Курсовая работа: Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата

-тепловой эффект Q52073 = -200 кДж

-поглощаемое тепло Qч5 = -81664 кДж/ч

Для реакции V2O5 + 5C = 2V + 5CO                                            (18)

-тепловой эффект Q62073 = -906,6 кДж

-поглощаемое тепло Qч6 = -16833 кДж/ч

Общий расход тепла на эндотермические реакции:

Qэнд = 33396 + 3082 + 3690219 + 344124 + 81664 + 16833 = 4169318 кДж/ч

Потери тепла поверхности печи определяются следующим образом.

1.  Потери тепла через под печи. Примем опытный коэффициент потерь тепла через холодную подину К = 5800 Вт/(м·К)

-Площадь пода:

Fn = 0,7854 · d12 = 0.7854 · 8,82 = 60,8 м2

-Потери тепла через подину определяются по формуле:

Qn = k’ · Fn · τ

где k’ –опытный коэффициент потерь тепла через под печи, кДж/(м2·ч)

τ –время переработки расчётного количества материалов, ч.

Qn = 5800 · 60,8 · 1 = 352640 кДж/ч

2.  Потери тепла через стены в зоне расплава

Qn = 705280 кДж/ч

Средняя толщина стен из кирпича

Sm =

3.  Потери тепла стены в газовой зоне

Qnг = 206320 кДж/ч

4.  Потери тепла через бетонную крышку свода:

Qnk = 804800 кДж/ч

Qобщn = 352640 + 705280 + 206320 + 804800 = 2069040 кДж/ч

Примем неучтённые потери тепла равными 5% от общего расхода тепла:

Qн = 20217462 · 0,05 = 1010873 кДж/ч

Qпол = 20217462 + 1010873 = 21228335 кДж/ч

Полный расход тепла в электропечи.

Требуется ввести тепла в счёт электроэнергии для покрытия всех тепловых потерь:

Qэп = 21228335 – 555074 = 20673261 кДж/ч

На основании расчётов составим тепловой баланс рудно-термической печи (см. таблицу 3.18).

Расход электрической энергии за 1 час:

20673261 / 3600 = 8743 кВт·ч

За 1 час выплавляется 4,16 тонны титанового шлака, тогда удельный расход электроэнергии (на 1 тонну шлака) составит:

8734 / 4,16 = 2100 кВт·ч.

Таблица 9 - Суточный тепловой баланс руднотермической печи

Расчёт температур подины печи

При температуре на центральной термопаре подины 1030°С расчётная температура подины печи в рабочем пространстве печи составит 1400°С.

Данная температура приемлема для периклазового кирпича (температура начала деформации под нагрузкой 0.2 Мпа 1550°С), но желательно на подине иметь слой затвердевшего металла и более низкие температуры.

По данным материального баланса печей, температура металла на выпуске из печи изменяется в пределах от 1350 до 1500°С.

Расчёт подины футеровки руднотермической печи

Расчёт выполняется с целью определения температуры на внутренней поверхности подины печи РКЗ-16.5Т-И1 по показаниям термопар, установленных в нижнем уровне футеровки.

Исходные данные

Футеровка подины печи выполнена из следующих слоёв огнеупорной и теплоизоляционной кладки:

Днище кожуха печи выполнено из углеродистой стали (толщина листа 25 мм.). В конструкции печи выполнен обдув днища кожуха. Обдув выполняется воздухом и подвод осуществлён в оси печи в нижнеё его части. Температура воздуха + 5°С.

Температура расплава металла на поверхности ванны печи принимаем 1500°С.

Расчёт

Расчёт тепловых потерь из-за большого радиуса сферы окатов ведём как через плоскую стенку [2].

Q=[(tраспл-tвозд)/(1/a+S1/l1+S2/l2+S3/l3+S4/l4+S5/l5+1/aнар)]×F×t

где: a -коэффициент теплоотдачи от расплава периклазовой футеровки, (ввиду большого значения a значением слагаемого 1/a в расчётах принебрегаем);

S1 и l1 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) периклазового слоя;

S2 и l2 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) порошка магнезитового слоя;

S3 и l3 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) шамотного слоя;

S4 и l4 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) шамотной засыпки;

S5 и l5 –соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности в Вт/(м×К) стального листа днища кожуха (в расчётах на учитывается);

aнар –коэффициент теплоотдачи от стенки днища кожуха в окружающую атмосферу;

F –эффективная площадь теплового потока через подину печи (среднее арифметическое между значением площади сферической поверхности сегмента верхнего оката футеровки и площадь поверхности днища кожуха печи).

Задаёмся значениями температур на границе:

-  периклаз –магнезитовый порошок t1 =800°С;

-  магнезитовый порошок –шамот t2 =700°С;

-  шамот –засыпка шамотная t3 =100°С;

-  засыпка шамотная –кожух печи t4 =80°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

Совпадение температур неудовлетворительное .

Задаёмся более приближёнными значениями температур на границах слоёв:

-  периклаз –магнезитовый порошок t1 =1000°С;

-  магнезитовый порошок –шамот t2 =950°С;

-  шамот –засыпка шамотная t3 =400°С;

-  засыпка шамотная –кожух печи t4 =150°С;

-  наружная температура tнар =20°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1500 + 1000) / 2 =1250 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1250 + 5.59 × 10-6 × 12502 = 14 - 18.625 + 8.734375 =

= 4.109375 = 4.1 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (950 + 400) / 2 =675 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 675 – 0.009 × 10-6 × 6752 = 0.974 + 0.2511 –

- 0.004100625 = 1.22 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (400 + 150) / 2 =275 °С

l4 = 0.360 – 0.219 × 10-3 × 275 – 0.0016 × 10-6 × 2752 = 0.36 + 0.060225 –

- 0.00121 = 0.419015 = 0.42 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.22 + 0.05 / 0.42 + 1 /

/ 9.97) = (1500 – 5) / (0.224 + 0.01 + 0.433 + 0.132 + 0.1) = 1495 / 0.899 =

= 1663 (Вт/м2)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1663 (0.92 / 4.1) = 1126 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1126 – 1663 (0.054 / 5.6) = 1110 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1110 – 1663 (0.528 / 1.22) = 390 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 390 – 1663 (0.05 / 0.38) = 171 °С

tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 171 – 1663 (1 / 9.97) = 4 °С

Совпадение температур неудовлетворительное.

Задаёмся более приближёнными значениями температур на границах слоёв:

-  периклаз –магнезитовый порошок t1 =1100°С;

-  магнезитовый порошок –шамот t2 =1080°С;

-  шамот –засыпка шамотная t3 =450°С;

-  засыпка шамотная –кожух печи t4 =160°С;

-  наружная температура tнар =10°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1500 + 1100) / 2 =1350 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1350 + 5.59 × 10-6 × 13502 = 14 - 20.115 + 10.187775 =

= 4.072775 = 4.1 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1080 + 450) / 2 =765 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 765 – 0.009 × 10-6 × 7652 = 0.974 + 0.285 –

- 0.00527 = 1.254 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (450 + 160) / 2 =305 °С

l4 = 0.36 – 0.219 × 10-3 × 305 – 0.0016 × 10-6 × 3052 = 0.36 + 0.0668 –

- 0.00149 = 0.425 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1500 – 5) / (0.92 / 4.1 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.254 + 0.05 / 0.425 + 1 /

/ 9.97) = (1500 – 5) / (0.224 + 0.01 + 0.421 + 0.118 + 0.1) = 1495 / 0.873 =

= 1712 (Вт/м2)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1500 – 1712 (0.92 / 4.1) = 1116 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1116 – 1712 (0.054 / 5.6) = 1100 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1100 – 1712 (0.528 / 1.254) = 379 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 379 – 1712 (0.05 / 0.425) = 178 °С

tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 178 – 1712 (1 / 9.97) = 6 °С

Совпадение температур удовлетворительное.

Фактическая температура по показаниям центральной термопары нижнего уровня (магнезитовый порошок) составляет 970 –1015 °С, что с достаточной степенью точности можно принять температуру раплава на подине 1400 °С.

Проверочный расчёт.

Задаёмся значениями температур на границах слоёв:

-  периклаз –магнезитовый порошок t1 =1030°С;

-  магнезитовый порошок –шамот t2 =1100°С;

-  шамот –засыпка шамотная t3 =370°С;

-  засыпка шамотная –кожух печи t4 =160°С;

-  наружная температура tнар =10°С.

Теплопроводность изделий периклазовых определяется по формуле:

l1 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=14, В= -14.9, С=5.59, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1400 + 1030) / 2 =1215 °С

l1 = 14 - 14.9 × 10-3 × 1215 + 5.59 × 10-6 × 12152 = 14 – 18.1 + 8.25 =

= 4.15 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотного кирпича ША-1 определяется по формуле:

l3 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.974, В= -0.372, С= -0.009, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (1000 + 370) / 2 =685 °С

l3 = 0.974 – 0.372 × 10-3 × 685 – 0.009 × 10-6 × 6852 = 0.974 + 0.255 –

- 0.0042 = 1.225 Вт / (м × К)

Теплопроводность шамотной засыпки:

l4 = А – В × 10-3 × t + C × 10-6 × t2; Вт / (м × К)

где: А=0.360, В= -0.219, С= -0.0016, t –средняя температура футеровки слоя в °С.

t = (370 + 160) / 2 =265 °С

l4 = 0.36 – 0.219 × 10-3 × 265 – 0.0016 × 10-6 × 2652 = 0.36 + 0.058 –

- 0.00112 = 0.42 Вт / (м × К).

Таким образом, плотность теплового потока:

q1 = (1400 – 5) / (0.92 / 4.15 + 0.054 / 5.6 + 0.528 / 1.225 + 0.05 / 0.42 + 1 /

/ 9.97) = (1400 – 5) / (0.222 + 0.01 + 0.431 + 0.119 + 0.1) = 1395 / 0.882 =

= 1582 (Вт/м2)

Проверяем сходимость температур на границах слоёв:

t1 = tрасп – q1(S1 / l1) = 1400 – 1582 (0.92 / 4.15) = 1049 °С

t2 = t1 – q1(S2 / l2) = 1049 – 1582 (0.054 / 5.6) = 1034 °С

t3 = t2 – q1(S3 / l3) = 1034 – 1582 (0.528 / 1.225) = 352 °С

t4 = t3 – q1(S4 / l4) = 352 – 1582 (0.05 / 0.42) = 164 °С

tнар = t4 – q1(1/ lнар) = 164 – 1582 (1 / 9.97) = 5 °С

Совпадение температур удовлетворительное.

2 Расчет оборудования

2.1 Выбор и технологический расчёт основного оборудования

Руднотермическая печь (РТП).

К основному оборудованию, установленному на переделе производства титанового шлака относятся: рудно-термическая печь, система очистки и дожигания отходящих газов, машина разливочная конвейерная, дробилка двухвалковая, насос камерный, дозатор, трансформатор.

Печь электротермическая - для восстановления концентрата с целью обогащения его оксидами титана в полузакрытом или закрытом режимах. Обогащение концентрата происходит путем избирательного восстановления основной примеси - оксидов железа с образованием титанового шлака и металлической фазы - металла. Температура процесса - 1800±100 °С.

Таблица 10 - Технические характеристики РТП

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6