Металлургия и ее применение

Всего тепла  эндотермических реакций:

670+5240+16000=21910 кДж

На охлаждение воды кессонов. На охлаждение кессонов расходуется 1000 л воды на 100 кг шихты. На 107,87 кг воды требуется:

 

Q=m∙c∙∆t

Q=1078, 7∙4, 18∙15=67640 кДж

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.11.

Таблица –  Тепловой баланс шахтной печи

Статьи прихода	кДж	%	Статьи расхода	кДж	%
Горение топлива	292230	85,5	Тепло черной меди	15930	4,6
Тепло шихты и кокса	1970	0,5	Тепло шлака	107305	31,2
Тепло воздуха	4000	1,1	Тепло газов	75280	21,8
Тепло экзотермических реакций	45720	13,2	Тепло пыли	6450	1,8
			Тепло эндотермических реакций	21910	6,3
			Тепло воды кессонов	67640	19,6
			Тепло во внешнюю среду	49360	14,7
Всего:	343920	100	Всего:	34360	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица  3.12.

Таблица - Материальный баланс. Шахтная печь 1,2,3

Наименование	Кол-во ТН	Содержание ТН		Содержание ТН
		Медь	Цинк	Медь	Цинк
Шлаки, сора	900	31	18	279	162
Биметалл	1800	7,5		135
Прочие	5900	71		4181	738
Всего вторичных	8600			4549	900
Кварц	1120
Известняк	3600
Особые  поставки	600
Всего привозного сырья	13920			4595	900
Оборотные материалы
Пыль  шахтных печей	1100	14	12	154	132
Шлак  конвертерный	1000	2,6		26
Шлак  шахтных печей	9000	0,8	3,0	70	280
ИТОГО:	11100			252	412
Всего твердой шихты	25020	19,4		4847	1312
Получено
Окись цинка	444	2,2	45		200
Медь  черная	5688	81	4,5	4607	256
Пыль  шахтных печей	1100	14	14	154	132
Шлак  шахтных печей	9000	0,8	3,0	72	280
Всего получено	16232			4833	868
Потеряно
С отвальным шлаком	6464		4,3	14	277
С угаром	2324		9		167
ИТОГО:	8788			14	444
Всего получено и потеряно	25020			4847	1312

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  и выбор основного и вспомогательного оборудования

Определение основных размеров шахтной печи.

Суточный  переплав А=700 т агломерата. Удельная производительность a=60 т/м² сутки. Площадь поперечного сечения шахтной печи на уровне фурм.

F=700:60=11,66 м²

Принимаем ширину печи на уровне фурм B=1,5 м

Длина печи равна l=11,66:1,5=7,77 м

Стандартная ширина кессонов 800 мм и зазор между  ними 10 мм. Установленно 10 кессонов.

Уточненная  длина печи l=10∙0,8+9∙0,01=8,09 м

Уточненная  площадь сечения печи на уровне фурм равна

8,09∙1,5=12,14 м², а удельный проплав

а=700:12,14=57,66 т/(м²∙сут)

Рабочая высота печи

где V – удельный объем шихты в печи, м³/т

- минимальное  время пребывания шихты в печи.ю необходимое для протекания процессов; принимаем=1,5 ч.

Определим удельный объем шихты.

Из металлургического  расчета известно, что расход кокса 11 т на 100 т агломерата 1,1т/м³.

Объем агломерата 100:1,1=90,91 м³

Насыпная  масса кокса 0,45 т/м³

Объем кокса 11:0,45=24,44 м³

Суммарный объем  шихты 90,91+24,44=115,35 м³

Удельный  объем шихты 115,35(100+11)=1,04 м³/т

Н_р=57,66∙1,04∙1,5:2,2=4,1 м

Общая высота печи от лещади до уровня до колошника

Н=(1,2-1,4)Н_р+1

Н=1,3∙4,1+1=6,33 м

Определим число  и размер фурм

Общая площадь  сечения фурм составляет 5-6% от площади  сечения шахтной печи в области  фурм.

Для расчета  принимаем 5,2%. Суммарная площадь  сечения фурм

∑S_ф=12,14∙0,052=0,631 м²

Расчет теплообмена в газаходной системе.

Начнем  расчет, с теплообмена, т.к. это имеет  большое влияние на газоходную систему. Как уже подчеркивалось, шихтовые материалы в слоевых печах обычно имеют самые разнообразные размеры и теплофизические свойства. Мелкие куски, например, железорудного сырья, обладающие относительно высокой теплопроводностью, приближаются по свойствам к термически тонким телам, а крупным кускам агломерата и особенно известняка присущи свойства, характерные массивным в тепловом отношении телам. В результате этого необходимо выполнять анализ условий нагрева кусков шихты в очень широком диапазоне значений их теплового сопротивления. Очень часто в шахтных печах нагрев слоя кусков шихты происходит в условиях наличия источников (стоков) тепловой энергии.

В большинстве  шахтных печей движение шихты  и газов происходит по принципу противотока.

Рассмотрим, следуя работам Б. И. Китаева, ряд  наиболее важных аспектов теплообмена  в плотном слое при противотоке. Общее уравнение теплового баланса  можно написать следующим образом:

,  (1)

где G_м и G_г — массовый расход соответственно нагреваемого материала и охлаждающихся газов, кг/ч; см и сr — теплоемкость материала и газов, кДж/(кг∙К); dT_м и dT_г — изменение температуры материала и газов, К.

Применяя  водяные эквиваленты, это выражение  можно записать так:

,  (2)

Очевидно, что изменение температур dT_м и dT_г будет зависеть от соотношения между величинами W_м и W_г. Возможны три случая такого соотношения.

В первом случае, когда W_г > W_м, конечная температура нагреваемого материала практически достигает начальной температуры газов. Газы при любой высоте слоя не могут отдать всего своего тепла нагреваемому материалу и выходят из состояния теплообмена с высокой конечной температурой, что является неизбежным.

При W_г = W_м и dТ_г = dТ_м охлаждение газов на 1 °С обеспечивает нагрев металла также на 1 0С. Следовательно, на всей высоте слоя разность температур между Т_г и Т_м будет одинаковой, что обеспечивает прямолинейный характер изменения этих температур по высоте слоя.

Если  W_г < W_м, то при достаточной поверхности нагрева газы отдадут все свое тепло материалу (Т''_г и Т'_м), однако этого тепла не хватит, чтобы

нагреть материал до начальной температуры  газов.

Как будет  показано ниже, в разных частях шахтной  печи возможны случаи, когда W_г > W_м и W_м > W_г, поэтому рассмотрим подробнее теплообмен при W_г > W_м сначала для случая термически тонких кусков. С этой целью выделим элементарный участок слоя, через который в единицу времени проходит объем материала V_м с поверхностью F.

Количество  тепла, переданное материалу, может  быть записано следующим образом:

,  (3)

где α  — коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности кусков, Вт/(м2 ∙ К).

При отсутствии тепловых потерь для противотока  характерно, что в любом сечении  по высоте слоя.

, (4)

откуда    (5)

Подставив выражение (5) в уравнение (3), можно  получить после соответствующих  преобразований неходкое дифференциальное уравнение

(6)

решением которого будет

(7)

Из последнего выражения следует, что при t=∞ (высота слоя ∞) температура кусков материала на выходе из слоя Т''_м достигнет температуры газов на входе в слоя Т'г. Если учесть, что для этого момента времени Т'_г ≈ Т''_м, то из выражения (5) можно получить:

(8)

Учитывая, что αv=αF, t = H/p и G_м cм /V_м = cм pнас (pнас – плотность насыпного слоя) и, перейдя к безразмерной форме, можно записать следующее выражение для условий завершенного теплообмена (Т'_г ≈ Т''_м) при W_г > W_м:

(9)

Приведенные выше выражения устанавливают связь  между всеми основными величинами, определяющими изменение температуры  материала в слое и температуры  газов.

Для случая W_м > W_г, аналогичные рассуждения приводят к выражению:

Уместно напомнить, что все вышеприведенные  рассуждения относятся к нагреву  кусков, представляющих собой термически тонкие тела, т. е. без учета внутреннего  теплообмена в кусках. В действительности реальные куски могут не быть термически тонкими телами, т. е. не будет иметь  место равенство  , где , — время прогрева кусков соответственно с реальной и с бесконечно большой теплопроводностью. Для реальных кусков можно говорить о какой-то условной величине отношения / , которое будет зависеть от критерия Bi . Поскольку куски бесформенны, то для них практически невозможно определить точно величину линейного размера, входящего в критерий Bi. Если с определенной степенью приближения считать, что куски имеют форму шара, то

где Bi = ; R – радиус шара.

После соответствующей  подстановки в уравнение (7) можно  получить выражение

 

которое позволяет делать необходимые расчеты нагрева слоя, состоящего реальны кусков.

Bo все приведенные выражения, естественно, входят величины коэффициентов теплоотдачи, которые определяются экспериментальным путем.

Большой практический интерес представляет определение гидравлического сопротивления  слоя. Хаотическое распределение  кусков неопределенность сечений для  прохода газов - все это делает возможным, по существу, лишь эмпирический путь исследования этих вопросов. В  результате неопределенности формы  и размеров пор между кусками  определения отдельных элементов  местных сопротивлений выполнить  невозможно, поэтому они учитываются  общим коэффициентом Ксл, входящим в нижеприведенную формулу для определения потерь напора в слое, Па:

где К_сл - 4ξ (Н/d_экв); wоб — скорость, отнесенная к общему сечению шахты, м/с; f — порозность слоя; рг — плотность газов, кг/м³; Н — высота слоя, м; d_экв — эквивалентный диаметр, м; d_экв = (0,45÷0,47) d; d — средний диаметр кусков слоя, м; ξ – коэффициент сопротивления, зависящий от критерия Re и определяемый при турбулентном режиме при 250 < Re < 5000 по формуле ξ = 1,56/Re0,15.

Турбулентный  режим в слое наступает при  низких значениях критерия Re. Это объясняется турбулизацией потока при внезапных расширениях и сужениях, резких поворотах при прохождении газа через слой кусковых материалов.

Технический контроль и автоматизация процесса.

 Можно привести в  пример общее управление целым  подразделением печей. Оперативное  управление и контроль производства  этого комплекса выполняется:  диспетчерскими службами комбината,  производств и цехов; оперативным  техническим персоналом технологических  участков и лабораторий; службами  управления технического контроля (УТК) и ведомственной приемки.  Эти службы, с учетом взаимных  связей, представляют собой многоуровневую, многосвязанную организационную систему, предназначенную для оперативного решения задач управления и контроля производства комплекса цехов. Она ориентирована на 100% выполнение плановых заданий при данном текущем состоянии запасов сырья, состоянии оборудования и кадрового обеспечения рабочих мест, и известных нормативных ограничениях расхода металла, топлива, энергоресурсов на тонну готового проката. Информационное сопровождение металлопотока осуществлялось автоматизированной системой оперативного диспетчерского управления (АСОДУ). Она предназначалась для обеспечения всех уровней диспетчеров комбината оперативной информацией о состоянии всех участков и цехов на переделе для принятия управляющих воздействий на ход производства с целью повышения качества и производительности управления, снижения раскоординации технологических производств и создание информационной среды управления. АСОДУ «НКМК» включала в себя сталеплавильное производство (мартеновские, электросталеплавильные цехи (ЭСПЦ, ЭСПЦ–1), обжимнозаготовочное и прокатное производства, которые связаны друг с другом единым потоком металла. В контур управления были включены основные сталеплавильные цеха, стрипперные отделения, обжимной цех и комплекс прокатных цехов.

Охрана труда.

Нормы и правила по охране труда  и природы, их структура Система  стандартов БТ — комплекс мер, направленных на обеспечение БТ.