2.5 Расчет параметров продувки стали в печь-ковше инертным газом

2.5.1 Расчет времени продувки через пористые пробки

На основании исследования поведения металла при продувке в различных агрегатах предложена следующая зависимость для расчета времени (с), необходимого для достижения 95 %-ной гомогенизации:

где - функция диссипации (рассеяния) энергии, Вт/т;

V- расход газа, м³/мин;

T- температура металла, К;

М – масса металла, т;

Н –глубина перемешивания , 4,8 м;

Р - давление, Па.

Принимаем V= 1,2 м³/мин, T=1903 К, P=5 атм.

=0,0085 Вт/т.

с или 67,33 мин

Для достижения наиболее полного перемешивания принимаем время продувки 48 минут.

2.5.2 Расчет времени продувки через погружную фурму

где - функция диссипации (рассеяния) энергии, Вт/т;

- расход газа, л/с;

- температура металла, К;

- температура окружающей среды, К;

М – масса металла, т;

- плотность металла,7000 кг/м³;

Н – глубина погружения фурмы, 3,5 м;

Р_А - атмосферное давление,101325 Па.

Принимаем = 40 м³/ч = 11,11 л/с, =1903 К,=293 К.

Вт/т.

мин

Для достижения наиболее полного перемешивания принимаем время продувки 3 минуты.

2.5.3 Расчет дегазации при продувке инертным газом

В процессе продувки пузырьки нейтрального газа экстрагируют из жидкой стали растворенные в ней газы (водород и азот) Снижение содержания растворенных газов описывается уравнением Геллера, в упрощенной форме имеющего вид:

V

где V – расход нейтрального газа, м³/т;

М_Г - молекулярная масса удаляемого газа (= 2,= 28);

К_Г – константа равновесия газа;

Р – давление над расплавом, 0,1 МПа.

При температуре 1903 К :

, = 0,0026,

, = 0,025.

Подставляя к уравнение Геллера значения начальной концентрации в металле водорода и азота равные = 0,0007 % и [N]_Н = 0,006% находим содержание в металле водорода и азота после продувки:

2.6 Выбор мощности трансформатора

Мощность трансформатора определяется исходя из рекомендуемой скорости нагрева металла; конструкции сталеразливочного ковша, его огнеупорной футеровки, размещения продувочных блоков и режима продувки; схемы работы электрических дуг; величины активного и реактивного сопротивления вторичного токоподвода; величины тепловых потерь.

В ряде случаев при строительстве агрегата ковш-печь используют трансформаторы, установленная мощность которых заведомо больше той, что требуется.

Обычно выделяют две стадии нагрева. На первой стадии происходит выравнивание температуры металла по объему ковша, нагрев поверхностных слоев его футеровки и электродов, расплавление шлакообразующих и легирующих материалов; на второй стадии – собственно нагрев стали до заданной температуры.

Определим удельное количество тепла, необходимое для нагрева 1 т металла на 1 ºC, МДж

где c – удельная теплоемкость металла, равная 0,85 МДж/(т К);

С учетом теплопотерь величина возрастает и составляет, МДж:

где – суммарные потери, учитывающие электрический(=0,85 – 0,95) и тепловой(= 0,45 – 0,55) коэффициенты полезного действия, которые определяются как:

=

суммарные потери тепла составляют:

=0,90·0,50=0,45

с учетом теплопотерь величина составит:

МДж

Определим количество тепла, необходимое для нагрева всего металла, МДж:

где М – масса металла в ковше, т.

Количество тепла, необходимое для нагрева 366,244 т металла на 1°С будет равно:

МДж

При переводе тепловой энергии (МДж) в электрическую (кВт·ч) принимается соотношение: 1 кВт·ч = 3,6 МДж; тогда при нагреве стали потребуется электроэнергии, кВт·ч:

кВт·ч

Необходима мощность трансформатора равна, МВА:

МВА

где – рекомендуемая скорость нагрева, °С/мин (обычно она составляет 3 – 5 °С/мин).

Выбираем трансформатор 45 МВА

Важной характеристикой тепловой работы агрегата ковш-печь является время нагрева для достижения определенной температуры металла. Наиболее эффективным является режим нагрева металла, который осуществляется в пределах 60 – 80 ºС.

Для определения времени нагрева стали необходимо рассчитать количество тепла, необходимое для достижения заданной температуры, кВт·ч:

кВт·ч

где ΔT – температура, на которую необходимо нагреть расплав,º С.

Тогда время нагрева металла можно определить как, ч:

ч или 18 мин

При этом максимальная скорость нагрева будет равна, ºС/мин:

где – количество тепла, которое выбранный трансформатор способен подвести в единицу времени, МДж.