Расчёт индукционной канальной печи для плавки цинка

Классификация печей литейного производства, общая характеристика индукционной канальной печи. Расчет индукционной канальной печи для плавки цветных сплавов (а именно, цинка и его сплавов). Описание работы спроектированного агрегата, техника безопасности.
Краткое сожержание материала:

12

32

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. Введение

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 всё более широкое применение находит плавка чёрных 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 соs ц. 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 её к электрической сети течёт 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 определённой толщины.

2. Обзор аналогичных плавильных установок

В зависимости от назначения индукционные канальные печи подразделяют на миксеры, раздаточные печи и плавильные печи.

Миксеры. Этот вид оборудования предназначен для накопления определенного количества жидкого металла и выдержки его при заданной температуре. В миксере происходит усреднение химического состава металла различных плавок, поэтому вместимость миксера, как правило, принимают равной не менее двукратной часовой производительности плавильных печей.

Рис. 1

На рис.1 показана индукционная канальная печь типа ИЧКМ, работающая как миксер при производстве чугуна. Вместимость печи: общая 42 т, полезная 30 т и болота 12 т. Печь представляет собой вертикально расположенный цилиндр с наружным диаметром 3160 мм и высотой ~2 м. Внутренний диаметр печи внизу 2200 мм, вверху 2345 мм. Печь имеет два объемных индуктора 14 мощностью 700 кВт каждый. Верх печи закрыт съемной футерованной крышкой 4. Для слива металла из печи предусмотрен сифонный желоб 3. Наличие сифона исключает попадание воздуха в печь и уменьшает тем самым угар элементов. Для залива металла в печь имеется другой сифонный желоб, помещенный на той же стенке печи, что и сливной. Оба желоба i расположены таким образом, что металл, поступающий в печь, не может сразу же перетечь в сливной желоб. На пути металла в печи имеется пространство с интенсивной циркуляцией металла, возникающей при работе индуктора.

Для скачивания шлака из печи предусмотрено окно 5, закрываемое дверцей 6. Наклон печи производится двумя гидроцилиндрами 2. Для наклона печи используются стойки 11 и 13 и отверстия 10, 12 в корпусе печи. Для слива металла требуется вставить ось в отверстие 10 в корпусе печи и соответствующее отверстие в стойке 11. Если необходимо наклонить печь в сторону шлакового окна, соединительная ось (при исходном положении печи) соединяет стойку 13 с корпусом печи. Для присоединения индукторов в днище печи имеются отверстия 7. Они расширены в сторону рабочего пространства печи, что исключает перегрев жидкого металла в этой части печи, а следовательно, улучшает условия рабо...