Формовочное отделение

где -количество серы, сгорающей в SO₂ на 100кг шихты;

      -теплота сгорания 1кг серы, равная 9133 кДж/кг.

4. Теплота,  выносимая с воздухом, кДж:

где С_в – удельная теплоемкость воздуха при Т_в, кДж/м³К;

       Т_в- температура вдуваемого воздуха, К;

       V_в- объем воздуха, подаваемого в вагранку, м³. 
 

5. Теплота,  выделяемая при окислении кремния,  кДж:

Q_Si=29400*q_Si=29400*0.2=5880кДж,

где q_Si- количество кремния металла, соединившегося с кислородом, кг. 

6. Теплота,  выделяемая при окислении марганца, кДж:

Q_Mn=6900*q_Mn=6900*0.105=725кДж,

где q_Mn- количество марганца металла, соединившегося с кислородом, кг. 

7. Теплота,  выделяемая при окислении железа, кДж:

Q_Fe=4990*q_Fe=4990*0.934=4660 кДж,

где q_Fe-количество железа металла, соединившегося с кислородом, кг. 

8. Теплота,  выделяемая при шлакообразовании, кДж:

Q_шл=258*q_шл=258*1,17=457кДж,

где q_шл- количество образовавшегося шлака, кг.

    В пунктах 5…8 числовые коэффициенты  соответствуют тепловым эффектам  реакций окисления кремния, марганца, железа и шлакообразования, кДж/кг.

      Суммарный приход тепла:

∑Q_пр=Q_c+Q_н+Q_S+Q_в+Q_Si+Q_Mn+Q_Fe+Q_шл=328724+7865+1461+42116++5800+125+4661+457=391889кДж.

 

РАСХОДНАЯ ЧАСТЬ БАЛАНСА

1. Расход  теплоты на нагрев до температуры  плавления, расплавление и перегрев  металла, кДж:

Q_м=q_м[C_ТМ(Т_пл-273)+η_пл+С_жм(Т_м-Т_пл)]=

=98,8*(0,75*1240+210+0,88(1400-1240))=126543кДж,

где q_м- количество жидкого металла, полученного из 100кг шихты, кг.

       С_ТМ- удельная теплоемкость металла в твердом состоянии, кДж/(кг*К).

        η_пл- скрытая теплота плавления металла, кДж/кг.

        С_жм- удельная теплоемкость металла в жидком состоянии, кДж/(кг*К).

        Т_м- температура металла на желобе вагранки, К.

        Т_пл- температура плавления металла, К. 

2. Расход  теплоты на нагрев и расплавление  шлака, кДж:

Q_шл=q_шл*(1,13*Т_шл+272)=6,04*(1,13*1470+272)=11676кДж,

где q_шл- количество жидкого шлака, кг.

       Т_шл- температура шлака, К. 

3. Расход  теплоты на разложение известняка, кДж:

Q_из=1620*q_из=1620*4,2=6804 кДж,

где q_из- количество известняка, кг. 

4. Расход теплоты на испарение влаги, кДж:

Q_вл=2500*q_вл=2500*0,595=1488 кДж,

где q_вл- количество влаги, кг. 

5. Расход  теплоты на разложение влаги,  кДж:

Q_вл’=13500*q_вл’=13500*0,595=12960 кДж,

где q_вл’- количество разложенной влаги, кг.

6. Физическая  теплота ваграночных газов, кДж:

Q_ух=С_ух(Т_ух-273)*V_ух;

где С_ух- удельная теплоемкость газов при Т_ух, кДж/(м³*К),

      Т_ух – температура ваграночных газов при выходе из шихты, К,

      V_ух – объем ваграночных газов, м³.

Для определения  количества тепла, уносимого уходящими газами, по составу и температуре рассчитываем теплоемкость уходящих газов:

     

, 

Q_ух=1.4468*460*77.61=51652кДж; 

7. Расход  теплоты за счет содержания  в ваграночных газах окиси  углерода (Химическая теплота), кДж:

Q_НГ=Q_C^CO*q_C^CO=23800*3,86=91868 кДж,

где Q_C^CO – теплота сгорания окиси углерода (23800), кДж/кг.

      q_C^CO – количество углерода, сгорающее в СО , на 100кг шихты, кг. 

8. Расход  теплоты с окружающей средой  через кладку вагранки определяется по разности приходной и расходной части баланса:

Q_ввод+Q_акк=88898кДж; 

Суммарный расход тепла:

∑Q_расх=Q_м+Q_шл+Q_из+Q_вл+Q_вл^’+Q_ух+Q_НГ+Q_ввод+Q_акк=126543+11676+ +6804+1488+12960+51652+91868+87742=391889кДж. 

СВОДНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВАГРАНКИ

(на 100кг. металлозавалки). 

Приход  тепла:

1. Теплота  горения кокса                                      338050  кДж    86,26%

2. Теплота  подогретого воздуха                           42116    кДж    10,75%

3. Теплота  окисления примесей                            11260   кДж     2,87%

4. Теплота  шлакообразования                                457       кДж     0,12%

                                      Итого                                 391889  кДж      100%      

Расход  тепла:

1. Нагрев  чугуна                                                      126543  кДж    32,29%

2. Нагрев  шлака                                                       11676    кДж   2,98%

3. Разложение  известняка                                      6804     кДж    1,79%

4. Испарение  и разложение влаги                         14448   кДж    3,69%

5. Нагрев  колошниковых газов                              51652   кДж    13,17%

6. Неполнота  горения                                              91868   кДж    23,44%

7. Потери  тепла на водяное охлаждение 

     и через кладку                                                     88898   кДж   22,68%

                                      Итого                                   391889 кДж     100%          

 

     3. Подбор плавильного  агрегата и его  обоснование 

     Для плавки чугуна марки СЧ20 используют в основном вагранки. Это обусловлено  рядомусловий:

     -дешевизна  процесса плавки и плавильного оборудования;

     -можно  получить качественную отливку  без каких-либо дополнительных обработок;

     -возможность  получения заданных технологических,  физических и механических свойств.

       В настоящее время около 95% вторичной плавки чугуна осуществляется в вагранках(в основном на промышленных заводах Беларуси). Нельзя предполагать, что вагранка в ближайшее время будет полностью вытеснена другими плавильными печами, особенно в связи с растущей конвейеризацией литейного производства, в условиях которого непрерывный выпуск металла из плавильной установки имеет существенное значение.

     Устройство  вагранки. 

     Наиболее  распространенными плавильными  агрегатами для чугунолитейных цехов являются вагранки.

     При производстве мелкого сложного литья  используются вагранки без копильника, а для крупных отливок — с копильником.

     Вагранка (рис. 2) представляет собой шахтную  печь, выложенную изнутри шамотным кирпичом 12. Снаружи вагранка имеет металлический кожух 13 из листовой стали.

     Шахта вагранки опирается на кольцо 7, установленное  на опорных колоннах 6. Снизу шахта имеет днище 5, на которое перед началом плавки уплотняется огнеупорный защитный слой (лещадь). В верхней части расположено загрузочное окно 16, через которое вагранка определенными порциями — колошами пополняется шихтовыми материалами в течение всей плавки.

     Для предохранения кирпичной кладки от ударного действия загружаемой шихты верхнюю часть шахты выкладывают чугунным кирпичом 15. В нижней части имеется воздушная коробка 11, из которой необходимый для горения топлива воздух подастся в вагранку через отверстия — фурмы 10. Фурмы могут быть расположены в один или несколько рядов.

     Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть  шахты вагранки, называемую горном, откуда непрерывной струей попадает через переходную лётку 4 в копильник 1, служащий для сбора металла. Из копильника по мере накопления металл выпускают через лётку 3. Для выпуска шлака в копильнике имеется лётка 2. 

     

     рис. 2

     В случае работы вагранки без копильника в нижней части горна выполняется отверстие для выпуска чугуна — чугунная лётка, а в верхней части (ниже фурм) — отверстие для выпуска шлака — шлаковая лётка. Из этих отверстий по желобам, выложенным огнеупорными материалами, чугун и шлак при выпуске сливаются в ковши.

     Верхнюю часть вагранки, расположенную выше загрузочного окна, называют трубой. На ней устанавливается искрогаситель 18. Для удобства обслуживания вагранки устраивают загрузочную площадку 14.

     Загрузка  вагранки начинается после тщательного  ремонта футеровка и набивки  пода лещади 8. Вся нижняя часть вагранки выше верхнего ряда фурм загружается коксом, отобранным по крупности кусков в пределах 100—150 мм.

     Эта часть топлива называется холостой колошей 9. Она служит для поддержания  находящихся сверху рабочих колош 20, 21 и разогрева вагранки. Верхняя часть холостой колоши (выше уровня фурм на 600—1000 мм) находится в плавильном поясе вагранки. Здесь развивается максимальная температура и происходит расплавление металла.

     Загрузку  рабочих колош (металлических и  топливных) производят бадьями 19 с помощью загрузочных кранов 17 или скиповых подъемников.

     В вагранке по высоте шахты можно выделить три температурные области: первая — от загрузочного окна до верхнего края холостой колоши (здесь температура постепенно повышается по направлению сверху вниз от 400—500°С до 1300—1500°С); вторая от верхнего края холостой колоши до оси фурм (температура находится в пределах 1300—1700 °С); третья от оси фурм до лещади (температура 1300—1400 °С). Расплавляемый в вагранке металл подвергается химическим изменениям, которые зависят от времени нахождения расплавляемого металла в зоне наивысших температур. Поэтому в целях уменьшения изменения химического состава расплавляемого металла и в целях уменьшения угара нужно, чтобы плавильный пояс вагранки был возможно тоньше.