Расчет размеров свободного плавильного пространства

 

Профиль и размеры свободного пространства должны обеспечить завалку шихты в один прием, максимальную строительную прочность свода, т.е. минимальный его диаметр, минимальную рабочую длину электродов и электрических и тепловых потерь, равномерный и минимальный тепловой поток от электрических дуг на участки футеровки.

Объем завалки при насыпной плотности шихты 1,4 т/м3 и при расходном коэффициенте, 1,06

 

V_ЗАВ = 0,75G_М, м³.                                                        (3.13)

 

Профиль плавильного пространства для равномерного облучения от дуг, как точечного источника тепла приближается к сфере. Наиболее теплонапряженными участками футеровки печи являются центр свода и нижний, горячий пояс стен, тепловой поток на которые от дуг нормален к поверхности, кВт/м²

 

q = K_Э Р_Д cos ϕ / (4πr²).                                               (3.14)

 

Около 90 % теплового потока от дуг первоначально падает на горячий пояс стен, поэтому помимо цилиндрических (вертикальных) стен применяют ступенчатые, наклонные или сложного профиля с меняющимся углом наклона стены.

Высота стен определяется из условия обеспечения равномерной и допустимой тепловой напряженности центра свода. В то же время равномерное и допустимое тепловое напряжение на стены определяется диаметром распада электродов.

Высота центра свода над уровнем металла должна составлять (0,50 + 0,6)Д_О, т.e.:

 

Н_Ц.СВ= h_Д + Н_СТ + h_СВ = (0,5 − 0,6)Д_О.                       (3.15)

 

Принимая h_Д = (0,15 – 0,25), м, h_СВ = 0,15Д_О, получим уравнение:

 

Н_СТ = 0,4Д_О – (0,15 – 0,25), м,                                  (3.16)

 

справедливое для печей средней емкости. На крупных печах относительная высота стен уменьшается, поэтому возможно применение следующих рекомендаций:

 

Н_СТ = (0,525...0,45)Д_О,   малые печи,                      (3.17)

 

Н_СТ = (0,35...0,325)Д_О,   крупные печи.                  (3.18)

 

Диаметр распада электродов (диаметр окружности, проходящей через центры электродов) определяется из условия обеспечения допустимого теплового напряжения на кладку стен.

Допустимая и одинаковая тепловая напряженность в нижнем поясе стен достигается при диаметре распада электродов, равном:

Д_Р = (0,25 – 0,33)Д_О, м.                                               (3.19)

 

Расчет размеров подсводового пространства

Строительная прочность свода определяется стрелой подъема его (h_СВ) над уровнем пят свода (ДПС).

По данным ряда авторов эту величину можно принимать в пределах (0,12 − 0,I5)Д_О.

Диаметр на уровне пят свода зависит от высоты стен и угла их наклона:

 

Д_ПС = Д_О + 2Н_СТ tg β.                                                   (3.20)

 

Для конических стен угол наклона принимают равным β = 10 − 12° С.

Предпочтительно изменение угла наклона по высоте стен. В серии ДСП для печей емкостью 25 и более тонн предусмотрен комбинированный кожух. Поэтому при проектировании рабочего пространства печи, необходимо на 1/3 общей высоты стен принять угол стен β′ = 18 − 22° С и определить диаметр рабочего пространства на этом уровне Д'_О.

Если верхняя часть стен выполняется вертикальной, то Д'_О = Д_ПС.

При наклоне верхней части стен на угол β′′:

 

ДПС = Д'_О + 2 · 2/3 Н_СТ · tg β′′, м.             (3.21)

 

Так как сводовое кольцо устанавливается на металлической арматуре кожуха печи, то диаметр свода должен включать толщину верхней части стен и тогда:

 

Д_СВ = Д_ПС + 2δ_СТ = Д_К, м.                                             (3.22)

 

Расчет параметров печного трансформатора

 

Выбор мощности

 

Показателем качества работы ДСП как электротехнического и теплотехнического агрегата служит удельный расход электрической энергии за энергетический период на расплавление (без предварительного подогрева, без применения ТКГ и без совмещения с окислительным периодом) 100 % металлошихты с насыпной плотностью ≥1,4 т/м³, загружаемой с расходным коэффициентом К_Р = 1,05 в один прием, без подвалки (W_У). Показатель W_У входит в паспорт технической характеристики ДСП согласно ГОСТ 7206-80.

При выборе мощности трансформатора исходят из его удельной мощности Р_УД = Ртр.н / G_М, составляющей 500-1000 кВА/т. Учитывают, что на современных ДСП уровень тепловых потерь достигает 30-35 % от общего расхода энергии на плавку, при этом значение теплового КПД (η_Т) в отдельные периоды плавки составляет: в энергетический 0,75-0,85, снижаясь до 0,7 при дополнительном вводе тепловой энергии за счет ТКГ; в окислительный − 0,2-0,45; в восстановительный − 0,25-0,45, а электрический КПД (η_Э) по данным ВНИИЭТО за плавку составляет 0,85-0,95, увеличиваясь для более крупных и мощных ДСП.

В энергетический период плавки полезный расход энергии W_ПОЛ с изменением энтальпии при нагреве и плавлении металла и шлака с компенсацией энергозатрат на эндотермические процессы с учетом возможного поступления тепла от футеровки, ТКГ, с нагретой шихтой, от экзотермических процессов.

Теплосодержание большинства сталей при температурах сталеплавильного процесса (1600° С) составляет 1,40-1,45 ГДж/т (~400 кBт·ч/т), кислых шлаков 1,73 ГДж/т (480 кBт·ч/т) и основных 1,90 ГДж/т (530 кBт·ч/т).

Исходя из приведенных энергозатрат и планируемого времени энергетического периода, выбирают удельную мощность трансформатора (РУД). Использование высоких удельных мощностей целесообразно в случаях выплавки в основном углеродистых марок стали одношлаковым процессом, когда длительность окислительного периода по возможности сокращена, а восстановительный период в печи не проводится.

Мощность трансформатора трехфазного тока, кВА:

 

Р тр.н = U_Лmax J_Н 10^-3 (500 - 1000)G_М                                 (3.23)

 

где 500-1000 – удельная мощность трансформатора, кВА/т.

 

Для определения максимального вторичного напряжения используют выражения, В:

− для основного процесса:

 

U_Лmax = 15 ;                                           (3.24)

− для кислого процесса:

 

U_Лmax= 70+15 .                                    (3.25)