Курсовая работа: Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата
Расчёт температур
подины печи
При
температуре на центральной термопаре подины 1030°С расчётная
температура подины печи в рабочем пространстве печи составит 1400°С.
Данная температура
приемлема для периклазового кирпича (температура начала деформации под
нагрузкой 0.2 Мпа 1550°С),
но желательно на подине иметь слой затвердевшего металла и более низкие
температуры.
По данным материального
баланса печей, температура металла на выпуске из печи изменяется в пределах от
1350 до 1500°С.
Расчёт подины футеровки
руднотермической печи
Расчёт
выполняется с целью определения температуры на внутренней поверхности подины
печи РКЗ-16.5Т-И1 по показаниям термопар, установленных в нижнем уровне
футеровки.
Исходные данные
Футеровка
подины печи выполнена из следующих слоёв огнеупорной и теплоизоляционной
кладки:
Слой |
Толщина,
мм |
Состав |
1,
2, 3, 4 окаты |
4х230
= 920 мм. |
Изделие
периклазовые марки ПУ-91
ГОСТ
4689-74
|
Засыпка |
54 мм
(в
оси печи)
|
Порошок
магнезитовый ПМИ-1
ГОСТ
10360-85
|
Гребешки
под окаты |
528 мм
(в
оси печи)
|
Изделия
шамотные общего назначения ГОСТ 8691-73
Кирпич
шамотный ША-1 ГОСТ 390-83
|
Засыпка |
50 мм |
Засыпка
шамотная, фракция 3-8 мм. |
Днище кожуха печи
выполнено из углеродистой стали (толщина листа 25 мм.). В конструкции печи выполнен обдув днища кожуха. Обдув выполняется воздухом и подвод
осуществлён в оси печи в нижнеё его части. Температура воздуха + 5°С.
Температура расплава
металла на поверхности ванны печи принимаем 1500°С.
Расчёт
Расчёт тепловых потерь
из-за большого радиуса сферы окатов ведём как через плоскую стенку [2].
Q=[(tраспл-tвозд)/(1/a+S1/l1+S2/l2+S3/l3+S4/l4+S5/l5+1/aнар)]×F×t
где: a -коэффициент теплоотдачи от расплава
периклазовой футеровки, (ввиду большого значения a значением слагаемого 1/a в расчётах принебрегаем);
S1 и l1 –соответственно толщина в метрах и коэффициент
теплопроводности в Вт/(м×К) периклазового слоя;
S2 и l2 –соответственно толщина в метрах и коэффициент
теплопроводности в Вт/(м×К) порошка магнезитового слоя;
S3 и l3 –соответственно толщина в метрах и коэффициент
теплопроводности в Вт/(м×К) шамотного слоя;
S4 и l4 –соответственно толщина в метрах и коэффициент
теплопроводности в Вт/(м×К) шамотной засыпки;
S5 и l5 –соответственно толщина в метрах и коэффициент
теплопроводности в Вт/(м×К) стального листа днища кожуха (в расчётах на учитывается);
aнар –коэффициент теплоотдачи от стенки
днища кожуха в окружающую атмосферу;
F –эффективная площадь теплового
потока через подину печи (среднее арифметическое между значением площади
сферической поверхности сегмента верхнего оката футеровки и площадь поверхности
днища кожуха печи).
Задаёмся значениями
температур на границе:
-
периклаз –магнезитовый
порошок t1 =800°С;
-
магнезитовый
порошок –шамот t2 =700°С;
-
шамот –засыпка
шамотная t3 =100°С;
-
засыпка шамотная
–кожух печи t4 =80°С.
Теплопроводность изделий
периклазовых определяется по формуле:
l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=14, В= -14.9,
С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
Совпадение температур
неудовлетворительное .
Задаёмся более
приближёнными значениями температур на границах слоёв:
-
периклаз
–магнезитовый порошок t1
=1000°С;
-
магнезитовый
порошок –шамот t2 =950°С;
-
шамот –засыпка
шамотная t3 =400°С;
-
засыпка шамотная
–кожух печи t4 =150°С;
-
наружная
температура tнар =20°С.
Теплопроводность изделий
периклазовых определяется по формуле:
l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=14, В= -14.9,
С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (1500 + 1000) / 2 =1250 °С
l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1250 + 5.59 × 10-6 × 12502 = 14 - 18.625 +
8.734375 =
= 4.109375 = 4.1 Вт / (м × К)
Теплопроводность
шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:
l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.974, В= -0.372,
С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (950 + 400) / 2 =675 °С
l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 675 – 0.009 × 10-6 × 6752 = 0.974 + 0.2511 –
- 0.004100625 = 1.22 Вт /
(м × К)
Теплопроводность шамотной
засыпки:
l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.360, В= -0.219,
С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (400 + 150) / 2 =275 °С
l4 = 0.360 – 0.219 × 10-3 × 275 – 0.0016 × 10-6 × 2752 = 0.36 + 0.060225 –
- 0.00121 = 0.419015 =
0.42 Вт / (м × К).
Таким образом, плотность
теплового потока:
q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054
/ 5.6 + 0.528 / 1.22 + 0.05 / 0.42 + 1 /
/ 9.97) = (1500 – 5) /
(0.224 + 0.01 + 0.433 + 0.132 + 0.1) = 1495 / 0.899 =
= 1663 (Вт/м2)
Проверяем сходимость
температур на границах слоёв:
t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1663 (0.92 /
4.1) = 1126 °С
t2 = t1 –
q1(S2 / l2) = 1126 – 1663 (0.054 /
5.6) = 1110 °С
t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1110 – 1663 (0.528 / 1.22) = 390 °С
t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 390 – 1663 (0.05 / 0.38) = 171 °С
tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 171 – 1663 (1 / 9.97) = 4 °С
Совпадение температур
неудовлетворительное.
Задаёмся более
приближёнными значениями температур на границах слоёв:
-
периклаз
–магнезитовый порошок t1
=1100°С;
-
магнезитовый
порошок –шамот t2 =1080°С;
-
шамот –засыпка
шамотная t3 =450°С;
-
засыпка шамотная
–кожух печи t4 =160°С;
-
наружная
температура tнар =10°С.
Теплопроводность изделий
периклазовых определяется по формуле:
l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=14, В= -14.9,
С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (1500 + 1100) / 2 =1350 °С
l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1350 + 5.59 × 10-6 × 13502 = 14 - 20.115 +
10.187775 =
= 4.072775 = 4.1 Вт / (м × К)
Теплопроводность
шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:
l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.974, В= -0.372,
С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (1080 + 450) / 2 =765 °С
l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 765 – 0.009 × 10-6 × 7652 = 0.974 + 0.285 –
- 0.00527 = 1.254 Вт / (м
× К)
Теплопроводность шамотной
засыпки:
l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.360, В= -0.219,
С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (450 + 160) / 2 =305 °С
l4 = 0.36 – 0.219 × 10-3 × 305 – 0.0016 × 10-6 × 3052 = 0.36 + 0.0668 –
- 0.00149 = 0.425 Вт / (м
× К).
Таким образом, плотность
теплового потока:
q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054
/ 5.6 + 0.528 / 1.254 + 0.05 / 0.425 + 1 /
/ 9.97) = (1500 – 5) /
(0.224 + 0.01 + 0.421 + 0.118 + 0.1) = 1495 / 0.873 =
= 1712 (Вт/м2)
Проверяем сходимость
температур на границах слоёв:
t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1712 (0.92 /
4.1) = 1116 °С
t2 = t1 –
q1(S2 / l2) = 1116 – 1712 (0.054 /
5.6) = 1100 °С
t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1100 – 1712 (0.528 / 1.254) = 379 °С
t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 379 – 1712 (0.05 / 0.425) = 178 °С
tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 178 – 1712 (1 / 9.97) = 6 °С
Совпадение температур
удовлетворительное.
Фактическая температура
по показаниям центральной термопары нижнего уровня (магнезитовый порошок)
составляет 970 –1015 °С,
что с достаточной степенью точности можно принять температуру раплава на подине
1400 °С.
Проверочный расчёт.
Задаёмся значениями
температур на границах слоёв:
-
периклаз
–магнезитовый порошок t1
=1030°С;
-
магнезитовый
порошок –шамот t2 =1100°С;
-
шамот –засыпка
шамотная t3 =370°С;
-
засыпка шамотная
–кожух печи t4 =160°С;
-
наружная
температура tнар =10°С.
Теплопроводность изделий
периклазовых определяется по формуле:
l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=14, В= -14.9,
С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (1400 + 1030) / 2 =1215 °С
l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1215 + 5.59 × 10-6 × 12152 = 14 – 18.1 + 8.25
=
= 4.15 Вт / (м × К)
Теплопроводность
шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:
l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.974, В= -0.372,
С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (1000 + 370) / 2 =685 °С
l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 685 – 0.009 × 10-6 × 6852 = 0.974 + 0.255 –
- 0.0042 = 1.225 Вт / (м × К)
Теплопроводность шамотной
засыпки:
l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)
где: А=0.360, В= -0.219,
С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя
в °С.
t = (370 + 160) / 2 =265 °С
l4 = 0.36 – 0.219 × 10-3 × 265 – 0.0016 × 10-6 × 2652 = 0.36 + 0.058 –
- 0.00112 = 0.42 Вт / (м × К).
Таким образом, плотность
теплового потока:
q1 = (1400 – 5) / (0.92 / 4.15 + 0.054
/ 5.6 + 0.528 / 1.225 + 0.05 / 0.42 + 1 /
/ 9.97) = (1400 – 5) /
(0.222 + 0.01 + 0.431 + 0.119 + 0.1) = 1395 / 0.882 =
= 1582 (Вт/м2)
Проверяем сходимость
температур на границах слоёв:
t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1400 – 1582 (0.92 /
4.15) = 1049 °С
t2 = t1 –
q1(S2 / l2) = 1049 – 1582 (0.054 /
5.6) = 1034 °С
t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1034 – 1582 (0.528 / 1.225) = 352 °С
t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 352 – 1582 (0.05 / 0.42) = 164 °С
tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 164 – 1582 (1 / 9.97) = 5 °С
Совпадение температур
удовлетворительное.
2 Расчет оборудования
2.1 Выбор и
технологический расчёт основного оборудования
Руднотермическая печь
(РТП).
К основному оборудованию,
установленному на переделе производства титанового шлака относятся:
рудно-термическая печь, система очистки и дожигания отходящих газов, машина
разливочная конвейерная, дробилка двухвалковая, насос камерный, дозатор,
трансформатор.
Печь электротермическая -
для восстановления концентрата с целью обогащения его оксидами титана в
полузакрытом или закрытом режимах. Обогащение концентрата происходит путем
избирательного восстановления основной примеси - оксидов железа с образованием
титанового шлака и металлической фазы - металла. Температура процесса -
1800±100 °С.
Таблица 10 - Технические
характеристики РТП
Наименование
параметра |
Ед.
измерения |
Числовая
характеристика |
Номинальная
мощность трансформатора |
МВА |
25,0 |
Установленная
мощность каждого из трех однофазных трансформатора. |
МВА |
8,33 |
Пределы
вторичного напряжения трансформатора |
В |
140-422 |
Число
ступеней на низкой стороне. |
Шт. |
27 |
Номинальная
частота тока |
Гц |
50 |
Число
электродов |
Шт |
3 |
Схема
соединения |
- |
Δ/Δ |
Тип
электродов - графитированный, цилиндрической формы. |
Ø,
мм |
710 |
Диаметр
распада электродов |
мм |
2600 |
Количество
контактных щек на один электрод |
Шт. |
6 |
Ход
электрода |
мм |
1500+50 |
Продолжение
таблицы 3.19 |
Перемещение
электродов- гидравлическое - скорость перемещения |
м/мин |
До
2,5 |
Размеры
рабочего пространства ванны печи: |
мм |
|
диаметр
ванны |
|
8800±50 |
глубина
ванны |
мм |
4930 |
Объем
болота чугуна |
м3
|
45 |
Форма
дна ванны - сфера, R |
мм |
14570 |
Характеристика
свода: секционный, подвесной, водоохлаждаемый, металлический, плоский,
торкретированный жаропрочным бетоном. |
|
|
Максимальная
единовременная загрузка шихты |
т |
120 |
Характер
загрузки - через течку, в центр ванны и под электроды. |
|
|
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|