Материал: Процесс выплавки стали в дуговых печах

Рис. 9. Зависимость удельных потерь в наружной поверхности подины от температуры на внутренней поверхности подины

Площадь наружной поверхности подины

мощность потерь через подину

Потери через подину

Потери тепла с теплоотдающей поверхности печи

3.10  Излучением через рабочее окно Qо

Мощность потерь через рабочее окно

где    q - плотность потока (q = 410 Вт/м ²);

F - поверхность окна (F » (N+DN)×M - DN ² = (0.587 + 0.117)×0,87 - 0.12 ² = 0,6 м ²).

Тогда

Потери тепла через рабочее окно

где    tп - продолжительность плавки (tп = 3,5 ч).

Тогда

Открытым рабочим пространством во время завалки, подвалки и механизированной заправки Qпр.

Потери межплавочного простоя

где    Kнп - коэффициент неудачных потерь (Kнп = 1.15);

tпр - время межплавочного простоя (tпр = 0.5 ч).

Тогда

С охлаждающей водой Qвод.

Qвод составляют 3-5 % общего тепла плавки

С охлаждающими газами Qгаз.

Qгаз составляют 2-6 % общего тепла плавки

Активные электрические потери в источнике питания и токоподводе - Wэл.пот.

Определяется через электрический КПД hэл, составляющий 0.85-0.95

где    Wэл - активная электроэнергия.

Тепло, аккумулированное футеровкой или отданное ею в рабочее пространство Qак, входит в расходную или приходную часть баланса соответственно. Его нужно учитывать при длительных простоях печи. При круглосуточной работе печи и незначительных межплавочных простоях это тепло при составлении теплового баланса можно не учитывать. Принимаем это допущение.

Приход энергии:

1.  Тепло химических реакций, приходящих в ванне (разность тепловых эффектов экзотермических и эндотермических реакций

–       Тепло экзотермических реакций

где    goi - тепловые эффекты реакции окисления (табл. 17);

moi - масса окисленного i-го элемента (табл. 9).

Таблица 13

Тепловые эффекты реакции окисления и массы окисленных элементов

Таким образом

–       Тепло эндотермических реакций составляет (0.3÷0.6)×Qэкз.

Тогда

или

2. Физическое тепло шихтовых материалов, подаваемых в печь Qш.

При работе печи на твёрдой завалке физическое тепло шихтовых материалов составляет незначительную долю общего тепла цикла и в этом случае Qш можно пренебречь.

3. Активная электроэнергия Wэл

,

где      коэффициенты, учитывающие потери тепла с охлаждающей водой и отходящими газами. Тогда

Таким образом, активные электрические потери в источнике питания и токоподводе

Тепло дополнительных источников энергии Qдоп.

Принимаем допущение о незначительном влиянии тепловых источников энергии, т. е. Qдоп = 0.

Уравнение энергетического баланса для всего цикла в общем виде:

т. е. энергетический баланс для всего цикла сходится.

Тепловой КПД печи

.

Общий КПД печи

.

Данные энергетического баланса приведены в таблице 14

Таблица 14

Данные энергетического баланса

Увеличить КПД печи и общее КПД можно за счет уменьшения потерь. Анализируя данные энергетического баланса, можно сделать некоторые замечания. На активные электрические потери можно повлиять незначительно. Например, добиваться того, чтобы уменьшить длину токоподвода если это возможно. Уменьшить потери через наружную поверхность свода, стенки и подины путём изменения материала теплоизоляции или характера теплоизоляционного слоя. Например, в теплоизоляционном слое использовать два материала с различными свойствами, добиваясь того, чтобы удельный тепловой поток из наружной части уменьшился. Соответственно уменьшатся потри через теплоотдающую поверхность печи. Нужно стремится, уменьшить потери простоя за счёт согласованной работы персонала сопровождающие процесс выплавки стали.

3.11   Выбор источника питания печи

Мощность печного трансформатора определяют по условиям расплавления, во время которого потребляемая печью мощность максимальная. Средняя активная мощность Pср периода расплавления определяется расходом электроэнергии и продолжительность этого периода (tр= 2.75 ч)

где    Wэл - суммарный расход электроэнергии в период расплавления.

Упрощенный энергетический баланс периода расплавления при отсутствии дополнительных источников тепла

где    Qпр - тепло на нагрев, расплавление и перегрев металла и шлака во время расплавления.

Полезное тепло периода расплавления

где    Gм, Gш - масса металла и шлака в период расплавления.

Таким образом

Удельный расход электроэнергии на расплавление твёрдой завалки

Полная номинальная мощность печного трансформатора

где    Kисп - коэффициент использования мощности печного трансформатора в период расплавления (Kисп =0.85);

cos j - средний коэффициент мощности электропечной установки в период расплавления находящийся в пределах 0.68-0.72.

Тогда                           

Выбираем печной трансформатор номинальной мощностью S = 25000 кВ×А.

4.
Описание основного оборудования цеха

Планировка цеха, показанного на стр. , и организация в нем основных работ характерны для многих строившихся ранее отечественных ЭСПЦ. Характерные особенности цеха следующие: разливка стали в изложницы, подача в цех всех материалов через шихтовой пролет, расположение печей на границе печного и разливочного пролетов.

Цех состоит из трех пролетов: шихтового А―Б, печного Б―В и разливочного В―Г. В некоторых цехах, выплавляющих стали сложного электропечного сортамента, дополнительно имеются пролеты термической обработки или обдирки слитков.

В печном пролете, перекрытом рабочей площадкой 25, между колоннами ряда В размещены электропечи 15 на двух железобетонных опорах каждая и рядом с ними на рабочей площадке - печные подстанции 14 и пульты управления 31. Расположение печей обеспечивает выпуск стали в разливочный пролет и вместе с тем возможность замены свода и обслуживания ремонта печей кранами печного пролета. Рабочая площадка печного пролета выступает в шихтовой пролет, образуя балкон 24, на котором имеются стеллажи 11 для мульд, площадки для установки переносных контейнеров с сыпучими материалами и газовые печи 10 для прокаливания ферросплавов. В торце печного пролета на нулевой отметке расположен участок 7 наборки сводов. Печной пролет оборудован мостовыми завалочными кранами 27 и крановыми завалочными машинами 26.

В шихтовом пролете установлены мостовые краны 22, оборудованы грейферами, электромагнитами, мульдовыми захватами.

Разливочный пролет оборудован разливочными кранами 30; в нем имеются разливочные площадки 19 и пути 20, шлаковый путь 21, ямы 18 для ремонта ковшей, участки 17 наборки и сушки стопоров, стенды для сталеразливочных и шлаковых ковшей.

Организация основных работ в цехе следующая. Стальной лом и чушковый чугун привозят в шихтовой пролет в железнодорожных вагонах на путь 1 и разгружают магнитным краном 22 в ямные бункера 2. Отсюда их магнитным краном загружают в корзины, находящихся на самоходных тележках на стендах 6, оборудованных платформенными весами. После заполнения корзины тележка транспортирует ее по поперечному ширококолейному пути 9 в печной пролет, где корзину краном 27 поднимают через проем 16 в рабочей площадке и доставляют к печи для загрузки. Корзину опускают краном сверху в открываемое рабочее пространство печи и размыкают створки днища. Опорожненную корзину тем же путем возвращают в шихтовой пролет.

Сыпучие материалы привозят на путь 4 и разгружают из вагонов в ямные бункера 3, где хранится их запас. Далее сыпучие материалы грейферным краном загружают в переносные бункера, снабженные внизу секторными затворами; бункера поднимают краном шихтового пролета и устанавливают на балкон 24. Открывая затвор, высыпают порцию материалов мульду, которую подают под бункер с помощью крановой завалочной машины 26. Далее машина загружает из мульды в печь через рабочее окно или высыпает материалы на рабочую площадку у печи. Часть материалов из ямных бункеров загружают в мульды, которые подают на стеллажи 11 балкона. Некоторые материалы доставляют в полет также в снабженных снизу затворами контейнерах, которые сразу ставят на балкон 24.

Ферросплавы привозят в саморазгружающихся контейнерах и иногда на платформах россыпью и разгружают в наземные бункера 12 с оградительными стенками (закромами) или в подвесные стационарные бункера 8, снабженные внизу затворами для выдачи материалов. Часть ферросплавов из привозимых саморазгружающихся контейнеров выгружают непосредственно в мульды, установленные на стеллажах 13 пола шихтового пролета. Из закромов 12 и подвесных бункеров 8 ферросплавы загружают в мульды, которые устанавливают на стеллажах 13.

Затем мульды краном поднимают и устанавливают на стеллажи 11 балкона, откуда их потом забирают завалочной машиной 26 и устанавливают в печь 10. После прокаливания ферросплавы машиной 26 загружают в электропечь.

В шихтовом пролете установлена сушильная барабанная печь 5, дробилка для измельчения ферросплавов, бегуны для помола кокоса, весы. В торце пролета расположен склад электродов.

Сталь выпускают в ковш, удерживаемый под желобом печи крюками сталеразливочного крана 30, и далее ковш транспортируется к разливочным площадкам. Шлак из печи во время плавки сливают в ковш самоходной тележки, установленной под рабочим окном печи. После заполнения ковша тележка по перечным путям под печью выезжает в разливочный пролет, где ковши со шлаком с помощью разливочных кранов 30 переставляют на шлаковозы, вывозящие их из цеха по пути 21.