Расчет оборудования плавильных отделений

Перечень операций, выполняемых в плавильных отделениях, приведен в таблице 8.

При проектировании плавильных отделений необходимо решить следующие вопросы:

- выбрать типы плавильных агрегатов, раздаточных и заливочных ковшей;

- определить производительность одной плавильной печи и емкость ковшей;

- рассчитать количество плавильных агрегатов и ковшей;

- выбрать способ транспортировки шихты и ее загрузки в плавильные печи и рассчитать транспортные средства;

- выбрать способ транспортировки жидкого металла к заливочному участку и рассчитать транспортные средства.

Таблица 8 – Основные технологические операции, выполняемые

в плавильных отделениях

Расчет плавильных отделений следует начинать с расчета баланса металла – потребного количества жидкого металла и шихты для обеспечения годового производства отливок. Пример такого расчета приведен в таблице 9 для цеха, производящего в год 40 тыс. отливок.

На годовую программу потребность составляет:

жидкого металла: 29240+15950+17020=62210 т;

металлозавалки (шихты): 30800+17000+18000=65800 т.

Таблица 9 – Баланс металла в цехе мощностью 40000 т/год

Плавильные отделения в чугунолитейных цехах. Типы плавильных печей в чугунолитейных цехах выбираются в зависимости от вида чугуна. Так, в цехах серого чугуна могут применяться вагранки коксовые, газовые или коксогазовые (с холодным или горячим дутьем), электрические индукционные, тигельные и дуговые печи. Возможно также применение дуплекс-процесса, например коксовая (газовая) вагранка – индукционная тигельная или канальная электрическая печь, дуговая печь – индукционная печь, индукционная тигельная печь – индукционная канальная печь и т.д.

Современные ваграночные установки должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) Плавка должна вестись с минимальным расходом кокса, не превышающим 12% от металлозавалки;

2) В отходящих газах содержание пыли не должно превышать 0,15 г/м³, окиси углерода 0,1%;

3) Температура выплавленного чугуна должна быть не ниже 1400…1420°С;

4) Трудоемкие операции по взвешиванию, транспортировке и загрузке шихты должны быть автоматизированы;

5) Тепло отходящих газов (физическое и химическое) следует использовать для подогрева дутья и бытовых нужд в цехе.

Производительность одновременно работающих вагранок определяется количеством необходимого металла для годовой производительности цеха. В цехах крупного, тяжелого и особого тяжелого литья при определении производительности вагранок учитывается также наибольшая масса отливок. Требуемое количество металла должно накапливаться не более 2 ч в цехах особо тяжелого и уникального литья, не более 1 ч в цехах среднего и крупного литья.

Производительность вагранок определяется диаметром шахты в плавильном поясе:

Удельная производительность (на 1 м² сечения шахты) колеблется от 8 до 12 т/ч·м².

Необходимое количество вагранок рассчитывается по следующим формулам

,

, (3)

где q – производительность вагранки, т/ч;

Q – годовое количество жидкого металла, т;

Ф_Д – годовой действительный фонд времени работы

вагранки, ч;

n – количество одновременно работающих вагранок;

N_В – количество вагранок, которое необходимо установить

в цехе;

К_Н – коэффициент неравномерности потребления

металла (обычно К_Н=1,2).

Количество электрических печей, которое необходимо установить в цехе, может быть рассчитано по формуле

, (4)

где Q_Г – годовое количество шихты по балансу металла, т;

Е_П – емкость печи, т;

t - продолжительность одной плавки, ч;

К_Н – коэффициент неравномерности (обычно К_Н=1,2).

Характеристики индукционных электрических печей для плавки чугуна приведены в таблице10.

Плавильные отделения в сталелитейных цехах. В сталелитейных цехах, кроме плавильных агрегатов, предусматривают установки для специальной обработки жидкого металла, например для вакуумирования, рафинирования, дегазации и т.п. Для выплавки стали обычно устанавливают электрические дуговые или индукционные печи. Их параметры представлены в таблице 11. В цехах, производящих отливки ответственного назначения или с особыми свойствами, применяют дуплекс-процесс: шихту расплавляют в основной дуговой печи, где производят обессеривание и дефосфорацию, затем жидкий металл доводят по составу и температуре в кислой индукционной или дуговой печи.

Таблица 10 – Основные характеристики индукционных электрических

печей для плавки чугуна

Продолжение таблицы 10

Таблица 11 – Основные характеристики дуговых и индукционных

сталеплавильных печей

При проектировании плавильных отделений сталелитейных цехов необходимо учитывать круглосуточную работу плавильных агрегатов, вследствие чего действительный фонд времени их работы превышает действительный фонд времени работы формовочных отделений, как правило, работающих по двухсменному режиму.

Разница действительных фондов времени работы плавильного и формовочного отделений составляют около 4000 ч.

Для использования жидкого металла следует предусмотреть одно из мероприятий: трехсменный параллельный режим при соответствующем ремонте оборудования (применяется в цехах мелкого литья), дополнительную площадь в заливочном отделении для установки и сборки форм в третью смену (применяется в цехах серийного и индивидуального производства) или производство слитков для кузнечного производства.

Емкость и количество плавильных печей рассчитывают по общему количеству стали на годовую программу. Используются формулы, аналогичные (4), при этом учитывается количество стали, необходимое для производства фасонных отливок, и количество стали, необходимое для производства слитков.

Плавильные отделения в цехах цветного литья. Для плавки цветных сплавов применяют электрические и топливные печи, выбор их определяется температурой плавления и плотностью сплава. В настоящее время наибольшее применение находят индукционные тигельные или канальные и дуговые печи, характеристики которых приведены в таблице 12.

Таблица 12 – Основные характеристики печей для плавки

цветных сплавов

Продолжение таблицы 12

Количество печей определяется в зависимости от их производительности и количества металла, необходимого на годовую программу, определяемому по балансу металла с учетом коэффициента неравномерности. Используется формула, аналогичная (3).

Площадь и габариты плавильных отделений рассчитываются в зависимости от габаритных размеров плавильных агрегатов, необходимых проходов и проездов для транспортных средств, доставляющих шихту к плавильным печам и передачи жидкого металла в заливочное отделение, норм техники безопасности и т.п. Размеры пролетов плавильных отделений приведены в таблице 13. Размеры проходов, проездов и площади, необходимые для выполнения ремонтных работ (ремонт ковшей, сводов дуговых электрических печей и т.п.), определяется при разработке плана размещения оборудования.