Определяем объем жидкого металла в количестве, равном номинальной емкости печи

Расчетная часть

Исходные данные для расчетов:

- номинальная емкость печи, работающей на твердой завалке, G_Ж=300 т;

- масса шлака – 6% от емкости печи;

- угар металлической завалки – 5%(К_УГ);

- температура плавления металла 1510⁰С, температура нагрева металла и шлака 1560⁰С;

- выплавляются низкоуглеродистые стали;

- температура загружаемого в печь скрапа t_о=10⁰С.

 

Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака

 

С учетом угара масса загружаемого в печь скрапа должна составлять

G_М=G_Ж×(1+К_УГ/100%), (1)

где G_Ж – требуемое количество жидкого металла в конце расплавления, т

К_уг – доля угара металла;

G_М=300×(1+5/100)=315 т

Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа

W₁=G_M×C_M×t_ПЛ+G_Ж×λ_M, (2)

где С_М – средняя удельная теплоемкость металла, при его температуре плавления, С_М=0,187 Вт×ч/кг×⁰С

λ_M – скрытая теплота плавления металла, λ_M=79 Вт×ч/кг

W₁=315×0,187×1510+300×79=112646 кВт×ч

Энергия, необходимая для перегрева расплавленного металла

W₂=G_Ж×C_Ж×(t_ПЕР-t_ПЛ), (3)

где С_Ж – удельная теплоемкость жидкого металла, С_Ж=0,232 Вт×ч/кг×⁰С

t_ПЕР – температура перегрева металла и шлака, ⁰С

W₂=300×0,232×(1560-1510)=3480 кВт×ч

 

Количество шлака в период расплавления

G_Ш=0,06×G_Ж (4)

G_Ш=0,06×300=18 т

Энергия необходимая для нагрева, расплавления и перегрева шлака

W₃=G_Ш×(С_ШЛ×t_ПЕР+ λ_ШЛ), (5)

где С_ШЛ –удельная теплоемкость шлака, С_ШЛ=0,34 Вт×ч/кг×⁰С

λ_ШЛ – скрытая теплота плавления шлака, λ_ШЛ=58 Вт×ч/кг

W₃=18×(0,34×1560+58)=10591 кВт×ч

Суммарная полезная энергия периода расплавления

W_ПОЛЕЗН=W₁+W₂+W₃ (6)

W_ПОЛЕЗН=112646+3480+10591=126717 кВт×ч

Удельная полезная энергия:

- на 1 тонну металлической завалки (скрапа)

ω₀^’=W_ПОЛЕЗН­/G_M (7)

ω₀^’=126717/315=402 кВт×ч/т

- на 1 тонну жидкого металла

ω₀^’’=W_ПОЛЕЗН/G_Ж (8)

ω₀^’’=126717/300=422,39 кВт×ч/т

 

Определение размеров печной камеры дуговой сталеплавильной печи

Наиболее распространенным типом ванны трехфазной дуговой сталеплавильной печи является сферическая ванна с углом между образующей и осью конуса, равным 45⁰(см. эскиз).

Для такой ванны диаметр зеркала жидкого металла, мм, определяется из соотношения

Д=2000×С× , (9)

где V – объем жидкого металла, м³;

С – коэффициент зависящий от отношения диаметра зеркала металла Д к глубине ванны по металлу Н.

 

Рисунок 1 – Дуговая сталеплавильная печь

 

В диапазоне практически возможных значений а=4-7 коэффициент С принимает следующие значения:

Таблица 1

 

а=Д/Н	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0
С	1,043	1,064	1,085	1,106	1,127	1,149	1,169

 

Определяем объем жидкого металла в количестве, равном номинальной емкости печи

V=u×G_Ж (10)

V=0,145×300=43,5 м³,

где u - удельный объем жидкой стали, принимаемый 0,145 м³/т.

Для сфероконической ванны примем отношение диаметра зеркала металла к глубине ванны металла (из таблицы 1):

а=Д/Н (11)

от (4-7) для 300 т печи а=5,25.

Тогда:

С=0,875+0,042×а (12)

С=0,875+0,042×5,25=1,096

Диаметр зеркала жидкого металла

Д=2000×С×

Д=2000×1,096× =2192×3,51=7710 мм

Глубина ванны по жидкому металлу

Н=Д/а (13)

Н=7710/5,25=1470 мм

Расчетный объем шлака принимаем равным от 10 до 15% от объема жидкого металла

V_ШЛ=0,15×V (14)

V_ШЛ=0,15×43,5=6,52 м³

Высота сферического сегмента Н_С принимается равной 20% от общей глубины жидкого металла Н

Н_с=0,2×Н (15)

Н_с=0,2×1470=294 мм

Высота слоя шлака

(16)

где Д – диаметр зеркала жидкого металла, м(!);

 

,

Диаметр зеркала шлака

Д­_ШЛ=Д+2×Н_ШЛ (17)

Д­_ШЛ=7710+2×140=7990 мм

Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна выбираем с таким расчетом, чтобы уровень порога был на 40 мм выше уровня зеркала шлака

Д_П=Д_ШЛ+2×40 (18)

Д_П=7990+80=8070 мм

Уровень откосов рекомендуется принимать на 50-100 мм выше уровня шлака во избежание усиленного размывания шлаком основания футеровки стены. Принимаем диаметр ванны на уровне откосов ровным.

Д_ОТ=Д_П+2×60 (19)

Д_ОТ=8070+120=8190 мм

Внутренний диаметр футеровки стены Д_СТ принимаем на 200 мм больше диаметра ванны на уровне откосов, чтобы защитить основание стены от разрушения при размывании откосов шлаком, а также несколько отдалить от источников высокотемпературного излучения – электрических дуг.

Д_СТ=Д_ОТ+200 (20)

Д_СТ=8190+200=8390 мм

Высоту плавильного пространства от уровня откосов до верха до верха стены лучше принимать по данным практики:

- для печей емкостью 0,5-6 т. Н_ПЛ=(0,5-0,45) × Д_ОТ;

- для печей емкостью 12-50 т. Н_ПЛ=(0,45-0,4) × Д_ОТ;

- для печей емкостью 100-200 т. Н_ПЛ=(0,38-0,34) × Д_ОТ;

Принимаем:

Н­_ПЛ=0,36×Д_ОТ (21)

Н­_ПЛ=0,36×8190=2950 мм

Диаметр свода Д_СВ несколько больше диаметра цилиндрической части стен и равен:

- для печей средней и малой емкости (1,2-1,3) × Д_СТ;

- для печей емкостью 100т (1,1-1,15) × Д_СТ

Принимаем:

Д_СВ=1,1×Д_СТ (22)

Д_СВ=1,1×8390=9230 мм

Стрела выпуклости свода h_СВ составляет для основного слоя от Д_СВ/7 до Д_СВ/8.

Принимаем:

h_СВ=Д_СВ/7 (23)

h_СВ=9230/7=1300 мм=1,3м;

Радиусы сфер свода и днища принимаем по данным эксплуатации отечественных дуговых сталеплавильных печей равным: (смотри л.8,табл.2)

R_СВ=8880 мм;

R_ДН=11164 мм.

 

2.4 Выбор футеровки печи и диаметра кожуха (по л.8, табл.2)

Толщину футеровки стены на уровне откосов принимаем равной 500 мм из расчета выкладки основания стены магнезитовым огнеупором толщиной 460 мм с засыпкой 40 мм, зазора между кирпичной кладкой и кожухом печи. Тогда внутренний диаметр кожуха равен

Д_К=Д_СТ+2×500 (24)

Д_К=8390+1000=9390 мм

При цилиндрическом кожухе вертикальные стены выполняются уступами из магнезитохромитового огнеупора, с постепенным уменьшением толщины стены от основания до верха. Исходя из стандартных размеров длины огнеупоров (300, 380, 460 мм) принимаем три размера толщины стены, с учетом засыпки(40мм):500мм, 420мм = 0,42м, 340мм. /л.8, табл.2/

Засыпка выполняет роль демпферного слоя, компенсирующего тепловое расширение кирпичной кладки стены. С точки зрения теплоизоляции роль засыпки незначительна. Чем выше теплопроводность засыпки, тем легче условия работы огнеупорной кладки. Ввиду этого в качестве материала засыпки используют крошку из отходов магнезитовой кладки и можно использовать отходы графитизированных электродов.

Свод печи тоже выполняется из магнезитохромитового огнеупора толщиной S _св =460 мм =0,46м / л.8, табл.2/, без дополнительной тепловой изоляции.

 

2.4.1 Футеровка подины /по л.8, табл.2/

Теплоизоляционное основание выполнено из легковесного шамота суммарной толщиной 260 мм. Огнеупорная кладка из магнезитового кирпича суммарной толщиной 575 мм, и магнезитовой набивки толщиной 125 мм. Суммарная толщина подины S _ст =960 мм=0,96м.

 

Размеры рабочего окна

Размеры рабочего окна необходимо выбирать такими, чтобы мульда свободно входила в печь. Размеры окна должны также обеспечивать возможность осмотра и заправки печи.

Исходя из загрузки в печь мульдами шлакообразующих и легирующих материалов, размеры рабочего окна можно принять равными: /л.8, табл.1/

B x h = 1600x1600 мм

Боковые поверхности и верх оконного пролета обрамляются П-образной водоохлаждаемой рамой. Заслонка рабочего окна выполняется в виде водоохлаждаемой нефутерованной коробки.