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

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2013 в 19:10, курсовая работа

Описание работы

В дуговых электропечах преобразование электрической энергии в тепло происходит в основном в электрическом разряде, протекающем в газовой или паровой среде. В таком разряде можно сосредоточить в сравнительно небольших объёмах большие мощности и получить очень высокие температуры. При этом в камере печи возникают резкие температурные перепады, и поэтому в ней невозможно получить равномерное распределение температур. По этой же причине здесь трудно обеспечить точное регулирование температуры нагрева и, следовательно, проводить термическую обработку. Для плавки металлов дуговая печь удобна, т.к. высокая концентрация энергии позволяет быстро проводить расплавление.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ 6
1.1 Общее описание дуговой электропечи 6
1.2 Шихтовые материалы 6
1.3 Плавка стали в основной печи 8
2 РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА 17
3 РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ 26
3.1 Определение геометрических параметров 26
3.2 Конструкция футеровки ДСП 30
4 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 35
5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48

Файлы: 1 файл

Дуговая сталеплавильная печь ДСП.doc

— 1.54 Мб (Скачать файл)

Конструкция футеровки  ДСП-25

Для кладки рабочего слоя ДСП используем основные огнеупорные материалы.

Подина и  откосы

Таблица 9 – Толщина отдельных слоев и всей футеровки подины ДСП, мм

 

Емкость печи, т

< 12

25-50

100

200

300

400

Набивной слой, мм

100

100

150

150

160

180

Кирпичная кладка, мм

300-365

395-495

530

575

595

620

Изоляционный слой, мм

85

105

170

190

195

200

Общая толщина, мм

485-550

600-700

850

915

950

1000


 

Исходя из данных, приведенных  в таблице 9, принимаем общую толщину подины 600 мм. Футеровка подины состоит из рабочей части и теплоизоляционного слоя.

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 слоя «на плашку»).

Средний огнеупорный  слой выполняется из магнезита марки МУ-91 суммарной толщиной 395 мм (пять слоёв «на плашку»).

Огнеупорная набивка  выполняется из магнезитового порошка  со связующим в виде смеси смолы  и пека толщиной 100 мм.

Откосы ниже уровня шлака  выкладываются обычным магнезитовым кирпичом марки МО-91, а в районе шлакового пояса плотным магнезитовым кирпичом.

Стены ДСП

С тем, чтобы облегчить  тепловую работу и повысить стойкость  футеровки, кладка стен обычно не имеет  тепловой изоляции. Верх стен изнашивается меньше, поэтому он выкладывается кирпичом меньшего размера, с одним - двумя уступами.

В зависимости от емкости  можно рекомендовать следующую  толщину огнеупорной кладки стен (мм)

                                                                                                          


 Таблица 10 – Толщина огнеупорной кладки стен ДСП

 

Емкость печи, т

< 12

25-50

100

200

300-400

Общая толщина на уровне откосов δ1, мм

365-445

445-495

525-575

575-610

550-650

Общая толщина в верхней  части δ2, мм

230-300

300-365

365-415

380-450

400-470


 

Толщину футеровки стены  на уровне откосов принимаем равной  445 мм (445 мм кирпич магнезитохромитовый марки МХСП и 30 мм засыпка зазора между кирпичной кладкой и кожухом печи крошкой из отходов кладки). Засыпка выполняет роль демпферного слоя, компенсирующего тепловое расширение кирпичной кладки стены.

При цилиндрическом кожухе целесообразно выполнение вертикальной стены уступами с постепенным  уменьшением толщины стены от основания до верха стены. Исходя из стандартных размеров длины огнеупорных кирпичей 300, 380 и 230 мм, принимаем три размера толщины стены, включая слой засыпки: 445 мм в нижней части, 365 мм в средней части и 300 мм в верхней части.

Выбрав материалы и  толщину огнеупорной кладки стен, определяем внутренний диаметр кожуха на уровне откосов:

, м;

 м.

и его цилиндрической части:

, м;


 м.

где δ1 – толщина футеровки стен на уровне откосов, м;

      δ2 – толщина футеровки цилиндрической верхней части стен, м.

Кожух сваривается из листовой котельной стали. Толщина  кожуха определяется:

, м;

 м.

В обшивке кожуха вырезают отверстия для летки и рабочего окна.

Рабочее окно печи имеет  размеры:

Ширина                             , м;

 м.

Высота  , м;

 м.

Стрела выпуклости арки рабочего окна

, м;

 м.

Свод

Футеровку сводов основных дуговых печей наиболее часто выполняют из прямого и небольшого количества клинового кирпича марки МХОП и в отдельных случаях из динасового кирпича.

        Толщина футеровки свода соответствует  длине стандартного кирпича и  обычно составляет:

 

Таблица 11 – Толщина футеровки свода ДСП

 

Емкость печи, т

≤ 12,5

25 – 50

100

δсв, мм

230 – 300

380

380 - 460


 

Свод выполняется из магнезитохромитового кирпича марки  МХСП длиной 380мм без дополнительной тепловой изоляции.

 В современных ДСП  свод опирается на кожух печи  и поэтому можно считать, что его диаметр примерно равняется диаметру верха кожуха, т.е.

 

 м.


Стрела выпуклости свода  зависит от материала и пролета (диаметра) свода. Из соображения строительной прочности рекомендуется:

 

Таблица 12 – Геометрические параметры свода в зависимости  от материала футеровки

 

Материал свода

Магнезитовый (хромомагнезитовый)

(0,11…0,12)

Динасовый

(0,08…0,1)


 

Стрела выпуклости свода  равна:

, м;

м.

При этом высота центральной  части свода над уровнем откосов  составит:

, м;

 м.

Интенсивность облучения  определяется диаметром распада электродов Dp, который задает расстояние «дуга-стенка». Поэтому задача определения рационального значения Dp сводится к выбору величины соотношения  , обеспечивающего возможно более равномерной распределение тепловой нагрузки по периметру печи и высокой стойкости футеровки стен.

  Наилучшее условия при минимальном значение . Однако возможности его уменьшения ограничиваются соображениями конструктивного характера (необходимость размещения электрододержателей, обеспечения достаточно высокой строительной прочности центральной части свода.

Таблица 13 – Величины для различных ДСП

 

Емкость печи, т

12 – 50

100

200

0,40 – 0,35

0,25

0,20



На основании данных таблицы 13 принимаем отношение:

 м.

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

ДСП является агрегатом  периодического действия, в котором  потребление электроэнергии в различные  периоды плавки неодинаково. При проектировании ДСП составляется расчетный энергетический баланс только для периода расплавления, т.к. печь потребляет наибольшую часть электроэнергии и плавка ведется на самой высокой мощности. По результатам этого баланса определяется необходимая мощность печного трансформатора и удельный расход электроэнергии в период расплавления, т.е. важнейшие параметры печи, определяющие ее производительность и технико-экономическую эффективность.

Энергетический баланс состоит из приходной и расходной частей:

  Приход энергии происходит за счет статей:

где – теплота, вносимая в печь с электроэнергией;

 – теплота, вносимая в  печь с шихтой;

 – теплота экзотермических  реакций, протекающих в ванне;

 – теплота от окисления  графитовых электродов.

Теплота  на действующей печи определяется по показаниям счетчика активной энергии, установленного на печи, а по показаниям счетчика реактивной мощности определяется средний коэффициент мощности установки (cos j). Эта статья для печей одной емкости составляет 60 – 80 %.

Теплота вносимая в печь с шихтой определяется по формуле:

, МДж;

 МДж.

где – масса жидкого чугуна вносимого в печь, кг;

    и – теплоёмкость и температура жидкого чугуна соответственно.

Теплота экзотермических  реакций  определяется только по материальному балансу:

, МДж;

 МДж.

где , , , – тепловой эффект окисления этих элементов

= 27 МДж/кг; = 3 МДж/кг; = 10 МДж/кг; =4,7 МДж/кг.

Теплоту, выделенную в  печи от окисления графитовых электродов , можно определить, зная тепловой эффект окисления графита до СО2

, МДж;

 МДж.


где = 97,4 кг – количество окислившихся графитированых электродов  за период плавления ( из материального баланса );

= 27 МДж/кг – тепловой эффект окисления графита до СО2;

 

Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.

Полезная теплота  определяется как сумма теплоты, необходимой для нагрева до температуры плавления, для расплавления и перегрева до  заданной температуры металла и шлака, т.е.

, МДж;

  МДж.

 

где – масса скрапа, загружаемого в печь, кг;

 – средняя теплоемкость  металла в интервале от  – температуры загружаемого скрапа до – температуры плавления, кДж/(кг×К);


 – средняя теплоемкость  металла в интервале температур  от  до – температуры перегрева, кДж/(кг×К);

 – скрытая теплота плавления  металла, кДж/кг;

Принимаем, что завалка  имеет температуру =30 ºС.

       Температуру плавления завалки можно вычислить по формуле:

.

Для упрощения расчетов среднюю удельную теплоемкость шлакообразующих  материалов и расплавленного шлака можно принять равной =1,225 кДж/(кг×К). Скрытая теплота плавления шлака составляет 209 кДж/кг.

 кДж/кг.

Энергия, необходимая  для нагрева, расплавления и перегрева шлака:

 МДж.

Суммарная полезная энергия  периода расплавления:

 МДж.

 

Определение тепловых потерь через футеровку  .

Удельные тепловые потоки определяем раздельно для стены, свода и подины.

В соответствии с конструкцией футеровки ДСП стена имеет  три равных по высоте участка разной толщины: 460 мм на нижнем, 380 мм на среднем  и 300мм на верхнем участке. Материал огнеупорной кладки – магнезитохромит. Демпферный слой засыпки в расчет не вводим, полагая, что его тепловым сопротивлением можно пренебречь.


При работе ДСП огнеупорная кладка стен и свода с каждой плавкой  изнашивается и утончается. Принимая, что к концу компании кладка может  износиться на 50 % первоначальной ее толщины, вводить в расчет 0,75 толщины огнеупорной кладки. К футеровке подины эта рекомендация не относится.

Определим удельный тепловой поток нижнего участка стены  при толщине равной:

 м.

Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича:

Температуру внутренней  поверхности огнеупорной кладки принимаем равной ºС, температуру окружающего воздуха ºС. Температурой внешней поверхности кладки задаемся в первом приближении ºС и для этих условий определяем коэффициент теплопроводности

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