Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Сентября 2012 в 11:12, курсовая работа
Дуговые печи – это печи, в которых теплотой плавления является теплота, выделяемая электрической дугой, горящей в рабочем пространстве печи.
При известной общности физико-химических процессов производства стали в кислородных конвертерах, а также мартеновских и электрических печах выплавка металла в открытых дуговых сталеплавильных печах имеет ряд особенностей, которые обуславливают следующие технологические преимущества этих печей:
Применение водоохлаждаемого свода снижает расход огнеупоров, уменьшает затраты на его изготовление, сокращает простои печи, что в целом обеспечивает увеличение производительности. Однако одновременно на 6-10% возрастает расход электроэнергии и увеличивается потребление воды примерно на 2м³/ч на каждый квадратный метр охлаждаемой поверхности свода.
Сырьем для их производства служит горная порода магнезит MgCO3. Технология производства магнезитовых огнеупоров сводится к обжигу дробленого магнезита при температуре порядка 1570 ºС с целью удаления СО2 и получения оксида магния МgO, который затем подвергается дроблению, помолу, увлажнению, прессованию для получения изделий требуемой формы, подсушиванию и обжигу в течение 120 – 150 ч при температуре, возрастающей до 1650 ºС. Полученные таким образом изделия содержат не менее 85 % МgО и характеризуются высокой предельной температурой службы.
При производстве термостойких магнезитохромитовых изделий шихту составляют из 0 - 65 % хромита и 60 – 35 % обожженного магнезита.
Основой шамотных материалов служат оксиды алюминия и кремния (Al2O3 и SiO2), причем содержание Al2O3 составляет в них от 28 до 45 %. Шамотные изделия изготовляют из огнеупорных глин и минерала, называемого каолином. Это сырье подвергают предварительному обжигу, а затем размалывают и просеивают.
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Расчет основных размеров печи
2.1.1 Рассчитываем объем жидкого металла в дуговой сталеплавильной печи емкостью G = 100 тонн
где U - удельный объем жидкой стали =0,145 м3
V = 0,145 ×100 = 14, 5 м³
2.1.2 Вычисляем диаметр зеркала металла
D = 2000 ×С× ,
где коэффициент С табличное значение, принимая значение D / H = 5,0
D = 2000 × 1,085 × ³√14, 5 = 5291, 5 мм = 5,3м
2.1.3 Находим глубину ванны жидкого металла
2.1.4 Находим объем шлака
Vш = 0, 1 ×14,5 = 1,45 м³
2.1.5Определяем высоту слоя шлака
где Vш – расчетный объем шлака, мм;
D – диаметр зеркала металла, м.
2.1.6 Определяем диаметр зеркала шлака
Dш = D + 2 × Hш , (6)
где D – диаметр зеркала металла, мм;
Н – высота слоя шлака, мм.
Dш = 5291, 5 + 2 × 65, 7= 5422,9 мм
Уровень порога рабочего окна должен быть расположен выше уровня зеркала шлака на 40мм, а уровень откосов – на 65 мм выше уровня порога рабочего окна.
2.1.7 Вычисляем диаметр ванны на уровне откосов
где D – диаметр зеркала металла, мм;
Нш – высота слоя шлака, мм.
Dот = 5291,5 + 2 × (65,7 + 40 + 65) = 5632,9 мм
2.1.8 Находим диаметр стен
Dст = 5632,9+ 200 = 5832,9 мм
Высота плавильного пространства Нпл и толщина футеровки для 100 тонной печи равна
Hпл/Dom=0,42
δom=825 мм
δ n=905 мм
δсв =300 мм
δcm=525 мм
2.1.9 Вычисляем высоту плавильного пространства
где Dот - диаметр ванны на уровне откосов
Футеровка подины имеет толщину 905 мм и состоит из огнеупорной магнезитовой набивки толщиной 160 мм, огнеупорной кладки из магнезитового кирпича толщиной 575 мм и шамота-легковеса толщиной 95 мм. Два теплоизоляционных слоя и асбест по 25 мм.
Откосы толщиной 825 мм состоят из следующих материалов: из огнеупорной магнезитовой набивки толщиной 160 мм, магнезитового кирпича толщиной 1162,5 мм, трех теплоизоляционных огнеупорных материалов: шамотного легковеса, магнезитовой набивки и асбеста.
2.1.10 Определяем внутренний диаметр кожуха:
где Dст – диаметр стены, мм;
- футеровка стен на уровне откосов, мм
Dк = 5632,9+ 2 × 825 = 7282,9 мм
Толщину магнезитовой футеровки в верхней части стен принимаем равной δст = 525 мм.
Свод выполняют из хромомагнезитового кирпича толщиной δсв = 300 мм. Стрела пролета свода печи принимается равной 15 % пролета (внутреннего диаметра) свода.
2.1.11 Находим высоту свода
hсв = 0,15 × Dсв = 0,15 × (Dк – δсв) , (11)
где Dк – внутренний диаметр кожуха, мм;
δсв – футеровка в верхней части стен, мм.
Размеры рабочего окна выбираем из условий удобства загрузки в печь шлакообразующих и легирующих материалов мульдами: b × h = 1180 × 1050 мм.
2.2 Расчет энергетического баланса
Рассчитываем суммарное количество электрической энергии, которую необходимо выделить в дуговой сталеплавильной печи период расплавления τ р.m = 3420с
2.2.1 Рассчитываем приход тепла
2.2.1.1 Тепло, вносимое шихтой (tш=20˚С)
Qш = 100 × 0,98 × 0,469 × 20=919,24×103 кДж=0,919 ГДж
2.2.1.2 Тепло, вносимое электрическими дугами
Qд = ηэл × Wэл × 10ˉ,
где ηэл – электрический к.п.д., равный 0,87 – 0,92;
Wэл – вводимая в печь электроэнергия; кДж.
2.2.1.3 Тепло экзотермических реакций
С → СО2 0,002173 × 100× 10³× 34,09 = 7407,75
С → СО 0,005070× 100× 10³ × 10,47 = 5308,29
Si → SiO2 0,002965 × 100 × 10³× 31,10 = 9221,15
Mn → MnO 0,003384 × 100× 10³ ×7,37 = 2494,00
Fe → Fe2O3
Fe → FeO 0,005152 × 100 × 10³ ×4,82 = 2483,26
Fe → Fe2O3 (в дым) 0,003000 × 100 × 10³ × 7,37 = 22110
––––––––––––––––––––––––––––––
2.2.1.4 Тепло шлакообразования
SiO2 → (CaO)2
SiO2 0,006354 × 100 × 10³ × 2,32 = 1474,12 МДж
Qшл = 1,47 ГДж
2.2.2 Рассчитываем расход тепла:
2.2.2.1 Физическое тепло стали
Qст = 0,965739 × 100 × 10³ × [0,7 × 1500 + 272,16 + 0,837 × (1600 – 1500)]
Qст = 135769,38 × 10³ кДж = 135,76 ГДж
2.2.2.2 Физическое тепло стали, теряемой со шлаком
Qст-шл = 0,005 × 100 × 10³ × [0, 7 ×1500 + 272, 16 + 0,837 ×(1700 – 1500)] =
= 744,78 × 10³кДж = 0,74 ГДж
2.2.2.3 Физическое тепло шлака
Qшл = 0,068350 × 100× 10³ × (1,25 × 1700 + 209,35)=
= 15943,61× 10³ кДж = 15,94 ГДж
2.2.2.4 Тепло, уносимое газообразными продуктами реакций с температурой tyx = 1500˚C
Qyx = 0,131229 × 100 × 10³ × 2301,42 = 30201,30 × 10³ кДж = 30,201 ГДж
2.2.2.5 Находим энтальпию газообразных продуктов реакции:
i СО2 0,0495 × 3545,34 = 175,49
i Н2О 0,1014 × 2758,39 = 279,70
i О2 0,0188 × 2296,78 = 43,18
i N2 0,8308 × 2170,55 = 1803,3
––––––––––––––––––––––––––
2.2.2.6 Тепло, уносимое частицами Fe2O3
Q Fe2O3 = 0,042854 × 100×10³ × (1, 23 × 1500 + 209, 34) =
= 8803,95× 10³ кДж = 8,8 ГДж
2.2.3 Потери тепла теплопроводностью через футеровку
Стены имеют два разных по высоте участка разной толщины: 525 мм на нижнем и 425 мм на верхнем участке.
Принимая, что к концу кампании футеровка стен и свода может износиться на 50%, принимаем расчетную толщину футеровки 75% первоначальной толщины участков стен равными соответственно:
0,75 × 525 = 393 мм и 0,75 × 425 = 318 мм
Коэффициент теплопроводности магнезитохромита
λм = 4,1 – 0,0016 Вт / (м К)
Температура внутренней поверхности футеровки равна t1 = 1600˚С, температуру наружной поверхности верхней части стены примем равной t = 320˚С, нижней t = 300˚С.
Тогда:
λ = 4,1 – 0,0016 × (1600 + 320) /2 = 2,56 Вт/(м К)
λ = 4,1 – 0,0016 × (1600 + 300) /2 = 2,58 Вт/(м К)
2.2.4 Определяем коэффициент теплоотдачи конвекции верхней и нижней части:
α = 10 + 0,06 × 320 = 29,2 Вт/(м² К)
2.2.5 Находим площадь наружной поверхности верхней и нижней частей стен печи
F= 3,14 × 7,282 × 2,365 / 2 = 27,0 м²
2.2.6 Находим тепло верхней части стен, принимая температуру в цехе 30ºС
где - площадь наружной поверхности верхней и нижней частей стен печи, м²;
- период расплавления, С;
и - коэффициент теплопроводности магнезита верхней и нижней части стен, Вт/(м К).
Q = × 27,0 × 3420 = 1,61 × 10Дж =1,61ГДж
2.2.7 Находим тепло нижней части стен
Информация о работе Расчет электродуговой сталеплавильной печи емкостью 100 тонн