Расчет и разработка конструкции дуговой сталеплавильной печи при использовании топливно-кислородных горелок и жидкого полупродукта

 Вт/(м×C).

 Вт/м².

где = 31,35 Вт/(м²×К) – коэффициент теплоотдачи с поверхности кожуха.

Уточняем температуру  по формуле:

.

Относительная погрешность  равна:

Поэтому для расчета  удельного теплового потока во втором приближении принимаем  ºС.

При этих условиях:

 Вт/(м×К).

 Вт/м².

Проверяем: 

.

Толщина верхнего участка стены:

 м.

Задаемся температурой кожуха ºС и определяем коэффициент теплопроводности:

 Вт/(м×C).

Тепловой поток через  стенку равен:

 Вт/м².

Уточняем температуру:

Так как принятая и  уточненная температуры близки, расчет во втором приближении не производим.

Расчетная внешняя поверхность  каждого участка стен равна:

 м².

 

Суммарные тепловые потери через стены:

 Вт.

 

Тепловые потери через футеровку свода.

В качестве материала  свода используется магнезитохромитовый кирпич длиной 300 мм, что и для нижнего участка стены. В этих условиях расчет потерь по существу сводится к определению расчетной поверхности свода, за которую следует принимать внешнюю поверхность свода F_cв.

Для сферического сегмента радиусом R, высотой h боковая поверхность равна:

 м².

Тепловые потери свода  при средней толщине огнеупорной  кладки, равной м составляют:

 Вт.

 

Тепловые потери через футеровку подины ниже уровня откосов.

При конструировании  подины было принято, что огнеупорная  часть подины выполняется из шести слоев магнезитового кирпича марки МП-91 «на плашку» (5×65 мм) и набивки толщиной 100 мм из магнезитового порошка, замешанного на смеси смолы и пека. Для упрощения расчета коэффициент теплопроводности набивки принимаем таким же, как и для магнезитового кирпича. Для плотного магнезита марки МП-91 .

Нижний изоляционный слой выполняем из листового асбеста  толщиной 10 мм, укладываемого на металлическое  днище, шамотного порошка общей толщиной 30 мм и легковесного шамота марки ШЛБ-1,3, суммарной толщиной 105 мм (один слой «на плашку»).Для упрощения расчета заменяем слои порошка и асбеста слоем легковесного шамота «на плашку» марки ШЛБ – 1,3, т.е. толщина теплоизоляционной части равна 145 мм. Коэффициент теплопроводности такого кирпича

Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t₁=1600ºС и задаемся в первом приближении температурой внешней футеровки , а также температурой на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоев футеровки .

При этих условиях: Вт/(м×C) и Вт/(м×C);              Вт/(м²×К).

Удельные тепловые потери в первом приближении:

 Вт/м².

Уточняем принятые температуры:

Так как принятая и уточненная температуры  близки, расчет во втором приближении  не производим.

Внешнюю поверхность  футеровки подины определяем следующим  упрощенным способом.

Примем, что эта поверхность состоит их двух поверхностей – поверхности - сферического сегмента, равной внешней поверхности футеровки свода и цилиндрической поверхности , определяемой диаметром и высотой, равной полной глубине ванны до уровня откосов за вычетом высоты сферического сегмента .

При этом допущении, которое не дает существенной погрешности в практическом расчете, внешняя поверхность футеровки  пода составляет:

 м².

Тепловые потери через  футеровку подины:

 Вт.

Суммарные потери теплоты  теплопроводностью через футеровку  за период плавления равны:

 МДж.

 

Тепловые потери через рабочее окно.

В ДСП тепловые потери через рабочее окно могут достигать 2 – 6 %. Это объясняется значительными  размерами оконного проема. Для защиты футеровки от разрушения окно обрамляется  изнутри П-образной водоохлаждаемой коробкой. Тепловые потери излучения через рабочее окно определяются средней температурой печи и площадью рабочего проема

Площадь рабочего окна равна:

 

 м².

Принимаем, что за период плавления рабочее окно открыто в течение 20 мин (0,33 ч).

Среднюю расчетную температуру  излучающей поверхности печной камеры для периода расплавления примем равной  ºС, коэффициент диафрагмирования . Тогда искомые тепловые потери излучением через рабочее по формуле:

 МДж.

где Вт/(м²×К) – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

 – коэффициент диафрагмирования  отверстия;

 – средняя температура  в печи, К;

 – площадь рабочего окна, м²;

 – время, в течение которого окно открыто, ч.

 

Тепловые потери с газами.

В современных дуговых  сталеплавильных печах отсос  газов обычно осуществляют через специальное отверстие в своде, а вытяжка запыленных газов в систему газоочистки производится вентиляторами высокой производительности.

Принимаем теплоемкость газов приблизительно равной теплоемкости воздуха.

Принимая среднюю температуру печных газов ºС, то теплоемкость воздуха .

Теплота, теряемая печью  с уходящими газами, рассчитывается по уравнению:

 МДж.

где - объем уходящих газов, м³; (из материального баланса)

- средняя теплоемкость газов,  Вт/(м³×ºС);

- средняя температура уходящих  газов, ×ºС;

 

Потери теплоты  с охлаждающей водой.

Потери теплоты с охлаждающей водой рассчитываются по формуле:

 МДж.  

где - расход воды через водоохлаждаемые элементы;

- теплоемкость воды, Дж/(м³×К);

- температура уходящей воды (не должна превышать 40 – 45ºС во избежание интенсивного осаждения накипи на поверхности), ºС;

- температура воды в заводской  магистрали, ºС. Обычно ºС.

Так как расход воды на охлаждение рамы и заслонки рабочего окна, сводовых уплотняющих колец и электрододержателей на рассчитываются, то принимаем тепловые потери с охлаждающей водой равными 2 % от затрат теплоты на нагрев, расплавление и перегрев металла и шлака.

Суммарные тепловые потери по этой статье равны:

 

=160 + 15631 + 456 =16247 МДж.

Теплота, аккумулированная кладкой.

Эта теплота идет на компенсацию  потерь раскрытой под загрузку и  подвалку печи.

Тепловые потери печи в период межплавочного простоя  можно определить следующим образом:

где - коэффициент неучтенных потерь, принимаемый обычно в пределах 0,1 – 0,2.

Принимая коэффициент  неучтенных тепловых потерь определяем искомые потери:

 МДж.

 

Электрический расчёт печи.

Суммарное количество электрической  энергии которую необходимо выделить в дуговой сталеплавильной печи в период расплавления, можно найти  из выражения:

      ,                                   

где – суммарное количество электроэнергии периода расплавления, кВт×ч;

 – полезная энергия периода  расплавления, МДж;

 – потери тепла через футеровку;

 – теплота экзотермических реакций, протекающих в ванне в период расплавления, МДж;

 – теплота от окисления  графитовых электродов, МДж;

 –  суммарные тепловые потери с уходящими газами и охлаждающей водой, а также через рабочее окно печи;

 – теплота от сжигания природного газа в топливно-кислородных горелках;

 – электрический к.п.д.

Искомое количество электрической  энергии при  = 0,9 равно:

 МДж.

 

Определение мощности печного трансформатора.

Мощность трансформатора ДСП определяется по условиям расплавления, во время которого в печи расходуется  наибольшая часть электроэнергии.

Средняя активная мощность, которую необходимо выделять в ДСП в период расплавления определяется по формуле:

где - длительность расплавления, «под током», ч.

Принимая длительность расплавления «под током» =1,75ч, определяем среднюю активную мощность печи в период расплавления:

 МВт.

Зная среднюю активную мощность периода расплавления, можно  определить необходимую кажущуюся  мощность печного трансформатора:

 МВт.

где - коэффициент использования печного трансформатора в период расплавления, принимается в пределах 0,8 – 0,9;

- средний коэффициент мощности  электропечной установки в период  расплавления.

Принимая расчетные  значения = 0,8 и = 0,85 определяем необходимую кажущуюся мощность трансформатора. 

В качестве установленной  мощности печного трансформатора принимают  номинальную мощность печного трансформатора равной

  = 9 МВА.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 14 – Тепловой баланс периода плавления ДСП-25

 

Приход	МДж	%	Расход	МДж	%
Теплота вносимая с  электроэнергией	34975	57	Теплота, пошедшая на нагрев, расплавление, перегрев                                        металла и шлака	38250	62,3
Теплота вносимая в печь с шихтой	4860	7,9	Тепловые потери теплопроводностью  через футеровку	1460	2,3
Теплота экзотермических  р-ций протекающих  в ванне	12745	20,7	Тепловые потери с  излучением, охлаждающей водой и  печными газами.	16247	26,4
Теплота от окисления  графитовых электродов	584	1,1	Теплота, аккумулированная кладкой	1770	2,8
ТКГ	8160	13,3	Потери из-за неполноты  трансформации электроэнергии	3597	5,8
ИТОГО	61324	100	ИТОГО	61324	100

 

 

 

 

5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М. изд. «Металлургия». 1995г.
2. Брук Л.Ц., Еремин Б.С. Справочник сталевара дуговой печи. М. изд. «Машгиз». 1963г.
3. Зинуров К.Ю., Строганов А.И., Кузнец Л.К. и др. Дуговые сталеплавильные печи. Атлас. М. изд. «Металлургия». 1977г.
4. Морозов А.Н. Современное производство стали в дуговых печах. Изд. «Металлургия». Челябинск 1987г.
5. Окороков Н.В. Дуговые сталеплавильные печи. М. Металлургия. 1971г.
6. Футеровка электропечей и процессы её взаимодействия с реагентами плавки. Ред. Совет: В.С. Турчанинов и др. М. «Металлургия» 1989г.
7. Б.П. Благонравов, В.А. Грачев, Ю.С. Сухарчук, С.Н. Казанцев, А.А. Черный. Печи в литейном производстве: Атлас конструкций. М. Машиностроение, 1989г.