4. Расчет геометрических параметров ферросплавной печи производительностью 150 тонн

Суточная производительность – 150 т. Особенность выплавки углеродистого феррохрома – непрерывность процесса плавки, при этом трансформатор используется все время на полную мощность. С увеличением мощности снижается удельный расход электроэнергии, как вследствие уменьшения тепловых потерь печи, так и вследствие улучшения условий протекания процессов.

4.1. Мощность трансформатора.

Мощность трансформатора (Р_к)

,

Выбираем мощность трансформатора 27 МВА

- заданная суточная производительность печи, т/сутки;

а – удельный расход электроэнергии, кВтч/т, (3400 кВтч/т);

К – коэффициент загрузки трансформатора.

Для непрерывного процесса простой ферросплавной печи планируется в 11 суток, тогда

К  (365-11)/365  0,97,

принимаем равным 0,9.

4.2. Диаметр распада электродов.

В ферросплавных печах по условиям процесса требуется невысокая плотность тока 47 А/см².

Выбираем линейное номинальное напряжение U_л  180В.

Линейное сила тока

При плотности тока   7А/см² диаметр электрода

Определим плотность тока:

Коэффициент мощности при реактивном сопротивлении _К.С.  1,9510^-4Ом и фазовом напряжении U_ф  180/1,73  104В (реактивное сопротивление принимаем в пределах (1-2)10^-4);

( должен быть в пределах 0,9-0,97)

Активная мощность печи.

Р_а  Р_К  сos  243410,98  23854,18 кВА.

Зададимся активным сопротивлением короткой сети R_К.С.  1,210^-4 Ом (R_К.С. выбираем в пределах (1,1-1,6)10^-4Ом), тогда полезная мощность печи Р_пол  Р_А  Р_пот  Р_А - 3I²  R_К.С.  23854,18 - 377071²(1,210^-4)²  23597,57 кВА.

Электрический КПД _эл  23597,57/23854,18 0,98 (не должен быть менее 0,80).

Полезное фазовое напряжение

Отношение диаметра распада электродов к диаметру электрода колеблется в пределах 2-3.

Берем среднюю величину 2,5, тогда d_р 2,5. d_э 2,50,98  2,45 м. Мощность трансформатора, отнесенная к площади круга диаметра равным диаметру распада электродов, составляет

4.3. Размер шахты.

Размеры шахты должны быть связаны с диаметром распада электрода: D_ш /d_р  2,02,2. Берем для малой печи значение 2,2.

D_ш  2,2d_р  2,22,45  5,39м.

Глубину ванны определяем, исходя из удельной объемной мощности. Для непрерывных процессов удельный объем мощности Q  210-230кВА/м³.

Объем шахты .

Глубина ванны при площади шахты S    /4  3,14 5,39² /4  22,8 м²

Н  Q_ш / S  105,8/22,84,64 м.

Диаметр кожуха печи отличается от диаметра шахты на толщину футеровки.

Для печей большой мощности толщина футеровки 750 мм.

Диаметр кожуха 5390+(2750)  6890 мм.

Заглубление электрода в шихту:

h_э = k_i*d_э = 0,9 * 1080 = 1416 мм.

где, k_i – эмпирический коэффициент, зависящий от типа печи и от технологии выплавки сплава в ней; для шлакового процесса 0,85 – 1,25.

5. Расчет параметров 125 т электродуговой печи.

5.1.Расчет размеров рабочего пространства.

Оптимальная форма ванны – усеченный конус, обращенный вниз меньшим основанием, к которому добавлен шаровой сегмент, с уклоном конической части к горизонтали 45°. Такая форма обеспечивает ускорение расплавления, так как жидкий металл накапливается в сферической части ванны. Угол 45° облегчает заправку и сохранение формы ванны в процессе работы.

К – для 1 т жидкой стали занимает объем V = 0,145 м³. К – для 125т металла требуется объем V_м = 0,145*125=18,125 м³.

В окислительный период плавки в дуговой печи содержится наибольшее количество шлака. Для основных печей принимаем объем шлака, равный 15℅ объема металла V_ш = 18,125 * 0,15 =2,718 м³.

Суммарный объем металла и шлака V_∑ = V_м + V_ш = 18,125 +2,718 =20,843 м³.

При определении высоты рабочего пространства печи принимаем размеры относительно уровня порога завалочного окна. Считаем этим уровнем уровень футеровки порога, который на 80 мм выше металлического порога, или выреза в кожухе печи для загрузочного окна.

Уровень шлака в окислительный период плавки совпадает с уровнем порога загрузочного окна и с уровнем нижней кромки выпускного отверстия.

Глубина и диаметр ванны должны быть в определенном соотношении. Принимаем следующее соотношение между диаметром зеркала ванны и ее глубиной : D = 5H, где D – диаметр зеркала ванны; H – полная глубина ванны для печи, работающая основным процессом.

На действующих печах высота сферической части составляет приблизительно 1/5 от суммарной глубины ванны h₁ = 0,2 H, а глубина конической части h₂ = 0,8 H.

Объем ванны V_в составляется из объема усеченного конуса и объема шарового сегмента, т.е. он равен V_в = 0,0968D³. Но этот объем занимает металл и шлак.

Следовательно, V_в = V_∑ = 20,843 *D м³, откуда D = V_∑ / ³√0,0968 =20,843 /³√0,0968 =5995 м³.

Глубина ванны H = D/5 = 5995 /5 = 1199 мм.

Диаметр сферической части d = 5995 -2(0,8*1199) = 4076,6 мм. Высота сферической части h₁ = 0,2 H = 0,2*1199= 239,8 мм, высота конической части h₂ = 0,8 H = 0,8*1199=959,2 мм. Чтобы шлак во время кипения ванны не омывал кирпичной кладки стен или не достигал стыка блоков с откосами, последний поднимаем на 100-200 мм выше уровня порога рабочего окна или зеркала ванны.

Таким образом, диаметр рабочего пространства на уровне края откосов, который назовем диаметром плавильного пространства D_п.п. = 5995+200 = 6195 мм.

Определение высоты плавильного пространства H₁, т.е. расстояние от порога рабочего окна до пят свода, согласно рекомендациям, производим следующим образом.

Принимаем отношение расстояния от порога до пят свода к диаметру ванны на уровне H₁ / D_п.п. = ( 0,4÷0,6 ), H₁ = ( 0,4÷0,6 ) D_п.п. ( меньшая величина относится к печам большой емкости ). Для 125 т печи H₁ = 0,4*6195 = 2478 мм. Стрела выпуклости свода набираемого из термостойкого хромомагнезитового кирпича, h_ст. = 0,15D_{пролета} ; D_{пролета} принимаем ориентировочно на 1000 мм больше D_п.п.. Тогда h_ст. = 0,15(D_п.п + 1000 ) = 0,15(6195+1000) = 1079,25 мм.

Полная высота свода над зеркалом ванны

H₂ = H₁ + h_ст = 2478+1079,25 =3557,25 мм.

Толщина свода для печей емкостью 125 т равна 364 мм.

Футеровку стен целесообразно выполнять ступенчатой. Благодаря уменьшению толщины стен вверху снижается расход огнеупоров, наклонные стены облегчают заправку. Объем рабочего пространства печи увеличивается, что имеет значение при загрузке легковесной шихты. Рекомендуемый уклон равен примерно 10 % от высоты свода над уровнем откосов. Для 125 т печи эта величина равна (H₁ – 125)/10 = (3557,25 – 125)/10 =235,3 мм.

Тогда диаметр плавильного пространства на уровне пят свода ( на уровне верхней кромки кожуха печи ) D₁ = D_п.п + 2* 235,3=6195+2*235,3 = 6665,6 мм.

Толщину футеровки определяют тепловым расчетом, исходя из условия, что в конце компании кожух не должен нагреваться выше 200°C.

Для печей емкости 125т толщина стен составляет 550-600 мм

Примем толщину огнеупорного слоя равной 600 мм. Тогда проектируемая печь будет иметь внутренний диаметр кожуха

D_к.в. = D_п.п + 2δ = 6195+2*600 = 8395 мм.

Толщину стенки кожуха принимаем равной 25 мм, тогда наружный диаметр кожуха D_к.н. = 8395+2*25 = 8445 мм.

Общая толщина футеровки подины у действующих печей приблизительно равна глубине ванны ; для 125 т печи, по нашим расчетам, она должна равняться 1000 мм.