Полезный объем доменной печи составляет м3
Основными расчетами конструкции доменной печи являются расчет основных геометрических параметров печи, расчет количества фурм, чугунных и шлаковых леток.
Профилем доменной печи называют очертание рабочего пространства, ограниченного футеровкой. В горизонтальных (поперечных) сечениях профиль представляет собой окружности переменного диаметра. Профиль печи в вертикальном осевом сечении представлен на рис. 6.1; основные элементы профиля – это горн, заплечики, распар, шахта и колошник, составляющие полезный объем печи, т.е. объем от оси чугунной летки – до низа подвижных элементов засыпного аппарата в опущенном положении (в полезный объем не входят объем 1 нижней части горна от оси чугунной летки до кладки лещади, где находится несливаемый слой жидкого чугуна, и ограниченный куполом 3 печи объем 2, в котором расположены элементы засыпного аппарата).
Рис. 6.1
Колошник имеет форму цилиндра и служит для приема загружаемой сверху шихты. Ниже колошника расположена расширяющаяся книзу шахта; это расширение необходимо, чтобы обеспечить свободное опускание шихтовых материалов, объем которых увеличивается в результате нагрева. Распар, представляющий собой короткий цилиндр, служит для создания плавного перехода от расширяющейся шахты к сужающимся заплечикам. Заплечики выполнены в виде усеченного конуса; такая их форма необходима, поскольку здесь происходит плавление рудной части шихты, в результате чего объем шихты уменьшается, и суживающиеся заплечики не позволяют шихте слишком быстро опускаться в горн. Последний имеет цилиндрическую форму, в нижней его части скапливаются жидкие чугун и шлак, а в верхнюю подают дутье и здесь сгорает топливо (кокс).
Основным размером доменной печи является полезный объем. В нашей стране доменные печи строятся по типовым проектам, в соответствии с которыми предусмотрены следующие величины полезного объема, м3: 1033, 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200, 4500, 5000 и 5500, однако, несмотря на это металлургические заводы зачастую строят доменные печи отличные от типовых проектов.
Производство всего объема чугуна Группой НЛМК осуществляется в 4-х доменных печах. Наряду с доменной печью «Россиянка» в эксплуатации находятся доменные печи: ДП №4 (объем 2000 м3), ДП №5 и ДП №6 (объем 3200 м3). Доменные печи №2 (объем 1000 м3) и №3 (объем 2000 м3) остановлены в июле 2012 г. и в мае 2013 г.
В настоящее время в эксплуатации на НЛМК находятся четыре доменных печи:
ДП №4 (мощность 1,8 млн тонн), ДП №5 (2,7 млн тонн), ДП №6 (2,9 млн тонн) и ДП №7 «Россиянка» (3,4 млн тонн).
Производительность доменной печи №6 составляет 7397 т/сут., соответственно годовая производительность равна 2700 тыс. т/год.
Учитывая годовую производительность трубозаготовочного стана 900/750х3 равную 2500 тыс. тонн, для производства чугуна выберем доменную печь с полезным объемом 3200 м3 и годовой производительностью 2700 тыс. тонн.
Основные размеры профиля печи – это полезная высота, высота и диаметр отдельных элементов профиля, полная высота печи. Полезной высотой H (рис. 6.1) называют расстояние от оси чугунной летки до низа большого конуса 5 или низа вращающегося распределителя шихты (лотка) в опущенном положении. Полная высота печи Hп (рис. 6.1) – расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки колошникового фланца 4, который служит опорой засыпного аппарата.
Оптимальные соотношения между размерами выработаны на основании многолетнего опыта эксплуатации печей. Известен ряд методов приближенного расчета размеров печи. Например, по методу Н.К. Леонидова их рассчитывают, исходя из величины полезного объема V.
Полезную высоту H находят из выражения: H = 6,42V0,2.
Высоты h и диаметры D отдельных частей печи вычисляют по следующим эмпирическим формулам, м:
для горна hг = 0,125H,
Dг = 0,342V0,44;
для заплечиков hз = 0,11H;
для распара hр = 0,07H,
Dр = 0,384V0,44;
для шахты hш = 0,60H;
для колошника hк = 0,095H,
Dк = 0,593V0,33.
Полезная высота доменной печи
H = 6,42*V0,2, (6.1)
где H – полезная высота доменной печи, м;
V – полезный объем доменной печи, м3;
H=6,42*32000,2=32,25 (м)
Высота горна
hг = 0,125*H, (6.2)
где hг -высота горна, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
hг = 0,125*32,25=4,03 (м)
Диаметр горна
Dг = 0,342*V0,44, (6.3)
где Dг -диаметр горна, м;
V – полезный объем доменной печи, м3;
Dг = 0,342*32000,44=11,9 (м)
Высота заплечиков
hз = 0,11*H, (6.4)
где hз -высота заплечиков, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
hз = 0,11*32,25=3,54 (м)
Высота распара
hр = 0,07*H, (6.5)
где hр -высота распара, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
hр = 0,07*32,25=2,2 (м)
Диаметр распара
Dр = 0,384*V0,44, (6.6)
где Dр -диаметр распара, м;
V – полезный объем доменной печи, м3;
Dр = 0,384*32000,44=13,38 (м)
Высота шахты
hш = 0,60*H, (6.7)
где hш -высота шахты, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
hш = 0,60*32,25=19,35 (м)
Высота колошника
hк = 0,095*H, (6.8)
где hк -высота колошника, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
hк = 0,095*32,25=3,06 (м)
Диаметр колошника
Dк = 0,593*V0,33, (6.9)
где Dк -диаметр колошника, м;
V – полезный объем доменной печи, м3;
Dк = 0,593*32000,33=8,5 (м)
Полная высота обычно изменяется в пределах от 1,085 до 1,11 полезной высоты. Угол наклона шахты б составляет 82-85°, угол в наклона заплечиков 79-81°.
Таким образом, полная высота будет равна Нп=1,1Н (10); угол наклона шахты б=830; угол наклона заплечиков в=800.
Полная высота доменной печи
Нп=1,1*Н, (6.10)
где Нп -полная высота, м;
Н – полезная высота доменной печи, м;
Нп = 1,1*32,25=35,475 (м)
Печи малого объема имеют одну чугунную летку, печи объемом около 2000 м3 – две, печи объемом 2700 м3 – три, а печи объемом 3200-5500 м3 – четыре летки. На больших печах с четырьмя поочередно работающими летками, число выпусков чугуна в сутки достигает 18-24, на печи объемом 1000 м3 оно равно 4-5.
Шлаковые летки располагают выше оси чугунных леток на 1,4-2,0 м. На печах объемом 3200-5500 м3, имеющих четыре чугунных летки, практически весь шлак выходит через чугунные летки вместе с чугуном, и на этих печах делают одну шлаковую летку, имеющую резервное значение.
Основываясь на приведенных данных, при расчете доменной печи количество чугунных и шлаковых леток примем равным четырем.
Число фурм зависит от диаметра горна и его примерно определяют по следующей зависимости: n = 3Dг – 8 (11).
Число фурм
n = 3Dг – 8, (6.11)
где n – число фурм, шт.;
Dг – диаметр горна, м;
n=3*11,9-8=28 (шт.)
Основные размеры профиля печи и технические характеристики приведены на сборочном чертеже.
Полезный объем доменной печи , м3, определяется по формуле:
,
где k – коэффициент, показывающий отклонение профиля доменной печи от цилиндра,
Примем k=0,54;
H0 – полезная высота доменной печи, м;
D– диаметр распара, м.
Отношение полезной высоты доменной печи к диаметру распара примем, как
Тогда диаметр распара D, м, будет определяться по формуле:
Высота распара . Примем
Суточный расход кокса К определяется по формуле:
Условный расход топлива Кусл , определяется по формуле:
,
где – удельный расход кокса, ;
m – расход дополнительного топлива, ;
э – коэффициент замены топлива. В нашем случае, расход дополнительного топлива (природного газа) составляет 120 , значит э=0,7 (табл.)
представленный в таблице 1.
Таблица 1 – Коэффициенты замены топлива
Интенсивность горения топлива I, , определяется по формуле:
,
где – максимальная интенсивность горения кокса без интенсификаторов, ; – изменение интенсивности горения кокса за счет использования интенсификаторов. Определяется по формуле:
,
где – изменение интенсивности горения кокса за счет применения кислорода в дутье,%; – изменение интенсивности горения кокса за счет давления под колошником, %.
Площадь сечения горна S, м2, определяется по формуле:
,
где – условный коэффициент расхода топлива, ,
– интенсивность горения топлива, .
Площадь сечения горна S, м2, определяется так же по формуле:
,
где – диаметр горна, м.
Откуда определяется диаметр горна , м, по формуле:
Проверка. Определим соотношение диаметров распара D и диаметра горна :
Полученное соотношение 1,08 находится в указанном диапазоне.
Пересчет площади горна:
Высота горна , м, определяется по формуле:
,
где – конструктивный размер, =0,4 м.
– высота металлоприемника, м. Определяется по формуле:
– объем горна, приходящийся на 1 т выплавленного чугуна,
Тогда:
Высота заплечиков . Примем .
Угол наклона заплечиков ,° определяется по формуле:
,
где – диаметр распара, м;
– диаметр горна, м;
– высота заплечиков, м.
Для современных доменных печей принято значение угла наклона заплечиков . Полученное при расчете значение находится в указанном диапазоне.
Для современных доменных печей принято соотношение диаметра колошника и диаметра распара: . Примем .
Откуда определяется диаметр колошника ,м:
,
Для современных доменных печей принята высота колошника . В расчете примем
Объемы цилиндрических частей профиля доменной печи Vx, м3, определяются в общем виде по формуле:
Цилиндрические элементы печи – горн, колошник, распар.
Объем заплечиков определяется Vз, м3, по формуле:
где hз – высота заплечиков, м;
D – диаметр распара, м;
dг – диаметр горна, м.
Объем шахты , м3, определяется по формуле:
Объем шахты , м3, так же определяется формулой:
где hш – высота шахты, м;
D – диаметр распара, м;
dк – диаметр колошника, м.
Откуда высота шахты , определяется по формуле:
Угол наклона шахты , °, определяется по формуле:
где hш – высота шахты, м;
D – диаметр распара, м;
dк – диаметр колошника, м.
Для современных доменных печей принято значение угла наклона шахты . Полученное при расчете значение находится в указанном диапазоне.
Пересчет объема шахты:
Пересчет полезного объема печи осуществляется с учетом найденных значений объемов частей печи:
В исходных данных указан полезный объем , который отличается от полученного в результате расчета менее чем на , что допустимо.
Полезная высота определяется по формуле:
Полученные размеры профиля сведены в таблицу 2.
Таблица 2 – Размеры профиля доменной печи полезным объемом 2800 м3
| Параметр | Величина, м |
| 2800 м3 | |
| 12,4 | |
| dk | 8,7 |
| 11,45 | |
| 2,0 | |
| 19,9 | |
| 1,7 | |
| 3,0 | |
| 3,4 | |
| 3,8 | |
| 30,4 |
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 м3.
Для оценки производительности доменных печей различного объема применяют показатель – коэффициент полезного объема, представляющий собой отношение полезного объема печи к его среднесуточной производительности:
КИПО = , м3сут/т
В расчетах принято значение КИПО 0,6 м3сут/т.
Рсут = Vпол/ КИПО
Рсут=3200/0,6=5333,3 тон
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 3200м3.
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:
Vпол = k Dp2Hп, м3 (2.1)
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
кокса составит:
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/(м2 . сут) | К, т/сут | iг, т/(м2 . 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 м2 сечения горна 26,4 т/(м2. сут), определяем площадь горна:
S = К/Iк , м2 (2.2)
где К – суточный расход кокса;
Iк – интенсивность горения кокса.
S = 3040 / 26,4 = 115,15 м2
Определяем диаметр горна:
dг = , м (2.3)
где S – площадь сечения горна, м2.
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 м3 объема горна, что вполне достаточно при частых выпусках чугуна:
hг = Р∙Vг/S, м (2.4)
где Р – суточная производительность (для современных доменных печей она составляет 0,05 – 0,07);
Vг – объем горна, м3;
S – площадь сечения горна, м2.
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.
tg β = = 8; β = 82087′
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.
tg α = = 8.48; α = 83027′
Проверяем полезный объем печи:
а) объем горна:
Vг = 2.87 = 350.4 м3;
б) объем заплечиков:
Vз = 3,14 . 3,4 (6,52 + 6,5 . 6 + 62) = 456 м3;
в) объем распара:
Vр = = 303 м3;
г) объем шахты:
Vш = (6,52 + 6,5 . 4 + 42) = 1935 м3;
д) объем колошника:
Vк = = 165 м3;
е) общий полезный объем:
VПол = 350.4 + 456 + 303 + 1935 + 165 = 3209.4 м3~3200 м3.
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].
м.
В этом случае полезная высота доменной печи будет
равна:
м.
Высота заплечиков доменной печи не подлежит в настоящее
время аналитическому расчету и поэтому принимается для печей полезным объемом
от 1033 до 5500 м3 в пределах 3,0–3,7 м.
Угол наклона стен заплечиков имеет значение 79–81 град.;
при строительстве доменных печей большого объема имеется тенденция к
уменьшению этого угла.
Принимаем h3 равной 3,2 м, а угол наклона стен заплечиков (b) равным 790 (рисунок 2).
D –
диаметр распара, hз – высота
заплечиков, aз – угол
наклона заплечиков, dг – диаметр
горна
Рисунок 2 – Определение диаметра горна
В этом случае диаметр горна можно определить
следующим образом:
· (10)
Отсюда диаметр горна будет равен:
dг = D – 2 × hз × tg
(900 – b) (11)
dг = 12,78 – 2 × 3,2 × tg (900 – 790)
= 11,54 м.
Далее необходимо уточнить угол наклона стен
заплечиков:
и
уточненное значение b = 79002`.
Необходимо проверить отношение (
), значение которого не должно выходить за пределы
1,10 – 1,15.
В нашем примере численное значение этого отношения равно
12,78
: 11,54 = 1,11, т. е. не выходит за
допускаемые пределы.
Высота горна (hг) определяется следующим образом. При принятом значении
КИПО = 0,45 (м3·сут)/т суточная
производительность доменной печи полезным объемом 3000 м3 составит:
3000
: 0,45 = 6667 т.
При удельном выходе шлака 0,35 т/ т чугуна его суточный выход составит
6667
·
0,35 = 2334 т/сут.
Принимая18*)–ти разовый
выпуск чугуна и шлака в сутки (при условии,что шлак выпускается из печи через чугунную
летку) и имея в виду, что плотность чугуна равна 6,9 т/м3 , а
шлака 2,4 т/м3, в объемном отношении за один выпуск доменная печь
дает: чугуна
– 6667 : (18 · 6,9) = 53,68 м3, шлака
– 2334 : (18 · 2,4) = 54,03 м3.
Этот объем жидких расплавов необходимо разместить в
горне печи, имея в виду, что его объем занят кусками кокса, порозность слоя (e) которого составляет 0,35 – 0,40
м3/м3.
Тогда уровень чугуна (hчуг) и шлака (hшл) в межкусковых пространствах кокса определяется
следующим образом:
, (12)
, (13)
где
Vчуг, Vшл
– выход чугуна и шлака за один выпуск соответственно,
м3.
Для рассматриваемого примера:
м,
м.
Таким образом, уровень расплава в горне печи будет
равен:
1,47
+ 1,48 = 2,95 м.
Если
иметь в виду, что уровень шлака перед началом выпуска не должен подходить к оси
воздушных фурм ближе 0,4 м (из-за возможности заливания их шлаком и нарушений
технологического режима плавки), а от конструктивный размер, равный 0,5 м, то
высота горна (hг)
составит
hг= 2,95 + 0,4 + 0,5 = 3,85 м.
Далее, задаваясь отношением 
(для доменных печей России данное отношение меняется
от 0,65 до 0,68), определяем диаметр колошника (dк)
dк = 0,66 × 12,78 = 8,43 м.
Высота шахты (hш) определяется из выражения:
· (14)
Входящее в это выражение значение угла наклона стен
шахты (a) для печей полезным объемом 1000 – 5500 м3
изменяется в пределах 83 – 85 град.
Принимая
значение a для нашего примера равным 83050¢, находим высоту шахты проектируемой печи:
м.
Далее уточняем угол наклона стен шахты печи:
.
Отсюда a » 83050¢.
Высота цилиндрической части колошника определяется из
условия вместить сюда 2 – 3 подачи. Подачей называется порция материалов, ссыпающаяся
в печь с большого конуса. Она определяется прежде всего полезным объемом
доменной печи. Величина коксовой составляющей в подаче (Vк.п.) находится из выражения:
.
(15)
Для наших условий минимальное и
максимальное значение Vк.п. составит:
Vк.п. =
0,063 × 30000,708 ¸ 0,071 × 30000,727 = 18,245 ¸ 23,940 м3, т. е. в среднем 21,09 м3.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание – внизу страницы.