Проектирование и устройство электросталеплавильных агрегатов

Асбест 15 мм;

шамотная засыпка 30 мм; 
шамотная кладка 65 мм.

Кирпичное основание пода для печи с основной футеровкой выполняют  из магнезитового (периклазового) кирпича. На магнезитовой кирпичной кладке набивают рабочий слой из магнезитового порошка, толщина которого, как показала практика, может не превышать 100...200 мм (для больших печей ближе к верхнему пределу) [1] . В кислых печах кирпичная кладка пода выполняется из динасового кирпича, а набивная - из кварцевого песка с жидким стеклом либо с патокой и сухим декстрином.

Максимальная толщина  пода для печей различной емкости  рекомендуется в пределах от 550 (малые  печи) до 900 мм (ДСП 200) и 950... 1000 мм (на печах  ДСП 300, 400). На некоторых заводах отказались от набивного слоя и заменили его кирпичным. Откосы ванны выкладывают прямым и клиновым периклазовым кирпичом марок ПО-91, ПУ-91 на плашку. В высокомощных печах кладку откосов и районе шлакового пояса ведут из плавленого периклаза (ППМ-95). Угол наклона конической части ванны, образованной кладкой откосов, составляет 45-55°.

 h_под=0,88·0,981=0,864 м;

δ_под=0,864-0,15=0,713, м;

Огнеупорный слой состоит  из

1. Кирпичная кладка:

3·115=345 мм

2. Засыпной слой:

0,713-0,345=0,369 м.

Тепловая изоляция откосов  аналогична подине.

5.2 Конструкция стен

Тепловую изоляцию стен толщиной до 110 мм (асбест - 15, шамотная засыпка - 30, шамот - 65) устанавливают только на печах малой мощности. Вследствие особенностей тепловой работы ДСП обычной  или повышенной мощности стены имеют  только огнеупорный (рабочий) слой, что  позволяет улучшить условия теплоотвода  и повысить стойкость футеровки. Во избежание повреждения кожуха при аварийном полном разрушении рабочего слоя целесообразно применять  дополнительный (арматурный) слой, выполняющийся  из бывшего в употреблении ПШС  или ПХС кирпича толщиной 65-115 мм (табл. 4.1).

 

 

Таблица 4.1 - Рекомендуемая толщина элементов футеровка ДСП, мм

Элементы футеровки	Вместимость ДСП, GM, т
	6	12	25	50	100
Подина
теплоизоляционный слой	85	85	105	115	180
огнеупорный слой	295	360	475	525	575
рабочий (набивной) слой	100	150	150	150	150
общая толщина	480	595	730	790	905
Стены
арматурный слой	65	65	65	115	115
рабочий слой:
нижняя часть	300	300	380	460	460
верхняя часть	230	230	300	300	380
Свод	230	230	300	300	380-460

 

Рабочий слой выполняют из того же кирпича или безобжигового ПХС в железных кассетах. Верхнюю часть стен делают меньшей толщины. Институт ВОСТИО рекомендует дифференциальную кладку с использованием плавленолитого периклазохромитового кирпича и водоохлаждаемых элементов.

Верхнюю часть стен примем равной 350 мм.

5.3 Конструкция свода

Свод электропечей выполняется  однослойным. Толщина кирпичной  футеровки свода определяется длиной (см. табл. 4.1) прикрепляемых огнеупорных  кирпичей - периклазохромитовых ПХСП, ПХСУТ, ПХСОТ, высокоглиноземистых КС-90, МКС-80-22, или динасовых. Сейчас периферийная часть которых состоит из водоохлаждаемых электроизолированных секций, выполненных из немагнитных толстостенных труб (диаметр трубы 80 мм, толщина стенки - 12... 15 мм), а съемная центральная часть свода купольной формы - из кирпича для размещения графитированных электродов по условиям электробезопасности.

Помимо электродных отверстий  в своде должны быть отверстия  для патрубка газоотсоса и различных технологических устройств - кислородной фурмы, сводовых топливно-кислородных горелок, механизированного пробоотборника, загрузочной воронки для подачи шлакообразующих материалов или металлизированных окатышей. На многих заводах центральная часть свода выполняется утолщенной. Примем толщину свода 300 мм, с утолщением в центре 370 мм.

 

6 ВЫБОР МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

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 Кр = 1,05 в один прием, без подвалки (W_у). Показатель W_y входит в паспорт технической характеристики ДСП согласно ГОСТ 7206-80.

При выборе мощности трансформатора исходят из его удельной мощности Р_уд = Р_тр.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 с изменением энтальпии при нагреве 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 (1600ºС) составляет 1,40 – 1,45 кДж/т (~400 кВт.ч/т), кислых шлаков 1,73 кДж/т (480 кВт.ч/т) и основных 1,90 кДж/т (530 кВт.ч/т).

Мощность трансформатора трехфазного тока, кВА:

Р_тр.н = U_{л max}*I_н * 10^-3 = (500 – 1000)G_м,                                                  (6.1)

Р_тр.н = 950*80 = 76000 кВА

Для определения максимального  вторичного напряжения используют выражения, В:

Для основного процесса: U_{л max} = 15 ;                                     (6.2)

U_{л max} = 15

= 15 = 635,37 В

 

7 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

 

Тепловые потери в электросталеплавильных дуговых печах составляют значительную часть расхода электроэнергии, в  особенности, в период выдержки металла (окислительный и восстановительный  периоды), когда до 80% подводимой в  печь мощности расходуется на компенсацию  потерь.

Общая средняя мощность тепловых потерь дуговой электропечи составляет 35 – 40% от подведенной в печь мощности.

Для приближенной оценки мощности тепловых потерь печи по периодам плавки могут быть использованы следующие  эмпирические уравнения, кВт:

P_тз+зав = 137G_м^2/3 – 12,25G_м;                                                                            (7.1)

P_т.пл = 0,8Р_тз+зав;                                                                                                (7.2)

Р_т.ок = Р_т.вп = 1,2Р_тз+зав,                                                                                     (7.3)

где     Р_тз+зав – мощность тепловых потерь в период заправки и завалки, кВт;

Р_т.пл – мощность тепловых потерь в период плавления, кВт;

Р_т.ок – мощность тепловых потерь в окислительный период, кВт.

 

P_тз+зав = 137·80^2/3 – 12,25·80 = 1536,59 кВт;

P_т.пл = 0,8·1536,59 = 1250,87 кВт;

Р_т.ок = Р_т.вп = 1,2·1536,59 =1876,30 кВт

 

 

8 ВЫБОР СТУПЕНИ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ПЕРИОДАМ ПЛАВКИ

Мощность трансформатора сталеплавильной печи при работе на твердой завалке выбирается исходя из теплового баланса периода  расплавлении. В этот период печь потребляет наибольшую мощность по сравнению с окислительным и восстановительным периодами, в которые подводимая мощность расходуется, главным образом, на компенсацию тепловых и электрических потерь печи.

Удельный полезный расход энергии в период плавления составляет 340 – 500 кВт.ч/т, в окислительный период 50 – 100 кВт.ч/т, а в восстановительный период 20 – 50 кВт.ч/т.

8.1 Период плавления

Производительность дуговых  электропечей, при установленной  технологическим режимом длительности окислительного и восстановительного периодов, определяется длительностью плавления. В этот период для ускорения расплавления шихты должна подаваться возможно большая мощность. В соответствии с тремя стадиями плавления шихты в электропечи целесообразно установить ступенчатый график изменения мощности трансформатора. Для обеспечения нормальной работы кладки свода в начале плавления рационально (0,1 времени плавления) работать на 0,9 установленной мощности, т. е.

P₁=0,9P_тр.н,кВА.                                                                                              (8.1)

При погружении электрода  в шихту и проплавлении «колодцев» рационально работать 0,6 – 0,7 времени  плавления на мощности Р_тр.н или увеличенной, кВА:

P₂ = (1,15 – 1,25)P_тр.н,                                                                                      (8.2)

P₃ = 0,8 P_тр.н,                                                                                                    (8.3)

P₄ = 0,7 P_тр.н, ,                                                                                                   (8.4)                                                                                                  

P₅ = 0,6 P_тр.н                                                                                             (8.5)                                                                                                   P₆ = 0,5 P_тр.н                                                                                                       (8.6)                                                                                                  

P₇ = 0,4 P_тр.н                                                                                                      (8.7)                                                                                                  

P ₈= 0,3 P_тр.н                                                                                                      (8.8)                                                                                                  

P₉ = 0,6 P_тр.н                                                                                                      (8.9)                                                                                                  

P₁ = 0,9·80000 = 68400 кВА,

Р₂ = 1,2·80000 = 91200 кВА,

Р₃ = 0,8·80000 = 60800 кВА,

Р₄ = 0,7·80000 = 53200 кВА,

Р₅ = 0,6·80000 = 45600 Ква

Р₆ = 0,6·80000 = 38000 кВА

Р₇ = 0,6·80000 = 30400 кВА

Р₈ = 0,6·80000 = 22800 кВА

Р₅ = 0,6·80000 = 15200 кВА

Проверочная формула:

P_{тр-ра max} 496Д²₀, кВА

15200 кВА 15850,27 кВА – верно

Ускорение плавления возможно за счет подогрева шихты до 200 – 400ºС в нефутерованных или 600 – 800ºС в футерованных бадьях, применения топливно – кислородных горелок (ТКГ) удельной мощностью 0,2 – 2,5 МВт на 1 т садки либо за счет применения кислорода для подрезки шихты с расходом до 7 – 10 м³/т.

При нагреве лома на каждые 100ºС экономия электроэнергии составляет 15 – 12 кВт.ч/т в зависимости от конечной температуры подогрева (убывает при повышении температуры).

Применение ТКГ дает экономию электроэнергии 2 кВт.ч на 10 МДж энергии газа. Расход газа с ∆Н = 33,4 МДж/м³ составляет 5 – 10 м³/т стали.

Применение кислорода  для подрезки лома сокращает расход электроэнергии на 3 – 3,5 кВт.ч на каждый м³ использованного кислорода.

Расход кислорода в  зависимости от выплавляемой марки  стали V_O2 = 10 – 35 м³/т.ч.

Общее время плавления  может быть определено из уравнения:

τ_пл = ,                                                                            (8.10)

 

где     А_пл – удельный полезный расход энергии в период плавления, кВт.ч/т;

Р_т.пл – средняя мощность тепловых потерь в период плавления кВт;

η_э – электрический КПД печи, который может быть принят в пределах      0,88-0,90;

cos φ – коэффициент мощности установки. Расчётное значение cos φ составляет 0,75 – 0,9;

Р_тр.ср – средняя за период мощность трансформатора, кВА;

Удельный полезный расход энергии А_пл составляет затраты на нагрев, расплавление и перегрев шихтовых материалов и может быть определен по следующему уравнению:

 А_пл=(202+2,85G_шл%+4,44G_р%)t⁰_кпл*10^-3+0,5G_шл%+0,64G_p%+68 кВт.ч/т,          (8.11)