Расчет коксовой Вагранки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова

Кафедра теплотехнических и энергетических систем

Курсовой проект

«Расчет коксовой Вагранки»

Магнитогорск

Содержание

Реферат

Введение

1. Расчет горения кокса

2. Определение количества, состава и плотности продуктов сгорания кокса

3. Определение температуры горения кокса

4. Тепловой баланс печи и расход топлива

5. Материальный баланс

6. Расчет размеров вагранки

Список используемых источников

Реферат

горение кокс топливо вагранка

В данном курсовом проекте приведены следующие расчеты для коксовой вагранки:

Расчет горения топлива; расчет материального и теплового баланса; расчет основных размеров вагранки; выбор и расчет горелок.

Работа содержит: 17 страниц; 6 таблиц; 3 используемых источника.

Введение

Вагранки предназначены для переплава доменного литейного чушкового чугуна и чугунного лома в чугунолитейных цехах. При плавке в качестве шихтовых материалов в незначительных количествах также применяют стальной лом и ферросплавы. Топливом чаще всего служит кокс. Флюсы (известняк, плавиковый шпат, доломит) вводят в виде добавок к шихте для образования легкоплавкого шлака.

Вагранка представляет собой цилиндрическую шахту, состоящую из стального кожуха, футерованного внутри огнеупорным кирпичом толщиной 0,15 - 0,3 м и засыпкой. И верхней части вагранки имеется загрузочное окно, через которое подаются внутрь печи шихтовые материалы. В нижней части вагранки расположены воздушная коробка и фурмы, через которые воздух подается в шахту вагранки от воздуходувной машины. Внизу шахта закрывается откидным днищем, на которое набивается из огнеупорного порошка подина. Часть шахты между фурмами и подиной называется горном.

Жидкий металл собирается в горне или через соединительный желоб перетекает в копильник, откуда периодически или непрерывно выпускается через отверстие (летку). Для удаления шлака в горне или копильнике делают специальную шлаковую летку. Шахта в верхней своей части (выше колошникового отверстии) переходит в футерованную трубу, снабженную искрогасителем устройством для гашения и улавливания мелких твердых частиц, содержащихся в потоке газов. Фурмы по высоте располагают в один, два или три ряда по окружности шахты в шахматном порядке. Кожух и футеровка вагранки опирается на подовую плиту и четыре колонны, которые, с помощью фундаментных плит устанавливаются на фундамент.

В последнее время получают распространение вагранки более сложного профиля, в которых шахту выполняют конусной. Наклон стен шахты обеспечивает более равномерное распределение шихты и газов по сечению вагранки.

В современных вагранках для увеличения срока службы футеровки применяют наружное водяное охлаждение. При этом вагранку оборудуют дополнительным кожухом (рубашкой), захватывающим область фурм и распространяющимся вверх на высоту 2 - 2,5 м. Охлаждение осуществляется либо водяной рубашкой с подводом воды в нижнюю часть и отводом сверху, либо струйные разбрызгиванием воды по поверхности кожуха. Применение водяного охлаждения позволяет увеличить длительность работы вагранки без ремонта футеровки до 5 - 6 суток.

Плавке в вагранке предшествуют розжиг и загрузка шихты в вагранку. Целью розжига является создание в нижней зоне печи, между подиной и плавильным поясом, очага горения в виде слоя горящего кокса, который называется холостой колошей. Над холостой колошей располагается в виде отдельных чередующихся слоев металлическая шихта и рабочая порция - кокса - топливная колоша. Флюс загружается вместе с коксом.

Плавка начинается с момента начала подачи воздуха. Воздух давлением 5 - 10 кПа, вдуваемый в вагранку через фурму, вызывает интенсивное горение топлива в пространстве, расположенном над фурмами. В результате этого образовавшиеся продукты сгорания поднимаются вверх и, встречаясь с металлической шихтой, расплавляют ее. Для более полного использования тепла поток газов должен как можно равномернее проникать через слой шихты и возможно полнее отдавать свое тепло. Поэтому слой материалов должен иметь хорошую проницаемость для газов. Для этого требуется равномерная послойная завалка металлической шихты и вполне определенное давление дутья.

В зависимости от температуры и состава газов вагранку условно разделяют на три зоны.

Верхняя зона - зона подогрева материалов. В этой области все материалы находятся в твердом состоянии. Постепенно опускаясь вниз, они нагреваются до температуры 1100 - 1200 °С. Известняк при температуре 800 - 900 °С подвергается разложению, кокс теряет влагу и оставшиеся летучие вещества. Ваграночные газы в этой зоне. пройдя столб шихтовых материалов и отдав им тепло, охлаждаются до температуры 350 - 450 °С и на выходе из слоя шихты содержат 8 - 10 % СО, 14 - 16 % СО2 и пыли

8 - 10 кг/т.

Средняя зона-зона горения. В верхней области этой зоны происходит плавление металлической шихты и образование шлака, в твердом состоянии находится только кокс. Капли жидкого металла и шлака, стекая вниз по кускам горящего кокса, нагреваются до температуры 1500 °С. Одновременно, проходя через окислительную зону, капли чугуна подвергаются воздействию газов, причем происходит частичное окисление элементов чугуна (10 - 25 %), что связано с дополнительным выделением тепла. Максимальная температура газов в этой зоне 1600 °С.

Нижняя зона - горновая, расположена ниже воздушных фурм. В этой зоне металл несколько охлаждается и удаляется из печи.

Для интенсификации процесса плавки в современные вагранки подается подогретый до 500 °С воздух. При горячем дутье значительно улучшаются показатели работы вагранки: увеличивается производительность, снижается расход кокса, повышается температура чугуна. Воздух подогревается в отдельно расположенном радиационно-конвективном рекуператоре с самостоятельным отоплением.

Процесс плавки в вагранке характеризуется следующими показателями: производительность 6 - 7 т/ч в 1 м2 площади поперечного сечения вагранки, расход кокса 7 - 10 % от массы чугуна и относительно высоким тепловым к. п. д. (40 - 45 %).

Вагранка является самым распространенным чугуноплавильным агрегатом, но получить чугун для отливок высокого качества в вагранке не представляется возможным из-за колебания по ходу плавки состава и температуры чугуна. В чугунолитейном производстве в настоящее время необходимо получение чугуна с высокой плотностью, прочностью и пластичностью. Для этого требуется подогрев чугуна до 1500 - 1550 °С в целях возможности его легирования и модифицирования. Поэтому в чугунолитейных цехах, производящих ответственное литье, постепенно вагранки заменяются индукционными электропечами.

1. Расчет горения кокса

Целью расчета является определение следующих величин: необходимое количество воздуха или дутья, обогащенного кислородом, для горения топлива; количество, состав и плотность образующихся продуктов сгорания; температура горения топлива.

Для удобства, расчет газа ведется на 100 кг.

Таблица 1 Состав кокса

Вещество	Элементный состав кокса в рабочей массе,%
С	93,000
Н	3,000
О2	0,300
N2	0,300
S	0,400
A	2,000
W	1,000

Таблица 2 Расчет горения кокса

Вещество	Элементный состав кокса в рабочей массе,%	Количество вещества	Количество кислорода	Реакции горения
С	93,000	7,750	7,750	С+О2=СО2
Н	3,000	1,500	0,750	Н2+0,5О2=Н2О
О2	0,300	0,009
N2	0,300	0,011
S	0,400	0,013	0,013	S+O2=SO2
A	2,000
W	1,000	0,056
Коэффициент расхода воздуха (n)	1,09

Общее количество кислорода, затрачиваемое на сжигание 100 кг. кокса при теоретическом коэффициенте расхода воздуха n=1 составит 8,503 кмоль



Если воздух не обогащен кислородом, то N2/O2=3,76

Переводим в м3

Если коэффициент расхода воздуха равен 1,09, то

2. Определение количества, состава и плотности продуктов сгорания кокса

Из уравнений горения следует (таблица 2): из одного моля С получаем один моль СО2 следовательно количество СО2=7,503 кмоль. Аналогично находим количество продуктов горений для других уравнений. Результаты представлены в таблице 3

Таблица 3 Продукты сгорания кокса при n=1

Продукты сгорания	Количество	Процентный состав
CO2	7,750	18,394
H2O	2,379	5,647
O2	0,009	0,022
N2	31,982	75,908
SO2	0,013	0,030
Сумма=	42,133



Количество воды в воздухе, г:

,

где Wв-влажность воздуха.

Если n=1, то в продуктах сгорания кислорода нет, а количество N2=31,982 кмоль.

Принимая сумму 42,133 кмоль за 100 % легко получить процентный состав продуктов горения (таблица 3).

При сжигании топлива с действительным расходом воздуха (n=1,09), состав продуктов сгорания получается иным. Появляется кислород и увеличивается содержание азота.

Количество кислорода равно:.

Таблица 4 Продукты сгорания кокса при n=1,2

Продукты сгорания	Количество	Процентный состав
CO2	7,750	16,934
H2O	2,379	5,198
O2	0,775	1,693
N2	34,849	76,147
SO2	0,013	0,027
Сумма=	45,765

Плотность продуктов сгорания:

3. Определение температуры горения кокса

Поскольку теплоемкость газов является функцией температуры, а для нахождения калориметрической температуры необходимо знать теплоемкость продуктов сгорания, используем метод последовательного приближения.

Энтальпия продуктов сгорания равна

кДж/м3

Зададимся возможной температурой сгорания tк=2000 °С=2273 К.

Для этой температуры энтальпия сгорания равна:

, кДж/м3

Сумма равна 3348,724. i0>i1900, действительная калориметрическая температура будет выше 2000 °С. Примем tк=2100 °С=2373 К.

, кДж/м3

Сумма равна 3533,628. i0<i1800, действительная калориметрическая температура будет лежит в пределах2000-2100°С и может быть найдена интерполяцией:

Пирометрическая температура связана с калориметрической следующим образом:

,



где з - пирометрический коэффициент (0,62ч0,82)

Примем з=0,7, тогда єС

Таким образом температура горения кокса равна 1413,538 єС.

4. Тепловой баланс печи и расход топлива

Статьи прихода:

1 Тепло, получаемое в результате сгорания топлива

, кВт

2 Тепло экзотермических реакций

,

где G - производительность печи, кг/сек

а - угар металла (примем 0,75%)

, кВт

Статьи расхода:

1 Полезное тепло. Тепло необходимое для нагрева и плавления материала (шихты)

, кВт

2 Тепло, уносимое шлаками

кВт



3 Тепло, уносимое уходящими газами

4 Тепло от химической неполноты сгорания топлива

, кВт

5 Тепло от механической неполноты сгорания (различные потери топлива)

, кВт

6 Потери тепла теплопроводности через кладку (стены и под печи)

, кВт

где Ткл - внутренняя температура поверхности кладки, К

Тв - температура наружного воздуха, К

S1, S2 - толщина слоев футеровки, м

л1, л2 - теплопроводность материалов футеровки

б - коэффициент теплообмена (19,8 Вт/м2)

F - площадь кладки

7 Потери тепла излучением через открытые окна печи

, кВт



где с0 - коэффициент лучеиспускания абсолютно твердого тела

Т - температура печи

F - площадь открытого окна (высота - 3 м, ширина - 1,5 м)

Ф - коэффициент диафрагмирования (0,5 ч 0,9), зависящий от ширины окна

ц - время, в течении которого окно открыто

8 Тепло, уносимое водой, охлаждающее отдельные части печей

от всего прихода тепла

,кВт

9 Неучтенные потери

, кВт

Количество прихода должно быть равно количеству расхода, следовательно, приравнивая статьи прихода и расхода получаем следующее уравнение:

Из этого уравнения следует, что для плавления 100 кг шихты необходимо 151 кг кокса.

5. Материальный баланс

Таблица 5 Состав металлошихты

Состав металлошихты
элемент	процент,%
C	3,000
Si	4,000
Mn	3,000
S	0,005
P	0,006
Cr	3,000
Ni	5,000
Fe	81,989

Данные расчета представлены в таблице6. По данным расчета количество исходных материалов плавки равно количеству продуктов плавки, следовательно расчет произведен верно.

Из проведенных расчетов можно сделать следующий вывод. Из 100 кг. шихты получаем около 102 кг металла. Следовательно, для того чтобы получить 17000 кг. металла необходимо около 16677 кг шихты. Так как на 100 кг шихты расходуется 151 кг кокса, то для получения 17000 кг металла 25182 кг кокса.

6. Расчет размеров вагранки

Диаметр вагранки в свету при удельной производительности 8 т/(м2·ч)

,

где G - заданная производительность вагранки, т/ч;

g - удельная производительность вагранки, равная 6 - 10 т/(м2·ч)

Полезная высота вагранки (расстояние от оси основного ряда фурм до порога загрузочного окна

Общая высота вагранки (без трубы)

,

где Н1 - расстояние от оси основного ряда фурм до пода, м (зависит от типа выплавляемого чугуна и производительности вагранки (0,1 - для ковкого чугуна, 0,6 - для серого чугуна, м);

Н2 - расстояние от пода до пола цеха, м (принимают исходя из условий проведения ремонта. Для малых вагранок 1 м, для больших - 2 м.

Диаметр металлической летки при скорости металла 1 м/с

,

где с - плотность чугуна, т/м3;

щ - скорость истечения чугуна (0,5 - 1), м/с.

Диаметр шлаковой летки принимают большим диаметра металлической летки на 30 - 50 мм. (принимаем 70 мм)

Сечение вагранки в свету:

Суммарное сечении фурм:

Сечение искрогасителя при температуре газов 200 єC, увеличение объема газов за счет подсоса воздуха через загрузочное окно в 2 раза и скорости 1 м/с.



,

где k - коэффициент, учитывающий увеличение объема газов за счет подсоса воздуха через загрузочное окно (k=2 - 3); щп.г - скорость газов в искрогасителе, м/с; б - температурный коэффициент объемного расширения газов, равный 1/273; t - температура газов в искрогасителе, єС.

Диаметр воздуховодов при температуре подогрева воздуха 200 єС и скорости воздуха 15 м/с

Список используемых источников

1. Мастрюков Б. С. Расчеты металлургических печей.-М.: Металлургия, 1972, с. 368.

2. Теплотехнические расчеты металлургических печей / Китаев Б. И., Маркин В. П., Телегин А. С.и др./ Под. ред. А. С. Телегина.-М.: Металлургия, 1970.-528с.

3. Долотов Г. П., Кондаков Е. А. Печи и сушила литейного производства: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984.-232 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...