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