Расчет агломерационной машины

ВВЕДЕНИЕ

Одна из главных задач развития металлургического производства состоит в повышении темпов и эффективности технического перевооружения и реконструкции существующего оборудования, интенсивного использования имеющегося производственного потенциала, совершенствования систем управления.

Современный период развития металлургической технологии характеризуется ускоренным перевооружением всех видов производств, в том числе и прокатного, с целью повышения его технического уровня и повышения качества продукции. Это связано прежде всего с повышением конкурентоспособности выпускаемой продукции, поскольку повышение качества способствует расширению рынков сбыта и в конечном итоге, увеличению прибыли предприятия.

Агломерационное производство является первым этапом металлургического цикла. Успешному решению задачи увеличения производства высококачественного агломерата и окатышей способствует внедрение в производство последних достижений науки, новейшей техники и передовой технологии, применение высокопроизводительных агрегатов и машин, комплексная механизация и автоматизация производства. Современные агломерационные машины работают в непрерывном режиме, что позволяет широко применять комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов. Механическое оборудование является достаточно сложным и разнообразным по конструкции и назначению, при этом условия работы большинства машин и агрегатов весьма тяжелые, т.к. их узлы и механизмы испытывают значительные статические и динамические нагрузки.

Имеющееся оборудование должно обеспечивать надежную работу в весьма тяжелых условиях непрерывного производства, связанных с воздействием на него больших нагрузок, ускорений и скоростей, высоких температур, интенсивного абразивного износа.

В связи с этим необходимо предусматривать и осуществлять меры, способствующие повышению надежности оборудования в процессе его проектирования, изготовления и эксплуатации, что позволит поднять металлургическое производство на более высокий технический уровень. Особое внимание уделяется ускоренному развитию производства экономичных видов металлопродукции, расширению ее номенклатуры, улучшению ее технико-экономических, прочностных и потребительских свойств. В немалой степени эти свойства закладываются в процессе производства, поэтому от технического уровня, качества и способа изготовления на всех этапах металлургического цикла зависит успешная деятельность всего предприятия. Одним из направлений, повышающих эффективность производства, является повышение производительности, надежности и долговечности существующего оборудования. Эта задача решается как в отраслевых научно-исследовательских институтах, на предприятиях-изготовителях соответствующего оборудования, так и на самих металлургических предприятиях, в их конструкторских и технологических бюро и отделах, в цеховых службах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Агломерационная машина (агломашина) — машина, предназначенная для получения агломерата путем спекания рудной мелочи и концентратов методом прососа воздуха через слой шихты, лежащей на колосниковой решётке, с частичным освобождением шихты от вредных примесей. Спекание происходит за счет частичного расплавления легкоплавких компонентов шихты, которые при последующем охлаждении сваривают более тугоплавкие породы. При спекание происходит частичный или полный окислительный обжиг.   Агломерационная машина представляет собой длинную раму которая состоит из двух параллельно установленных и связанных между собой станин. Верхняя рама установлена горизонтально, а нижняя - с наклоном от хвостовой к головной части машины. В головной части машины установлено два сидящих на одном валу колеса, зубья которых расположены так, что входят в зазоры между колесами паллет. Между станинами вдоль машины расположены камеры разрежения (1,5-4,0 Па), соединенные с эксгаустером. При вращении колеса подхватывают зубьями паллету, поднимают её на верхние направляющие и толкают. Таким образом, все стоящие впереди паллеты, которые медленно движутся над камерами разрежения или давления, доходят до конца машины и переходят на нижние направляющие, по которым скатываются к приводному колесу в головной части машины. Паллеты изготовлены из ковкого чугуна или стали. Дно паллеты покрыто колосниками, короткие стороны её снабжены бортами. Паллеты плотно прилегают одна к другой своими длинными сторонами, поэтому длина паллеты является активной (эффективной) шириной машины, которая колеблется в больших переделах 1-3,6 м. Эффективная длина машины определяется длиной той её части, которая расположена над камерами разрежения или дутья. Машины бывают длиной от 6,6 до 25 м. Произведение ширины машины на её длину дает эффективную площадь машины. Площадь изменяется от 6,6 до 200 м2. Верхний горизонтальный участок рельсового пути, на который опираются своими роликами паллеты, является рабочим, на нем движутся паллеты, заполненные агломерируемым материалом. По нижнему, наклонному пути движутся опорожненные паллеты, которые освобождаются от готового агломерата в хвостовой части машины при переходе с верхнего на нижний путь, опрокидываясь при этом. По нижним направляющим паллеты движутся на роликах. По горизонтальным направляющим паллеты проходят над камерами всасывания, которые представляют собой железные коробки, соединенные трубами с эксгаустером, создающими разрежение для просасывания через обжигаемую шихту. 
Для достижения плотного соединения между камерами и тележками на стенках камер уложены железные пластины с каналами для смазки. Во время движения края паллеты скользят по этим пластинам, чем предупреждается засасывание воздуха в этой части соединения. Уплотнения проводятся также толстыми резиновыми листами, укрепленными с наружной части паллеты со стороны воздушной камеры. Работа агломашины заключается в следующем. Шихта агломерирующего обжига поступает в бункер над машиной. Из этого бункера питатель подает шихту в смеситель, в котором она окончательно перемешивается и увлажняется. На многих заводах непосредственно перед загрузкой шихты на паллеты засыпают так называемую постель - слой оборотного агломерата толщиной 20-40 мм. Это делается для того, чтобы уменьшить опасность приваривания агломерата за счёт вытапливаемого свинца к колосникам паллет. Сверху загружается влажная шихта на движущуюся цепь паллет

 

посредством качающегося желоба (маятникового питателя), способствующего распределению шихты по всей ширине ленты машины. Паллеты, загруженные шихтой, проходят под уравнителем, представляющим собой железную плиту, которая перемещается в вертикальном направлении и служит для регулирования толщины слоя шихты на паллетах. Толщина слоя шихты составляет 250 - 300 мм.. После уравнителя слоя шихта на паллетах поступает под печь (горн) для зажигания и воспламеняется. В этот момент паллеты находятся над камерами разрежения, из которых эксгаустером отсасываются газы. Паллеты с обжигаемой шихтой медленно перемещаются вдоль камер разрежения. Благодаря вакууму в камерах, воздух просасывается через раскаленную шихту и окисляет сульфиды металлов. В тонком слое шихты сульфиды металлов, окруженные избытком воздуха, быстро сгорают. Экзотермические реакции обжига выделяют значительное количество тепла, в результате чего обожженная шихта спекается. Скорость движения паллет зависит от эффективной длины машины и колеблется в пределах 2,7-3 м/мин. При работе на машине скорость движения паллет регулируется в зависимости от химического состава шихты и её крупности, а также от принятого режима обжига: толщины слоя шихты, степени обжига, воздушного режима процесса и др. Поэтому машина снабжена устройством, позволяющим изменять скорость движения паллет. На практике стремятся, чтобы процесс обжига заканчивался ранее, чем паллета дойдет до конца камер разрежения, для охлаждения готового горячего агломерата просасыванием через него холодного воздуха. Сильно окислительный характер обжига и большая интенсивность процесса требуют большого количества воздуха. Практически при агломерирующем обжиге просасывается воздуха в 5-10 раз больше теоретически необходимого для образования оксидов количества. В конце горизонтального пути паллета попадает роликами на закругленный участок рамы, опрокидывается, и спек из нее выпадает на колосниковый грохот. Разгруженная паллета по нижним направляющим скатывается к головной звездочке, которая входит своими зубьями в зацепление с роликами паллеты и поднимает её в исходное положение – ставит под загрузку. Колосники паллет чистят вручную или механически.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Достоинства и недостатки. ТЭП

Агломерационная машина с прососом воздуха имеет следующие достоинства:

1) Возможности спекания тонкоизмельченных материалов. 

2) Обеспечивает хорошую химическую термическую подготовку шихты к плавке

3) Непрерывность процесса

Агломерационная машина с прососом имеет следующие недостатки:

1)Сильное разубоживание обжиговых газов воздухом;

2)Приваривание агломерата к колосникам паллет

3) Большой удельный расход э/энергии,

4) Более сложная конструкция с большим числом механизмов

ТЭП

удельная производительность - 8  10т/(м2/сут)

площадь спекания - от 50 м²

ширина ленты - от 3м

выход возврата - от 20,5 %

температура газа в эксгаустере - от 100°C

средний диаметр возврата - от 4мм

содержание мелочи 0-5 мм в бункерном агломерате - от 11 %

прочность агломерата: на удар - от 68 %, на истирание - от 5 %

площадь просасывания общая - 160м²

длина площади просасывания - 65м²

рабочая длина ленты  - 2,5м

слой оборотного агломерата -20-40 мм

толщина слоя шихты составляет-250 - 300 мм..

скорость движения паллет- 2,7-3 м/мин.

 

 

 

 

1.3 Классификация

 

1)барабанные агломерационные машины

2)горизонтальные агломерационные  машины

3) круглые агломерационные машины

4) ленточные агломерационные машины  с прямолинейным движением

5) по назначению – нагревательная. Происходит спекание при максимальной температуре 1200 0С

6) По способу нагрева – топливная.

7) По источнику тепловой энергии  – экзотермическая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          2.СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1Расчет горения топлива

Расчет горения топлива  производится в расчете на 100 кг.

Химический состав топлива, %.

C - 87.5%

H2 – 1.1%

N2 – 0.65%

S – 1.3%

O2 – 1.3%

W – 3%

A – 5.15%

 α = 1.15

Обогащенное дутьё О2 – 29%

По реакциям горения топлива определяем количество воздуха в (кг):

1. C + O2 = CO2

X1 (O2) = 87.5*32/12 = 233.33

Х2 (CO2) = 87,5*44/12 = 3320.83

2. H2 + 1/2O2 = H2O

X1 (O2) = 1.1*16/2 = 8.8

Х2 (H2O) = 1,1*18/2 = 9,9

3. S + O2 = SO2

X1 (O2) = 1.3*32/32 = 1.3

Х2 (SO2) = 1.3*64/32 = 2.6

Находим сумму кислорода:

Σ O2 = 233.33+8.8+1,3=243,43

Если в топливе есть кислород отнимем его из Σ.

243.43-1.3=243.13

С учетом α:

O2 = 242.13*1.15=278.44

O2изб = 278.44-242.13=36.3

ΣO2 с учетом α=278.44 кг переводим в м3:

       O2 = 278.44*22.4/32=194.90 м3

По Σ O2 найдем воздух:

Х (возд.) - 100%

194.90 – 29%

194.90*100/29=675.06 м3

По разнице найдем количество N2:

N2 = 672.06-194.90 = 477.16 м3

N2 = 477.19*28/22.4 = 596.45 кг

По расчетам составляем таблицу дымовых газов:

Таблица 1. Состав дымовых газов.

компоненты	m (кг)	v (м3)	% (v)
CO2	320.83	163.33	23.91
H2O	12.9	16.05	2.35
SO2	2.6	0.91	0.13
N2	59.71	477.16	69.87
O2изб	36.31	25.41	3.93
Итого	969.74	682.86	100

 

Правильность расчетов поверим материальным балансом:

Таблица 2. Материальный баланс

Приход кг	Расход кг
Топливо = 100	Дымовые газы = 969.74
Воздух = 874.89	А = 5.15
Итого: 974,89	974,89

 

 

 

 

 

2.2 Расчет калориметрической температуры.

Для расчета калориметрической температуры берем данные из таблицы состав дымовых газов.

Qр н = 340*87.5+1026*1.1-109(1.3-1.3)-25*(3+9*1.1) = 30556.1 кДж/кг

При α = 1.15 на м3 продуктов сгорания выделяется тепла I0 =  Qр н M/V

I0 = 30556,1*100/682.86 = 4474,72 кДж/м3

Задаемся возможной температурой горения tk1 = 2400 0C. Для этой температуры удельная энтальпия продуктов горения кДж/м3

I1  CO2 = 2400*2.5097*0.2391 = 144016

I1 H2O = 2400*2.0148*0.0235 = 113.63

I1 SO2   = 2400*2.5097*0.0013=7.83

I1 N2      =2400*15085*0.6990=2529.57

I1 O2      = 2400*1.5990*0.0393=150.81

I1             = 4242 кДж/м3

Так как энтальпия I1 получилась меньше I0 , увеличиваем температуру на 100 0С и снова проводим расчет.

I2  CO2 = 2500*2.5214*0.2391 =1507.16

I2 H2O = 2500*2.0307*0.0235 = 119.30

I2 SO2  = 2500*2.5214*0.0013=7.83

I2 N2     =2500*1.5144*0.6990=2529.57

I2 O2    = 2500*1.6057*0.0393=150.81

I2          = 4437,68 кДж/м3

Калориметрическая температура ровна 2500 0С

 

 

 

 

 

 

 

2.3Расчет газоходной системы  для агломерационной машины.

Данные для вычисления:

V0= 7м3; t= 1300 0C; ρг = 1.42 кг/ м3.

 

 

69.5м

                               3м 

  6.5м 5

 1   

                                 2  2

5

 КУ

 

                                 2  2 4 4 

 3 3 10м

                 1  3 

 

                                                                                                        

3     

          6м

 

 

1-1

 2-2 3-3 

 4-4 5-5

 

3х1.2       2.4х1.2        0.9х0.8 2x2.4

 

Участок 1. Внезапное сужение канала

Дано:V0= 7м3                                           hм =k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t= 1100 0C                         k= F2/ F1

ρ0 = 1.42 кг/ м3         k=4.8/16.5=0.29 k=0.35

 F1 = 16.5 м2                       ω0= V0/F

F2= 4.8 м2                          ω0 =7/4.8=1.45м/с      

η= 0.04                              hм =0.35*1.452/2*1.42(1+1100/273)=2.61Па

Участок 2. Трение в горизонтальном газоходе

Дано:V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 1100 0C                         dг=4F/П             

t2=1094 0C                          dг = 4*4.8/10.4=1.84м   

tср =1097 0C                        ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                            ω0 =7/4.8=1.45м/с        

F1 = 4.8м2                                              hтр = 0.04*3/1.84*1.452/2*1.42(1+1097/273)=0.44 Па

F2= 4.8 м2

η= 0.05

П=10.4м

L=3м

Участок 3. Трение в горизонтальном газоходе

Дано 

V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 450 0C                        dг=4F/П             

t2=437 0C                          dг = 4*4.8/10.4=1.84м   

tср =443.50C                        ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                            ω0 =7/4.8=1.45м/с        

 

 

F1 = 4.8м2                                        hтр = 0.04*6.5/1.84*1.452/2*1.42(1+443.5/273)=0.62 Па

F2= 2.88 м2

η= 0.05

П=10.4м

L=6.5м

Участок 3. Поворот в вертикальный газоход

Дано:V0= 7м3                                                hм=  k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t1= 450 0C                          k= F2/ F1

t2=437 0C                          k=2.88/4.8=0.6      k=1.7

tср =443.50C                      hм=1.7* 1.452/2*1.42(1+437/243)=6.60 Па

F1 = 4.8м2                                             

F2= 2.88 м2

η= 0.05

П=10.4м

L=6.5м

Участок 4. Трение в вертикальном  газоходе

Дано 

V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 437 0C                        dг=4F/П             

t2=421 0C                          dг = 4*2.88/7.2=1.6м   

tср =4290C                          ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                         ω0 =7/2.88=2.43м/с        

F1 = 2.88м2                                        hтр = 0.04*8/1.6*2.432/2*1.42(1+429/273)=2.15 Па

F2= 2.88 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=8м

 

Участок 4. Геометрические потери

Дано 

V0= 7м3                                                  hг=  g*H*( ρв- ρ0)

t1= 437 0C                        ρг= ρ0/(1+αt)         

t2=421 0C                          ρг= 1.42/(1+429/273)=055кг/м3

tср =4290C                          hг=9.8*8(1.29-0.55)=58.01 Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 2.88м2                                       

F2= 2.88 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=8м

Участок 4. Поворот в горизонтальный газоход

Дано 

V0= 7м3                                                  hм=  k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t1= 437 0C                        k= F2/ F1

t2=421 0C                          k=2.88/2.88=1  k=1.15

tср =4290C                           hм=1.15* 2.432/2*1.42(1+421/243)=12.23 Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 2.88м2                                       

F2= 2.88 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=8м

Участок 5. Трение в горизонтальном  газоходе

Дано 

V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 421 0C                        dг=4F/П             

t2=409 0C                          dг = 4*2.88/7.2=1.6м   

tср =4150C                          ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                         ω0 =7/2.88=2.43м/с        

F1 = 2.88м2                                        hтр = 0.04*6/1.6*2.432/2*1.42(1+415/273)=1.58 Па

F2= 0.72 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=6м

Участок 5. Поворот в вертикальный газоход

Дано 

V0= 7м3                                                hм=  k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t1= 4210C                        k= F2/ F1

t2=4090C                          k=0.72/2.88=0.2      k=1.7

tср =4150C                        hм=1.7*2.432/2*1.42(1+405/243)=17.66 Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 2.88м2                                       

F2= 0.72 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=6м

Участок 6. Трение в вертикальном  газоходе

Дано 

V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 409 0C                        dг=4F/П             

t2=389 0C                          dг = 4*0.72/3.4=0.8м   

tср =3990C                          ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                         ω0 =7/0.72=9.72м/с        

 

 

F1 = 0.72м2                                        hтр = 0.04*10/1.6*9.722/2*1.42(1+399/273)=82.49 Па

F2= 2.4 м2

η= 0.05

П=3.4м

L=10м

Участок 6. Геометрические потери

Дано 

V0= 7м3                                                  hг=  g*H*( ρв- ρ0)

t1= 409 0C                        ρг= ρ0/(1+αt)         

t2=3890C                          ρг= 1.42/(1+399/273)=057кг/м3

tср =3990C                          hг=9.8*10(1.29-0.57)=70.56 Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 0.72м2                                       

F2= 2.4 м2

η= 0.05

П=3.4м

L=10м

Участок 6. Поворот в горизонтальный газоход

Дано 

V0= 7м3                                               hм=  k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t1= 409 0C                        k= F2/ F1

t2=3890C                          k=2.4/0.72=3.33      k=2

tср =3990C                        hм=2*9.722/2*1.42(1+389/243)=140.23Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 0.72м2                                       

F2= 2.4 м2

η= 0.05

П=7.2м

L=10м

Участок 7. Трение в горизонтальном  газоходе

Дано 

V0= 7м3                                                  hтр=  η* L/dг* ω02/2 *ρ0 (1+αtср)

t1= 389 0C                        dг=4F/П             

t2=250 0C                          dг = 4*2.4/6.4=1.5м   

tср =319.50C                        ω0= V0/F

ρ0 = 1.42 кг/ м3                           ω0 =7/2.4 = 2.91м/с        

F1 = 2,4м2                                           hтр = 0.04*69.5/1.6*2.912/2*1.42 (1+319.5/273)=24.11 Па

F2= 2.4 м2

η= 0.05

П=6.4м

L=69.5м

Участок 6. Поворот перед трубой

Дано 

V0= 7м3                                               hм=  k*ω02/2 *ρ0 (1+αt)

t1= 389 0C                        k= F2/ F1

t2=2500C                          k=2.4/2.4=1      k=1.15

tср =319,50C                       hм=1.15*9. 2.912/2*1.42(1+250/243)=13.19Па

ρ0 = 1.42 кг/ м3                          

F1 = 2,4м2                                       

F2= 2.4 м2

η= 0.05

П=6,4м

L=69,5м

 

 

 

 

 

Данные сводим в таблицу 3. «Расчет дымовой трубы»

 

Вид сопротивления	Трение		Местное сопротивление		Геометрический напор
	tср,0С	hтр, Па	tср,0С	hм, Па	-hг, Па	+hг, Па
Внезапное сужение канала	-	-	1100	2.61
Трение в горизонтальном газоходе	1097	0.44	-	-	-	-
Трение в горизонтальном газоходе	44.35	0.62	-	-	-	-
Поворот на 900	-	-	437	6.60	-	-
Трение в вертикальном газоходе	429	2.15	-	-	-	-
Геометрический напор в вертикальном  газоходе	-	-	-	-	-	58.01
Поворот на 900	-	-	421	12.23	-	-
Трение в горизонтальном газоходе	415	1.58	-	-	-	-
Поворот на 900	-	-	409	17.66	-	-
Трение в вертикальном канале	399	82.49	-	-	-	-
Геометрический напор в вертикальном  газоходе	-	-	-	-	-70.56	-
Поворот на 900	-	-	389	140.23	-	-
Трение в горизонтальном газоходе	319	24.11	-	-	-	-
Поворот к трубе на900	-	-	250	13.19	-	-
Итого		111.39		192.52	-70.56	58.11

 

 

В результате суммарные потери напоров (Па) определяются как:

Σhпотерь=Σhтр+Σhм - Σhг+ Σhг+КУ

Σhпотерь= 2.61+0.44+0.62+2.15+12.23+58.01+1.58+17.66+82.49+140.23-70.56+24.11+13.19+6.60+50=341.36 Па

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Расчет высоты дымовой трубы

По сумме потерь находим высоту дымовой трубы:

Формула для определения высоты дымовой трубы:

hпотерь =g*H(ρ0возд/1+αtвозд- ρ0г/1+ αtг1)+ω012/2* ρ0г(1+ αtг1)- ω022* ρ0г(1+ αtг2)-ηН/dср* ω0ср2/2* ρ0г(1+ αtгср)

Для этой формулы известны следующие данные:

g= 9.8м/с

ρ0возд=1.29м3

ρ0г=1.42м3

tг1= 2500С

tг2=1300С

tгср= 1900С

ω01= 2.91м/с

ω02= 3м/с

ω0ср= 2.95м/с

dосн= 4м

dуст= 2.6м

dср= 3.3м

η=0.04

hпотерь= 341.36 Па

Решение:

341.36=9.8H(1.29/(1+20/273)-1.42/(1+250/273))+2.912/2+1.42(1+250/273)-32*1.42(1+130/273)-0.04*H/3.3*2.952/2*1.42(1+190/273)

Упрощаем выражение:

341.36=9.8H*0.46+11.47-18.78-0.10H,отсюда,

341.36-11.47+18.78=4.50H-0.10H, следовательно,

 

 

 

348.67=4.44H

H=348.67/4.44

H=78.52

С учетом коэффициента запаса, который равен 1.3, высота дымовой трубы составляет 102м