Разработка проекта коксовой вагранки

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО

Кафедра: «М и ЛП»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Печи литейных цехов»

на тему:

«Разработать проект коксовой вагранки»

Выполнил студент гр. Л-41

Крупа С.И.

Принял преподаватель

Ровин Л.Е.

Гомель 2015

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является базой технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. Главный упор должен быть сделан на техническое перевооружение предприятий, экономию ресурсов, обеспечение резкого повышения качества продукции. Особо важной задачей является налаживание массового изготовления техники новых поколений, способной дать многократное повышение производительности труда, открыть путь к автоматизации всех стадий производственного процесса.

В решении поставленных задач существенная роль принадлежит увеличению мощности машин, повышению точности и механической прочности заготовок, уменьшению толщины стенок деталей. Все это возможно только на базе новых технологических процессов и оборудования, оснащенного автоматическими системами управления, при использовании более качественных сплавов.

Литейное производство -- основная заготовительная база машиностроения, определяющая его дальнейшее развитие. Масса литых деталей составляет 40-80% массы машин, а их примерная стоимость -- 20% стоимости машины. С развитием литейного производства должна повышаться его культура, уменьшаться объемы ручного, тяжелого и монотонного труда, улучшаться санитарно-гигиенические условия труда, применяться мощные вентиляционные устройства, обеспечивающие многократный обмен воздуха, и оборудование для очистки отходов производства и защиты окружающей среды от загрязнения.

Наиболее распространенным литейным сплавом является чугун, из него изготовляют более 70% отливок. Это объясняется его хорошими литейными свойствами, достаточно высокими прочностными характеристиками, хорошей работой при разных условиях, особенно при знакопеременных нагрузках.

Для плавки чугуна применяют различные плавильные агрегаты, однако основным из них, начиная с конца XVIII в., остается вагранка. В вагранках выплавляют более 80 % чугуна. Вагранка имеет ряд преимуществ по сравнению с другими плавильными агрегатами: простота конструкции и обслуживания, возможность получения чугуна различных марок в необходимых количествах, непрерывность процесса плавки и выпуска металла, экономичность процесса.

Наряду с плавкой чугуна в дуговых и индукционных печах, продолжает развиваться ваграночная плавка и совершенствоваться сам плавильный агрегат.

Интенсификация ваграночной плавки за счет подогрева воздуха, обогащения его кислородом позволила значительно поднять температуру выпускаемого чугуна, улучшить его механические свойства. Создание установок для дожигания окиси углерода и очистки колошниковых газов от пыли, утилизация теплоты отходящих газов сделали ваграночный процесс экологически чистым и практически безотходным.

Современный ваграночный комплекс -- это сложная установка, оснащенная системой газоочистки и дожигания ваграночных газов, подогрева воздуха, устройствами для контроля и автоматического управления процессом плавки. Непосредственным руководителем процесса плавки является вагранщик, от опыта и квалификации которого зависят надежная работа плавильного агрегата и качество выплавляемого чугуна. Поэтому вагранщик должен быть знаком с теорией ваграночного процесса, особенностями работы плавильного агрегата и всех обслуживающих его устройств, понимать причины возникновения неполадок и уметь их устранять. вагранка печь топливо чугун

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И УСТРОЙСТВА ВАГРАНКИ

Вагранка -- шахтная плавильная печь непрерывного действия, в которой нагрев шихтовых материалов осуществляется в условиях противотока, когда они медленно опускаются по шахте и омываются потоком горячих, газов, а плавление и перегрев жидкого металла происходит в слое раскисленного (горящего или нагретого посторонним источником) углеродосодержащего материала.

Вагранки являются самыми распространенными печами в чугунолитейных цехах, - в них выплавляется около 95 % всего чугуна. Это связано с тем, что вагранки просты по конструкции, имеют высокий к.п.д. и удобны в эксплуатации. В свою очередь, вагранки разделяют по видам используемого топлива на коксовые, коксогазовые и газовые. Преимущество коксовых вагранок в использовании дешевой шихты с относительно низким содержанием кремния и марганца, низкая окислительная способность атмосферы внутри печи, а также возможность стабильной работы без подогрева воздуха в воздухоподогревателях. Преимущество газовых вагранок в использовании газообразного топлива - более дешевого по сравнению с коксом. Принято считать, что наиболее низкая себестоимость плавки чугуна в коксогазовых вагранках.

Пример конструкции коксовой вагранки приведен на рис. 1.1. Вагранка состоит из 4 основных частей: 1) копильник - для накапливания чугуна перед разливкой; 2) шахта - часть вагранки от загрузочного окна до подины, заполненная шихтой и продуктами плавки; 3) труба (дымовая труба) - часть вагранки, создающая разрежение в верхней части шахты для удаления в атмосферу пылегазовых продуктов плавки; 4) искрогаситель - устройство, предназначенное для улавливания крупных раскаленных частиц и пыли, содержащихся в пылегазовых продуктах плавки.



Рисунок 1.1. Схема коксовой вагранки:

1 - копильник; 2 - шахта; 3 - труба (дымовая труба); 4 - искрогаситель; 5 - чугунная лётка; 6-шлаковая летка; 7 - переходная (соединительная) летка; 8 - воздушные фурмы; 9 - воздушная коробка; 10 - трубопровод подачи воздуха; 11 - колошниковая площадка; 12 - загрузочная бадья; 13 - загрузочное окно; 14 - загрузочный кран; 15-откидное днище для удаления остатков плавки;16 - гори; 17 - опорные колонны.

По высоте вагранки по ходу движения шихты выделяют от 3 до 5 зон. Рассмотрим 5-зонную схему: 1-я зона - шахта вагранки, в которой твердая шихта опускается и нагревается движущимися навстречу газами; 2-я зона - зона плавления; 3-я зона - редукционная (отводящая) зона холостой колоши (понятие о холостой колоше - ниже), в которой протекает эндотермическая реакция СО₂ + С = 2СО и температура газов в которой по ходу металла увеличивается от температуры, достаточной для плавления шихты до максимального значения; 4-я зона - кислородная зона холостой колоши, внутри которой металл перегревается и достигает своего температурного максимума; 5-я зона - горн вагранки, в котором скапливается расплавленный металл и температура газов примерно равна температуре металла.

ГЛАВА 2. РАБОТА ВАГРАНКИ

Принцип работы вагранки следующий. Через загрузочное окно с колошниковой площадки посредством загрузочных бадей (колош) в шахту печи засыпается шихта, включающая доменный чугун, чугунный и стальной лом, чугунную и стальную стружку, собственный возврат литейного цеха (литники и т.п.), флюсы (плавиковый шпат - CaF₂, известняк - СаСОз, известь - СаО) и кокс. Шихта подастся порциями - колошами. В самом начале работы вагранки на подину загружают так называемую холостую колошу, состоящую из крупных (около 100 мм) кусков кокса. Верхний уровень колоши должен быть на 0,5-0,7 м выше уровня фурм. С помощью дров или природного газа кокс зажигают. В дальнейшем разогрев слоя кокса до 1400-1500 °С осуществляется продувкой его воздухом через фурмы. На слой раскаленного кокса загружают первую металлическую колошу, а на нее - первую рабочую колошу кокса. Затем тем же порядком: металл-кокс загружается несколько колош до уровня загрузочного окна. Флюс обычно загружается вместе с металлом.

По окончании загрузки шихты включается на рабочий режим дутьевой вентилятор, подающий воздух на фурмы. При горении кокса холостой колоши выделяется большое количество горячих газов с высокой температурой (около 1600-1750 °С). Эти газы проходят через слой шихты и расплавляют металл в первой металлической колоше. Температура плавления стальной части шихты в зависимости от содержания углерода составляет 1400-1500 °С, тогда как температура плавления чугуна при медленном нагреве близка к 1150 °С. Капли металла стекают по кускам раскаленного кокса и нагреваются в обшей своей массе до температуры примерно 1500 °С.

Стекающий на подину металл вместе с образовавшимся шлаком через соединительную (переходную) летку поступает в копильник. Для обработки жидкого чугуна в копильнике возможна добавка к металлу ферросплавов, раскислителей и модификаторов, а также возможна продувка чугуна кислородом для повышения температуры металла или изменения химсостава. В вагранке модификаторами могут быть ферросилиций, силикокальций, алюминий и магний). Когда копильник будет достаточно заполнен, выпускают шлак через шлаковую летку. После спуска шлака металл выпускают через металлическую (чугунную) летку.

Недостаток схемы вагранки с использованием копильника связан с большими потерями в нем теплоты металла, в результате чего в копильнике температура металла может понизиться на 70-80 °С с 1450-1500 °С до 1370-1420° С. Для компенсации снижения температуры металла копильники иногда делают обогреваемыми посредством установки горелок со сжиганием дополнительного газообразного топлива. Поэтому в тех случаях, когда не надо накапливать металл для крупных отливок, например, в мелкосерийном производстве мелких отливок применяют схему непосредственного разлива чугуна из вагранки без копильника.

Во время расплавления металлической колоши часть кокса холостой колоши сгорает. Количество кокса, подаваемого в шахту с рабочей коксовой колошей должно быть таким, чтобы компенсировать сгоревший кокс. В этом случае плавка металла всегда будет на одном и том же горизонте, что обеспечит стабильность работы вагранки.

Ваграночные газы, образовавшиеся при сжигании кокса проходят через слой шихты и постепенно охлаждаются от 1500-1600 °С до 300-600 °С. На выходе из слоя газы состоят из: 9-16 % СО₂; 8-16 % СО; 1-2 % Н₂О, 0-0,1 % SО₂, 70-75 % N₂. Теплота сгорания ваграночного газа очень низкая: 1-2 МДж/м³ . В газах содержится некоторое количество пыли - обычно 8-14 кг на 1 тонну выплавленного чугуна. Ваграночная пыль - это мелкодисперсные образования, в основном, с частичками менее 100 мкм. Пыль образуется при истирании кокса, флюсов и огнеупоров, а также вносится с песком, глиной, горелой землей. Самые мелкие фракции пыли состоят из окислов, образующихся в ходе плавки (FеO, MnO, МnO₂, SiО₂).

Для грубой очистки от пыли служит искрогаситель. Первоначальным его назначением было улавливание искр (раскаленных частиц кокса). Па рис. 1.1 приведен камерный искрогаситель. Его к.п.д. пылеулавливания сухой пыли составляет всего 15-25 % и то для крупных частиц (примерно 100 мкм). Поэтому искрогасители часто оборудуют водяными душирующими устройствами. В этом случае к.п.д. пылеулавливания повышается до 40-75 % с удалением как крупных, так и мелких фракций.

Так как в ваграночном газе содержится много СО, то перед выбросом газа в атмосферу его надо чистить от СО. Практически единственным способом очистки от СО является его дожигание.

Производительность вагранок зависит от их габаритов и составляет от 1,5 до 30 т/час.

Срок службы футеровки зависит от условий ее охлаждения и материала футеровки в плавильном поясе и составляет обычно до 5-6 дней, изредка - более недели (до 1 месяца). В большинстве случаев футеровку выполняют кислой из специального шамотного ваграночного кирпича с огнеупорностью не ниже 1670 °С в 1-й зоне и 1730 °С - в остальных зонах. Такая огнеупорность соответствует максимально допустимым рабочим температурам около 1350-1400 °С. В плавильном поясе неохлаждаемая футеровка может расплавиться уже через 3-4 часа выплавки чугуна. Если требуется, чтобы вагранки работали длительное время (около недели, месяца), они должны иметь водяное охлаждение плавильного пояса и горн должен быть выполнен из футеровки, типа углеродистых огнеупоров в виде блоков или набивной углеродистой массы. Кроме кислой футеровки вагранки могут иметь основную футеровку из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Основная футеровка применяется редко и только в тех случаях, когда необходимо выплавить малосернистый чугун.

Важным условием высокопроизводительной работы вагранки при длительном периоде работы является обеспечение условий для равномерного проникания газов в слое шихты по сечению шахты. В цилиндрической шахте газы поднимаются преимущественно вдоль стен, поэтому футеровка перегревается, а металл приходит по центру сечения в зону плавления недогре-тым. Чем больше диаметр цилиндрической шахты, тем ярче проявляется этот негативный эффект. Для улучшения равномерности проникания газов применяют дорогие высококачественные шихтовые материалы или изменяют профиль шахты. Самые лучшие характеристики имеют вагранки, профиль которых напоминает профиль доменной печи. Стойкость таких вагранок может быть в 2-4 раза больше, а температура жидкого чугуна на 40-70 °С выше по сравнению с соответствующими показателями цилиндрических вагранок.

Иногда для повышения производительности, повышения температуры чугуна и для снижения расхода кокса применяется подогрев воздуха горения в отдельно расположенном воздухонагревателе, имеющем самостоятельное отопление.

ГЛАВА 3. ВАГРАНКА С НЕСКОЛЬКИМИ РЯДАМИ ФУРМ

С целью снижения расхода кокса и увеличения производительности вагранки применяют многорядное расположение фурм. Известны вагранки с двумя, тремя и четырьмя рядами фурм. При таком способе подачи воздуха в вагранку зона горения кокса увеличивается по высоте. Время нахождения жидкого металла, стекающего по холостой колоше, в зоне высоких температур увеличивается, что влияет на условия перегрева металла. Чем больше время пребывания металла в зоне высоких температур, тем выше его перегрев.

Вагранка (рис. 3.1) имеет два ряда фурм, расположенных в шахматном порядке. Второй ряд фурм располагается на такой высоте над первым рядом, чтобы произошло совмещение зон высоких температур каждого ряда и, таким образом получилась одна более протяженная зона. Вагранка имеет наружное поливное охлаждение. Для сбора воды предусмотрен кольцевой желоб. Вагранка имеет сифонный шлакоотделитель, работающий под избыточным давлением. Вагранка предназначена для выплавки серого чугуна и может работать как с одним нижним рядом фурм, так и с двумя рядами фурм. При подаче воздуха через два ряда фурм общий расход воздуха увеличивается, кокса сгорает больше и металла выплавляется больше.

При работе на вагранках с двумя рядами фурм следует учитывать возможность большего угара кремния, особенно при работе на холодном дутье, из-за более продолжительного пребывания жидкого металла в зоне высоких температур и контакта с СО₂ и О₂. Продолжительная эксплуатация вагранок с двумя рядами фурм показала, что снижения концентрации СО в отходящих ваграночных разах (по сравнению с одним рядом фурм) не наблюдается.



Рис.3.1 Вагранка с двумя рядами фурм:

1 - нижняя фурма; 2 - верхняя фурма; 3 - канал для шлака; 4 - канал для чугуна; 5 - кольцевой желоб; 6 - шлакоотделитель.

ГЛАВА 4. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА ВАГРАНКИ

Решающее значение для получения из вагранки горячего металла имеет процесс теплообмена. Тепло, образовавшееся в результате сгорания топлива, должно быть передано нагреваемому металлу.

Металлическая шихта и шлак должны быть нагреты до температуры плавления, расплавления, а металл и шлак затем перегреты выше температуры плавления. Температурный резерв необходим для транспортировки и разливки жидкого металла, а иногда, и для дополнительных операций по обессериванию, модифицированию и легированию металла в ковше. Таким образом, наиболее важными прочесами являются: нагрев, расплавление и перегрев металла.

Рабочее пространство шахтных печей заполнено шихтовыми материалами, движущимися навстречу потоку горячих газов, т.е. шахтная печь является противоточным теплообменным аппаратом.

С точки зрения процесса передачи тепла металлу вагранку можно разделить на 4 зоны:

1. Шахта вагранки, где происходит нагрев твердого металла до температуры плавления.

2. Зона плавления, где металл расплавляется.

3. Зона перегрева (редукционная зона и кислородная холостой калоши), где капли жидкого металла перегреваются выше температуры плавления.

4. Горн и копильник вагранки, где происходит некоторое охлаждение жидкого металла.

В шахте вагранки металл может нагреваться лишь до температуры плавления.

Температура плавления стальной части шихты в зависимости от содержания углерода, находится в пределах 1400 - 1500 °С. Температура плавления чугуна при медленном нагреве близка к 1150 °С.

При быстром плавлении чугуна не весь графит успевает раствориться в металлической массе в процессе нагрева, и в результате температура плавления металлической массы чугуна может подняться.

Температура газов в вагранках меняется от 1600 до 1750 °С в зоне горения, до 300 - 350 °С в зоне загрузочного окна. Как известно, удельное значение теплопередачи конвекцией и лучеиспусканием в большей степени зависит от температуры соприкасающихся газов и тел.

В шахтных печах, в том числе и в вагранках, теплообмен совершается при переменной температуре газов и шихты по высоте вагранки. Удельное значение отдельных видов теплопередачи поэтому меняется по высоте вагранки, вследствие чего нельзя их рассчитывать дифференциально.

Теплопередача в слое кускового материала в зоне падения капель металла трудна для аналитического решения, вследствие того, что в нагреваемых кусках твердого тела или каплях металла имеет место нестационарный тепловой поток и значительные перепады температур между поверхностью и ядром тела.

ГЛАВА 5 МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВАГРАНКИ ПРИ ПЛАВКЕ СЕРОГО ЧУГУНА

Исходные данные для расчета материального баланса

1. Расход кокса на плавку - 13% от веса металлозавалки.

2. Расход доломита - 4% от веса металлозавалки.

3. Средний химический состав металлической части шихты: 3,5% С; 2,65% Si; 0,35% Мn; 0,14% Р; 0,08% S; 92,91% Fe -- по разности.

4. Состав кокса (по техническому анализу): 3,0% влаги; 13,4% золы; 1,3% серы общей; 1,4% летучих.

5. Химический состав золы кокса: 54,0% SiO₂; 27,0% Аl₂О₃; 3,0% СаО; 11,4% Fe₂O₃; 1,2% MgO; 1,1% MnO; 0,3% Р₂О₅; 2,0% SO_S.

Вес минеральных веществ кокса, считая в них и серу, принимаем меньше веса золы и серы, поскольку при определении золы происходит окисление FeS до Fe₂O₃ и SO₃.

6. Химический состав летучих кокса: 35% СО₂; 37% СО; 4% СН₄; 6% Н₂; 18% N₂.

7. Химический состав доломита: 31,6% СаО; 0,02% SiO₂; 0,4% А1₂О₃; 0,6% Fe₂O₃; 0,019% Н₂О; 46,41% СО₂; 20,97% MgO.

8. Химический состав выплавленного чугуна: 3,36% С; 2,25% Si; 0,68% Мn; 0,30% Р; 0,10% S; 93,31% Fe (no разности).

9. Состав газов: 16,0% СО₂; 8,0% СО; 0,6% О₂ и 75,4% других газов (по разности).

10. Влаги в воздухе -- 9 г на 1 м³ сухого воздуха.

11. Анализ ваграночного шлака показал: 44,45% SiO₂; 10,04% А1₂О₃; 11%СаО; 2,86% МnО; 19,24% MgO; 11,85% FeO; 0,50% FeS; 0,16% Р₂О₅.

5.1 Материальный баланс вагранки

Сера в коксе находится обычно в виде органической, сульфидной (главным образом FeS) и сульфатной (главным образом CaSO₄) серы.

При определении золы сжиганием органическая сера сгорает вся в SO₃.

Сернистое железо при сжигании дает улетучивающийся газ (SO₃) и окись железа (Fe₂O₃) по реакции:

(88 част.+72 част.=80 част.+80 част.).

Сульфатная сера при сжигании диссоциирует по реакции:

(136 част.=56 част.+80 част.).

Фосфор в процессе определения золы сгорает по реакции:

(62 част.+80 част.=142 част.).

Произведем расчет химического состава кокса, содержащего 1,3% общей серы.

Н₂О = 3,000%

SiO₂ = 0,54 · 13,4 = 7,236% FeS = 0,114 ·

А1₂О₃ = 0,27 · 13,4= 3,618% SO₃ = 0,02 · 13,4 = 0,268%

СаО = 0,03 · 13,4 = 0,402%

MgО = 0,012 · 13,4 = 0,161% СО = 0,37 · 1,4 = 0,518%

МnО = 0,011 · 13,4 = 0,147% СН₄ = 0,04 · 1,4 = 0,056%

Р = Н₂ = 0,06 · 1,4 = 0,084%

СО₂ = 0,35 · 1,4 = 0,490%

N₂ = 0,18 · 1,4 = 0,252%

С (по разности) = 81,492%

Общее количество серы распределяется следующим образом на ее отдельные виды:

Вид серы S в кг S в %

Сульфидная ….. 0,611 47,00

Сульфатная ….. 0,107 8,23

Органическая ….. 0,582 44,77

Общая ….. 1,300 100,00

Полученные приведенным выше расчетом данные о составе кокса, с учетом его расхода 13% от металлозавалки занесены в колонку 3 табл.1.

2) Расчет количества шлака.

СаО вводится в вагранку только с известняком и с золой кокса и весь поступает в шлак. Следовательно,

aCaO_изв + бСаО_кокс = xCaO_шлак

где а и б -- количество доломита и кокса на 100 кг металлической шихты;

х -- искомое количество шлака;

MgO_изв, MgO_кокс и MgO_шлак -- проценты MgO в известняке, коксе и шлаке.



Подставив значения известных величин, получим:

На основании анализа шлака опрелелим весовой состав шлака в кг.

SiO₂ = 0,4435 · 4,468 = 1,98 кг

А1₂О₃ = 0,1004 · 4,468 = 0,649 кг

СаО = 0,11 · 4,468 = 1,9337 кг

МnО = 0,0286 · 4,468 = 0,128 кг

MgO = 0,1924 · 4,468 = 0,859 кг

FeO = 0,1185 · 4,468 = 0,529 кг

FeS = 0,005 · 4,468 = 0,022 кг

P₂O₅ = 0,0016 · 4,468 = 0,007 кг

4,467 кг

Полученное количество внесено в колонку 13 табл.1.

3) Расчет количества песка и глины, вносимых с шихтой и в результате оплавления футеровки.

SiO₂ поступает:

а) в итоге окисления Si чугуна

б) из кокса



в) из доломита

Всего: 1,782 кг

Вносится с песком и футеровкой -- по разности

1,982 - 1,782 = 0,2 кг

Аl₂О₃ поступает:

а) из кокса

б) из доломита

Всего: 0,486 кг

Вносится с песком и футеровкой - по разности

0,649 - 0,486 = 0,163 кг.

Соотношение количества материалов, вносимых песком к шихте, и футеровкой, не трудно определить, воспользовавшись различным соотношением SiO₂, Al₂O₃ в этих материалах.

SiO₂ : Al₂O₃ = 85:15.

То же соотношение для футеровки соответствует

SiO₂ : Al₂O₃ = 65:35.

Обозначив количество материалов, поступающих с песком шихты через х и вносимых оплавляемой футеровкой через у, можно записать уравнение для SiO₂ в виде 0,85 х + 0,65 у = 0,2 и для Al₂O₃ 0,15 х + 0,35 у = 0,163.

Решение этих двух уравнений дает х = 0,18 и у = 0,389.

Следовательно, с шихтой вносится:

SiO₂ = 0,18 · 0,85 = 0,271 кг

А1₂О₃= 0,18 · 0,15 = 0,027 кг

Всего: 0,18 кг

Из футеровки поступает:

SiO₂ = 0,389 · 0,65 = 0,253 кг

А1₂О₃ = 0,389· 0,35 = 0,136 кг

Всего: 0,389 кг

Данные о количестве песка и глины, вносимых шихтой, включены в колонку 2, а футеровкой в колонку 5 табл.1.

4) Расчет количества металла.

100 кг металлической шихты вносят в вагранку 0,318 кг песка, 0,1 кг FeO, а всего -- 0,418 кг. Металла вводится 99,582 кг. Количества отдельных элементов Fe, Si, Мn, S, Р и С, вносимых в вагранку, согласно химическому составу шихты, с учетом этой поправки представлены в колонке 2 табл.1.

Угар железа определен следующим образом. В шлаке железо содержится в виде FeO и FeS; количество Fe в шлаке равно

В шлак вносится железа:

из кокса

из доломита

из окислов шихты

Всего в шлак переходит железа 0,1389 +0,0168+0,101 =0,2567 кг.

Окислено железа из металла 0,4254 - 0,2567 = 0,1687 кг (колонка 9 табл.1).

Из 100 кг металлической шихты вносится железа в чугун

92,562 - 0,1687=92,393 кг

В 100 кг чугуна содержится Fe = 93,31 кг, следовательно, выход жидкого металла из 100 кг шихты составит

%.

Количество кремния, марганца, серы, фосфора и углерода в готовом металле определяется химическим анализом с учетом 98,953% выхода годного (см. колонку 8 и 12 табл.1).

Остальная часть Fe, Si, Мn и Р переходит в шлак (колонка 9 табл.1), а углерод в газ (колонка 10 табл.1).

5) Расчет количества и состава газов.

1 м³ газа содержит углерода согласно анализу:

На 100 кг шихты углерода вносится:

а) из кокса 10,595 кг

б) из легучих кокса

в) из СО₂ доломита

г) из металла 3,4634 кг

Всего: 14,612 кг

переходит в металл 3,3248 кг

поступает в газ 11,2872 кг

Следовательно, на 100 кг шихты получится

м³ газов.

Кроме указанных в анализе СО_2, СО, О₂ и N₂, в ваграночном газе содержатся также Н₂, Н₂О, SO₃ и СН₄. Рассчитаем их количество.

1. Водород вносится летучими кокса (0,041 кг) и поступает в результате разложения влаги вдуваемого воздуха.

При отношении объема ваграночных газов к объему воздуха,

близком к единице, и содержания 9 г влаги на 1 м³ вдуваемого воздуха, из которых 50% разлагается, - количество водорода, переходящего в газ, составит:

а) из влаги вдуваемого воздуха

м³

б) из кокса

м³

Всего: Н₂ = 0,615 м³ = 0,0549 кг (колонка 14 табл.1).

2. Количество серы, перешедшей в газ, определяется по разности между общим содержанием серы в шихте и ее количеством, перешедшим в шлак в виде FeS и в металл.

Сера поступает в вагранку:

а) из металла 0,079 кг

б) из кокса 1,3 · 0,13=0,169 кг

В сего: 0,248 кг

Из этого количества серы уходит в металл 0,09895 кг и в шлак

кг.

Следовательно, в газ перейдет

0,248 - 0,09895 - 0,008=0,141 кг серы.

Количество SO₃ в газе будет:

или м³.

Баланс серы:

Поступило: Перешло:

с шихтой 0,079 кг -- 31,8% в металл 0,09895 кг -- 39,9%

с коксом 0,169 кг -- 68,2% в шлак 0,008 кг -- 3,2%

в газ 0,141 кг -- 56,9%

Всего: 0,248 кг -- 100% Всего: 0,2479 кг-- 100%

3. СН₄ поступает в газ из кокса в количестве

или м³ .

4. В итоге получим полный состав газа:

м³ кг объемный %

СО₂ -- 87,837 · 0,16 = 14,0539 27,6059 16,0

СО -- 87,837 · 0,08 = 7,0270 8,7840 8,0

О₂ -- 87,837 · 0,006 = 0,5270 0,7529 0,6

Н₂ -- 0,6150 0,0550 0,1

SO₃ -- 0,0987 0,3525 0,595

СН₄ -- 0,0102 0,0073 0,01

N₂ (по разности) -- 65,5100 81,8875 74,56

87,837 119,4451 100%

5. Расчет количества вдуваемого воздуха

Всего азота поступает в газ 65,51 м³;

в том числе из кокса 0,0328 кг или 0,026 м³;

в том числе из воздуха 65,484 м³.

Принимая состав сухого воздуха равным О₂ 20,9% и N₂ 79,1% количество потребного воздуха на 100 кг шихты составит

м³.

Таким образом, в воздухе содержится

О₂ = 82,7863 · 0,209 = 17,3023 м³ или 24,7176 кг

N₂ = 82,7863 · 0,791 = 65,484 м³ или 81,855 кг

Всего сухого воздуха: 82,7863 м³ или 106,5726 кг

Воздух вносит

82,7863 · 0,009 = 0,7451 кг или 0,5961 м³ влаги.

Из этого количества влаги, как ранее было определено, разлагается 0,492 м³ с образованием 0,492 м³ Н₂ и 0,1810 м³, остаток влаги в количестве 0,5961 - 0,492 = 0,1041 м³ или 0,0837 кг поступает в газ.

Всего в газ поступит влаги из кокса, доломита и воздуха:

0,39 + 0,019 + 0,0837 = 0,4927 кг.

Общий вес газа составит 119,4451+ 0,4927 = 119,9378 кг.

Баланс кислорода

Приход:

из воздуха 17,3023 м³ или 24,7176 кг

из СО₂ доломита и кокса

м³ или 1,3964 кг

из СО кокса

м³ или 0,0384 кг

из Fе₂Оз доломита

м³ или 0,0072 кг

Всего: 18,3117 м³ или 26,1596 кг

Расход:

перейдет в газ:

14,0539 +0,5·7,027 + 0,527 = 18,0944 м³ или 25,8491 кг

то же, в шлак на окисление элементов:

Fe -- м³ или 0,0947 кг

Mn -- м³ или 0,0220 кг

Si -- м³ или 0,4714 кг

P -- м³ или 0,0050 кг

Всего на окисление: 0,4152 м³ или 0,5931 кг

Всего в газ и шлак перейдет: 14,1441 м³ или 20,1737 кг

5.2 Тепловой баланс вагранки

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Данные материального баланса (см. табл.1)

Температура жидкого чугуна -- 1400°

» шлака -- 1450°

» колошниковых газов -- 500°

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА (на 100 кг металлозавалки)

Всего в газах содержится СО₂ 27,6059 кг

из них вносится коксом и доломитом 1,8941 »

Образуется в результате горения кокса 25,7118 кг

Всего в газах содержится СО 8,7840 кг

из них вносится коксом 0,0398 кг

Образуется в результате горения кокса 8,7442 кг

Содержится углерода:

в СО₂ кг

в СО кг

Всего сгоревшего углерода: 10,7598 кг

Приход тепла

1. Теплотворная способность углерода

10,7598 · 8,137 = 87552 ккал -- 95,52 %.

2. Окисление элементов:

0,4411 кг Fe = ккал.

0,4125 кг Si = ккал.

0,0756 кг Mn = ккал.

0,0039 кг Р = ккал.

Всего……..3747 ккал - 4,09%

Шлакообразование

4,467 · 80 = 357 ккал - 0,4%

Итого 91 656 ккал - 100%

Расход тепла

1. Нагрев чугуна до 1400є = 30181 ккал 32,9%

2. Нагрев шлака до 1450є = 4,467 · 420 = 1876 ккал 2,0%

3. Нагрев колошниковых газов до 500є:

С0₂ + S0₃ = 14,1526 · 238,7 = 3378 ккал

СО + О₂ + N₂ = (7,027 + 0,527 + 65,51) · 160,5 = 11727 ккал

Н₂ = 0,615 · 155,55 = 96 ккал

СН₄ = 0,0102 · 266,8 = 3 »

Н₂О = 0,6131 · 189,76 = 116 »

Всего: 15 320 ккал -- 16,7%

4. Неполнота горения углерода 3,7475 · 5640 = 21136 ккал -- 23,1%

5. Теплота испарения влаги 0,2498 · 595 = 149 ккал -- 0,2%

6. Разложение СаСО₃ 1,8564 · 966 = 1793 ккал -- 2,0%

7. Разложение Н₂О = 1270 ккал -- 1,4

8. Потери на лучеиспускания и пр. (по разности) 19931 ккал --21,7%

Итого: 91 656 ккал -- 100%

5.3 Сводный тепловой баланс вагранки

На 100 кг металлозавалки:

Приход тепла

1. Теплотворная способность топлива 87 552 ккал -- 95,52%

Теплота окисления элементов 3747 ккал -- 4,09%

Теплота шлакообразования 357 ккал -- 0,4%

Итого: 91 656 ккал -- 100%

Расход тепла

1. Нагрев чугуна 30181 ккал 32,9%

2. Нагрев шлака 1876 ккал 2%

3. Нагрев колошниковых газов 15320 ккал 16,7%

4. Неполнота горения 21136 ккал 23,1%

5. Теплота испарения влаги 149 ккал 0,2%

6. Разложение доломита 1793 ккал 2,0%

7. Разложение влаги 1270 ккал 1,4%

8. Потери на лучеиспускание (по разности) 19931 ккал 21,7%

Итого: 91 656 ккал 100%

ГЛАВА 6. ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА ВАГРАНКИ

Работа вагранки определяется процессом горения топлива и передачей теплоты горячими продуктами горения расплавляемому сырью. Зона горения топлива (кокса) находится над фурмами. Процесс горения является химической реакцией соединения углерода кокса с кислородом воздуха.

Горение может быть полным с образованием диоксида углерода С0₂:

С+О₂=СО₂ + 8140 ккал на 1 кг углерода. (1)

Или неполным с образованием оксида углерода СО:

С + 0,5О₂=СО + 2500 ккал на 1 кг углерода. (2)

В свою очередь, СО может взаимодействовать с кислородом воздуха и сгорать в С0₂:

2СО + 0,5О₂=2СО₂ + 5640 ккал на 1 кг углерода. (3)

По мере горения кокса в дутьевом воздухе уменьшается О₂ и увеличивается количество СО₂ и СО, одновременно растет температура. На некоторой высоте температура достигает максимального значения (около 1600°С). Эта высота примерно соответствует максимальному содержанию СО₂. Реакция горения прекращается после израсходования всего кислорода воздуха на окисление углерода кокса. Это происходит несколько выше верхней части зоны горения. Выше зоны горения при соприкосновении продуктов горения с раскаленным коксом СО₂ может восстанавливаться в СО из-за недостатка кислорода:

СО₂ + С=2СО - 3240 ккал на 1 кг углерода. (4)

Как видим, реакция восстановления идет с существенной потерей теплоты; она прекращается в зоне температур 1000°С. Чем выше содержание СО в отходящих газах, тем больше потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, тем ниже КПД вагранки. Это обстоятельство лишний раз подчеркивает необходимость создания избытка воздуха на горение. Однако слишком большой его избыток также, приводит к снижению температуры в зоне горения. Борьбу с этим явлением ведут путем подогрева воздуха до 400 … 500°С перед его подачей в вагранку.

ГЛАВА 7. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ВАГРАНКИ

Основные размеры вагранки рассчитывают по эмпирическим формулам, в которых отражен опыт их эксплуатации.

Диаметр вагранки:

,

где П - заданная производительность вагранки, П=25 т/ч; - удельная производительность вагранки, равная 6--10 т/(м³•ч).

Полезная высота вагранки, т. е. расстояние от оси основного ряда фурм до порога загрузочного окна:

.

Общая высота вагранки (без трубы):

,

где - расстояние от оси основного ряда фурм до пода, ; - расстояние от пода до пола цеха, .

Величина зависит от типа выплавляемого чугуна и производительности вагранки; h₁ колеблется от 100 (для ковкого чугуна) до 600 мм (для серого чугуна); принимают, исходя из условия проведения ремонта. Для малых вагранок h₂ = 1 м, для больших h₂ = 2 м.

Диаметр металлической летки:

,

где -- диаметр цилиндрической части металлической летки, мм; г -- плотность чугуна, г=7,2 т/м³; щ - скорость истечения чугуна (0,5-1), м/с.

Диаметр шлаковой летки принимают больше диаметра металлической летки на 30-50 мм.

Суммарная площадь поперечного сечения фурм основного ряда:

,

где F -- площадь поперечного сечения вагранки в свету, F=2,463 м².

Для многорядной вагранки площадь поперечного сечения второго и третьего рядов фурм принимают 0,025•F,

Диаметр воздухопроводов:

,

где -- скорость воздуха в воздухопроводе, равная 15 м/с, в - температурный коэффициент объемного расширения газов, равный 1/273; t - температура газов в искрогасителе, t=20 °С.

Кожух вагранки, подовая плита, колонны и днище рассчитывают обычным путем. Кожух и колонны рассчитывают на продольный изгиб, а подовую плиту и днище - на поперечный изгиб. Колонны воспринимают всю нагрузку от кожуха, футеровки, шихты, искрогасителя, включая ветровую нагрузку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научно-технический прогресс является основой повышения эффективности литейного производства. Научно технический прогресс - это процесс совершенствования производства, технологических методов и форм организации труда и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании производства на базе новой техники, научных достижений и передового опыта.

Таким образом, технический прогресс в литейном производстве базируется на достижениях естественных наук и их приложении к решению непосредственно производственных задач.

В данной курсовой работе я изучил устройство, конструкцию и принцип работы вагранки. Сделал расчет печи и составил:

· материальный баланс вагранки;

· тепловой баланс вагранки;

· сводный тепловой баланс вагранки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мариенбах Л.М. «Печи в литейном производстве» - М: Машиностроение, 1964.

2. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. «Печи и сушила литейного производства» - М: Машиностроение, 1990.

3. Атлас конструкций «Печи в литейном производстве» - М: Машиностроение, 1989.

4. Липницкий А.М. «Плавка чугуна и сплавов цветных металлов» - Л: Машиностроение, 1973.

Размещено на Allbest.ru