Плавильные печи

В сталелитейных цехах в качестве плавильных агрегатов используют различные печи - дуговые и индукционные тигельные электропечи, малые конвертеры, мартеновские печи, а также специальные плавильные печи - вакуумно-индукционные и вакуумно-дуговые, плазменно-дуговые, электронно-лучевые и электрошлаковые.

Дуговые электропечи лучше других плавильных агрегатов приспособлены для плавки стали в условиях литейных цехов, так как позволяют быстро приготовить сталь практически любой марки требуемого качества и необходимого количества. При этом в них можно полностью утилизировать отходы собственного производства и переработать как компактный, так и стружечный металлический лом.

Индукционные тигельные электропечи применяют в литейных цехах с небольшим объемом производства стального литья, наиболее часто - в условиях литья по выплавляемым моделям. При этом преимущественно используют печи с кислой футеровкой, поскольку они дешевле и более стойки к теплосменам и в них можно выплавлять практически все основные марки сталей. Только стали, содержащие алюминий, титан и марганец, следует выплавлять в индукционных тигельных печах с основной футеровкой. Это обусловлено тем, что, как и в дуговых печах, алюминий и титан восстанавливают кремний из SiO2 футеровки, разрушают ее и одновременно обогащают расплав кремнием. А легированные марганцем стали при плавке образуют шлаки с высоким содержанием MnO, которые активно взаимодействует с кислым оксидом SiO2 и размывают футеровку.

Вакуумно-индукционные печи бывают однокамерные и многокамерные. Плавильное устройство размещено в вакуумной камере. Камера создается при совмещении откатного корпуса со стационарной стенкой. В откатном корпусе имеются смотровые окна, рубашка водяного охлаждения, дозатор для ввода добавок и вакуумметр. К стационарной стенке смонтирован плавильный тигель с площадкой и токоподводящими шинами. Литейные формы крепят на площадке с помощью откидной траверсы. Заливку форм осуществляют путем поворота тигля с площадкой при помощи электродвигателя с редуктором поворотного механизма.

Вакуумно-дуговые печи также размещаются в вакуумной камере. Плавку осуществляют в водо-охлаждаемом тигле, имеющем намороженный слой выплавляемой стали (гарнисаж). Расплав стали получают оплавлением электрической дугой постоянного тока расходуемого электрода, в качестве которого используют предварительно отлитую цилиндрическую заготовку из той же стали. Остаточное давление в вакуумной камере составляет 0,1…1,0 Па. Заливку стали в литейную форму 5 осуществляют в вакууме.

Электронно - лучевые печи по конструкции похожи на вакуумно-дуговые печи. Плавку осуществляют в водо-охлаждаемом гарнисажном тигле 4, который размещен внутри вакуумной камеры 7. Расплав стали получают оплавлением предварительно отлитой заготовки 3 из той же стали. Расплавление осуществляют за счет энергии электронного луча 2, генерируемого в электронной пушке 1. Обычно печи работают на постоянном токе при остаточном давлении 0,01...0,1 Па. В водоохлаждаемой гарнисажной печи установлены одна или несколько электронных пушек, с помощью которых наплавляют порцию металла. Затем печь наклоняют и сталь заливают в водоохлаждаемую форму. При этом одни пушки обогревают ванну, другие - носок тигля, литник или приемную воронку. Особенно это необходимо при литье высоколегированных сталей.

Плазменно-дуговые печи внешне похожи на дуговые печи постоянного тока (Рис. 2.2.8): так же имеют подовый водо-охлаждаемый электрод 2 и работают на постоянном токе. Но вместо энергии электрической дуги для расплавления шихты и получения расплава стали 3 используют энергию плазмы, которую генерируют специальные устройства - плазмотроны 1. Для выплавки сталей используется так называемая низкотемпературная плазма (10000...30000 0С) со степенью ионизации около 1 %. Генератор плазмы плазмотрон состоит из водоохлаждаемого корпуса с крышкой, катода с вольфрамовым наконечником и медного анода с отверстием в виде сопла. Струя ионизированного газа вытекает из сопла, отрывает дугу от него и замыкает цепь на металле (шихте или жидкой стали). Длина плазменной дуги может достигать 1...2 м. Высокая температура плазмы обеспечивает высокую скорость плавления и нагрева металла. А большая длина дуги, при устойчивом горении, вне зависимости от обвалов шихты и всплесков жидкой стали способствует хорошей работе всего агрегата.

Электрошлаковые печи имеют электрическую схему питания (рис. 2.2.9) сходную с вакуумно-дуговой печьюФазы электрического тока подсоединены к расходуемому электроду 1 и водоохлаждаемой литейной форме 5. Но принцип действия этих печей отличается: расходуемый электрод погружен в слой жидкого электропроводящего шлака 2. К электроду и изложнице подводят переменный электрический ток, который, проходя через слой шлака, нагревает его до температуры 1600...2000 0С. При этом часть тепла передается электроду, торец его расплавляется. Капли металла проходят через слой шлака и очищаются от вредных примесей, прежде всего от серы и неметаллических включений, и образуют жидкую ванну (лунку) 3. Расплав в изложнице затвердевает направленно снизу вверх, обеспечивая получение качественной литой заготовки 4. При этом шлак, затекая в зазор между изложницей и литой заготовкой, образует шлаковая корочка (гарнисаж). Вследствие этого заготовка имеет гладкую поверхность. В качестве шлака используют смесь на основе CаF2 с добавками Al2O3, CaO и MgO. Образующийся шлак должен иметь относительно низкую температуру плавления (1320-1450 ºС) и удельное электросопротивление при рабочих температурах в пределах 0,001-0,005 Ом·м. При изготовлении фасонных отливок метал плавят электрошлаковым методом в тигле, а затем его сливают в литейную форму. Этот способ не уступает по экономическим показателям индукционным тигельным печам. Методом электрошлакового кокильного литья получают отливки ответственного и особо ответственного назначения.

1.6 Компрессор — энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения воздуха. Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия, под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (м³/мин, м³/час). Производительность обычно считают по показателям приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу, эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом, но при большой разнице, например, у поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом. Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное.

Вентилятор — устройство для перемещения газа со степенью сжатия менее 1,15 (или разностью давлений на выходе и входе не более 15 кПа, при большей разнице давлений используют компрессор)^[1].

Основное применение: системы принудительной приточно-вытяжной и местной вентиляции зданий и помещений, обдув нагревательных и охлаждающих элементов в устройствах обогрева и кондиционирования воздуха, а также обдув радиаторов охлаждения различных устройств.

Вентиляторы обычно используются как для перемещения воздуха — для вентиляции помещений, охлаждения оборудования, воздухоснабжения процесса горения (воздуходувки и дымососы). Мощные осевые вентиляторы могут использоваться как движители, так как отбрасываемый воздух, согласно третьему закону Ньютона, создает силу противодействия, действующую на ротор.

В общем случае вентилятор — ротор, на котором определенным образом закреплены лопатки, которые при вращении ротора, сталкиваясь с воздухом, отбрасывают его. От положения и формы лопаток зависит направление, в котором отбрасывается воздух. Существует несколько основных видов по типу конструкции вентиляторов, используемых для перемещения воздуха:

· осевые (аксиальные)

· центробежные (радиальные)

· диаметральные (тангенциальные)

· безлопастные (принципиально новый тип).

1.8 Газоснабжение - прием газа в местах добычи, его обработка, транспортирование, распределение по трубопроводам и подача потребителям. Все это выполняет система газоснабжения, которая в нашей стране построена на базе природного газа. Газовые промыслы, включая скважины и их обустройство, представляют самостоятельную систему, тесно связанную с системой газоснабжения. Последнюю обычно разделяют на две части: газотранспортную и распределительную. Газотранспортная, объединеннная в единую газоснабжающую систему, включает магистр, газопроводы, компрессорные станции, переключающую арматуру, подземные хранилища, систему управления и эксплуатации; распределительная — развитую сеть газопроводов городских и промышленных систем газоснабжения, газорегуляторпые станции (ГРС), газорегуляторные пункты (ГРП) и газорегуляторные установки (ГРУ), газопроводы объектов, системы автоматического регулирования и безопасности сжигания газа, автоматизированную систему управления технологическими процессами газоснабжения и эксплуатации. Отличительная черта газоснабжения по сравнению с другими системами топливоснабжения — невозможность длительного хранения газа, т.е. его нельзя добывать впрок. Это связано с весьма малой плотностью газа, что вызывает необходимость сооружения для его хранения огромных емкостей. Даже подземные хранилища можно использовать лишь для покрытия сезонной неравномерности потребления газа. Отсутствие хранилищ на пути потоков газа от промыслов к потребителям обусловливает жесткую связь между режимами добычи газа и его использования. Такая же жесткая связь устанавливается между темпами освоения месторождения газа и пуском объектов, потребляющих газ. Газ потребляется объектами неравномерно, поэтому неравномерно должна осуществляться и подача газа потребителям. Проблема соответствия подачи и потребления газа — одна из основных в газоснабжении. Для решения ее используют подземные хранилища, потребители-регуляторы с двойным топливоснабжением, аккумулирующую емкость магистральных газопроводов, совместная работа которых автоматически управляется в целях удовлетворения графика потребления газа. Для обеспечения надежного газоснабжения системы имеют резервы службы эксплуатации и аварийные службы.

Для практического использования, будь то в лабораториях или на крупных промышленных предприятиях, азот получают тремя основными способами, все которые основаны на разложении атмосферного воздуха: 1) методом криогенного разложения воздуха, 2) с помощью короткоцикловой безнагревной адсорбции, и 3) методом мебранной диффузии.