Мартеновская печь

 

Расчет сужающего устройства

Данный метод измерения  расхода основан на зависимости  перепада давления в неподвижном сужающем устройстве (СУ), устанавливаемом в трубопроводе, от расхода измеряемой среды. Это устройство следует рассматривать как первичный преобразователь расхода. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления измеряется дифманометром], который может быть показывающим со шкалой в единицах расхода. При необходимости дистанционной передачи показаний дифманометр снабжается преобразователем, который линией связи соединяется с вторичным прибором и другими устройствами. Метод измерения расхода является наиболее отработанным. Сужающие устройства и дифманометры для них выпускают все крупнейшие приборостроительные фирмы мира. Для измерения расхода пара, газа, жидкостей в трубопроводах диаметром свыше 300 мм в основном используется этот метод.

Рассматриваемый принцип измерения  заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и соответственно статического давления. Расход может быть определен при известной градуировочной характеристике G = (∆р) по перепаду давления ∆р на сужающем устройстве, измеренному дифманометром Использование рассматриваемого метода измерения требует выполнения определенных условий:

1. характер движения потока до и после сужающего устройства 
   должен быть турбулентным и стационарным;
2. поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода;
3. фазовое состояние потока не должно изменяться при его 'течении через сужающее устройство; пар является перегретым, при этом 
   для него справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа;
4. во внутренней полости трубопровода до и после сужающего устройства не образуются осадки и другие виды загрязнений;
5. на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его геометрию.

Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные специальные и нестандартные. Стандартными называют сужающие устройства, которые рассчитаны, изготовлены и установлены в соответствии с руководящим  нормативным документом ГОСТ 8.569 1-97.

К числу специальных относятся стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм. Сужающие устройства, не относящиеся к тгим двум группам, называются нестандартными. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств определяется с помощью расчетов без индивидуальной градуировки. Этот момент обусловил широкое применение данного метода для измерения расходов воды, пара, газа в трубопроводах больших диаметров. Градуировочные характеристики нестандартных сужающих устройств определяются в результате индивидуальной градуировки.

Этому методу присущи следующие  недостатки:

1. узкий динамический диапазон, не превышающий трех-пяти 
   при использовании одного дифманометра;
2. диаметр трубопровода должен быть более 50 мм, в противном 
   случае необходима индивидуальная градуировка;
3. значительные длины линейных участков;
4. наличие потери давления.

В качестве стандартных сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара используются диафрагмы, сопла и значительно реже трубы и сопла Вентури Диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц. Диапазон рабочих чисел Re зависит от относительного диаметра СУ и для диафрагмы он составляет от 10⁵ до 10⁸.

Сопло имеет спрофилированную входную часть, переходящую затем в цилиндрический участок диаметром в (его значение входит в уравнения расхода). Задняя торцевая часть сопла ABC включает цилиндрическую выточку диаметром, большим d, для предохранения выходной кромки цилиндрической части сопла от повреждения. При измерении расхода стандартные сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм, числа Re потока при этом должны составлять 2•1О^4.'

Сопло Benmvpu содержит входную часть с профилем сопла, переходящий в цилиндрическую часть и выходной конус (может быть длинным или укороченным).

Для определения общей зависимости  между расходом и перепадом давления предположим, что жидкость несжимаема (т.е. плотность жидкости не изменяется при прохождении через сужающее устройство), отсутствует теплообмен с окружающей средой, трубопровод горизонтален, нет потерь на сопротивление СУ, ноле скоростей равномерное.

Уравнение сохранения постоянства  массового расхода (неразрывности) для несжимаемой жидкости, записанное для сечения А и на выходе диафрагмы, имеет вид u_D D²/ 4 = D²/ 4 = G_m, 

где u_D — начальная скорость потока в -трубопроводе;  u_d скорость потока в отверстии СУ; — плотность среды; G_ni ~— массовый расход.

Записанное для этих сечений уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии для потока в трубе, имеет вид: P₁ + u D²/ 2  =   P_{2 +}   u_d² / 2 

Обозначим в соответствии с ГОСТ 8569.2-97 относительный диаметр СУ через =d/D/ . Ранее квадрат этого отношения назывался относительной площадью или модулем т СУ. Используя, можно записать u_{D =} u_d ² тогда подставляя значение u_D , получаем u_d D²/ 4 = G_m  = - 1/(1 - ⁴)^(),5 d/4 [2 (P_{1 –} P₂ ) ]^0,5 = Ef [2 (P_{1 –} P₂ ) ]^0,5 .

Величина Е =1/(1 - ⁴)^(),5  называется коэффициентом скорости входа,  f— минимальная площадь проходного сечения СУ. Рассчитанное по выражению значение массового расхода получается завышенным из-за завышенного перепада давления па СУ, вызванного торможением потока, завихрениями па входе и выходе СУ В связи с этим в уравнение вводится коэффициент истечения С, меньший единицы.

Расчет массового расхода  для несжимаемых сред производится по выражению G_m = СE f [2 ( P_{1 –} P₂ ) ] ^0,,5

Объемного G₀  = СE f [2 ( P_{1 –} P₂ ) ] ^0,,5, ранее произведение СЕ. называлось коэффициентом расхода .

Формулы справедливы для несжимаемых жидкостей. При измерении расхода таза, пара, воздуха их плотность после СУ снижается, объем увеличивается. При этом получается завышенное значение перепада, а следовательно, и расхода. Для компенсации этого эффекта в формулы и вводится коэффициент меньший единицы и называемый коэффициентом расширения. Таким образом, расчетные соотношения для массового и объемного расхода сжимаемых сред имеют вид

 

 

Оснащение теплотехническими  измерениями и приборами

Мартеновские печи оборудованы контрольно-измерительными и регулирующими приборами и устройствами для полного автоматического контроля и регулирования тепловой работы. Осуществляется контроль и автоматическое регулирование следующих основных   операций:

 

Рис. 1. Давлевие газов в рабочем пространстве мартеновской печи

 

1. Подачи топлива в печь и горения топлива. В зависимости от периода (завалки, плавления, кипения) автоматически поддерживают определенный расход топлива. Если отдельные элементы печи (свод, верхние ряды насадок регенераторов) перегреваются, то подача топлива автоматически уменьшается. В соответствии с изменением количества подаваемого в печь топлива изменяется расход воздуха. Соотношение между расходом топлива, воздуха и кислорода поддерживается таким, чтобы обеспечить   полное  сгорание   топлива   в   рабочем   пространстве   печи.
2. Поддержания на определенном уровне давления газов в рабочем пространстве печи. При нормальной работе печи давление газов в рабочем пространстве подчиняется определенным закономерностям (рис. 8.20). Если давление в рабочем пространстве печи возрастает (давление в печи непрерывно замеряют иод сводом), то газы через гляделки и неплотности начинают выбиваться из печи; в этом случае регулирующий шибер в борове автоматически поднимается. Если давление снижается, то шибер опускается, сопротивление возрастает и давление повышается; если этого не произойдет, то в печь будет в больших количествах подсасываться холодный воздух и показатели тепловой работы печи ухудшатся. Обычно давление под сводом составляет 19,6—24,5 Па.
3. Перекидки клапанов. При нагреве одной пары насадок и охлаждении другой, а также при нагреве свода наступает момент, когда наиболее целесообразно изменить направление движения газов (этот момент определяют специально проводимыми предварительными исследованиями). При этом подача топлива и воздуха в одну пару насадок автоматически прекращается и они направляются в другую пару насадок. Перекидка клапанов в периоды, когда шихта хорошо воспринимает тепло, а следовательно, насадки и свод не перегреваются, совершается каждые 20—30 мин. По мере нагрева перекидки учащаются и в период доводки плавки перекидка клапанов происходит через каждые 5—10 мин.
4. Распределения продуктов сгорания между насадками регенераторов. Чтобы не допускать неравномерного нагрева газового и воздушного регенераторов, количество горячих продуктов сгорания, направляемых в тот или иной регенератор, регулируют при помощи специального регулирующего шибера, устанавливаемого в воздушном борове (борове от воздушного регенератора).

Кроме рассмотренных, разработаны  схемы для автоматического определения  степени усвоения шихтой тепла в  каждый данный момент плавки (мгновенное теплоусвоение), количества накопленного шихтой тепла от начала плавки, скорости окисления (выгорания) углерода, концентрации углерода (и других примесей) в любой момент плавки, коэффициента полезного теплоиспользования, а также методы непрерывного замера температур металла и др. Знание величины теплоусвоения позволяет автоматически регулировать скорость завалки в соответствии с накоплением тепла шихтой, а также автоматически определять оптимальную тепловую нагрузку в различные периоды плавки; знание скорости окисления углерода в каждый данный момент позволит оценивать ход плавки и получать данные для регулирования подачи кислорода,  топлива.

 

Заключение.

В данном курсовом проекте был произведен полный расчет мартеновской печи, определены основные размеры печи и приведен пример расчета материального и  теплового балансов. На основе полученных результатов была определена энергия, потребляемая печью во время плавки и мощность печного трансформатора. Так же рассчитано сужающее устройство.

 

Список литературы

1. Преображенский   Теплотехнические  измерения и приборы //Металлургия,  М., 1978.

2.Иванова  Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. Учебник для вузов, //Издательский дом МЭИ, М., 2008, 460 с.

3. Гальнбек А.А., Шалыгин Л.М., Шмонин  Ю.Б. Расчеты пирометаллургических процессов и аппаратов цветной металлургии // Металлургия, Челябинск, 1990. 448 С.

4.Диомедовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии // М.: Металлургия, 1970. 704 с.

5. Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. Металлургическая  теплотехника. Т.2. Конструкция и работа печей. //Учебник для вузов. М., Металлургия, 1986, 592с.