Контрольная работа: Расчет основных размеров восстановительной и рафинировочной печей

Таким образом, зная величину,определяем

0,33=75,87 (В)

Ток электрода:

 (5)

 кА

4. Ранее были приняты ориентировочные значения cos и . Для определения указанных величин необходимо знать активное сопротивление ванны, реактивное сопротивление (Xк ) и активное сопротивление короткой сети (Rк. )

Активное сопротивление ванны:

 (6)

 Ом.

Принимаем следующие значения

Хкс и Rкс:

Ом;

Ом.

Электрический коэффициент полезного действия

 (7)

, это хорошо согласуется с ранее принятым значением

Коэффициент мощности можно приближенно определить из выражения:

 (8)

.

Если не представляется возможность получить заданное (или более высокое) значение cosφ, то с целью повышения этой величины для мощных печей применяют установку продольно-емкостной компенсации (УПК).

5. Линейное напряжение печного трансформатора, соответствующее величине Unф, определяется по формуле:

 (9)

 (В).

Учитывая необходимость наличия пониженного при разогреве печи в пусковой период, а также возможность повышения мощности установки, определяем низшее и высшее значения рабочего напряжения из соотношения: .

Низшее напряжение (В).

Высшее напряжение (В).

Промежуточные значения ступеней напряжения между Uв;Uн„ отличаются на 5-6 вольт.

1.2 Определение геометрических размеров восстановительной печи

Для определения геометрических размеров ванны необходимо знать размер диаметра электродов.

1. Диаметр самоспекающегося электрода определяется исходя из его теплового баланса. Между током и диаметром электрода (в метрах) установлена степенная зависимость вида:  (10)

Величины с1 и т (см. Табл. 3), учитывающие вид сплава и условия теплообмена электродов, получены на основании анализа работы промышленных печей, имеющих лучшие технико-экономические показатели. Одну из таких печей принимают за "образцовую".

Таблица 3 Значение коэффициентов с1 и т

Тогда для ферросилиция

 или

Откуда dэ принимаем равным в соответствие с принятым рядом 1200 мм.

В России принят следующий ряд самоспекающихся электродов (мм): 750, 850,1000, 1200, 1400, 1700 и 2000. Ведется разработка электродов диаметром 2400 мм,

Таблица 4 Допустимые значения плотности тока в самоспекающемся электроде

Проверяется плотность тока электрода:

 А/см2,

что меньше допустимой величины (см. Табл. 4).

2. Размеры ванны определяются исходя из геометрического подобия проектируемой и "образцовой" печи. В качестве определяющего параметра принимается размер диаметра электрода. Геометрическое подобие обоих печей будет соблюдено при равенстве относительных значений

; ; ; (11)

(см. рис. 1) и одинаковой величины критерия подобия

. (12)

Формула выражает связь диаметра электрода с электрическими параметрами (Jф и Unф) и физической характеристикой шихты в виде усредненного удельного сопротивления фазы печи р.

Усредненное удельное сопротивление фазы р зависит от гранулометрического состава шихты, температуры в различных ее слоях и других факторов. Таким образом, величина р действительно отражает электрические свойства шихтовых материалов, а поэтому с достаточной точностью можно считать, что при одинаковой шихте р "образцовой" печи будет равно р проектируемой печи.

В качестве "образцовой" печи примем печь с Wmp= 21000 кВА и следующими характеристиками:

Если вычертить ванну "образцовой" печи в определенном масштабе (рис. 1) и определить для нее значения

, ,

то при dЭ =1400 мм можно определить значения в, f, L проектируемой печи

мм,

мм,

мм.

3. Диаметр ванны на уровне угольных блоков определяется по формуле:

, (13)

 мм.

Диаметр ванны выше угольных блоков можно определить из соотношения:

 мм. Внутренний диаметр кожуха .

Толщина футеровки стен () выбирается по тепловому расчету с обеспечением на кожухе температуры не выше 1500 С. Эти условия реализуются при = 750 мм. Тогда мм.

4. При определений диаметра распада электродов необходимо:

а) обеспечить равномерный прогрев материалов избежать возможности быстрого разгара футеровки;

б) предусмотреть не9бходимое расстояние между токонесущими элементами конструкций разных фаз печи. Диаметр распада электродов

; (14)

 мм.

Авторы работы рекомендуют определять Dрэ из соотношения:

. (15)

В данном расчете получено: .

Для печи с вращающейся ванной мм.

Уменьшение  для печи с вращающейся ванной объясняется тем, что при вращении ванны уменьшается объем и изменяется форма подэлектродной полости, уменьшается слой вязкого и высокоэлектропроводного вещества вокруг газовой полости, интенсивнее разрушается карбид кремния и обеспечивается более глубокая и устойчивая посадка электродов в шихту.

5. Определение высоты шахты и глубины погружения электрода в шихту.

Высота шахты L определяется условиями фильтрации и конденсации печных газов в слое шихты и конструктивными соображениями

L=l+H+h

где l-расстояние от торца электрода до подины (рис.1): Н - глубина погружения электродов в шихту; h- расстояние от поверхности колошника до верхнего края ванны: Величины l и h для ряда печей и процессов изменяются в следующих пределах: l=600-900 мм и h=100-200 мм.

Глубина погружения электродов в шихту (Н) оказывает существенное влияние на работу печи. От нее зависит скорость схода шихты, фильтрация печных газов (содержащих пары восстановленного окисла и пыль), а также механическое давление столба шихты на поверхность подэлектродного пространства. Для нормальной работы печи все эти факторы должны быть увязаны с электрическими параметрами установки ( и др.).

Оценочные подсчеты фильтрации позволили получить зависимость между величиной Н, линейной скоростью схода шихты (Vсх) и коэффициентом В, зависящим от запыленности газа и характера процесса.

Для печей с Wmp =20 мВА при бесшлаковом процессе В=160/Н и

м/мин

Тогда минимальное значение

 и Н=0,93 м.

Рис.1 Расчетный эскиз ванны круглой рудовостановительной печи: 1-угольные блоки, 2- огнеупорная кладка

Однако из опыта работы действующих печей глубина погружения электродов в шихту при выплавке ФС45 не менее 1200 мм, а в случае ФС75 Н≥ 1300 мм. Полагая, что в проектируемой печи будет выплавляться не только ФС45, но и ФС75, следует иметь Н ≥1300 мм.

Из выражения Н=L -1 - h. Принимая l= 600 мм и h= 100 мм, получим Н =2260 - 600 -100 =1560 мм.

Исследования, проведенные профессором И.Т. Жердевым с сотрудниками, показывают, что на развитие физико-химических процессов в ванне ферросплавной печи и технико-экономические показатели производства оказывают существенное влияние форма и размер газовой полости, характер распределения тока и расположения активной зоны электроводов по отношению к угольной футеровке стен печи. В этой связи важно иметь вполне определенную высоту угольной обстановки h1. (Рис.1).

Согласно мм.

Толщина подины на мощных печах составляет около 2 м. Под изготовляется из следующих материалов (см. рис. 2): '

1.Асбест30 мм

2. Шамотная крупка80 мм

3. Шамотный кирпич на плашку530 мм

4. Угольные блоки и подовая масса 1360 мм

Итого2000 мм

Рис. 2 Схема устройства футеровки пода печи: угольные блоки; 2 – шамотный кирпич; 3- шамотная крупка; 4 – асбест листовой

Таким образом, высота печи мм.

В результате проведенного расчета получены следующие параметры печи РКЗ-33:

Wтр=16500 кВА; Wa=14850 кВт;Wпол=13365 кВт;

Unф=75,87 В;JЭ=58,7 кА; dЭ=1200 мм;

Dв=6060 мм;dв=6030 мм;Dк=7530 мм;

Dрэ=3200 мм;L=2260 мм;Н=1560 мм;LП=3200 мм.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАФИНИРОВОЧНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

В рафинировочных печах осуществляется производство безуглеродистого феррохрома, мало- и среднеуглеродистого ферромарганца и феррохрома, металлического марганца и других сплавов. Отличительной чертой процессов производства является их периодический характер, в печи расплавляется шихта, происходит восстановление окислов металлов другим металлом (например, кремнием) и после необходимых технологических операций сливается металл и шлак. Печи имеют, как правило, магнезитовую футеровку и при выплавке сплавов с низким содержанием углерода работают на графитированных электродах.

Расчет энергетических параметров Печей периодического действия следует вести с учетом обеспечения максимально быстрого плавления шихты в период расплавления.

В качестве примера произведем расчет основных размеров рафинировочной печи с суточной производительностью 10 тонн малоуглеродистого феррохрома.

2.1 Определение электрических параметров рафинировочной печи

1. Мощность трансформатора определяется по формуле (1). Для печей, работающих периодическим процессом, можно принять следующие значения коэффициентов

 и : k1=0,92; k2=0,92; k3=0,98; =0,93

При удельном расходе электроэнергии

 кВА.

Принимаем Wmp=2500 кВА. При этом фактическая производительность будет σ = 15 тонн/сутки.

2. Полезная мощность печи

Принимая произведение ; получим

Wпол = кВт.

3. Полезное фазовое напряжение (рабочее)

.

Из таблицы 3 значение коэффициентов с=17 и n=0,25.

Тогда В.

4. Линейное напряжение на выводах трансформатора

 В.

Для рафинировочного процесса производства феррохрома достаточно иметь 5-7 ступеней напряжения, причем в первый период быстрого проплавления шихты напряжение должно быть

В.

Тогда интервал напряжений печного трансформатора будет равен

 или 180-270 В.

5. Линейный ток в электроде (максимальный)

 А.

6. Рабочий ток в электроде

 А.

7. Диаметр графитированного электрода определяем по допустимой плотности тока j = 10 A/см2

Из определения следует, что

откуда

см.

Принимаем электроды диаметром 300 мм.

8. Сопротивление ванны

 Ом.

9. Проверяем значение  и :

 Ом

; { Ом

Тогда произведение  отличается от принятого примерно на 2%, и не требует пересчета.

2.2 Определение геометрических параметров рафинировочной печи

При выборе диаметров распада электродов и ванны расчет следует вести по максимальным допустимым мощностям на соответствующую площадь поверхности ванны. Удельные мощности для различных процессов приведены в табл. 5.

1. Диаметр ванны. Принимаем комбинированную форму ванны, состоящую из нижней цилиндрической и верхней конической частей с углом наклона в 45°(см. рис. 3).

Рис. 3 Форма ванны рафинировочной печи

Мощность приходящаяся на площадь пода,

 кВа/м2 ( табл. 5)

м.

Таблица 5 Удельные поверхностные мощности, выделяющиеся в ванне печей периодического действия

2. Диаметр распада электродов

 м.

Отношение Dрэ:dЭ=900:300= 3, что хорошо согласуется с практикой действующих печей, в которых Dрэ:dЭ = 2,8 - 3,66.

3. Расстояние между осями электродов

мм.

4. Определение глубины ванны. Цилиндрическая часть ванны должна вместить все продукты плавки, т.е. объем ее не должен быть меньше объема металла и шлака.

Из расчета шихты определяется состав колоши, вес и объем продуктов плавки.

Примерный состав колоши

Хромовая руда (50% Cr2O3)

Силикохром (50% Si) 700 кг

Известь (90% CaO) 1800 кг

При работе с проплавлением трех колош указанного состава вес металла и вес шлака  кг,

 кг.

Объем металла

 м3.

Объем шлака

 м3.

Объем продуктов плавки.

vm=vм+vш=0,428+3,12=3,548 м3.

Рм и Рш - плотность металла и шлака; 61,68 кг сплава получено из 100 кг хромовой руды, а в колоше 1600 кг руды.

Высота цилиндрической части ванны

 м.

Объем конической части ванны (vк) определяется из предположения одновременной загрузки двух колош

м3,

где G - вес составляющих колоши;

γр; γсх; γu - насыпной вес руды, силикохрома и извести.

Объем конической части ванны

.

Поскольку угол наклона огнеупорной кладки стен принят равным 45°, диаметр верхней части ванны

.

Если подставить значение  в выражение для vк, то получим hк=0,61 м.

Глубина ванны

hв=hц+hк=0,61+0,64=1,25 м.

5. Диаметр верхней части ванны

 м.

6. Диаметр кожуха

.

Толщину верхней части ванны принимаем из практических данных

мм.

Приняв  мм, Dк= 3800+2 . 200=4200 мм.

7. Высота печи

.

Толщина пода печей, выплавляющих рафинированный феррохром, составляет 1250-1300 мм. Принимая=1250 мм, получим высоту печи Нп=1250+1250=2500 м.

В результате расчета получены следующие параметры печи:

Wmp=2500 кВА;WП=2250 кВт;Uпол=117 В;

UЛ=225 В;Jp=6410 A;dЭ=300 мм;

Dв=2650 мм;Dрэ=900 мм;мм;

hв=1250 мм;Dк=4200 мм;НП=2500 мм.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  Д.Я. Поволоцкий, В.А.Кудрин, А.Ф. Вишкарев Внепечная обработка стали Москва «Мисис» 1995.

2.  В.И. Явойский Теория процессов производства стали. 2-е издание, дополненное и переработанное Издательство «Металлургия» Москва 1967.

3.  МУ. к выполнению контрольных заданий и курсового проекта по курсу «электрометаллургия стали и ферросплавов» для студентов очного и очно-заочного обучения специальности 110100-«Металлургия черных металлов» Составитель Вечер В.Н. Липецк 1999.

4.  В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев Общая металлургия Москва «Металлургия» 1985.