Конструкція двохванної сталеплавильної печі

Остаточний состав і кількість шлаків:

Сумарна витрата вапняку дорівнює 2,83+2,24 = 5,07 кг. Загальна кількість шлаків 6+5,987 = 11,987 кг.

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 ЈCK=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; Јч=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

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

Страницы: 1, 2