный желоб вагранки. Желоб футеруется и перекрывается сверху кирпичом, так что образуется замкнутый канал, по которому металл и шлак непрерывно стекают в копильник. В передней части копильника имеются чугунные литые дверки, состоящие по высоте из двух частей. В нижней дверке делается летка для выпуска чугуна 18; к ней крепится желоб. На уровне переходной летки 15 вагранки делается смотровое отверстие для наблюдения за вытеканием чугуна и шлака и прочистки летки.

Рис. 12. Вагранка с копильником

1-фундамент; 2-фундаментная плита; 3-колонны; 4-откидное днище; 5-подовая плита; 6-рабочая площадка; 7-фурменный рукав; 8-воздушная коробка; 9-защитные сегментные колошника; 10-загрузочное окно; 11-искрогаситель; 12-опорное кольцо; 13-засыпка; 14-футеровка; 15-переходная летка; 16-копильник; 17-выпускное отверстие для шлака; 18-выпускное отверстие для чугуна.

Сверху копильник перекрывается сварной или литой крышкой. В боковой части копильника имеется отверстие для выпуска шлака 17, также снабженное желобом. Выпускные желоба футеруются кирпичом и промазываются огнеупорной глиной. Искрогаситель. Искрогаситель (рис. 12) предназначается для улавливания твердых частиц, выносимых продуктами горения через дымовую трубу. Искрогасатель 11 устанавливают на верхней части дымовой трубы.

Дуговая электропечь

В литейном производстве широко применяются электродуговые печи. Их используют для выплавки стали из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в вагранках. Эти печи называют печи прямого действия, т.к. электрическая дуга возникает непосредственно между электродом и расплавленным металлом. Превращение электрической энергии в тепловую происходит в электрическом разряде, протекающем в газовой среде. В таком разряде небольшого объема можно сосредоточить большую мощность и, следовательно, получить высокую температуру.

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 печи сравнительно не велика. 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 с помощью автоматической системы.

Печь подключают к трехфазной сети промышленной частоты напряжением 6000кВ. рабочее напряжение на электродах регулируют переключением трансформатора. Для малых печей предусматривают 2-4 ступень напряжения трансформатора; для крупных печей - до 25 ступеней, что позволяет для каждого режима плавки подбирать оптимальное напряжение.

Печные трансформаторы устанавливают на минимальном расстоянии от печи с тем чтобы уменьшить потери электроэнергии (реактор - трансформатор - дуговая печь). В цепь высокого напряжения включают реактор (дроссель), который ограничивает силу тока при коротком замыкании на металл. Кожух печи: может быть цилиндрической или конической формы слегка расширяющийся к верху.

Принцип работы и устройство печи

Главное отличие дуговых электропечей от других сталеплавильных агрегатов состоит в том, что основным источником тепла в них служит электроэнергия. В рабочем пространстве электропечи можно получать более высокую температуру и создавать атмосферу как окислительную так и восстановительную. Эти условия позволяют выплавлять сталь высокого качества.

После установки свода электроды опускают в нижнее положение до соприкосновения с кусками шихты и подают ток. Под каждым электродом образуется электрическая дуга, температура которой в различных точках составляет 2000-8000 0С выделяется значительное количество тепла и начинается плавление металла.

В начальный момент плавления электрические дуги горят между электродами кусками холодной шихты . По мере расплавления отдельных кусков, расплавленный металл стекает на длину печи. Под электродами образуется в шихте углубления, превращающиеся в дальнейшем в колодцы, в которые и погружаются электроды. С этого времени электрические дуги горят внутри колодцев. Через 20-30 минут после начала подачи тока электроды достигают самого низкого положения. Электрические дуги начинают гореть над жидким металлом. Шихта, окружающая колодцы, постепенно оплавляется и оседает, при этом уровень жидкого металла в ванне печи повышается, а вместе с ним начинают подниматься электроды. Следовательно, в начале периода расплавления дуги горят большую часть времени в холодной шихте, свод и стены печи защищены от прямого излучения дуг, поэтому в этот период используется полная номинальная мощность печного трансформатора. Режим горения дуг в этот период крайне нестабилен, окруженные холодной шихтой дуги горят неустойчиво, длина их очень мала (10-25 мм), они легко перебрасываются с одного куска на другой, в результате чего возникают резкие колебания мощности.

После образования колодцев в шихте свод и электроды поднимают и поворачивают корпус печи на некоторый угол. Затем таким же способом проплавляют еще три колодца и снова корпус печи поворачивают на некоторый угол в другую сторону и проплавляют оставшуюся твердую шихту.

В конце периода плавления длина электрических дуг увеличивается. Расплавленная поверхность ванны отражает значительную энергию на свод и стены печи, поэтому для защиты кладки от сильного излучения мощность печного трансформатора снижают на 20-30 %.

В окислительный период плавки происходит окисление примесей, содержащихся в металле (C, Si,Hn и т.д.). Примеси окисляются за счет кислорода железной руды, кислорода печной атмосферы или кислорода, вдуваемого в ванну. Широко распространена продувка ванны кислородом через водоохлаждаемую форму, имеющую несколько выходных отверстий в печь через отверстие в своде и устанавливают в такое положение, чтобы нижний конец находился на расстоянии 200-250-мм над уровнем шлака. Струя кислорода сдувает шлак, внедряется внутрь металла, происходит интенсивное окисление Fe, C, Si, Hn, выделяется большое количество тепла, температура металла повышается. При расходе кислорода 5-10 м2/т расход электроэнергии снижается на 10-15%, а производительность увеличивается в печи.

Для этого применяют двухфазовые статоры, питаемые током низкой частоты и располагаемые вдоль линии от рабочего окна к выпускному отверстию. Образующееся при этом бегущее магнитное поле индуктирует в жидком металле токи, которые при взаимодействии с полем вызывают перемешивание жидкого металла. С этой целью днище кожуха печи изготавливается из немагнитной стали. Основные характеристики дуговых сталеплавильных печей представлены в таблице.

Основные характеристики сталеплавильных электропечей

Таблица 1

литейный вагранка электропечь

Режим работы дуговых электропечей. Процесс плавки в дуговых печах состоит из следующих стадий: заправки печи, загрузки шихты в печь, плавления шихты, окислительного периода, восстановительного периода, выпуск металла и шлака.

Заправка печи осуществляется в промежутках между плавками путем забрасывания магнезитового порошка на подину печи, с тем, чтобы восстановить ее первоначальную форму. Загрузка шихты в печь производится при помощи бадьи с раскрывающейся нижней частью.

В настоящее время дуговые электропечи емкостью 50-200 т являются основными агрегатами для производства качественных легированных сталей из металла с добавкой небольшого количества твердого чугуна. Дуговые печи потребляют значительные мощности, поэтому их выполняют трехфазными с тремя электродами. Рабочий объем печи (рис 1) состоит из плавильного пространства и ванны.

Ванна имеет сферическое днище. Боковые стенки выполнены наклонными. Плавильное пространство печи перекрыто сферическим съемным сводом. Печь имеет три электрода, расположенных по треугольнику вертикально. Под печи выкладывается магнезитовым кирпичом и сверху набивается магнезитовым порошком, смешанным со смолой. Стены выкладываются из магнезито-хромового кирпича в железных кассетах или из набивных блоков, приготовленного из смеси магнезитового порошка, обожженного доломита и каменноугольного пека. Свод выкладывается из магнезито-хромового кирпича и заключается в прочное стальное кольцо, которое ставиться на стенки кожуха печи. Свод имеет три отверстия для прохода графитовых электродов. Устройство типовой 200-т электродуговой печи показано на рис.2.

Основной несущей металлоконструкцией является двужекторная люлька, на которой монтированы кожух с футеровкой и консольный мост (портал) с механизмами поворота, подъема свода и вращения печи. Для обслуживания рабочего пространства в печах малой и средней емкости имеется одно, а в больших печах - 2 окна, плотно закрывающиеся водоохлаждаемой заслонкой. Для выпуска из печи жидкого металла имеется сливной желоб (носик).

Электроды крепятся в электрододержателях, которые с помощью механизма перемещения могут передвигаться вверх и вниз. Ток к электрододержателям подается по гибким кабелям. Печное электрооборудование сталеплавильных дуговых печей такое же, как и дуговых ферросплавных печей, и отличается только тем, что в цепь питания сталеплавильных печей вводят дроссель для повышения индуктивности цепи, чтобы обезопасить от короткого замыкания электродов на металл.

Все крупные печи имеют верхнюю механизированную загрузку шихты, для чего свод печи можно приподнимать специальным механизмом и с помощью портала отводить в сторону. Для слива жидкого металла и шлака их печи, а так же для облегчения ремонта подины печи снабжаются специальным механизмом, позволяющим наклонять печь в сторону рабочего окна на 15 градусов, крупные печи так же оборудованы устройством для вращения портала вокруг вертикальной оси на 80 градусов и устройством для электромагнитного перемешивания жидкого металла. На 15-10%. При продувке ванны кислородом содержание СО в газах достигает 70%, а запыленность газов составляет 15-20г/м2 поэтому газы отводятся из печи в газоочистку.

Восстановительный период начинается, когда в ванне содержание углерода достигает требуемого значения. В это время скачивается окислительный шлак и наводится восстановительный шлак с большим содержанием окиси кальция (>60%).

Восстановительная атмосфера в печи создается за счет ввода в шлак молотого кокса. В восстановительный период ванна не кипит, следовательно, перемешивается плохо. Температура в различных зонах ванны различная. Под электродами шлак имеет наиболее высокую температуру, у стен печи его температура значительно ниже. Температура металла на поду ниже температуры нижних слоев. Перепад температур составляет 40-50 градусов. Поэтому в восстановительный период применяется искусственное перемешивание металла с помощью электронного устройства В дуговых сталеплавильных печах внешние тепловые потери, достигающие 40-45% общего количества тепла, выделенного в печи. Завися потери тепла, от емкости, технологии плавки, составления печи. При заправке печи часть энергии, аккумулированной в ее футеровке, расходуется на нагрев заправочных материалов и на компенсацию тепловых потерь. При загрузке шихты часть энергии теряется в результате излучения внутренней поверхности в футеровке, передается шихте. В период доводки футеровка накапливает тепло и отбирает из рабочего пространства до 15-20% всего тепла, вводимого в печь. При продувке ванны кислородом образуется много газов (350-400 м2/т*ч) которые покидают рабочее пространство печи при температуре 1450-1500 градусов Цельсия. Потери тепла с газами составляют 10% всей затраченной энергии на процесс. Чем больше емкость печи тем меньше относительные потери. Дуговые печи имеют КПД=85% при твердой шихте и 15-20% при жидкой.

Недостатком дуговых электропечей является значительное потребление электроэнергии достигающее 500-800 кВт/ч а их основным преимуществом - возможность выплавлять сталь высокого качества.

Для переправления стали и чугуна в литейных цехах применяются дуговые электропечи емкостью обычно до 10 т как с основной так и с кислой футеровкой. Кислая футеровка выполняется из динасового кирпича. Подина и откосы печи набиваются из кварцевого песка связанного жидким стеклом. В печах с кислой футеровкой невозможно рафинирование металла. Поэтому их применяют при переплавке литья. Плавка в печах с кислой футеровкой более экономична из-за более низкой стоимости материалов и большой их стойкости, из-за меньших расзодов электроэнергии, т.к. в кислых печах применяют кислые шлаки, которые менее электропроводны, чем основные, поэтому часть энергии при плавке выводится непосредственно в шлаки.

Основные печи применяют для переплава в тех случаях, когда необходимо удалить из металла серу или фосфор. При переплавке окислительный период отсутствует и окислители шихту не вводит. В остальном процесс переплава аналогичен сталеварению.

Размещено на Allbest.ru