Курсовой проект по «Теплотехнике»

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………

1Характеристика дуговых  сталеплавильных печей…………………………...

2 Определение основных  размеров дуговой сталеплавильной  печи………...

3 Энергетический баланс  периода расплавления……………………………...

3.1 Статьи прихода………………………………………………………………

3.1.1 Теплота, выделяемая электрическими  дугами…………………………...

3.1.2 Теплота, вносимая подогретой металлической шихтой………………...

3.2 Статьи расхода……………………………………………………………….

3.2.1 Теплота, затрачиваемая  на расплавление металла……………………....

3.2.2 Теплота, затрачиваемая  на расплавление и перегрев  шлака……………

3.2.3 Теплота, теряемая через  футеровку печи………………………………...

3.2.4 Теплота, излучаемая через  открытые рабочие окна…………………….

3.2.4 Теплота отводимая, через  водоохлаждаемые конструкции……………..

3.2.5 Теплота, теряемая в  период межплавочного простоя……………………

3.3 Определение расхода  электроэнергии………………………………………

3.4 Определение мощности  печного трансформатора…………………………

4 Определение размеров  электродов……………………………………………

Список используемых источников……………………………………………...

 

 

 2 Определение основных  размеров дуговой сталеплавильной  печи

Объем жидкой стали в ванне, м3

,

 

 

где υ = (0,135-0,145) - удельный объем жидкой стали;

G-номинальная емкость печи, в нашем случае она равна 100 т.

 

Полный объём ванны до порога рабочего окна

 

.

 

где b= 0,05-0,1 - масса шлака в долях от массы стали; С = 2,8-3,2 т/м3 - плотность жидкого шлака; е = 0,2-0,15 - дополнительный объем ванны в долях объема жидкой стали.

 

 

Полная высота ванны до уровня порога рабочего окна, м,

 

,

 м .

где А - коэффициент, равный для основных печей 0,31-0,345 (меньшее значение соответствует печам меньшей емкости),для кислых 0,38.

Полная высота ванны складывается из высоты ее конической H1 и сферической H2 частей: H1 = 0,6 Н,  H2 = 0,2 Н.

 

Диаметр плавильного пространства на уровне откосов, м ,

 

,

 м.

 

ΔН = (0,12÷0,13) Н для печей больше 20 т.

 

От уровня откосов начинается собственно плавильное пространство, представляющее собой обычно конус с небольшим углом конусности, объем которого намного превышает объем ванны печи.

 

Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна, м ,

 

 м.

 

Высота плавильного пространства, м ,

 

,

 

, м.

Верхний диаметр плавильного пространства Dстдля цилиндрических стен, выкладываемых из кирпича, равен Dот.

 

 

, м.

где 0,06-0,07 - для печей свыше 20 т.

Стрелка выпуклости свода, м,

,

 м.

 

Ширина рабочего окна, м,

 ,

 м.

где р =0,25-0,22 для печей емкостью больше 40 т.

Высота рабочего окна, м,

N = (0.65÷0.7)∙M ,

N=0,7∙1,55=1,09, м.

Где М – ширина рабочего окна.

 

 

Стрелка арки окна, м,

∆N=(0.13÷0.14)∙M ,

∆N=0.14∙1,55=0,217, м.

По полученным размерам М и N подбирают окно стандартных размеров.

Принимаем стандартные   размеры : М = 1,05 м ,  и  N = 1,18 м .

Далее переходим к определению наружных размеров печи, которые связаны с внутренними размерами и толщиной кладки различных элементов печи.

Диаметр кожуха печи, м,

,

 м.

 где δои δт - толщины огнеупорного и теплоизоляционного слоя футеровки стен печи:

δо = 0,4-0,45 м, δт =  0,2 м при G>40 т.

В настоящее время теплоизоляция в крупных печах не применяется и футеровка стен печи состоит лишь из огнеупорного слоя, при этом предусматриваются специальные способы тепло отвода от наружной поверхности печей.

 

Толщина свода, м,

δсв = 0,3 - 0,35 для печей емкостью свыше 30 т,

принимаю δсв = 0,3.

 

Диметр электродного отверстия в своде, м, несколько больше диаметре электрода dэ л

,

 мм.

где м при м.

Принимаем диаметр электродов равным 555 мм. м .

 

Диаметр распада электродов, м,

  ,

.

 

Где q=0,3 при м. Эти значения qпринимают при использовании графитированных электродов.

Толщина подины, м,

,

 м.

Из этого размера на теплоизоляционный слой приходится 0,22м. на теплоизоляционный слой.

 

 

3 Энергетический  баланс периода расплавления

 

Энергетический баланс составляют для определения суммарного количества электрической энергии, которую необходимо выделить в ДСП в период расплавления.

Уравнение полного энергетического баланса ДСП состоит из приходных и расходных статей и может быть записано следующим образом:

 

.

Здесь к приходным статьям относятся:

Qд - теплота, выделяемая электрическими дугами;

Qэкз- теплота экзотермических реакций;

Qш- теплота, вносимая подогретой шихтой;

Qдоп- дополнительная теплота.

К расходным статьям относятся:

Qст и Qшл- теплота, затрачиваемая на расплавление и перегрев металла и шлака соответственно;

Qф  -теплота, теряемая через футеровку печи;

Qизл- теплота, излучаемая через открытые рабочие окна;

Qохл- теплота, отводимая через водоохлаждаемые конструкции;

Qэнд - теплота эндотермических реакций;

Qгаз - теплота, уносимая запыленными газами;

Qпр- теплота, теряемая во время простоя печи в период нагрева и расплавления шихты.

 

ДСП относятся к агрегатам периодического действия которые работают повторяющимися циклами-плавками. Полное время одного цикла τц можно принять состоящим из времени расплавления и времени межплавочного простоя τп . Если τр и τцнеизвестны из практических данных работы аналоговой печи или не заданы, то можно принять τр =0,7Гц. Здесь τц рассчитывается по заданной общей производительности при ёмкости в печи G:

,

 

3.1 Определение  статей прихода теплоты

3.1.1 Теплота, выделяемая электрическими  дугами

, кДж.

  кДж.

где ηэл – электрический КПД, равный 0,87-0,92; Wэл вводимая в печь электроэнергия, величина которой определяется из уравнения энергетического баланса.

Теплоте экзотермических реакций Qэкз выделяется при реакциях окисления электродовQээкз и элементов в ванне Qвэкз . Так как величина Qвэкз приблизительно равна теплоте, поглощаемой в ванне при протекании эндотермических реакций Qэнд, то в расчетах определяется толькоQэкз

,

 

где 33500 кДж/кг - теплота сгорания yглерода; G – масса сливаемой стали. Для графитированных электродов m= 5-7 кг/т. При использовании защитного покрытия электродов их расход снижается примерно на 40 %.

3.1.2 Теплота, вносимая подогретой металлической шихтой,

,

 – шихта не подогрета.

где Сш - удельная теплоемкость шихты, подогретой до температуры tш,  кДж/(кг*К) (см. прил. 3); G- масса загрузки с учетом угара, т.

 

 

 

Здесь Kуг - угар металла, для ДСП примерно 5-6 %.

 

 

3.2 Статьи расхода

3.2.1 Теплота, затрачиваемая  на расплавление металла

.

где- средняя удельная теплоемкость твердой стали в интервале от начальной температуры tш, до температуры плавления tпл, кДж/( кг*К), (см. прил. 3,4);- средняя удельная теплоемкость жидкой стали в интервале от температуры плавления до температуры перегреваtпер , кДж/(кг*K); λ = 272,16 кДк/кг - скрытая теплота плавления стали.

Температура плавления может быть определена по справочной литературе или приближенно по формуле, °С,

[%C],

.

где [%C] - содержание углерода в стали.

 

Температуру перегрева можно принять на 50-100°С большеtпл

.

 

С достаточной точностью Qст можно найти по формуле

 

,

 .

где 355 - удельный расход электроэнергии на тонну расплавляемой стали, кВт∙ч/т; 0,23 - удельный расход электроэнергии на тонну перегреваемой стали, кВт∙ч/(т∙К); Δt пер= tпер – tпл -величина перегрева.

3.2.2 Теплота затрачиваемая на расплавление м перегрев шлака

 

 

где (Gшл - масса шлака, обычно (6-7 %) от массы сливаемой стали, т; Сшл- средняя удельная теплоемкость шлака; без большой погрешности можно принять 1,25 кДж/(кг*К); λшл- скрытая теплота плавления шлака, которую можно принять равной 209,35 кДж/кг; tпер.шл- температура перегрева шлака, принимается на 100 °С больше tпл.

 

3.2.3 Теплота, теряемая через футеровку печи,Qф складывается из потерь теплоты теплопроводностью через стены, свод и под печи.

 

где t1 = tпер = 1503,75 , tk =250,300 или 400 °С,    δ1, δ2- толщина огнеупорного и тепло изоляционного слоёв. λ1, λ2 - коэффициенты теплопроводности слоев при их средних температурах, Вт/(м*К).

.

 м2×к/Вт .

 °С.

 

 °С.

 

 °С.

 

 °С.

 

 °С.

 

 Вт/(м*К)..

 

 Вт/(м*К)..

 

 Вт/м2 .

 

 

 

Невязка 48% > 6% .

 

 

 

Принимаем tk=225  Со.

 

 Вт/м2 .

 Вт/м2 .

.

Невязка < 6% ,считаем дальше .

Полные тепловые потери через стенку

 

,

 

.

 

где      -площадь поверхности, через которую уходит тепловой поток, м2 ; τр- время расплавления, ч. .

 ,

×× м2 .

Потери теплоты через свод определяем так же, как и через стены

 

,

 

.

 

 Вт/(м*К). .

, м2×к/Вт .

 °С.

,

.

Fсв=0,9×D2=0,9×7,652=52,67 м2.

Потери теплоты через под печи

 

 

 

 

 

  .

,.

, Вт/(м*К).

 м2×к/Вт .

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

.

,

.

Теплота, теряемая через футеровку печи,Qф

.

3.2.4 Теплота, излучаемая через  открытые рабочие окна

,

 К.

 м2 ,

Ф ≥ 0,69 .

φ = 0,2 .

.

где М – ширина рабочего окна, а N – высота рабочего окна. - приведённый коэффициент излучения. Тп,Тв- абсолютные температуры печи и окружающего воздуха, К; Ф -коэффициент диафрагмирования; φ - доля времени, в течение которого окно открыто, обычно она составляет 20-40% времени плавки, то есть = 0,2-0,4; Fок- площадь оконного проема, Fок =М∙N, м2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Электрометаллургический процесс является наиболее перспективным способом производства стали. Доля электростали в общем мировом производстве непрерывно возрастает.

Основным агрегатом в электрометаллургическом производстве стали является дуговая сталеплавильная печь. Дуговая сталеплавильная печь – электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов.

Согласно классификации электрических печей, дуговые сталеплавильные печи являются печами-теплообменниками с радиационным режимом тепловой работы, поскольку энергетические условия на границе зоны технологического процесса, т. е. на зеркале ванны жидкого металла, создают электрические дуги и огнеупорная футеровка рабочего пространства. Особенность радиационного теплообмена связана с тем, что его условия определяются не только теплотехническими свойствами внутренней поверхности футеровки – степенью черноты, температурой и коэффициентом развития футеровки, но и условиями существования дуг – длиной дуги, электродинамическим выдуванием дуг из-под торцов электродов (в ДСП), экранированием дуг кусками металлошихты в период плавления или слоем пенистого шлака в окислительный период плавки, химическим составом и температурой металла и шлака, влияющими на электрофизические условия формирования дугового разряда переменного (в ДСП) или постоянного (в ДСП ПТ) тока.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не затрудняет процесс расплавления. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

Поэтому выявление резервов повышения производительности дуговых электропечей и приведение их в действие имеют большое народнохозяйственное значение.