Расчет вагранки производительностью 10 т/ч

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ               3

1.ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ВАГРАНОК СО

ВТОРИЧНЫМ ДУТЬЕМ             4

1.1 Расчет размеров фурменных поясов         4

1.2 Расчет предохранительных клапанов          6

1.3 Расчет воздухоподводящей системы (воздуховодов)       8

1.4 Расчет горна              10

1.5 Расчет холостой коксовой колоши          11

1.6 Расчет рабочей коксовой колоши          12

1.7 Расчет металлической колоши           12

1.8 Расчет полезной высоты вагранки и количества

металлических и топливных колош           13

1.9 Расчет массы загружаемых материалов         14

1.10 Расчет необходимого давления воздуходувок        14

1.11 Расчет размеров огнеупорной кладки         16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ               17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК           18  

ВВЕДЕНИЕ

 

Задачей данного курсового проекта является расчет вагранки производительностью 10 т/ч. Данное оборудование представляет собой печь для получения чугуна посредствам переплавки металлической  шихты с добавлением флюса. Курсовой проект заключает в себе расчеты  по выбору основных параметров вагранки необходимых для получения чугуна заданной марки.

 Данная  тема мной выбрана вследствие  того, что это направление работы  позволит мне в дальнейшем  использовать свои знания и  умения на практике. Актуальность данной темы не подлежит сомнению в наше время, так как получение сплавов на основе железа является одним из основных промышленных направлений работы.

Целью данного  курсового проекта является необходимость получения знаний и умений расчета вагранок. Возможность применять на практике полученные знания для того, чтобы являться конкурентоспособным специалистом в своей специальность. В наш технологический век является суровой необходимостью.

Ниже  приводятся исходные данные и методы расчета количества

дутья, конструктивных параметров и решений воздухоподводящей  системы (тип воздуходувок, воздуховоды, фурменные пояса, фурмы, предохранительные  клапаны) для вагранки производительностью 10 т/ч, как одной из часто применяемых  на машиностроительных заводах.

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ  И РАСЧЕТА 

ВАГРАНОК СО ВТОРИЧНЫМ  ДУТЬЕМ

 

1.1 Расчет размеров фурменных поясов  вагранки производительностью 10 т/ч

Фурменный пояс должен обеспечить равномерное  распределение дутья по фурмам. Из табл.2, строка 5 принимаем удельный расход воздуха равным . Тогда необходимое количество воздуха составит

 

 

Из табл.2, строка 6 принимаем скорость воздуха  в фурменном поясе V₂=4 м/с. Тогда общая площадь сечения фурменного пояса составит

 

Из табл.2, строка 8 принимаем отношение площадей сечения нижнего и верхнего рядов  фурм равным 60:40, тогда

 

 

 

Из табл.2, стр.7 принимаем 

Тогда ширина фурменного пояса прямоугольного сечения  для нижнего ряда фурм составит 

 

а для верхнего ряда фурм

 

Размеры фурменных поясов определим, исходя из следующих конструктивных решений. Из табл. 2, строка 4 принимаем расстояние между рядами фурм (по осям) равным 800 мм=0,8 м. Толщина стенок корпусов фурм и размеры крепежных фланцев выбираются конструктивно, обычно толщина стенки фурмы равна 6–8 мм, выступ фланца равен 12–15мм, материал сталь Ст. 3.

Примем  толщину огнеупорной футеровки  равной 295 мм (по размерам шамотного  кирпича 65×113×230 мм). Примем толщину корпуса вагранки равной 12 мм (толщина листовой стали), а зазор между корпусом вагранки и внутренним диаметром фурменного пояса примем равным  ,

 толщину стенок  фурменных поясов принимаем равной  (листовая сталь).

Тогда наружный диаметр корпуса вагранки составит

 

Внутренний диаметр  фурменного пояса для фурм верхнего ряда составит

 

Диаметр перегородки, разделяющей фурменные  пояса для фурм верхнего и нижнего  рядов, или внутренний диаметр фурменного пояса для верхнего ряда фурм, составит

 

Наружный диаметр  фурменного пояса для нижнего  ряда составит

 

Учитывая  тип фурменных поясов (прямоугольного сечения кольцевого коллектора) и  конструктивные особенности, примем следующие  размеры радиусов  R₁ и  R₂, образующие внутренние и наружные поверхности фурменных поясов для фурм нижнего и верхнего рядов (в свету):

 

 

 

 

Определим объемы  W  фурменных поясов, для фурм верхнего и нижнего рядов, что необходимо для расчета предохранительных клапанов.

 

1.2 Расчет предохранительных клапанов

 

Исходя  из правил безопасности в газоходах, площадь предохранительных клапанов должна составлять 0,05 м² на 1 м³ объема камеры. Тогда общая площадь клапанов фурменного пояса для нижнего ряда фурм составит:

 

а общая площадь клапанов фурменного пояса для верхнего ряда фурм

 

 

Принимаем минимальное число клапанов на каждом фурменном поясе равным 4. Тогда площадь одного клапана для фурменных поясов нижних и верхних фурм составит соответственно:

 

 

Соответствующие этим площадям диаметры клапанов в  свету, или 

диаметры проходных  отверстий клапанов, составят

 

 

В общем  виде клапан должен вписываться в  ширину фурменного пояса с монтажным  зазором не менее 30 мм с каждой стороны, Сопоставим диаметры клапанов с шириной  соответствующих фурменных поясов: для вагранки производительностью  10 т/ч

 

 

Следовательно, диаметры клапанов как для нижнего, так и для верхнего фурменного пояса меньше ширины соответствующих  фурменных поясов, и установка  клапанов не вызовет затруднений. Если по расчету окажется, что диаметры клапанов больше ширины фурменных поясов, необходимо увеличить число клапанов на соответствующем фурменном поясе и произвести новый расчет их диаметров.

Исходя из необходимого количества воздуха, поступающего в  вагранку, по данному расчету , из табл.4 с учетом необходимого запаса по расходу воздуха выбираем воздуходувку типа В2М 14/1400, обеспечивающую производительность 14000 м³/ч и давление 14000 Па или 1400 мм вод. ст., или 0,14 кгс/см².

Определим массу груза, включая массу колпаков клапанов на соответствующих фурменных  поясах в закрытом состоянии, исходя из максимального давления, развиваемого воздуходувкой:

 

 

1.3 Расчет воздухоподводящей системы

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

10,902 м³/ч. Исходя из требований табл. 2, строка 6, принимаем скорость воздуха в общем воздуховоде равной -15 м/с (V₁).  По формуле

 

найдем площадь сечения  общего воздуховода

 

из этого можно рассчитать внутренний диаметр общего воздуховода

 

По ГОСТ 8732-78 выбираем трубу с наружным диаметром 530 мм и толщиной стенки 9 мм, внутренний диаметр трубы 512 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:

 

 

Из табл.2, строка 6 выбираем максимально допустимую скорость

воздуха в воздуховодах,  для нижнего и верхнего фурменных  поясов - V₁

равной 15 м/с, т.е. для  участков воздуховодов от «развилки» до соответствующих фурменных поясов. Тогда,  аналогично расчету размеров общего воздуховода,  определим размеры  для нижнего и верхнего рядов  фурм:

 

 

Тогда внутренний диаметр воздуховода для нижнего  и верхнего рядов фурм составит соответственно 389 мм и 319 мм. Из сортамента стандартных труб по ГОСТ  находим ближайшие по размерам трубы:  для воздуховода нижнего фурменного пояса выбираем трубу с наружным диаметром 426 мм и толщиной стенки 9 мм; ее внутренний диаметр равен 408 мм. Аналогично для воздуховода верхнего фурменного пояса выбираем трубу с наружным диаметром 351 мм и толщиной стенки 8 мм, ее внутренний диаметр составит 335 мм. Для обеспечения равномерного распределения дутья рекомендуется воздуховоды подводить к фурменным поясам тангенциально.

Из табл.2, строка 3 принимаем  количество фурм равным 8 (для вагранки производительностью 10 т/ч). Количество фурм в каждом ряду должно обеспечить равномерное распределение дутья  по периметру вагранки. Фурмы верхнего ряда размещаются в горизонтальном сечении посредине между фурмами  нижнего ряда в шахматном порядке. Расстояние между рядами фурм по их осям принимается от 700 до 900 мм (см. табл.2, 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 определим по расходу дутья через каждую фурму, а именно:

 

 

Скорость  воздуха при входе в вагранку должна быть не менее 15 м/с (табл.2) с  целью обеспечения проникновения  струи по всему сечению вагранки.

При применении фурм крутого  сечения площади и диаметры их определяются аналогично  расчету  диаметров воздуховодов, а именно:

 

 

 

Соответственно  диаметры фурм составят:

 

 

Из сортамента стандартных труб по ГОСТ  мы  выбираем ближайшие по размеру трубы. Для данного расчета для фурм нижнего ряда выбираем трубу с наружным диаметром 152 мм и толщиной стенки 5 мм, т.е. с внутренним диаметром 142 мм, а для фурм верхнего ряда трубу с наружным диаметром 121 мм и толщиной стенки 4 мм, т.е. с внутренним диаметром 113 мм.

При применении фурм прямоугольного сечения чаще всего  высоту фурм принимают равной высоте огнеупорного кирпича, а именно  h_ф=65 мм, тогда ширина фурм нижнего и верхнего ряда соответственно составит:

 

1.4 Расчет горна

 

Площадь шахты вагранки составляет:

 

Исходя  из требований производства, принимаем  максимальную массу отливки m_max = 2 т. Число выпусков чугуна из вагранки производительностью Q_в=10 т/ч составит n выпусков в час

 

Определим высоту горна

 

* W_г–  объем горна на 1т жидкого чугуна с учетом нахождения в нем

кокса, обычно принимается  W_г =0,33 м³/т;

*0,12  –  расстояние  между верхним уровнем металла  в горне и осью 

нижнего ряда фурм, м.

При применении двойного (вторичного) дутья производительность вагранок выше, чем у  обычных, поэтому  принимаем  h_г=0,8 м=800 мм. При

этом сохраняется  возможность увеличения высоты горна  при необходимости за счет уменьшения толщины подины. Определим фактический объем горна:

 

Принимаем расстояние между шлаковой леткой и  нижней кромкой фурменного отверстия  h_л.ф= 75мм,  диаметр шлаковой летки 40 мм, а наклон нижних фурм к горизонту 10°.

1.5 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=0,8 м=800 мм, а высоту кокса холостой колоши над верхним рядом фурм h_в=0,4 м=400 мм.

Общая высота холостой коксовой колоши составит

 

Объем холостой колоши составит

 

Определим массу кокса в холостой колоше

 

где γ_к – объемная плотность кокса равная 450 кг/м³

1.6 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 максимальную высоту, равную 0,2 м.

Объем рабочей  колоши составит

 

Масса кокса  в рабочей колоше равна

1.7 Расчет металлической колоши

 

Из практики известно, что масса металлической  колоши обычно составляет 8–10% от часовой  производительности вагранки, т.е. для  вагранки производительностью 10 т/ч (7000 кг/ч)

 

Для расчета  принимаем максимальную массу m _м.к =1000 кг. Тогда объем металлической колоши составит

 

*γ_м.к – объемная плотность металлической шихты, равная 2500 кг/м³.

1.8 Расчет полезной высоты вагранки и количества металлических и топливных колон

 

Определим полезную высоту вагранки по формулам:

а) для вагранок производительностью 5–10 т/ч и более 

h_пол =(3,5...6)×D_в;

б) для вагранок меньшей  производительности

h_пол=4,25×Dв^0,5.

Обычно  полезная высота вагранок находится  в рекомендуемых пределах (табл. 6). Полезную высоту 10-тонной вагранки принимаю равной

h_пол =5000 мм =5 м. Но в условиях существующих строительных конструкций здания цеха, могут внести свои коррективы. Тогда общая высота шахты вагранки (без учета высоты опорной части, узла загрузки и трубы с искрогасителем или пылеосадителем) составит:

 

Общий объем  шахты вагранки составит (для Q_в=10 т/ч)

 

Определим количество металлических и топливных  колош, вмещающихся в шахту вагранки, исходя из соотношения

 

где W _р.к, W _м.к, W _ф.л – объемы рабочих колош кокса, металлической шихты и флюса (известняка).

Обычно  m _ф.л составляет от 3 до 5% от массы рабочей колоши кокса

 

Тогда объем флюса  составит

 

где γ_фл это объемная масса известняка 1600…2000 кг/м³

 

Исходя из это получаем

 

Из-за незначительного  объема флюса в расчетах им можно  пренебречь.

1.9 Расчет массы загружаемых материалов

 

Масса рабочих  колош кокса, вмещающихся в шахту, составит

 

Масса металлической  шихты составит

 

Масса флюса (известняка) составит

 

Массу известняка можно определить, исходя из опыта  эксплуатации вагранок, приняв расход известняка равным 35-45 кг на 1 т металлической  завалки. Тогда

 

Итого в  шахту вагранки загружаются  шихтовые материалы с общей массой

1.10 Расчет необходимого давления воздуходувок

Необходимое давление в фурмах определяется по формуле

 

где  V_воз–  средняя скорость воздуха в вагранке, равная по величине удельному расходу воздуха на 1м²  поперечного сечения в минуту  q_уд, м/мин;

h_пол – полезная высота вагранки по расчету, м;

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

 

 

Обычно  давление воздуха в вагранках  производительностью 10 т/ч колеблется в пределах 1000-1200 мм вод. ст. Выбранная по требуемому расходу воздуха воздуходувка  В2М14/1250 развивает давление 14000 Па

(14000 мм вод. ст.).

Рассчитанное  давление ΔР  учитывает только сопротивление столба шихты в самой вагранке. Для более точного выбора типа воздуходувки (табл. 4) необходимо добавить к ΔР  сопротивление в системе воздуховодов: от воздуходувки до фурм (порядка 150–200 мм вод. ст. в зависимости от поворотов, расширений, сужений системы подвода дутья), а также сопротивление мокрого пылеосадителя ~ 200 мм вод. ст. Таким образом, суммарное сопротивление составит:

 

Такое давление обеспечивается воздуходувкой типа В2М14/14000.

Выбор воздуходувки производится по необходимому количеству дутья Q_воз

(производительность  воздуходувки регулируется установленным  на ней шибером на входе  воздуха из окружающей среды)  и суммарному сопротивлению   ∑Р  (давление, развиваемое воздуходувкой  не регулируется, и должно быть  не менее ∑Р).

1.11 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 65×113×230 мм).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Данный  курсовой проект позволил мне научиться  производить расчеты вагранок. Использованные в проекте учебные материалы  из списка литературы позволили мне  в широкой мере оценить важность данного проекта. Мною получены знания и умения правильно рассчитать вагранку  для получения чугуна при заданных условиях. Я научился правильно выбирать воздуходувки, высоту вагранки, и различные  сопутствующие материалы.

Таким образом  я считаю что цель данного проекта  мною  достигнута и разобрана в полной мере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Новиков В.П. Огнеупоры и футеровки плавильных и литейных агрегатов. М.: ООО «Лань-трейд», 2008.-182 с. Технология производства чугуна для отливок: Учеб. пособие/В.Б. Поль, Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман; Под ред. Б.С. Чуркина. Екатеринбург; ГОУ ВПО Рос. гос. проф.-пед. ун-т, 2007. -236 с.
2. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: Ме-таллургия, 2000. – 540 с.
3. Мариенбах Л.М.  Металлургические основы ваграночного процесса.  –  М.: Ма-шиностроение, 1960. – 327 с.
4. Матюхин В.И., Мадисон В.В., Поль В.Б., Брусницин С.В., Вайс И.А. Ваграноч-ный процесс плавки чугуна. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, РГППУ, 2004. – 158 с.
5. Методические указания. Расчет конструктивных параметров, материального и теплового баланса вагранок со вторичным дутьем. УГППУ, Екатеринбург, 1997.
6. Теплотехнические расчеты металлургических печей/Под ред. А.С. Телегина.  –
7. М.: Металлургия, 1970. – 358 с.