Тепловой расчет дуговой печи

 

.

 

Мощность тепловых потерь через водоохлаждаемые стены печи вычислена по формуле:

                                                           ,                                            (33)

 

где – площадь теплоотдающей поверхности, м2;

         – полное тепловое сопротивление теплопередачи, .

 

Площадь теплоотдающей поверхности вычислено по формуле:

      

                                                                                         (34)

 

м2.

 

 кВт.

Потери тепла через водоохлаждаемые стены в подготовительный период составят , в окислительный период – .

в) через нижний слой стен

Слой состоит из трех рядов периклазохромитовых кирпичей, уложенных друг на друга на ребро. Высота слоя 450 мм ( мм), толщина слоя 540 мм.

Для оценки начальной энтальпии футеровки слоя, нагретой за время предыдущих плавок до стационарного теплового состояния, определено температурное поле по толщине футеровки и на внешней (теплоотдающей) поверхности слоя. Тепловое сопротивление футеровки слоя площадью 1 м2  составляет  . Внешнее тепловое сопротивление теплоотдачи с 1 м2 теплоотдающей поверхности футеровки вычислено по формуле:

 

                                                             ,                                                     (35)

 

При условии вычисляем внешнее тепловое сопротивление теплоотдачи:

.

Площадь футеровки нижнего слоя стен ДСП определено по следующей формуле:

 

                                                            ,                                                    (36)

 

м2.

 

Зная массу каждого слоя футеровки площадью 1 м2 кг/м2, определим уменьшение энтальпии футеровки нижнего слоя стен по формуле:

 

                                                 ,                                      (37)

 

где – объём материала i-го слоя футеровки, м3.

Для подготовительного периода:

 

МДж/м2;

 

для периода расплавления:

 

МДж/м2.

 

Со всей массы футеровки стен потери тепла составят: за подготовительный период  МДж,  за период расплавления  МДж, или за подготовительный период , за период расплавления -  .

 

г) через водоохлаждаемый свод.

Расчёт выполнен аналогично как для водоохлаждаемых стен.

Диаметр свода мм, диаметр центральной части свода мм.

Коэффициент теплопередачи излучением из рабочего пространства ДСП определен по формуле

 

.

 

 

Мощность тепловых потерь через водоохлаждаемый свод печи вычислена по формуле. Площадь теплоотдающей поверхности вычислена по формуле:

 

                                               ,                                     (38)

 

м2.

 

кВт.

 

Потери тепла через водоохлаждаемый свод за подготовительный период составят   , за окислительный период - . 

 

д) через центральную часть свода

Толщина свода мм. Температура внутренней поверхности Ттв = 1850 К, температура окружающей среды Тв = 300 К.

Тепловое сопротивление футеровки слоя площадью 1 м2 составляет:

 

  .

 

Внешнее тепловое сопротивление теплопередачи с 1 м2 тепловой поверхности слоя вычислено по формуле:

  .

 

 

Температура теплоотдающей поверхности .

Толщина свода м  разделена на слоев толщиной м.    Интервал времени счёта определен по формуле :

 

с.

 

Начальное изменение температуры в пределах слоя равно К. Расчет проведен аналогично расчету для футеровки нижнего слоя стен ДСП и приведен в таблице 1.

Таблица 3 - Результаты расчёта охлаждения футеровки центральной части свода ДСП по методу конечных разностей

Время		К	Температура, К, на расстоянии от внутренней поверхности футеровки, м
	мин:    с
			0,019	0,038	0,057	0,076	0,095	0,114	0,133	0,152	0,171	0,180
0	0	1850	1790	1730	1670	1610	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	2:27	1650	1790	1730	1670	1610	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	4:54	1450	1690	1730	1670	1610	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	7:21	1250	1590	1680	1670	1610	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	9:48	1050	1465	1630	1645	1610	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	12:15	600	1340	1555	1620	1597	1550	1490	1430	1370	1310	1250
	14:42	600	1077	1480	1576	1585	1543	1490	1430	1370	1310	1250
	17:09	600	1040	1326	1532	1559	1537	1486	1430	1370	1310	1250
	19:36	600	963	1286	1442	1534	1522	1483	1428	1370	1310	1250

Интервалы времени относятся к подготовительному периоду, - к периоду расплавления. Охлаждение футеровки за подготовительный период и период расплавления вызвало изменение температуры по слоям . Эти изменения приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Охлаждение футеровки центральной части свода ДСП за подготовительный и энергетический периоды

	1	2	3	4	5	6	7
, К	450	175	50	13	-	-	-
, К	377	269	178	63	28	7	2

Масса каждого слоя футеровки площадью 1 м2 равна . Изменение энтальпии футеровки свода для подготовительного периода составило:

 

,

 

для периода расплавления:

 

.

 

Площадь футеровки свода равна ,

 

    где  .

 

Потери тепла через футеровку свода за подготовительный период составили:

 

;

 

за период расплавления:

 

.

е) через рабочее окно

Толщина слоя гарнисажа принята равной 3 мм. Температура рабочего пространства ДСП возле рабочего окна принята К, на поверхности гарнисажа – К, на границе гарнисаж-лист К, теплоотдающей поверхности К, окружающей среды К.

Тепловые потери излучением через открытое рабочее окно за время (время подготовительного периода, ч) определены по закону Стефана-Больцмана, :

 

                                                                           (39)

 

.

 

Коэффициент теплопередачи излучением из рабочего пространства ДСП определен по формуле:

.

 

Внешнее тепловое сопротивление цепи на этом участке в расчёте на 1 м2

тепловоспринимающей поверхности равно . Тепловые сопротивления теплопроводности равны, : гарнисажа листа . Коэффициент конвективной теплоотдачи в системе охлаждения принят равным . Внешнее тепловое сопротивление на этом участке цепи равно:

 

.

 

Площадь теплоотдающей поверхности равна: .

Мощность тепловых потерь через рабочее окно вычислена по формуле (33):

 

 кВт.

Потери тепла через рабочее окно за окислительный период – . 

ж) через электроды

Энергия тепловых потерь при охлаждении электродов за подготовительный период рассчитана по формуле:

                                                                            (40)

.

.

.

 

Энергия тепловых потерь за период расплавления:

 

.

 

 

Энергия тепловых потерь за окислительный период:

 

.

.

з) потери с газами

Мощность тепловых потерь с газами за период расплавления рассчитана по следующей формуле:

                                                        (41)

 

 

Таблица 5 - Состав отходящих газов периода расплавления

	СО	СО2	О2	NO	N2	Прочие	Итого
%	6,25	17,04	7,52	1,76	66,42	1,01	100,00
м3/100 кг шихты	0,09	0,23	0,10	0,02	0,90	0,01	1,35
QV, м3/ч	150	383	167	33	1500	17	2250

 

Мощность тепловых потерь с газами за период расплавления:

 

.

 

Таблица 6 - Состав отходящих газов окислительного периода

	СО	СО2	О2	NO	N2	Прочие	Итого
%	9,72	18,13	6,63	1,79	62,46	1,27	100,00
м3/100 кг шихты	0,28	0,52	0,19	0,05	1,78	0,04	2,86
QV, м3/ч	2100	3900	1425	375	13350	300	21450

 

Мощность тепловых потерь с газами за окислительный период:

 

.

Потери тепла с газами за окислительный период:

.

 

Мощность тепловых потерь по периодам приведена в таблице 7.

Таблица 7 - Тепловые потери по периодам, :

Теплопотери:	Подготовительный период	Энергетический период	Окислительный период
через подину	37	203 кВт	61
через водоохлажд. стены	158	863 кВт	259
через футеровку стен	58	138 кВт	0
через водоохлажд. свод	72	391 кВт	117
через футеровку свода	262	352 кВт	0
через рабочее окно	47	208 кВт	62
через электроды	2,4	142 кВт	53
с газами	0	1562 кВт	6342
Сумма	636,4	3859	6894