Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • 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 j). Эта статья для печей одной емкости составляет 60 – 80 %.

    = 179460000 кДж

    2. - 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

    3. 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;

    4. 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.

    2. Потери теплоты с отходящими газами.

    = ,

    где – объем отходящих газов за период плавления металла, ;

    средняя теплоемкость отходящих газов, кДж/ ;

    , - температура газов в период плавления, °С;

    ,

    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

    3. 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

    4. 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 менее менее 2, 5 более менее

    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 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

    4.4. 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

    4.5. 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

    4.6. 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 навыходе 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 навыходе 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   45, 2
    2.Теплота от сгорания природного газа   7, 7
    3.Физическая теплота материалов: Металлического лома Извести Кокса 1381291, 4 86874, 4 0, 35 0, 31 0, 02 0, 015
    4.Приход теплоты от экзотермических реакций: Окисления углерода Окисления алюминия Окисления серы Угара железа 311500, 8 46, 7 8, 5 0, 08 28, 1
    Суммарный приход теплоты    
    Расход теплоты
    1.Расход теплоты на нагрев и расплавление шихты, перегрев металла.   28, 05
    2.Потери теплоты с отходящими газами    
    3.Потери теплоты с химическим недожогом   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   472853, 76   61396211, 5 16, 9 0, 19   0, 12   0, 02 0, 66 0, 68 15, 2
    Суммарный расход теплоты    

     

     

    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.

    · https://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.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.