Общие правила выполнения курсового проекта

ОП.07 Теплотехника

Методические рекомендации к курсовому проектированию

«Тепловой расчет дуговой сталеплавильной печи»

 

для студентов специальности 22.02.01

“Металлургия чёрных металлов”

 

 

                                                                                                                 

 

г. Челябинск, 2020

 

ОДОБРЕНА Цикловой методической комиссией  Металлургии черных металлов и ОМД Председатель ЦМК _________________Г.В. Карзунова

УТВЕРЖДАЮ                                      Зам. директора колледжа                                      по учебно-методической                                      работе                                      ____________И.Н.Тихонова                               «____»_________2020 г.

 

Учебно-методическое пособие разработано на основе Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) по специальности среднего профессионального образования 22.02.01 «Металлургия черных металлов» для курсового проекта по предмету «Теплотехника» посвященное тепловому расчету дуговой сталеплавильной печи.

 

 

Автор (разработчик):	Г.В. Карзунова, преподаватель общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей Южно-Уральского многопрофильного колледжа
Рецензент:	Ю.Д.Корягин, профессор кафедры физического металловедения ЮУрГУ   И.М. Кулиненко, старший методист Южно-Уральского многопрофильного колледжа

Содержание

 

Аннотация................................................................................................................ 4

1 Общие правила выполнения курсового проекта................................................. 5

1.1 Требования к структуре курсового проекта................................................... 5

1.2 Организация выполнения курсового проекта................................................. 6

2 Основные положения расчёта дуговой сталеплавильной печи.......................... 9

2.1 Основные энергетические особенности дуговой сталеплавильной печи......... 9

2.2 Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака................................................................................................................................ 11

2.3 Определение тепловых потерь через футеровку печи................................... 13

2.4 Определение тепловых потерь через рабочее окно....................................... 14

2.5 Тепловые потери с газами............................................................................... 15

2.6 Тепловые потери в период межплавочного простоя..................................... 15

2.7 Энергетический баланс периода расплавления.............................................. 16

2.8 Определение мощности печного трансформатора......................................... 16

2.9 Упрощенная методика составления энергетического баланса ДСП............... 17

3 Расчетная часть................................................................................................... 19

3.1 Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака................................................................................................................................ 19

3.2 Определение размеров печной камеры дуговой сталеплавильной печи...... 20

3.3 Определение объема жидкого металла в ДСП................................................ 22

3.4 Выбор футеровки печи и диаметра кожуха................................................... 24

3.5 Определение тепловых потерь и составление энергетического баланса. 24...... 25

3.6 Тепловые потери в период межплавочного простоя..................................... 29

3.7 Энергетический баланс периода расплавления.............................................. 30

3.8 Определение мощности печного трансформатора......................................... 32

4 Технико-экономические показатели работы печи............................................. 35

4.1 Выход годных слитков.................................................................................... 36

4.2 Экономический эффект от сокращения периода заправки............................ 37

 

Литература............................................................................................................ 39

 

 Аннотация

Методические рекомендации для курсового проекта по предмету «Теплотехника» рассматривают тепловой расчет дуговой сталеплавильной печи. Курсовой проект является завершающим на стадии обучения студентов по общепрофессиональному предмету.

Данные рекомендации охватывают все основные аспекты конструирования и теплового расчета дуговой сталеплавильной печи, знание которых необходимы студентам специальности 22.02.01 «Металлургия чёрных металлов».

В настоящих рекомендациях даны основные сведения, касающиеся назначения дуговой печи, особенностей загрузки и определения производительности, составления энергетического баланса, расчета удельного расхода электроэнергии, определения мощности печного трансформатора.

Исходные теоретические положения конкретизируются подробным примером теплового расчета дуговой сталеплавильной печи для выплавки углеродистых сталей.

Пример увязан с формулами и теоретическими положениями секционного материала по предмету «Теплотехника», которые помогут студентам в выполнении расчетов и усвоении учебного материала.

 

Общие правила выполнения курсового проекта

Требования к структуре курсового проекта

 

Пояснительная записка (25-40 листов) курсового проекта технологического характера включает в себя:

- введение, в котором раскрывается современное состояние отрасли и перспективы развития;

- характеристика оборудования технологических процессов;

- выполнение расчетов по теме курсового проекта;

- охрана труда и техники безопасности;

- мероприятия по защите окружающей среды;

- заключение, в котором содержаться выводы и рекомендации относительно возможностей использования материалов проекта;

- список используемой литературы;

- приложения.

При выполнении курсового проекта технологического характера студент разрабатывает и оформляет технологический процесс в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСПД.

Практическая часть курсового проекта как конструкторского, так и технологического характера может быть представлена чертежами, схемами, графиками, диаграммами, и другими изделиями или продуктами творческой деятельности в соответствии с выбранной темой. Объем графической части - 1-2 листа формата А1.

 

Тепловые потери с газами

Для определения тепловых потерь с газами необходимо на основании опытных данных знать среднее количество воздуха, подсасываемого в печь в различные периоды плавки.

В современных крупных дуговых сталеплавильных печах отсос газов обычно осуществляют через специальное отверстие в своде, а вытяжка запыленных газов в систему газоочистки производится мощными вентиляторами высокой производительности.

Зная хотя бы ориентировочно количество подсасываемого в печь воздуха, можно определить тепловые потери с газами по формуле

,

где G - масса полезной загрузки, кг;

С - средняя удельная теплоёмкость материала загрузки в температурном диапазоне от начала до конца нагрева кДж/(кг·°С) или Вт·ч (кг·°С);

t - заданная температура нагрева загрузки, °С;

t₀ - начальная температура загрузки, °С.

 

Расчетная часть

Исходные данные для расчетов:

- номинальная емкость печи, работающей на твердой завалке, G_Ж=300 т;

- масса шлака – 6% от емкости печи;

- угар металлической завалки – 5%(К_УГ);

- температура плавления металла 1510⁰С, температура нагрева металла и шлака 1560⁰С;

- выплавляются низкоуглеродистые стали;

- температура загружаемого в печь скрапа t_о=10⁰С.

 

Размеры рабочего окна

Размеры рабочего окна необходимо выбирать такими, чтобы мульда свободно входила в печь. Размеры окна должны также обеспечивать возможность осмотра и заправки печи.

Исходя из загрузки в печь мульдами шлакообразующих и легирующих материалов, размеры рабочего окна можно принять равными: /л.8, табл.1/

B x h = 1600x1600 мм

Боковые поверхности и верх оконного пролета обрамляются П-образной водоохлаждаемой рамой. Заслонка рабочего окна выполняется в виде водоохлаждаемой нефутерованной коробки.

 

Тепловые потери с газами

Количество подсасываемого в печь (емкостью 300т) воздуха принимаем по данным практики (см.табл.2) равным V_В=10750 м³/ч.

 

Таблица 2

 

GЖ,т	10	20	40	80	100	200	300
VВ,м^3/ч	250	500	1000	2000	4000	6000	10750

 

Принимаем среднюю температуру выходящих из печи газов 1500⁰С, находим

Q_В=V_В/3600 ×i_В (37)

где V_в – количество подсасываемого в печь воздуха, м³/с;

i_в – энтальпия воздуха, кДж/м³          i_В¹⁵⁰⁰=2196 кДж/м³

Q_в=10750/3600×2196=6368 кВт; (3600сек в час)

 

Расчет диаметра электродов

 

Электроды должны иметь высокую электропроводность, достаточную механическую прочность, высокую температуру начала окисления, высокую термическую стойкость и низкую стоимость. Этим требованиям отвечают электроды из углеродистых материалов. Наилучшими являются графитированные электроды.

Диаметр электрода определяется по плотности тока. Линейная сила “а” вычисляется по формуле

I= , (45)

где Р_К – мощность трансформатора, кВ×А;

U_В – максимальное напряжение низкой стороны трансформатора,

U_В= (46)

U_В=

I=

Первоначально диаметр электрода выбирают ориентировочно по данным приведенным в таблице 5.

Таблица 5

Емкость печи, GЖ, т	10	до 25	до 60	до 100	до 200	до 300
Диаметр электрода, dЭ, мм	250-350	300-400	450-500	550-610	655-710	710-750

 

Ориентировочно принимаем диаметр электрода равным 750 мм. При этом плотность тока в электроде равна:

, (47)

где d_Э – диаметр электрода, см.

Эта плотность больше рекомендуемой ГОСТом, однако меньше, чем наблюдается на практике при работе печи, оборудованной трансформатором повышенной мощности. Следует иметь в виду, что с повышением плотности тока расход электродов возрастает. Диаметр электрода оставляем равным 750мм.

 

Диаметр распада электрода

 

Равномерность излучения на стены достигается, когда отношения диаметра распада электродов к диаметру зеркала ванны близко к 0,3. В современных печах для лучшей стойкости свода диаметр распада увеличивают на размер от 150 до 300 мм. Получим:

d_Р=0,3×Д+300 (48)

d_Р=0,3×7710+300=2613 мм

В соответствии с данными работы отечественных дуговых сталеплавильных печей принимаем диаметр распада, ближайший к расчетному равным

 2600 мм. (по л.8 табл.2)

 

Выход годных слитков

Потери металла при электросталеплавильном производстве складываются из угара в печах, скрапа в ковше и потерь при разливке, в виде литников при сифонной разливке, и недоливов. В целом выход годных слитков, по данным отечественных заводов, уменьшается с увеличением емкости печи с 92% до 88%. При выплавке нержавеющих сталей угар металла заметно возрастает и выход годных слитков снижается до 84%. В данном случае печь большой емкости и выплавляются низкоуглеродистые стали, поэтому выход годных слитков принимаем равным 85%.

Производительность печи равна

 

Вопросы для повторения перед защитой курсового проекта

1. Роль и значение печей в современном металлургическом производстве.

2. Статика газов. Виды напоров.

3. Динамика газов. Ламинарное и турбулентное движение.
Уравнение Бернулли.

4. Давление газов в рабочем пространстве пламенных печей.

5. Основы теплопередачи. Виды теплообмена. Коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи, и применение.

6. Понятие о краевых условиях, их применение.

7. Теплопроводность при стационарном состоянии. Передача тепла через однослойную и многослойную плоскую стенку.

8. Нестационарная теплопроводность. Физический смысл коэффициентов температуропроводности и теплоёмкости.

9. Теплообмен излучением. Основные понятия и законы теплового
излучения чёрного и сырых тел.

10. Теплообмен излучением в рабочем пространстве электродуговых печей.

11. Электрическая дуга. Принцип её образования.

12. Нагрев металла. Окисление и обезуглероживание металла, методы борьбы с этими процессами.

13. Основы рациональной технологии нагрева металла. Процессы, протекающие внутри металла. График нагрева металла в методической печи.

14. Перегрев и пережог металла. Равномерность нагрева, расчёт нагрева металла.

15. Общая характеристика топлива. Общая характеристика процессов горения. Сжигание твёрдого и жидкого топлива. Расчёт горения топлива. Виды температур.

16. Устройство для сжигания топлива. Горелки инжекционные и турбулентные.

17. Материалы и строительные элементы печей.

18. Требования, предъявляемые к огнеупорным материалам, их классификация. Физические и рабочие свойства огнеупоров. Повторить все виды огнеупоров.

19. Теплоизоляционные материалы, классификация и свойства материалов.

20. Устройство для утилизации тепла отходящих дымовых газов.
Теплотехнические основы утилизации тепла.
Рекуперативные и регенеративные теплообменники.

21. Печи, применяемые в чёрной металлургии. Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам, принципу тепловыделения. Тепловой баланс печей. Приходные и расходные статьи баланса.

22. Определение расхода топлива и электроэнергии при помощи теплового баланса.

23. Общая характеристика электронагрева. Дуговые печи, принцип работы, конструкция печей, их технико-экономические показатели.

 

 

Библиографический список

1. Кривандин, В.А., Филимонов, Ю.П. Теория конструкции и расчеты металлургических печей, / В.А. Кривандин. – М.: «Металлургия», 1986. - 356с.

2. Строганов, А.И. Производство стали и ферросплавов/А.И.Строганов -М.: Металлургия, -1979.-503с

3. Глинков, М.А. Общая теория печей, /М.А. Глинков - М.: «Металлургия», 1988. -264с.;

4. Ярошенко, Ю.Г. Тепловая работа и автоматизация печей/ Ю.Г. Ярошенко – М.: Металлургия,1994. - 288с.

5. Зинуров, И.Ю., Строганов А.И., Кузнецов Л.К.  Дуговые сталеплавильные печи: атлас/И.Ю.Зинуров, А.И.Строганов, Л.К.Кузнецов – М.: Металлургия, 1974. -180с.

6. Мастрюков, Б.С., Расчеты металлургических печей/ Б.С. Мастрюков – М.; Металлургия, 1986. -376с.

7. Луканин, В.Н., Теплотехника/ В.Н.Луканин - М.: Высшая школа, 2000. -671с.

8. Кацевич, Н.И., Расчёты электродуговых печей/Н.И.Кацевич–М.: Высшая школа 1998.-360с.

 

 

ОП.07 Теплотехника

Методические рекомендации к курсовому проектированию

«Тепловой расчет дуговой сталеплавильной печи»

 

для студентов специальности 22.02.01

“Металлургия чёрных металлов”

 

 

                                                                                                                 

 

г. Челябинск, 2020

 

ОДОБРЕНА Цикловой методической комиссией  Металлургии черных металлов и ОМД Председатель ЦМК _________________Г.В. Карзунова

УТВЕРЖДАЮ                                      Зам. директора колледжа                                      по учебно-методической                                      работе                                      ____________И.Н.Тихонова                               «____»_________2020 г.

 

Учебно-методическое пособие разработано на основе Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) по специальности среднего профессионального образования 22.02.01 «Металлургия черных металлов» для курсового проекта по предмету «Теплотехника» посвященное тепловому расчету дуговой сталеплавильной печи.

 

 

Автор (разработчик):	Г.В. Карзунова, преподаватель общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей Южно-Уральского многопрофильного колледжа
Рецензент:	Ю.Д.Корягин, профессор кафедры физического металловедения ЮУрГУ   И.М. Кулиненко, старший методист Южно-Уральского многопрофильного колледжа

Содержание

 

Аннотация................................................................................................................ 4

1 Общие правила выполнения курсового проекта................................................. 5

1.1 Требования к структуре курсового проекта................................................... 5

1.2 Организация выполнения курсового проекта................................................. 6

2 Основные положения расчёта дуговой сталеплавильной печи.......................... 9

2.1 Основные энергетические особенности дуговой сталеплавильной печи......... 9

2.2 Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака................................................................................................................................ 11

2.3 Определение тепловых потерь через футеровку печи................................... 13

2.4 Определение тепловых потерь через рабочее окно....................................... 14

2.5 Тепловые потери с газами............................................................................... 15

2.6 Тепловые потери в период межплавочного простоя..................................... 15

2.7 Энергетический баланс периода расплавления.............................................. 16

2.8 Определение мощности печного трансформатора......................................... 16

2.9 Упрощенная методика составления энергетического баланса ДСП............... 17

3 Расчетная часть................................................................................................... 19

3.1 Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака................................................................................................................................ 19

3.2 Определение размеров печной камеры дуговой сталеплавильной печи...... 20

3.3 Определение объема жидкого металла в ДСП................................................ 22

3.4 Выбор футеровки печи и диаметра кожуха................................................... 24

3.5 Определение тепловых потерь и составление энергетического баланса. 24...... 25

3.6 Тепловые потери в период межплавочного простоя..................................... 29

3.7 Энергетический баланс периода расплавления.............................................. 30

3.8 Определение мощности печного трансформатора......................................... 32

4 Технико-экономические показатели работы печи............................................. 35

4.1 Выход годных слитков.................................................................................... 36

4.2 Экономический эффект от сокращения периода заправки............................ 37

 

Литература............................................................................................................ 39

 

 Аннотация

Методические рекомендации для курсового проекта по предмету «Теплотехника» рассматривают тепловой расчет дуговой сталеплавильной печи. Курсовой проект является завершающим на стадии обучения студентов по общепрофессиональному предмету.

Данные рекомендации охватывают все основные аспекты конструирования и теплового расчета дуговой сталеплавильной печи, знание которых необходимы студентам специальности 22.02.01 «Металлургия чёрных металлов».

В настоящих рекомендациях даны основные сведения, касающиеся назначения дуговой печи, особенностей загрузки и определения производительности, составления энергетического баланса, расчета удельного расхода электроэнергии, определения мощности печного трансформатора.

Исходные теоретические положения конкретизируются подробным примером теплового расчета дуговой сталеплавильной печи для выплавки углеродистых сталей.

Пример увязан с формулами и теоретическими положениями секционного материала по предмету «Теплотехника», которые помогут студентам в выполнении расчетов и усвоении учебного материала.

 

Общие правила выполнения курсового проекта

Требования к структуре курсового проекта

 

Пояснительная записка (25-40 листов) курсового проекта технологического характера включает в себя:

- введение, в котором раскрывается современное состояние отрасли и перспективы развития;

- характеристика оборудования технологических процессов;

- выполнение расчетов по теме курсового проекта;

- охрана труда и техники безопасности;

- мероприятия по защите окружающей среды;

- заключение, в котором содержаться выводы и рекомендации относительно возможностей использования материалов проекта;

- список используемой литературы;

- приложения.

При выполнении курсового проекта технологического характера студент разрабатывает и оформляет технологический процесс в соответствии с требованиями ЕСТД и ЕСПД.

Практическая часть курсового проекта как конструкторского, так и технологического характера может быть представлена чертежами, схемами, графиками, диаграммами, и другими изделиями или продуктами творческой деятельности в соответствии с выбранной темой. Объем графической части - 1-2 листа формата А1.