Расчет дуговых печей

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

Кафедра «Автоматизированные электротехнологические установки 

и системы»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

«Расчет дуговых печей»

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ЭТС-31у

Романов М.О.

Проверил: асс. каф. АЭУ

       Алексеев В.С.

 

 

 

 

 

 

Саратов - 2012

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………….….3

Определение геометрических параметров дуговой печи………………….…..4

Определение полезной энергии для нагрева

и расплава металла и шлака………………………………………………..…….5

Определение тепловых потерь через  футеровку………………………….……6

Определение тепловых потерь через  рабочее окно……………………….…..11

Тепловые потери газами………………………………………………….……..11

Тепловые потери в период межплавочного простоя…………………….……12

Энергетический баланс периода  расплавления………………………….….…12

Определение мощности печного трансформатора……………………….……13

Выбор напряжения печи и диаметра электрода……………………………….13

Упрощенная методика составления  энергетического баланса

периода расплавления……………………………………………………….…..13

Список использованной литературы………..………………………………….15

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В дуговых электропечах плавят специальные  и качественные стали, синтетические и другие шлаки, никелевые сплавы, некоторые виды огнеупоров и в отдельных случаях бескислородную медь. Наибольшее применение дуговые электропечи нашли для плавки стали. Современные дуговые сталеплавильные печи работают на 3-х фазном токе с частотой 50 Гц по принципу прямого нагрева, когда электродуги образуются между каждым электродом и металлической завалкой.

Основными характеристиками дуговых  сталеплавильных печей считают  их номинальные емкости. При заданных емкостях печей режимы их работы определяют электрические параметры – мощности и ступени трансформатора, реактивности реакторов и геометрические – размеры ванн и рабочих пространств. Выбор основных электрических параметров дуговых печей сложен и неоднозначен, так как печи работают в самых разных условиях, проводимые в них технологические процессы также различны.

Дуговая сталеплавильная печь является печью периодического действия, в  которой потребление мощности в  различные периоды технологического процесса плавки существенно различаются.

Плавка в такой печи состоит  из следующих характерных периодов:

1) период расплавления;

2) окислительный период;

3) период рафинировки металла;

4) период межплавочного простоя.

Для оценки основных параметров и показателей действующей дуговой  сталеплавильной печи необходимо и  достаточно использовать статистические данные значительного количества плавок по следующим показателям:

1) расходу активной  и реактивной электроэнергии  в период расплавления и за  всю плавку;

2) длительности  периода расплавления и всей  плавки;

3) массе загруженного  в печь скрапа, массе жидкого  металла и по выходу готового металла.

Определение геометрических параметров дуговой печи

 

Удельный объем жидкой стали  .

Емкость печи т.

Процесс: кислый.

Объем жидкого металла  в количестве равном номинальной  емкости печи:

.

Отношение диаметра зеркала  расплава к глубине ванны металла:

.

Для сферической ванны:

.

Диаметр зеркала расплава:

мм.

Глубина ванны по жидкому  металлу:

мм.

Расчетный объем шлака:

.

Высота слоя шлака:

 мм.

Диаметр зеркала шлака:

мм.

Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна:

мм.

Диаметр ванны на уровне откосов:

мм.

Внутренний диаметр футеровки  стены:

мм.

Высота плавильного пространства от уровня откосов до верха стены:

мм.

Внутренний диаметр кожуха:

мм.

 

 

Определение полезной энергии  для нагрева и расплавления

металла и шлака

 

Масса шлака:

т.

Угар завалки: .

.

Масса загружаемого в печь скрапа:

т.

Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа:

.

Энергия, необходимая для  перегрева расплава:

.

Энергия, необходимая для  нагрева, расплавления и перегрева  шлака:

.

Суммарная полезная энергия  периода расплавления:

.

Удельная полезная энергия  на 1т металлической завалки:

.

Удельная полезная энергия  на 1т жидкого металла:

.

Удельная полезная энергия  только для нагрева и расплавления одной тонны скрапа без перегрева:

или на 1т жидкого  металла:

.

 

 

Определение тепловых потерь через футеровку

 

.

Тепловые потери через  стенку при первом приближении:

.

Из таблицы 3 приложения 1: .

Т.к. расхождение  и не превышают 6% − уточнения не требуются.

При толщине огнеупорной  кладки и :

.

Тепловые потери через  стенку толщиной 230мм:

.

Удельная теплоотдача  с поверхности кожуха при составляет .

Расхождение и не превышают 8% − уточнения не требуются.

Для средней толщины  нижнего участка стены:

.

Расчетная внешняя поверхность  нижнего участка стены:

.

Тепловые потери нижнего  участка стены:

кВт.

Тепловые потери для  среднего участка стены  и :

Коэффициент теплопроводности:

.

Тепловые потери через  стенку толщиной 320мм:

.

Из таблицы 3 приложения 1: .

Т.к. расхождение  и не велико − уточнения не требуются.

При толщине огнеупорной  кладки и .

Коэффициент теплопроводности:

.

Тепловые потери через  стенку толщиной 190мм:

.

Удельная теплоотдача  с поверхности кожуха при составляет .

Расхождение и не велико − уточнения не требуются.

Для средней толщины  нижнего участка стены:

.

Расчетная внешняя поверхность  нижнего участка стены:

.

Тепловые потери нижнего  участка стены:

кВт.

Тепловые потери для  верхнего участка стены и :

Коэффициент теплопроводности:

.

Тепловые потери через стенку толщиной 300мм:

.

Из таблицы 3 приложения 1: .

Т.к. расхождение  и не велико − уточнения не требуются.

При толщине огнеупорной  кладки и .

Коэффициент теплопроводности:

.

Тепловые потери через  стенку толщиной 150мм:

.

Удельная теплоотдача  с поверхности кожуха при составляет .

Расхождение и не велико − уточнения не требуются.

Для средней толщины  нижнего участка стены:

.

Расчетная внешняя поверхность  нижнего участка стены:

.

Тепловые потери нижнего  участка стены:

кВт.

Суммарные тепловые потери стены:

.

Для свода ; ; ; ; .

Боковая поверхность:

.

Коэффициент теплопроводности:

.

.

Для и :

Коэффициент теплопроводности:

.

.

.

Тепловые потери свода:

.

Потери подины:

; ; ; ; .

Коэффициент теплопроводности динаса для электросталеплавильных печей:

.

Коэффициент теплопроводности легковесного шамота типа ШЛБ-1,3:

.

Удельные тепловые потери при первом приближении:

.

Удельная теплоотдача  поверхности кожуха при 200°С: .

Требуется уточнение:

; .

При этих условиях:

.

.

Удельные тепловые потери во втором приближении:

.

Удельная теплоотдача  поверхности кожуха при 160°С: .

Дальнейшее уточнение  расчета не требуется.

Перепад температуры в  огнеупорном слое футеровки:

.

Интересуемая температура:

С,

что допустимо  для легковесного кирпича типа ШЛБ-1,3.

При этом допущении внешняя  поверхность футеровки пода составляет:

м²

Тепловые потери через  футеровку подины:

.

Суммарные тепловые потери через футеровку:

кВт.

 

 

Определение тепловых потерь через рабочее окно

 

Поверхность воспринимающая излучение из печи камеры:

.

.

Тепловые потери излучением через рабочее окно:

.

 

 

Тепловые потери газами

 

.

Удельная теплоемкость воздуха при

,

Масса проходящего через  печь воздуха:

.

Тепловые потери газами:

.

 

 

Тепловые потери в период межплавочного простоя

 

Коэффициент неучтенных потерь принимается: .

Определяем искомые потери используя полученные ранее:

.

 

 

Энергетический баланс периода расплавления

 

.

Энергия экзотермических  реакций периода расплавления:

.

Искомое количество электроэнергии

.

Удельный расход электроэнергии на 1т жидкого металла:

.

Удельный расход электроэнергии на 1т металлической заливки:

.

 

Определение мощности печного  трансформатора

 

Принимаемая длительность расплавки под током  .

Средняя активная мощность печи в период расплавления:

.

Принимая  и , определяем необходимую кажущуюся мощность печного трансформатора:

.

 

 

Выбор напряжений печи и  диаметра электрода

 

Принимая верхнюю ступень  вторичного напряжения .

Определяем номинальный  ток печи:

Допустимая плотность  тока .

Определяем диаметр графитированного электрода:

см.

 

 

Упрощенная методика составления  энергетического баланса

периода расплавления

 

Мощность тепловых потерь в период межплавочного простоя:

кВт.