Расчёт индукционной канальной печи для плавки цинка - Курсовая работа

Во всех печах технологический процесс осуществляется за счет потребления теплоты и поэтому подвод теплоты является первым необходимым условием осуществления технологического процесса в печи. Таким образом, каждый тепловой агрегат (печь) состоит из двух основных элементов: рабочего пространства и источника теплоты. -способ передачи теплоты от источника к материалу (печи с конвективным и лучистым теплообменом, так называемые бесконтактные, и печи контактные, в которых к материалу подводится энергия, а теплота выделяется непосредственно в самом материале); Например, электрические плавильные печи могут быть отнесены как к бесконтактным (печи с независимой дугой, которая образуется между электродами), так и к контактным (трехфазные дуговые печи), к среднетемпературным, если они применяются для плавки чугуна и медных сплавов, и высокотемпературным, если они применяются для плавки сталей и т. п. В соответствии с ГОСТ 10487-75 индукционные канальные печи (ИКП) используют для плавки: алюминия и его сплавов (печи ИАК); меди и ее сплавов - латуней (ИЛК), цинка и его сплавов (ИЦК).Оба желоба i расположены таким образом, что металл, поступающий в печь, не может сразу же перетечь в сливной желоб. Они расширены в сторону рабочего пространства печи, что исключает перегрев жидкого металла в этой части печи, а следовательно, улучшает условия работы футеровки. При замене индуктора печь поворачивают таким образом, чтобы присоединительная плоскость кожуха печи расположилась вертикально. Для выдачи металла из печи применяют механизмы наклона печи, электродинамические насосы и избыточное давление газа над уровнем металла в печи. Металл заливают в печь через заливочный сифон 2, а в форму через разливочный сифон 8, верхняя часть которого выполнена в виде ванны с отверстием 6.Полезная тепловая мощность, передаваемая жидкому металлу, КВТ: Рпол = Wteop*?t*П = 0,298*800*5,5 = 1430,4 КВТ. где, Wteop - теоретический удельный расход энергии для перегрева металла на 1?С, КВТ*ч/т; ?t - температура перегрева металла в печи, ?С ; П - производительность печи, т/ч. Принимаем j2 = 9*106 А / м2, тогда Fk = 103* Ринд / (j22*?м* lk) = 103* 950 / (81*1012*112*10-8* 1,628) = 0,0064м2. где, j2 - плотность тока в канале, А / м2; ?м - удельное электросопротивление металла, Ом*м. В поперечном сечении канал может иметь форму окружности, эллипса, овала или другой фигуры, не имеющей углов. Размеры поперечного сечения канала определяем с учетом уже найденных площади поперечного сечения и ширины канала. Принимаем канал в форме овала.Индукционные канальные печи в основном используются для плавки цветных металлов (медь и сплавы на медной основе - латуни, бронзы, нейзильберы, мельхиоры, цинк, алюминий и их сплавы) и чугуна, а также в качестве миксеров для тех же металлов. Использование индукционных канальных печей для плавки стали ограничивается изза недостаточной стойкости футеровки. Наличие в индукционных канальных печах электродинамического и теплового движения расплавленного металла или сплава обеспечивает однородность химического состава и равномерность температуры расплавленного металла или сплава в ванне печи. Индукционные канальные печи рекомендуется использовать в тех случаях, когда к выплавляемому металлу и полученным из него отливкам предъявляются высокие требования, в частности, по минимальным газонасыщенности и неметаллическим включениям. Шихта для индукционных канальных печей должна приготовляться в соответствии с заданным составом выплавляемой марки металла или сплава, должна быть сухой и состоять в основном из первичного чистого металла.Печь представляет собой сборно - сварную конструкцию, где на сварной раме, закреплена сварная ванна; полость ванны футерована огнеупорными и теплоизоляционными материалами, футеровка защищена сверху металлической отъемной плитой с окном над зеркалом металла, зеркало металла прикрывается съемной крышкой. Принцип работы печи состоит в следующем: индуктор наводит в короткозамкнутом плавильном канале ЭДС, под действием которой в канале протекает ток. Энергия тока расходуется на плавление и разогрев металла канала, возникающие при этом электродинамические силы вызывают непрерывный обмен металла канала и ванны, что обеспечивает плавление загружаемой шихты, перемешивание, выравнивание химического состава и дегазацию расплава. Цикл работы печи содержит фазу ее активной работы и фазу "Ожидание". В фазе активной работы (рабочий режим) печь плавит металл и поддерживает заданную температуру расплава.При производстве 1 т отливок в атмосферу выбрасывается от 10 до 75 кг пыли, более 150 окиси углерода, до 1 кг окислов серы и ряд других вредных веществ. Так, при получении 1 т жидкого металла при индукционной плавке в отходящих газах содержится 0.1 г / м2 пыли, а при плавке шихты со стружкой это количество увеличивается в несколько раз. Для осаживания наиболее крупных частиц пыли (более 40мкм) обычно применяют сухие или мокрые инерционные пылеосадители и скрубберы различных конструкций. Разные скорости воды и газов, поро

Содержание

Введение

1. Обзор аналогичных плавильных установок

2. Расчет основных параметров плавильного агрегата

3. Подбор плавильного агрегата и его обоснование

4. Подбор шихты для проведения процесса плавки

5. Описание работы спроектированного агрегата

6. Техника безопасности при эксплуатации плавильного агрегата

7. Экологические мероприятия

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

1.1 Классификация печей литейного производства

В печах литейного производства различных конструкций осуществляются следующие технологические операции: - сушка исходных формовочных материалов;

- сушка форм и стержней;

- сушка и нагрев шихтовых материалов;

- расплавление металлов и приготовление сплавов;

- миксирование металлов и сплавов;

- термическая обработка отливок.

Во всех печах технологический процесс осуществляется за счет потребления теплоты и поэтому подвод теплоты является первым необходимым условием осуществления технологического процесса в печи.

Второе условие работы печей - передача теплоты нагреваемому материалу. Она осуществляется в рабочем пространстве печи. Таким образом, каждый тепловой агрегат (печь) состоит из двух основных элементов: рабочего пространства и источника теплоты.

В связи с большим разнообразием печного оборудования и технологических процессов тепловой обработки материалов, применяемых в литейном производстве, создать единую классификацию печей весьма трудно. Ниже приводятся основные признаки, по которым могут быть сгруппированы печи литейных цехов: -технологическое назначение (плавильные, нагревательные, сушильные);

-температурный уровень процесса (низко-, средне- и высокотемпературные);

-источник теплоты (топливные и электрические);

-способ передачи теплоты от источника к материалу (печи с конвективным и лучистым теплообменом, так называемые бесконтактные, и печи контактные, в которых к материалу подводится энергия, а теплота выделяется непосредственно в самом материале);

-атмосфера, создаваемая в печи;

-форма пространства, в котором происходит нагрев материала (шахтные, ванные, камерные, барабанные и другие печи);

-реализация процесса нагрева во времени (печи непрерывного и периодического действий);

-способ утилизации теплоты газов после окончания теплообмена с материалом.

Кроме основных для классификации печей могут быть предложены и второстепенные признаки, например, плавильные печи могут быть разделены по видам расплавляемых материалов (для плавки стали, чугуна и цветных сплавов), сушильные - по видам материалов, подвергаемых сушке и т. п.

Анализ перечисленных признаков показывает, что печи, отнесенные по одному признаку к разным группам, по другому - должны быть объединены в одну группу. Это создает большие трудности при классификации. Например, электрические плавильные печи могут быть отнесены как к бесконтактным (печи с независимой дугой, которая образуется между электродами), так и к контактным (трехфазные дуговые печи), к среднетемпературным, если они применяются для плавки чугуна и медных сплавов, и высокотемпературным, если они применяются для плавки сталей и т. п.

1.2 Индукционная канальная печь

В литейных цехах с каждым годом все более широкое применение находит плавка черных и цветных металлов в индукционных плавильных печах. Индукционные плавильные печи по сравнению с другими плавильными агрегатами обладают существенными преимуществами. К ним относятся: отсутствие источников загрязнения жидкого металла; высокий равномерный нагрев всей массы металла вследствие его перемешивания под воздействием электродинамических сил; более низкий угар легирующих элементов; высокий электрический КПД; возможность плавки и разливки в вакууме или в атмосфере защитного газа.

К недостаткам индукционных печей относятся: относительно невысокая температура шлака, затрудняющая процесс рафинирования металла; невысокая стойкость основной футеровки; высокая стоимость электрооборудования. Эти недостатки индукционных печей в значительной степени компенсируются их преимуществами.

В данной курсовой работе рассчитывается индукционная канальная печь для плавки цветных сплавов (а именно, цинка и его сплавов). В соответствии с ГОСТ 10487-75 индукционные канальные печи (ИКП) используют для плавки: алюминия и его сплавов (печи ИАК); меди и ее сплавов - латуней (ИЛК), цинка и его сплавов (ИЦК). Печи ИЦК применяют, как правило, для плавки катодного цинка. Для повышения стойкости футеровки при эксплуатации ИКП не рекомендуется использовать загрязненные шихтовые материалы, стружку, сплавы на медной основе, в состав которых входят свинец и олово. При перерывах в работе печи в канале должен быть остаток металла для создания замкнутой вторичной цепи.

ИКП по сравнению с индукционными тигельными печами (ИТП) характеризуются более высоким КПД (на 25-30%), в 3-4 раза повышенным значением cos ?. ИКП занимают меньше места и дешевле тигельных.

В качестве плавильных печей канальные печи используют при выплавке алюминия, меди и латуни. Кроме того, канальные печи применяют в качестве раздаточных печей, устанавливаемых непосредственно у заливочной машины.

Канальная печь представляет собой ванну, изготовленную из огнеупорных материалов и облицованную стальным кожухом. В нижней части ванны расположены индукционные единицы - нагреватели. Каждая индукционная единица имеет канал, в котором находится жидкий металл.

Жидкий металл, находящийся в индукционной единице, образует с жидким металлом, находящимся в ванне печи, замкнутое кольцо. Это кольцо представляет собой как бы вторичный виток трансформатора с сердечником, имеющего в качестве первичной обмотки - обмотку индуктора. В первичной обмотке при ее к электрической сети течет ток. Вокруг первичной обмотки создается магнитное поле, под действием которого в жидком металле, находящемся в канале, возникает электрический ток. В результате этого теплота, выделяющаяся в жидком металле, повышает его температуру.

Необходимым условием работы печей подобного типа является постоянное наличие жидкого металла в канале. При отсутствии жидкого металла в канале электрическая цепь разрывается, останавливая работу печи. Печь перед пуском заливают жидким металлом и лишь только после этого включают в сеть индукционную единицу.

В жидком металле, находящемся в канале под воздействием магнитного поля, возникают электродинамические силы, стремящиеся вытолкнуть металл из канала. Если слой жидкого металла в печи небольшой, то металл в канале разрывается. Поэтому слой металла в печи над каналом должен быть строго определенной толщины.