Конструкция печей для производства тяжёлых цветных металлов

Конструкция печей для производства тяжёлых цветных металлов

Структурная схема ВТУ

Схема естественного основания и фундамента Схемы естественных оснований

Примеры конструкций фундаментов разных типов

Рамный жёсткий каркас Рамный регулируемый каркас

Листовой (сплошной) каркас кислородного конвертора

Способы соединения каркаса с фундаментом

Структура и классификация ограждений ВТУ

Однослойная огнеупорная кладка Схема многослойного ограждения с использованием обычной тепловой изоляции (а) и волокнистого огнеупорного материала (б)

Распределение температуры по толщине кладки

Расчётные характеристики ограждений разного типа

Конструкции распорных сводов

Переклазохромитовые (а) и динасовые (б) огнеупорные изделия в разогретом распорном виде

Конструкция распорно-подвесного свода

Конструкция подвесных сводов

Рекомендации по выбору свода

Примеры кладки стен ВТУ

Выполнение стен рабочей камеры

Проёмы и отверстия в стенах

Конструктивные схемы пода ВТУ

Летки рабочей камеры

Вывести формулы для расчета потерь давления в слое 1. Слой состоит из шаров одинакового диаметра d=const 2. Прозрачность слоя не меняется по объему и во времени: 3. Отсутствует деформация зернистого слоя по высоте 4. Рассмотрению подлежит одномерное установившееся движение несжимаемого газа в неподвижном зернистом слое

Закон сохранения массы: (1) где вектор приведенной скорости сплошной среды

Закон сохранения импульса: (2) где Объемная плотность силы инерции сплошной среды, Н/м 3 Объемная плотность силы тяжести газа, Н/м 3 Объемная плотность силы давления, Н/м 3 Объемная плотность силы вязкого трения, действующего в газе, Н/м 3 Объемная плотность силы взаимодействия газа с частицами слоя, Н/м 3

т. к. концентрация твердых частиц в слое велика т. к. рассматривается установившееся движение, то и при малых расходах газа и

С учетом сделанных замечаний уравнение (2) приобретает вид: или (3) Обозначим где коэффициент проницаемости Тогда из (3) имеем уравнение фильтрации Дарси: (4)

При конечном расходе газа (4) Внешняя модель (5) где число частиц в единице объема слоя; диаметр частицы сила межфазного взаимодействия, определяется по формуле, представленной ранее Подставляя в (5) выражения для F и N имеем формулу Хаппеля (6) где известная функция от пористости

Внутренняя модель По аналогии с течением жидкости и газов по трубам имеем: (7) Т. к. каналы между частицами не имеют форму гладких прямых цилиндрических труб, вводим эквивалентный радиус канала где удельная поверхность твердых частиц, м 2/м 3 а вместо L вводят Lе – реальная длина канала Тогда, после арифметических преобразований получаем окончательно уравнение Козени-Кармана (8) где константа, зависящая от относительной длины каналов Lе/ L

Расчеты потерь давления в зернистом слое по формулам (6) и (8) дают практически одинаковые результаты В металлургии при расчете гидравлического сопротивления зернистого слоя пользуются обычно формулой Эргана (9) Последняя формула в отличии от всех предыдущих, учитывает действие инерционных сил (второе слагаемое справа). Таким образом, гидравлическое сопротивление зернистого слоя при умеренных газовых нагрузках линейно возрастает по мере увеличения расхода газа.

Установить законы изменения температуры газа и твердых частиц по высоте слоя при противоточном движении этих фаз 1. Нагрев частиц происходит в режиме термически тонких тел. Частицы имеют одинаковый размер. 2. Газ движется одномерно снизу вверх и равномерно распределен по сечению слоя 3. В слое имеет место конвективный теплообмен. Теплоотдача на границе раздела фаз описывается уравнением Ньютона-Рихмана 4. Коэффициент теплоотдачи постоянен по сечению и высоте слоя 5. Теплофизические свойства частиц и газа не зависят от температуры

При расчете процессов теплообмена в зернистом слое используют объемный коэффициент теплоотдачи αV, Вт/м. К, который связан с с коэффициентом теплоотдачи α, Вт/м 2 К соотношением (1) где диаметр частиц, м коэффициент теплоотдачи, коэффициент формы частиц, для сфер для шихты шахтной печи

Значение коэффициента теплоотдачи определяется в зависимости от значений чисел Пекле и Рейнольдса При Ре>>1 и Re≤ 100 (2) При Ре>>1 и 100

С учетом принятых допущений составим тепловой баланс для элементарного объема слоя d. V=dxdydz при противоточном движении газа (с) и материала слоя (д). (4) где удельная объемная теплоемкость частиц истинная скорость частиц

При анализе процессов теплообмена в противотоке используются понятия теплоемкости потока частиц и газа: y (5) где x теплоемкость массового или объемного расхода частиц или газа, Вт/К массовый расход дисперсной фазы Противоточная схема движения частиц и газа объемный расход дисперсной фазы

Преобразуем уравнение (4) с учетом (5) (6) Т. к. в (6) две переменных: и сформулируем закон сохранения энергии, устанавливающий связь между ними или (7) (8) отсюда следует, что Принимая для упрощения из (8) имеем (9)

Т. е. изменение по высоте слоя температуры газов зависит от соотношения теплоемкостей потоков частиц и газов подставляя (9) в (6), получим (10) Граничные условия: При y=0 При y=H (11)

1. При (12) Н При и и из (9) следует Т (13) Нагрев происходит неравномерно и в нижней части слоя теплообмен практически отсутствует (холостая высота)

2. При Решение уравнения (10) с граничными условиями (11) имеет вид: Н (14) (15) Газ все тепло отдает частицам Т Однако, этого тепла не хватает, чтобы нагреть частицы до начальной температуры газов. Чем меньше соотношение wc/wδ тем больше нагрев частиц

3. При Из равенства (8) следует, что Т. е. температура газа и частиц изменяется по высоте слоя одинаково. Подставив правую часть этого уравнения в (6) с учетом граничных условий (11) получим после интегрирования Н (16) Т Температура газа и частиц меняется по высоте слоя линейно. Угол наклона графиков зависит от (17)

По характеру изменения теплоемкости потока шихты шахтную печь по высоте можно разделить на три зоны Испарение влаги Н Разложение гидратов, карбонатов Косвен. восст ан. оксидов Прямое восстан. оксидов Газификация угля, образование шлака Разделение шлака и металла 0 Т

где удельная объемная производительность по металлу, удельный расход кокса, 1. Повышение давления на колошнике 2. Повышение температуры дутья 3. Применение комбинированного дутья

Шахтная печь свинцовой плавки

∆р ик и Изменение давления зернистого слоя при его переходе из плотного состояния в кипящее

ε ε=1 ε 0 икр ивит и Изменение пористости зернистого слоя при изменении газовой нагрузки

(1) где (2) где (3)

• Перенос теплоты (массы) из одной зоны кипящего слоя в другую; • Обмен теплом (массой) между кипящим слоем и ограждением печи или поверхностями, помещенными в кипящий слой; • Обмен теплом (массой) между сплошной и дисперсной фазами слоя

Механизм: циркуляционное движение частиц газа в кипящем слое Т где 0 Распределение температуры по высоте кипящего слоя длина пути турбулентного смешения H радиус печи КС

Механизм: у поверхности теплообмена периодически происходит смена пакетов частиц, которые затем распадаются, и пузырей воздуха, которые затем всплывают к поверхности слоя. Тепло передается стенке (или отнимается от нее) во время контакта с ней пакета. Среднее за время контакта значение коэффициента теплоотдачи 250 200 150 где 100 Среднее за время контакта значение плотности теплового потока 50 0 время контакта пакета со стенкой (t ≈ 0, 2÷ 0, 3 с) 0, 5

1. Лимитирующий процесс – подвод тепла (массы) к поверхности раздела газ -частица со стороны газа (балансовая задача) - Температура частиц на выходе из слоя - Поток тепла, передаваемый от одной фазы другой - Равновесие концентрации целевого компонента в фазах где - Поток массы целевого компонента в процессе межфазного массообмена коэффициент распределения примеси равновесные концентрации целевого компонента

где площадь поперечного сечения печи КС, суммарная поверхность дисперсных частиц, где равновесная концентрация целевого компонента в газе на поверхности частицы концентрация того же компонента в невозмущенном потоке - Относительный перепад температур фаз - Относительный перепад концентраций целевого компонента в слое

Этот случай теплообмена в печах К. С. металлургической промышленности практически не встречается

Печь для обжига в кипящем слое Элементы печи а – с вертикальными отверстиями; б – с горизонтальными отверстиями; в – со съёмной головкой; г – направленного дутья; д – с наклонными отверстиями

Печь для обжига в кипящем слое. Разрезы

Печь для обжига в кипящем слое с поясом дожигания

загрузочные воронки Чаша для заливки конвертерного шлака Сожигательное устройство О. Г.

загрузка факел шихтовой откос шлак штейн

Шихта III IV V I II II Шлак Штейн I – плавление шихты II – движение и конвективный теплообмен шлака III – надслоевое пространство IV – подвод, распределение и преобразование электроэнергии V – восстановление шлака коксом

Отражательная печь

Отражательная печь. Разрез

Отражательная печь. Разрезы

Печь огневого рафинирования

Печь огневого рафинирования. Разрез

Печь огневого рафинирования. Разрезы

Рудотермическая электропечь сопротивления

Печь взвешенной плавки

Печь Ванюкова 1 – свод; 2 – загрузочные устройства; 3 – перегородка; 4 – аптейк; 5 – кессонированная шахта печи; 6 – фурмы; 7 – шлаковый сифон с переточным окном; 8 – сливной порог шлакового сифона; 9 – шпуры для скоростного выпуска расплава; 10 – торцевые стенки кессонированного пояса; 11 – подина; 12 – штейновый сифон с переточным окном; 13 – сливной порог штейнового сифона; 14 – котел-утилизатор; 15 – камера дожигания; 16 – фурмы дожигания

Горизонтальный конвертер

Вращающаяся печь вельцевания