Курсовая работа: Конструкція двохванної сталеплавильної печі
Складемо баланс
заліза на 1 період плавки.
Кількість заліза,
що окислилося, дорівнює 0,232+1,949 = = 2,181 кг.
Витрата кисню на
окислювання заліза до Fe2O3 0,232X Х48: 112 = 0,099 кг; до FeO 1,949-16:56 = 0,557 кг.
Приймаючи, що з
атмосфери печі у ванну надходить 30% від загальної кількості кисню, знайдемо
величину останнього 3,0175+0,099+0,557+0,1 (3,0175+0,099+ +0,557) =4,04 кг.
З огляду на те, що
в першому періоді ванна недостатньо й нерівномірно прогріта й процеси обміну вповільнені,
приймаємо коефіцієнт засвоєння подаваного у ванну кисню, рівним 0,9. Тоді
витрата технічного кисню складе
Тут 0, 95-частка
O
Витрата чистого
кисню 4,04-22,4/32 – 2,828 м3.
Витрата чистого
кисню з урахуванням коефіцієнта засвоєння 2,828/0,9 = 3,142 м3.
Кількість
незасвоєного кисню 3,142–-2,828 = = 0,314 м3 або 0,486 кг.
Кількість азоту,
що подається з технічним киснем 3,3–3,142 = 0,158 м3 або 0,197 кг.
Кількість
технічного кисню, що надходить у ванну 4,04+0,486+0,197 = 4,723 кг.
Вихід придатного
з урахуванням металу, шлаками (10 % від кількості шлаків)
100-3,216-2,181-0,6825-0,35-0,5-0,6=92,47
кг, де 3,216 - вигар домішок; 2,181 - кількість заліза, що окислилося; 0,6825 -
забруднення скрапу; 0,35 - окалина скрапу; 0,5 - міксерні шлаки; 0,6 - втрати
металу зі шлаками.
II період
Розрахунок
матеріального балансу для другого періоду плавки від розплавлювання до
розкислення стали, проводиться аналогічно розрахунку для I періоду.
2.3
Тепловий баланс
Метою розрахунку
теплового балансу, робочого простору камери печі, є визначення середнього теплового
навантаження й теплового навантаження холостого ходу. Розрахунок робимо для
однієї камери печі.
Прихід тепла
Тепло, внесене
скрапом
820,75-103 кДж =
0,82 ГДж.
Тут сск=0,469
кДж/( кг-до) – питома теплоємність скрапу при £CK=20°C; DCK=0,35 – частка
скрапу в шихті; G –250 т ємність однієї ванни печі.
2, Тепло, внесене
чавуном
Q4 = GD4 == 250- 10s-0,65 [0,745
■ 1200 + 217,72 + + 0,837 (1300 – 1200)3 = 194255,75:10^ кДж -= 194,26
ГДж, де Л, –0,65 – частка чавуну в шихті; с™ =0,745 кДж/
/( кг-до) - середня
питома теплоємність твердого чавуну в інтервалі температур 0–1200°С:'
cf =0,837 кДж/(
кг-до) - теж рідкого чавуну в інтервалі температур 1200–1300 °С;
1-4 = 217,72
кДж/кг – схована теплота плавлення чавуну; £ч=1300°С – температура
чавуну, що заливається; ш.год –1200°С – температура плавлення чавуну.
3. Тепло
екзотермічних реакцій
З-З2 ... 0,02405
250 103 34,09 = 204966,1
Si-SiO2...0,00650
250 103 31,10 = 50537,5
Мn-мnо ...
0,00680 250 103 7,37= 12529,0
Fe-Fе2О3(у дим)
... 0,010000-250.103-7,37 = 18425,0
Р-Р2О5...0,00129
250 103 25,00 = 8062,5
S-SO2...0,00012
250 10 9,28
= 278,4
Fe-FeO ...
(0,01940 + 0,00053)250-103 4,82 = 24015,6
FeFe2O3 ...
(0,00232 –0,00018) 250-103 7,37 = 3943,0
=322757,1 МДж = = 322,76
ГДж
тут перший
стовпчик чисел-частка вигорілої домішки;
другий - ємність
ванни, кг;
третій - теплові
ефекти реакцій, віднесені до 1 кг елемента, Мдж/кг (див. додаток XII).
4. Тепло
шлакоутворення
SiO2-(CaO)2SiO2...0,01393-250-103;28.60-2,32
=8075,75
Р206-(Са0)8РАСа0...0,033
250 103 62 142 4,71 =738,63
QШ.про =8,81 ГДж=8814,38 МДж
5. Тепло від
горіння природного газу
QН р.г = 35069,6 У
кДж - 0,035 У ГДж,
де Q =35069,6
кДж/м3 – нижча теплота згоряння природного газу (див. приклад 35); В – витрату
природного газу на плавку, м3..
6. Тепло, внесене
у робочий простір повітрям, що йде на спалювання природного газу й З
(9,28У +
0,06279-250-103:28-22(4-2,38) 1,3226-20 =
= 245,47 У +
790598,34ТкДж = 0,000245 У 4- 0,79 ГДж.
Тут і теоретичні витрати
повітря для спалювання 1 м3 природного газу й 1 м3 З, відповідно
рівні 9,28 і 2,38
м3/м3;
Mco =28 кг-
молекулярна маса З;
Cв= 1,3226 кДж/м3
К) - теплоємність повітря при t=20°С
3.
Витрата тепла
3.1
Фізичне тепло сталі
0,91119-250.103[0,7-1500+
272,16+ 0,837(1600 –1500)1 - 320251,39-103 кДж - 320,25 ГДж.
Тут Dст–0,91119
вихід стали;
с =0,7 кДж/(кг К) -
питома теплоємність твердої сталі, середня в інтервалі температур 0–1500 °С;
=0,837 кДж/( кг-до) - те
ж, рідкої сталі середня в інтервалі температур 1500–1600 °С;-
= 1500 C – температура
плавлення стали;
= 272,16 кДж/кг –
схована теплота плавлення стали.
2. Фізичне тепло
стали, що втрачається зі шлаками
= 0,00734-250- 10 0.7-1500 +
272,16 + 0,837(1600 –1500)] = 2579,753-103 кДж = 2,58 ГДж.
3. Фізичне тепло
шлаків
Qшл = (1,25-1550+
209,5) 0,06 250 103 +(1,25 1600+209,35) 0,0628 250 103 = 66889,545 103
кДж=66,89 ГДж.
Тут 1,25 кДж/(
кг-до) - теплоємність шлаків, середня в інтервалі температур 0–1600°С;
209,35 кДж/кг -
схована теплота плавлення шлаків;
0,06 і 0,0628 -
частка шлаків
4. Тепло знищено продуктами
згоряння при середній температурі 1yx= 1600 °С
=BiyxVyx В 2592,64
10,34=26807,9 У кДж =0,0268 У ГДж. Тут:
ico2...0,0955
3815,86 = 364,41
i о...0,1875 2979,13 =
558,59
,...0,7170.2328,65 = 1669,64
= 2592,64 кДж/м3.
Частки З2, Н2О,
N2 і Vyx, їх ентальпії –при t ух== 1600 °С.
5. Тепло, що
витрачається на розкладання вапняку
1779,5 0,0507 250
103=22555 103кДж=22,56 ГДж.
Тут 1775,5 кДж/кг
- теплота розкладання 1 кг вапняку; .
0,0507 - частка
вапняку (див. матеріальний баланс).
6. Тепло,
затрачуване на випар вологи й нагрівання пар води до tyx=1600°C.
= 0,000786 250 10 4,187 100+
2256,8+1,88(1600– 100)]22,4 18 = 1297594,2 кДж - 1,3 ГДж.
Тут 4,187 кДж/(
кг-до) - теплоємність води, середня в інтервалі температур 0–100 °С;
1,88
кДж/(кг-1<) - те ж, пари в інтервалі температур 100–1600°С;
2256,8 кДж/кг -
схована теплота випару 1 кг води;
0,000786 - частка
Н2О в продуктах плавки (див. матеріальний баланс).
7. Тепло,
витрачене на нагрівання газів, що виділяються з ванни, до°t =1600 C.
З2...3815,86-0,02146-250.103-22,4:44
= 10422, 15-Ю3
З,..2526,85-0,0б279.250.108.22,4:28
= 31732Д8-1б3
SO2,..3815,86-0,00101.250-103-22,4;64-337,23.103
N2...2328,65-0,00320.250-103-22,4;28
1490,33-103
О2...24…24б3,
97-ПРО, 250-Ю3-22,4:32 = 2863,13-103
= 46845,02-103 кДж = 46,85 ГДж
9. Втрати тепла з
охолодною водою.
У робочому
просторі двохванної печі водою прохолоджуються заслінки вікон (витрата води по
1,67- 10
м3/с)„ змійовики стовпчиків (по 0,56-10 3 м3/с), амбразура жужільної
льотки (1,12-10 3 м3/с) і кисневі фурми (по 0,28
10 3
м3/с). Приймаючи, що підвищення температури води у елементі не повинне
перевищувати 20С, знаходимо втрати тепла з охолодною водою;
Заслінки
3-1,67-10-3-4,187- 103-14400-20=6041,34 103
Змійовик 6-0,56-
10.4,187-103-14400.20=4051,68-
103
Амбразура
1-1,12-10
.4,187- 103-14400-20=1350,56- 103
Фурми 3-0,28-10
-4,187-103=6840-20-481,14-103
=11924,72- 10 Дж= 11,92ГДж
Тут перший
стовпець чисел – кількість елементів; другий – витрата води, м3/з; третій –
теплоємність води, кДж/(м3К); четвертого – час теплового впливу на елемент,
різниця температур вихідної й вхідної води, К.
Рами завалочних
вікон і балки зводу мають випарне охолодження. Приймаючи витрату хімічно
очищеної води на кожний елемент 0,11- 10 м3/зі знайдемо загальну витрату
води:
Рами завалочних
вікон 3-0, 11 10 =0,33- 10
балки передньої стінки
3-0,11 103=0,33-I0
балки задньої
стінки 3.0,11-10 =0,33-.10
Усього =0,99-10 3 м/с
Уважаючи, що
вихід пари становить 90 % (0,89- 10 3м3/с), знайдемо втрати тепла з
випарним охолодженням.
4,187-103 0,99.10 (100 – 30)
14400 + [2256,8 +1,88(150 -100) 103-0,89-10 14400 18:22,4
=27952,17-103 кДж = 27,95 ГДж.
Сумарні втрати
тепла з охолодною водою рівні
Qохл = 11,92 +
27,95=39,87 ГДж.
10. Втрати тепла
Втрати тепла
через звід
14042,073-103 кДж = 14,04 ГДж
Коефіцієнт
теплопровідності при середній температурі зводу 0,5 (1580+300)=940°С дорівнює =4,1-
0,0016-940=2,6 Вт/(м К). Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією дорівнює
=10+0,06 300=28 Вт/(м2 К).
Товщина футеровки 0,5(0,46+0,10)=0,28 м узята
середньої за кампанію печі.
Втрати тепла
через стіни печі
Задня стінка має
шар магнезиту середньою товщиною 0,75 м і шар легковагого шамоту
товщиною =0,065
м. Приймаючи температуру зовнішньої поверхні футеровки рівної 200°С, а на
границі роздягнула шарів 1100°С, відповідно до додатка XI одержимо
м - 6,28 0,0027 0,5 (1580 + 1100) =
2,66 Вт/(м К) і
= 0,314 + 0,00035 0,5(1100 + 200) =
0,54 Вт/(м К) і
а = 10 +
0,06-200 = 22 Вт/(м ДО).
Тоді
= 1159,32 10 кДж=1,16 ГДж
Втрата тепла
через передню стінку
12,54 14400=1398,8 10 кДж=1,4 ГДж
Тут =
6,28–0,0027(1580 + 200)/2 = 3,88 Вт/(м К).
Втрати тепла
через під рівні
= 5100 102,4 14400 =
6475,78-103 кДж = 6,48 ГДж.
Тут: 5100 Вт/м2 -
втрати тепла через під; 102,4 м2 – площа поду. Усього губиться через футеровку
=14,04 + 1,16 + 1,4 + 6,48= 23,08 Гдж.
11. Втрати тепла
випромінюванням через вікна печі [формула (156)]
5,7 0,65 ( ) 1,6 1,7 5400 =
= 6697,34 103 кДж
= 6,7 ГДж.
12. Втрати тепла
на дисоціацію С2 і Н2О приймемо рівними 2 % від тепла, одержуваного при
спалюванні природного газу, тобто
Q дисс = 0,02
0,035 У = 0,0007 У ГДж.
13. Втрати тепла
з газами, що вибиваються, і приймемо рівними 2,5 % від тепла, одержуваного при
спалюванні природного газу
= 0,025-0,035 3 =
0,00088 У ГДж.
Витрата
природного газу знайдемо з рівняння теплового балансу
0,82 + 194,26 +
322,76 + 8,81 + 0,035 У + 0,000245 У + 0,79 = 320,25 + 2,58 + 66,89 + 0,0268 У
22,56 +1,3 + 46,85 + 16,78 + 39,87 + 23,08 + 6,7 + 0,0007 У + +0,000885 або
0,006865 У =
20,21,
звідки
В=2943,9 м3.
Тепловий баланс
робочого простору камери двохванної печі представлений у табл. 43.
Середнє теплове
навантаження дорівнює
Qcp = 35, 0 2943, 9:14400 = 7,155
Мвт. Теплове навантаження холостого ходу дорівнює (39,87+ 23,08+ 6,7): 14400
=4,84 Мвт.
Таблиця 2.
Тепловий баланс камери двохванної печі
Стаття приходу |
ГДж {%) |
Стаття витрати |
ГДж (%) |
Фізичне тепло: |
0,82(0,13) |
Фізичне тепло: стали .... металу в
шлаку шлаків .... Розкладання вапняку .... Випар вологи Нагрівання газів Винос
із частка мі Fe2O3 .... Водяне охолодження |
320,26(50,74) 2,58(0,41)
66,89(10,55) 22,56(3,57) 1,30(0,21) 46,85(7,42) 16,78(2,66) 39,87(6,33) 23,08(3,66)
6,70(1,08) 2,09(0,33) 2,63(0,42) 79,60(12,62) |
Разом |
631,20(100,0) |
Разом |
631,20 (100,0) |
Витрата палива по
періодах плавки
Період випуску й
заправлення (тривалість
1440 с). Приймемо, що теплове навантаження в період випуску й заправлення
дорівнює 75 % середнього теплового навантаження. Тоді
= 0,75-7,155=5,366 МВт,
а витрата природного газу
5,366-1440/35,0 = 220,64
м3/період.
Період завалки й
прогріву (тривалість
4680 с). У цьому періоді підтримують максимальне теплове навантаження,
тридцятилітній 125 % від середньої. Тоді
Q2 = 1,25-7,155 =
8,94 МВт
і В2 -
8,94-4680/35,0 = 1195,69м /період.
Період заливання
чавуну й плавлення (тривалість 4680 с). Звичайно період заливання й плавлення проходить при
середнім тепловому навантаженні. Тоді
Q3 = 7,155 МВт і В = 7,155
4680/35,0=956,87 м /період.
Період доведення (тривалість 3600 с) Q4
==(7,155 14400- 5,366 1440- 8,94 4680- 7,155 4680)/3600=5,55 Мвт. Тоді В4 =
5,55 3600/35,0=570,7 м3/період.
Правильність
розрахунку перевіряємо, підсумовуючи витрати природного газу по періодах
220,64 + 1195,69
+ 956,87 +570,70 - 2943,9 м3, що відповідає значенню, знайденому з теплового
балансу.
Висновок
Таким чином,
двохванна піч має багато експлуатаційних і сантехнічних недоліків. У зв'язку із
цим і незважаючи на те, що двохванні печі мають значну продуктивність, їх варто
розглядати як тимчасову, проміжну конструкцію, що відповідає складному (у технічних
і економічних відносинах) періоду повного переходу нашої металургії з
мартенівського на конвертерний спосіб виробництва стали.
Література
1 Металургійна теплотехніка в 2-х томах 1. Теоретичні
основи: Підручник для вузів В. А. Кривандин, В. А. Арутюнов, Б. С.Мастрюков і
ін. М.: Металургія, 1986. 424. с.
2 Металургійні печі: Атлас навчальний посібник для
вузів В. И. Миткалинний, В. А. Кривандин, В. А. Морозов і ін. М.: Металургія
1987.
3. Василенко І.М. Печі у металургії. – К., 2005
4. Аналовенко С. В. Розрахунки у металургії. – К.,
2003
|