Расчет профиля доменной печи
Обновлено: 17.05.2024
Конструкция и методика расчёта доменной печи
Продукт доменной плавки. Выплавка чугуна из железных руд. Доменная печь. Качественный уровень работы. Профиль рабочего пространства печи. Футеровка колошника. Теплообмен и показатели работы доменных печей. Технико-экономическая оценка доменных печей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.12.2008 |
| Размер файла | 30,1 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Задание ……………………………………………………………………31 Доменные печи . 4
1.1 Устройство и работа доменной печи . 4
1.2 Теплообмен в доменных печах …………………………….……….7
1.3 Показатели работы доменных печей……………………………… 10
Список использованных источников …………………………………14
1 Доменные печи
1.1 Устройство и работа доменной печи
Доменная печь предназначена для выплавки чугуна из железных руд и является важнейшим агрегатом чёрной металлургии. Основой технологических процессов, протекающих в доменной печи, являются процессы восстановления окислов железа.
Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сечения (рисунок 1), опирающуюся на железобетонный фундамент обычно многогранной формы. Нижняя часть (подошва) фундамента находиться на глубине 6 - 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.
Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе составляют колошник (верхняя цилиндрическая часть), шахта (верхняя конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).
Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собранными из сегментов, от ударного и истирающего действия кусков шихты, падающих с большого конуса засыпного аппарата. Шахту, распар и заплечики футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) - высокоглиноземистым кирпичом или углеродистыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, заплечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.
Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.
Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный воздухопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные водоохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по окружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к кожуху печи.
В нижней части горна на высоте 600 - 1000 мм от лещади расположены одна или две чугунные летки - каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при помощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках между выпусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой при помощи специального устройства - электрической поршневой пушки.
На высоте 1400 - 1600 мм от чугунной летки под некоторым углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпускают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставленный в чугунный холодильник, вставленный в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто специальным стопором со стальной пробкой.
Доменную печь загружают шихтой сверху через специальный засыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Такая конструкция засыпного аппарата позволяет равномерно распределять материал на окружности колошника и устраняет потери газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.
Процесс развития доменного производства идет в направлении повышения содержания железа в рудном сырье, снижения расхода топлива и частичной замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Увеличиваются также размеры доменных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м3.
Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее к уменьшению количества шлака, снижает затраты физического тепла на нагрев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печи и позволяет снизить расход топлива. Снижение расхода топлива увеличивает в свою очередь экономичность и производительность печи.
В настоящее время в качестве рудной части шихты используют агломерат - продукт обогащения железной руды спеканием измельченной руды, железного концентрата, колошниковой пыли и флюсов.
Весьма перспективным является применение окатышей - продукта окомкования и обжига железного концентрата.
Основным видом топлива в доменной печи является кокс. В качестве дополнительного топлива используется природный газ, который подаётся через фурмы.
Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в результате горения опускающегося кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н2, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материалов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырьё и кокс постепенно нагреваются и теряют влагу и летучие. При использовании флюсов и сырых руд происходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырьё восстанавливается. Высший окисел Fe2O3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осуществляется практически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону горения. Восстановителями служат компоненты газа (СО и Н2), окисляющиеся в процессе восстановления до СО2 и Н2О.
Процесс восстановления железа складывается из реакций
FeO + CO = Fe + CO2
Такой процесс требует затраты углерода и поглощает большое количество (156,64 МДж/моль) тепла.
При высоких температурах, достигаемых после расплавления и разделения составляющих рудной части шихты на металл и шлак, получают некоторое развитие эндотермические процессы прямого восстановления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускающего расплавы и газы и преграждающего путь ещё не расплавленным или полурасплавленным кускам рудных материалов.
Окись углерода, которая образуется по реакциям (1) и представляет собой основную горячую составляющую доменного (колошникового) газа, удаляется из печи с температурой примерно 650 К и используется в дальнейшем для отопления доменных печей.
Для отвода газа в куполе печи предусмотрены четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены попарно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.
1.2 Теплообмен в доменных печах
В доменной печи шихта двигается сверху вниз, а раскаленные газы двигаются снизу вверх. Таким образом, осуществляется противоток газа и шихты. Характер теплообмена между газом и кусками шихты зависит от соотношения из водяных эквивалентов. Водяным эквивалентом газа (шихты) называют произведение расхода газа (шихты) на его (ее) теплоёмкость, т.е.
где Wг и Wш - водяные эквиваленты газа и шихты, Вт/К;
Gг и Gш - расход газа и шихты, кг/с или м3/с;
сг и сш - теплоёмкость газа и шихты, Дж/(кг • К) или Дж/(м3 • К).
Соотношение между водяными числами газа и шихты оказывает существенное влияние на теплообмен в шахтных печах. Характерными являются две противоточные схемы теплообмена, представленные на (рисунке 2).
Если водяной эквивалент газового потока больше водяного эквивалента потока шихты, т.е. Wг > Wш, то температура шихты достигает начальной температуры теплоносителя (газа) Т 'г, а теплоноситель выходит из теплообменника с температурой Т''г.
В этом случае при сохранении постоянным коэффициента теплопередачи и соотношения водяных эквивалентов по высоте шахтной печи температуру шихты на различных горизонтах шахты можно определять по приближенному уравнению Б.И. Китаева:
где - числовой коэффициент, зависящий от критерия Био; бv - коэффициент теплоотдачи на единицу объёма шихты, Вт/(м3 • К); f - пористость слоя шихты (доли единицы), равная отношению объёма, незанятого кусками шихты, ко всему объёму; ф - время от начала загрузки, шихты, с; Н - высота положения шихтовых материалов, м.
Когда водяной эквивалент шихты больше водяного эквивалента газа, т.е. Wг > Wш, газы отдают все свое тепло шихте и охлаждаются до температуры поступающей шихты Тш. Однако этого тепла не хватает, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов. Шихта после теплообмена будет недогретой, ее температура Тш будет ниже температуры поступающих в шахту газов Тг.
Для определения температуры газа на различных горизонтах шахты при этой схеме теплообмена можно использовать второе приближенное уравнение Б.И. Китаева:
Для определения температуры шихты используют уравнение теплового баланса:
(Тш - Т 'ш) Wш = (Т 'г - Тг) Wг
Определение коэффициентов теплоотдачи в шахтных печах представляет собой большую сложность, поскольку форма и размер кусков шихты являются крайне неопределенными.
Эта сложность углубляется так же тем, что и расстояние между кусками является весьма неопределенным. Теплообмен от газов к кускам шихты осуществляется тремя видами теплопередачи: конвекцией, теплопроводностью и излучением, с переменным удельным значением каждого вида передачи тепла. Преобладающее значение имеет теплопередача конвекцией, так как расстояние между кусками весьма мало и тепловое излучение невелико.
Всё это вызвало необходимость использовать в расчетах теплообмена в шахтных печах коэффициенты теплоотдачи на единицу объема бv [Вт/(м3 • К)] и на единицу поверхности бF [Вт/(м2 • К)], связанные между собой следующим соотношением:
где F - средняя удельная поверхность кусков шихты (м2/м3).
Для определения коэффициента теплоотдачи на единицу поверхности кусков могут быть использованы эмпирические уравнения. Одно из таких уравнений, полученное А.Н. Чернятиным, имеет следующий вид
где ш - коэффициент формы, учитывающий потери поверхности в местах контактов между кусками. Для кусков руды ш = 0,86.
Используя выражения (4) и (5), можно найти коэффициенты бF и бv, необходимые для расчетов по уравнениям (2) и (3).
В реальных условиях работы доменной печи наблюдаются отклонения в постоянстве соотношения водяных эквивалентов, вызванные влиянием физико-химических процессов, протекающих в объеме печи.
В условиях работы доменной печи по ее высоте разграничиваются три зоны теплообмена на (рисунке 3): 1) верхняя зона, в которой теплообмен происходит в условиях Wг > Wш и тепло газа используется не полностью; 2) средняя зона, в которой теплообмен происходит вследствие протекающих в ней экзотермических реакций, и 3) нижняя зона (при Wг < Wш), в которой наблюдается самый интенсивный теплообмен.
Эти положения объясняют ряд известных положений, замеченных на практике. Например, тепло нагретого дутья полностью используется в нижней части печи, поскольку здесь Wг < Wш и происходит интенсивный теплообмен; введение кислорода в дутье или уменьшение удельного расхода кокса снижает температуру колошника благодаря тому, что уменьшаются количество газов и Wг.
Во всех случаях необходимо производить расчет шихты по методике, т. е. по формулам (1) и (2):
При расчете шихты учитывают угар элементов, который зависит от применяемых материалов, а также от типа печи
1.3 Показатели работы доменных печей
Основным продуктом доменной плавки является передельный чугун, который в дальнейшем используется для получения стали. Он имеет следующий состав: 3,7 - 4,3 % С, 0,3 - 1,0 % Si, до 2 % Mn, 0,02 - 0,06 % S, остальное железо.
Качественный уровень работы доменной печи характеризуется отношением ее полезного объема (м3) к суточной выплавке чугуна (т) и называется коэффициентом использования полезного объема (к. и. п. о.), который обычно колеблется в пределах 0,43 - 0,75. Примерный материальный и тепловой балансы доменной плавки даны в (таблице 1 и 2).
Из теплового баланса видно, что физическое тепло газов используется в доменной печи очень хорошо, а этом отношении доменная печь является весьма совершенным агрегатом. Химически связанное тепло углерода используется не полностью, так как в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу, поскольку основное назначение доменной печи заключается в восстановлении железа из его оксидов. В результате неполного окисления углерода и водорода влаги в колошниковом газе, кроме СО, содержаться также горючие газы Н2 и СН4. В данном случае сухой колошниковый газ характеризуется теплотой сгорания Qнр = 4477 кДж/м3. Следовательно, на 1 кг чугуна с колошниковым газом уходит химической энергии тепла 4477 • 2,684 = 11810 кДж, что составляет приближенно 44 % тепла, получаемого при сгорании кокса и природного газа.
Таблица 1 - Примерный материальный баланс доменной плавки на 1000 кг чугуна.
Расчет размеров профиля доменной печи
Расчет размеров профиля доменной печи проведен по методу М. А. Павлова [2].
Метод М. А. Павлова, основан на применении эмпирических данных о работе доменных печей с разными профилями.
В работе предусмотрен проект доменного цеха в составе двух доменных печей полезным обьемом 3200 м 3 .
Для оценки производительности доменных печей различного объема применяют показатель - коэффициент полезного объема, представляющий собой отношение полезного объема печи к его среднесуточной производительности:
КИПО = , м 3 сут/т
В расчетах принято значение КИПО 0,6 м 3 сут/т.
В доменном цехе запланирована установить две доменной печи, таким оброзом суточная производительность цеха составит 5333,3 . 2=10666,6 тонн.
Годовой производительности доменного цеха 3,8 млн.т необходимо построить две доменные печи полезным объемом 3200м 3 .
Полезную высоту принимаем равной 32,13 м, полную 35,29 м. Суточная производительность доменной печи составляет 5333,3 т чугуна.
Для определения диаметра распара в зависимости от полезного объема и принятой полной высоты печи М. А. Павлов рекомендует формулу:
где: k - коэффициент учитывающий отклонение профиля печи от цилиндрического и изменяющийся для печей современного профиля от 0,52 до 0,54;
Dp - диаметр распара, м;
Hп – полная высота печи, м.
Из формулы 2.1 определим диаметр распара, принимая коэффициент k равным 0,54:
Dp = = 12,96 м
Принимаем относительный расход кокса 0,57 т на 1 т чугуна. Расход
К = 5333,3 . 0,57 = 3040 т/сут.
Зная суточный расход кокса К, выбирают соответствующую ему интенсивность сгорания кокса iг, пользуясь рекомендуемыми М. А. Павловым соотношениями приведенными в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Рекомендуемые соотношения суточного расхода кокса и интенсивности сгорания коса
| К, т/сут | iг, т/(м 2 . сут) | К, т/сут | iг, т/(м 2 . сут) |
| 550 – 650 | 19,2 | 950 – 1100 | 22,8 |
| 650 – 800 | 20,4 | 1100 – 1250 | 24,0 |
| 800 – 950 | 21,6 | > 1250 | 26,4 |
Принимая по суточному расходу кокса рекомендуемую М. А. Павловым интенсивность сгорания кокса на 1 м 2 сечения горна 26,4 т/(м 2. сут), определяем площадь горна:
где К – суточный расход кокса;
Iк – интенсивность горения кокса.
S = 3040 / 26,4 = 115,15 м 2
Определяем диаметр горна:
dг = , м (2.3)
где S – площадь сечения горна, м 2 .
dг = = 12,11 м
Диаметр колошника определим из соотношения dк : Dp = 0,67 : 0,75. Принимаем это соотношение равным 0,67 тогда
dк =12,11 . 0,67 = 8,11 м.
Высоту горна определим из условия, что на 1 т суточной выплавки чугуна необходимо 0,062 м 3 объема горна, что вполне достаточно при частых выпусках чугуна:
где Р – суточная производительность (для современных доменных печей она составляет 0,05 – 0,07);
Vг – объем горна, м 3 ;
S – площадь сечения горна, м 2 .
hг = (5333,3 . 0,062) / 115,15 = 2,87 м.
На основании опытных данных принимаем высоту заплечиков равной 3,4 м. Определяем угол наклона заплечиков:
(2.5)
где hз – высота заплечиков, м;
Dp – диаметр распара, м;
dг – диаметр горна, м.
На основании опытных данных высоту цилиндрической части колошника принимаем равной 2.99 м, а высоту распара - равной 2,3 м.
Определяем высоту шахты:
hш = 32,13 - (2.87 + 3.4 + 2,99 + 2,3) = 20,57 м.
Находим угол наклона шахты:
(2.6)
где hш – высота шахты, м;
Dp – диаметр распара, м;
dк – диаметр колошника, м.
Проверяем полезный объем печи:
Vг = 2.87 = 350.4 м 3 ;
б) объем заплечиков:
Vз = 3,14 . 3,4 (6,5 2 + 6,5 . 6 + 6 2 ) = 456 м 3 ;
в) объем распара:
Vр = = 303 м 3 ;
Vш = (6,5 2 + 6,5 . 4 + 4 2 ) = 1935 м 3 ;
д) объем колошника:
Vк = = 165 м 3 ;
е) общий полезный объем:
VПол = 350.4 + 456 + 303 + 1935 + 165 = 3209.4 м 3
Анализ рассчитанных размеров профиля доменной печи методом М. А. Павлова показал близкие результаты в сравнении с размерами профиля типовой доменной печи того же объема [2].
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Расчет профиля доменной печи
Афанасьев А.А.
Проверил преподаватель:
Суворин Н.Н.
г. Череповец, 2013 год
| Задание………………………………………………………………………………… | |
| Введение………………………………………………………………………………. | |
| Расчет профиля доменной печи……………………………………………………. | |
| Расчет количества воздушных фурм, чугунных леток и выпусков жидких продуктов плавки……………………………………………………………………. | |
| 2.1 | Расчет количества воздушных фурм………………………………………………. |
| 2.2 | Расчет количества выпусков жидких продуктов плавки…………………………. |
| 2.3 | Расчет количества чугунных леток………………………………………………….. |
| Описание конструкции доменной печи……………………………………………. | |
| 3.1 | Описание конструкции лещади……………………………………………………… |
| 3.2 | Описание конструкции горна………………………………………………………. |
| 3.3 | Описание конструкции заплечиков…………………………………………………. |
| 3.4 | Описание конструкции шахты и распара…………………………………………… |
| 3.5 | Описание конструкции колошника…………………………………………………. |
| Расчет футеровки доменной печи…………………………………………………… | |
| 4.1 | Расчет футеровки горна……………………………………………………………… |
| 4.2 | Расчет футеровки распара……………………………………………………………. |
| 4.3 | Расчет футеровки шахты…………………………………………………………….. |
| 4.3.1 | Расчет футеровки охлаждаемой части шахты……………………………………… |
| 4.3.2 | Расчет футеровки неохлаждаемой части шахты ………………………………….. |
| 4.4 | Расчет футеровки заплечиков……………………………………………………….. |
| Расчет разгара лещади доменной печи……………………………………………… | |
| Расчет конвейерного подъемника…………………………………………………… | |
| Заключение……………………………………………………………………………. Литература……………………………………………………………………………. |
Введение
Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Доменная печь – это непрерывно работающий плавильный агрегат шахтного типа основанный на противотоке шихтовых материалов и газов. Современная доменная печь представляет собой печь шахтного типа, состоящую из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна.
Метод Павлова, в котором даётся описание методики расчёта профиля доменной печи, является сугубо эмпирическим. Особенность его состоит в том, что основные размеры определяются с учётом работы доменной печи и характеров процессов, протекающих в доменной печи.
Расчёт профиля доменной печи начинается с выбора отношения полезной высоты печи к диаметру распара: . Диаметр распара определяется исходя из полезного объёма печи: .
– суточный расход кокса, зависящий от сечения горна и интенсивности горения кокса i. Отношение диаметра распара к диаметру горна должно быть: . Диаметр горна вычисляется по формуле: . Высота металлоприёмника зависит от объёма выплавляемого чугуна – на 1 тонну выплавляемого чугуна приходится 0,05 - 0,07 м 3 объёма горна. Высота горна: , (а – конструкционный размер, равный 0,4 м). Высота заплечиков: . Значения высот заплечиков и распара выбираются с учётом характера протекающих в этих элементах рабочего пространства механических и физико-химических процессов и практических данных. Размеры шахты и колошника определяются по отношению диаметра колошника к диаметру распара: . Диаметр колошника равен: . Угол наклона заплечиков , угол наклона шахты . Высота шахты зависит от её объёма: . Объёмы отдельных частей печи вычисляются как объёмы цилиндров и усечённых конусов. В конце расчёта выполняется проверка приемлемости исходных данных - полный объём печи и её полная высота по расчетам не должны отличаться от исходных данных больше чем на .
Условия проектирования
Объем печи – 3400м 3 ;
Производительность– 8290 т/сут;
Расход кокса – 423 кг/т;
Расход природного газа – 115 м 3 /тчуг;
Содержание кислорода в дутье – 29 %;
Давление под колошником – 2 ати (3,0 атм.).
Расчет количества воздушных фурм, чугунных леток и выпусков
Жидких продуктов
Расчет количества воздушных фурм
Количество воздушных фурм определяем по формуле 20.
Расчет количества выпусков через чугунную летку
U = 0,29 т/т чугуна;
Количество выпусков определяется по формуле 21:
Объем жидких продуктов плавки определяется по формуле 22:
где Vч – объем жидкого чугуна, м 3 ; Vшл – объем жидкого шлака, м 3 .
Объем жидкого чугуна определяется по формуле 23:
Объем жидкого шлака определяется по формуле 24:
Объем металлоприемника определяется по формуле 25:
Описание конструкции лещади
В настоящее время лещади делают либо цельноуглеродистыми, либо комбинированными из углеродистых и высокоглиноземистых огнеупоров. Применение углеродистых огнеупоров вызвано тем, что из-за их высокой теплопроводности снижается перегрев и вследствие этого уменьшается разрушение кладки лещади. Высота лещади составляет примерно 5,6 м; это необходимо, поскольку за многие месяцы эксплуатации печи происходит разрушение кладки жидким чугуном, и в лещади образуется заполненная жидким чугуном полость, которая может достигать фундамента печи. Способ футеровки лещади: крестом (кирпичи выкладываются под углом 90º друг к другу) и параллельными рядами (под углом 30-40º).
Выбираем комбинированную лещадь из высокоглиноземистых и графитизированных блоков.
Описание конструкции горна
а) Цилиндрический; б) Конический.
Футеровку горна до уровня фурм выполняют из углеродистых блоков, а в районах фурм и чугунных и шлаковых леток из шамотного кирпича, поскольку углерод здесь может окисляться кислородом дутья, диоксидом углерода, а также парами воды из огнеупорных масс. При работе на безводных леточных массах район чугунных леток делают из углеродистых блоков. Толщина футеровки у низа горна достигает 1600 мм. Снаружи кладку горна охлаждают гладкими плитовыми холодильниками. Выбираем конический горн с комбинированной футеровкой. Толщина на стыке заплечиков горна 575 мм, а на уровне чугунных леток 1380 мм. Нижняя часть выложена высокоуглеродистыми блоками. Верхняя – шамотными кирпичами.
Расчет футеровки печи
Расчет футеровки горна
Полезный объем печи = 3400 м 3
Диаметр горна = 12,6 м.
Высота металлоприемника hф = 3,3 м.
Высота шлаковой зоны , м, определяется по формуле:
где - высота металлоприемника, м.
Схема горна представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема горна
Количество углеродистых блоков определяется:
где - высота шлаковой зоны, мм; 550 – высота углеродистого блока, мм; 0,5 – толщина шва, мм.
Высота углеродистых блоков hугл, мм, определяется:
Высота горна до откоса
Пояса футеровки горна от откоса представлены на рисунке 5.
Рисунок 5. Пояса футеровки горна от откоса
Высота 1 пояса: мм.
Количество рядов кладки в 1 поясе: рядов.
 |
Структура футеровки 1 пояса горна представлена на рисунке 6.
Рисунок 6. Структура футеровки 1 пояса горна
Количество кирпичей в ряду определяется в следующем порядке.
а) Общее количество кирпичей в ряду N, шт., определяется по формуле
где l – диаметр части доменной печи, включая ряды футеровки, мм; 150 – ширина кирпича, мм; 0,5 – толщина шва, мм.
б) Количество клиновых кирпичей Nклин, шт., определяется по формуле
где lк – длина клинового кирпича, мм (230 или 345 мм); b – ширина задней стенки клинового кирпича, мм (150 мм); b1 – ширина передней стенки клинового кирпича, мм, выбирается в зависимости от длины кирпича. Если lк = 230 мм, то b1 = 135 мм; если lк = 345 мм, то b1 = 125 мм.
в) Количество прямых кирпичей в ряду, Nпр, шт., определяется по формуле
Общий вид огнеупорного кирпича представлен на рисунке 7.
Рисунок 7. Общий вид огнеупорного кирпича
Маркировка огнеупорных шамотных кирпичей в зависимости от их размеров представлена в таблице 3.
Таблица 3 – Маркировка огнеупорных шамотных кирпичей
| Параметр, мм Маркировка | Тип кирпича | ||
| Прямой | Клиновой | ||
| Нормальный | Полуторный | Нормальный | Полуторный |
| D1 | D3 | D2 | D4 |
| а | |||
| b | |||
| b1 | |||
| с |
1 пояс (1 ряд = 3 ряд = 5 ряд, = 7 ряд, 2 ряд = 4 ряд = 6 ряд)
Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 1 пояса горна представлено в таблице 4.
Таблица 4 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 1 пояса горна
| ряд | 1=3=5=7 | 2=4=6 |
| D1 | ||
| итого по поясу | ||
| D2 | ||
| итого по поясу | ||
| D3 | ||
| итого по поясу | ||
| D4 | ||
| итого по поясу |
2 пояс (1 ряд = 3 ряд = 5 ряд, 2 ряд = 4 ряд ).
Высота 2 и 3 пояса: мм.
Количество рядов кладки во 2 и 3 поясе:
Структура 2 ряда футеровки горна представлена на рисунке 8.
 |
Рисунок 8. Структура 2 пояса футеровки горна
Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 2 пояса горна представлено в таблице 5.
Таблица 5 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 2 пояса горна
| ряд | 1=3=5 | 2=4 |
| D1 | ||
| итого по поясу | ||
| D2 | ||
| итого по поясу | ||
| D3 | ||
| итого по поясу | ||
| D4 | ||
| итого по поясу |
Структура футеровки 3 пояса горна представлена на рисунке 9.
3 пояс (1 ряд = 3 ряд = 5 ряд, 2 ряд = 4 ряд).
Рисунок 9. Структура футеровки 3 пояса горна
Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 3 пояса горна представлено в таблице 6.
Таблица 6 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки 3 пояса горна
| ряд | 1=3=5 | 2=4 |
| D1 | ||
| итого по поясу | ||
| D2 | ||
| итого по поясу | ||
| D3 | ||
| итого по поясу | ||
| D4 | ||
| итого по поясу |
Количество огнеупорных кирпичей соответствующих марок для футеровки горна представлено в таблице 4.
Таблица 8 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки горна
| Марка кирпича | Количество, шт. |
| D1 | |
| D2 | |
| D3 | |
| D4 |
Расчет футеровки распара
Высота распара = 1700 мм.
Диаметр распара = 13600 мм.
Толщина футеровки 920 мм.
Количество рядов футеровки Nр определяется по формуле
где - высота распара, мм; 75 – высота огнеупорного кирпича, мм; 0,5 – толщина шва, мм.
Структура футеровки распара представлена на рисунке 11.
Рисунок 11. Структура футеровки распара
Количество огнеупорных кирпичей соответствующих марок для футеровки распара представлено в таблице 9.
Таблица 9 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки распара
| Марка кирпича | Количество, шт. |
| D1 | |
| D2 | |
| D3 | |
| D4 |
Расчет футеровки шахты
Диаметр распара = 13,6 м.
Диаметр колошника = 9,5 м.
Высота шахты = 20,3 м.
Общий вид футеровки шахты представлен на рисунке 12. Высота охлаждаемой части шахты с толщиной футеровки 690 мм. Высота неохлаждаемой части шахты с толщиной футеровки 920 мм.
Рисунок 12. Общий вид футеровки шахты
Диаметр dх, м, определяется по формуле:
где – диаметр колошника, м; D – диаметр распара, м.
Расчет футеровки заплечиков
Высота заплечиков = 3,0 м.
Диаметр распара = 13,6 м.
Диаметр горна = 12,6 м.
Число рядов кладки:
Структура футеровки 1 ряда заплечиков представлена на рисунке 17.
Рисунок 17. Структура футеровки 1 ряда заплечиков
Структура футеровки 40 ряда заплечиков представлена на рисунке 18.
Рисунок 18. Структура футеровки 40 ряда заплечиков
Количество огнеупорных кирпичей соответствующих марок для футеровки заплечиков представлено в таблице 11.
Таблица 11 - Количество огнеупорных кирпичей для футеровки заплечиков
| Марка кирпича | Количество, шт. |
| D1 | |
| D2 | |
| D3 | |
| D4 |
Общее количество кирпичей соответствующих марок для футеровки печи приведено в таблице 12.
Таблица 12 - Общее количество кирпичей для футеровки печи
| Марка кирпича | Общее количество кирпичей для футеровки печи, шт. | ||
| Шахта | Распар | Заплечики | Горн |
| D1 | |||
| D2 | |||
| D3 | |||
| D4 |
Заключение
В курсовой работе был произведен расчет профиля доменной печи полезным объемом 3400 м 3 . Были выбраны конструкции доменной печи, лещади, горна, заплечиков и распара, а так же шахты и колошника.
Была рассчитана кладка для каждой части профиля доменной печи за исключением колошника, а так же определен разгар лещади проектируемой печи и рассчитан конвейерный подъемник.
Выполнен проект доменной печи полезным объемом 3400 м 3 . Проект включает пояснительную записку и чертеж вертикального разреза доменной печи.
В пояснительной записке представлен:
- расчет профиля доменной печи по методу М.А.Павлова;
- выбор металлоконструкции доменной печи;
- выбор конструкции футеровки лещади, горна, заплечиков и распара, шахты;
- расчет количества воздушных фурм для подачи дутья;
- расчет количества чугунных леток для выдачи жидких продуктов плавки;
- расчет количества огнеупорного кирпича для футеровки доменной печи;
- расчет разгара лещади в процессе эксплуатации доменной печи;
- расчет степени загрузки конвейерного подъемника для подачи шихтовых материалов на колошник проектируемой доменной печи.
Литература
М.А.Стефанович, В.К.Кропотов, В.Г.Дружков. проектирование доменной печи [Текст]:Учебное пособие. Свердловск, изд.УПИ им.С.М.Кирова, 1983, 60с.
Курсовая работа
«Проект доменной печи полезным объемом 3400 м 3 »
Выполнил студент гр.3ВСЧМ-31
Афанасьев А.А.
Проверил преподаватель:
Суворин Н.Н.
г. Череповец, 2013 год
| Задание………………………………………………………………………………… | |
| Введение………………………………………………………………………………. | |
| Расчет профиля доменной печи……………………………………………………. | |
| Расчет количества воздушных фурм, чугунных леток и выпусков жидких продуктов плавки……………………………………………………………………. | |
| 2.1 | Расчет количества воздушных фурм………………………………………………. |
| 2.2 | Расчет количества выпусков жидких продуктов плавки…………………………. |
| 2.3 | Расчет количества чугунных леток………………………………………………….. |
| Описание конструкции доменной печи……………………………………………. | |
| 3.1 | Описание конструкции лещади……………………………………………………… |
| 3.2 | Описание конструкции горна………………………………………………………. |
| 3.3 | Описание конструкции заплечиков…………………………………………………. |
| 3.4 | Описание конструкции шахты и распара…………………………………………… |
| 3.5 | Описание конструкции колошника…………………………………………………. |
| Расчет футеровки доменной печи…………………………………………………… | |
| 4.1 | Расчет футеровки горна……………………………………………………………… |
| 4.2 | Расчет футеровки распара……………………………………………………………. |
| 4.3 | Расчет футеровки шахты…………………………………………………………….. |
| 4.3.1 | Расчет футеровки охлаждаемой части шахты……………………………………… |
| 4.3.2 | Расчет футеровки неохлаждаемой части шахты ………………………………….. |
| 4.4 | Расчет футеровки заплечиков……………………………………………………….. |
| Расчет разгара лещади доменной печи……………………………………………… | |
| Расчет конвейерного подъемника…………………………………………………… | |
| Заключение……………………………………………………………………………. Литература……………………………………………………………………………. |
Введение
Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Доменная печь – это непрерывно работающий плавильный агрегат шахтного типа основанный на противотоке шихтовых материалов и газов. Современная доменная печь представляет собой печь шахтного типа, состоящую из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна.
Метод Павлова, в котором даётся описание методики расчёта профиля доменной печи, является сугубо эмпирическим. Особенность его состоит в том, что основные размеры определяются с учётом работы доменной печи и характеров процессов, протекающих в доменной печи.
Расчёт профиля доменной печи начинается с выбора отношения полезной высоты печи к диаметру распара: . Диаметр распара определяется исходя из полезного объёма печи: .
– суточный расход кокса, зависящий от сечения горна и интенсивности горения кокса i. Отношение диаметра распара к диаметру горна должно быть: . Диаметр горна вычисляется по формуле: . Высота металлоприёмника зависит от объёма выплавляемого чугуна – на 1 тонну выплавляемого чугуна приходится 0,05 - 0,07 м 3 объёма горна. Высота горна: , (а – конструкционный размер, равный 0,4 м). Высота заплечиков: . Значения высот заплечиков и распара выбираются с учётом характера протекающих в этих элементах рабочего пространства механических и физико-химических процессов и практических данных. Размеры шахты и колошника определяются по отношению диаметра колошника к диаметру распара: . Диаметр колошника равен: . Угол наклона заплечиков , угол наклона шахты . Высота шахты зависит от её объёма: . Объёмы отдельных частей печи вычисляются как объёмы цилиндров и усечённых конусов. В конце расчёта выполняется проверка приемлемости исходных данных - полный объём печи и её полная высота по расчетам не должны отличаться от исходных данных больше чем на .
Условия проектирования
Объем печи – 3400м 3 ;
Производительность– 8290 т/сут;
Расход кокса – 423 кг/т;
Расход природного газа – 115 м 3 /тчуг;
Содержание кислорода в дутье – 29 %;
Давление под колошником – 2 ати (3,0 атм.).
Расчет профиля доменной печи
Полезный объем доменной печи , м 3 определяется по формуле 1.
где k – коэффициент, показывающий отличие профиля доменной печи от цилиндра, k=0,54; H0 – полезная высота доменной печи, м; D – диаметр распара, м.
Отношение полезной высоты доменной печи к диаметру распара определяется соотношением:
Тогда диаметр распара D, м будет определяться по формуле 2.
Высота распара . В расчете принято
Условный расход топлива Кусл, т/сут определяется по формуле 3.
где - расход кокса, кг/тчуг; m – расход дополнительного топлива, м 3 /тчуг; э – коэффициент замены топлива, представленный в таблице 1.
Таблица 1 – Коэффициенты замены топлива
| Вид топлива | Расход, м 3 /тчуг | Коэффициент замены, кг/ м 3 |
| Природный газ | до 100 | 0,8 |
| от 100 до 150 | 0,7 |
где io - максимальная интенсивность горения кокса без интенсификаторов, io = 26,4 %; Di - изменение интенсивности горения кокса за счет использования интенсификаторов (определяется по формуле 5):
где - изменение интенсивности горения кокса за счет применения кислорода в дутье, %; - изменение интенсивности горения кокса за счет давления под колошником, %.
Площадь сечения горна F, м 2 определяется по формуле:
Площадь сечения горна F, м 2 определяется по формуле 7.
где - диаметр горна, м.
Откуда определяется диаметр горна , м по формуле 8:
Проверка: определяется соотношение диаметров распара D и диаметра горна :
Для современных доменных печей принято соотношение: . Полученное при расчете соотношение находится в указанном диапазоне.
Пересчет площади горна:
Высота горна , м определяется по формуле 9.
где - высота от уровня горна до уровня воздушных фурм, м (определяется по формуле 10); - конструктивный размер, = 0,4 м.
где Р - производительность печи, тчуг/сут; - объем горна, приходящийся на 1 т выплавленного чугуна, м 3 /тчуг, м 3 /тчуг ; F - площадь горна, м 2 .
Высота заплечиков . В расчете принято .
Угол наклона заплечиков , ° определяется по формуле 11.
где D - диаметр распара, м; - диаметр горна, м; - высота заплечиков, м.
ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования.
Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем.
ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала.
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.
Определение размеров профиля доменной печи (3)
* В современных условиях Iг больше указанных на 10—15%.
Площадь сечения горна F = 3,14dг 2 /4, откуда dг = (4F/3,14). Правильность расчета диаметра горна доменной печи проверяется по отношению D/dг которое, по эмпирическим данным М. А. Павлова, должно быть равным 1,10-1,15.
Диаметры колошника и распара М. А. Павлов определял, исходя из равенства: dк/D — 0,67-0,73. В настоящее время для печей большого объема это отношение колеблется в пределах 0,63—0,67.
Высота горна между осями чугунной летки и воздушных фурм определяется в зависимости от количества продуктов плавки, а не по отношению к общей высоте печи, и в целом до нижней кромки заплечиков составляет: hг = hф + а, где а = 0,4—0,5 м — конструктивный размер.
Высота шлаковой летки над чугунной hшл = (0,6-0,67)hф, при этом высота воздушных фурм над осью чугунной летки определяется по формуле: hф — PVг/F, где Vг — объем горна от оси чугунной летки до оси воздушных фурм на 1 т суточной выплавки, м 3 сут/т. По расчетам М. А. Павлова, эта величина составляет 0,07—0,08; для печей полезным объемом 2000—5000 м 3 она равна 0,05-0,07.
Высота заплечиков, практически постоянная (3,0-3,5 м), может корректироваться величиной угла наклона заплечиков, принимаемого для современных печей в пределах 79—82°. Высоту заплечиков можно определить по формуле hз = (D — dг)/2 ctg B, где B — угол наклона заплечиков. Она представляет собой разность полезной высоты и суммы высот других элементов профиля, т. е. hз = — H0 — (hг + hшл + hp + hк) м.
Определение размеров профиля доменной печи
Длительное время принципы расчета профиля доменных печей считали секретом фирмы и материалы, касающиеся этого вопроса, не публиковали. Только немецкий металлург А. Ледебур в 1873 г. впервые рекомендовал рациональные, по его мнению, соотношения элементов профиля и установил методику определения их абсолютных размеров.
Оценку работы доменной печи он характеризовал коэффициентом использования объема, выражая его количеством тонн чугуна, выплавляемого за сутки в одном кубическом метре объема печи. Используя этот коэффициент, А. Ледебур определял объем печи Q, необходимый для выплавки заданного количества чугуна в сутки, а затем и высоту печи: H = 2,85Q (1/3) где 2,85 — коэффициент, соответствующий определенным соотношениям высоты печи и других частей ее профиля при условии, что все размеры (высоты и диаметры отдельных элементов) прямо пропорциональны высоте печи. В частности, hг = 0,10H; h3 = 0,21 H; hр = 0,04 H; hш = 0,65 H; dг = 0,17 H; D = H/3,5 = 0,2857 H; dК = 0,2 Н; dК = 0,2*3,5 = 0,7D.
При этом остаются неизменными для различных условий работы печи углы наклона заплечиков, т. е. 0,5 (0,2857 — 0,1700)/0,21 = ctg B (B = 74°37'), и шахты 0,5 (0,2857 - 0,2000)/0,65 = ctg а (а = 86°23').
Эти положения, как было установлено акад. М. А. Павловым, являлись ошибочными, так как размеры отдельных элементов профиля по мере увеличения высоты печи растут неодинаково, что подтверждается как изменением размеров их на протяжении всего развития профиля, так и практикой строительства печей более позднего времени.
Метод М. А. Павлова. Установив несоответствие отношений А. Ледебура для определения отдельных элементов профиля с получаемыми на практике, М. А. Павлов предложил метод расчета, основанный на отрицании прямой пропорциональности между различными частями профиля и общей высотой печи. Зависимость ее от полезного объема печи М. А. Павлов выразил формулой Н = nV0 1/3 в которой n, являющийся переменной величиной, тем больше 2,85, чем больше отношение H/D.
В основу определения размеров профиля М. А. Павлов положил полезный объем печи, который при заданной производительности Р определяется через коэффициент его использования: V0 = КИПО*P. Коэффициент использования полезного объема печи (м 3 сут/т) пропорционален ее объему, приходящемуся на 1 т выплавленного чугуна: КИПО = Vrt/24, где V — объем шихты без уминки, приходящийся на 1 т чугуна, м 3 ; r - коэффициент уминки, равный 12,5% при работе на коксе и 25% - на древесном угле, или соответственно 0,875 и 0,750; t — время пребывания шихты в печи (ч), определяемое по времени аналогичных плавок.
Определение размеров профиля доменной печи (4)
Высоту цилиндрической части колошника, установленную в пределах 2,3-3,0 м, так же, как и высоту распара, можно определить как разность общей полезной высоты печи и суммы высот других элементов профиля.
Полная высота печи Н = H0 + h0 (м).
Контрольный расчет объемов отдельных участков профиля проводят по соответствующим уравнениям, м 3 :
Схема расчета профиля доменной печи акад. М. А. Павлова не потеряла своего значения и до настоящего времени. Но абсолютные величины некоторых коэффициентов и отношений между основными размерами профиля (особенно Н0/D) существенно изменились. Так, значительно снизилась величина угла наклона шахты до 80—82° вместо предложенных для всех профилей М. А. Павловым (85-86°), что благоприятно сказывается на ровности хода печей и сохранности их футеровки.
Сыпучие тела, к которым можно условно отнести минеральное сырье и кокс, передают давление верхних слоев к нижним не по вертикали, а в виде «расклинивания» под углом. Вследствие этого между шихтой и стенками шахты возникает трение, являющееся физическим процессом, связанным с молекулярным воздействием, происходящим на поверхности соприкосновения двух тел при их относительном движении или в состоянии покоя.
Образующееся при этом боковое давление на стенки профиля составляет: Pбок = Раа, где Ра — активный вес шихты; а - коэффициент бокового давления, зависящий от коэффициента внутреннего трения шихты и трения ее о стенки шахты. Оно возрастает по мере увеличения горизонтальных размеров шахты и высоты столба шихтовых материалов. Но боковое давление увеличивается еще и за счет термического расширения шихты, а также вследствие специфических свойств шихтовых материалов.
Исследованиями в Московском институте стали и сплавов установлено, что некоторые из шихтовых материалов в процессе восстановления ведут себя не одинаково. Так, гематитовые руды и окатыши подвергаются сильному вспучиванию, связанному с перестройкой их кристаллической решетки, оказывая заметное влияние на величину бокового давления.
Агломерат и магнетитовые руды вспучиванию не подвергаются, поэтому их влияние на увеличение давления можно не учитывать. Таким образом, суммарное боковое давление шихты на кладку печи
Читайте также: