Министерство  Образования и Науки Республики Казахстан

Карагандинский  Государственный Технический Университет 
 

                                                           Кафедра: ММ и Н

                                                             
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Печи  литейных цехов»

на  тему «Газовая вагранка» 
 
 
 
 
 

                                              Руководитель: Шарый В.И.                                                                                                                          

                                                               Студент: гр. МФ -07-3

                                                               Воеводина Е.В.

                         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Караганда 2010г.

Содержание.

 

1.Введение……………………………………………………………….4

 

2.Описание работы  теплового агрегата……………………………..5

 

3.Описание и обоснование  выбора конструкции теплового  агрегата……………………………………………………………………9

 

4.Расчет размеров  вагранки………………………………………….10

 

5.Расчет шихты.  Материальный баланс плавки………………….11

 

6.Тепловой баланс  вагранки…………………………………………15

 

7.Описание и обоснование  выбора конструкции разрабатываемого  узла или части тела……………………………17

 

8.Список использованной  литературы……………………………..18

 

9.Приложения…………………………………………………………..19

 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение

 

    В литейных цехах машиностроительных заводов  широко применяют печное оборудование. В плавильных отделениях используют дуговые, электрические и высокочастотные  печи и вагранки. В формовочных  и стержневых отделениях устанавливают  суммы различных конструкции.

    Часто отливки подвергают отжигу в термических печах. Следует отметить, что конструкции большинства печей сравнительно простые, однако процессы, протекающие в них чрезвычайно сложны.

    При огромном разнообразии промышленных печей общим  для всех них являются процессы превращения  какого-либо вида энергии в тепловую передачу теплоты нагреваемому материалу.

    При выполнении курсового проекта нужно показать теоретическую подготовку, позволяющую  понимать сущность процессов, которые  происходят в печах, знать их устройство и уметь применять полученные знания.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Описание  работы теплового  агрегата

 

    Газовая вагранка представляет собой шахтную  печь с копельником. В шахте вагранки выложены два уступа, нижний для поддержания столба шахты и верхний для предотвращения проваливания шахты в нижнюю часть шахты. В верхней зоне производятся расплавления шахты, а в нижней, называемой зоной перегрева происходит перегрев металла. Оба уступа имеют водяное охлаждение. В нижней части камеры перегрева, на её подине выполняется углубление, которое во время плавки заполняется жидким металлом. В результате чего образуется бассейн.

    В футеровке  над бассейном равномерно по периметру  шахты располагается большое  количество туннелей для сжигания газа. Туннели представляют собой огнеупорные  трубки, которые надеваются на горелочные сопла. Сопла жестко крепятся к кожуху и располагаются в один или  два ряда количество сопел выбирается из условия обеспечения необходимой  производительности к соплам подается газовоздушная смесь, приготавливаемая в смесителях горелочной системы  выше горелочных туннелей в камере перегрева расположены сопла  с туннелями, подводящие газы для  подсвечивания продуктов сгорания сажистым углеродом, образующимся в  результате термического разложения газа, что необходимо так же для уменьшения окисления элементов металла  продуктами сгорания.

    Пуск  газовой вагранки начинается с проверки исправности и работоспособности  всего оборудования, т.е. воздуходувки, горелки, газопроводов и воздухопроводов, регулирующей и запорной арматуры, наличие воды для водяного охлаждения и напряжения на всех приборах автоматики; особое внимание следует обратить на состояние газовых кранов, все  краны должны быть закрыты, кроме  крана продувочного газопровода  нужно так же закрыть шибер  воздуходувки и открыть завалочные отверстия шахты. Убедившись в исправности можно приступать к разжиму вагранки.

    Система автоматики перед началом разжима  должна быть выключена, регулирующие заслонки полностью закрыты. Управление пуском и ходом плавки осуществляется при  помощи системы кранов и задвижки на газовой сети и системы шиберов  на воздушной сети.

    Пуск  вагранки осуществляется без участия  системы автоматики, т.к. автоматическое регулирование на малых расходах неустойчиво.

    Розжиг  производят в следующем порядке: открывают подачу воды в трубы  водяного охлаждения, осматривают систему  охлаждения и убеждаются в отсутствии течи, подготавливают факел промасленной ветоши для разжима, по манометрам убеждаются в наличии газы открывают клапан блокировки газа с воздухом в течении 2-3 минут продувают газопровод, а  потом закрывают кран на свечу, включают воздуходувку, открывают шибер и  в течении 2-3 минут продувают шахту  во избежание скопления газа. Проверяют  отсутствие утечки газа.

    После этого отвинтить и снять крышку с глазка для разжима горелки  ввести в отверстие зажжённый  факел и подвести его к запольному устройству медленно открыть кран подачи газа в запальник. После того как  факел загорелся, можно вынуть факел. После 3-6 минут горения запальника медленно прибавлять подачу газа и  закрыть глазок горелки крышкой. После устойчивого разжима запальника следует включить воздуходувки и  немного открыть шибер подачи воздуха в воздухопровод и  кран подачи воздуха в запальники, затем открыть кран подачи газа в  горелку.

    При стабильном горении                        подачей газа и воздуха разогревать  вагранку в течение 15-20 минут, пока кладка камеры перегрева не накалиться до красно-белого цвета, затем, постепенно прибавляя газ и воздух довести  их подачу до требуемой величины.

    При наличии  нескольких горелок после разжима  одной приступить к разжиму следующих  в таком же порядке. Затем необходимо привести в рабочее положение  клапаны блокировки газа с воздухом и перейти на автоматическое регулирование.

    Весь  разогрев вагранки производится в течение 30-40 минут, после чего начинают завалку (горения) вагранки, горение газа, проходя  между уступами в шахту, плавят металл, который в виде капель и струек стекает с подины нижнего уступа в бассейн.

    Бассейн на подине камеры перегрева заполняется  металлом. Шлак так же попадает в  бассейн, но непрерывно уходит в копильник. Капли и струйка металла, падая  в виде «дождя» уступа в бассейн  разбрызгивают находящийся там  металл на «кипящую» поверхность  металла направлено большое количество факелов. Создающих над поверхностью бассейна сплошной слой горячих газов, что обеспечивает хороший перегрев металла. Перегретый металл из бассейна непрерывно «пуста» поступает в  копильник. Остановка газовой вагранки производится через час после  окончания загрузки с целью обеспечения  расплавления оставшейся шихты.

    Газовая вагранка должна быть немедленно остановлено: при внезапном и полном прекращении  подачи газа при падении давления ниже 0,2 атм. и подъеме выше 0,8 атм. При выходе из строя воздуходувки, воздухопровода, газопровода, погасании  горелок, при прекращении подачи воды.

 
 
 
 
 
 
 

3.Описание  и обоснование  выбора

                        конструкции теплового  агрегата

 

    В качестве топлива в газовой вагранке используют природный газ. При сравнении  себе стоимости жидкого чугуна при  выплавке в коксовой и газовой  вагранке видно, что экономия достигается  за счет снижения затрат на топливо (более  чем в 4 раза) и шихту.

    Использование природного газа редко снижает вредные  выбросы (до 25мг/м³ пыли и 0,01% СО) и содержание серы в чугуне до 0,02-0,05 %, отпадает необходимость в устройствах для дозирования, транспортировки и загрузки кокса. Вместе с тем затрудняется науглероживание чугуна повышение его температуры и уменьшается стойкость футеровки.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Расчет размеров  вагранки

 

1. Диаметр вагранки  в свету:

 м

 

2. Полезная высота  вагранки:

 

 м

 

3. Общая высота  вагранки без трубы:

 

 м

 

4. Диаметр металлической  летки:

 

м

 

Диаметр шлаковой летки принимаем равным 50 мм.

5. Сечение вагранки  в свету:

 

 м

 

6. Суммарное  сечение фурм:

 

 м²

 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет шихты

C = 3.6 кг

Si = 2.4 кг

Mn = 0.6 кг

P = 0.3 кг

S = 0.15 кг

Fe = 92.95 кг

Химический состав газа:

СН₄ = 97,8

С₂Н₆ = 0,5

С₃Н₈ = 0,2

С₄Н₁₀ = 0,15

СО₂ = 0,05

N₂ = 1,3

Угары при плавке:

15 % = Si

20 % = Mn

0,5 % = Fe

G = 6т/м³·ч

 
 
 
 

 Материальный баланс

Статьи прихода:

      1. Шихта. Количество металлической  шихты принимаем равным 100 кг. В процессе плавки весь углерод, сера, фосфор  полностью перейдут в выплавляемый металл. Часть кремния кг перейдет в шлак, а

2,4-0,36=2,04 кг в  металл. Марганец переходит в  шлак  кг, в металл

0,6-0,12=0,48 кг. Железо  переходит в шлак  кг, в металл

92,95-0,46=92,49 кг. Количество  кислорода необходимое для окисления: 

кремния

марганца

кг

железа

кг

      2. Газ. Расход газа примем равным 3 куб м. Количество кислорода,  необходимое для сжигания метана  по реакции

 

кг

 

Количество образовавшегося  оксида углерода

 

кг

 

Количество кислорода, необходимое для сжигания этана  по реакции

 

кг

Количество образовавшегося  оксида углерода

 

кг

 
 

Количество кислорода, необходимое для сжигания пропана  по реакции

 

кг

Количество образовавшегося  оксида углерода

 

кг

 

Количество кислорода, необходимое для сжигания бутана по реакции

 

кг

 

Количество образовавшегося  оксида углерода

 

кг

 

      3. Известняк. Принимаем расход известняка  равным 3% массы шихты, т.е. 3 кг. При нагреве известняк разлагается по реакции

 

 

Из 3 кг известняка образуется 1,68 кг СаО – переходит в шлак, и 1,32 кг - в ваграночные газы.

      4. Расход дутьевого воздуха. 

 

кг

 

      5. Разгар футеровки ~1 кг на 100 кг шихты.

      6. Итого статьи прихода

 

 кг

 
 

Статьи расхода:

1. Выплавляемый металл. На 100 кг шихты 99,5 кг металла.
2. Ваграночные газы 115,9 кг.
3. Шлак 3,58 кг.
4. Итого статьи расхода

 кг.

 
 

 

                                                                                                                                                                 Всего газов 1983,4 

6. Тепловой баланс  вагранки

Статьи прихода:

1. Теплота сгорания природного газа

 кДж.

      2. Теплота, вносимая воздухом

 кДж.

      3. Теплота, выделяемая при окислении  кремния

 кДж

      4. Теплота, выделяемая при окислении  марганца

 кДж

      5. Теплота, выделяемая при окислении  железа

 кДж

      6. Теплота, выделяемая при шлакообразовании

 кДж

      Итого статей  прихода

 кДж

Статьи расхода:

      1. Расход теплоты на расплавление  и перегрев металла, кДж

      2. Расход теплоты на расплавление  и перегрев шлака, кДж

      3. Расход теплоты на разложение  известняка, кДж

      4. Физическая теплота ваграночных  газов.

Объемный состав

Удельная теплоемкость ваграночных газов

Тогда

кДж

      5. Расход теплоты с охлаждающей  водой. Расход воды 250 л на 100 кг шихты. Температура воды до вагранки 10 ºС после 30 ºС.

 кДж

      6. Аккумуляция теплоты кладкой  и пр.

Коэффициент полезного  действия.

Коэффициент использования  топлива

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7. Описание и обоснование  выбора конструкции  разрабатываемого  узла или части  печи.

Газовая горелка.

        Горелки, применяемые в печах,  можно подразделить на горелки  внешнего и внутреннего смешения. В горелках внешнего смешения  газ с воздухом перемешивается  вне горелки – в горелочном  туннеле и в рабочем пространстве  печи. Для горелок этого типа  характерно наличие длинного  факела.

        Горелки внешнего смешения имеют  широкий предел регулирования  газа и воздуха (10 – 10000 Па ). Даже при очень малых скоростях  истечения газа и воздуха из  горелки нет опасности перебрасывания  пламени внутрь горелки, так  как в горелке отсутствует  приготовленная газовоздушная смесь,  способная воспламенится.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Список использованных  источников

1. Долотов Г.П., Кондаков  Е.А. 

    «Печи  и сушила литейного производства»

    М. : Машиностроение  – 1984.

2. Долотов Г.П., Кондаков  Е.А.

    «Конструкции  и расчет заводских печей и  сушил»

    М. : Машиностроение  – 1973.

3. Благонравов В.М. ,

«Печи в литейном производстве»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ПРИЛОЖЕНИЯ