Расчет и разработка конструкции дуговой сталеплавильной печи при использовании топливно-кислородных горелок и жидкого полупродукта

 

Таблица 4 – Состав шлака в конце периода расплавления.

 

SiO2	Al2O3	Fe2O3	MnO	MgO	CaO	P2O5	S	Cr2O3
18,82	2,92	16,7	1,0	4,22	53,62	0,391	0,44	0,281

 

Содержание оксидов железа в  шлаке зависит от содержания углерода в металле и определяется с помощью таблицы 5.

 

Таблица 5 – Зависимость содержания оксидов железа в шлаке от содержания углерода в металле

 

[C],%	0,08-0,18	0,20-0,32	0,28-0,42	0,67-1,09
(Feобщ), %	14,4	12,8	11,04	9,41

 

По практическим данным отношение  принимается равным 2…4.

В соответствии с этим принимаем, что при содержании углерода в стали в конце периода расплавления равном 0,7 %, содержание оксидов железа в шлаке составит 9,41 %, причем FeO будет 7,058 % (доля – 0,75) а Fe O - 2,353 % (доля – 0,25).

Масса шлака без оксидов  железа –  2037,5 кг (см. ниже), составляет  = 90,59%, а общая масса шлака:

, кг;

 

где – масса шлака без оксидов железа (по составу шлака к концу выплавки), кг; – содержание оксидов железа в шлаке, %. Подставляем данные:

 кг.

Масса оксидов железа в шлаке:

                   

, кг;                                                         

                        кг.

Общая масса шлака  рассчитывается:

MgO + CaO = 53,62 + 4,22 = 57,84%

Составляем пропорцию и находим общую массу шлака:

 

57,84% - 1200 кг

                                                     100% - x кг

x = 2037,5 кг

 

Масса оксидов железа в шлаке равна 211,64 кг, из которых 52,91 кг     Fe₂O₃ (0,25) и 158,73 кг FeO (0,75).

Основность шлака:

 ;

где (CaO) –содержание CaO в шлаке, %;

(SiO₂) – содержание SiO₂ в шлаке, %.

                      В = 53,62/18,82 = 2,85.   

С учетом того, что окислится железа, кг:

                            до Fe₂O₃ ………          52,91 кг;

                               до FeO   ………          158,73 кг;     

поступит железа из металла в шлак (кг):

, кг;

где – масса Fe₂O₃, кг;

 – масса FeO, кг;

112 и 56 – молекулярная масса железа в Fe₂O₃ и FeO соответственно;

160 и 72– молекулярная масса  Fe₂O₃ и FeO соответственно.

 кг.

Выход годного с учетом металла, скачиваемым шлаком (кг):

;

где – масса выгоревших примесей за всю плавку, определяется, как сумма выгоревших примесей за период расплавления и окислительный период плавки, кг; – потери железа на образование оксидов железа в шлаке, кг; – количество железа, уносимого шлаком, кг     (принимаем 0,5 % от ).

 кг.

Расход кислорода на окисление  железа:

, кг;

 кг.

Расход кислорода на окисление всех примесей:

, кг;

 кг.

Принимаем, что количество кислорода, вносимого воздухом 80 %, техническим  кислородом вносится 20 % .

Принимая коэффициент  усвоения кислорода равным 0,9, определим  потребное количество кислорода:

, кг;

 кг.

Количество неусвоенного кислорода:

, кг;

 кг.

Кислороду, вносимому  воздухом, сопутствует азот в количестве:

, кг;

где 77 и 23 – соответственно массовая доля азота и кислорода в воздухе.

 кг.

При определении количества выделяющихся газов необходимо учесть образование СО и СО₂ (в отношении 70 и 30 %) при горении углерода электродов. Согласно практическим данным, расход электродов на плавку составляет 4 – 7 кг/т, причем приблизительно 60 % расходуется в период расплавления. Согласно экспериментальным данным расход электродов на плавку составляет P_эл = 3 – 4 кг/т стали. Принимаем 3,5 кг/т стали. С учетом массы завалки расход электродов 3,5×1,27830 = 97,4 кг.     

С образованием СО сгорает 0,7P_эл кг С и образуется

, кг CO; кг.

С образованием СО₂ сгорает 0,3P_эл кг С и образуется , кг CO₂;

 кг.

Для горения углерода электродов требуется кислорода:

, кг;

 кг.

Окисление углерода электродов происходит кислородом, подсасываемым в печь, которому сопутствует азот в количестве:

, кг;

 кг.

 

Таблица 6 – Таблица материального баланса ТКГ

 

Поступило	кг	Получено	кг
СH4	156,15	СО2	453,81
N2	14,34	H2O	369,61
H2O	4,82	N2	14,34
C2H6	2,18	O2	34,2
C3H8	2,76
C4H10	3,34
O2	683,47
Итого	867,06	Итого	871,96

 

 

Теперь по расчетам материального  баланса и процесса горения газа (ТКГ) можно определить состав и количество выделяющихся газов и составить материальный баланс периода расплавления.

 

 

 

 

 

 

Таблица 7 – Материальный баланс плавки

 

Поступило	кг	Получено	кг
Лом	7010	Выход годного	24665
Чугун передельный	2990	Шлак	2249
Оборот кордовый	3000	Потери Ме со шлаком	112
Лом ж/д	4020	Уходящие газы
Железо г/б	5010	СО	942
Кокс	600	СО2	1398
Известь	1200	N2	5781
Жидкий чугун	4000	O2 неув.	194
Воздух	7696	Fe2O3	993,8
Электроды	97,4
Тех. Кислород	349
Всего	35972,4	Всего	36334,8
ТКГ	876	ТКГ	871,96
ИТОГО	36848,4	ИТОГО	37206,76

 

 

Невязка составляет 0,96%

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

  3.1 Определение геометрических параметров

 

Основными геометрическими  параметрами ДСП являются:

1. Н_м – глубина ванны по зеркалу жидкого металла;
2. Н_в – глубина ванны до откосов печи;
3. Н_пл – высота плавильного пространства;
4. D_м – диаметр ванны по зеркалу жидкого металла;
5. D_п – диаметр ванны на уровне порога рабочего окна;
6. D_к – внутренний диаметр кожуха печи;
7. D_от – диаметр ванны на уровне откосов.

Наиболее распространенной является сфероконическая ванна с углом  между образующей и осью конуса, равным 45º.

Объем ванны до откосов включает в себя объемы металла V_м, шлака V_ш и дополнительный V_д, т.е.

V_в = V_м + V_ш + V_д

Если плотность жидкого  металла  , а емкость печи М, т, то

 м³.

Номинальную ёмкость печи принимаем  равным 25 тонн, а = 7,15т/м³ – плотность жидкого металла.  

Диаметр зеркала жидкого  металла определяется из соотношения

, мм;

где D_м – диаметр зеркала жидкого металла, мм;

       V_м – объем жидкого металла, м³;

        с – коэффициент, зависящий от отношения диаметра зеркала металла к глубине ванны по металлу.

     Обычно  коэффициент с определяется по формуле: с = 0,875 + 0,042 × а, где . Для большинства печей а = 4,5…5,5, причем меньшие значения характерны для небольшой емкости и технологического процесса, не требующего тщательного рафинирования расплавленного металла в печи. При таких соотношениях с теплотехнологической точки зрения будет обеспечено и сравнительно равномерное облучение поверхности ванны от дуг и кладки печи, и более равномерный прогрев металла в объеме ванны.

Примем а = 4,8; Тогда

с = 0,875 + 0,042 × 4,8 = 1,08

мм = 3,3227 м.

Глубина ванны по жидкому  металлу:

, мм;

где - глубина ванны жидкого металла;

 

 м.

Глубина сферического сегмента

 м.

Над жидким металлом в  ванне предусмотрено пространство для шлака, объем которого составляет 20% объема металла в небольших  печах и 10…17% - в крупных.

, м³ ;

Принимаем    м³.

Высота слоя шлака  определяется из выражения

 мм = 0,076 м.

где 0,785 – эмпирический коэффициент;

 

      1000 – переводной коэффициент;

Диаметр зеркала шлака:

 м.

Уровень порога рабочего окна принимается на уровне шлака  или на 20…40 мм выше h′ = 0…40 мм.

Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна выбираем с таким  расчетом, чтобы уровень порога был  на 30 мм выше уровня зеркала шлака

 м.

где

– расстояние от зеркала шлака до уровня порога рабочего окна.

Уровень откосов рекомендуется  принимать на 30…70 мм выше уровня порога рабочего окна во избежание размыва  шлаком основания футеровки стен h² = 30…70 мм.

Уровень откосов принимаем  на 60 мм выше уровня порога рабочего окна.

Диаметр рабочего пространства на уровне откосов

 м.

Глубина ванны до уровня откосов печи равна

, м;

 м.

Высота конической части ванны h_к равна

, м;

 м.

Тогда диаметр основания  шарового сегмента

находится из выражения

, м;

 м.

Для современных дуговых сталеплавильных печей высота плавильного пространства принимается в пределах, приведенных в таблице 8.

Таблица 8 – Зависимость высоты плавильного пространства от диаметра на уровне откосов

Емкость печи, т	Доля  от
0,5…5	0,5…0,45
10…50	0,45…0,4
100…	0,38…0,34

 

Высоту плавильного  пространства от уровня откосов до верха стены, принимаем равной на основании таблице 8.

, м;

 м.

Выше откосов стены  делаются наклонными под углом 15..30º  к вертикали. При таком наклоне  их можно заправлять. В этом случае также увеличивается стойкость  огнеупорной кладки, так как по высоте стен увеличивается расстояние от дуг и уменьшается плотность теплового потока на верхний пояс.

       Принимаем угол наклона стен 30º.

        Высота наклонной части стен  составляет:

 

 

, м;

 м.

Высота цилиндрической части стен составит

, м;

 м.

Диаметр стен определяется по формуле

, м;

где – угол наклона стен по вертикали.

 м.

   3.2 Конструкция футеровки ДСП

 

Конструкция футеровки кроме внутреннего профиля рабочего пространства определяют материалы и толщину рабочего арматурного и теплоизоляционного слоев кладки, а также форму и размеры кожуха ДСП.