Расчет основных геометрических размеров ДСП
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ДСП………………5
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ФУТЕРОВКИ……………………………………………11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………17
ВВЕДЕНИЕ
Дуговая сталеплавильная печь - электрическая печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и др. материалов.
В обозначении дуговой сталеплавильной печи, как правило, присутствует её ёмкость в тоннах (например, ДСП-12). Диапазон печей варьируется от 0.1 до 400 тонн. Температура в ДСП может достигать 1800 °С.
Дуговая сталеплавильная
печь (ДСП) состоит из рабочей ванны
(плавильного пространства), регулятора
мощности дуги и вспомогательных
технологических механизмов, позволяющих
открыть (закрыть) свод печи, скачать
шлак и слить металл. Регулятор
мощности дуги представляет собой механизм
перемещения электродов с приводом,
управляемый программно-
Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужного состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ДСП
С учетом современной технологии,
предусматривающей работу дуговой
печи с завалкой большей части
металлической шихты и
Исходя из этого, расчет начнем с определения максимальной массы металла в печи :
где М – масса сливаемого металла за плавку, т;
k – коэффициент избытка металла, оставляемого в печи после слива, т.е. «болото» (k = 0,15…0,25).
Из анализа геометрических размеров действующих печей выведен стехиометрический коэффициент (А= 0,35…0,40 ), связывающий максимальную массу металла в печи ( , т.) с диаметром рабочего пространства (D, м.) на уровне панелей.
Отсюда находим
Найдем максимальный объем металла в печи:
где - плотность жидкого металла, равная 6,8…7,4 т/ .
Максимальный объем ванны печи:
где - объем шлака;
- запас объема металла.
Объем шлака
где b – коэффициент, учитывающий долю шлака от массы сливаемого металла, равный 0,05…0,1;
- плотность жидкого шлака, равная 2,8…3,2 т/ .
Запас объема металла
где k – коэффициент запаса металла.
Геометрический объем ванны печи
где , – объем конической и сферической частей соответственно.
Объем конической части
где - высота конической части принимается
(для печей емкостью более 50 т h выбирается в интервале 1,0…2,0 м); ∆h – запас конической части, равный 0,1…0,2 м; и – диаметры верхнего и нижнего оснований конуса соответственно, м.
Диаметр верхнего основания конуса
где - диаметр по верхнему краю футеровки выше откосов.
где представляет собой запас футеровки от уровня откосов до нижнего уровня панелей, обычно составляет 0,25…0,5 м.
Диаметр нижнего основания
Объем сферической части
Оценим правильность проведенных расчетов, ошибка расчетов не должна превышать .
Определим высоту водоохлаждаемых панелей:
где - высота рабочего пространства печи;
m - коэффициент, учитывающий соотношение между диаметром (D) и высотой (H ) рабочего пространства (m=0.5…0.65).
Высота рабочего пространства печи:
Найдем полный объем рабочего пространства печи
где - объем между нижним и верхним уровнями панелей.
- объем между верхним уровнем
откосов и нижним уровнем
Проведем сравнительную оценку расчетов объема рабочего пространства печи (V) с объемом загружаемых в печь шихтовых материалов, максимальным из которых является объем лома ( ). Поскольку загрузка осуществляется в два приема, то наибольшим будет объем первой загрузки Разница в объемахне должна превышать 5 %,
где - коэффициент заполнения печи, равный 0,85…0,95.
Определим полный объем лома:
где - насыпная плотность лома.
Найдем объем лома первой загрузки:
где и - доля лома первой и второй загрузок соответственно. Типичные значения = 0,6…0,7 и = 0,3…0,4.
не превышает 5%.
Для определения размеров футерованного свода – диаметра ( ) и выпуклости ( ) необходимо предварительно рассчитать диаметр электрода ( ), зависящий от полной мощности (S, Вт) трансформатора печи.
Найдем диаметр электрода:
где - плотность тока электрода, равная ;
- электрический ток во
Электрический ток во вторичной цепи:
где - максимальное линейное напряжение во вторичной цепи
трансформатора ( ).
После этого можно определить диаметр свода:
где - диаметр распада электродов,
где - коэффициент распада электродов, который равен 1.5…2.5.
.
Выпуклость свода:
где – коэффициент выпуклости свода, равный 0,12…0,18.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ФУТЕРОВКИ
Так как футеровка стен
ДСП выполняется с
С учетом существующего
Рисунок 4 – Схема футеровки подины ДСП–120
1. Футеровка подины – многослойная. Рабочий слой (I) выполняется набивным – толщиной 900 мм из периклазового порошка марки ППЭ-88 на жидком стекле. Промежуточный слой (II) – три ряда (195 мм) – периклазовый кирпич (П).Арматурный слой (III) – два ряда (130 мм) – шамотный кирпич марки ША.
Теплоизоляционный слой (IV) толщиной 20 мм выполнен из асбестого картона, уложенного на днище стального кожуха (Ст45) толщиной 40 мм.
2.Определим величины тепловых сопротивлений слоёв футеровки:
Принимаем, что средняя температура:
Рабочего слоя
Арматурного слоя
Кожуха
3. Коэффициенты теплопроводности материалов
для слоёв футеровки:
4.Тепловое сопротивление слоёв футеровки:
5.Тепловое сопротивление футеровки:
- Принимаем величину коэффициента теплоотдачи от кожуха в окружающую среду:
- Определим величину коэффициента теплоотдачи:
- Определим плотность теплового потока:
Принимаем и
- Определим перепад температур каждого слоя футеровки:
- Значение температур на границ
е раздела слоёв:
- Среднее значение отдельных сл
оёв:
Анализ расчетов показал, что температуры на границах раздела слоев футеровки не превышают допустимых значений рабочих температур для выбранных огнеупоров. Расчетные значения средних температур слоев футеровки соответствуют значениям, принятым при расчете коэффициентов теплопроводности отдельных слоев.
Следовательно, выбранная схема футеровки подины ДСП-120 обеспечивает нормальные температурные условия ее работы [14].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время во всем мире для массовой выплавки стали и ферросплава в основном применяют дуговые сталеплавильные печи.
В них выплавляют основную часть высококачественных легированных и высоколегированных сталей (сталей электропечного сортамента), которые затруднительно либо невозможно выплавлять в конвертерах и мартеновских печах.
Основные достоинства дуговых печей, позволяющих выплавлять такие стали, заключаются в возможности:
- Быстро нагреть металл,
благодаря чему в печь можно
вводить большие количества
- Иметь в печи
- Возможность более полно,
чем в других печах,
- Плавно и точно регулировать температуру металла.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Гудин, Ю.А.; Зинуров, И.Ю.;
Киселев, А.Д. Производство
2Общая металлургия. Ученик для вузов /воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. – 6-изд., перераб. и доп. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 – 768 с: 253 ил.
3Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. – М.: Мир, 2003.
4 Металлургия стали: Теория и технология плавки стали: Учеб. для вузов по специальности «Металлургия черных металлов» / А.М. Бигеев, В.А. Бигеев Магнитогорск: МГТУ, 2000, 542
5 Сайт www.steeluniversity.org
