Подсчет количества воздуха

Категория:
Вагранка


Подсчет количества воздуха

Контроль количества воздуха, вдуваемого в вагранку, имеет целью обеспечение надлежащего сгорания в вагранке с наименьшим расходом кокса и минимальным окислением металла. Для контроля за работой вагранки определяется отношение между содержанием углекислоты, окиси углерода и свободного кислорода в газах.

По европейской системе объем требуемого воздуха определяется по площади сечения вагранки, а по американской системе— как количество воздуха, необходимого для выплавки единицы чугуна. Точное определение количества воздуха является, однако, спорным вопросом в обеих системах.

В работах Мольдевке мы находим, что отношение углекислоты к окиси углерода в продуктах горения в теоретических расчетах количества воздуха для плавки в вагранках -принимается равным 2:1. Далее, принимая, что 1 кг кокса содержит 0,88 кг полезного углерода^ он приходит к следующим расчетам: 1) (2:3) 0,88 = 0,587; 2) 8,91-0,587 = 5,23 м3 (8,91 — количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг кокса в С02); 3) (1:3) 0,88 = 0,293; 4) 4,45-0,293 = 1,32 М3 (4,45 — количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг кокса в 00); 5) 5,23 + 1,32 = 6,55 м3 воздуха, необходимого для сжигания 1 кг кокйа для получения газов, требуемых для правильного хода плавки в вагранке. Так как требуется в среднем 10 кг кокса” для выплавки 100 кг металла, то количество воздуха, необходимое для выплавки 1 т металла в вагранке, будет равно 655 м3.

Мак Лейн предлагает более практический метод определения необходимого количества воздуха для правильного хода вагранки. Он просто констатирует, что каждая тонна чугуна требует 811 м3 воздуха в. процессе плавки. Эта цифра более или менее подтверждена исследованиями Американской ассоциации литейщиков в 1824 г. Было установлено, что количество воздуха, необходимого для выплавки 1 т чугуна, зависит также от барометрического давления и чистоты воздуха. В результате исследований было получено, что количество воздуха, необходимого для выплавки 1 т металла, колеблется от 700 до 900 м3.

В дополнение к этим данным мы имеем работы компании «Дженераль Электрик», которые не только подтверждают последние приведенные нами цифры, но и доказывают, что давление, под которым работает вагранка, также влияет на количество воздуха, требуемого для выпиаЫки 1 т металла.

При методе, принятом в европейских литейных, в расчет принимается не только площадь сечения вагранки, но и количество Выплавляемого в секунду чугуна, а также тип металлической шихты.

Этот результат почти совпадает с тем, который был получен Американской ассоциацией литейщиков и Мак Лейном. Формула Озанна таким образом может быть принята как единственно правильный метод вычисления надлежащего количества воздуха для правильного хода плавки в вагранне.

В американских литейных принят именно этот метод расчета количества воздуха. Нельзя сказать, что указанной формулой пользуются всегда, но те количества воздуха, которые применяются в различных ваграночных установках, рассеянных по территории США, совпадают с результатами расчетов по данной формуле. Если, для примера, мы возьмем литейные цехи автомобильных заводов «Дж1евераль Моторс», Бьюик, Кадилляк или Шевроле, то оказывается, что общая практика у них —подавать 811 м3 воздуха на 1 т выплавляемого чугуна. То же можно оказать о” заводах Форда и Стюдебейкер. Если мы обследуем литейные других предприятий, как например завод Американской компании производства чугунных труб (Cast Iron Pipe Со) в Бир-мингамй (штат Алабама), илй завода Литейной компании Буффало (Buffalo Foundry Со), то увидим, что и там применяются те же расчеты.

Большинство литейных США при расчетах придерживаются метода Мак Лейна, а в гарных округах Колорадо и Монтана применяют формулу Озанна. О последней можно сказать, что ею пользуются во веек странах.

Далее Мольденке количество воздуха ставит в зависимость от количества “расходуемого на плавку кокса. Это положение чрезычайно важно, и в новых усовершенствованных процессах для производства чугуиов высокого сопротивления такой способ расчета играет большую роль. Основное значение здесь имеет вопрос получения высоких температур. В своей последней работе Мольденке нашел, что чугун более высокой прочности может быть .получен без применения каких-либо специальных сплавов, нужно лишь давать чугуну максимально достижимую в вагранке температуру, приблизительно 1525°. Для получения указанной температуры необходимо загружать достаточное количество топлива и сжигать его до надлежащего состояния, давая соответствующее количество дутья.

В своих более ранних работах Мольденке установил, что окись углерода должна быть в отношении 1 :2 к углекислоте, чтобы получились наилучшие условия сгорания. Беря различные отношения СО к С02, он пришел к результатам, приведенным в табл. 13.

Данные таблицы 13 показывают, что необходимо учитывать как количество кокса, идущего на выплавку 1 т чугуна, так и количество воздуха. Отношение С02: СО = 1 : о почти невозможно получить в вагранке. Белден и другие доказали, что в различных сечениях вагранки имеют место различные отношения СО к С02. Результаты этих исследований были недавно проверены на опыте производства чугуна высокой прочности.

Таблица 13
Отношение количества воздуха к количеству тепла, получаемого при горепии

Согласно процессу произодства чугуна высокой прочности на заводе International Nickel Со (США), холостую Колошу надо поднимать не на 750 мм, как это обычно делается, а на 1500 мм над фурмами. Точно так же необходимо увеличить количеств дутья с 811 м1 на 1 т чугуна до 1200 м3 в зависимости от высоты холостой колоши. В связи с этим нововведением давление тоже повышается, и температура чугуна доходит до 1525°. Такой процесс был испытан на практике на заводах таких фирм, как Эллайс Чалмерс, Маныофактюринг Ко и Джон Дир Ко.

Анализ газов не был сделан, но, судя по высоким температурам чугуна, можно заключить, что в данном случае имеется налицо рациональное соотношение между элементами, обусловливающими процесс горения.

Надо полагать, что причиной необходимости увеличения расхода кокса и воздуха является применение большого процента стального люма в шихте. С другой же стороны, Пивоварский в процессе практической работы недавно доказал неправильность предположения, что для плавки этого рода лома требуется добавочный кокс и воздух. В такЬм случае единственной целью увеличения количества кокса и воздуха является получение надлежащего соотношения между газообразными «доставляющими продуктов горения для обеспечения требуемой температуры расплавленного чугуна.

Необходимо компенсировать эти изменения, чтобы получить постоянные результаты.

Коэфициенты -влияния изменяющейся температуры на количество воздуха учитываются согласно данным табл. 14.

Таблица 14
Влияние температуры Еоздуха на количество воздуха

1 т чугуна в вагранке требуется воздуха 655 м2 вместо 811 м3 но обычным расчетам:, .принятым в американских литейных. Однако эта цифра не, принимает в расчет потерь на утечку в воздухопроводе или воздушной коробке; лучше. принять это количество равным 700 м3. Последняя цифра говооит о том, что первоначальный расчет 811 м3 почти на 15%; выше нормального рабочего расчета для вагранки.

7. Если мы рассмотрим количество воздуха при 15,5 и 38°, то мы иайдчм. что 7 м3 при 15°,б Эквивалентны 6,2 м3 при —20°, а при 38° — 7,5 м3, т. е. действительное изменение количества воздуха в данном случае будет 221%..

Колебание барометрического давления на уповне моря составляет около 7|% (от 725 до 775 мм рт. ст.). Что касается горных местностей, то хотя воздух здесь легче благодаря меньшему давлению, амплитуда колебания остается приблизительно та же. «Дженераль Электрик» дает следующие цифры влияния барометрического давления на количество дутья.

Наибольшая амплитуда колебаний в этих пределах будет таким образом около 30,%. Это является . значительной цифрой, что служит источником больших ошибок в расчетах при ведении плавки в вагранке. В первые времена работы вагранки максимальное количество 811 м3 воздуха на 1 т выплавленного чугуна принималось за норму. В эти времена не было еще измерительных приборов или недоставало знания для проверки практических приемов, поэтому приходилось применять некоторый коэфи-циент запаса воздуха.

Имеется еще важный фактор, входящий в расчет-количества воздуха, подаваемого в вагранку, а именно влажность воздуха. При обычных условиях воздух, засасываемый Воздуходувкой, содержит небольшое количество влаги. Процент влаги колеблется в зависимости от времени года и местности, где находится литейная, в связи с чем колеблется и плотность воздуха, откуда при расчетах возникают ошибки. Так, процент влажности воздуха изменяется в пределах от 0, когда в воздухе совсем нет водяных паров, или от 0,3 до 1,5%. — в очень жаркую сырую погоду. Это составляет колебание почти 2% в пересчете на количество воздуха, требуемого для Плавки в вагранке.

Вопрос о влажности воздуха и ее влиянии на условия плавки имеет чрезвычайно важное значение, что становится ясным при ознакомлении с исследовательской работой, проведенной Литейной компанией Spatrta Foundry (Мичиган, США). Это — одна из крупнейших фирм, изготовляющих поршневые кольца для автомобилей. С самых первых дней работы завода время от времени замечались дефекты в виде белых пятнышек на поверхности колец после их шлифовки. Было замечено, что в дни, когда в воздухе много иопарений, белые пятнышки увеличивались. В результате исследований выяснилось, что белые пятна являются свободным цементитом. Тот факт, что наибольший процент пятен появлялся во влажные дни, привел к установке воздухо-ооушительной системы. Оборудование это, занимающее около 4 м2 площади пола, состоит из ряда труб, по которым проходит воздух. Первый ряд труб служит для нагревания воздуха (для его расширения), а второй ряд для быстрого охлаждения, вызывающего выпадение водяного пара. Воздухоосушителъная система устранила указанные дефекты, а с ними и убытки изготовителей. Этот вопрос не новый, так как еще Гейли (Gayley) обратил внимание на влияние присутствующего в воздухе водяного пара на чугуц (1890 г.), и предложил воздуХЬ сушилки своей конструкции, которые, однако, не нашли распространения в то время. Затем вопрос этот возник снова и был разработан Опаргской литейной компанией, а позднее Бергхольдом (Bergehold) — сотрудником компании «Дженераль Моторс». В результате новые литейные начали строить у себя подобные установки.

Выше мы указывали на влияние на ход вагранки колебаний температуры, барометрического давления и относительной влажности. В общем эти колебания составляют 54%. Иначе говоря, действительная работа вагранки требует только 46% воздуха от количества, доставляемого воздуходувкой. Остальная часть употребляется как резерв, идущий на очищение атмосферы литейной. Такой работе следует большинство современных литейных. Потери от этой причины значительны. Поэтому самое необходимое в литейном цехе — это контроль дутья, подаваемого в вагранку.

Для этого был сконструирован аппарат, посредством которого все колебания в количестве поступающего воздуха, происходившие от изменения температуры, барометрического давления и влажности, устранялись путем автоматической регулировки клапана дутья. Прибор этот изображен на рис. 18. Система основана на том принципе, что если сообщаемая электромотору воздуходувки электроэнергия поддерживается постоянной, то и вес воздуха, подаваемого в вагранку, остается постоянным. Прибор состоит из заслонки на воздухопроводе, искусственно суживающей его сечение. Путем регулирования заслонки поддерживается постоянная величина мощности, сообщаемая электромотору. Регулирование производится от руки или автоматически. Напряжение питателя поддерживается постоянным, колеблется лишь сила тока, затрачиваемая мотором.

Рис. 18. Устройство для автоматической регулировки клапана дутья.

Автоматическое устройство состоит из реверсивного мотора, сцепленного с дутьевой заслонкой и снабженного выключателями предельного положения заслонки для предупреждения излишнего движения ее и заедания. На контрольном щитке установлен обыкновенный контактный амперметр — замыкатель — и индикаторный амперметр, градуированный в килограммах воздуха, с выключателем, плавким предохранителем, регуляторным реостатом и тремя стандартными контакторами.

Начинает вращаться в надлежащем направлении для закрываний заслонки, снижая таким сщразом силу тока до нормальной. Подобным яге образом, когда сила тока несколько падает, замыкается другой контактор, вызывающий вращение мотора в противоположном направлении, который в свою очередь открывает васлонку и повышает силу тока до нормальной.

Третий контактор находится под напряжением все время, пока работает мотор, и сообщает энергию щитку. Когда воздуходувка не работает, контактор находится в положении выключения, и энергия в щиток не поступает. Вспомогательный контрактор подает энергию к мотору, закрывающему заслонку. Заслонка всегда закрыта при пуске мотора, что очень важно, так как таким путем предотвращается попадение газов из вагранки в воздухопровод и возможность взрыва.

Реостат применяется для измерения показаний амперметра, так что мояшо получить желательный вес воздуха и поддерживать данную величину его в пределах производительности воздуходувки. Амплитуда колебания показаний амперметра составляет + 20% нормальной нагрузки. Когда реостат надлеягащим образом установлен, можно сказать, что оборудование отрегулировано с точностью до 2%. Рабочая часть устройства представлена на рис. 19.

После 1928 г. было установлено бесчисленное количество подобных аппаратов в американских литейных, и применение их оправдало себя на деле. Одной из первых литейных, применивших этот тип оборудования, (был литейный, цех еаводов автомобильной кампании Понтияк (Pontiac Motors Corp.). Опыт этой компании свидетельствовал, что по показаниям барометра-анероида расход кокса можно свести до минимума. Старая литейная, пользующаяся для измерения количества воздуха трубкой Пито npft выплавке определенного сорта чугуна, нринуясдена была расходовать кокс в пропорции 13 : 1, тогда как литейная Понтияк при выплавке чугуна того же сорта и для тех же отливок прекрасно работала на пропорции 10:1, включая сюда холостую колошу.

Нужно отметить, что вагранщики при определении необходимого количества воздуха должны всегда учитывать не только расход кокса, идущего на засыпаемые колоши, но и на холостую колошу. Обычно для того чтобы добиться внешнего эффекта, литейщики включают в подсчет только кокс в рабочих колошах, что вводит в заблуждение.

Резюмируя весь вопрос о надлежащем количестве воздуха, требуемого .для выплавки 1 т чугуна, мы можем сказать следующее.

1. Мольденке в своем первоначальном труде в 1908 г. несомненно правильно указал, что 1 т чугуна можно выплавить при расходе всего лишь 655 м3 воздуха. Потребовалось 20 лет, прежде чем дейстительный опыт подтвердил, что эта величина указана совершенно правильно.

2. Мак Лейн в своем утверждении, что на 1 т чугуна требуется 811 м3 воздуха, вообще говоря, был прав, и литейные, следовавшие его правилу, могли давать более горячий чугун, чем литейные, работавшие на 655 м3. Это некоторое расхождение Можно объяснить тем, что точные измерительные приборы в то время еще не нашли себе применения в литейной промышленности, и на научном основании плавка не велась.

Рис. 19. Прибор для автоматического регулирования дутья.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум