Расчет дуговой сталеплавильной печи

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ачинский филиал

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Расчет дуговой сталеплавильной  печи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент,                 ЗФА 09-09             _________                Л.Ю.Семенова

                                                  номер группы                   подпись, дата                             инициалы, фамилия

  Руководитель                                           _________                   Е.Э. Гейн.

                                                                                   подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Ачинск 2012

 

 

                                                     Содержание

Введение………………………………………………………………………3

1. Определение основных размеров дуговой сталеплавильной печи …. 4
2. Энергетический баланс периода расплавления………………………..8
1. Определение статей прихода теплоты……………………………..8
2. Определение статей расхода теплоты……………………………...9
3. Определение расхода электроэнергии…………………………….11
3. Определение мощности печного трансформатора………….………..13
4. Определение размеров электродов……………………………………13

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

КП-150102.65-0906902

 

 Разраб.

Семенова Л.Ю

 Провер.

Гейн Е.Э

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

Расчёт дуговой сталеплавильной  печи

Лит.

Листов

14

 СФУ (АФ) ЗФА 09-09

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Введение

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    3

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     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. Дуговые устройства удобны так же для проведения высокотемпературных химических реакций в жидкой или газовой фазе и подогрева газа. Во всех этих случаях неравномерность нагрева не играет роли, т.к. благодаря теплопроводности и конвекции в жидкой ванне или газовом потоке температура быстро выравнивается.

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

В электропечах можно выплавлять сталь обширного  сортамента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    4

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение основных размеров дуговой сталеплавильной печи

 

Диаметр плавильного пространства на уровне откосов:

 

D_от = Dn + 2ΔH

D_от = 2,167+2∙0,14 = 2,447 м

 

Ширина рабочего окна:

 

M = p∙D_от

M = 0,33∙2,447 = 0,81 м

M = 0,75 м = 750 мм

 

Высота рабочего окна:

 

N = (0,650,7) ∙ M

N = 0,65∙0,81 = 0,527 м

N = 0,50 м = 500 мм

 

Стрелка арки окна:

 

ΔN = (0,130,14) ∙ M

ΔN = 0,13∙0,81 = 0,105 м

 

Диаметр кожуха печи:

 

D_к = D_от + 2(δ_о + δ_т)_, где δ_о и δ_т – толщины огнеупорного и теплоизоляционного слоя

δ_о = 0,30 м δ_т = 0,15 м

 

D_к = 2,447 + 2(0,30 + 0,15) = 3,347 м

 

Толщина свода: δ_св = 0,25 м

 

Диаметр электродного отверстия в  своде:

 

d = d_эл + 2Δd

d_эл = 0,3 м; Δd = 0,01 м

 

d = 0,3 + 2∙ 0,01 = 0,32 м

 

Толщина подины:

δ_n = (0,390,40) ∙

 

 

      δn = 0,39 ∙ 1,35 = 0,527 м

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    5

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Диаметр зеркала расплавленного металла, определяют из соотношения:

 

     D= 2·C^3,

 

V= ʋ·G

V= 0,145·6= 0,87 м³

 

С= 0,875 + 0,042·а               

а=4,0

С=0,875 + 0,042·4,0= 1,043

 

D=2·1,043 ^{= 1,9}8 м

Глубина ванны по жидкому металлу:

 

H=     

 

 H = = 0,495

 

Высота слоя шлака, над жидким металлом:

 

Н_шл = ₂

 

V_шл= 0,1·V

     V_шл= 0,1·0,87= 0,087 м³

 

Н_шл=₂ = 0,028 м

 

Диаметр зеркала шлака:

 

D_шл = D + 2· Н_шл

     D_шл =1,98 + 2·0,028 = 0,111 м

 

Уровень порога рабочего окна:

 

D_n = D_шл + 2· (2040) · 10^-3

D_n = 0,111 + 2·20· 10^-3 = 0,151 м

 

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    6

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уровень откосов:

 

D_от = D_n + 2·(3070) · 10^-3 = 0,151 + 2·30·10^-3 = 0,211 м

 

Внутренний  диаметр футеровки  стены:

 

D_ст = D_от + 0,2

D_ст =0,211 + 0,2 = 0,411 м

 

Высота плавильного пространства:

 

при ρ_лом ≥ 1250 кг/м³      

                   

Н_пл = (0,6 0,5) · D_от  

Н_пл= 0,5·0,211 = 0,105 м

 

при ρ_лом≤ 1250 кг/м³    

                     

Н_пл = (0,5 0,45) · D_от           

      Н_пл= 0,45·0,211 = 0,095 м  

 

δ_n = H = 0,375 м                                                   

                                                   

 

Внутренний диаметр кожуха:

 

D_к = D_ст +2(δ₀ + δ_т),

D_к= 0,411 + 2·(0,30 +0,15) = 1,311 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Энергетический баланс периода расплавления

Определение статей прихода  теплотыИзм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    8

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q_g + Q_экз + Q_шл + Q_доп = Q_ст + Q_шл +Q_ф + Q_изл + Q_охл + Q_энд + Q_газ+ Q_пр

 

     1Дж = 10^-3 кДж = кВт·ч

 

        _р = 0,7 · _{ц          р} = 1,75 ч

 

        _ц = = 2,5 ч

 

Определение статей прихода  теплоты

 

Теплота выделяемая электрическими дугами:

 

Qq = _эл ·W _эл

Qq = 7425,15· 0,87 = 6459,88 кДж

Qq = = 1,79 кВт·ч

 

Теплота экзотермических реакций:

 

= 0,6·33500 mG

= 0,6·33500·5·6= 603000 кДж

= = 167,5 кВт·ч

 

Теплота, вносимая подогретой металлической  шихтой:

 

Q_ш = С_ш ·t_ш ·G^*·10³

G^* = G(1+ К_уг /100)

G^* = 6,3 т

Q_ш = 0,536·400·6,3·10³=1350720 кДж

Q_ш = = 375,2кВт·ч

 

Дополнительная теплота:

 

 Q_доп = 0

 

 

 

 

 

 

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65- 1010993

    9

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение статей расхода теплоты

 

Теплота, затрачиваемая на расплавление металла:

Q_ст = [G^* · C_тв (t_пл- t_ш)+G· +G·Cж( t_пл - t_пл)] ·10³

 

C_тв = 625 ⁰С

t_шл = 400 ⁰С

t_п = 1250 ⁰С

t_пер = 1350 ⁰С

 

Q_ст = [6,3·625(1250 – 400)+6·272,16+6·1300(1350-1250)·10³ = 4128507960 кДж

Q_ст = = 1146804,71 кВт·ч

 

Теплота, затрачиваемая на расплавление и перегрев шлака:

 

Q_шл = G_шл (С_шл ·t_пер.шл + _шл )·10³

 

G_шл = 0,36 т

С_шл =1,25кДж

 _шл =209,95

T_пер.шл = 1350 ⁰C

 

Q_шл =0,36 (1,25·1350 + 209,35) ·10³ = 683082000 кДж

Q_шл = = 189745 кВт·ч

 

Qα = Q_св + Q_под +Q_ст

Qα = 294,88+5,16+7238,16 = 7538,2

 

Q_ст  = q_cт ·F_cт ·_р ·10³ 

Q_ст  =1202,74·12,38·1,75·10³ = 26057362,1 кДж

Q_ст  = = 7238,16 кВт ·ч

 

t₁ = 1350 ⁰C

t _к =300 ⁰С

δ₁= 0,30 м

δ₂ =0,10 м

 ₁=1,76+0,391= 2,151

 ₂= 0,05+0,08 = 0,13

 

Теплота теряемая через футеровку печи:

Потери теплоты через стены 

 

q_ст= = 1202,74 кДж

 

F_{cт =} ·D_к ·Н_пл = 3,14·3,347·1,178 = 12,38 м²

 

Потери теплоты через свод:

q_cв=

q_св = = 60 кДж

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    10

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F_св = 0,9(3,347)² =10,11 м²

 

Q_св = 60·10,11·1,75·10³ = 1061550 кДж

Q_св = = 294,88 кВт

 

Q_под = q_под F_{под р} ·10³ 

q_под = = 1,05 кДж

Q_под = 1,05 ∙ 10,11 ∙1,75 ∙10³  = 18557,125 кДж

Q_под =  = 5,16 кВт ∙ч

 

Теплота, излучаемая через открытые рабочие окна :

 

Q_изл = С_пр [(⁴ - ()⁴ ] Fок _р ·10^{3   =} 975,38 кДж

Q_изл = = 0,271 кВт

 

С_пр = 4,65

Т_п = 1623,15 К

Т_в = 293,15 К

Ф= 0,64

 

Fок = 0,325 м²

 

Теплота, отводимая через водоохлаждаемые конструкции:

Q_охл = V_вых - t_вх) _р 

V= 20 м³/с

С= 4,187кДж

_вых = 45⁰ с

t_вх = 15⁰ с

 

Q_охл =20 4,187)1,75 = 4396,35 кДж

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q_охл = = 1,22 кВт

Q_пр= К_н(Q_cт+Q_cв+Q_под+Q_изл+Q_охл) _{= 1,1(}7238,16+294,88+5,16+0,271+1,22) = 1992,32 КкДж

 

Q_пр=   = 0,553 кВт ∙ч

 

₌ 0,25

 

 

Определение расхода  электроэнергии

 

W_эл = =

 

W_эл = = 7425,15 кВт

W₁ = W_эл /G                  W₁= = 1237,53 кВт ∙ ч/ т

W₁ = W_эл /G*                W₁= = 1178,61 кВт ∙ ч/ т  

 

Тепловой коэффициент  полезного  действия:

 

ɳ_т =     

 

ɳ_т =   =

 

ɳ_т = 0,66 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

 

    11

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение мощности печного  трансформатора

 

 

Р = = =  6061,35 кВА

 

Р = 5000 кВА

  

 

                                Определение размеров электродов

 

I _2л =   = 722543,35 А

d_эл = = = мм

 

d_эл= 200мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КП – 150102.65-0906902

 

  12

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КП – 150102.65-0906902

    13

Лист