Расчет гидравлического сопротивления

• вид огнеупорных материалов;
• коэффициент теплопроводности огнеупорных материалов;
• коэффициент теплоотдачи с внешней стенки печи в окружающую среду;
• геометрические размеры стенки печи.

Футеровка подины имеет толщину δ_п, мм и состоит из огнеупорной магнезитовой набивки толщиной x мм, огнеупорной   кладки из магнезитового кирпича толщиной y мм и шамота-легковеса толщиной z мм. Футеровка стен на уровне откосов (δ_от) состоит из хромомагнезитового кирпича толщиной x₁ мм и магнезитового кирпича, толщиной y₁ мм.

Стены имеют  два равных по высоте участка разной толщины на нижнем и  на верхнем участке. Материал - магнезитовый кирпич. Тепловым сопротивлением слоя магнезитовой засыпки  пренебрегаем.

Коэффициент теплопроводности магнезита равен λ_м = 6,28-0,0027·t_ср Вт/(м·К); коэффициент теплопроводности хромомагнезита: λ_хм = 4,07-71,5·10^-5·t_ср Вт/(м·К); коэффициент теплопроводности шамота: λ_ш = 0,84+58·10^-5×t_ср Вт/(м·К).

Температура внутренней поверхности футеровки печи равна t₁=1600°С, температуру внешней поверхности верхней части стены примем  равной Т₁, нижней Т₂. Температура внутренней поверхности футеровки свода равна t_св=1500°С, температура внешней поверхности свода Т_св.

Принимая, что  к концу кампании футеровка стен и свода может износиться на 50 %, принимаем расчетную толщину  футеровки равной 75% первоначальной толщины.

 

Определяем  коэффициент теплоотдачи с внешней  стенки в окружающую среду, Вт/(м²·К):

 

α₂=10+0,06·T=10+0,06·370=32,2

 

где T – температура внешней поверхности, ^оС.

 

Так как стены  имеют два равных по высоте участка  разной толщины: нижний (на уровне откосов) и верхний, то площади внешних поверхностей этих участков будут равны и определяются по формуле, м²:

 

F=π·D_k·H_пл/2=3,14·7,4315·2,027/2.=23,65

 

Принимая температуру  в цехе (Т_ос) равной 30°С, находим потери тепла через стены печи для двух равных по высоте участков с соответствующими толщинами футеровок по формуле, Дж:

 

 

где δ_i – толщина слоя, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности слоя при средней температуре этого слоя, Вт/(м·К);

F – площадь наружной поверхности стен, м².

Полученные  значения потерь тепла суммируем.

 

Площадь внешней  поверхности свода определяем по формуле, м²:

5

F = π·[0,15² · (D_k – δ_cт)²+(D_k – δ_cт)² ]/2 = 3,14·[0,15² · (7,4315 – 0,455)²+(7,4315 –0,455)² ]/2 = 78,13366

 

Для определения тепловых потерь свода используем значение площади его наружной поверхности и формулы (3.10) и (3.12), принимая температуру внешней поверхности свода T_св.

 

α₂=10+0,06·T=10+0,06·360=31,6

 

 

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией подины (обращенной вниз поверхности) равен:

 

α₂ = 0,7(10+ 0,06· T_под)=0,7(10+0,06·200)=15,4

 

где T_под – температура внешней поверхности подины, T_под =200 ^оС.

 

При определении  площади наружной поверхности подины примем, что она состоит из поверхности сферического сегмента, равной площади наружной поверхности свода и цилиндрической поверхности F_под:

 

F_под= π·D_k·(H_под– δ_п)= 3,14·7,4315 ·(2,1333–0,905)=28,66,

 

где:

 

H_под = δ_п + H +H_шл + 0,04 + 0,065=0,905+1,0583+0,065+0,04+0,065=2,1333

 

Для определения  тепловых потерь подины используем значение площади её наружной поверхности и формулы (3.10) и (3.12), принимая температуру внутренней поверхности подины 1600 °С.

 

 

Подсчитываем  общие потери тепла теплопроводностью  через футеровку печи. Они выражаются суммой потерь тепла через стены, свод и подину печи. Потерями тепла с водой, охлаждающей рабочее окно дуговой сталеплавильной печи пренебрегаем.

 

Q_общ=Q_тепл^в+Q_тепл^н+Q_тепла^с+Q_под=1967640380,7+9168905607,48+7054129347,5+288850986=10,2275ГДж

 

Потери тепла в период межплавочного простоя.

В период подвалки шихты печь раскрывается и потери тепла в этот период складываются из потерь тепла излучением через  раскрытый свод, потерь тепла с  газами, с охлаждающей водой и теплопроводностью через футеровку печи. Расчет этих величин в случае раскрытой печи достаточно сложен, так как температура внутренней поверхности футеровки быстро падает. Поэтому ориентировочно примем, что потери тепла в период межплавочного простоя будут равны, ГДж:

 

Q_мп = (Q_тепл + Q_oxл + 0,5·Q_yx)· k_н · τ_п/ τ_р=(10,2275+14 + 0,5·0,0295)·1,1 ·2160/9504=6,06

 

где k_н - коэффициент неучтенных потерь, k_н=1,1-1,2.

Q_oxл – потери тепла от охлаждения печи, Q_oxл = 14 ГДж.

 

Расход электроэнергии найдем из уравнения теплового баланса  периода расплавления дуговой сталеплавильной печи. Для чего необходимо все составляющие перевести в ГДж и из теплового баланса получить значение Q_д:

 

Q_прих = Q_расх

Q_ш+ Q_д+ Q_экз+ Q_шл.обр. = Q_ст+ Q_ст-шл+ Q_шл+ Q_yx+ Q_Fe2O3+ Q_тепл+ Q_мп

 

Q_прих = Q_расх

0,909+ 88,906+49,96+1,47+13,029 =127,93+0,703+ 1,167+0,0295+8,217+10,2275+6,06

 

Откуда из формулы (3.2) находим W_эл - используемую в печи электроэнергию.

 

Результаты  расчета теплового баланса периода  расплавления дуговой сталеплавильной  печи сводятся в таблицу 1.

 

 

Таблица 1 - Тепловой баланс периода расплавления дуговой сталеплавильной печи

 

Статья прихода	ГДж (%)	Статья  расхода	ГДж (%)
1. Тепло,  вносимое шихтой	0,969	1. Физическое  тепло стали	127,93
2. Энергия, вносимая  дугами	88,966	2. Физическое тепло стали, теряемой со шлаком	0,703
3. Тепло  экзотермических реакций	49,96	3. Тепло, уносимое  газами частицами Fe203	8,217
4. Тепло шлакообразования	1,47	4. Потери тепла  теплопроводностью	10,2275
5,Теплота вносимая  в ДСП топливом	13,029	5. Потери тепла  в период межплавочного простоя	6,06
		6. Теплота уносимая  газообразными продуктами	0,0295
		7. Физическая  теплота шлака	1,167
Итого	154,334	Итого	154,334

 

 

 

 

Удельный расход электроэнергии на 1 кг металлической  завалки, ГДж/кг:

 

ω₂ = W_эл /G= 98,85/100000=988,5

 

Тепловой коэффициент  полезного действия равен:

 

η_Т= (Q_ст+ Q_ст-шл+ Q_шл)/ Q_прих=(127,93+0,703+1,167)/154,334=0,756

 

Учитывая, что η_эл = 0,9, общий коэффициент полезного действия будет равен:

 

η_общ= η_эл· η_Т= 0,9· 0,841=0,756

 

Несколько повышенный расход электроэнергии и  соответственно пониженные значения величин η_Т и η_общ обусловлены большой потерей тепла с уходящими газами. Для уменьшения этих потерь целесообразно подать в ванну в период расплавления технический кислород.

 

МОЩНОСТЬ  ПЕЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

Средняя мощность в период расплавления, кВт:

 

N_cp = 98850000 /7344=13459,9

 

Максимальную  мощность определим, учитывая, что коэффициент  использования мощности К=0,75-0,9, кВт:

 

N = N_ср /K= 13459,9/0,8=16824,8

 

Принимая значение средневзвешенного коэффициента мощности cos φ=0,707, найдем необходимую полную мощность трансформатора, кВА:

 

N' = N /cos φ= 16824,8 /0,707=23797,5

 

N'

25000 квА

 

 

Это значение округляется  до ближайшего значения стандартной  мощности трехфазного трансформатора, которая выбирается по таблице 2.

Таблица 2

Мощность  трёхфазного трансформатора, кВ·А
8000	12500	20000	25000	32000	50000	125000

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

Основная  литература:

1. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей / Под ред. В.А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1984.
2. Исаченко В.М., Осипова В.А., Сухомел А.С. Теплопередача. - М.; Энергоиздат, 1981.
3. Рафалович И.М. Теплопередача в расплавах, растворах и футеровках печей и аппаратов. М.: Энергия, 1977. – 304 с.
4. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки./Под ред. Ключникова А.Д. М.Энергия, 1989.-328 c.

 

Дополнительная  литература:

1. Промышленная теплоэнергетика – теплотехника. Справочник / Под общей ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М. М: Энергоиздат, 1983. – 552 с.
2. Баскакова А.П. Теплотехника.- М.: Энергоиздат, 1982.
3. Егорушкин В.Е., Цеплович Б.И. Основы гидравлики и теплотехники. - М. 1981.
4. Каблуковский А.Ф. Производство стали и ферросплавов. – М. Академкнига, 2003.