Пример расчета ДСП-3. КР по направлению, антиплагиат. Общая информация о дуговой сталеплавильной печи
![]()
|
ГЛАВА 3 Расчет теплового баланса ДСП ДСП является агрегатом периодического действия, в котором потребление электроэнергии в различные периоды плавки неодинаково. При проектировании ДСП составляется расчетный энергетический баланс только для периода расплавления, т.к. печь потребляет наибольшую часть электроэнергии и плавка ведется на самой высокой мощности. По результатам этого баланса определяется необходимая мощность печного трансформатора и удельный расход электроэнергии в период расплавления, т.е. важнейшие параметры печи, определяющие ее производительность и технико-экономическую эффективность. Энергетический баланс состоит из приходной ![]() ![]() ![]() Приход энергии происходит за счет статей: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Теплота ![]() Теплота, вносимая в дуговую сталеплавильную печь ДСП-3 электроэнергией, зависит от ее электрической мощности и времени работы. Теплота, выделяющаяся в печи, также может быть определена по формуле: ![]() ![]() где Q1 - теплота, выделяющаяся в печи, в киловатт-часах или мегаджоулях, P - электрическая мощность, потребляемая печью, в киловаттах (По техническому паспорту, средняя электрическая мощность, потребляемая ДСП-3 на одну плавку, составляет около 3000-4000 кВтч. Принимаем P=3500 кВтч), t - время работы печи в часах (обычно, время для одной плавки в ДСП-3 составляет от 2 до 4 часов, в зависимости от многих факторов. Принимаем 3 часа), η - КПД электропечи, который обычно находится в пределах 0,7-0,9. Теплота ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Теплота экзотермических реакций ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Теплоту, выделенную в печи от окисления графитовых электродов ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Расходуемая теплота: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака. Полезная теплота ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимаем, что завалка имеет температуру ![]() Температуру плавления завалки можно вычислить по формуле: ![]() ![]() Для упрощения расчетов среднюю удельную теплоемкость шлакообразующих материалов и расплавленного шлака можно принять равной ![]() ![]() ![]() ![]() Энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева шлака: ![]() ![]() Суммарная полезная энергия периода расплавления: ![]() Определение тепловых потерь через футеровку ![]() Удельные тепловые потоки определяем раздельно для стены, свода и подины. В соответствии с конструкцией футеровки ДСП стена имеет три равных по высоте участка разной толщины: 460 мм на нижнем, 380 мм на среднем и 300мм на верхнем участке. Материал огнеупорной кладки – магнезитохромит. Демпферный слой засыпки в расчет не вводим, полагая, что его тепловым сопротивлением можно пренебречь. 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. Определим удельный тепловой поток нижнего участка стены при толщине равной: ![]() Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича: ![]() Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() Уточняем температуру ![]() ![]() ![]() Относительная погрешность равна: ![]() Поэтому для расчета удельного теплового потока во втором приближении принимаем ![]() При этих условиях: ![]() ![]() Проверяем: ![]() ![]() Толщина верхнего участка стены: ![]() Задаемся температурой кожуха ![]() ![]() Тепловой поток через стенку равен: ![]() Уточняем температуру: ![]() Так как принятая и уточненная температуры близки, расчет во втором приближении не производим. Расчетная внешняя поверхность каждого участка стен равна: ![]() Суммарные тепловые потери через стены: ![]() Тепловые потери через футеровку свода. В качестве материала свода используется магнезитохромитовый кирпич длиной 300 мм, что и для нижнего участка стены. В этих условиях расчет потерь по существу сводится к определению расчетной поверхности свода, за которую следует принимать внешнюю поверхность свода Fcв. Для сферического сегмента радиусом R, высотой h боковая поверхность равна: ![]() Тепловые потери свода при средней толщине огнеупорной кладки, равной ![]() ![]() Тепловые потери через футеровку подины ниже уровня откосов. При конструировании подины было принято, что огнеупорная часть подины выполняется из шести слоев магнезитового кирпича марки МП-91 «на плашку» (5×65 мм) и набивки толщиной 100 мм из магнезитового порошка, замешанного на смеси смолы и пека. Для упрощения расчета коэффициент теплопроводности набивки принимаем таким же, как и для магнезитового кирпича. Для плотного магнезита марки МП-91: ![]() Нижний изоляционный слой выполняем из листового асбеста толщиной 10 мм, укладываемого на металлическое днище, шамотного порошка общей толщиной 30 мм и легковесного шамота марки ШЛБ-1,3, суммарной толщиной 105 мм (один слой «на плашку»).Для упрощения расчета заменяем слои порошка и асбеста слоем легковесного шамота «на плашку» марки ШЛБ – 1,3, т.е. толщина теплоизоляционной части равна 145 мм. Коэффициент теплопроводности такого кирпича: ![]() Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t1=1600ºС и задаемся в первом приближении температурой внешней футеровки ![]() ![]() При этих условиях: ![]() ![]() ![]() Удельные тепловые потери в первом приближении: ![]() Уточняем принятые температуры: ![]() ![]() Так как принятая и уточненная температуры близки, расчет во втором приближении не производим. Внешнюю поверхность футеровки подины определяем следующим упрощенным способом. Примем, что эта поверхность состоит их двух поверхностей – поверхности ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При этом допущении, которое не дает существенной погрешности в практическом расчете, внешняя поверхность футеровки пода составляет: ![]() ![]() Тепловые потери через футеровку подины: ![]() ![]() Суммарные потери теплоты теплопроводностью через футеровку за период плавления равны: ![]() Тепловые потери через рабочее окно. В ДСП тепловые потери через рабочее окно могут достигать 2 – 6 %. Это объясняется значительными размерами оконного проема. Для защиты футеровки от разрушения окно обрамляется изнутри П-образной водоохлаждаемой коробкой. Тепловые потери излучения через рабочее окно определяются средней температурой печи и площадью рабочего проема Площадь рабочего окна равна: ![]() ![]() Принимаем, что за период плавления рабочее окно открыто в течение 20 мин (0,33 ч). Среднюю расчетную температуру излучающей поверхности печной камеры для периода расплавления примем равной ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Тепловые потери с газами. В современных дуговых сталеплавильных печах отсос газов обычно осуществляют через специальное отверстие в своде, а вытяжка запыленных газов в систему газоочистки производится вентиляторами высокой производительности. Принимаем теплоемкость газов приблизительно равной теплоемкости воздуха. Принимая среднюю температуру печных газов ![]() ![]() Теплота, теряемая печью с уходящими газами, рассчитывается по уравнению: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Потери теплоты с охлаждающей водой. Потери теплоты с охлаждающей водой рассчитываются по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Так как расход воды на охлаждение рамы и заслонки рабочего окна, сводовых уплотняющих колец и электрододержателей на рассчитываются, то принимаем тепловые потери с охлаждающей водой равными 2 % от затрат теплоты на нагрев, расплавление и перегрев металла и шлака. Суммарные тепловые потери по этой статье равны: ![]() Теплота, аккумулированная кладкой. Эта теплота идет на компенсацию потерь раскрытой под загрузку и подвалку печи. Тепловые потери печи в период межплавочного простоя можно определить следующим образом: ![]() где ![]() Принимая коэффициент неучтенных тепловых потерь определяем искомые потери: ![]() Глава 4 Расчет электрических параметров печи 4.1 Электрический расчёт печи. Суммарное количество электрической энергии которую необходимо выделить в дуговой сталеплавильной печи в период расплавления, можно найти из выражения: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Искомое количество электрической энергии при ![]() ![]() 4.2 Определение мощности печного трансформатора Мощность трансформатора ДСП определяется по условиям расплавления, во время которого в печи расходуется наибольшая часть электроэнергии. Средняя активная мощность, которую необходимо выделять в ДСП в период расплавления определяется по формуле: ![]() где ![]() Принимая длительность расплавления «под током» ![]() ![]() Зная среднюю активную мощность периода расплавления, можно определить необходимую кажущуюся мощность печного трансформатора: ![]() где ![]() ![]() Принимая расчетные значения ![]() ![]() В качестве установленной мощности печного трансформатора принимают номинальную мощность печного трансформатора равной ![]() Таблица 7 Тепловой баланс периода плавления ДСП-3
ЗаключениеВ ходе проведенной работы была изучена и рассмотрена информация о разновидностях, классификациях и устройствах дуговых сталеплавильных печей произведен геометрический расчет, расчет теплого и энергетического баланса дуговой сталеплавильной печи ДСП-3. Подсчитаны тепловые потери, произведён расчёт мощности печного трансформатора. Исходя из чего можно порекомендовать следующие мероприятия по улучшению эффективности ДСП: 1. Содержание печи и всего оборудования (особенно автоматического регулятора режима работы ДСП) в исправном техническом состоянии. Соблюдение графика ППР; 2. Правильный выбор электрического режима работы печи: ступени напряжения трансформатора и тока дуги; 3. Оптимальная укладка шихты в загрузочную корзину, подбор шихты по составу и размерам; 4. Использование материалов высокого качества для футеровки печи и электродов; 5. Повышение коэффициента мощности и качества электроэнергии путем использования конденсаторных батарей и фильтров высших гармонических составляющих. 6. Внедрение и использование систем водяного охлаждения для продления срока службы футеровки ДСП. |