Файл: Общая информация о дуговой сталеплавильной печи.docx

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:

---