Проектирование системы охлаждения кессонов печи взвешенной плавки (стр. 1 из 7)
Содержание
Аннотация
The summary
Введение
1. Теоретические сведения
1.1 Краткое описание печи и взвешенной плавки
1.2 Реакционная шахта. Описание её способа охлаждения
1.3 Описание общей системы охлаждения. Система охлаждения холодной водой
1.4 Водоснабжение охлаждаемых деталей холодной водой
2. Модель расчета
2.1 Расчёт потерь напора на трение
2.2 Расчёт местных потерь напора
2.3 Построение характеристики сети
2.4 Расчет тепломассообмена
3. Исходные данные
4. Результаты расчётов и их анализ
4.1 Расчет сопротивления b для стояков и коллектора (их участков)
4.2 Расчет сопротивления b для всей системы охлаждения
4.3 Расчет общих потерь в кессоне, стояке, коллекторе и всей системы охлаждения
4.4 Составление и решение уравнений Бернулли
4.5 Расчет коэффициента а для уравнения напорной характеристики
5. Построение характеристики сети
6. Расчет потерь тепла
Заключение
Список литературы
В данной курсовой работе рассматривается система водяного охлаждения закладных кессонов реакционной шахты печи взвешенной плавки.
Страниц 33, таблиц 1, рисунков 4.
In the given course work the system of water cooling of mortgage caissons of reactionary shaft of the furnace weighed swimming trunks is examined.
Pages 33, tables 1, figures 4.
Гидроаэромеханика – одна из основных инженерных дисциплин, на которых базируется металлургическое производство. Она является разделом механики, описывающим законы равновесия и движения жидкостей и газов и взаимодействие этих сред с твердыми телами.
Гидравлика – это прикладная наука, занимающаяся чисто инженерными вопросами движения жидкости и базирующаяся на экспериментальных данных. Практическое значение гидроаэромеханики весьма велико, так как она представляет собой основу для инженерных расчётов во многих областях техники и является базой для ряда специальных дисциплин: гидротехники, гидравлических машин (насосы и турбины) водоснабжения и канализации, осушения и орошения, водного транспорта и т.д.
Для металлурга – автоматчика важность данной дисциплины обусловлена особенностями металлургического производства, а именно подачей и отводом газов, воды, кислот и других жидкостей, но самое важное заключается в том, что управление потоками является одним из удобных методов регулирования производственного процесса.
Благодаря применению электронных вычислительных машин, существенно улучшилось проектирование трубопроводов. Использование такой техники повлияло на конструктивные решения, так как позволило осуществлять сложные схемы с подвижными узлами, применения которых избегали из-за трудностей их расчёта.
1.1 Краткое описание печи и взвешенной плавки
В основе способа взвешенной плавки лежат реакции окисления сульфидов, протекающие со значительным выделением тепла. Кроме того, в исходном рудном концентрате в значительных количествах присутствуют высшие сульфиды, которые легко диссоциируют при 550-700оС с отщеплением элементарной серы, сгорающей в плавильной шахте печи. Благодаря этому плавка может быть полностью автогенной, то есть может протекать без дополнительных затрат топлива или энергии. В отдельных случаях при недостатке тепла дефицит его можно восполнить подачей в печь некоторого количества топлива или проведением плавки на дутьё, обогащённом кислородом. Регулируя степень обогащения дутья кислородом, можно подобрать условия, при которых плавка будет протекать в спокойном режиме с постоянными параметрами.
Печь для плавки во взвешенном состоянии (рис. 1) состоит из трёх основных частей:
- вертикальной цилиндрической реакционной (плавильной) шахты, в которой происходят обжиг и плавка шихты во взвешенном состоянии;
- отстойной камеры для разделения штейна и шлака и
- вертикального круглого аптейка, по которому отходящие газы отводятся в котёл-утилизатор.
Рис. 1. Печь для плавки во взвешенном состоянии
1 — горелка; 2 — реакционная камера; 3 — отстойная ванна; 4 — аптейк;
5 — котел-утилизатор; 6 — паровой воздухоподогреватель;
7 — топливный воздухоподогреватель
Размеры печей на разных заводах различны. В нашем случае высота реакционной шахты составляет 9,5 м при диаметре в 4,5 м. Площадь отстойной части печи, из расчёта производительности 8 т/м2 площади отстойника, равна 110 м2 (22
5,5).Производительность печи – 900 т/сутки.
1.2 Реакционная шахта. Описание её способа охлаждения
В реакционной (плавильной) шахте, являющейся составляющей печи взвешенной плавки, происходят обжиг и плавка шихты во взвешенном состоянии. Внутренний диаметр шахты составляет 3700 мм при высоте 7400 мм, объём равен 80 м3. Кожух шахты является сварным и футерован изнутри магнезитовым (хромомагнезитовым) кирпичом; толщина футеровки стен шахты составляет 375 мм. Свод шахты, толщиной – 375 мм, также выложен из магнезитового (хромомагнезитового) кирпича. Шахта печи подвешена на восьми круглых стальных тягах к специальной металлической опорной конструкции. Футеровка шахты опирается на два кольцевых кессонных пояса, укреплённых к кольцевой восьмиугольной балке, которая охватывает кожух шахты в нижней его части и подвешена к указанным выше восьми тягам. Кессонные кольца шахты собраны из плоских медных кессонов, внутри которых залиты стальные змеевики для циркуляции воды.
Кессоны выполнены в виде прямоугольной плиты размером толщиной
и соединены в секции, каждая из которых оборудована общей рамой. При этом все смежные секции скреплены между собой в вертикальном и горизонтальном направлениях и жестко связаны с несущим каркасом.В то время, когда сооружались первые печи для плавки во взвешенном состоянии, ещё не были известны особые требования, предъявляемые к огнеупорам и способу кладки реакционной зоны.
Первые конструкции реакционных шахт, выложенные традиционными методами металлургической плавки, быстро разрушались под действием стекающих по рабочей поверхности шахты продуктов плавления.
Выявлено также, что работа мазутных горелок, повышающих температуру в шахте, вызывает неизбежные турбулентные завихрения, способствующие отбрасыванию жидких продуктов на стенки шахты и, как следствие, ускоряет разрушение кладки.
Наибольшие разрушения футеровки наблюдаются в зоне наивысших температур. В верхней части шахты наблюдается обратное явление – отложение настылей магнетитового характера.
Износ футеровки печи происходит по нескольким причинам, из которых следует выделить главные:
- растворение и разъедание огнеупора шлаком, содержащим кремнекислоту;
- пропитывание футеровки штейном, окисление штейна в порах кирпича, сопровождающееся увеличением объёма и растрескиванием огнеупора;
- растрескивание огнеупора из-за температурных перепадов.
Растворимость компонентов хромомагнезитовой футеровки в силикатном шлаке невелика, но она усиливается в той зоне, где шлак непрерывно омывает футеровку.
Такими участками являются нижняя половина реакционной шахты и примыкающие к ней участки стен отстойника.
Для выполнения кладки допускается использовать только плотный, не имеющий трещин, внешних повреждений и искажения геометрии абсолютно сухой хромомагнезитовый кирпич. При плавке очень важна тщательная подгонка кирпичей с соблюдением минимальных зазоров.
В последние годы наибольшее распространение для футеровки плавильной шахты получили огнеупоры из плавленого хромомагнезита, имеющего минимальную пористость, так как это вид огнеупора приготавливается из клинкера.
Для повышения устойчивости огнеупорной кладки осуществляется её повсеместное охлаждение.
В настоящее время можно считать более или менее оптимальной следующую систему охлаждения реакционной шахты:
- верхняя часть шахты охлаждается орошением водой металлического кожуха, прилегающего к футеровке;
- в нижней части шахты охлаждение осуществляется медными закладными кессонами;
- внешняя поверхность кожуха верхней половины шахты охлаждается орошением водой;
- нижнюю часть кожуха шахты охлаждают орошением водой из дырчатых труб, подвешенных на двух уровнях. Охлаждающую воду собирают в приваренные к кожуху два желоба и отводят в канализацию.
Метод охлаждения плавильной шахты печи хоть и кажется примитивным, но хорошо зарекомендовал себя в практике действующих предприятий. Плёнка стекающей по кожуху воды надёжно и, главное, равномерно охлаждает кладку, создавая наилучшие условия работы огнеупоров.
На скорость износа огнеупоров в плавильной зоне в значительной степени влияет расстояние между медными кессонами. Чем чаще поставлены кессоны, тем дольше кладка выдерживает непрерывное воздействие расплава, однако, тем больше тепловые потери, и это неблагоприятно складывается на тепловом балансе и экономике плавки.
При правильном выборе расстояния между кессонами степень износа огнеупоров в первый год работы печи может составлять менее 100 мм. Во второй и третий год работы износ сокращается, так как увеличивается теплоотвод, и футеровка покрывается слоем магнетитового гарниссажа, который в значительной степени предохраняет её от дальнейшего разрушения. Удачно выбранное расстояние между кессонами и режим охлаждения позволяют продлить кампанию печи без остановки её на капитальный ремонт до 3 – 4 лет. Также на длительность срока службы футеровки существенно влияет режим плавки.