Проектирование сталелитейного цеха

Температура плавки самоустанавливается  по результатам обеспечения технологическим  регламентом плавки сложного равновесия (баланса) между энергопотребляющими и энерговыделяющими процессами химической электротермии и поэтому должна непрерывно контролироваться для эффективного управления процессами плавки и мощностью плавильного оборудования.

В настоящее время непрерывный  и бесконтактный контроль температуры  и управление температурой и мощностью  плавильной ванны возможны только в  индукционной плавильной ванне.

При плавлении ферросплавов, как правило, используется комбинированный (или смешанный) нагрев исходных материалов (шихты) с использованием прямого контактного дугового электрического разряда и внутреннего сопротивления шихты (сопротивления самой ванны).

В настоящее время основными  видами плавильного оборудования в  современных литейных производствах  являются индукционные плавильные установки  для черных и цветных металлов и сплавов промышленной и повышенной (средней) частоты тока, дуговые плавильные установки для черных сплавов переменного и постоянного тока и плавильные установки комбинированного (смешанного) нагрева (дугового нагрева и нагрева сопротивлением).

Эффективность выбранного плавильного  оборудования зависит от суммы затрат на производство единицы жидкого  металла или сплава с учетом капитальных  затрат на подготовку основных и вспомогательных  производственных помещений (их фундамента, стен, перекрытий, площадок обслуживания и переходов, всех необходимых коммуникаций, а также подъездных путей и трасс работы грузоподъемного и транспортного оборудования) с учетом энергетических затрат на энергоносители, материальных затрат на шихтовые и вспомогательные материалы (смазочные материалы, гидравлические жидкости, газы и т.п.), стоимости труда рабочего и обслуживающего персонала и прочих производственных расходов, включая расходы по обеспечению промышленной безопасности производства и экологической чистоты литейного производства.

Выбор плавильного оборудования для литейных производств - это большая  и сложная работа, которая может  быть выполнена с привлечением к  ней ученых, инженеров-проектировщиков, инженеров-конструкторов, инженеров-технологов и других высококвалифицированных специалистов литейного производства.

Индукционные плавильные печи.

Плавка черных металлов в  индукционных печах имеет ряд  преимуществ перед плавкой в  дуговых печах, поскольку исключается  такой источник загрязнения, как  электроды. В индукционных печах  тепло выделяется внутри металла, а  расплав интенсивно перемешивается за счет возникающих в нем электродинамических  усилий. Поэтому во всей массе расплава поддерживается требуемая температура  при наименьшем угаре по сравнению  со всеми другими типами электрических  плавильных печей. Индукционные плавильные печи легче выполнить в вакуумном  варианте, чем дуговые.

Однако важнейшее достоинство  индукционных печей, обусловленное  генерацией тепла внутри расплавленного металла, становится недостатком при  использовании их для рафинирующей плавки. Шлаки, имеющие очень малую  электропроводность, нагреваются в  индукционных печах от металла и  получаются со сравнительно низкой температурой, что затрудняет проведение процессов  рафинирования металла. Это обусловливает  использование индукционных плавильных печей преимущественно в литейных цехах. Кроме того, высокая стоимость  высокочастотных питающих преобразователей сдерживает применение высокочастотных  плавильных печей.

Конструкция и схема питания  индукционной печи существенно зависят  от наличия или отсутствия железного  сердечника. Поэтому индукционные печи рассматриваются далее в соответствии с этим признаком.

В индукционной плавильной печи главной частью является индуктор, выполняемый обычно из медной трубки и охлаждаемый протекающей по ней водой. Витки индуктора располагают  в один ряд. Медная трубка может быть круглого, овального или прямоугольного сечения. Зазор между витками  составляет 2-4 мм. Число витков индуктора зависит от напряжения, частоты тока и емкости печи. Витки закрепляют на изоляционных стойках, с помощью которых индуктор устанавливают в каркасе печи. Каркас печи должен обеспечивать достаточную жесткость конструкции; чтобы не нагревались вались его металлические части, они не должны образовывать электрически замкнутого контура вокруг индуктора.

Для выпуска металла из печи предусматривается возможность  наклона печи, что осуществляется с помощью тельфера на малых печах  или при помощи гидравлических цилиндров  на крупных.

На средних и крупных  индукционных плавильных печах тигель закрывается крышкой (сводом), выполняемой обычно набивной из того же огнеупорного материала, что и тигель. Для подъема и отвода крышки в сторону применяют простые рычажные механизмы или гидравлические цилиндры.

ВНИИЭТО разработаны индукционные печи серии ИСТ для плавки стали, работающие на токе повышенной частоты. Емкость печей, работающих на токе частотой 2400 Гц (обеспечиваемой машинными генераторами), составляет 60, 160, 250 и 400 кг при потребляемой мощности соответственно 50, 100, 250 и 237 кВт. Печь емкостью 1 т, питаемая током частотой 1000 Гц, потребляет мощность 470 кВт. Крупные печи емкостью 2,5; 6 и 10 т потребляют мощность соответственно 1500, 1977 и 2730 кВт и питаются током частотой 500 Гц либо от машинных генераторов, либо от полупроводниковых (тиристорных) преобразователей. Продолжительность плавки в печах серии ИСТ., колеблется от 50 мин (печь емкостью 60 кг) до 2 ч (печь емкостью 10 т).

Таким образом, диапазон производительностей  всей этой серии печей весьма широк: от 70 кг/ч до 5 т/ч. Удельный расход электроэнергии на расплавление твердой завалки  составляет в среднем 3600 кДж/кг (1,00 кВт-ч/кг) для малых печей и снижается до 2300 кДж/кг (0,64 кВт-ч/кг) для крупных печей.

Для плавки стали специально разработаны крупные индукционные печи без сердечника серии ИЧТ, работающие на токе промышленной частоты (50 Гц). Печь ИЧТ-2,5 имеет емкость 2,5 т при потребляемой мощности 718 кВт и производительности 11 т/ч; печь ИЧТ-6 имеет емкость 6 т при потребляемой мощности 1238 кВт и производительности 2,7 т/ч. Удельный расход электроэнергии составляет в обеих печах 2160 кДж/кг (0,6 кВт-ч/кг).

В схемы питания всех этих печей включены конденсаторные батареи  с целью повышения cos φ. Отсутствие дорогостоящих преобразователей значительно снижает стоимость печей, работающих на токе промышленной частоты.

Потери тепла за плавку составляют на индукционных печах такого типа примерно 20-25%, а потери в токопроводах, конденсаторных батареях и преобразователях частоты достигают 30%. Поэтому общий  к. п. д. индукционных плавильных установок (особенно печей небольшой емкости), работающих на токе высокой частоты, невысок и составляет примерно 0,4, возрастая с увеличением емкости печей до 0,6. Показатели работы крупных индукционных печей, работающих на токе промышленной частоты, выше и их общий к. п. д. достигает 0,8.

Улучшение показателей работы индукционных плавильных установок  достигается правильной подготовкой  шихты и ее рациональной загрузкой, снижением потерь тепла из печи и  уменьшением времени простоев на ремонт футеровки, а также максимально  возможным использованием мощности преобразователя частоты. Для этой цели обычно используют один общий  преобразователь для питания  двух печей.

 

3.1 Расчет производственной мощности плавильного отделения

3.1.1 Расчет количества печей, ШТ

 

Таблица баланса металла.

 

Таблица 3.1

 

Необходимое количество плавильных агрегатов определяется по формуле:

 

N_расч =К_н В_г /Ф_д q_расч

 

N_расч - расчетное количество плавильных печей,

В_г - годовое количество жидкого металла по участку тон

К_н -коэффициент неравномерности потребления жидкого металла, равный 1-1,2 для крупносерийного и массового производства

Ф_д - действительный фонд времени работы оборудования, ч/год

q_расч - производительность плавильного оборудования, т/ч

Ф_д выбираем исходя из типа оборудования (индукционная печь) и количества смен работы (2 смены) - Ф_д = 3890 ч/год. Выбор количества смен зависит от характера производства, а последний в свою очередь определяется серийностью производства. Характер производства-паралельный производство крупносерийное. Устанавливается 2-х сменный режим работы.

роизводительность плавильного  агрегата 2,5 т/ч.

 

N_расч=1,1*22662.2/3890*2,5=24928.4/9725=2,56

 

Принятое количество плавильных агрегатов N_пр получаем путем увеличения

N_расч до значения целого числа. Для проекта берем 3 печи.

Правильность выбора количества плавильных печей определяется путем  расчета коэффициента загрузки.

 

К_з =N_расч /N_пр

К_з=2,56/3=0,85

 

Где К_з -коэффициент загрузки плавильного оборудования,N_расч-расчетное количество оборудования,N_пр-принятое количество оборудования.

Нормальная работа плавильного  отделения обеспечивается при

 

К_з=0,7-0,85

 

Для расчетов использовал  лит.1таб.9; 12 и лит.2

ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ ТИПА ИСТ-2,5/1,6М4 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Электропечь индукционная плавильная тигельная типа ИСТ-2,5/1,6М4 ёмкостью 2,5т. предназначена для индукционной плавки и перегрева черных, цветных  и драгоценных металлов токами средней  частоты.

Электропечь ИСТ-2,5/1,6М4 может  быть использована в литейных производствах  промышленных предприятии всех отраслей народного хозяйства и для поставок на экспорт, в страны с умеренным и тропическим климатом.

Наиболее рациональный режим работы - трехсменный.

Электропечь изготавливается  в климатическом исполнении УХЛ4 по ГОСТ 15150-69 и предназначена для  работы в следующих условиях:

закрытое помещение;

высота над уровнем  моря - не более 1000 м;

температура окружающей среды - от + 5 до + 40 С;

относительная влажность  окружающей среды при температуре +20°С - до 90% и при +40°С - до 50%;

окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов  и примесей, разрушающих изоляцию и металлы;

температура охлаждающей  воды от + 5 С до + 25 С;

отсутствие в охлаждаемой  воде примесей, образующих осадок;

температура охлаждающей  воды не должна быть ниже температуры  окружающего воздуха в помещении  более, чем на 15 С (во избежание появления росы);

пары и пыль в концентрациях, не превышающих указанных в ГОСТ 2.1 005-88;

вибрация и удары в  месте установки электропечи  должны отсутствовать.

По технике безопасности установки индукционные плавильные соответствуют требованиям ГОСТ 12.2 003-74 (RUS) и 12.3 002-75 (RUS).

По пожарной безопасности установки индукционные плавильные соответствуют требованиям ГОСТ 12.1 004-76 (RUS).

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

В период выполнения заказа подготовит и передаст эксплуатационную документацию и инструкции:

Эксплуатационная документация:

эксплуатационные инструкции и описание функций оборудования;

инструкции по набивке  и ремонту футеровки печи;

монтажные схемы, перечень оборудования, перечень кабелей.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные параметры и  характеристики, необходимые для  изучения и правильной эксплуатации изделия и его составных частей приведены (таблице 3.2).

 

Таблица 3.2