1Расчет геометрических размеров рабочего пространства сверхмощных дуговых сталеплавильных печей (ДСП).
1.1 Определение размеров ванны


Рисунок 1  Форма сферической ванны ДСП:

1уровень откосов подины; 2–уровень порога;

3рабочее окно; 4шлаковая ванна
В данной работе обоснованы теплотехнические, рациональные соотношения размеров рабочего пространства ДСП на основе анализа условий теплообмена в ванне жидкого металла и в «свободном» пространстве с учётом практики эксплуатации современных отечественных и зарубежных ДСП обычной, высокой и сверхвысокой мощности. Для ДСП заданной вместимости m₀ необходимый объём металлической ванны V_м определяют по следующей формуле:
V_м= , (1)

где d_ж­­≈6,9..7,2 т/м³–плотность жидкой стали различного химического состава;

≈0,14..0,15 м³/т удельный объём жидкой стали.

=7,2

Принимаем d_ж=7,2 т/м³.
Объём металлической ванны находим (по формуле 1):
V_м=120:7,2=16,67 (м³)


Наиболее распространённым типом ванны трёхэлектродной ДСП является сфероконическая ванна. Объём V_м жидкометаллической ванны находим по следующей формуле:
V_м=V_к+V_ш=3,14h_к(D_м²+D_мD_ш+D_ш²):12+3,14h_ш[(3D_ш²/14)+h_ш²]:6 , (2)

где D_м – диаметр зеркала

h_м – глубина жидкометаллической ванны

V_к – объем усеченного конуса

h_к – высота усеченного конуса

V_ш – объем шарового сегмента

h_ш – высота шарового сегмента

D_ш – диаметр основания

Коническая поверхность ванны образует откосы подины и характеризуется углом Q между образующей и горизонталью. Учитывая угол естественного откоса сухого периклазового порошка, применяемого для заправки футеровки подины ДСП (30..35°) во избежание зарастания подины при эксплуатации ДСП, стремятся к получению угла откоса: Q=45°

Высота (глубина) h_ш шарового сегмента, необходимого для накопления жидкого металла под электродами при проплавлении колодцев в твёрдой металлошихте, является определённой частью глубины h

---

_м металлической ванны, которая находится по следующей формуле:

h_ш=k_шh_м, , (3)

где k_ш может быть 0,2 или 0,25. Принимаем k_ш=0,2.

Глубину металлической ванны находим по следующей формуле:
h_м=k_ф , (4)

где

k_ф= (5)

k_ф – коэффициент, характеризующий форму металлической ванны ДСП;

k_м – соотношение основных геометрических размеров металлической ванны, которое выбирают по теплотехническим и технологическим условиям: для малых ДСП (с кислой футеровкой) 3,54,5; для крупных ДСП (с основной футеровкой) 4,56; при наличии установки для электромагнитного перемешивания (ЭМП) жидкого металла выбирают меньшие значения k_м; d_ж–выражено в т/м³. Принимаем k_м=5.


k_ф находим (по формуле 5):
k_ф=

h_м – высоту (глубину) металлической ванны, м находим (по формуле 4):

h_м=0,228· =1,124 (м)

h_ш – высоту шарового сегмента, м находим по формуле (3):

h_ш=0,2·1,124=0,225 (м)

D_м=k_м·k_ф , (6)

где D_м–диаметр металлической ванны, м.

D_м=5·0,228· =5,620 (м)

Зная основные размеры ванны D_м и h_м, определяют размеры элементов металлической ванны по следующим формула:

h_k=h_м–h_ш; (7)

h_к=1,124–0,225=0,899 (м)

D_ш=(k_м–2·(1–k_ш))·k_ф ; (8)

D_ш=(5–2·(1–0,2))·0,228· =3,822 (м)

Принимаю D_ш=4,5 м

R_сф=0,5·(0,25·D_ш²+h_ш²):h_ш (9)

R_сф=0,5·(0,25·3,8²+0,225²):0,225=8,1 (м)

Объём V_шл шлаковой ванны зависит от количества шлака m_шл и находится по следующей формуле:
V_шл=m_шл:d_{шл ,} (10)

m_шл=0,01·K_шлm_{0 ,} (11)

где d_шл–плотность жидкого шлака, равная в зависимости от состава и температуры шлака 2, 9..3,2 т/м³; К_шл–количество шлака, выраженное в процентах от массы металла m₀ и составляющее 3..7 % в зависимости от марки выплавляемой стали.

Подставив значения в формулу (11) находим массу шлака:

---

m_шл=0,01·5·120=6 (т)
Подставив значения в формулу (10) найдем объем шлаковой ванны:
V_шл=6:3=2,0 (м³)
Толщину слоя шлака h_шл можно оценить, пренебрегая конусностью шлаковой ванны, найдем по следующей формуле:
h_шл≈ , (12)

Найдем h_шл подставив значения в формулу (12):
h_шл= =0,099 (м)

Принимаем h_шл=0,1 м.

Уровень порога рабочего окна принимают на 20..40 мм выше зеркала шлаковой ванны для создания дополнительного объёма ванны на случай «кипения» металла и шлака в окислительный период плавки:

h_з=0,02..0,04 (м)

Принимаем h_з=0,02 м.

Паспортной характеристикой, т.е. параметром ДСП, является глубина ванны от уровня порога рабочего окна, находим по следующей формуле:

h_п=h_м+h_шл+h_з (13)

Подставив значения в формулу (13) найдём h_п:

h_п=1,333+0,1+0,02=1,453 (м)

Другой параметр ДСП–диаметр ванны на уровне порога рабочего окна D_п можно определить по следующей формуле:

D_п=D_м+2·(h_шл+h_з), (14)

Подставив значения в формулу (13) получим:

D_п=6,667+2· (0,1+0,02)=6,907 (м)

Уровень откосов ванны принимают выше уровня порога рабочего окна на 30..100 мм, во избежание размывания шлаком основания футеровки и возможного аварийного выхода жидкого металла:

h₄=0,03..0,1 (м)

Принимаю h₄=0,05 м.

Суммарная глубина ванны (от уровня откосов подины) определяется по формуле:

h_в=h_п+h₄ (15)

Найдем h_в из формулы (14):

h_в=1,453+0,05=1,503 (м)

Суммарная глубина ванны h_в определяет такой важный параметр ДСП как диаметр рабочего пространства на уровне откосов D₀, являющийся также паспортной характеристикой ДСП вместимостью m₀, м и определяется по следующей формуле:

D₀=k_мk_ф +2·(h_шл+h₃+h₄) (16)

Подставив в формулу (15) значения, найдем D₀: D₀=5·0,228· +2(0,1+0,02+0,05)=7,007 (м)

1.2 Определение размеров свободного пространства



Рисунок 2 - Профиль футеровки ДСП

Профиль футеровки стены определяет тепловую работу ДСП и такие технико–экономические показатели, как стойкость футеровки, удельный расход электрической энергии, расходы по переделу. В отечественных и зарубежных ДСП применяют стены различной конструкции: 1) цилиндрические – для маломощных ДСП первого и второго поколений и для современных высокомощных ДСП четвёртого поколения с водоохлаждаемыми панелями; 2) ступенчатые–на реконструированных ДСП второго поколения (при соответствующей ступенчатой конструкции кожуха); 3)конические–на ДСП фасонно–литейных цехов машиностроительных заводов, работающих с набивной футеровкой стен; 4) сложного профиля – в ДСП третьего поколения, имеющих повышенную электрическую мощность и кирпичную футеровку стен.

---

Высота свободного пространства ДСП в виде расстояния от уровня откосов подины до верха стен или, то же самое, до пят сферического кирпичного свода определяется из условий теплообмена и возможности размещения металлошихты большего 5 - 7 раз объёма по сравнению с жидким металлом. Найдем по следующей формуле:

h_ст=k_стD₀=(0,35..0,45)·D₀, (17)

Принимая большие значения k_ст для малых ДСП, а меньшие значения – для крупных ДСП. Принимаем k_ст=0,35.

Высоту свободного пространства находим (по формуле 17):

h_ст=0,35·7,007=2,452 (м)



При расчёте геометрических размеров рабочего пространства ДСП необходимо проверить возможность загрузки металлошихты. Объём, занимаемый металлошихтой с насыпной плотностью d_ш, находим по следующей формуле:

V_ш=k_зk_рm₀:d_ш, (18)

где k_з–коэффициент, учитывающий технологию загрузки металлошихты, т.е. k_з=1 при загрузке в один приём, что возможно при d_ш=1,2..1,6 т/м³ и k_з=0,6..0,8 при загрузке металлошихты в два приёма (с подвалкой) более легковесной шихты; k_р–расходный коэффициент, учитывающий угар жидкого, k_р=1,08 (т/т). Принимаем k_з=0,6, d_ш=1,2 (т/м³).

Объем, занимаемый металлошихтой определяем (по формуле 18):

V_ш=0,6·1,08·200/1,2=108 (м³)

Соответствующий объём рабочего пространства ДСП состоит из объёмов ванны V_в и свободного пространства V_св, определяемого в общем виде для стен сложного профиля по формуле:

V_раб=V_в+V_св=V_м+π·(h_шл+h_з+h₄)(D_м²+D_мD₀+D₀²):12+π·(h_ст¹D₀²+h_cт¹D₀D¹+

+h_ст²·(D¹)²+(h_ст²–h_ст¹)D¹D²+(h_ст³–h_ст¹)(D²)²+(h_ст³–h_ст²)D²D³+

+(h_ст–h_cт³)(D³)²+(h_ст–h_ст³)D³D⁴+(h_ст–h_ст³)(D⁴)²):12 (19)

где

D¹=D₀+2h_ст¹tgα¹; (20)

D²=D¹+2(h_cт²–h_ст¹)tgα²; (21)

D³=D²_­­+2(h­­­_ст³–h_ст²)tgα³; (22)

D⁴=D³+2(h_ст–h_ст³)tgα⁴. (23)

Принимаем α¹=27; α²=20; α³=13; α⁴=0.

Высоту каждого яруса (h_cт)_i стены сложного профиля целесообразно выражать через диаметр D₀ при помощи соответствующих формулам:

---

h_ст¹=k_ст¹D₀; (24)

h_ст²=k_ст²D₀; (25)

h_ст³=k_ст³D₀; (26)

Принимаем: k_cт¹=0,1; k_ст²=0,2; k _ст³=0,3.

Найдём высоту каждого яруса (по формулам 24, 25 и 26):

h_cт¹=0,1·7,007=0,701 (м);

h_ст²=0,2·7,007=1,401 (м);

h_cт³=0,3·7007=2,102 (м).

Найдём диаметры каждого яруса (по формулам 20 – 23):

D¹ = 7,007+2·0,701· tg27=7,721 (м);

D² = 7,721+2·(1,401–0,701) · tg20=8,231 (м);

D³ = 8,231+2(2,102–1,401) · tg13=8,555 (м);

D⁴ = 8,555+2(2,45–2,102) · tg0=8,555 (м).

V_раб=27,78+3,14(0,1+0,02+0,05) · (6,667+6,667·7,007+7,007 ²):12+3,14[0,701 · ·7,007² +0,701 · 7,007 · 7,721+1,401 · 7,721²+0,701 · 7,721 · 8,231+(2,102–0,701) · (8,231)²+0,701 · 8,231 · ·8,555+(2,452-2,102) · 8,555²+(2,452–2,102) · · 8,555² +(2,452–2,102) · 8,555²]:12 = 140,405 (м³)

V_ш< V_раб

108<140,708 (м³). Условие выполняется.

1.3 Определение размеров футеровки



Рисунок 3 - Конструкция многослойной футеровки подины ДСП вместимостью 200т:

1набивной рабочий слой из периклазового порошка;

2периклазовый кирпич; 3шамотный кирпич;4шамотный порошок; 5листовой асбест; 6днище кожуха

Чтобы определить внешние размеры ДСП для уже известных геометрических размеров рабочего пространства, необходимо наметить конструктивные решения футеровки с выбором огнеупорных и теплоизоляционных материалов подины, стен и свода. Толщина многослойной футеровки подины ДСП сравнима с глубиной жидкого металла h_м, вычисляется по формуле:

Δ_п=k_пh_м, (27)

где k_п=1 для ДСП без ЭМП

Δ=1·1,333=1,333 (м)

Днище кожуха покрывают одним или двумя слоями листового асбеста (10..20 мм.), наносят выравнивающий слой шамотного порошка (10..40 мм), на который укладывают один или два ряда шамотного кирпича на плашку (65..130 мм). Общая толщина теплоизоляционного слоя может быть 85..180 мм.

Огнеупорный слой основной подины состоит из нескольких рядов прямого периклазового кирпича размером 230х115х65 мм, с общей толщиной 295..575 мм для ДСП вместимости от 6 до 200 т. Кирпичи каждого последующего ряда смещают на 45 градусов, чтобы перекрыть вертикальные швы. Швы кладки заполняют просеянным периклазовым порошком фракции 1..0 мм. Рабочий слой подины толщиной 100..150 мм, набивают из сухого периклазового порошка без связки (так называемая сухая подина). Нижняя часть днища кожуха ДСП может быть сферическая (отношение хорды к радиусу днища равно 0,8) или коническая. На ДСП с ЭМП

---

Смотрите также файлы

• Отчет по учебной практике профессионального модуля пм 02.docx

• Анализ работы шмо учителей биологии, химии и географии за 20202021 учебный год.docx

• Практическая работа 2 определение погрешностей однократных прямых измерений.pptx

• .docx

• По учебному курсу Строительная механика.docx