Основы конструирования и расчета вагранок с вторичным дутьем
Использование вагранки с вторичным дутьем (с двумя рядами фурм) с целью стабильного процесса выплавки чугуна в вагранке на базе нормализации дутьевого режима. Улучшение теплового баланса при плавке как преимущество метода. Расчет основных показателей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.10.2016 |
| Размер файла | 143,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Кафедра "Литейного производства и упрочняюших технологий"
Курсовая работа
Основы конструирования и расчета вагранок с вторичным дутьем
Студент Оверченко А.А.
Руководитель Брусницын С.В.
Екатеринбург 2016
Содержание
- Задание на курсовую работу
- Обозначения
- Введение
- 1. Расчет размеров фурменных поясов
- 2. Расчет воздухоподводящей системы (воздуховодов)
- 3. Расчет горна
- 4. Расчет холостой колоши
- 5. Расчет рабочей коксовой колоши
- 6. Расчет металлической колоши
- 7. Расчет полезной высоты вагранки и количества металлических и топливных рабочих колош
- 8. Расчет массы загружаемых материалов
- 9. Расчет необходимого давления воздуходувок
- 10. Расчет предохранительных клапанов
- 11. Размеры огнеупорной кладки
- Заключение
- Библиографический список
Задание на курсовую работу
Тема: Основы конструирование и расчета вагранок со вторичным дутьем.
Вариант №1
Исходные данные:
Производительность вагранки - т/ч.
Внутренний диаметр вагранки - мм.
Удельный расход воздуха - м3/ (м2).
Распределение дутья между нижними и верхними фурмами - 60: 40 %.
Высота фурменного пояса - мм.
Толщина футеровки - мм.
Толщина стенки корпуса вагранки - 12 мм.
Толщина стенки фурменного пояса- мм.
Зазор между корпусом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса для верхнего ряда фурм - мм.
Обозначения
-площадь вагранки, м2
-количество воздуха, м3/ч
-суммарная площадь сечения фурменного пояса, м2
-распределение дутья нижнего ряда фурм, м2
распределение дутья верхнего ряда фурм, м2
-ширина фурменного пояса для нижнего ряда фурм, мм
-ширина фурменного пояса для верхнего ряда фурм, мм
-высота фурменного пояса, мм
-внутренний диаметр вагранки, мм
-наружный диаметр вагранки, мм
-внутренний диаметр фурменного пояса для фурм верхнего ряда, мм
-диаметр фурменного пояса для нижнего ряда фурм, мм
-наружный диаметр фурменного пояса для нижнего ряда, мм
-внутренний радиус для верхнего ряда фурм, мм
-внешний радиус для верхнего ряда фурм, мм
-внутренний радиус для нижнего ряда фурм, мм
-наружный радиус для нижнего ряда фурм, мм
-объем фурменного пояса для фурм верхнего ряда, м3
-объем фурменного пояса для фурм нижнего ряда, м3
-площадь общего воздуха, м2
-внутренний диаметр общего воздуховода, мм
-расход воздуха через все фурмы нижнего ряда, м3/ч
-расход воздуха через все фурмы верхнего ряда, м3/ч
-площадь сечения воздуховода нижнего ряда фурм, м2
-площадь сечения воздуховода верхнего ряда фурм, м2
-площадь поперечного сечения патрубка нижнего ряда фурм, м2
-площадь поперечного сечения патрубка верхнего ряда фурм, м2
-максимальная масса отливки, кг
-производительность вагранки, т/ч
-число выпусков чугуна из вагранки.
-высота горна, мм
-объем горна на 1 т жидкого чугуна с учетом нахождения в ней кокса (принимаем равным 0.33 м3/т).
-фактический объем горна, м3
-расстояние между шлаковой леткой и нижней кромкой фурменного отверстия (равно 75 мм).
-расстояние между рядами фурм по их осям (принимаем равным 0.6 м=600 мм).
-высота кокса холостой колоши над верхним рядом фурм, мм
-общая высота холостой коксовой колоши, мм
-объем холостой колоши, м3
-масса кокса в холостой колоше, кг
-объемная плотность кокса, равная 450 кг/м3.
-высота рабочей колоши, мм
-объем рабочей колоши, м3
-масса рабочей колоши, кг
масса металлический колоши, кг
объем металлической колоши, м3
-объемная плотность металлической шихты, равная 2500 кг/м3.
-общая высота шахты вагранки, мм
-общий объем шахты вагранки, м3
-количество металлических и топливных колош, вмещающихся в шахту вагранки.
-объем флюса (известняка), м3
-масса флюса (известняка), кг
-масса рабочих колош кокса, вмещающихся в шахту, кг
-масса металлической шихты, кг
-масса флюса (известняка), кг
-общая масса шихтовых материалов, кг
-необходимое давление в фурмах, мм
-средняя скорость воздуха в вагранке, равная по величине удельному расходу воздуха ().
-полезная высота вагранки.
А - эмпирический коэффициент, равны 100 при нормальной шихте по размерам кусков.
-общая площадь клапанов фурменного пояса для нижнего ряда фурм, м2
-общая площадь клапанов фурменного пояса для верхнего ряда фурм, м2
-площадь одного клапана для фурменных поясов нижних фурм, м2
-площадь одного клапана для фурменных поясов верхних фурм, м2
-диаметры проходных отверстий клапанов нижних фурм, мм
-диаметры проходных отверстий клапанов верхних фурм, мм
-масса груза на нижние фурмы, кг
-масса груза на верхние фурмы, кг
Введение
С целью стабильного процесса выплавки чугуна в вагранке на базе нормализации дутьевого режима в настоящее время рекомендуется использовать вагранки со вторичным дутьем (с двумя рядами фурм).
Преимущества вагранок со вторичным дутьем обеспечиваются за счет принудительной подачи дутья в каждый ряд фурм из отдельного фурменного пояса с распределение количества воздуха 60: 40% или 50: 50%
В связи со значительным улучшением теплового баланса при плавке появляется возможность использовать в шихте дешевый стальной лом вместо доменного чушкового чугуна. Доля стального лома может составлять 70-80% от массы металла завалки при повышенном расходе кокса (~20%)
1. Расчет размеров фурменных поясов
Определим площадь вагранки:
,
м2.
Тогда необходимое количество воздуха составит:
,
м3/ч.
Принимаем из рекомендаций скорость воздуха в фурменном поясе V2=4м/с. Тогда общая площадь сечения фурменного пояса составит:
,
м2.
Из условий распределение дутья между нижним и верхним рядами фурм составляет 60: 40. Тогда:
,
м2;
,
м2.
Так как высота фурменного пояса из условий равна мм=0.5м, ширина фурменного пояса прямоугольного сечения для нижнего ряда фурм составит:
,
м = 230мм.
а для верхнего ряда фурм:
,
м = 152мм.
Размеры фурменных поясов определим, исходя из следующих конструктивных решений. Примем расстояние между рядами фурм (по оси) равным 700 мм.
Толщина стенок корпуса фурм и размеры крепежных фланцев, выбираются конструктивно, обычно толщина стенки фурмы равна 6-8 мм, выступ фланца равен 12-15 мм, материал сталь Ст3.
Примем толщину огнеупорной футеровки равной 295 мм (по размерам шамотного кирпича мм). Толщина стенки корпуса вагранки равна 12 мм, а зазор между корпусом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса для верхних фурм примем равным 150 мм, толщину стенок фурменных поясов принимаем равной мм.
Тогда наружный диаметр корпуса вагранки составит:
,
мм=1,314 м.
Внутренний диаметр фурменного пояса для фурм верхнего ряда составит:
,
мм.
Диаметр перегородки, разделяющий фурменные пояса для фурм верхнего и нижнего рядов, или внутренний диаметр фурменного пояса для верхнего ряда фурм, составит:
,
мм.
Наружный диаметр фурменного пояса для нижнего ряда составит:
,
мм.
Учитывая тип фурменных поясов (прямоугольного сечения кольцевого коллектора) и конструктивные особенности, примем следующие размеры радиусов, образующиеся внутренние и наружные поверхности фурменных поясов для фурм нижнего и верхнего рядов (в свету):
,
мм=0,811 м;
,
=963 мм=0,963 м;
,
мм=0,967 м;
,
мм=1, 197 м.
Определим объемы W фурменных поясов для фурм верхнего и нижнего рядов, что необходимо для расчета предохранительных клапанов безопасности:
,
м3;
,
м3.
2. Расчет воздухоподводящей системы (воздуховодов)
Определим площадь общего воздуховода (от воздуходувки до "развилки" на воздуховоды для нижнего и верхнего фурменных поясов). Для расчета принимаем расход воздуха, поступающего в вагранку, равным 2772 м3/ч. Скорость воздуха в общем воздуховоде равна 10 м/с (V1). Из выражения
.
находим площадь сечения воздуховода:
,
м2.
Тогда внутренний диаметр общего воздуховода составит:
,
м=313 мм.
Из сортамента стандартных труб по ГОСТ 10704-91 выбираем трубу с наружным диаметром 325 мм и толщиной стенки 4 мм, внутренний диаметр равен 325-2=317 мм.
Исходя из принятого соотношения расхода воздуха между нижним и верхним рядом фурм (60: 40), определяем расход воздуха через все фурмы нижнего и верхнего рядов соответственно:
,
м3/ч;
, м3/ч.
вагранка вторичное дутье чугун выплавка
Принимаем максимально допустимую скорость воздуха в воздуховодах для нижнего и верхнего фурменных поясов V1 равной 15 м/с. Тогда аналогично расчету общего воздуховода определим размеры для нижнего и верхнего рядов фурм:
,
м2;
,
=0,02 м2.
Тогда внутренний диаметр воздуховода для нижнего и верхнего рядов фурм составит:
,
м=194 мм;
,
=0,158 м=158 мм.
Из сортамента стандартных труб по ГОСТам находим ближайшие по размерам трубы: для воздуховода нижнего и верхнего фурменного пояса выбираем трубу с наружным диаметром 205 мм и толщиной стенки 4 мм, ее внутренний диаметр составит 197 мм, аналогично для воздуховода верхнего пояса выбираем трубу с наружным диаметром 170 мм и толщиной стенки 4 мм, ее внутренний диаметр составит 162 мм
Для вагранки емкостью 3т принимаем количество фурм в каждом ряду равным 4. расстояние между рядами фурм по осям принимаем 700 мм.
Определим размеры воздуховодов, или патрубков, для каждой фурмы нижнего и верхнего рядов на участках от соответствующего фурменного пояса до фурм. Площади поперечного сечения этих патрубков и их диаметры в свету соответственно составят:
,
м2;
,
м2.
Диаметры соответственно равны для нижнего рядов фурм 102 мм и для верхнего ряда фурм 83 мм. Из сортамента стандартных труб по ГОСТам выбираем ближайшие по размеру трубы, а для нижнего ряда выбираем трубу с наружным диаметром 110 и толщиной стенки 4 мм и внутренним диаметром 102 мм, а для фурм верхнего ряда трубу с наружным диаметром 95мм и толщиной стенки 4 мм с внутренним диаметром 87 мм.
3. Расчет горна
Площадь шахты вагранки составляет:
,
м2.
Исходя из требований заказчика, принимаем максимальную массу отливки т.
Тогда число выпусков чугуна из вагранки производительностью т/ч составит:
, выпусков/час.
Определим высоту горна по формуле:
,
м.
Где 0,12-растояние между верхним уровнем металла в горне и осью нижнего ряда фурм.
При применении вторичного дутья производительность вагранок выше, чем у обычных. При этом сохраняется возможность увеличения высоты горна при необходимости за счет уменьшения толщины подины, поэтому принимаем м=1000 мм. Определим фактический объем горна:
, м3.
Принимаем расстояние между шлаковой леткой и нижней кромкой фурменного отверстия мм, диаметр шлаковой летки 40 мм, а наклон фурм к горизонту 15о.
4. Расчет холостой колоши
Исходя из опыта эксплуатации вагранок с двухрядным фурменным поясом и вторичным дутьем, принимаем расстояние между рядами фурм по их осям м=700мм, а высоту кокса холостой колоши над верхним рядом фурм м=400мм.
Общая высота холостой коксовой колоши составит:
,
м=2100 мм.
Объем холостой коксовой колоши составит:
,
м3.
Определим массу кокса в холостой колоше:
,
кг365кг.
5. Расчет рабочей коксовой колоши
Исходя их опыта работы вагранок, обычно принимают высоту рабочей колоши кокса м. Для расчета принимаем максимальную высоту, равную 0.2 м. Тогда объем рабочей колоши составит:
,
м3.
Масса кокса в рабочей колоше составит:
,
кг.
6. Расчет металлической колоши
Из практики известно, что масса металлической колоши обычно составляет 8-10% от часовой производительности вагранки, т.е. для вагранки производительностью 3т/ч (3000кг/ч):
,
кг.
Для расчета принимаем максимальную массу кг. Тогда объем металлической колоши составит:
,
м3.
7. Расчет полезной высоты вагранки и количества металлических и топливных рабочих колош
Определим полезную высоту вагранки:
,
Примем в нашем случае мм. Тогда общая высота шахты вагранки составит:
,
м.
Общий объем шахты вагранки составит:
,
м3 м3.
Определим количество металлических и топливных колош, вмещающихся в шахту вагранки, исходя из соотношения;
.
Обычно составляет от 3 до 5% от массы металлической колоши или
,
кг, а
,
м3,
часто из за незначительной величины объема флюса им пренебрегают, тогда:
.
8. Расчет массы загружаемых материалов
Масса рабочих колош кокса, вмещающихся в шахту, составит:
,
=243 кг.
Масса металлической шихты составит:
,
кг.
Масса флюса (известняка) составит:
,
кг.
В шахту вагранки загружаются шихтовые материалы с общей массой:
,
243+2100+84+365=2792 кг.
9. Расчет необходимого давления воздуходувок
Необходимое давление в фурмах определяется по формуле:
,
мм. вод. ст.
Обычно давление колеблется в пределах в пределах 700-900 мм. вод. ст. выбираем по требуемому расходу воздуха воздуходувку В 8/800.
При установке мокрого пылеуловителя сопротивление отходящих газов увеличится на 100-200 мм. вод. ст. Поэтому требуется установить воздуходувку типа В8/800.
10. Расчет предохранительных клапанов
Площадь предохранительных клапанов должна составлять 0.05 на 1 м3 объема камеры. Тогда общая площадь клапанов фурменного пояса нижнего ряда фурм составит:
,
м2,а площадь клапанов фурменного пояса для верхнего ряда фурм:
,
м2.
Принимаем число клапанов на каждом фурменном поясе равным 4. тогда площадь одного клапана для фурменных поясов нижних и верхних фурм составит соответственно:
м2, м2.
Соответствующие этим площадям диаметры клапанов в свету, или диаметры проходных отверстий клапанов, составят:
,
мм;
,
мм.
Диаметры клапанов как для нижнего, так и для верхнего фурменного пояса почти в 2 раза меньше ширины соответствующих фурменных поясов, и установка клапанов не вызовет затруднений.
Исходя из необходимого количества воздуха, поступающего в вагранку, по данному расчету м3/ч, выбираем воздуходувку типа В8/8000, обеспечивающую производительность 8000 м3/ч и давление 8000 ПА или 800 мм вод. ст., или 0.08 кгс/см2.
Определим массу груза, включая массу колпаков клапанов на соответствующих фурменных поясах в закрытом состоянии, исходя из максимального давления, развиваемого воздуходувкой:
,
кг;
,
кг.
По условиям техники безопасности и охраны труда, масса одного груза не превышает допустимые значения (10-30 кг).
11. Размеры огнеупорной кладки
Размеры огнеупорной кладки шахты вагранки и подины определяется в основном размерами огнеупорных кирпичей, порядком их расположения при кладке и количеством рядов. Для приближенных расчетов принимается толщина подины над подовой плитой в пределах 250-400 мм (в зависимости от производительности вагранки), а футеровку шахты производят в 2 слоя кирпичей с общей толщиной, равной двойной ширине огнеупорных изделий по ГОСТ 3272-71 или на одну ширину и ребро (стандартный размер огнеупорного кирпича 65 х 113 х 230 мм).
Заключение
Использование вторичного дутья позволяет улучшить равномерность распределения дутья по сечению вагранки, приводит к частичному дожиганию CO, образовавшемуся в редукционной зоне. Высота кислородной зоны увеличивается, и средняя температура в ней растёт. Расширение зоны высоких температур и дожигание CO позволяет сократить расход кокса на 10-15% или при неизменном расходе кокса повысить температуру чугуна на 40-50оC или производительность на10-15%.
Библиографический список
1. Мариенбах Л.М. Металлургические основы ваграночного процесса / Л.М. Мариенбах. М - Машиностроение, 1970. - 496 с.
2. Московенко А.М., Прошин Ю.Е. и др. Разработка и создание ваграночного комплекса на базе унифицированных узлов. // Литейное производство, 1990. N5. C. 19. - 21.
3. Вельцов П.Ф., Горфинкель В.М., Юровский Ю.И. Вагранки с модифицированным фурменным поясом и автономными воздушными коллекторами/Реф. сб. N9-80-12. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1980.
4. Крымский Д.М., Дарий А. Т и др. Опыт реконструкции и эксплуатации вагранок со вторичным дутьем. // Литейное производство, 1979. N3.
5. Пронин Б.П., Гладышевский Г.И., Можаева С.Н. Совершенствование технологии ваграночной плавки. // Литейное производство, 1986. N2.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Ознакомление с историей поиска путей усовершенствования переработки высокофосфористых чугунов. Рассмотрение конструкции конвертера донного дутья. Изучение особенностей процесса выплавки стали с донным дутьем. Определение скорости растворения извести.
контрольная работа [164,1 K], добавлен 17.10.2015Вагранка как сложный плавильный агрегат, состоящий из ряда узлов, с механизацией всех трудоемких процессов и автоматическим регулированием основных параметров плавки, ее разновидности и характеристики. Плавка чугуна в коксовой вагранке, принципы и этапы.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 05.12.2013Вагранка как печь для получения чугуна посредствам переплавки металлической шихты с добавлением флюса. Описание технологии плавки, ее основные этапы и правила. Расчет геометрических размеров печи. Составление и анализ материального и теплового баланса.
курсовая работа [374,3 K], добавлен 03.06.2019Расчет материального и теплового баланса процесса коксования. Расчет гидравлического сопротивления отопительной системы и гидростатических подпоров. Определение температуры поверхности участков коксовой печи. Теплоты сгорания чистых компонентов топлива.
курсовая работа [154,4 K], добавлен 25.12.2013Расчет плавильного отделения, технологический процесс выплавки чугуна в печи. Программа формовочного и стержневого отделений. Очистка отливок в галтовочном барабане периодического действия. Контроль процесса литья. Модифицирование серого чугуна.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 01.02.2012Анализ аппаратуры и технологии процесса плавки металла в вагранке. Определение параметров объекта регулирования. Выбор и расчет регуляторов. Оценка САР на устойчивость с помощью частотного критерия Найквиста. Разработка принципиальной электрической схемы.
курсовая работа [597,6 K], добавлен 13.01.2015Расчет окисления СО в СО2 в процессе непрямого восстановления железа и примесей. Определение шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Теплосодержание чугуна по М.А. Павлову. Анализ диссоциации оксидов железа.
контрольная работа [18,1 K], добавлен 06.12.2013Основы процесса ректификации. Физико-химические свойства нефти и составляющих ее фракций. Выбор варианта переработки нефти. Расчет материального баланса и температурного режима установки. Определение теплового баланса вакуумной колонны и теплообменника.
курсовая работа [127,6 K], добавлен 09.03.2012Устройство и рабочий процесс вагранки (плавильная печи шахтного типа). Описание технологии плавки. Материальный и тепловой баланс вагранки. Расчет размеров плавильной печи. Управление работой вагранки в период плавки. Дутье и период окончания плавки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 25.03.2012Исследование особенностей плавки чугуна в вагранках. Изучение схемы устройства вагранки открытого типа с копильником. Усадочные раковины и пористость. Характеристика стадий процесса усадки сплава в форме. Технология изготовления ведущего шкива тепловоза.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 17.02.2014
