Пример расчета ДСП-3. КР по направлению, антиплагиат. Общая информация о дуговой сталеплавильной печи

• Название: Общая информация о дуговой сталеплавильной печи
• Анкор: Пример расчета ДСП-3
• Дата: 20.04.2023
• Размер: 330.72 Kb.
• Имя файла: КР по направлению, антиплагиат.docx
• Тип: Диплом; #1077373
• страница: 4 из 4

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 и расходной частей:
(3.1)
Приход энергии происходит за счет статей:
, (3.2)
где – теплота, вносимая в печь с электроэнергией;

– теплота, вносимая в печь с шихтой;

– теплота экзотермических реакций, протекающих в ванне;

– теплота от окисления графитовых электродов.

Теплота на действующей печи определяется по показаниям счетчика активной энергии, установленного на печи, а по показаниям счетчика реактивной мощности определяется средний коэффициент мощности установки. Эта статья для печей одной емкости составляет 60 – 80%.

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:
, (3.3)

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 вносимая в печь с шихтой определяется по формуле:
, МДж; (3.4)
МДж,

где – масса жидкого чугуна вносимого в печь, кг. (производительность чугуна печью ДСП-3 по техническому паспорту равна 3000-4000 кг/ч, принимаем значение равное 4000 кг/ч);

и – теплоёмкость и температура жидкого чугуна соответственно.

Теплота экзотермических реакций определяется только по материальному балансу. Для нашей печи ДСП-3 теплоту экзотермических реакций условно берем равной базовому значению:
, МДж; (3.5)
МДж,
где , , , – тепловой эффект окисления химических элементов.

Теплоту, выделенную в печи от окисления графитовых электродов , можно определить, зная тепловой эффект окисления графита до СО2:

, МДж; (3.6)
МДж,
где = 97,4 кг – количество окислившихся графитированых электродов за период плавления (из материального баланса, условно базовое значение для ДСП-3, рассчитанное в технической документации);

= 27 МДж/кг – тепловой эффект окисления графита до СО2(из материального баланса, условно базовое значение для ДСП-3);

Расходуемая теплота:
, (3.7)

где – полезной теплота для нагрева и расплавления металла и шлака;

– потери через футеровку;

– тепловые потери через рабочее окно печи;

– тепловые потери печи в период межплавочного простоя.

Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.

Полезная теплота определяется как сумма теплоты, необходимой для нагрева до температуры плавления, для расплавления и перегрева до заданной температуры металла и шлака, т.е.
(3.8)
, МДж; (3.8)

где – масса скрапа, загружаемого в печь, кг;

– средняя теплоемкость металла в интервале от – температуры загружаемого скрапа до температура плавления, кДж/(кг/К);

– средняя теплоемкость металла в интервале температур от до – температуры перегрева, кДж/(кг/К);

– скрытая теплота плавления металла, кДж/кг;

Принимаем, что завалка имеет температуру =30 ºС.

Температуру плавления завалки можно вычислить по формуле:

(3.9)

Для упрощения расчетов среднюю удельную теплоемкость шлакообразующих материалов и расплавленного шлака можно принять равной =1,225 кДж/(кг/К). Скрытая теплота плавления шлака составляет 209 кДж/кг.
(3.10)
кДж/кг
Энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева шлака:
(3.11)
МДж
Суммарная полезная энергия периода расплавления:
МДж
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:
м. (3.12)
Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича:
(3.13)
Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной ºС, температуру окружающего воздуха ºС. Температурой внешней поверхности кладки задаемся в первом приближении ºС и для этих условий определяем коэффициент теплопроводности


Вт/м². (3.14)
где = 31,35 Вт/(м2/К) – коэффициент теплоотдачи с поверхности кожуха.

Уточняем температуру по формуле:
(3.15)

Относительная погрешность равна:
(3.16)
Поэтому для расчета удельного теплового потока во втором приближении принимаем ºС.

При этих условиях:

Вт/(м²/К).

Вт/м².

Проверяем:




Толщина верхнего участка стены:
м. (3.17)
Задаемся температурой кожуха ºС и определяем коэффициент теплопроводности:
Вт
Тепловой поток через стенку равен:
Вт/м².
Уточняем температуру:

Так как принятая и уточненная температуры близки, расчет во втором приближении не производим.

Расчетная внешняя поверхность каждого участка стен равна:
,м². (3.18)
Суммарные тепловые потери через стены:
Вт. (3.19)
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:
м². (3.20)
Тепловые потери свода при средней толщине огнеупорной кладки, равной м составляют:

Вт. (3.21)
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:
(3.22)
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:
(3.23)
Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t1=1600ºС и задаемся в первом приближении температурой внешней футеровки , а также температурой на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоев футеровки .

При этих условиях: Вт/ ( м²/К), Вт/( м²/К), Вт/(м²/К).

Удельные тепловые потери в первом приближении:

, Вт/м².

Уточняем принятые температуры:
(3.24)
(3.25)
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 - сферического сегмента, равной внешней поверхности футеровки свода и цилиндрической поверхности , определяемой диаметром и высотой, равной полной глубине ванны до уровня откосов за вычетом высоты сферического сегмента .

При этом допущении, которое не дает существенной погрешности в практическом расчете, внешняя поверхность футеровки пода составляет:
(3.26)
,м².
Тепловые потери через футеровку подины:
(3.27)
,Вт.

Суммарные потери теплоты теплопроводностью через футеровку за период плавления равны:
МДж. (3.28)
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:
(3.29)

м²
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 ºС, коэффициент диафрагмирования . Тогда искомые тепловые потери излучением через рабочее по формуле:
(3.30)
МДж,
где Вт/(м²/К) – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

– коэффициент диафрагмирования отверстия;

– средняя температура в печи, К;

– площадь рабочего окна, м²;

– время, в течение которого окно открыто, ч.

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 ºС, то теплоемкость воздуха .

Теплота, теряемая печью с уходящими газами, рассчитывается по уравнению:
(3.31)
МДж,
где - объем уходящих газов, м³; (из материального баланса)

- средняя теплоемкость газов, Вт/(м³/ºС);

- средняя температура уходящих газов, ºС

Потери теплоты с охлаждающей водой.

Потери теплоты с охлаждающей водой рассчитываются по формуле:
МДж, (3.32)
где - расход воды через водоохлаждаемые элементы;

- теплоемкость воды, Дж/(м³/К);

- температура уходящей воды (не должна превышать 40 – 45ºС во избежание интенсивного осаждения накипи на поверхности), ºС;

- температура воды в заводской магистрали, ºС. Обычно ºС.

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:
=160 + 15631 + 245,3 =16036,3 МДж. (3.33)
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:

(3.34)
где - коэффициент неучтенных потерь, принимаемый обычно в пределах 0,1 – 0,2.

Принимая коэффициент неучтенных тепловых потерь определяем искомые потери:
МДж

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:
, (4.1)
где – суммарное количество электроэнергии периода расплавления, кВт\ч;

– полезная энергия периода расплавления, МДж;

– потери тепла через футеровку, МДж;

– теплота экзотермических реакций, протекающих в ванне в период расплавления, МДж;

– теплота от окисления графитовых электродов, МДж;

– суммарные тепловые потери с уходящими газами и охлаждающей водой, а также через рабочее окно печи;

– электрический к.п.д.

Искомое количество электрической энергии при = 0,9 равно:
МДж.
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:

, (4.2)
где - длительность расплавления, «под током», ч.

Принимая длительность расплавления «под током» =1,75ч, определяем среднюю активную мощность печи в период расплавления:
Мвт.
Зная среднюю активную мощность периода расплавления, можно определить необходимую кажущуюся мощность печного трансформатора:
МВт, (4.3)
где - коэффициент использования печного трансформатора в период расплавления, принимается в пределах 0,8 – 0,9;

- средний коэффициент мощности электропечной установки в период расплавления.

Принимая расчетные значения = 0,8 и = 0,85 определяем необходимую кажущуюся мощность трансформатора.

В качестве установленной мощности печного трансформатора принимают номинальную мощность печного трансформатора равной

= 9 МВА
Таблица 7 Тепловой баланс периода плавления ДСП-3

Приход	МДж	%	Расход	МДж	%
Теплота вносимая с электроэнергией	30240	60,48	Теплота, пошедшая на нагрев, расплавление, перегрев металла и шлака	29610,35	59,65
Теплота вносимая в печь с шихтой	4760	9,52	Тепловые потери теплопроводностью через футеровку	1933,65	3,87
Теплота экзотермических р-ций протекающих в ванне	12745,9	25,4918	Тепловые потери с излучением, охлаждающей водой и печными газами.	16036,3	32,97
Теплота от окисления графитовых электродов	1577,9	3,1558	Теплота, аккумулированная кладкой	1743,5	3,5
ИТОГО	49322,9	100	ИТОГО	49323,8	100

Заключение

В 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.