Дипломная (вкр): Разработка упаковочного шнекового полуавтомата для производства шлакообразующих смесей

Другим вариантом обработки металла в ковше шлаковыми смесями является технология использования экзотермических самоплавких шлакообразующих смесей (СШС), которые содержат шлакообразующие (известь, А12О3, плавиковый шпат), окислитель (натриевую селитру) и "топливо" (алюминиевый порошок). Работы, показали, что во время горения и плавления экзотермической смеси ковш необходимо накрывать зонтом с отводом дыма, улавливания пыли и ядовитых оксидов азота. В настоящее время металлургический комбинат им. Ильича (МКИ) и разработали и внедрили в опытно-промышленном режиме технологию рафинирования конвертерной стали 09Г2С жидкими синтетическими шлаками, получаемыми из СШС. Установка для получения шлака малогабаритна и занимает небольшую площадь в разливочном пролете, а газоочистка вынесена на территорию цеха.

Производство экзотермической СШС организовано в специализированном отделении, характеризуется высокой степенью механизации. Условия работы соответствуют требованиям техники безопасности. При изготовлении смеси используют отходы производства (отсевы алюминиевой стружки, некондиционную известь). Для транспортировки исходных материалов и готовой смеси служит автотранспорт со специализированными саморазгружающимися контейнерами. Предусмотрена также возможность получения рафинировочного шлака непосредственно в сталеразливочном ковше, что значительно экономичнее.

В обычных условиях в производимой на МКИ стали 09Г2С содержится в среднем 0,027% S. После обработки СШС содержание серы в готовой стали составляет 0,023% при расходе СШС 18; 4кг/1 стали и 0,013% при расходе СШС 32,5 кг/т стали.

Обработка металла в ковше (ТШС) имеет два основных недостатка: малая (по современным требованиям к качеству металла) степень десульфурации и нестабильность получаемых при обработке результатов (в случае, если используют только один этот метод). Значительным достоинством метода является его простота и доступность, а также возможность эффективно использовать отходы различных производств. Так, институтом УНИИМ совместно с КМК разработана и внедрена технология обработки рельсовой мартеновской стали ТШС, состоящей из извести и отходов производства алюминия, содержащих до 70% глинозема и некоторое количество плавней (К2О + Na2O). После сушки и просеивания (ячейки 50x50 мм) ТШС загружают в контейнеры и присаживают в ковш сразу после введения раскислителей. В результате в ковше формируется достаточно подвижный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и адгезионной способностью по отношению к включениям. В результате среднее содержание серы в готовом металле снизилось с 0,026 до 0,021%, увеличился выход 25-м рельсов 1-го сор-та, уменьшился перевод рельсов во II сорт по неметаллическим включениям и т.д.

По мере развития таких способов внепечной обработки стали, как нагрев металла в процессе его внепечной обработки на установке ковш - печь при одновременной продувке инертными газами ситуация изменяется. Метод расплавления в отдельном агрегате синтетического шлака для последующего слива этого шлака в сталеразливочный ковш постепенно уступает место методу наведения шлака требуемого состава в агрегате внепечной обработки при одновременном перемешивании и металла и шлака (инертными газами, в вакуумной камере, электромагнитным и др.), при этих условиях метод использования ТШС получает самое широкое развитие.

Наиболее эффективный современный метод ускорения процесса выгорания углерода. Его преимущества по сравнению с присадками руды.

1.2 Цель и задачи разработки

В настоящее время в условиях цеха ЭШОС конверторного производства ОАО «Северсталь» применяется метод фасовки шлакообразующих смесей, в контейнера объемом 3 метра кубических.

Однако в процессе производства и эксплуатации возникает ряд недостатков:

          невозможность фасовать необходимое количество смеси;

          неудобство использования в условиях цеха;

         сложность транспортировки и хранения;

         в процессе хранения и транспортировки из-за разной плотности и массы материалов в смеси, происходит расслоение, что приводит к потере смесью её свойств;

         контейнера изготовлены из стали, что в холодное время года приводит к образования конденсата на стенках контейнеров. В состав некоторых смесей входит цемент, при наборе влаги цемент застывает и смеси теряют свои свойства, также происходит потеря материала;

         потеря свойств смеси привод к прогару сталь ковшей, прорыву расплавленного метала через кристаллизатор МНЛЗ, а также к значительным затратам на ремонт, потере прибыли из-за простоя оборудования;

Поэтому целью дипломного проекта является установка упаковочного полуавтомата, которая позволит использовать для фасовки тару меньшего объема (клапанные мешки до 25кг.). т.к.:

         удобное использование;

         простота набора смеси;

         возможность точного набора необходимого количества смеси;

         меньшее расслоение смеси внутри тары;

         защита от влаги;

         простота применения;

         меньшие потери материала;

         лучшее качество смеси;

Исходя из поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

         рассчитать и спроектировать привод конвейера для транспортировки смеси;

         рассчитать и спроектировать пневмопривод;

         рассчитать и спроектировать цепную передачу привода рыхлителя;

         разработать общий вид полуавтомата;

         рассчитать экономическую эффективность.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы упаковочного шнекового полуавтомата

Полуавтомат предназначен для набора смесей в клапанные мешки. Материал из бункера ссыпается на узел горизонтального шнека, где смесь перетряхивается и ссыпается на шнек, под давлением создаваемым шнеком материал ссыпается в мешок. После набора необходимого количества смеси, срабатывает датчик тензометрический, который посылает сигнал на блок управления, сигнал из блока управления поступает на пневмораспределитель, пневмоцелиндр изменяет угол наклона лотка и мешок под действием силы тяжести перемещается на конвейер.

.2 Разработка пневматического дозатора

Исходные данные: разработать пневмопривод дозатора упаковочного шнекового автомата со следующими исходными данными:

- ход поршня пневмоцилиндра Н = 0,3 м;

-       время рабочего хода t = 0,6 с;

-       рабочее давление воздуха Р = 0,63 МПа;

-       требуемое усилие на штоке G = 5000 Н.

.2.1 Расчёт и выбор исполнительного пневмодвигателя

Основными параметрами ПЦ являются диаметр штока, ход поршня и рабочее давление.

Диаметр поршня пневмоцилиндра:

 , мм (2.1)

где Rmax - максимальное осевое усилие, Н;

P - давления в пневмосистеме, МПа;

K - эмпирический коэффициент, приближённо учитывающий

потери давления, К=1,5.

 ,мм, (2.2)

По полученному значению из справочника выбираем стандартный пневмоцилиндр с односторонним штоком и ближайшим большим стандартным диаметром поршня:

-125х32х0300 УХЛ4 ГОСТ 15608-81

- без торможения;

- присоединение на проушине;

- наружная резьба на штоке;

- коническая резьба присоединения трубопроводов;

- диаметр поршня, мм;

- диаметр штока, мм;

- ход поршня, мм.

Определим площадь поршневой и штоковой полости:

, м2, (2.2)

 , м2, (2.3)

где Dст - диаметр поршня выбранного пневмоцилиндра, м;

dст - диаметр штока выбранного пневмоцилиндра, м.

 м,2  м.2

2.2.2 Составление принципиальной схемы привода

Схема пневмопривода показана на рисунке 2.1. Фильтр-влагоотделитель ФВ фильтрует воздух и осушает его. Редукционный клапан РК поддерживает постоянное давление в системе. Контроль за давлением осуществляется с помощью манометра МН. Маслораспылитель МР насыщает воздух маслом для смазки движущихся частей привода. Пневмораспределитель ПР служит для перенаправления потока воздуха и тем самым реверсирует движение поршня пневмоцилиндра ПЦ. Дроссель Д регулируют скорость хода поршня (согласно ТЗ регулирование скорости на выходе). Глушитель Г служат для снижения шума выходящего воздуха.

Для описания схемы в символьной форме рассмотрим полностью цикл работы установки.

Быстрый подвод:

пневмосеть => ФВ - РК - МР - 1(ПР)2 - ПП(ПЦ)/(ПЦ)ШП - 3(ПР)4 - Д - Г

Быстрый отвод:

пневмосеть => ФВ - РК - МР - 1(ПР)3 -ШП(ПЦ)/(ПЦ)ПП - 2(ПР)4 - Д - Г

Рисунок 2.1 Схема пневмопривода

.2.3 Расчет и выбор компрессорной установки

Найдем расход воздуха в обе полости, пневмоцилиндра по формулам:

, м3/с, (2.4)

, м3/с, (2.5)

где F1ст, F2ст - площадь поршневой и штоковой области стандартного пневмоцилиндра, м2;

V - максимальная скорость перемещения штока, м/с.

Скорость перемещения штока:

, м/с, (2.6)

где S - ход штока, м;

t - требуемое время перемещения, с.

 м/с.

Площадь поршневой области пневмоцилиндра:м2, отсюда расход:

 м3/с (0,368 м3/мин).

Площадь штоковой области пневмоцилиндра:м2, отсюда расход:

 м3/с (0,344 м3/мин).

Выбор компрессорной установки. Расчетный расход воздуха для установки:

 , м3/с, (2.7)

где Qmax - максимальный расход воздуха, м3/с;

Кп - коэффициент, учитывающий потери от неплотностей в соединениях, арматуре, Кп = 1,2;

Ки - коэффициент, учитывающий потери в связи с износом пневматического устройства, Ки = 1,2;

Км - коэффициент, учитывающий максимальный рсход воздуха, периодически превышающий среднечасовой, Км = 1,2.

 м3/с (0,368 м3/мин)

 м3/с (0,636 м3/мин)

Выбираю по справочнику [6] стационарную компрессорную станцию типа КСЭ-3М со следующими техническими характеристиками:

-        производительность - 3 м3/мин;

-       рабочее давление - 7 ати (0,7 МПа);

-       частота вращения вала - 730 мин-1;

-       мощность электродвигателя - 20 кВт;

-       частота вращения электродвигателя - 730 мин-1;

-       габариты, мм

длина - 1970 мм, ширина - 855 мм, высота - 1285 мм,вес - 1110 кг.

.2.4 Расчёт и выбор пневмоаппаратуры и трубопроводов

Проверка пневмоцилиндра на максимальный расход воздуха. Проверим пропускную способность штуцеров ПЦ:

, м3/ч, (2.8)

где f - минимальное сечение штуцера пневмоцилиндра мм2;

Р - давление сжатого воздуха в магистрали, кг/см2;

Vуд - удельный объём сжатого воздуха, м3/кг

gt - удельный вес воздуха при рабочих условиях, кг/м3.

f =p · dу2 / 4 = 3,14 · 102 / 4 = 78,5 мм2 (7,85 · 10-5 м2).

Удельный объем сжатого воздуха:

, м3/кг, (2.9)

где R - универсальная газовая, R= 287 Н·м /кг·0К

Т - рабочая температура по Кельвину.

Т = 20° С + 273 = 293°К

Vуд =287 · 293 / 0,7 · 106 = 0,12 м3/кг;

Удельный вес воздуха при рабочих условиях при T =20° C и давлении Р = 7 кг/см2 (0,7 МПа):gt20 = 8,17 кг/м3, [6, с.33, табл.15];

 м3/час. (0,87 м3/мин или 0,0145 м3/с)

Qп/ц > Qmax (0,87 > 0,368) м3/мин

Т.к. выбранный пневмоцилиндр подходит.

Расчёт воздухопровода. Внутренний диаметр воздухопровода:

 , мм, (2.10)

где ρ0 - плотность воздуха при нормальном атмосферном

давлении и давлении в трубопроводе ρ0 = 1,17 кг/м3,

ρ = 8,17 кг/м3;

Vрек - скорость воздуха в воздухопроводе, Vрек = 8…12 м/с.

мм.

В качестве трубопроводов пневмосистемы выбираем ближайший по внутреннему диаметру рукав с м (16 мм) типа:

Б-20 Ф16 ГОСТ 8318-57

Фактическая скорость движения воздуха в трубопроводе:

 , м/с, (2.11)

где f ст- площадь воздухопровода , м2.

Площадь воздухопровода:

м.2

Фактическая скорость движения воздуха в линии нагнетания:

, м/с.

Фактическая скорость движения воздуха в линии сброса:

, м/с.

2.2.5 Выбор пневмоаппаратуры

По справочнику [32] выбираем пневмоаппаратуру. Фильтр-влагоотделитель Типа 22-1080 УХЛ4. ГОСТ 17437-81

-        условный проход, dу=10 мм;

-       номинальное давление воздуха , Рном = 1,0 МПа;

-       отвод конденсата - ручной;

-       степень влагоотделения - 90%;

-       абсолютная тонкость фильтрации - 80 мкм;

-       потеря давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

-       утечки воздуха - 10 см3/мин;

-       пропускная способность, Кn = 2,2 м3/ч;

-       вместимость резервуара для конденсата - 0,25 л.

Клапан редукционный Типа 122-16 УХЛ4. ГОСТ 18468-79.

-        условный проход, dу=16 мм;

-       номинальное давление воздуха , Рном=1,0 МПа;

-       номинальный расход воздуха при Р=0,63 МПа - 1,6 м3/мин;

-       утечка воздуха, maх - 6,5 м3/мин;

-       падение давления на выходе - 0,06 МПа;

-       пределы настройки - (0,05 … 0,9) МПа.

Манометр 4-го класса точности по ГОСТ 8625-77- поставляется вместе с редукционным клапаном.

Маслораспылитель типа 121-16-УХЛ4. ГОСТ 25531-82.

-        условный проход, dу=16 мм;

-       номинальное давление воздуха , Рном = 1,0 МПа;

-       расход воздуха при , Р = 0,63 МПа:

минимальный - 0,25 м3/ мин;

максимальный - 1,25 м3/ мин;

-        потери давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

-       подача масла, капли в минуту - до 2;

-       максимальная вместимость резервуара для масла - 0,2 л;

-       утечка воздуха, maх - 5 см3/мин.

Пневмораспределитель типа В64-24А-05 УХЛ4 ТУ2-053-1633-83.

-        В6 - тип пневмораспределителя;

-       4 - управление электропневматическое;

-       2 - способ управления односторонний;

-       4А - условный проход, dу=16 мм;

-       05 - монтаж стыковой для пневмораспределителей с электропневматическим управлением;

-       УХЛ4 - климатическое исполнение;

-       номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;