Расчет доменного процесса

Расчет доменного процесса

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Общие схемы и сущность доменного процесса

. Расчет шихты, материального и теплового балансов доменной плавки

.1 Расчет шихты

.2 Расчет материального баланса доменной плавки

.3 Тепловой баланс доменной плавки

.4 Расчет профиля доменной печи

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Развитие материальной культуры человеческого общества неразрывно связно с совершенствованием техники производства и орудия труда, для изготовления которых требуется применение различных материалов. Среди многих материалов, созданных природой и человеком, особая роль принадлежит черным металлам, представляющих собой сплав железа с углеродом и другими элементами. Основу сплава составляет железо, а углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и другие элементы являются примесями. В зависимости содержания углерода в сплаве черные металлы на чугун и сталь. Сплавы с содержанием углерода от 2 до 5% и более относят к чугунам, а сплавы, содержащие менее 2% C,- к сталям.

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.

Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун.

Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств.

Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке.

1. Общая схема и сущность доменного процесса

Исходными материалами (шихтой) в доменом производстве являются: железная руда марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Широкое применение в шихте доменных печей получил офлюсованный агломерат (свыше 90%), который содержит 50-60% Fe при основности 1,1-1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость. Основным горючим в доменном производстве служит каменноугольный кокс. Получает распространение плавка с заменой части кокса газообразным, жидким или твёрдым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит[2].

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты Д. п.: доменный газ [теплота сгорания 3,6-4,6 Мдж/м3 (850-1100 ккал/м3)] после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30-50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации)[3].

Доменный цех (рисунок 1) завода с полным металлургическим циклом имеет, как правило, не менее 3 доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. Запас шихты (кокса на 6-12 ч, агломерата или руды, а также флюсов на 1-2 суток работы печей) хранится в бункерах эстакады (общей для всех доменных печей). На многих металлургических заводах в состав доменного цеха входит так называемый рудный двор, где хранится основной запас железных руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор из него материалов производятся с учётом усреднения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.

Доменная печь (рисунок 2) представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя - преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.

Шихта подаётся на колошник печи скипами, реже ленточным конвейерами. Скипы разгружаются в печь через приёмную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутьё) от воздуходувных машин подаётся в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000-1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Продукты плавки выпускаются в чугуновозные и шлаковые ковши через лётки, расположенные в нижней части горна. Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи (рисунок 3).

Расстояние между осью чугунной лётки и нижней кромкой большого загрузочного конуса в опущенном состоянии называется полезной высотой доменной печи, а соответствующий объём - полезным объёмом доменной печи. Мощные доменные печи имеют полезный объём 2000-3000 м3 и являются одними из крупнейших в мире. Директивы по 9-му пятилетнему план предусматривают строительство доменных печей объёмом 5000 м3 [4].

Основные химические процессы в доменной печи - горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с t 1600-2300°С, содержащие 35-45% CO, 1-12% H2 и 45-65% N2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шихту, при этом CO и H2 частично окисляются до CO2 и H2O. Газы, выходящие из печи, имеют t 150-300°С.

Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Горение кокса развивается на поверхности контакта твёрдой и газообразной фаз. При этом кислород соединяется с углеродом в сложные комплексы СхОу, которые затем распадаются. В упрощённом виде суммарный процесс горения углерода твёрдого топлива у фурм сводится к экзотермической реакции 2C + O2 = 2CO. При вдувании природного газа или мазута, в которых главной составляющей являются углеводороды (например, метан), протекает реакция с выделением CO и H2; при этом поглощается значительная часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается температура горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать температуру дутья и обогащать его кислородом. Положительное влияние вдувания углеводородных топлив - в повышении концентрации водорода в газе и улучшении благодаря этому его восстановительной способности.

Восстановление железа и др. элементов. В доменной печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75-90%, Mn на 40-75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются.

Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fe2O3 и Fe3O4 происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям:

3Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O),O4 + CO (H2) = 3FeO + CO2 (H2O).

Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).

FeO + CO (H2) = Fe + CO2 (H2O), + C = Fe + CO.

Высшие окислы марганца MnO2, Mn2O3 и Mn3O4 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:

SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO.

Степень восстановления Si и Mn зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5-7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи.

Сера в доменном процессе. S вносится в доменную печь в основном коксом и переходит в газы в виде паров (SO2, H2S и др.), но большая часть остаётся в шихте (в виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне. Для удаления S из чугуна необходимо перевести её в соединения, нерастворимые в чугуне, например в CaS:

+ CaO = CaS + FeO.

Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повышенным содержанием СаО. Восстановительная среда благоприятно влияет на этот процесс, т.к. снижает содержание FeO в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в некоторых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами.

Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи Fe частично науглероживается в твёрдом, а затем в жидком состояниях. Содержание C в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов SiO2, AI2O3 и СаО (90-95%), MgO (2-10%), FeO (0,1-0,4%), MnO (0,3-3%), а также 1,5-2,5% S (главным образом в виде CaS). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности CaO/SiO2 или (СаО + MgO)/SiO2. Основность CaO/SiO2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95-1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повышенным содержанием S (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание MgO в шлаке 6-8% и более, улучшая его жидкоподвижность[5].

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта - так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12-24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5-6, а в некоторых случаях 8-10 лет и более, в течение которых печь 1-2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5-8 млн. т чугуна и более.

Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.

Доменном производстве характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе.

Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации доменное производства в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.

Показатели работы доменной печи зависят главным образом от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Основные показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 т чугуна. Производительность доменных печей иногда характеризуется коэффициентом использования полезного объёма (кипо), т. е. отношением полезного объёма в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в т. Производительность доменной печи объёмом 3000 м3 - 7000 т чугуна в сутки. В 1970 средний кипо составил 0,597 (в некоторых случаях 0,43-0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнительного топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8-20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. При выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой железом шихты расход кокса 550-600 кг/т, а на некоторых заводах - не более 450-500 кг/т.

Совершенствование доменное производства направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи[6].

- защитные сегменты колошника; 2 - большой конус; 3 - приёмная воронка; 4 - малый конус; 5 - распределитель шихты; 6 - воронка большого конуса; 7 - наклонный мост; 8 - скип; 9 - воздушная фурма; 10 - чугунная лётка; 11 -шлаковая лётка.

Рисунок 1- Доменная печь

Рисунок 2 - Работа доменной печи

2. Расчет шихты, материального и теплового балансов доменной плавки

.1 Расчет шихты

Таблица 1-Состав материалов, %

Состав кокса, %

.Расчет шихты (на 1 т чугуна):

А. Исходные данные для расчета:

.Химический состав сырых материалов приведен в таб.1 (основность агломерата определена предварительным расчетом, исходная из условия полного вывода сырого флюса из доменной шихты)

. Состав чугуна, %

. Расход сухого кокса без выноса 420 кг *².

Б. Расчет шихты

.В чугуне содержится:

*0,942=942 кг (Fe)

*0,0075=7,5 кг (Ѕі )

*0,006=6 кг (Μn)

где 1000-количество чугуна, кг;0,942 - 0,007 ,0,007-содержание в чугуне соответственно Fe , Μn и Sі (в долях единицы).

. Расход агломерата:

а) Золы в коксе

*0,104=43,70кг.

где 0,104- это содержание в коксе золы, доли ед;

б) вносится железа золой кокса

,70*0,0862=3,8 кг.

где 0,0862 - содержание железа в золе кокса, доли ед.;

в) В соответствии с составом шихтовых материалов и опытными данными принимаем выход равным 480 кг, в содержание FeO в нем 0,5%(оно обычно изменяется от 0,3 до 0,7%);

г) Переходит железо в шлак

*0,005*56/72=1,9 кг

где 56-атомная масса железа;72-молекулярная масса Fe O;

д) Должно быть внесено железа агломератом

+1,9-3,8=940,1 кг.

е) Расход агломерата с учетом выноски в колошник(принимаем вынос равным 2% ,он определяет качество агломерата и технологией доменной плавки изменяется от 1 до10%) составляет

1597/0,98=1629 кг.

. Расчет количества шлакообразующих приведён в табл.2

Таблица 2- Количество шлакообразующих

Итого:465,90

)Израсходовано кремнезема на Si, переходящий в чугун (по реакций SiO₂ +2C→Si+2CO),

,75*60/28*1000/100=16,10 кг.

где 28- атомная масса кремния;60-молекулярная масса SiO₂.

)В шлаках переходит кремнезема

,9-12,9=158 кг.

) Основность шлака:

7) Количество серы в шлаке:

а) вносится серы материалами шихты

,01*(1597*0,18+420*0,47)=4,85 кг.

где 1597 и 420- расход агломерата и кокса соответственно, кг; 0,18 и 1,47- содержание в них S,%;

б) Принимаем , что в шлаке переходит 85% серы, т. е.

,85*0,85=4,1 кг.

)Количество MnO в шлаке

а) Загружено в печь марганца

,01*(1597*0,77+43,7*1,16)=12,4 кг

б) Восстанавливается и переходит в чугун 7 кг марганца;

в) принимает ,что в шлак( в виде MnO)переходит 46% марганца шихтовых материалов, т. е. 12,4*0,46=5,70 кг Mn.

г)Количество MnO в шлаке

- х

- 5,70

Х=71*5,70/55=7,4 кг.

где 71- молекулярная масса MnO; 55- атомная масса марганца.

)Улетучивается Mn₃O₄ с колошниковыми газами.

[12,4-(5,70+6)]*229/3*55=0,97 кг.

Где 229- молекулярная масса Mn₃O₄;55- атомная масса марганца.

)Количество FeO в шлаке

,9-56

Х-72

Х=1,9*72/56=2,44.

) Количество и состав шлака приведены в таблице 3

Таблица 3 - Характеристика шлака

Пересчитываем полученный состав шлака на три компонента (CaO, SiO₂, Al₂O₃),наносим этот состав на соответствующие диаграммы (плавкости, вязкости и температуры плавления) и проверяем физические свойства шлака.

)Проверка содержания фосфора в чугуне:

,01*(1597*0,08+43,7*0,51)=1,50 или 0,15%.Содержание фосфора не выходят за допустимые пределы.

)Окончательный состав чугуна(на величину разницы в содержании фосфора в окончательном и заданном составам чугуна изменить содержание углерода),%

) Расход материалов составляет, кг:

)Количество влаги шихтовых материалов и пыли, выносимых из доменной печи, равно 2053-2017=36 кг

II. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья

А. Исходные данные:

.Состав летучих веществ кокса , %:

. Состав природного газа, %:

. На образование метана расходуется 0,8% углерода кокса.

. Степень прямого восстановления r d = 0,35.

. Расход природного газа 120 м .

. Влажность дутья 1%; в сухом дутье содержится 24% О₂.

Б. Расчет.

. Баланс углерода:

а) вносится коксом

420,0 *0,8287 = 348,10 кг

б) растворяется в чугуне

* 0,043 = 43 кг

в) расходуется на образование метана

,10 * 0,008 = 2,8 кг

г) окисляется шихтой и дутьем

,10 - (43 + 2,80) = 302,30 кг

. Окисляется шихтой, т.е. расходуется на прямое восстановлен кремния, марганца, фосфора и железа:

а) на восстановление 7,5 кг кремния по реакции SiO₂ + 2C → 2CO + Si

кг

где 12 - атомная масса углерода; 28 - атомная масса кремния;

б) на восстонавление 6 кг марганца по реакции Mn + C  Mn + CO

кг

где 55 - атомная масса марганца;

в) на восстановления 1,15 кг фосфора по реакции P₂O₅ + 5C → 2P + 5CO

кг

где 31 - атомная масса фосфора;

г) на восстановление железа прямым путем (FeO+C→Fe+CO)

кг

,90* 0,35 = 70,70 кг

Где 56 - атомная масса железа; 0,35 - степень развития прямого восстановления;

д) всего расходуется на прямое восстановление

,4 + 1,3 + 0,1 + 70,70 = 79 кг

. Сгорает у фурм (окисляется дутьём)

,30 - 79 = 223,30 кг

. Расчет количества дутья:

 м3

где 22,4 - объём килограмм-молекулы кислорода, м

б) на сжигание углерода углеводородов 1 м природного газа до оксида углерода требуется кислорода дутья

(0,5CH₄ + C₂H₆ + 1,5C₃H₈ + 2C₄H₁₀ + 2,5 C₅H₁₂ - 0,5H₂O - 0.5 CO₂ - O₂) = 0.5 * 0.9 + 0.03 + 1.5 * 0.01 + 2.0 * 0.01 + 2.5 * 0.05 = 0.64 м

в) при расходе природного газа 120 м расход кислорода составит

* 0,64 = 76,8 м³

г) 24,0*(1,00-0,01) + 0,5 = 24,3 %

где 0,01 - содержание влаги в дутье, доли ед; 0,5 - количество кислорода, %, получающееся при разложении 1% влаги дутья (H₂O → H₂ + 0.5O₂);

д ) количество дутья

 м3

. Количество метана в колошниковом газе:

а) образуется по реакции C + 2H₂ → CH₄

м3

где 22,4 - объём килограмм-молекулы метана, м³;

б) количеством метана, вносимым летучими кокса, пренебрегаем из-за

незначительности величины.

. Количество водорода в газе:

а) образуется водорода при разложении природного газа и влаги дутья, расходуемого на сжигание 1 м природного газа:

доменный печь чугун шихта колошниковый

(H₂O+H₂+2CH₄+3C₂H₆+4C₃H₈+5C₄H₁₀+6C₅H₁₂+)=2.0*0.9+3.0*0.03+ 4.0*0.01+5.0*0.01+6.0*0.05+м3

где φ - содержание водяного пара в дутье, доли ед; - расход кислорода на сжигание углерода 1 м природного газа в окись углерода, м ³;

б) образуется водорода при разложении 120 м природного газа

,306 * 120 = 276,7 м ³

в) образуется водорода из влаги дутья, расходуемого на сжигание углерода кокса

м3 (Н2)

г) всего образуется водорода

,7 + 8,6 = 285,3 м³

д) на основании опытных данных принимаем, что водорода, получающегося на фурмах, участвует в реакциях косвенного восстановления

,3 / 3 = 95,1 м ³

е) количество водорода, переходящее в газ,

,3 - 95,1 = 190,2 м ³

ж) водород кокса:

водород летучих веществ кокса

м3

где 2 и 22,4 - молекулярные массы и объём килограмм-молекулы водорода;

з) расходуется водорода на образование метана по реакции C+2H₂→CH₄

м3

и) количество водорода в колошниковом газе

,2 + 1,9 +15,5 - 10,4 = 197,2м³

. Количества двуокиси углерода в колошниковом газе:

а) количество Fe₂O₃ в шихтовых материалах (учитывается Fe₂O₃ агломерата.

Железо в коксе находится в виде FeO, а Fe₂O₃ образуется при сжигании кокса для определения содержания в нем золы) составляет

*0,582=929,5 кг

б) часть Fe₂O₃ восстанавливается водородом по реакции Fe₂O₃ + H₂ → 2 FeO + H₂O. Условно считаем, что весь водород, участвующий в реакциях косвенного восстановления, восстанавливает Fe₂O₃ до FeO. Количество Fe₂O₃ восстанавливающийся водородом,

кг

где 160 - молекулярная масса Fe₂O₃; 22,4 - объём килограмм-молекулы H₂ м

в) образуется воды

кг

где 18 - молекулярная масса воды;

г) количество Fe₂O₃, восстанавливающийся оксидов углерода,

,5 - 679 = 250,5 кг

Д ) образуется диоксида углерода при восстановлении по реакции Fe₂O₃+CO→2FeO+CO₂

м

е) количество диоксида углерода, образующееся при восстановлении железа из (FeO+CO→Fe+CO₂)

*0,65=245 м ³

где 0,65-степень косвенного восстановления;

ж) образуется диоксида углерода от непрямого восстановления

+ 35,1 = 280,1 м³

8. Количества оксида углерода в колошниковом газе;

а) образуется оксида углерода от окисления углерода кокса шихтой и дутьем

м3

б) образуется оксида углерода при горении 1 м³ природного газа :

(СО₂+СО+СН₄+2С₂Н₆+3С₃Н₈+4С₄Н₁₀+5С₅Н₁₂)=0,9+30,03+3*0,01+4*0,01+5*0,05=1,28м³

в) Из 120 м³ природного газа образуется оксида углерода

*1,28=153,6 м³

г) Остается в газе оксида углерода после расхода части её на непрямое восстановление

,3+153,6-280,1=437,8 м³

) Количество азота в колошниковом газе:

а) Содержание азота во влажном дутье

(1-0,01)=75,2 %

б) Дутье вносит азота:

*0,752=883 м³

в) Коксом вносится азота примерно 2 м³(можно не учитывать)

г) Всего азота в колошниковом газе

+2=885 м³

) Количество и состав колошникового газа:

2.2 Расчет материального и теплового балансов доменной плавки

1. Материальный баланс:

.Масса дутья

а)1 М³ дутья весит

кг

где 23,8, 75,2, 1,0- содержание в дутье соответственно О₂, N₂, Н₂О, %;32, 28, 18 -молекулярная масса О₂, N₂, и Н₂О соответственно;

б) Вес дутья

*1,288=1512 кг

)Масса природного газа:

а) 1м³ природного газа весит

кг

б) Масса 120 м³ природного газа

*0,89=106,8 кг

)масса колошникового газа:

а) 1 м³ колошникового газа весит

кг

б) Колошниковый газ весит

,3*1,232=2224 кг

Таблица 4 - Материальный баланс

Невязка составляет:

0,3%

2.3 Тепловой баланс доменной плавки

А) Прихода тепла

.Тепло горения углерода кокса

*280,1+5250*284,2=6434580 кДж

Где 280,1 и 284,2- соответственно количество СО₂, образующейся при непрямом восстановлений, и СО, образующийся при окислений углерода кокса шихтой и дутьём, за вычетом СО, расходуемой в реакциях косвенного восстановления, 17899 и 5250- Тепло, выделяющиеся при горений углерода соответственно в СО₂ и СО, кДж/.

.Теплосгорание природного хаза с образованием СО и Н₂;

а) При сгорании 1 природного газа выделяется тепла

*0,9+6050*0,03+10121*0,01+13796*0,01*18053*0,05-12642-10806=2815,5 кДж

б) при сгорании 120природного газа выделяется тепла

,5*120=338000 кДж.

)Тепло окисления водорода в реакциях косвенного восстановления железа

*95,1=1027650 кДж

)Тепло нагретого дутья

а)Теплоемкость сухого воздуха при температуре дутья 1200⁰С - 1,4373, водяного пара 1,7672 кДж/(*⁰С);

Водяных паров в дутье содержится

1174*0,01=11,74

в) Сухого дутья подается

-11,74=1162,26 ;

Приход тепла

(1,4373*1162,26+1,7672*11,74)*1200=2029516 кДж

)Общий приход тепла

+338000+1027650+2029516=9829746 кДж

Б. Расход тепла

. На диссоциацию оксидов и переход серы в шлак:

а)Количество FeO,вносимое шихтовыми материалами:

Агломерат………………1597*0,121=193,24 кг

Золой кокса……………43,7*0,0862*=4,8кг

Итого:198,04 кг.

б) условно считаем, что в золе кокса весь FеО, а в офлюсованном агломерате 10%FеО связаны в силикатных соединениях. Количество FеО, связанного в силикаты, магнетита и свободного Fе₂О₃ составляет:

,8+193,24*0,1=24,12 кг FeOшл.

,04-24,12=173,92 кг FeO

,92-72 г/моль

Х - 160 г/моль

Х==кг(Fe2O3)

в)тепло на диссоциацию оксида железа

*(24,12-2,44)+4800*1072=6431350

где 4076, 4800, 1072 - расход тепла на разложение соответственно FеО силикатных соединений , магнитного Fе₂О₃ и Fе₃О₄ кДж/кг

г) Тепло на диссоциацию оксида марганца (в агломерате они находятся в виде силикатов)

(7360+532)*6=47352 кДж

где 7360, 532 - расход тепла на разложение оксида марганца и силиката на MnO , SiO₂ соответственно кДж/кг Mn;

д) тепло на диссоциацию кремнезема

*6=186480

где 31079 - тепло разложения Si₂, кДж/кг Si

е) тепло на диссоциацию Р₂О₅ из фосфорно-кальциевой соли

*0,7=25029 кДж

где 35755 - тепло разложения Р₂О₅, входящей в состав фосфорно-кальциевой соли, кДж/кг Р;

Ж) тепло на перевод серы в шлак

5728*6,6=37750 кДж

где 5728- расход тепла на перевод серы в шлак кДж/кг s;

З) всего по первой статье расходуется тепла

+47352+186480+25029+37750=6727961 кДж

) тепло разложения влаги дутья

,74*10806=126862кДж

где 10806 - расход тепла на разложение 1  Н₂О, кДж

)тепло, уносимое чугуном, равно 1130*1000=1130000 кДж

где 1130- энтальпия чугуна, кДж/кг

)Тепло, уносимое шлаком, составляет

,94*1675=782125 кДж

а) теплоемкость при этой температуре газа 1,3858 кДж/(*⁰С); колошниковой пыли 0,7536 кДж/(кг*⁰С), водяного пара 1,5302 кДж/(кг*⁰С);

б) уносится тепла

,3858*1805,3*250+1,5302*(250-100)+0,7536*(36)*250= 638350 кДж

в) расход тепла по статьям 1-6

+126862+1130000+28823+782125+638350=9434121 кДж

7)Тепло уносимое колошниковым газом , водяным паро и пылью при температуре 250 ⁰С (в зависимости от условий работы печи температура колошниковых газов изменяются от 150 до 350⁰С)

-9434121=395625 кДж

Таблица 5 - Тепловой баланс

2.4 Расчет профиля доменной печи

Исходные данные: Суточная производительность 6400 т/сут чугуна, К.И.П.О 0,47 т. сут/м³. Полезную высоту принимаем равной 32,170 м, полную 34,930 м.

.Определим полезный объём доменной печи:

V = КИПО *Р = 6400 * 0.47 = 3008м³.

2.Определим диаметр распара, принимая коэффициент R равным 0,54:м

.Принимаем относительный расход кокса 0,42 на 1 т чугуна (печь будет работать с применением высоко нагретого комбинированного дутья и полностью офлюсованного агломерата, с высоким содержанием железа). Расход кокса составит 6400 * 0,42 = 2688 т/сут.

.Принимаем по суточному расходу кокса рекомендуемую М.А. Павловым интенсивность сгорания кокса на 1 м² сечения горна 26,4т/(м²*сут), определяем площадь горна:

/ 26,4 = 101,8 м².

.Определяем диаметр горна

Аг =

отсюда Dг =

тогда Dг =м

6.Диаметр колошника определим из соотношения dк/Dp =

Принимаем это соотношение равным 0,70, тогда

dк = 12,6 * 0,70 = 9 м.

.Высоту горна определим из условия, что на 1 т суточной выплавки чугуна необходимо 0,062 м³ объёма горна, что вполне достаточно при частых выпусках чугуна:

hг = (6400 * 0,062) / 101,8 = 3,9 м,

где 6400 - суточная производительность печи, т чугуна.

.На основании опытных принимаем высоту заплечиков равной 3,4 м.

. hш

10.Определяем угол наклона заплечиков:

tg β = hз /0,5* ( Dр - Dг) = 3.4 / 0.5 ( 12,6 - 11) = 10,9

β = 80⁰ 59

. На основании опытных данных высоту цилиндрической части колошника принимаем равной 3 м, а высоту распара - равной 2,3м.

Определим высоту шахты:

hш = 32,17 -3,4 - 3,2 - 3,9 -2,5 = 19,17

.Находим угол наклона заплечиков:

tg α = hш /0,5*(Dр -Dк)=19,17/05*(12,6 - 9)=9,11м

α = 83⁰ 44́́́

. Проверяем полезный объём печи:

а) объём горна

Vг ==370м3

б) объём заплечиков

Vз = м3

в) Объём распара

Vр = * 2,5 = 312м³

г) Объём шахты

Vш м3

д) Объём колошника

Vк =м3

е) общий полезный объём

Vпол = 370 + 372 + 312 + 1772 + 203 = 3029 м³

Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитан материальный и тепловой баланс доменной плавки, а также параметры доменной печи суточной производительностью 6400 т/сут чугуна, К.И.П.О= 0,47 т. сут/м³. Полезная высота равна 32,170 м, полную 34,930 м, полезный объём доменной печи=3008м³.

На 1 тону чугуна получилась 406 кг шлака, газа 2224кг.

Список использованной литературы

1.      Полтотавец В.В. Доменное производство. М. Металлургия, 1981. 416с.

.        Павлов М. А. Лит: Сборник трудов по теории доменной плавки, т. 1, М. 1957.

.        Леонидов Н.К. Усовершенствование конструкций доменных печей, М. 1961.

.        Павлова М.А. Доменный процесс по новейшим исследованиям. [Сб. ст.]. К 100-летию со дня рождения акад. М. 1963.

.        Бардина И.П. Доменное производство. Справочник, под ред. т. 1-2, М. 1963.

.        Готлиб А.Д. Доменный процесс, 2 изд. М. 1966.