Расчет основных параметров дуговой сталеплавильной

Печи

Основным параметром, характеризующим дуговую печь, является ее емкость, которая взаимосвязана с ее геометрическими и электрическими параметрами. При заданной емкости геометрические и электрические параметры печи определяют режим и показатели ее работы.

Выбор основных электрических параметров дуговых печей сложен и неоднозначен. Печи работают в различных условиях при различных технологических процессах плавки. Основными показателями работы дуговых печей принято считать производительность и удельный расход электроэнергии. Эти показатели зависят от многих факторов, и дать аналитическое выражение для определения их оптимальных значений, которые могут быть использованы в инженерных расчетах, не представляется возможным. Поэтому при определении основных параметров дуговых печей приходится брать эмпирические формулы, выведенные на основании обработки статистических данных работы действующих дуговых печей.

При разработке конструкции дуговой печи выбирается мощность печного трансформатора, рассчитываются геометрические размеры ванны и рабочего пространства печи, необходимая толщина теплоизоляционных и огнеупорных слоев, диаметр графитизированных электродов и диаметр их распада и др. параметры.

Как правило, дуговые промышленные печи имеют емкость:

0,5; 1,5; 3; 5; 6; 10; 12; 25; 50; 100; 200 т. Электрооборудование печей обеспечивает передачу 600-1000 кВА на каждую тонну вместимости печи.

Основные параметры дуговых печей рассчитываются по следующим эмпирическим формулам.

Вместимость печи:

, (1.7)

где m – вместимость печи, т;

τ₁ – время шихты в печь, ч;

τ₂ – время плавки (расплавление, перегрев и доводка ме-

талла), ч;

τ₃ – время выпуска металла из печи, ч;

τ₄ – время ремонта футеровки после каждой плавки, ч;

П – производительность печи, т/ч

Объем жидкого металла в печи:

, (1.8)

где V_м – объем жидкого металла, т;

γ_м – плотность жидкого металла, т/м³

На рис. 1.2 приведен эскиз дуговой сталеплавильной печи с указанием расчетных размеров.

Полная высота ванны (угол наклона печи 45^о) до порога рабочего окна:

h₃ = А · m ^0,25, (1.9)

где h₃ - полная высота ванны, м;

А – коэффициент, равный для основных печей 0,31-

0,345 и для кислых печей – 0,38

Высота сферической части ванны:

h₂ = 0,2 · h₃, (1.10)

где h₂ – высота сферической части ванны, м

Диаметр ванны на уровне порога рабочего окна:

, (1.11)

Рис. 1.2 – Эскиз дуговой печи

где d₁ – диаметр ванны на уровне порога рабочего окна, м;

Диаметр плавильного пространства на уровне верхнего края откоса:

d₂ = d₁ + 2· h₄, (1.12)

где d₂ - диаметр плавильного пространства, м;

h₄ - расстояние между уровнями порога и откоса, м

h₄ = (0,14-0,15) · h₃ для печей вместимостью до 20 т и (0,12-0,13) · h₃ для печей большей вместимости.

Высота плавильного пространства h₅, м:

для печей вместимостью до 50 т h₅ = (0,5-0,4) · d₂;

для печей вместимостью 50-100 т h₅ = (0,4-0,38) · d₂;

для печей вместимостью 100 т и выше h₅ = (0,38-0,34) · d₂

Толщина футеровки пода:

, (1.13)

Толщина s₃ огнеупорного слоя стен 0,23 м для печей вместимостью 0,5-1,5 т; 0,3 м для печей 3-10 т; 0,34-0,45 м для печей емкостью свыше 10 т.

Толщина s₂ теплоизоляционного слоя стен 0,1 м для печей вместимостью 0,5-1,5 т; 0,1-0,15 м для печей 3-10 т; 0,15-0,2 м для печей свыше 10 т.

Внутренний диаметр каркаса печи:

d₃ = d₂ + 2·(s₂ + s₃), (1.14)

Толщина стенки каркаса печи:

s₁ = 0,005 · d₃ (1.15)

Толщину s₄ огнеупорного слоя свода можно принимать 0,23 м для печей вместимостью до 12 т, 0,3 м для печей емкостью 25-50 т и 0,38-0,46 м для печей вместимостью 100 т и выше.

Ширина рабочего окна принимается равной:

в = 0,3 · d₂, (1.16)

Высота рабочего окна:

h₁ = 0,8 · в, (1.17)

Мощность печного трансформатора определяется по формуле:

, (1.18)

где S – мощность печного трансформатора, кВА;

W – удельный расход энергии на расплавление, кВт·ч/т;

η - КПД печи равный 0,5-0,7;

cos φ – коэффициент мощности печи равный 0,8-0,9

Сила тока в электроде печи:

, (1.19)

где U_2Л - линейное напряжение, В

Напряжение выбирается с учетом мощности трансформатора, габаритов печи и ее вместимости. Для печей небольшой вместимости вторичное напряжение составляет 225-300 В, для печей средней вместимости – 300-400 В и для печей большой емкости – до 600 В.

Диаметр графитизированного электрода можно определить по формуле:

, (1.20)

где j – допустимая плотность электрического тока в элек-

троде, А/м², j = (15-20) · 10⁴ А/м²

Диаметр распада электродов (диаметр окружности, проходящей через центры трех электродов):

d₄ = (2,5 – 3,5) · d₅ (1.21)

В табл. 1.2 приведены исходные данные для расчета основных параметров дуговой печи.