4. Приклад розахунку

Розрахувати дугову сталеплавильну пiч з кислою футерівкою номінальною мiсткостi 6 т, яка виплавляє звичайну вуглецеву сталь.

4.1 Основнi розмiри плавильного простору

Об’єм сталi в ваннi (1)

V = 0,145 · 6 = 0,87 м³

Повний об’єм ванни до порогу робочого вiкна (2)

V = 0,87 + 0,05 · 6 + 0,1 · 0,87 = 1,05 м³

3,0

Повна висота ванни Н до рiвня порогу робочогу вiкна (3):

Н = 0,38 · 6^0,25 = 0,595 м ~ 0,6 м ,

з них висота конiчної частини Н1 = 0,48 м i сферичної Н2 = 0,12 м, ΔН= 0,09 м.

d_eл

D₂

d_pe

Рис.3. Знаходження дiаметру розпаду електродiв

Діаметр ванни на рівні порогу робочого вікна (4):

d₁ = 0,89 * 0,6 + =2,075 м

Діаметр плавильного простору на рівні відкосів (5):

Д₁ = 2,075 + 2 * 0,09 = 2,255 м

Висота плавильного простору (5):

К = 0,45 * 2,255 = 1,045 м

Верхній діаметр плавильного простору (6);

Д₂ = 2,255 + 2 * 0,08(1,045-0,09) = 2,407 м

Стріла склепіння:

К = 0,1 * 2,407 = 0,24 м

Робоче вікно (7):

М = 0,33*2,255 = 0,77 м

N = 0,7*0,77 = 0.54 м

ΔN = 0,13 * 0,77 = 0,1 м

Товщина череня (8):

Е = 0,4 * = 0,5 м

Виконання череня:

діатомова засипка - 0,02 м

шамот легковагий 2x65 мм - 0,13 м

динасова цегла 2x113 мм - 0,226 м

набивка - 0,124 м

Всього - 0,5 м

Виконання стін:

азбест - 0,01 м

шамот легковагий 2x65 мм - 0,13 м

динасова цегла 65 мм + 230 мм - 0,295 м

Всього - 0,435 м

Склепіння з динасової цегли - L = 0,23 м

Діаметр кожуха печі Дк (9):

Дк = 2,255 + 2 /0,295 + 0,14/ = 3,125 м

Зовнішній діаметр кожуха на рівні п’ят склепіння Дк.з. (10):

Дк.з. = 3,125 + 2*0,018 = 3,161 м

4.2 Тепловий баланс

Допустимо, що для плавки вуглецевої сталі в печі з кислою футерівкою, яка загружається зверху, слідуючу тривалість операцій, год. – хв.:

очистка та заправка печі - 0-10

завалка - 0-05

розплавлення - 1-20

окисний період - 0-20

відновний період - 0-30

випуск - 0-06

Всього

Прихід теплоти

Електроенергія, яка забирається з мережі:

Q_ee = W, кВт * г

Теплота окислення електродів (11).

Витрата графітованих електродів при кислому процесі дорівнює 4-6 кг/т. Приймаємо для розрахунку 5 кг/т рідкої сталі.

Q_ee = 0,6*33500*5*6 = 603000 кДж = 167,6 кВт*г

Теплота екзотермічних реакцій Q_єкз для звичайної плавки в печі з кислою футерівкою приймають 2 % від загальної кількості приходу теплоти:

Q_прих = W + 167,6 + 0,02 (W + 167,6), кВт*г

Витрати теплоти

Тепловий вміст металу Q_мет (13):

Q_мет = 6000*[0,703/1500-10/+272,1+0,816/1620-1500/] =

= 8504940 * 2,78*10^-4 = 2364,4 кВт*г

Тепловий вміст шлаку Q_шл , приймаючи кратність шлаку 0,05:

Q_шл = 1,09/1650-10/ + 209,4*6000*0,05 = 599100 кДж =

= 599100*2,78*10^-4 = 166,5 кВт.г

Теплота ендотермічних реакцій Q_енд . Головним ендотермічним процесом в дугових печах є окислення вуглецю рудою. На І кг вуглецю, який окислився, затрачують 6814,7 кДж теплоти.

При окисленні 0,2 % вуглецю потрібно:

6614,7*0,002*6000 = 81776,4 кДж

На інші ендотермічні реакції при кислому процесі втрати тепло­ти складають приблизно половину цієї величини. Всього на ендотермічні реакції:

Q_енд = 1,5 * 81776,4 = 122664,6 кДж = 34,1 кВт*г

Втрати теплоти крізь кладку Q_кл (14).

Теплопровідність вогнетривких матеріалів розраховують по рівнянням, які наведені в табл. Д1.

Втрата крізь бокові стінки.

Задаємося середніми температурами шарів і визначаємо для них коефіцієнти теплопровідності. Всі дані для розрахунку теплових опорів зводимо в таблицю 3.

Тепловий опір стінки (15):

R_т = +

+0,043769+0,005825=0,0615 к/Вт

По (16) Q_max = =20975,7 Вт

Максимальний питомий потік (17):

q_max = =2189,5 Вт/м²

Таблиця 2. Розміри футерівки печі

Частина футерівки печі	Найменування шару	Товщина шару, S, м		Площа, м2			Примітка
				внутріш- ня Fвн	зов-нішня Fзов	Роз-рахун- кова Fр
Стіни	Динас шамот легко-вагий ШЛБ-0,4 азбест	0,2950,75--0,22 0,13 0,01		7,78 9,18 9,56	9,13 9,58 -	8,43 9,34 9,58	F= Fp=
черінь	динас (кладка + набивка) шамот легко-вагий ЕШ-1,0 кришка діато-мова КД-500	0,35 0,13 0,02		4,87 8,89 10,75	8,89 10,76 -	6,57 9,78 107	Fк= F=2rh Fp=
склепіння	Динас		0,230,75- -0,17	5,74	-	5,74	Горизонтальна проекція склепіння

Таблиця 3. дані для розрахунку теплового опору стінки

Шар стінки	S, м	Fp, м2	tcp, oC	, Вт/(мK)
				Розрахункова формула	Одержані значення
динас шамот легковагий ШЛБ-0,4 азбест БТ	0,22 0,13 0,01	8,43 9,34 9,59	1200 600 200	1,4+0,66 10-3tcp 0,15+0,28 10-3tcp 0,128+0,255 10-3tcp	2,19 0,318 0,179

Відповідно рис. 2, точка перетину дає температуру зовнішньої поверхні 135 °С.

Повний потік крізь стінку становить:

Q = =18943,1 Вт

За плавку при її тривалості 2,5 год. втрати крізь стінку становлять:

Q_ст = 18943,1*2,5=47357 Вт*г = 47,36 кВт*г

Перевіряємо правильність прийнятих значень теплопровідності (18):

Δt₁ = 18943,1*0,011906 = 225

Δt₂ = 18943,1*0,043769 = 829

Δt₃ = 18943,1*0,005825 = 110

Звідси визначаємо середини температури шарів футерівки (19):

Розходження з попередньо прийнятими значеннями становить:

Δ =0,46%

Δ =5,1%

Δ =1,67%

Так, як розходження менше 10%, перерахунку теплового потоку не проводимо.

Таблиця 4. Уточнені значення теплопровідності

Наймену-вання шару	t, 0С	Температура пару, °С			Теплопровідність
		макси-мальна	мінімальна	середня	уточнене значення	попередньо прийняте значення
Динас	225	1300	1075	1187,5	2,18	2,19
Легковагий шамот	329	1075	246	660,5	0,335	0,318
Азбест		246	135	190,5	0,176	0,179

Втрати крізь черінь