Расчет дуговой сталеплавильной электропечи

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Определение размеров рабочего пространства и футеровки печи

Определение размеров печи производится для заданной номинальной емкости печи Gм.

Основными геометрическими параметрами ДСП являются параметры рабочего пространства печи, состоящего из двух частей: ванны и свободного пространства печи.

Ванна, в которой размещается жидкий металл и шлак. Объем ванны должен быть с небольшим запасом на случай вспенивания шлака и барботажа металла в окислительный период и во избежания размыва основания футеровки стен металлом и шлаком.

Характеристика размеров ванны: Dм- диаметр зеркала жидкого металла; Dш- диаметр на уровне зеркала шлака; Dп- диаметр на уровне порога завалочного окна; Нот- диаметр ванны на уровне откосов; Нм- глубина ванны жидкого металла; Нв - суммарная глубина ванны, включающая глубину жидкого металла (Hм), толщину шлака (Нш) расстояние о зеркала шлака до уровня порога рабочего окна (Нп) и от уровня порога до верхнего уровня откосов (Нот).

Геометрический расчет печи начинается с определения диаметра ванны по зеркалу жидкого металла, для чего необходимо задаться формой ванны. Наиболее распространенным типом ванны трехфазной ДСП является сфероконическая ванна с углом между образующей и осью конуса, равным 450.

Номинальная емкость проектируемой печи равна 85т, т.е. Gм = 85т.

1.Объем жидкого металла Vм (м3) определяется из удельного объема жидкого металла Vм (м3/т) и заданной емкости печи Gм(т):



2.Диаметр зеркала жидкого металла DM (мм) определяется из соотношения:

Dм = 2000 · C · = 2000 · 1,11 · = 5061,6мм.=5,062м.

где с - коэффициент, зависящий от отношения диаметра зеркала металла к глубине ванны по металлу.

Обычно коэффициент с определяется по формуле:

с = 0,875 + 0,042 а,

где а=4,5…5,5 для основной футеровки;

3.Глубина ванны жидкого металла Нм (мм):

Нм = Dм/a = 5061,6 / 5,5 = 920,4мм.=0,92м.

4.Глубина сферического сегмента:

=0,2·0,92=0,184м.=184мм.

5.Над жидким металлом в ванне предусмотрено пространство для шлака, объем которого составляет 20% объема металла:

=0,2·11,888=2,378м.=2378мм.



6.Высота слоя шлака Нш (мм) определяется из выражения:

Нш =

7.Диаметр зеркала шлака Dш (мм):

Dш = Dм + 2Нш = 5061,6 + 2 · 502 =6066мм.=6,066м.

8.Уровень порога рабочего окна принимается на уровне зеркала шлака или несколько (на 20-40мм для печей всех емкостей) выше, тогда (мм):

Dп = Dш + 2· (Нш +h' )=5,062 + 2 · 0,532 = 6,126м.=6126мм.

9.Уровень откосов рекомендуется принимать для печей всех емкостей на 30-100мм выше уровня порога рабочего окна. Таким образом, диаметр ванны на уровне откосов Dот (мм), т.е. диаметр плавильного пространства:

Dот = Dп + 2·h” = 6,126 + 2 · 0,06 = 6,246м=6246мм.

10.Полная глубина ванны Нв (мм) включает следующие величины:

Нв = Нм + Нш + h' + h” = 0,92+0,502+0,03+0,06=1,512м.=1512мм.

Свободное пространство печи, включающее объем от поверхности ванны до внутренней поверхности свода. Оно характеризуется следующими размерами:

Dпп - диаметр плавильного пространства на уровне откосов; Нпп - высота плавильного пространства (высота от уровня откосов до центра свода на внутренней его поверхности); Нст - высота стен от уровня откосов до пят свода.

1.Расстояние от уровня откосов до пят свода Нст (мм), т.е. высота стен:

Нст = 034 · Dпп = 0,45 · 6,246 = 2,124м.=2124мм.

2.Стрела выпуклости свода Нстр рассчитывается по формуле:

Нстр = 0,15 · Dсв (Dсв = Dк.св) = 0,15 · 8,556 = 1,283м.=1283мм.

3.Таким образом, полная высота плавильного пространства Нпп (мм) рассчитывается:

Нпп = Нст + Нстр =2,124+1,283=3,407м.=3407мм.

4.Внутренний диаметр кожуха печи на уровне откосов:

Dк.от = Dот + 2д'ст = 6,246 + 2 · 0,46 = 7,166м.=7166мм.

5.Внутренний диаметр кожуха печи на уровне пят свода Dк.св (мм):

Dк.св = Dот + 2 · (h1 · thб1 + (h2 - h1) · tgб2 + (h3-h2) · tgб3 +д”ст) = 6,246 + 2· (0,6246 · tg28 + 0,6246 · tg22 + 0,6246 · tg17 + 0,38) = 8,556м.=8556мм.

где б = 280; б2 = 220; б3 = 170

h1 = 0,1 · Dот = 0,1 · 6,246 = 0,625

h2 = 0,2 · Dот = 0,2 · 6,246 = 1,249

h3 = 0,3 · Dот = 0,3 · 6,246 = 1,874

6.Толщина подины дп (м) рассчитывается по формуле:

дп = (0,39 - 0,40) · = 0,40 ·= 0,839м.=839мм.

7.Коническая часть кожуха должна начинаться от верхнего уровня откосов и составлять по высоте (мм):

hк = (0,25 - 0,50) · Нст = 0,3 · 2,124 = 0,637м.=637мм.

8.Ширина рабочего окна b (мм) принимается равной:

b = m · Dот=0,22·6,246=1,374м.=1374мм.

где m = 0,25…0,22 (для крупных печей);

9.Высота рабочего окна h (мм):

h = (0,65… 0,7) · b = 0.75 · 1.374 = 1.031м.=1031мм.

Стрела арки рабочего окна ДN (мм):

Д h = (0,013… 0,14) · b = 0,14 ·1,374=0,192м.=192мм.

Определение энергетического баланса

При проектировании дуговой сталеплавильной печи выбор мощности печного трансформатора производится на основании энергетического баланса печи в период расплавления и по результатом этого баланса определяется кроме необходимой мощности печного трансформатора и длительность расплавления и удельный расход электроэнергии в период расплавления, т.е. важнейшие параметры печи, определяющие ее производительность и технико-экономическую эффективность.

Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.

К концу периода плавления за счет угара и физических потерь с удаленным из печи шлаком происходит потеря некоторой части загруженного в печь металла. По уточненным данным эти потери Кп составляют до 3 % массы лома.

1.Для получения заданного количества жидкого металла в печь необходимо загрузить увеличенное количество скрапа, исходя из соотношения:

где Gзагр - масса загружаемого в печь скрапа;

Gж - масса жидкого металла в конце периода плавления;

Kп - потери металла по отношению к массе загружаемого в печь скрапа,%;

2.Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа:

W1 = Gзагр · С1 · (tпл - t0) + 0,278· лж= 87,63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0,278= 24313152 Вт · ч

где С1 - средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной

температуры до температуры плавления, Вт · ч/(кг · 0С)

tпл - температура плавления, ос;

tпер - заданная температура перегрева, 0С;

лж - скрытая теплота плавления жидкого металла, кДж/кг;

3.Энергия, необходимая для перегрева расплавленного металла (Вт · ч):

W2 = Gж · С2 · tпер =87,63· 181 · 50 = 793051,5 Вт · ч

где С2 - средняя удельная теплоемкость жидкого материала в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, Вт · ч / (кг ·0С).

4.Энергия, необходимая для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также для перегрева расплавленного шлака, равна (Вт · ч):

W3 = Gш · (Сш · (tпер - tпл) + лш·0,278)= 5,26 · (34 · (1600-50) + 752·0,278) = 278301,66 Вт · ч.

где Gш - масса шлака (кг) принимается по отношению к массе загружаемого в печь скрапа и зависит от условий проводимой технологии.

Gш =87,63 · 0,06=5,26т.

5.Суммарная энергия периода расплавления:

Wпол = W1 + W2 + W3 = 24313152+793051,5+278301,66 =25384505,2 Вт · ч

Определение тепловых потерь через футеровку:

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.

1.Определим удельный тепловой поток нижнего участка стены при толщине равной:



=0,75· 0,46=0,345м.

2.Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича:

Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной єС, температуру окружающего воздуха єС. Температурой внешней поверхности кладки задаемся в первом приближении (для определения tср ) єС.

3.При этих условиях определяем коэффициент теплопроводности:

где = 31,35 Вт/(м2К) - коэффициент теплоотдачи с поверхности кожуха.

4.Толщина верхнего участка стены:

5.Задаемся температурой кожуха єС и определяем коэффициент теплопроводности:

6.Расчетная внешняя поверхность каждого участка стен равна:

м2.

7.Суммарные тепловые потери через стены печи:

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

8.Тепловые потери через футеровку падины:

9.Суммарные тепловые потери:

10.Тепловые потери через футеровку свода:

t1=tпл=1600'C; t2=20'C

11.Суммарные тепловые потери через футеровку:

Qф=Qст+Qсв+ Qпад=189082+227957,23+961652,7=1378691,93Вт=1378,69кВт

12.Тепловые потери излучением Qизл(кВт) через рабочее окно печи определяется по уравнению:

Qизл = qизл · ц · Fизл

где qизл - удельные тепловые потери излучением с поверхности, имеющей температуру tизл, в окружающую среду с температурой 200

qизл = 572 Вт/м2

ц - коэффициент дифрагмирования оконного проема

Fизл - тепловоспринимающая поверхность дверцы рабочего окна, м2.

Fизл= b· h=1.374 ·1.031=1.417м2

Qизл = 572 · 1,417 · 1 = 810,524Вт=0,811 кВт.

13.Тепловые потери межплавочного простоя Qпр можно определить следующим образом:

Qпр = (Qф + Qизл + 0,5 Qг) · Kн.п.=(1378,69+0,811+0,5·3298) ·1,1=3331,35кВт

где Qф- потери через футеровку в период расплавления, кВт;

Qизл- потери излучением через рабочее окно в период расплавления, кВт;

Qг - потери печи с газами в период расплавления, кВт=3298кВт

Кн.п. - коэффициент неучтенных потерь, принимаемый обычно в пределах 1,1 - 1,2

Энергетический баланс периода плавления

1.Расчет ведется по уравнению:

2.Длительность расплавления под током:

3.Определение энергии экзотермической реакции:

Wэкз = Кэкз· Wпол= 0,2·25384505,2=5076,9 кВт

Определение мощности печного трансформатора:

Мощность трансформатора дуговой сталеплавильной печи определяется по условиям расплавления, во время которого в печи расходуется наибольшая часть электрической энергии.

Средняя активная мощность Рср (кВт), которую необходимо выделять в дуговой сталеплавильной печи в период расплавления, определяется суммарным расходом электроэнергии и длительностью расплавления под током:

Рср = Wэл/фр.т= 36806,64/2,03=18131,35кВт

где Wэл - суммарный расход электроэнергии в период расплавления, кВт/ч;

фр.т - длительность расплавления под током, ч;

Зная среднюю активную мощность, можно определить необходимую кажущуюся мощность печного трансформатора S' (кВА), из выражения:

Расчет электрических параметров

1.Определение вторичного напряжения.



2.Расчет диаметра электродов.

3.Диаметр электрода.

печь трансформатор футеровка плавление

где р= 10 Ом/м

k= 2.1Вт/см2

4.Диаметр распада электродов

Размещено на Allbest.ru