Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра литейного производства и упрочняющих технологий

Расчет вагранки со вторичным дутьем

Курсовая работа

Руководитель С.В. Брусницын

канд. техн. наук, доцент

Студент гр. Е.С. Иванцова

Екатеринбург 2015



Содержание

горн вагранка колоша коксовый

Задание на курсовую работу

Введение

Величины, используемые при расчетах

Расчет размеров фурменных поясов

Расчет воздухоподводящей системы (воздуховодов)

Расчет горна

Расчет холостой коксовой колоши

Расчёт рабочей коксовой колоши

Расчёт металлической колоши

Расчет полезной высоты вагранки и количества металлических и топливных рабочих колош

Расчёт массы загружаемых материалов

Расчёт необходимого давления воздуходувок

Расчёт предохранительных клапанов

Размеры огнеупорной кладки

Заключение

Библиографический список



Задание на курсовую работу

Производительность вагранки	5 т/ч.
Удельный расход дутья	120 м3/(м2·мин).
Внутренний диаметр вагранки	900 мм.
Распределение дутья между нижним и верхним рядами фурм	60% х 40%
Высота фурменного пояса	600 мм.
Толщина футеровки	295мм.
Толщина стенки корпуса вагранки	12 мм.
Толщина стенки фурменного пояса	4 мм.
Зазор между кожухом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса верхнего ряда фурм	150 мм.



Введение

Для обеспечения стабильного процесса выплавки чугуна в вагранке на базе нормализации дутьевого режима рекомендуется использовать вагранки со вторичным дутьем. Такие вагранки обеспечивают повышение температуры чугуна на выпуске на 30-50°С без увеличения расхода кокса или снижение расхода кокса на 10-20% без повышения температуры чугуна на выпуске, а также быстрый вывод на устойчивый температурный режим с повышением производительности, снижение в 2-4 раза выбросов СО в атмосферу (улучшение экологической обстановки).

Преимущества вагранок со вторичным дутьем обеспечиваются за счет принудительной подачи дутья в каждый ряд фурм из отдельного фурменного пояса с распределением количества воздуха между нижним и верхним рядами фурм в соотношении 60:40 или 50:50 %.

Основное количество теплоты, необходимое для нагрева, расплавления и перегрева металлической шихты, в коксовых вагранках выделяется за счет реакций окисления (горения) углерода кокса и дожигания угарного газа. Доля теплоты за счет этих реакций составляет 85-95% от общего количества теплоты, остальное количество теплоты выделяется при окислении серы кокса, угара кремния, марганца и железа.

Ниже приводится расчет количества дутья, конструктивных параметров и решений воздухоподводящей системы (тип воздуходувок, воздуховоды, фурменные пояса, фурмы, предохранительные клапаны) вагранки со вторичным дутьем производительностью 5 т/ч.



Значения, используемые при расчетах

р - постоянная, равная 3,14;

D_в - внутренний диаметр вагранки, м;

F_в - площадь вагранки, м²;

q_уд - удельный расход воздуха, м³/м²•мин;

Q_возд - необходимое количество воздуха, м³/ч;

V₂ - скорость воздуха в фурменном поясе, м/с;

УF_ф.п. - площадь сечения фурменного пояса, м²;

УF_ф.п.н. - площадь нижнего фурменного пояса, м²;

УF_ф.п.в. - площадь верхнего фурменного пояса, м²;

Н_ф.п. - высота фурменного пояса, м;

В_ф.п.н. - ширина фурменного пояса для нижнего ряда фурм, м;

В_ф.п.в. - ширина фурменного пояса для верхнего ряда фурм, м;

D_к - наружный диаметр корпуса вагранки, м;

д_фут - толщина футеровки, м;

д_ст.к. - толщина стенки корпуса вагранки, м;

D₁ - внутренний диаметр фурменного пояса для фурм верхнего ряда, м;

д_заз - зазор между корпусом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса для верхних фурм, м;

D₂ - диаметр перегородки, разделяющей фурменные пояса для фурм верхнего и нижнего рядов, м;

д_ст.ф.п - толщина стенок фурменных поясов, м;

D₃ - наружный диаметр фурменного пояса для нижнего ряда фурм, м;

R_вн.ф.в R_нар.ф.в, R_вн.ф.н, R_{нар.ф.н.} - радиусы, образующие внутренние и наружные поверхности фурменных поясов для фурм нижнего и верхнего рядов, м;

W_ф.п.в., W_ф.п.н. - объемы фурменных поясов для фурм верхнего и нижнего рядов, м³.

V₁ - скорость воздуха в общем воздуховоде, м/с;

F_{общ.возд.} - площадь сечения общего воздуховода, м²;

d_{общ.возд.} - внутренний диаметр общего воздуховода, м;

Q_{возд.н.ф.}, Q_{возд.в.ф.} - расход воздуха через все фурмы нижнего и верхнего рядов, м³/с;

F_{возд.н.ф.}, F_{возд.в.ф.} - площадь сечения воздуховодов для нижнего и верхнего ряда фурм, м²;

N - количество фурм в каждом ряду;

f_{возд.ф.н.р.}, f_{возд.ф.в.р.} - площади воздуховодов для каждой фурмы нижнего и верхнего рядов, м².

Q_в - производительность вагранки;

n - число выпусков чугуна из вагранки;

h_г - высота горна, м;

W_г - объем горна на 1 т жидкого чугуна с учетом нахождения в нем кокса;

W_г.факт. - фактический объем горна, м³.

h_ф - расстояние между рядами фурм по осям, м;

h_в - высота кокса холостой колоши над верхним рядом фурм, м;

h_х.к. - общая высота холостой коксовой колоши, м;

W_х.к. - объем холостой коксовой колоши, м³;

m_х.к. - масса кокса в холостой колоше, кг;

г_к - объемная плотность кокса, кг/м³.

h_р.к. - высота рабочей колоши, м;

W_р.к. - объем рабочей колоши, м³;

m_р.к. - масса кокса в рабочей колоше, кг.

m_м.к. - -масса металлической колоши, кг;

W_м.к. - объем металлической колоши, м³;

г_м.к. - объемная плотность металлической шихты, кг/м³.

h_пол - полезная высота вагранки, м;

Н_в - общая высота шахты вагранки, м;

W_в - общий объем шахты вагранки, м³;

W_р.к., W_м.к., W_фл - объемы рабочих колош кокса, металлической шихты и флюса, м³;

n - количество металлических и топливных колош, вмещающихся в шахту вагранки.

Уm_р.к. - масса рабочих колош, вмещающихся в шахту, кг;

Уm_м.к. - масса металлической шихты, кг;

Уm_фл. - масса флюса, кг;

Уm - суммарная масса шихтовых материалов, кг.

ДР - необходимое давление в фурмах, мм.вод.ст.;

V_воз. - средняя скорость воздуха в вагранке, м/мин;

А - эмпирический коэффициент, равный 100 при нормальной шихте по размерам кусков.

УF_кл.н.ф., УF_кл.в.ф. - общая площадь клапанов фурменного пояса нижнего и верхнего рядов фурм, м²;

f_кл.н.ф., f_кл.в.ф - площадь одного клапана для фурменных поясов нижних и верхних фурм, м²;

d_кл.н.ф., d_кл.в.ф., - диаметры клапанов в свету, м;

G_кл.н.ф., G_кл.в.ф. - масса груза, кг.

Расчет размеров фурменных поясов

FB =

FB = = 0,636 м²

Удельный расход воздуха q_уд равен 120м³/(м²-мин)

Q_возд =

Q_возд == 4579 м³/ч.

Из табл. 1, строка 6 принимаем скорость воздуха в фурменном поясе V₂ = 4 м/с.

? F_ф.п. =

? F_ф.п == 0,318 м².

По заданию распределение дутья между нижним и верхним рядами фурм равно, 60:40 тогда

F_ф.п.н =

F_ф.п.н == 0,191 м²,

F_ф.п.в. =

F_ф.п.в. == 0,127 м².

Н_ф.п. = 600 мм = 0,6 м.

В_ф.п.н. =

В_ф.п.н. = = 0,318 м = 318 мм,

В_ф.п.в. =

В_ф.п.в. == 0,212 м = 212 мм.

Из табл.1, строка 4 принимаем расстояние между рядами фурм (по оси) равным 700 мм = 0,7 м.

Примем толщину огнеупорной футеровки равной 295 мм (по размерам шамотного кирпича 65x113x230 мм). Примем толщину корпуса вагранки равной 12 мм (толщина листовой стали), а зазор между корпусом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса для верхних фурм примем равным 150 мм (для удобства монтажа), толщину стенок фурменных поясов принимаем равной 8_ст.ф.п. = 4 мм (листовая сталь).

D_к = D_в + 2д_фут + 2д_ст.к

D_к = = 1514 мм = 1,514 м.

D₁ = D_к + 2д_заз.

D₁= = 1814 мм = 1,814 м.

D₂ = D₁ + 4д_ст.ф.п. + 2В_ф.п.в.

D₂ = = 2254 мм=2,254 м.

D₃ = D₂ + 2д_ст.ф.п. + 2В_ф.п.н.

D₃ = = 2898 мм=2,898 м.

мм = 0,911 м

мм = 1,123 м

мм = 1,127 м

мм = 1,445 м

м³

м³



Расчет воздухоподводящей системы (воздуховодов)

Для расчета принимаем расход воздуха, поступающего в вагранку, равным 4579 м³/ч. Исходя из требований табл.1, строка 6, принимаем скорость воздуха в общем воздуховоде равной 10 м/с (V₁).

м²

Тогда внутренний диаметр общего воздуховода составит:

м = 402 мм

Из сортамента стандартных труб по ГОСТ 10704-76, ГОСТ 8731-78 или ГОСТ 8732-78 выбираем ближайшую по размерам трубу, в данном случае трубу с наружным диаметром 402 мм и толщиной стенки 9 мм, у которой внутренний диаметр равен 402-2*9=384 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

Из табл. 1, строка 6 выбираем максимально допустимую скорость воздуха в воздуховодах для нижнего и верхнего фурменных поясов V₁ равной 15 м/с, т.е. для участка воздуховодов от «развилки» до соответствующих фурменных поясов. Тогда аналогично расчету размеров общего воздуховода определим размеры для нижнего и верхнего рядов фурм:

м² ; мм

м² ; мм

Тогда внутренний диаметр воздуховодов для нижнего и верхнего рядов фурм составит 254 и 208. Из сортамента стандартных труб по ГОСТам находим ближайшие по размерам трубы: для воздуховода верхнего и нижнего фурменного пояса выбираем трубу с наружным диаметром 273 мм и толщиной стенки 9 мм, ее внутренний диаметр равен 273-2*9=255 мм. Аналогично для верхнего фурменного пояса, наружный диаметр 219 мм и толщиной стенки 9 мм, ее внутрений диаметр составит 201 мм.

Из табл. 1, строка 3 принимаем количество фурм в каждом ряду равным 6. Фурмы верхнего ряда размещаются в горизонтальном сечении посредине между фурмами нижнего ряда в шахматном порядке. Расстояние между рядами фурм по их осям принимаем равным 700 мм-900 мм (см. табл.1, строка 4).

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 ; мм,

м² ; мм,

Диаметры равны для нижнего и для верхнего ряда фурм равны 105 мм и 89 мм. Из сортамента стандартных труб по ГОСТам выбираем для фурм нижнего и верхнего ряда выбираем трубу с наружным диаметром 114 мм и толщиной стенки 4 мм с внутренним диаметром 106 мм. А для фурм верхнего ряда трубу с наружным диаметром 102 мм и толщиной стенки 4 мм т.е. вн.Диаметром 94 мм.

Расчет горна

Площадь шахты вагранки составляет

F_B =

FB = = 0,636 м².

Исходя из требований заказчика, принимаем максимальную массу отливки т.

Тогда число выпусков чугуна из вагранки производительностью Q=5т/ч составит выпусков в час.

Обычно принимается W_г = 0,33 м³/т;

0,12 - расстояние между верхним уровнем металла в горне и осью нижнего ряда фурм, м.

Отсюда м=0,7м. При применении двойного (вторичного) дутья производительность вагранок выше, чем у обычных, следовательно принимаем м = 900 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 15°.

Расчет холостой коксовой колоши

Исходя из опыта эксплуатации вагранок с двухрядным фурменным поясом и вторичным дутьем, принимаем расстояние между рядами фурм по их осям h_ф= 0,7 м =700 мм, а высоту кокса холостой колоши над верхним рядом фурм h_в = 0,4 м = 400 мм.

h_х.к. = h_г+ h_ф + h_в

h_х.к. = 0,9+0,7+0,4 = 2,0 м = 2000 мм

м³

= 450 кг/м³.

кг,

Расчет рабочей коксовой колоши

Исходя из опыта работы вагранок, обычно принимают высоту рабочей колоши кокса h_р.к. = 0,15-0,2 м. Для расчета принимаем высоту, равную 0,2 м.

м³,

кг.

Расчет металлической колоши

Из практики известно, что масса металлической колоши обычно составляет 8-10% от часовой производительности вагранки, т.е. для вагранки производительностью 5 т/ч (3000 кг/ч).

кг.

Для расчета принимаем максимальную массу m_м.к.=500кг



г_м.к. = 2500кг/м³.

м³

Расчет полезной высоты вагранки и количества металлических и топливных рабочих колош

Определим полезную высоту вагранки по формуле:

h_полн ⁼ (3,5…6)* D_в;

h_полн = 3,6м.

Обычно полезная высота вагранок находится в рекомендуемых пределах(табл.2). Однако условия каждого конкретного цеха при модернизации вагранок, т.е. в условиях существующих строительных конструкций здания цеха, могут внести свои коррективы. Примем в нашем случае h_полн = 3600 мм, помня, что полезная высота вагранки определяется как расстояние от оси нижнего ряда фурм до нижнего среза завалочного окна.

м.

м³.

Обычно m_ф.л. составляет от 3 до 5% от массы металлической колоши или

m_фл. = (0,03...0,05) • W_м.к. • г_м.к. = (0,03...0,05) • 0,2 • 2500 = 15-25 кг, а

0,011 м³

C учетом полученного значения W_фл. рассчитываем n

Расчет массы загружаемых материалов

кг,

кг,

кг,

кг.



Расчет необходимого давления воздуходувок

Для вагранки производительностью 5 т/ч имеем (при принятой h_пол=3,6м)

мм вод. ст.

Выбрана по требуемому расходу воздуха воздуходувка В2М 10/1250.

Расчет предохранительных клапанов

Исходя из «Правил безопасности в газоходах», площадь предохранительных клапанов (м²) должна составлять 0,05 на 1 м³ объема камеры.

м²,

м².

Примем минимальное число клапанов на каждом фурменном поясе равным 4.

м² и = 0.041/4 = 0.01м².

мм,

= мм.

Исходя из необходимого количества воздуха, поступающего в вагранку, по данному расчету Qвозд = 4579м3/ч, из табл.3 с учетом необходимого запаса по расходу воздуха выбираем воздуходувку типа В2М 10/1250, обеспечивающую производительность 10000 м3/ч и давление 12500 Па или 1250 мм вод. Ст

кг,

= кг.

Размеры огнеупорной кладки

Размеры огнеупорной кладки шахты вагранки и подины определяются 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

Проведя расчет вагранки со вторичным дутьем производительностью 5 т/ч получили следующие основные параметры:

n - количество металлических и топливных колош, вмещающихся в шахту вагранки.

Необходимое количество воздуха Q_возд=4579 м³/ч

Ширина фурменного пояса для нижнего ряда фурм В_ф.п.н=0,318 м

Ширина фурменного пояса для верхнего ряда фурм В_ф.п.в.=0,212 м

Наружный диаметр корпуса вагранки D_к=1514 м

Высота фурменного пояса Н_ф.п.=0,6 м

Количество фурм в каждом ряду N =4

Полезная высота вагранки h_пол =3.6 м

Суммарная масса шихтовых материалов Уm =4622,5 кг

Необходимое давление в фурмах ДР =550,8 мм.вод.ст.

Масса кокса в рабочей колоше m_р.к. =58,5 кг

Масса металлической колоши m_м.к.=500 кг

Масса кокса в холостой колоше m_х.к.=573 кг

Высота горна h_г =0,7 м

Диаметры клапанов в свету d_кл.н.ф. =0,15 м, d_кл.в.ф =0,013 м



Библиографический список

1. Поль В.Б., Брусницын С.В. Основы конструирования и расчета вагранок со вторичным дутьем. Методические указания к курсовой работе по курсу “Производство литейных расплавов на основе железа”. Екатеринбург: ГОУ ВПО “УГТУ - УПИ”, 2005. 15 с.

2. Конспект лекций из курса «Технологические основы и оборудования для плавки литейных цехов».

Размещено на Allbest.ru