Проектирование плавильного отделения

Расчет плавильного отделения заключается в составлении баланса металла по выплавляемым маркам, выборе типа и определении числа плавильных агрегатов и расчете расхода шихтовых материалов на годовой выпуск отливок.

При выполнении курсового (дипломного) проекта в данном разделе РПЗ необходимо проработать следующие вопросы:

1. Обосновать выбор необходимого плавильного оборудования.

2. Составить баланс металла и ведомость шихтовых материалов на годовую программу цеха по каждому виду сплава.

3. Рассчитать количество выбранных плавильных агрегатов.

4. Рассчитать количество ковшей.

5. Произвести расчет кранового оборудования.

При выборе плавильного оборудования следует произвести анализ существующих плавильных агрегатов для плавки данного сплава, их преимуществ и недостатков и обосновать тип и конструкцию выбранной плавильной печи. Так же при выборе печей необходимо учитывать особенности состава сплава, объем производства, номенклатуру отливок, требования к качеству отливок и их конструктивные особенности, технико-экономические показатели, перспективы развития цеха и другие параметры.

Кроме этого так же следует проработать вопросы механизации и автоматизация подготовки, набора и загрузки шихты в плавильную печь; определить емкость ковшей; выбрать размеры пролетов, расстояний между печами; шаг колонн, грузоподъемность подъемно-транспортных средств.

Основным плавильным агрегатом для выплавки стали в литейных цехах являются электродуговые печи. Их применение обеспечивает быстрое ведение плавки, большую маневренность, широкую номенклатуру марок выплавляемой стали и используемых шихтовых материалов. Используются печи с кислой и основной футеровкой. Кислый процесс более дешевый и производительный, но шихта должна быть чистой по сере, фосфору и легирующим элементам. Основной процесс применяют для получения легированных и специальных сталей. Электропечи емкостью до 12 т устанавливаются в цехах мелкого и среднего литья, печи больших емкостей - при изготовлении крупных отливок. В настоящее время разработан новый тип плавильных электродуговых печей, работающих на постоянном токе. Дуговые печи постоянного тока разработаны для плавки стали (ДППТС), чугуна (ДППТЧ), цветных сплавов на основе алюминия и меди (ДППТА, ДППТМ) и др. Использование ДППТ позволяет в 7... 10 раз уменьшить количество пылевых и газовых выбросов, снизить угар; значительно снижается расход ферросплавов и графитированных электродов, резко уменьшается шум в плавильных отделениях. Возможно осуществлять переоборудование действующих печей переменного тока с переводом их на постоянный ток. В литейных цехах с небольшим объемом производства для плавки стали целесообразно применяются индукционные печи повышенной частоты.

В чугунолитейном производстве для плавки применяют вагранки и электрические печи (индукционные, дуговые). Наиболее распространенным агрегатом является вагранка с очисткой отходящих газов от пыли и СО. Основной недостаток вагранок - трудность получения жидкого металла с точным химическим составом и его невысокая температура 1340…1380°С. Современные ваграночные комплексы, оборудованные системами очистки ваграночных газов, дожигания и утилизации тепла ваграночных газов, подогрева дутья, системами дозирования и загрузки шихтовых материалов, обогреваемыми копильниками, устройствами для грануляции шлака и уборки отходов, являются сложным оборудованием, отвечающим высоким технологическим требованиям. Подогрев дутья до 400…600 °С за счет вторичного тепла и дополнительного расхода топлива позволяет повысить температуру выпускаемого чугуна до 1400…1450°С.

Распространенным плавильным агрегатом для плавки чугуна является индукционная тигельная печь промышленной частоты с установкой для подогрева шихты и миксерным режимом. Преимуществами индукционных печей перед вагранками являются: возможность управления процессом перегрева чугуна; точное выдерживание химического состава и получение чугуна высокого качества; возможность переплава небрикетированной чугунной стружки, отходов тонколистового железа, что снижает расход чушкового чугуна и лома; снижается содержание серы в расплаве и удельный расход огнеупорных материалов. Недостатком индукционных печей промышленной частоты является ограниченность возможности проведения металлургических процессов по удалению вредных примесей, поэтому следует применять шихту стабильного состава и не имеющую случайных и вредных примесей.

При дорогой шихте и при высокой стоимости электроэнергии, при выплавке высоких и специальных марок чугуна целесообразно применять дуплекс-процесс: коксовая вагранка - индукционная печь промышленной частоты.

Двухчастотные индукционные печи (плавка на высокой или средней частоте, доводка и выдержка на промышленной частоте) целесообразно устанавливать при реконструкции цехов, имеющих минимальные площади для установки плавильных агрегатов, а также в цехах, выпускающих ремонтное литье с частой сменой марок выплавляемого чугуна; создается возможность плавить, наряду с чугуном, и сталь. Для плавки чугуна применяются также дуговые электрические печи прямого действия, в которых в качестве шихты можно использовать низкосортные металлоотходы и нерассортированный по видам лом.

Производительность выбранных плавильных агрегатов необходимо взаимоувязывать с производственным ритмом, работой обслуживающих линий, с коэффициентом потребления металла. При поточном производстве коэффициент загрузки плавильного оборудования, как правило, не должен превышать коэффициента загрузки формовочного оборудования.

В приложении Г приведены данные по основным типам плавильных печей, используемых в литейных цехах.

Кроме указанных в табл. Г.1…Г.6 плавильных печей, при проектировании литейных цехов можно предусматривать и другое современное оборудование.

При расчете оборудования плавильных отделений, прежде всего, определяют баланс металла по массовым группам, маркам сплава, технологическим потокам. Состав и количество шихтовых материалов по видам сплавов определяется на основании ведомости шихт и баланса металла.

Методика расчетов баланса металла, ведомости шихт и количества выбранного плавильного оборудования представлена в [1].

Ковшовое отделение располагают в одном пролете с плавильными печами. Для этого используют места в периферийных зонах плавильного пролета, обслуживаемых мостовыми кранами.

Для электрических печей емкость ковша определяется емкостью печи. В чугунолитейных цехах с вагранками емкость разливочных ковшей выбирается в зависимости от массы и металлоемкости формы (приложение Д). При расчете парка ковшей сначала рассчитывают число разливочных ковшей, исходя из количества жидкого металла, необходимого для каждой технологической группы литья, емкости ковша и длительности одного оборота ковша [1].

В плавильных отделениях так же необходимо предусматривать участки для взвешивания, загрузки шихты, кокса, флюсов в плавильные печи, подготовки огнеупорных материалов.

Технологический процесс набора, дозировки и загрузки шихты состоит из следующих операций: набор и подача всех металлических и неметаллических компонентов шихты к массоизмерительным устройствам, взвешиваниеи всех этих компонентов, загрузка дозы шихты (колоши) в печь.

Для подачи к массоизмерительным устройствам металлических компонентов используют две основные системы: расходные бункеры с траковыми или другими питателями и расходные закрома с мостовым краном и магнитной шайбой регулируемой грузоподъемности.

При подаче немагнитных компонентов (кокса, флюса, мелкораздробленных ферросплавов) из расходных бункеров пользуются вибрационными питателями и весовыми дозаторами.

В условиях работы литейного цеха наиболее надежны массоизмерительные устройства на тензометрических и магнитоупорных датчиках. Они имеют достаточную точность и надежность в работе с ударными нагрузками и могут быть включены в систему набора и дозирования шихты в плавильную печь с местным, дистанционным или автоматическим управлением.

Для загрузки шихты в вагранку наиболее широкое распространение получили бадьевые подъемники автоматического действия, а для набора и взвешивания шихты - трактовые и вибропитатели с последующим взвешиванием на подвижной весовой тележке; для загрузки шихты в индукционные печи - монорельсовые тележки, мостовые и консольные краны, корзины и бадьи с раскрывающимся днищем.

Основными грузоподъемными средствами плавильных отделений служат мостовые краны, их параметры выбираются по нормам технологического проектирования. Количество мостовых кранов, необходимых для обслуживания плавильных отделений литейных цехов рассчитывается по общеизвестной методике [Метода, Логинов]

Все расчетные данные по плавильному отделению сводятся в таблицу, форма которой представлена в [1].