Материал: Процесс выплавки стали в дуговых печах

Из этого на теплоизоляционный слой обычно приходится 220-250 мм. Остальное приходится на слой огнеупорного кирпича и набивную часть подины.

Своды большинства дуговых сталеплавильных печей выкладываются огнеупорными кирпичами без тепловой изоляции. Толщина футеровки свода  м. Футеровка стен может иметь небольшой по толщине слой тепловой изоляции между огнеупорной кладкой и кожухом печи. Толщина огнеупорного слоя  и теплоизоляция .

Размеры ванны дуговой печи занесены в таблицу 10.

Таблица 6

Расчетные геометрические параметры дуговой сталеплавильной печи

.5       Расчёт тепловых потерь

Полный энергетический баланс дуговой сталеплавильной печи включает расход и приход энергии.

Расход энергии:

1.  На нагрев, расплавление и перегрев металла и шлака (полезное тепло на весь цикл) Qпц.

где    Gм - масса загружаемого печь скрапа;

Gш1, Gш2 - массы шлаков окислительного и восстановительного периодов;

gм, gш - удельные энергии, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева до заданной температуры I кг металла или шлака.

–       Масса загружаемого в печь скрапа с учетом угара части металла

где    G - масса получаемого жидкого металла;

Kуг - коэффициент угара (Kуг = 5-6 %).

Тогда

–       Масса шлака окислительного и восстановительного периода

–       Gш1=0,кг.(плавка с частичным окислением)

–       Gш2=(0,03-0,04)G=кг.

–       Удельная энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева до заданной температуры I кг металла

где    СТср - средняя теплоемкость материала (СТср = 0.195 Вт×ч/кг);

СЖср - средняя теплоемкость металла (СЖср = 0.23 Вт×ч/кг);

DHф - скрытая теплота плавления (DHф = 75 Вт×ч/кг);

Tпер - температура перегрева       (Tпер = 1610 °С);

Tпл - температура плавления        .

Температура плавления для заданной марки стали

где    TFe - температура плавления чистого железа (TFe = 1539 °С);

DT - снижение температуры плавления при введении 1 % элемента (DTС =81, DTSi = 9.7, DTMn = 4.9, DTСr = 1.6, DTNi = 3.9);

X - концентрация элемента.

Тогда

–       Удельная энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева до заданной температуры I кг шлака определяется по формуле

где    m - процентное содержание в шлаке вещества

;

 - удельная энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева этого вещества

().

То удельная энергия шлака

Тогда полезное тепло за весь цикл

3.6    Потери тепла:

3.6.1 С теплоотдающей поверхности печи Qтп

Тепловые потери через футеровку дуговой печи рассчитать раздельно для свода, стен и подины. Поскольку боковая стенка имеет по высоте участки с различной толщиной, потери рассчитывают раздельно для каждого участка. Вначале определяют удельные тепловые потери на 1 м², затем эти потери умножают на соответствующие площади внешней поверхностей футеровки. Теплопроводность огнеупоров зависит от температуры по закону, близкому к линейному

Тепловое поле в установившемся режиме внутри плоской стенки описываются дифференциальным уравнением

Плотность теплового потока

Удельный тепловой поток от натужней поверхности футеровки в окружающую среду

Коэффициент теплоотдачи a зависит от температур стенки и окружающей среды Т0. Эта зависимость для стенки, охлаждаемой воздухом, при естественной конвекции аппроксимирована формулой

где а = 8.8; в = 0.057 (при температуре окружающей среды 20°С).

В установившемся режиме

Основываясь на выше написанные данные производят расчеты удельного теплового потока при заданных температурах на внутренней поверхности стенки и окружающей среды на ЭВМ.

Для многослойной футеровки взаимосвязь между температурой на внутренней поверхности футеровки и удельным тепловым потоком удобнее находить расчётом перепадов температур на тепловых сопротивлениях многослойной стенки при заданном тепловом потоке.

Расчеты для плоской двухслойной стенки проводят с помощью ЭВМ.

Потери с теплоотдающей поверхности

где Pтп - мощность потерь с теплоотдающей поверхности;

tп - продолжительность плавки (tп = 5 ч).

3.7    Потери через свод

Свод однослойный из термостойкого кирпича, теплопроводность которого зависит от температуры зависимостью

Таблица 7

Данные свода и среды для расчёта тепловых потерь через свод

Таблица 8

Данные параметров теплопередачи через свод

Рис. 7. Зависимость удельных потерь в наружной поверхности свода от температуры на внутренней поверхности свода

Площадь наружной поверхности свода

мощность потерь со свода

Потери через свод

3.8    Потери через стенку

Стенка двухслойная: первый слой (теплоизоляционный слой) - из шамотного кирпича, теплопроводность которого зависит от температуры зависимостью

второй слой (огнеупорный слой) - из магнезитового кирпича, теплопроводность которого зависит от температуры зависимостью

Подбираем диапазон удельного теплового потока добиваясь того, чтобы температура печи Т3 менялась от 500 до 1650°С .

Таблица 9

Данные стенки и среды для расчёта тепловых потерь через стенку

Таблица 10

Данные параметров теплопередачи через стенку

Рис. 8. Зависимость удельных потерь в наружной поверхности стенки от температуры на внутренней поверхности стенки

Площадь наружной поверхности стенки

мощность потерь через стенку

Потери через стенку

3.9    Потери через подину

Подина двухслойная: первый слой (теплоизоляционный слой) - из шамотного кирпича, второй слой (огнеупорный слой) - из магнезитового кирпича.

Подбираем диапазон удельного теплового потока добиваясь того, чтобы температура печи Т3 менялась от 500 до 1650°С .

Таблица 11

Данные стенки и среды для расчёта тепловых потерь через подину

Таблица 12

Данные параметров теплопередачи через подину