97031

Материальный и тепловой баланс дуговой сталеплавильной печи ДСП-120 фирмы «Даниэли»

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В дуговых сталеплавильных печах плавление происходит за счет электрической дуги. В ДСП можно сосредоточить в сравнительно небольших объёмах большие мощности и получить очень высокие температуры. Но при этом в рабочем пространстве печи возникают резкие температурные перепады, и поэтому в ней невозможно получить равномерное распределение температур.

Русский

2015-10-13

11.75 MB

19 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт материаловедения и металлургии.

Кафедра Теплофизика и информатика в металлургии.

Оценка:

Курсовой проект.

по дисциплине «Тепловая работа и конструкции плавильных агрегатов»

Материальный и тепловой баланс дуговой сталеплавильной печи

ДСП-120 фирмы «Даниэли».

 Выполнил:           Глухов И.В.

 Проверил:                                                                            Воронов Г.В.

2014

Оглавление

[1] Оглавление

[2] Введение

[3] Расчет горения природного газа в воздухе (Узел Невьянского ЛПУМГ ООО «Уралтрансгаз»)

[4] Расчет горения природного газа в кислороде                        (Узел Невьянского ЛПУМГ ООО «Уралтрансгаз»).

[5] Материальный баланс

[5.1] Приход материалов

[5.2] Расходная часть

[5.3] Приход теплоты

[6] Заключение

[7] Список литературы


Введение

Дуговые сталеплавильные печи, применяемые в промышленных установках с конца XIX века, в настоящее время получили широкое распространение во многих областях промышленности.

В дуговых сталеплавильных печах плавление происходит за счет электрической дуги. В ДСП можно сосредоточить в сравнительно небольших объёмах большие мощности и получить очень высокие температуры. Но при этом в рабочем пространстве печи возникают резкие температурные перепады, и поэтому в ней невозможно получить равномерное распределение температур. Для плавки металлов дуговая печь удобна, т.к. высокая концентрация энергии позволяет быстро проводить расплавление. Дуговые устройства удобны так же для проведения высокотемпературных химических реакций в жидкой или газовой фазе и подогрева газа. Во всех этих случаях неравномерность нагрева не играет роли, т.к. благодаря теплопроводности и конвекции в жидкой ванне или газовом потоке температура быстро выравнивается.

Устройство современной дуговой электропечи включает (рис. 1):

  •  механическую конструкцию;
  •  электрическую часть;
  •  оборудование подачи в рабочее пространство технологических газов, порошкообразных и кусковых материалов;
  •  систему эвакуации отходов производства и газоочистку;
  •  автоматизированную систему управления технологическим процессом.

Рисунок 1 – Конструкция современной дуговой сталеплавильной печи: 1 - фундамент; 2 - наклонная платформа; 3 - корпус печи; 4 - свод печи; 5 - графитированные электроды; 6 - рукава электрододержателей; 7 - подъемно-поворотный механизм свода и электродов; 8 - рабочее окно

В данном курсовом проекте рассчитан материальный и тепловой баланс дуговой сталеплавильной печи ёмкостью 120 тонн (ДСП - 120) фирмы «Даниэли».


Расчет горения природного газа в воздухе (Узел Невьянского ЛПУМГ ООО «Уралтрансгаз»)

Таблица 1. Химический состав природного газа и условия его сжигания.

Содержание , об.%

α

°С

°С

г/

г/

99,00

0,10

0,04

-

-

0,03

0,82

0,01

1,1

5

20

5

5

  1.  Состав влажного газа рассчитывают по формуле:

)

где  – процентное содержание компонента в сухом газе.

=100*99/(100+0,1302*5)=98,36%

=100*0,1/(100+0,1302*5)=0,1%

=100*0,04/(100+0,1302*5)=0,04%

=100*0,03/(100+0,1302*5)=0,03%

=100*0,82/(100+0,1302*5)=0,81%

=100*0,01/(100+0,1302*5)=0.01%

=100*0,001302/(1+0,001302)= 0,001302*5/(1+0,001302*5)=0,65%

Ʃ=100%

  1.  Расход кислорода на горение:

-

0.01(2*98,36+3,5*0,1+5*0,04)-0,01=1,963

  1.  Теоретический расход сухого воздуха:

=9,35 

  1.  Теоретический расход влажного воздуха:

 

  1.  Действительный расход влажного воздуха:

=*α

==10,46 

  1.  Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания газа:

=0.01*(0.03+98.36+2*0.1+3*0.04)=0.987

=0.01*(0.65+2*98.36+3*0.1+4*0.04)=1.98

=0.01*0.81+3.762*1.963=7.39

=1,982

=8.13

=(1.1-1)*1.963=0.196

  1.  Общее количество продуктов сгорания при α=1:

=++

= 0,987+1,98+7.39=10,36

  1.  Общее количество продуктов сгорания при  α=1,1:

=+

=0,987+1,982+=11,3

  1.  Состав продуктов сгорания:

{х}=(/,   

где  – объем искомого компонента продуктов сгорания природного газа.

  1.  При α=1:

{}=(0,987/=9,54%   

{}=(1,98/=19,12%   

{}=(/=71,34%   

Ʃ{х}=100%

  1.  При α=1.1:

{}=(0,987/=8,74%   

{}=(1,982/=17,56%   

{}=(/=71,96%   

{}=(/=1,74%   

Ʃ{х}=100%

  1.  Плотность продуктов сгорания:

=0,01(44+28{}+32{})/22,4

=0,01(44*8,74+18*17,56+28*71,96+32*1,74)/22,4=1,237 кг/

  1.  Теплота сгорания газа:

=0,01(++)

=358+636+913

=358*98,36+636*0,1+913=35313 кДж/

  1.  Химическая энтальпия продуктов сгорания:

=(1-0.03)/,

0,03 – доля химического недожога топлива.

=(1-0.03)* 35313/11,3=3031 кДж/

  1.  Энтальпия подогретого воздуха в продуктах сгорания:

=

=1.41*20*10.46/11.3=26.1 кДж/

  1.  Балансовая энтальпия продуктов сгорания:

=)/+

=3031+5*1,369/11,3+26,1=3057,7 кДж/

  1.  Содержание воздуха в продуктах сгорания:

=(100/

=(10.46-9.35)100/11.3=9,82%

Используя i-t диаграммы определим теоретическую  и балансовую  температуры горения топлива.

=1875 °С

=1825 °С

  1.  Проверка расчета:

Δ= 100

Δ=100=-1,87%


Расчет горения природного газа в кислороде                        (Узел Невьянского ЛПУМГ ООО «Уралтрансгаз»).

Таблица 2. Химический состав природного газа и условия его сжигания.

Содержание , мас.%

α

°С

°С

г/

г/

99,00

0,10

0,04

-

-

0,03

0,82

0,01

1,1

5

20

0

5

  1.  Состав влажного газа рассчитывают по формуле:

)

где  – процентное содержание компонента в сухом газе.

=100*99/(100+0,1302*5)=98,36%

=100*0,1/(100+0,1302*5)=0,1%

=100*0,04/(100+0,1302*5)=0,04%

=100*0,03/(100+0,1302*5)=0,03%

=100*0,82/(100+0,1302*5)=0,81%

=100*0,01/(100+0,1302*5)=0.01%

=100*0,001302/(1+0,001302)= 0,001302*5/(1+0,001302*5)=0,65%

Ʃ=100%

  1.  Расход кислорода на горение:

0.01(2*99+3.5*0.1+5*0.04)-0.01=1.985

  1.  Теоретический расход технического кислорода (первый сорт :

=1,991

  1.  Действительный расход кислорода:

=*α

==2,19

  1.  Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания газа:

=0.01*(0.03+98.36+2*0.1+3*0.04)=0.987

=0.01*0.81=0,0081

=0,0081 

=(1.1-1)*1.985=0.199

  1.  Общее количество продуктов сгорания при α=1:

=++

= 0,987+1,98+0,0081=2,975

  1.  Общее количество продуктов сгорания при  α=1,1:

=+

=0,987+1,98+=3,174

  1.  Состав продуктов сгорания:

,   

где  – объем искомого компонента продуктов сгорания природного газа.

     8.1 При α=1

{}=(0,987/=33,18%   

{}=(1,98/=66,55%   

{}=(/=0,27%   

Ʃ{х}=100%

  1.  При α=1.1

{}=(0,987/=31,09%   

{}=(1,98/=62,36%   

{}=(/=0,27%   

{}=(/=6,28%   

Ʃ{х}=100%

  1.  Плотность продуктов сгорания:

=0,01(44*31,09+18*62,36+28*0,27+32*6,28)/22,4=1,205 кг/

  1.  Теплота сгорания газа:

)

=358+636+913

=358*98,36+636*0,1+913=35313 кДж/

  1.  Химическая энтальпия продуктов сгорания:

=(1-0.03)/,

0,03 – доля химического недожога топлива.

=(1-0.03)* 35313/3,174=10792 кДж/

  1.  Энтальпия подогретого воздуха в продуктах сгорания:

=

=1.42*20*2,19/3,174=19,6 кДж/

  1.  Балансовая энтальпия продуктов сгорания:

=)/+

=10792+5*1,369/3,174+19,6=10813,8 кДж/

  1.  Содержание воздуха в продуктах сгорания:

=(100/

=(2,19-1,991)100/3,174=6,27%

  1.  Проверка расчета:

Δ= 100

Δ=100=2,3%

Так как не существует i-t диаграмм для определения теоретической  и балансовой  температуры горения топлива при энтальпии более 5000 кДж/ определим ее следующим образом:

Балансовая температура определяется по формуле:

К,

где  –  теплота сгорания природного газа, кДж/;

=35313 кДж/;

- физическая теплота кислорода, кДж/;

=1.42*2,19*20=62,2 кДж/

- физическая теплота природного газа, кДж/;

=1,369*1*20=27,38 кДж/

- потери теплоты с химическим недожогом, кДж/;

=0,03*35313=1059,4 кДж/

- концентрация i-го компонента в продуктах сгорания, в долях единицы;

– теплоемкость i-го компонента при , кДж/;

=(44,14+9,04* - 8,54**)*;

=(30+10,71* – 0,33**)*;

=(31,46+3,39* – 3,77**)*;

=(27.88+4.27* )*;

Далее решаем уравнение методом последовательного приближения с использованием программы ЭВМ(приложение 1).

И получаем температуру =3320 °К.

Действительная температура газовой среды в рабочем пространстве, °С, равна

=,

где   – пирометрический коэффициент, среднее значение которого за плавку составляет 0,81.

=0,81*3320=2689,2 °С

Выводы.

Исходные данные:

  1.  Состав влажного газа :

 

 

98,36

%

 

 

0,0994

%

 

 

0,0397

%

 

 

0,0298

%

 

 

0,8147

%

 

 

0,0099

%

 

 

0,6468

%

  1.  Плотность природного газа:

0,7277 кг/м3

  1.  Коэффициент расхода кислорода:

α=1,1

  1.  Температура кислорода:

°С

  1.  Температура природного газа:

Результаты расчета:

  1.  Теоретический расход кислорода:

=1,9815 м3/м3

  1.  Теоретический расход технического кислорода(первый сорт О2=99,7% ГОСТ 5583-68):

1,987462 м3/м3

  1.  Действительный расход кислорода:

=2,186209 м3/м3

  1.  Объём продуктов сгорания:

= 3,17  м3/м3

31,096

%

0,987

м3/м3

0,2661

%

0,0085

м3/м3

6,2612

%

0,199

м3/м3

62,377

%

1,98

м3/м3

  1.  Плотность продуктов сгорания:

=1,330154кг/м3

  1.  Низшая теплота сгорания влажного газа:

35392 кДж/

  1.  Расчет балансовой температуры горения:

=3320 °С.

=2689,2°С


Материальный баланс

Основной составляющей шихты (75-100%) электроплавки является стальной лом. Лом не должен содержать цветных металлов и должен иметь минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0,05%. при более высоком содержании

фосфора продолжительность плавки возрастает. Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). С ржавчиной (гидратом окиси железа) вносится в металл много водорода. Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием (одной бадьей). При легковесном ломе после частичного расплавления первой порции шихты приходится вновь открывать печь и подсаживать шихту, что увеличивает продолжительность плавки.

В последнее время расширяется применение металлизированных окатышей и губчатого железа – продуктов прямого восстановления обогащенных железных руд. Они содержат 85-93% Fe, основными примесями являются окислы железа, SiO2 и Al2O3. Отличительная особенность этого сырья – наличие углерода от 0,2-0,5 до 2% и очень низкое содержание серы, фосфора, никеля, меди и других примесей, обычно имеющихся в стальном ломе. Это позволяет выплавлять сталь, отличающуюся повышенной чистотой от примесей. Переплав отходов легированных сталей позволяет экономить дорогие ферросплавы. Эти отходы сортируют по химическому составу и используют при выплавке сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.

Для повышения содержания углерода в шихте используют чугун, кокс и электродный бой. Основное требование к чугуну – минимальное содержание фосфора, поэтому чтобы не вносить много фосфора в шихту малых (<40 т) печей не более 10% чугуна, а в большегрузных не более 25%.

В качестве шлакообразующих материалов в основных печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах – кварцевый песок, шамотный бой. В качестве окислителей используют, агломерат, металлизированные окатыши, окалину из прокатных цехов. К шлакообразующим и окислителям предъявляются те же требования, что и при других сталеплавильных процессах: известь должна содержать более 90% CaO, менее 2% SiO2, менее 0,1% S и быть свежеобоженной, чтобы не вносить в металл водород.

Расчет материального баланса

Плавка в дуговой сталеплавильной печи состоит из следующих основных периодов (цифры в скобках характеризуют примерную продолжительность каждого периода): 1) период расплавления (с подвалкой) (60%); 2) окислительный период (9,4%); 3) период рафинирования (18,2%); 4) период межплавочных простоев, включающий выпуск, заправку, очистку и завалку (12,4%).

В первый период происходит нагрев и расплавление загрузки и печь потребляет большую часть электроэнергии. Поэтому при расчете дуговой сталеплавильной печи расчет проведем только для периода расплавления.

Приход материалов

  1.  Металлолом марок 2А и 3А (). Марка 2А – это кусковый лом и отходы прокатного производства, а так же шихтовые слитки (не допускаются изделия из проволоки). Марка 3А – это куски лома, отходы, стальной скрап(ж/д тележки, колесные пары, рельсы и т.д.).  Загрузка производиться в 2 этапа. На первом этапе загружается 75т, на втором 65т (итого масса загружаемого лома 140т).

  1.  Природный газ. Природный газ поступает в рабочее пространство печи для подогрева и осадки шихты. Он поступает через 4  газокислородные горелки и 3 комбинированные горелки, значит общая масса природного газа () будет рассчитываться по формуле:

=(4˖˖+3 ˖ ˖)τ', кг

– расход природного газа газокислородными горелками, .

 – расход природного газа комбинированными горелками,.

– плотность природного газа, кг/.

τ' – время работы горелок, с.

  1.  Масса кислорода (), подаваемая в газокислородные и комбинированные горелки,  рассчитывается по формуле:

=Ʃ ˖ ˖ τ', кг

– расход кислорода в горелке,.

-  плотность кислорода при нормальных условиях.

τ' – время работы горелок, с.

  1.  Масса флюса Са:

  1.  Масса кокса:

=1685кг

++++=140000+631,64+7980,97+4805+1685=155102,6кг

Расходная часть

  1.  Масса полупродукта:

=129700кг

  1.  Масса шлака  для данной печи количество шлака регламентируется технологической инструкцией – 7,2% от массы металла:

=0,072*129700=9338,4кг

  1.  Масса продуктов сгорания:

= ˖ ˖ , кг.

-расход дымовых газов,

=12000*0,72*0,725=6264кг

  1.  Масса пыли. Для данной печи выход пыли за 1 плавку составляет 14,2% от массы железосодержащей шихты:

=0,142*140000=19880кг

+++=129700+9338,4+6264+19880=162425,56кг

=(162425,56-155102,6)*100/162424,56=4,5%

Таблица 3. – Сводные данные о материальном балансе печи.

Параметр

Размерность

Значение

%

Приход материалов

1.Стальной лом

кг

140000

90,2

2.Природный газ

кг

631,64

0,4

3.Кислород

кг

7980,97

5,2

4.Известь

кг

4805

3,1

5.Кокс

кг

1685

1,1

Итого

кг

155102

100

Расход материалов

1.Полупродукт

кг

129700

79

2.Шлак

кг

9338,4

5,5

3.Продукты сгорания

кг

6264

3,3

4.Пыль

кг

19880

12,2

Итого

кг

162425,5

100

Тепловой баланс

Рассчитаем тепловой баланс только для периода плавления.

Энергетический баланс состоит из приходной и расходной  частей:

Приход теплоты

=+++

 Приход энергии происходит за счет статей:

где  – электроэнергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева металлического лома, кДж;

– физическая теплота материалов, поступающих в печь, кДж;

– суммарное количество теплоты от сгорания природного газа, кДж;

– теплота от экзотермических реакций, кДж.

  1.   на действующей  печи определяется по показаниям счетчика активной энергии, установленного на печи, а по показаниям счетчика реактивной мощности определяется средний коэффициент мощности установки (cos ). Эта статья для печей одной емкости составляет 60 – 80 %.

= 179460000 кДж

  1.  - суммарное количество теплоты от горелок (стеновые газокислородные горелки и комбинированные рафинирующие горелки)

= Ʃ ˖ , кДж,

где Ʃ- объем природного газа, расходуемый на всю плавку, ;

- низшая теплота сгорания природного газа, кДж/;

868*35392=30720256 кДж

  1.   физическая теплота материалов, поступающих в печь.

=, где         

, – масса загружаемого лома, извести и кокса, кг;

,, – истинные теплоемкости лома, извести и кокса, кДж/(кг*°С);

,, – температура материалов, °С;

  1.   приход теплоты от экзотермических реакций.

,

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления углерода кокса и электродов, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления серы, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления алюминия, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате угара железа, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления фосфора, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления кремния, кДж

- количество теплоты, которое выделяется в результате окисления марганца, кДж

Окисление углерода

Окисление углерода происходит по реакции:

С+=+,

где =* Ʃ,  – тепловой эффект окисления углерода, кДж/кг;

Ʃ – масса окисленного углерода, кг.

Исходя из баланса времени и плавки, время работы электродов составляет 65%, а удельный расход электродов за плавку – 1,65кг/т, тогда за период плавления расход электродов составляет:

=1,65*0,65=1,073 кг/т

Общее количество выгоревшего углерода из электродов :

=1,073*129,7=139,2 кг

В печь поступает кокс массой 1685 кг. Учитывая состав кокса, определим массу углерода:

=1685*0,96=1617,6кг

По данным паспорта плавки определим содержание углерода в ломе (0,086%) и в полупродукте (0,329).

=(0,086*129700)/100=111,5 кг,

=(0,329*129700)/100=426,7кг.

Следовательно, недостающую часть углерода в полупродукте вычислим по формуле:

=426,7-111,5=315,2 кг   

Количество окислившегося углерода  до СО вычислим по формуле:

 

       

Т.е. из всего углерода кокса, подаваемого в печь, окисляется:

(1302,4/1617,6)*100=80,91%

Суммарное количество окислившегося углерода составляет:

Ʃ=, кг

Ʃ=1302,4+139,2=1163,2 кг

Количество теплоты от окисления углерода кокса составит:

=34100*1163,2=39665120 кДж

Окисление серы

Окисление серы происходит по реакции:

S+=+,

где =* Ʃ,

где  – тепловой эффект окисления серы, кДж/кг;

Ʃ – масса окисленной серы, кг.

По данным паспорта плавки вычислим массовое количество серы в  скрапе:

=(0,048*129700/100)=62,3 кг,

В полупродукте количество серы составляет:

=(0,022*129700)/100=28,5 кг.

Предполагаем, что масса окислившейся серы будет:

=62,3-28,5=33,8 кг.

Количество теплоты от окисления серы определим по формуле:

        Окисление алюминия

Окисление алюминия происходит по реакции:

4/3Al+=+,

где =* ,   – тепловой эффект окисления алюминия, кДж/кг;

– масса окисленного углерода, кг.

По данным паспорта плавки количество алюминия составляет:

=(0,909*129700)/100=1179 кг

В процессе плавки весь алюминий окисляется, значит, количество теплоты от окисления алюминия определим по формуле:

=28600*1179=33719400 кДж.

Окисление железа

Угар железа в ванне за период плавки составляет 142 кг/т.

Тогда общее количество железа, окислившееся до FeO и ,составит:

Принимаем, что железо окисляется до FeO и  в соотношении 50/50. Значит .

Окисление железа до FeO происходит по реакции:

2Fe+=2FeO+,

где =*  ,  – тепловой эффект окисления железа до FeO, кДж/кг;

– масса угара Fe при окислении до FeO, кг.

=4820*9208,7=44385934 кДж

Окисление железа до  происходит по реакции:

4/3Fe+=+,

где =* ,  – тепловой эффект окисления железа до , кДж/кг;

– масса угара Fe при окислении до FeO, кг.

=7300*9208,7=67223510 кДж

=67223510+44385934=111609444 кДж

Окисление фосфора

Окисление фосфора происходит по реакции:

4Р+=+,

где =* Ʃ,   – тепловой эффект окисления фосфора, кДж/кг;

Ʃ – масса окисленного фосфора, кг.

Окисление кремния

Окисление кремния происходит по реакции:

2Si+=2Si+,

где =* Ʃ,  – тепловой эффект окисления кремния, кДж/кг;

Ʃ – масса окисленного кремния, кг.

Так как содержание кремния в ходе плавки не менялось, тогда

Окисление марганца

Окисление марганца происходит по реакции:

2Мn+=2Mn+,

где =* Ʃ,  – тепловой эффект окисления марганца, кДж/кг;

Ʃ – масса окисленного кремния, кг.

Так как содержание марганца в ходе плавки не менялась, тогда =0кДж

Расход теплоты

=++++,

где  – расход теплоты для нагрева, расплавления и перегрева металла до заданной температуры, кДж;

– потери теплоты с отходящими газами, кДж;

– потери теплоты с химическим недожогом, кДж;

-  потери теплоты с уносимой коксовой пылью, кДж. Данные потери малы и поэтому принимаем их за ноль.

– потери теплоты в окружающую среду:

– потери теплоты теплопроводностью через под печи, кДж;

– потери теплоты теплопроводностью через поверхность не водоохлождаемой части стенки печи, кДж;

– потери теплоты излучением через открытое рабочее окно, кДж;

– потери теплоты излучением из рабочего пространства печи во время подвалки шихты, кДж;

– потери теплоты от внутренней поверхности свода во время подвалки шихты, кДж;

– потери теплоты с охлаждающей водой, кДж;

  1.  расход теплоты для нагрева, расплавления и перегрева металла до заданной температуры.

=, кДж,

- теплота, затраченная на нагрев, расплавление и перегрев скрапа, кДж

– теплота, затраченная на нагрев шлака, кДж

 =* , кДж,

– удельная теплота расходуемая на нагрев, плавление и перегрев скрапа до заданной температуры, кДж

– масса скрапа, кг

=, кДж, где

– средние теплоемкости твердого и жидкого металла, кДж/(кг*°С);

, – температуры плавления и перегрева металла, °С;

– средняя теплота плавления, кДж/кг

=0,348*(1550-20)+268+0,46*(1650-1550)=846 кДж/кг

=846,44*129700=109783268 кДж

Теплоту, затраченную на нагрев шлака, определим по формуле:

=, кДж,

где  – количество шлака перед его спуском, кг;

– средняя теплоемкость шлака, кДж/(кг*°С);

– температура шлака, °С;

Общее количество шлака, перед его спуском, для принятой шихты составит 9,6% от массы металла, т.е. =0,096*129700=12451,2 кг

=12451,2*0,17*1670=3492561,6 кДж.

Тогда расход теплоты на нагрев, расплавления и перегрев металла до заданной температуры будет составлять:

=109783268+3492561,6=113275830 кДж.

  1.  Потери теплоты с отходящими газами.

=,

где  – объем отходящих газов за период плавления металла, ;

средняя теплоемкость отходящих газов, кДж/;

, - температура газов в период плавления, °С;

=Ʃ ,

где Ʃ – общий объем отходящих газов,

– период плавления металла, ч;

=120000*0,72=86400

                   кДж/,

где ,,– средние теплоемкости газов при , кДж/;

,– концентрации компонентов в отходящих газах, %;

Объем воды в дымовых газах будет равен:

=1,98

=1,98*868=1720.4

         0,01*(2,1692*10+1,3996*20+0,998*1,4+1,4645*15+1,3846*53,6) =1,47 кДж/,

= ;

=(1800-20)/2=890°С

=86400*1,47*890=113037120 кДж

  1.  Потери теплоты с химическим недожогом.

** кДж,

где  - объем отходящих газов за период плавления металла, ;

– концентрация оксида углерода в отходящих газах, %;

- теплота сгорания оксида углерода, кДж/;

=0,01*86400*10*12644=109244160 кДж

  1.  Потери теплоты в окружающую среду .

4.1. Потери теплоты теплопроводностью через под печи.

 =  кДж,

где  – удельный тепловой поток, кДж/;

– площадь наружной поверхности пода, ;

= ((/,

– температура внутренней поверхности стенки и окружающей среды, °С;

толщина i-того слоя, м;

– теплопроводность материала i-того слоя, /°С);

– суммарный коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности в окружающую среду, Вт/(°С);

– время плавления металла, с;

Подина состоит из 4-х слоев:

  •  металлический каркас печи толщиной 0,035 м. Коэффициент теплопроводности составляет=48,1 Вт/(°С);
  •  асбестовый картон толщиной 0,015м. Коэффициент теплопроводности асбестового картона вычислим по формуле:

=0,16+0,14**t, Вт/(°С);

=0,16+0,14**500=0,23 , Вт/(°С).

  •  Кирпичная кладка в 2 ряда толщиной 0,075 м.

Таблица 4. – Физико–химические свойства периклазового материала.

Материал

Содержание,%

Плотность,

кг/

Пористость,

%

MgO

CaO

Si

П - 2

более 91

менее

3

менее

3

менее 2,5

более

3

менее

22

Коэффициент теплопроводности периклазового материала вычислим по формуле:

=6,84-6,1**t+2,2*=2,93 , Вт/(°С);

=6,84-6,1**1000+2,2*=2,93 , Вт/(°С).

  •  Для рабочего слоя футеровки подины применяют периклазовые или периклазуглеродистые набивные массы толщиной 0,5 м.

Таблица 5 – Физико химические свойства масс рабочего слоя подины

Материал

Содержание,%

Температура эксплуатации,

°С

Флакция,

мм

MgO

CaO

Si

Набивная масса

75-77

8-20

0,6

0,4

более

1750

0-5

Коэффициент теплопроводности набивной массы вычислим по формуле:

=12,2-11,7**t+4,4*=2,93 , Вт/(°С);

=12,2-11,7**1650+4,4*=4,87 , Вт/(°С)

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду рассчитывается по формуле:

=К*Вт/(°С),

где К – коэффициент, учитывающий положение горизонтальной поверхности в пространстве;

-температура окружающей среды и наружной поверхности пода, °С;

- температура окружающей среды и наружной поверхности пода, К;

– постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(;

– степень черноты наружной поверхности стенки пода;

=1,6* Вт/(°С);

=(1650-20)*3324/(0,015/0,23+0,035/48,1+0,15/2,94+0,5/4,87+1/14) =18693,3/;

Поверхность пода при сферическом днище с точностью, достаточной для инженерного расчета , примем ровной и рассчитаем по формуле:

,

1.15*3.14*=41,7

Потери теплопроводностью через под печи:

4.2. Потери теплоты теплопроводностью через поверхность не водоохлождаемой части стенки печи.

=  кДж,

где  – удельный тепловой поток, кДж/;

– площадь наружной поверхности не водоохлождаемой стенки, ;

=2.4* Вт/(°С);

=(1650-20)*3324/(0,015/0,23+0,035/48,1+0,46/4,87+1/16,7) =24627,8/;

Площадь поверхности стенки

=*, ,

- внутренний диаметр кожуха, м;

- футерованная высота стенок, м;

=3,14*6,8*0,9=19,2

=24627,8*19,2=472853,76 кДж.

.3.   Потери теплоты через открытое рабочее окно.

Потери теплоты излучением вычисляют по следующей формуле:

=  кДж,

где  – удельный тепловой поток, кДж/;

– площадь наружной поверхности не водоохлождаемой стенки, ;

Ф – коэффициент диафрагмирования.

=,

 – приведенный коэффициент излучения, кДж/(;

,- температура в печи и окружающей среды, К;

– период времени открытого рабочего окна, ч;

=16,7 кДж/;

Площадь рабочего окна:

,

Где а – ширина рабочего окна, м;

b – высота рабочего окна, м;

=1,3*0,99=1,29

=91297,6*1,29*0,65=76553 кДж

  1.   Потери теплоты излучением из рабочего пространства печи во время подвалки шихты.

=  кДж,

  – удельный тепловой поток, кДж/(;

– площадь рабочего пространства печи, ;

– период времени открытого рабочего пространства печи, ч;

=16,7 кДж/

=*, ,

 – внутренний диаметр свода печи, м;

=(3,14*)/4=40 ,

=1959157*40*0,034=2664454 кДж

  1.  Для определения потерь теплоты от внутренней поверхности свода во время подвалки шихты.

=  кДж,

       – плотность теплового потока, кДж/(;

– площадь внутренней поверхности свода, ;

– период времени подвалки шихты, ч;

=16,7 кДж/

=*, ,

=(3,14*)/4=41,5

=1959157*41,5*0,034=2764371 кДж

  1.  Потери теплоты с охлаждающей водой.

=  кДж,

– потери теплоты с охлаждающей водой на своде, кДж;

- потери теплоты с охлаждающей водой на кожухе печи, кДж;

кДж,

 – объем воды, расходуемый на охлаждение свода, кг/ч;

– теплоемкость воды при температур, кДж/(кг*°С);

разность температур воды на выходе и входе водоохлаждаемого элемента, С;

– время плавки, ч;

=475000*4,2013*15*0,92=27539521,5 кДж

кДж,

 – объем воды, расходуемый на охлаждение кожуха печи, кг/ч;

– теплоемкость воды при температур, кДж/(кг*°С);

разность температур воды на выходе и входе водоохлаждаемого элемента, С;

– время плавки, ч;

=875000*4,2058*10*0,92=33856690 кДж

Суммарные потери с охлаждающей водой:

=27539521,5+33856690=61396211,5кДж

Общие потери теплоты в окружающую среду:

=+++++

=472853,76+76553+2664454+2764371+61396211,5      =68154760 кДж

=113275830+113037120+109244160+68154760= 403711870 кДж

=(403711870-396867014)*100/403711870=1,7%

Таблица 6. – Сводные данные о тепловом балансе печи.

Параметр

кДж

%

Приход теплоты

1.Приход теплоты от электрической дуги

179460000

45,2

2.Теплота от сгорания природного газа

30720256

7,7

3.Физическая теплота материалов:

Металлического лома

Извести

Кокса

1381291,4

1232000

86874,4

61346

0,35

0,31

0,02

0,015

4.Приход теплоты от экзотермических реакций:

Окисления углерода

Окисления алюминия

Окисления серы

Угара железа

185305460

39665120

33719400

311500,8

111609444

46,7

10

8,5

0,08

28,1

Суммарный приход теплоты

396867014

100

Расход теплоты

1.Расход теплоты на нагрев и расплавление шихты, перегрев металла.

113275830

28,05

2.Потери теплоты с отходящими газами

113037120

28

3.Потери теплоты с химическим недожогом

109244160

27,05

4.Потери теплоты в окружающую среду:

  •  Потери теплоты теплопроводностью через под печи
  •  Потери теплоты теплопроводностью через поверхность не водоохлождаемой части стенки печи
  •  Потери теплоты через открытое рабочее окно
  •  Потери теплоты излучением из рабочего пространства печи во время подвалки шихты
  •  Потери теплоты от внутренней поверхности свода во время подвалки шихты.
  •  Потери теплоты с охлаждающей водой

68154760

472853,76

76553

2664454

2764371

61396211,5

16,9

0,19

0,12

0,02

0,66

0,68

15,2

Суммарный расход теплоты

403711870

100

Заключение

В ходе данного курсового проекта были рассчитаны горение природного газа в кислороде и воздухе, материальный и тепловой баланс дуговой сталеплавильной печи ёмкостью 120 тонн (ДСП - 120) фирмы «Даниэли».

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома. В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.


Список литературы

  •  Скрап карбюраторный процесс при производстве стали в мартеновских печах./В.А.Старцев, Г.В.Воронов, В.И.Лобанов, Э.А.Шумахер, Э.Э.Шумахер. Екатеринбург 2004г.
  •  Дипломное и курсовое проектирование теплотехнических агрегатов/ Н.Б. Лошкарев, А.Н. Лошкарев, Л.А. Зайнулин. Екатеринбург: ГАО ВПО УГТУ – УПИ, 2007.
  •  http://uas.su/books/2011/kslitok/12/razdel12.php
  •  Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е./ Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М. изд. «Металлургия». 1995г.
  •  Паспорт плавки № 722734 от 11.05.2007.
  •  Кацевич Л.С. «Расчет и конструирование электрических печей.»,

                             М.: «Энергия», 1972г.

  •  Дорогов Н.И. «Тепловой и материальный балансы электро-

                              сталеплавильных печей.», М.: «Энергия», 1971г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45891. Базирование заготовки 20.76 KB
  Базирование заготовки основывается на правиле 6 точек: чтобы предать заготовке вполне определенное положение в приспособлении надо и достаточно иметь 6 опорных точек лишающих заготовку всех 6 степеней свободы. Больше 6 точек использовать не допустимо изза лишних опрных точек заготовку не удаётся установить в приспособлении или после закрепления положение при базировании нарушится. Количество опорных точек определяется условием выполнения операции и в первую очередь числом выдерживаемых на ней исходных параметров и схемой их расположения по...
45892. Приспособления для агрегатных станков и автоматических линий 28 KB
  Приспособления для агрегатных станков и автоматических линий В связи с широким внедрением в промышленность прогрессивного металлорежущего оборудования станков с ЧПУ а также агрегатных станков и автоматических линий значительно возросли требования к технологической оснастке. Правильное решение вопросов оснащения станков с ЧПУ прогрессивными приспособлениями и другой оснасткой позволяет получить максимальный эффект от внедрения этих станков.
45893. Особенности конструкций приспособлений для сверлильных станков 27.63 KB
  Для устранения этого недостатка применяют многошпиндельные сверлильные головки. Головки могут быть специальными и универсальными. В крупносерийном и массовом производстве в основном применяются специальные многошпиндельные головки т. головки с неизменным расположением шпинделей.
45894. Система допусков и посадок для подшипников качения 14.37 KB
  Выбор посадок подшипников качения Весьма важным в обеспечении высокой работоспособности подшипников является выбор посадок колец подшипника с присоединяемыми поверхностями деталей изделия. Основными факторами определяющими выбор посадок являются: вид нагружения колец подшипника; величина нагрузки интенсивность нагружения; частота вращения; условия монтажа. Главным фактором при выборе посадок является вид нагружения наружного и внутреннего колец подшипника. Если Fr Fc то нагружение колец может быть местным или циркуляционным в...
45895. Допуски и посадки шлицевых соединений 47.67 KB
  Шлицевые соединения предназначены для передачи крутящих моментов в соединениях шкивов муфт зубчатых колес и других деталей с валами.Шлицевые соединения кроме передачи крутящих моментов осуществляют еще и центрирование сопрягаемых деталей. Шлицевые соединения могут передавать большие крутящие моменты чем шпоночные и имеют меньшие перекосы и смещения пазов и зубьев.В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на соединения с прямобочным эвольвентным и треугольным профилем зубьев.
45896. Категории и виды стандартов. Стандарт. Стандартизация 17.75 KB
  Категории и виды стандартов Стандарты в РФ являются обязательными в пределах установленной сферы их действия и подразделяются на следующие категории: государственные стандарты ГОСТ; отраслевые стандарты ОСТ; республиканские стандарты союзных республик РСТ; стандарты предприятий СТП. Государственные стандарты обязательны к применению всеми предприятиями организациями и учреждениями во всех отраслях народного хозяйства. Государственные стандарты утверждает Государственный комитет по стандартам. Отраслевые стандарты обязательны...
45897. Определение основных понятий менеджмента. Цели менеджмента 12.53 KB
  Термин менеджмент применяется только в отношении управления соцэкономическими процессами производственнохозяйственной деятельности на уровне организации предприятия или фирмы. Менеджер должностное лицо занятое руководством в организации осуществляющий процессы планирования координации регулирования организации и контроля всех видов ресурсов включая трудовые. Конечная цель менеджмента это обеспечение деятельности фирмы путем рациональной организации производственного процессауправления производством развития технологической и...
45898. Функции менеджмента: планирование, организация 12.53 KB
  Функции менеджмента: планирование организация. Планирование это определение будущего желаемого состояния объекта управления то на что направлено управляющие воздействие т. Планирование подготовка сегодня завтрашнему дню.стратегическое планирование высший уровень планирования попытка взглянуть долгосрочный в перспективе основополагающие составляющие фирмы.