ТЕКСТ ГЛАВЫ 10

Глава 10. СУШИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Сушка исходных формовочных материалов, стержней и крупных литейных форм связана с большими энергозатратами, выделением пыли и газов в рабочую зону и окружающую среду. Удельный расход тепла на сушку форм и стержней, изготовленных по технологиям середины ХХ-го века, в полтора раза превышал расход тепла на выплавку тонны стали и в два раза на выплавку чугуна в вагранке.
В современном литейном производстве. Исходные формовочные пески поступают на территорию крупных современных литейных предприятий в готовом к употреблению виде, где они хранятся на централизованных складах. Помещения этих складов удалены от других производственных цехов. Комковые формовочные глины заменены бентонитными связующими, не требующими сушки, а огнеупорные глины используются без сушки и размола.
Стержни, изготавливаемые по нагреваемой оснастке, подсушивают только в случаях их частичной или полной окраски распылением, обливанием или окунанием. Мелкие стержни окрашивают в горячем состоянии, что позволяет избежать подсушки. Более крупные стержни подвергают отделке, окраске и подсушке непосредственно на подвесках подвесного транспортного конвейера. Для сушки стержней после окраски и склеивания используют вертикальные сушила. При использовании холоднотвердеющих смесей (ХТС) сушке также подвергают только окрашенные стержни.
Значительная часть крупных литейных форм из песчано-глинистых смесей, подвергавшихся сушке, в настоящее время заменена формами из самотвердеющих жидкостекольных смесей с жидкими отвердителями. Только при пониженной температуре и повышенной влажности воздуха в цехе песок, используемый для приготовления таких смесей, подсушивают и подогревают в установках кипящего слоя. Поэтому сушке подвергаются главным образом только крупные формы. Малые производственные предприятия также закупают готовые формовочные материалы и используют технологии с минимальным объёмом операций сушки.
Поэтому рассматриваемый раздел занимает значительно меньшее по объёму место, чем в учебниках более ранних изданий.
Сушка материалов является сложным процессом тепло- и массообмена между материалом и сушильным агентом. Этим агентом в большинстве случаев являются продукты горения топлива или воздух. Качественную взаимосвязь параметров процесса сушки можно установить используя собственный житейский опыт. Сушка состоит из нескольких взаимосвязанных процессов.
Испарение влаги с поверхности материала.
Удаление паров с поверхности материала в толщу сушильного агента.
Диффузия влаги из глубинных слоёв материала к его поверхности.
Скорость каждого из этих процессов увеличивается с повышением температуры.
Общеизвестно, что испарение протекает с поглощением тепла, поэтому ускорение первого из перечисленных процессов при увеличении температуры поверхности тела не вызывает сомнений.
Скорость испарения увеличивается при увеличении способности сушильного агента поглощать (растворять в себе) влагу, т.е. от парциального давления насыщенного пара жидкости в сушильном агенте при данной температуре. Эта величина растёт с повышением температуры, а при её уменьшении ниже точки росы сушильный агент не способен поглощать влагу, так как в нём начинается её конденсация. (В сырую погоду бельё плохо сохнет).
Диффузия влаги к поверхности увеличивается при увеличении её температуры.
Увеличение скорости движения сушильного агента также оказывают существенное влияние на процесс сушки.
1-ый и 2-ой процессы осуществляются конвекцией. При увеличении скорости газов они ускоряются.
Как и все диффузионные процессы, диффузия влаги внутри материала ускоряется с ростом температуры.
Расчёты процесса сушки аналитическим или графоаналитическим путём трудоёмки и громоздки. Методики этих расчётов используют разработчики конструкций сушильных печей. Необходимая точность расчётов обеспечивается при этом большим количества экспериментальных данных, являющихся интеллектуальной собственностью разработчиков и недоступных для общего использования. Однако конструкции предлагаемых на рынке сушил позволяют выбирать из них наиболее подходящие для сушки данного вида стержней. Кроме этого каждая из конструкций позволяет регулировать режим её работы в широких пределах. Поэтому знание принципов работы разного типа сушил позволяет регулировать режим их работы и подбирать наиболее подходящий для данного типа изделий.

10.1. Сушка песка
Свойства песка позволяют интенсифицировать процесс путём нагрева сушильного агента до высоких температур. Однако с повышение температуры в нагревательном устройстве возрастают тепловые потери. Поэтому ускорение этого процесса обеспечивают максимально возможным увеличением поверхности контакта частиц песка и сушильного агента. Этот способ реализуется при сушке в так называемом «кипящем слое» (рис. 10.1.).


Рис. 10.1. Установка для сушки формовочного песка в кипящем слое.
1 – канал для удаления просыпи; 2 – жёлоб для сухого песка; 3 – «сливное» отверстие; 4 – пористая перегородка; 5 – сушильная камера; 6 – выход газов в систему очистки; 7 – входной трубопровод; 8 – топка; 9 – горелка; 10 – регулятор коэффициента расхода воздуха; 11 – вентилятор; 12 – газопровод.

К горелке -9 подаётся газ по газопроводу -12 и воздух от вентилятора -11. Продукты горения разбавляются в топке -8 воздухом, который подаётся от дутьевого вентилятора через сопла, расположенные ниже горелки. Смесь продуктов горения и воздуха поднимается вверх и проходит через пористую перегородку -4 в сушильную камеру -5. Сырой песок попадает в эту камеру по трубопроводу -7. Равномерность и непрерывность подачи песка обеспечивается питателем, не показанным на рисунке. Регулируя скорость потока воздуха, добиваются такого состояния песковоздушной смеси, когда сила тяжести каждой песчинки уравновешивается силой трения газа о её поверхность. В этом случае песчинки витают в объёме сушильной камеры подобно молекулам жидкости. Поэтому такое состояние сыпучего материала называют также псевдоожиженным. Продолжительность сушки песка в кипящем слое значительно меньше, чем в обычных сушилах. Сухой песок вытекает из камеры через отверстие -3 и по жёлобу -2 направляется на охлаждение. Для удаления песка, просыпавшегося через перегородку -4, открывают заглушку канала -1.
Режим работы установки и в, частности её, производительность можно регулировать в широких пределах путём изменения производительности питателя, расхода газа и воздуха, подаваемого в горелку и непосредственно в топку.
10.2. Сушка литейных форм
Конструкция сушил для литейных форм зависит от размеров полуформ. Самые крупные полуформы сушат в ямных сушилах, расположенных ниже уровня пола в цехе (рис. 10.2.). Полуформы -1 загружают в рабочее пространство сушила при снятом своде -2. Из топки -2, расположенной рядом с рабочим пространством, продукты горения попадают в канал -3, где они разбавляются воздухом из трубопровода -4 до необходимой температуры. Частично охладившиеся газы удаляются через борова -6 и 7. Струя воздуха, создаёт в канале -3 разряжение, поэтому часть охладившихся газов возвращается в канал -3. Целесообразность частичной рециркуляции газов в камерных сушилах периодического действия объясняется тем, что для ускорения процесса сушки необходимо обеспечить высокую скорость движения сушильного реагента по поверхности высушиваемого материала. Однако при высокой скорости вынужденного движения газы передают материалу лишь небольшую часть своего тепла. Также незначительным оказывается повышение влажности газов в результате перехода в них влаги материала. Иными словами при однократном контакте с высушиваемым материалом потенциал сушильного агента расходуется далеко не полностью, и термический КПД сушила оказывается неприемлемо низким. Частичная рециркуляция газов направлена на устранение этих недостатков.
Тепловой режим работы сушила регулируют изменением расхода газа, воздуха и продолжительностью сушки.


Рис. 10.3. Ямное сушило для крупных полуформ.
1–рабочее пространство; 2 – съёмный свод; 3 – вертикальный канал; 5 – топка;

Литейные формы меньших размеров сушат в камерных газовых сушилах (рис. 10.4.). Полуформу помещают внутрь печи на опорную решётку и накрывают крышкой. В инжекционном смесителе -1 газ смешивается с воздухом и, выходя из отверстий, расположенных в верхней части коллектора, -2 сгорает. Под действием геометрического давления газы поднимаются вверх, омывают полуформу и выходят в вентиляционные отверстия - 6 в крышке. Особенностями конструкции являются её простота и низкий КПД, связанный с отсутствием рециркуляции газов.




Рис. 10.4. Камерное газовое сушило
1 –инжекционный смеситель; 2 -коллектор; 3 – опорная решётка; 4 – камера сушила; 5 – теплоизоляция камеры; 6 – вентиляционные отверстия.

10.3. Сушка стержней
Для сушки крупных стержней можно использовать камерное сушило, схема которого была приведена на рис. 2.12. Усовершенствованная конструкция такого сушила с принудительной рециркуляцией показана на рис. 10.5. В этой конструкции часть газов из дымового короба – 2 возвращается вентилятором – 3 в топку. Степень рециркуляции регулируется с помощью рычагов заслонок – 4.
На рис. 10.6. показано вертикальное конвейерное двухходовое сушило для подсушки небольших стержней. Через окно «Вход» стержни укладывают на полках этажерок, перемещаемых цепным конвейером. На время загрузки конвейер останавливают. Поднимаясь вверх, подвески проходят через боковые эластичные уплотнители, препятствующие попаданию холодного воздуха в правую камеру.






Рис. 10.5. Камерное сушило с принудительной рециркуляцией.
1 – топка и топочный канал; 2 – дымовой короб; 3 – вентилятор;
4 - регулировочная заслонка с рукояткой.

Из топки в эту камеру попадает воздух вместе с частью воздуха, нагнетаемого вентилятором. В начале прямоточного движения газов и стержней скорость сушки максимальная. По мере испарения влаги с поверхности стержней и охлаждения газов скорость сушки замедляется. В верхней части левой камеры скорость сушки достигает минимума, газы удаляются в трубу. Для усиления тяги трубы в неё подают воздух от вентилятора. В нижней части левой камеры происходит охлаждение стержней перед выгрузкой. При подсушке небольших стержней и продолжительном контакте газов со стержнями температура газов потенциал сушильного агента используется достаточно полно без рециркуляции.
Управление режимом работы сушила осуществляется изменением расхода топлива, воздуха и скоростью движения конвейера.
Сушка более крупных стержней требует бульшего времени, поэтому её осуществляют в горизонтальных конвейерных сушилах, длина которых не ограничивается высотой цеха. Горизонтальное сушило представляет собой лабиринт из нескольких горизонтальных секций, через которые проходит подвесной транспортный конвейер от окрасочных камер к складу стержней. Использование таких сушил не требует ручной перегрузки стержней с транспортного конвейера стержневого участка цеха на конвейер сушила и обратно. Принципы работы и управления горизонтальными и вертикальными конвейерными сушилами аналогичны.



Рис. 10.6. Вертикальное конвейерное двухходовое сушило

10.4. Сушка шихты
Сушка шихты путём её нагрева является необходимой операцией при плавке чугуна в индукционных тигельных печах промышленной частоты. Плавка в таких печах ведётся с переходной ванной жидкого металла (с «болотом»). Шихта, загружаемая в болото, не должна содержать влаги, масел и эмульсии во избежание опасных выбросив жидкого металла. Нагрев полностью сбалансированной по химическому составу шихты, находящейся в бадье, происходит на установке показанной, на рис. 10.7. Бадья -2 перемещается по рольгангу-1 под кожух горелки -6, приподнятой в это время гидравлическими цилиндрами -7. Кожух опускается на торец бадьи, с помощью запальной горелки зажигают пламя основной горелки, и продукты горения проходят через слой шихты, нагревая его. Через короба -4 они удаляются из бадьи с помощью дымососов. Шихту нагревают до температуры гарантированного воспламенения масел
· 500оС. Бадью с нагретой шихтой устанавливают мостовым краном на воротник плавильной печи, после раскрытия створок -15 шихта вываливается в тигель печи.
Важно отметить, что стружка, входящая в состав шихты, содержит больше чем другие компоненты шихты эмульсии, влаги и масел (до 1 кг на 1 тонну стружки). Кроме этого сернистые составляющие масел приводят к растворению серы в металле, а щелочные составляющие эмульсии ускоряют разрушение футеровки. Поэтому нагрев стружки необходим даже при небольшом её количестве в составе шихты. Однако нагрев стружки нельзя проводить в бадье вместе с компактной шихтой, так как за время, необходимое для нагрева крупных кусков шихты стружка полностью окисляется и уносится с дымом. Поэтому практикуют предварительный нагрев стружки в специальных установках.




Рис. 10.7. Стенд для нагрева шихты
1 – роликовый транспортёр; 2 – бадья; 3 – рама; 4 – короб дымохода; 5 – цапфа; 6 – охлаждающий кожух горелки; 7 – гидравлические цилиндры; 8 – траверса; 9 – запальная горелка; 10 – основная горелка; 11 – камера смешения; 12 – теплоизоляция бадьи; 13 – огнеупорный муфель; 14 – шихта; 15 – створки днища.

Так, например, в литейном цехе серого чугуна ВАЗа используют установку, включающую в себя блок подачи стружки, блок сушки с системой дымовых труб и бункер для выдачи стружки в бадью. В блоке подачи стружка проходит через сито с ячейками 50х30мм и с помощью вибропитателя и элеватора попадает в сушило. Сушка происходит в наклонном барабане, вращающемся на опорных роликах. Спиральные направляющие, расположенные на внутренней поверхности барабана перемещают стружку в осевом направлении. Нагрев производится горелками, работающими на природном газе. Температура нагрева регулируется автоматически. Установка производительностью 4 т/ч подключена к центральной вентиляции цеха. Высушенную стружку загружают на дно нагревательной бадьи, где интенсивность движения окислительных газов в процессе нагрева минимальная. Кроме этого, при разгрузке бадьи в печь вышележащие слои компактной шихты препятствуют всплытию стружки из болота.
В литейном производстве использование электроэнергии для работы сушил обходится значительно дороже, чем использование топлива. Инфракрасные электрические излучатели в виде специальных ламп накаливания и электрические калориферы используются там, где нет природного газа.
10.5. Сушка и нагрев ковшей
После футеровки ковши подвергают медленной воздушной сушке для того, чтобы избежать растрескивания огнеупорного раствора. После воздушной сушки ковши прокаливают до 9001000оС в установках, показанных на рис. 10.8.


Рис. 10.8. Установка для сушки ковшей.
1 – ковш; 2 – запальник; 3 – рама; 4 – горелка; 5,6,7 – краны; 8 – вытяжной короб; 9 – манометр; 10- гибкий шланг.












Задание для самопроверки.
Не заглядывая в текс, изложите устно устройство и принцип действия рассмотренных сушильных печей.
4

А-А

Б-Б


уплот-
нитель

уплот-нитель

газ

газ воздух

воздух

10

11

12

13

14

15



15

Приложенные файлы

  • doc 19235381
    Размер файла: 932 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий