Проектирование отделения вакуумной сепарации титановой губки на базе АО "УК ТМК" (стр. 7 из 14)
Общее количество тепла на нагрев футеровки:
.Суммарные потери тепла реактором и печью сепарации:
- часовые теплопотери:
,где t - время наиболее интенсивных теплопотерь – 12,4ч.
Данные расчетов сведены в таблицу 5.
Расчет мощности печи сепарации
Необходимую мощность печи сепарации рассчитываем по формуле:
, где k - коэффициент запаса мощности, учитывающий различные незначительные потери.Для печей непрерывно действующих: k = 1,2 /1,3 .
Q – общий расход тепла в печи.
.Электрический расчет печи сепарации
Напряжение печи 380 В, нагреватели питаются то сети перемененного тока через трансформатор. В качестве нагревателей применяем ленточный нихром марки Х20Н80 ГОСТ-2615-58, сечением 3,2´36 мм.
Таблица 5.
Тепловой баланс процесса вакуумной сепарации
| Приход | кДж/ч | Расход | 0 |
| Тепло получаемое за счет нагревателей | 27106792 | 1 Теплота испарения Mg | 20828945 |
| 2 Теплота испарения MgCl2 | 1834279 | ||
| 3 Тепло на нагрев: а) Титановой губки б) Реактора в) Футеровки | 892363 841402 2444000 | ||
| 4 Потери тепла в обратную реторту через крышку реактора | 208325 | ||
| 5 Потери тепла боковой и нижней поверхностью печи | 57478 | ||
| Итого | 27106792 | Итого | 27106792 |
Удельное электрическое сопротивление нихрома при рабочей температуре: r = 1,15 Ом × мм2 /м
Предельно допустимая температура для нихрома марки Х20Н80 равна 1150 °С. На основании опыта эксплуатации печей с повышенной цикловой производительностью, нагреватели печей распределяем по четырем зонам. Мощность каждой зоны 175 кВт.
Расчет нагревателей: Мощность зоныР = 175 кВт; напряжениеU = 380 В; сила тока
; сопротивление 
; сечение ленты S = 3,2 × 3,6 = 115 мм2 ; длина ленты 
; поверхность лентыF = 2 × (0.32 + 3.6) × 8250 = 64680см2; Ваттная нагрузка 
Технологический расчет основного оборудования
Количество печей сепарации
На основании данных дипломного проекта предлагается сокращенные высокотемпературные выдержки процесса сепарации на 10 часов, продолжительность печного цикла 80 часов: разогрев до температуры выдержки – 16 ч; время высокотемпературной выдержки – 62 ч; охлаждение аппарата в печи – 2 ч.
Календарное количество дней в году – 365 дней.
Печь на кап. ремонте – 12 дней.
Печь на профилактическом ремонте – 5 дней.
Итого 348 дней.
Производительность одной печи сепарации в год составит:
- количество печей сепарации, обеспечивающих заданную годовую производительность:
- коэффициент использования печей сепарации составляет:
k = 348/365 = 0,95.
- количество печей сепарации с учетом коэффициента использования:
n = 67/0,95 = 70,5 » 71
- резерв печей сепарации: 71 × 0,05 = 3,5
Общее количество печей сепарации составит: 71 + 4 = 75
Расчет количества холодильников
Цикл охлаждения аппарата сепарации в холодильнике принимаем 53 ч. (охлаждение воздухом – 3 ч; охлаждение водой – 50 ч..). Количество календарных дней работы холодильника в год – 365 дней.
- производительность холодильника в год:
.- количество холодильников, обеспечивающих заданную производительность: n = 30000 / 700,98 = 43 холодильника.
- коэффициент использования холодильников: k = 360 / 365 = 0,98
- необходимое количество холодильников с учетом коэффициента использования составит: n = 43 / 0,98 = 43,8 » 44
- резерв холодильников: 44 × 0,05 = 2,2 » 3
Общее число холодильников: n = 44 + 3 = 47
Расчет количества реторт.
- суточная производительность цеха: Псут. = 30000 / 365 = 82,19 т/сут.
- общее количество реторт необходимых для обеспечения заданной производительности отделения, из них:
- реторты, занятые на вакуумной сепарации: 75 × 2 = 150
- реторты, находящиеся на охлаждении: 47 × 2 = 94
- всего реторт: 244
- резерв реторт: 244 × 0,05 = 13
- общее количество реторт: 244 + 13 = 257
Выбор и расчет вспомогательного оборудования
Выбор вакуумных насосов
Для создания вакуума в аппарате сепарации устанавливается диффузионный насос в паре с механическим насосом. Откачиваемый объем воздуха равен сумме двух объемов –реактора, оборотной реторты и объема вакуумных проводов. Объем реторты – 4,8 м3. Объем вакуумных проводов до механического насоса – 1,5 м3, до диффузионного - 1 м3. Время откачки механическим насосом – 10 мин (600с)
Время откачки диффузионным насосом – 5 мин (300с)
Остаточное давление в системе после откачки механическим насосом 13,3 Па, после откачки диффузионным насосом 0,133 Па.
Суммарный откачиваемый объем: 4,8 + 4,8 + 1,5 = 11,1 м3
Скорость откачки от атмосферного давления до 13,3 Па определим по формуле:
.Предлагается к установке насос ВН – 6Г производительностью 155 л/с, предельным вакуумом 1,3 Па, мощность электродвигателя 20 кВт.Выбираем диффузионный насос. Суммарный откачиваемый объем: 4,8 + 4,8 +1 = 10,6 м3
Скорость откачки от давления 13,3 до 0,133 Па:
Устанавливаем насос БН – 2000 производительностью 2000 л/с, предельным вакуумом 0,06 Па, мощностью электродвигателя 7,5 кВт..
Выбираем насос для создания контрвакуума в печи.
Откачиваемый объем:
.Остаточное давление в печи 664,5 Па.
Скорость откачки от атмосферного давления до 664,5 Па, время откачки 5 мин (300 с):
.Расчет количества вакуумных насосов
Количество вакуумных насосов ВН – 6Г равно количеству печей в отделении плюс 4 насоса контрвакуумной линии. Всего ВН – 6Г: 75 + 4 = 79
4. Аналитический контроль производства
Качество титановой губки определяется содержанием в ней примесей и ее однородностью. Повышенное содержание примесей делает титан хрупким, что затрудняет получение изделий с необходимыми механическими свойствами. Неоднородность губки затрудняет изготовление изделий с определенными механическими свойствами. В качестве основных примесей в титановой губке присутствуют: кислород, азот, железо, хлор, магний, углерод, кремний, никель, хром, водород. Содержание этих элементов в губке колеблется как в партиях металла, так и в пробах, отобранных из одной партии.
Основными параметрами для определения качества титана являются его механические свойства, в частности твердость. Чем выше твердость титана, тем ниже его качество.
Целью переработки отсепарированной губки является разделение на партии, в которых металл был бы по возможности однороден, Выбор схемы переработки губки зависит от технологической схемы ее получения. Во всех случаях переработка заключается в первую очередь в отделении более качественного металла от менее качественного. При разделке губки в виде блока от кричной (центральной) части блока отделяются низ и верх блока. Из криц комплектуют партии металла наиболее высокого качества, партии металла, отобранного из остальных частей блока, имеют более низкое качество. Благодаря такому методу сортировки удается получить часть металла высших сортов с содержанием примесей меньшим, чем среднее содержание их в блоке. Но зато другая часть металла неизбежно получается менее высокого качества, и часть его может пойти даже в брак.
Кроме разделки отсепарированного блока губки на соответствующие части, приемом, улучшающим качество, является рассев губки по фракциям крупности после ее дробления. Дробление губки вообще необходимо, так как в противном случае ее переплавка затруднительна. В самые мелкие фракции губки (менее 3 мм) попадает металл более хрупкий, который, как правило, идет в отходы.
Переработка и использование отходов титана являются важным переделом, который существенно влияет на экономику всего производства этого металла.
Товарные партии титановой губки составляют из фракций 12 — (—70), 12 — (—25) и 2— (—12) мм. Допускается комплектование партий из фракций 6 — (—12) и 2 — (—6) мм. Все товарные партии независимо от крупности не должны содержать дефектной губки, соответствующей установленным эталонам.
В связи с жесткими требованиями к качеству титановой губки перед упаковкой в тару на транспортере ее тщательно сортируют по внешнему виду. От губки отделяют отходы (недосепарированная, окисленная, оплавленная губка, шламистые низы, гарниссаж с железом, губка наклепанная окисленная, некачественные пленки верхней части крицы), а также посторонние включения, случайно оказавшиеся в губке.
Всю качественную губку после сортировки транспортером подают в промежуточную емкость и по мере накопления комплектуют в товарные партии, и затем упаковывают в тару.
Отходы первичной сортировки подвергают более тщательной вторичной сортировке на столах, откуда отобранную качественную губку возвращают на составление товарных партий, а остальную губку направляют в отделение переработки отходов, где ее повторно несколько раз дробят до фракции —30 мм, производят грохочение и отсев и для окончательной сортировки подают на сортировочные столы. Качественную губку возвращают в отделение для составления товарных партий, а брак и отсевы смешивают и направляют на пресс для брикетирования.