303190
.pdf699
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра металлургии
Методические указания к курсовой работе
по дисциплине: «Конструкция доменных печей»
Составители: Дудина В.А. Иноземцев Н.С. Титов В.Н.
Липецк Липецкий государственный технический университет
2012
3
УДК669.162.21(07)
Д 812
Рецензент: С.А. Дубровский, проф., д-р техн. наук
Дудина, В.А.
Д812 Методические указания к курсовой работе по дисциплине: «Конструкция доменных печей» / В.А. Дудина, Н.С. Иноземцев, В. Н. Титов - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 19 с.
Рассматриваются различные методы расчета профиля доменных печей. Представленные методические указания предназначены для студентов дневной, очно-заочной и ускоренной форм обучения по специальности: «Металлургия черных металлов».
Табл.1, Рис.1, Прилож.2
©ФГБОУ ВПО«Липецкий государственный технический университет», 2012
4
1.Общие методические указания к расчету
Расчет профиля доменной печи является составной частью курсовой работы.
Перед выполнением работы студент должен разобраться в расчетах, обратив внимание на достоинства и недостатки приведенных методов.
Курсовая работа состоит из трех частей: расчетной, графической по результатам расчета четырех профилей доменных печей (приложение 1 ) и схематической (изображение элемента конструкции доменной печи).
Основные исходные данные для курсовой работы:
1.Заданная производительность в мил. т передельного чугуна/год
2.Ожидаемый коэффициент использования полезного объема печи – к.и.п.о. (i, м3·сут/т)
Проектные размеры профилей доменных печей, разработанных Гипромезом во второй половине ΧΧ в, приведены в таблице.
Профили доменных печей объемом 1033-5500 |
приведены в |
приложении 2. |
|
Очертание рабочего пространства называется профилем доменной печи (рис). В горизонтальных сечениях профиль печи представляет окружности переменного диаметра, а в вертикальном сечении по оси печи – сложную симметричную конфигурацию, показанную на рисунке. В таблице представлены проектные размеры профилей доменных печей России и стран СНГ.
5
Таблица
Проектные размеры профилей доменных печей России
Параметр |
Обозна- |
|
|
Размеры печей полезным объемом, |
|
|
||||||
печи |
чение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1033 |
1386 |
1513 |
1719 |
2000 |
2300 |
2700 |
3000 |
3200 |
5000 |
5500 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота, м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полная |
Н |
28,70 |
31,22 |
30,75 |
31,25 |
32,36 |
33,15 |
33,65 |
34,95 |
35,29 |
36,10 |
35,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полезная |
H0 |
26,00 |
27,30 |
28,00 |
28,50 |
29,40 |
30,20 |
31,20 |
32,20 |
32,19 |
33,50 |
34,80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
горна |
|
3,20 |
3,20 |
3,20 |
3,20 |
3,60 |
3,80 |
3,90 |
3,90 |
3,90 |
4,00 |
5,70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
заплечиков |
|
3,00 |
3,20 |
3,20 |
3,00 |
3,00 |
3,20 |
3,40 |
3,20 |
3,40 |
3,70 |
3,70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
распара |
|
2,00 |
2,00 |
1,80 |
2,00 |
1,70 |
1,70 |
2,20 |
2,00 |
2,30 |
1,70 |
2,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шахты |
|
15,00 |
16,00 |
17,30 |
17,80 |
18,20 |
19,00 |
18,70 |
20,10 |
19,60 |
21,10 |
20,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колошника |
|
2,80 |
2,90 |
2,50 |
2,50 |
2,90 |
2,50 |
3,00 |
3,00 |
2,99 |
2,30 |
3,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«мертвого»слоя |
|
0,60 |
0,45 |
0,77 |
1,10 |
1,10 |
|
1,70 |
1,71 |
|
1,62 |
1,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр, м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
горна |
|
7,20 |
8,20 |
8,60 |
9,10 |
9,75 |
10,50 |
11,00 |
11,60 |
12,00 |
14,70 |
15,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
распара |
Д |
8,20 |
9,30 |
9,60 |
10,20 |
10,90 |
11,70 |
12,30 |
12,80 |
13,10 |
16,10 |
16,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колошника |
|
5,80 |
6,50 |
6,60 |
6,90 |
7,30 |
7,30 |
8,10 |
8,40 |
8,90 |
10,80 |
11,20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
большого конуса |
|
4,20 |
4,80 |
4,80 |
5,00 |
5,40 |
5,40 |
6,20 |
6,50 |
7,00 |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Угол наклона: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
шахты |
|
85°34’ |
84°59’ |
85°02’ |
84°42’ |
84°21’83°23’ |
83°35’ |
83°45’ |
83°53’ |
82°50’82°36’ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
заплечиков |
|
80°32’ |
80°14’ |
81°07’ |
79°36’ |
79°09’79°22’ |
79°10’ |
79°22’ |
80°49’ |
79°17’79°17’ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
Рис. Профиль доменной печи
Н – полная высота, м; Н0 – полезная высота, м; hг – высота горна, м; hs – высота заплечиков, м;
hp – высота распара, м; hш – высота шахты, м; hк – высота колошника, м; dг – диаметр гона,
Д – диаметр распара, м; dк – диаметр колошника, м; α – угол наклона шахты, град; β – угол наклона заплечиков , град.
7
Основным размером доменной печи является полезный объем (V0,м3) рабочего пространства печи, ограниченный снизу горизонтальной плоскостью, проходящей через ось чугунной летки, а сверху – горизонтальной плоскостью, проходящей через основание большого конуса засыпного аппарата в опущенном положении, либо до верха защитных плит колошника при бесконусном засыпном аппарате.
По заданной производительности (P, т/сут) и к.и.п.о. (i, м3·сут/т) определяют основной размер доменной печи, характеризующий ее мощность, полезный объем:
V0= P · i , м3. |
(1) |
Интенсивность хода доменной печи можно определить через отношение суточного расхода кокса (K, т/сут) к полезному объему:
Y = , |
. |
(2) |
При работе на подготовленной шихте интенсивность (Y) колеблется в пределах 0,9÷1,0 . По предполагаемой интенсивности хода печи (Y) и
полученному полезному объему (V0) определяют суточный расход кокса (K).
Между |
к.и.п.о. |
и |
интенсивностью |
хода |
печи |
имеется |
|
обратнопропорциональная зависимость: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
i = , |
. |
|
|
(3) |
Таким |
образом, если |
|
(из ф.2) |
подставить в формулу (3), |
|||
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
i = .
8
Отношение K/P есть относительный расход кокса (k, т/т), тогда:
i = .
Следовательно, чем ниже относительный расход кокса и выше интенсивность хода печи, тем меньше к.и.п.о. и тем больше может быть заданная производительность доменной печи.
Часто интенсивность хода доменной печи выражают количеством израсходованного кокса в сутки на 1 сечения горна:
= , т/·сут,
где А - площадь сечения горна, .
Определив требуемый полезный объем, можно рассчитать размеры профиля, пользуясь методами М.А. Павлова, А.Н. Рамма, М.К. Леонидова и др.
2. Метод М.А. Павлова
Метод Павлова М.А., впервые опубликованный в 1909 году, основан на применении эмпирических данных о работе доменных печей с разными профилями. В основе определения размеров профиля лежит объем печи:
V0= P · i .
После определения V0 можно найти другие размеры профиля, используя взаимосвязь с полной высотой печи (H) и диаметром распара:
V0 = Х·H·Д2,
Х – коэффициент, связывающий полезный объем печи с полной высотой и диаметром распара и учитывающий отклонение профиля от цилиндра. Значение Х может возрастать с увеличением угла заплечиков, высоты распара и
9
отношения . Вычисленный в свое время М.А.Павловым коэффициент Х в среднем составлял 0,54, а в современных условиях 0,56-0,63, причем величина
0,60-0,63 предпочтительнее, поскольку величина Х растет с увеличением объемов доменных печей. Величина Х может быть рассчитана по уравнению
.
При определении полной высоты печи и диаметра распара М.А.Павлов исходит из соотношения H/Д, рекомендуя его для древесно-угольных печей равным 5,0-4,25, а для коксовых 4,25-3,50 (для печей на слабом коксе). В
настоящее время Е = = 2,25÷3 и может быть вычислено по формуле:
Е = 3,6 – 3,2·10-4 V0 .
Задавая соответствующее отношение H/Д, можно определить значение полезной высоты () по формуле
|
|
- , м |
где |
- высота засыпного аппарата (3,5÷5,0 м). |
|
|
Д = |
, м |
H – полная высота с учетом засыпного аппарата:
Н= Н0 + (3,5÷5), м .
Для современных печей больших объемов
V, м3 |
2202 |
2300 |
2700 |
3000 |
3200 |
5000 |
5500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
0,52 |
0,50 |
0,53 |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Е |
2,97 |
2,80 |
2,70 |
2,69 |
2,60 |
2,28 |
2,4 |
Диаметр горна и его сечение, возрастающие по мере увеличения количества дутья (м3/мин), М.А.Павлов определял в зависимости от интенсивности горения кокса у фурм и его количества, загружаемого в доменную печь в течение суток.
К, т/сут |
800-950 |
950-1100 |
1100-1250 |
1250-3000 |
3000-5000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, т/м2·сут |
21,6 |
22,8 |
|
24,0 |
26-27 |
28-29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А = |
либо А = |
, м2 |
|
|
|
|
|
= |
, м. |
|
|
Правильность расчета диаметра горна проверяется по отношению ,
которое по эмпирическим данным М.А.Павлова, должно быть равно 1,10÷1,15.
Отношение должно быть в пределах 24÷28.
Диаметр колошника определяется из соотношения /Д = 0,67 ÷ 0,73. В
настоящее время для печей большого объема это отношение в пределах
0,63÷0,67.
= 0,63 · Д .
Для определения высоты горна задаются его объемом на 1 т суточной производительности, равным 0,0675 .
1
- объем горна от оси чугунной летки до оси воздушных фурм на 1 т
суточной выплавки, ·сут/т. По расчетам Павлова М.А. эта величина составляет 0,07-0,08, для печей полезным объемом 2000÷5000 она равна
0,05-0,07.
· ,м .
Высота воздушных фурм от уровня чугунной летки вычисляется по удельному объему горна в расчете на 1 т суточной выплавки передельного чугуна
.
Высота заплечиков
, м ,
где β – угол наклона заплечиков (79 - 82°) для современных доменных печей.
По рекомендации М.А.Павлова высота заплечиков может быть равна 3м
для всех случаев. Если h3 принимается, то определяется угол наклона заплечиков
tg β = 2· .
Высоту распара принимают в пределах 1,7-2,3 м, а высоту цилиндрической части колошника устанавливают равной 2,3-3,0 м.
Высоту шахты (конической ее части) определяют в зависимости от угла наклона стен по формуле
, м,
где α – угол наклона стен шахты
1