Файл: А. С. Бильгенов 2022 г.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 116

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

4.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ

4.1 Тепло, вносимое электрической энергией Q1

4.2 Тепло, вносимое газокислородными горелками Q2

4.3 Тепло, вносимое в печь шихтовыми материалами Q3

4.4 Тепло, вносимое при протекании экзотермических реакций Q4

4.5 Тепло, идущее на нагрев, плавление и перегрев до заданной температуры металла, шлака и легирующих добавок Q5

4.6 Тепло, идущее на протекание эндотермических реакций Q6 Данная статья определяется по материальному балансу плавки и включает в себя потери тепла на разложение карбонатов извести и Fe2O3.Разложение карбонатов. Согласно материальному балансу, при прокаливании недообожженной извести выделяется 0,131 кг (в период плавления) + 0,039 кг (в окислительный период) = 0,170 кг СО2. При нормальных условиях это количество газа займет 22,4·10–3·170/44 = 86,545·10–3 м3. Согласно табл. П.2 на это потребуется 86,545·10–3·7,21 = 0,62 МДж.Разложение Fe2O3 железной руды. Согласно выполненному материальному балансу плавки, железную руду в печь не присаживали, следовательно эта составляющая отсутствует.Итого окончательно Q6 = 0,62 МДж. 4.7 Потери тепла через футеровку Q7 Для удобства расчета всю печь условно делят на 3 основные элемента – подину, стены и свод. В современных печах футерована только подина, а стены и свод, кроме центральной керамической части, представляют собой конструкции из сборных водоохлаждаемых панелей, расчет потерь тепла в которых приведен отдельно.В условиях постоянно действующего металлургического производства можно считать, что печь работает в стационарных условиях и аккумуляции тепла футеровкой не происходит, т.к. ее температура изменяется незначительно. Можно считать, что все тепло, подводимое к футеровке внутри печи, передается теплопроводностью к ее наружной поверхности. Поэтому достаточно рассчитать количество тепла, передаваемого теплопроводностью через какой-либо слой футеровки, или рассчитать теплоотдачу с внешней поверхности (кожуха печи).Тепло, переданное теплопроводностью через слой футеровки Qсл, можно определить по уравнениюQсл = · (t1 – t2)·F·/,где  – коэффициент теплопроводности материала слоя, Дж/(м·ч·К); t1, t2 – температура на внутренней и внешней поверхностях слоя, К; F – площадь поверхности теплообмена, м2;  – время, ч;  – толщина слоя, м.Тепло, отдаваемое поверхностью кожуха Qкож, можно определить по уравнениюQкож = · (tк – tв)·F· ,где  – суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией, Дж/(м·ч·К); tк – температура на внешней поверхности кожуха, К; tв – температура окружающего воздуха, К.На действующей печи известны степень черноты кирпичной кладки и кожуха, значения температуры ti, геометрия печи. При проектировании ДСП или ее реконструкции температура внутренней поверхности кладки tвн для подины принимается равной температуре жидкого металла в ванне. Средняя температура воздуха принимается равной 20 °С. При этом значение  зависит от другой неизвестной – температуры кожуха tк. Значение же tк в свою очередь зависит от температуры подины печи, толщины и теплопроводности материала кладки. На теплопроводность материала влияет средняя температура футеровки. Поэтому Q7 рассчитывают методом последовательных приближений. Для этого в первую очередь задаются температурой кожуха tк. При наличии дополнительного слоя теплоизоляции tк обычно лежит в диапазоне 90…180 °С, при наличии только огнеупорного слоя tк может увеличиваться до 300…400 °С.Затем определяют среднюю температуру футеровкиtср = По табл. П.3 или П.4 для данной tср находят коэффициент теплопроводности материала  и по рис. 3 определяют значение , соответствующее данной температуре кожуха. Далее вычисляют значение теплового потока q7 = Q7/F и сравнивают его величину с приведенным на том же рисунке qокр. Если разница не превышает 10%, то расчет считается законченным, если нет – необходимо задаться другим значением температуры кожуха tк. °С Рисунок 3. Зависимость коэффициента суммарной теплоотдачи α и удельного теплового потока, теряемого поверхностью печи в окружающую среду при tв: 10 °C – 1; 20 °C– 2; 30 °C – 3Зададимся температурой кожуха tк = 100 ºC. Определим среднюю температуру футеровки, считая, что в среднем за плавку температура металла составит 1500 °С, продолжительность плавки – 1 час, диаметр кожуха 2 м2: Согласно табл. П.3 коэффициент теплопроводности _____________ футеровки при 700 °С  = 6,28–0,0027*700 = 4,39 Вт/(м·°С). По рис. 1 находим  = 0,042 МДж/м2·ч. Тогда (ориентировочно) Qкож= 0,042*(100-20)*2*0,75 = 5,04 МДж.Проверяем: q = 5,04/2 = 2,52 МДж/(м2·ч). Согласно рис. 1 qокр

4.8 Потери тепла через водоохлаждаемые панели Q8 Потери тепла с охлаждающей водой можно определить, исходя из расхода воды и разницы значений температуры воды на входе в систему охлаждения и на выходе из нее. Температура и расход воды на рабочей печи измеряются непосредственно. При проектировании, когда эти цифры не известны, можно принять температуру воды на входе 20 °С, на выходе температура воды не должна превышать 40…45 °С во избежание образования накипи на внутренних поверхностях панелей.Q8 =св·Vв·(tвых – tвх)·,где св – теплоемкость воды, 4,2 МДж/(м3·К); Vв – часовой расход воды через элемент (или всю печь), м3/ч; tвых – температура воды на выходе, °С; tвх – температура воды на входе, °С;  – время, ч.Анализ работы действующих печей показал, что для современной ДСП при соблюдении температурного режима расход воды на охлаждение стеновых панелей составляет 420 м3/ч, и 100…230 м3/ч на охлаждение сводовых панелей.Потери тепла на охлаждение стен составят:Qст = 4,2·420·(40–20) 0,75 = 26460 МДж на плавку (100т) или 26,460 МДж на 100 кг.Потери тепла на охлаждение свода составят: Qсв = 4,2·400·(40–20) ·0,75 = 25200 МДж на плавку (100т) или 25,2 МДж на 100 кг.Итого: Q8 = 26,460+25,2= 51,66 МДж.4.9 Потери тепла излучением через открытые окна и отверстия Q9 Во время плавки при отводе в сторону свода для подвалки шихты, при скачивании шлака, замере температуры через рабочее окно, а также через неплотности происходит потеря тепла излучением в окружающее пространство. Суммарные (прямым и отраженным излучением) потери тепла определяются по формулеQ9 = 3,6·со (Тп/1000)4·F·Ф·,где 3,6 – коэффициент пересчета кВт в МДж; со – коэффициент излучения абсолютно черного тела, 5,67 кВт / (м2·К4); Тп – средняя температура в печи, К; F – площадь открытого окна или отверстия, м2; Ф – коэффициент диафрагмирования отверстия (см. рис. 4);  – время открытия окна или отверстия за время плавки, ч.Наиболее типичные параметры эксплуатируемых ДСП: диаметр ванны печи на уровне откосов

4.10 Потери тепла с отходящими газами Q10



ω = ; Vt = 3600* ω*F; ,

где – скорость газового потока, м/с; g– ускорение свободного падения (9,81 м/с2); р– скоростной напор, Па; г – плотность уходящих газов, кг/м3; Vt– количество газов, уходящих из печи (фактически), м3/ч; F – площадь сечения патрубка, м2; Vо – количество газов, уходящих из печи (приведенные к температуре 0 °С), м3/ч; Тух – температура уходящих газов, К.

Количество тепла, уносимого из печи с газовым потоком, можно определить по формуле

Q10 =Vo·cсух·Тух·,

где ссух – средняя теплоемкость уходящих газов, Дж/(м3·К).

Примем, что в среднем на современных печах перепад давления между печью и атмосферой составляет 2 Па, плотность отходящих газов – 1,5 кг/м3, диаметр патрубка газоотсоса из печи – 0.3 м, температура отходящих газов в среднем за плавку – 1200 °С. Тогда

=5,11 м/с, Vt=3600·5,11* = 1300 м3/ч, Vo = 273*1300/1200 = 295,75 м3

Тогда количество тепла, уносимое газами из печи за плавку,

Q10 = 295,75*1430*1200*0,75 = 3,81*109 Дж,
или в пересчете на 100 кг 3,81 МДж.

Итого за плавку расход тепла

Qр= 117,307+0,62+0,04+51,66+0+3,81 = 173,437МДж.
Полученный тепловой баланс плавки стали 91Х18 в ДСП-100 приведен в табл. 12. Невязка 9,53%. В случае большой невязки корректируют расход электроэнергии на плавку.

Таблица 12

Тепловой баланс плавки стали в ДСП


Поступило тепла, МДж
Расход тепла, МДж

Электроэнергия -132,84


Энтальпия продуктов 117,307

В том числе:
металла 106 шлака 11,242

Тепло горелок - 17,136

Тепло химических реакций 0,62

Энтальпия шихты 16,116
Потери
с охлаждающей водой 51,66

Тепло химических реакций 25,74


Потери
с отходящими газами 3,81

Итого 192,812

Итого 173,437
















ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электросталеплавильные дуговые печи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу. В этих печах можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, более полно раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений - продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструментальных, коррозионностойких (нержавеющих) и других специальных сталей и сплавов. Инструментальная сталь - сталь, идущая на изготовление режущего, измерительного, штампового и другого инструмента. Легированная сталь - сталь, которая помимо обычных примесей (С, Mn, S, P), содержит и другие (легирующие) элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.), либо кремний или марганец в повышенном против обычного количества.

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали.
библиографический список

  1. Корнилов, Г.П. АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКОГО КПД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ / Г.П. Корнилов, П.А. Шулепов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. — 2017. — № 4.

  2. Макаров, А. Н. Теплообмен в электродуговых и факельных металлургических печах и энергетических установках : учебное пособие / А. Н. Макаров. — Санкт-Петербург : Лань, 2014.

  3. Доманов, В. И. Разработка и исследование систем управления током электрической дуги : монография / В. И. Доманов. — Ульяновск : УлГТУ, 2018..

  4. Горева, Л. П. Механизмы электротехнологических установок : учебное пособие / Л. П. Горева, А. А. Мелешко. — Новосибирск : НГТУ, 2018.

  5. Симонян, Л. М. Современные методы и технологии специальной электрометаллургии и аддитивного производства: теория и технология спецэлектрометаллургии : учебное пособие / Л. М. Симонян, А. Е. Семин, А. И. Кочетов. — Москва : МИСИС, 2017. — 182 с.

  6. Гамов, П. А. Производство стали в дуговых сталеплавильных печах: решение практических задач : учебное пособие / П. А. Гамов, С. В. Зырянов, С. П. Салихов. — Челябинск : 2018. – 12 с.

Челябинск 2021

Смотрите также файлы