Элемент
|
e кокс,%
|
Переходит в чугун
|
e аглом,%
|
Переходит в чугун
|
e окат,%
|
Переходит в чугун
|
Fe
|
0,707
|
0,706
|
54,169
|
54,06
|
60,747
|
60,626
|
Mn
|
-
|
-
|
0,17
|
0,111
|
0,0169
|
0,011
|
Ti
|
-
|
-
|
1,395
|
0,084
|
1,525
|
0,092
|
V
|
0,021
|
0,018
|
0,273
|
0,232
|
0,0305
|
0,2591
|
S
|
0,63
|
0,032
|
0,012
|
0,0006
|
0,006
|
0,0003
|
P
|
0,052
|
0,05
|
0,005
|
0,005
|
0,004
|
0,004
|
Сумма
|
-
|
0,806
|
-
|
54,493
|
-
|
61,091
|
Уравнение по выходу
чугуна из шихты:
где еA, еO, еK - выход чугуна из компонента шихты;
еА - расход агломерата, кг/т чугуна;
еО - расход окатышей, кг/т чугуна;
еК - расход кокса, кг/т чугуна.
Выход чугуна из
компонента шихты определяется по формуле (2.2):
где
Находим выход чугуна из
единицы кокса пользуясь формулой:
Находим выход чугуна из
единицы агломерата пользуясь формулой (2.2):
Находим выход чугуна из
единицы окатышей пользуясь формулой:
Тогда уравнение по
выходу чугуна из шихты примет вид:
Уравнение баланса
основности
Основность- это
отношение основных окислов к кислотным окислам
Определение основности
агломерата
где -
сумма компонентов шихты CaO
или SiO2
Если не учитывать MgO и Al2O3, то формула (2.3) примет следующий вид:
или
Если через RO обозначим избыток или недостаток оснований (CaO) в каждом компоненте шихты в сравнении с заданной основностью, то
получим вид:
Находим недостаток или
избыток CaO в коксе, пользуясь формулой
где b =
1,05.
Отсюда следует:
Находим недостаток или
избыток CaO в агломерате, пользуясь формулой (2.4)
Находим недостаток или
избыток CaO в окатышах, пользуясь формулой (2.4)
тогда уравнение (2.3)
примет вид:
или
5. Уравнение
теплового баланса
где q - тепловой эквивалент
ПГ-
расход природного газа
Тепловой эквивалент
представляет собой количество тепла, которое необходимо затратить в доменной
печи для выплавки чугуна при использовании единицы (кг) этого материала.
Расход дутья на 1 кг
углерода:
где -
доля кислорода в дутье (=0,22)
- влажность дутья (=0,01)
тогда расход дутья на 1
кг углерода равен:
(м3/кг).
Расход дутья на 1 м3природного
газа составит:
то есть (м3/кг).
Принимаем, что природный
газ состоит из 100% CH4
(метан):
V - расход дутья на 1 м3 природного газа
(м3/м3
п.г).
Выход фурменного газа,
вдуваемого в фурму природного газа
(м3/м3
п.г).
Определим энтальпию
дутья 1 м3 дутья:
где tД
= 12000С - температура дутья
СД = 1,432
кДж/м3 0С - теплоемкость дутья при tД
= 12000С;
Спар = 1,776
кДж/м3 0С - теплоемкость пара при tД
= 12000С;
Тогда энтальпия дутья 1
м3 составит:
(кДж/м3
дутья)
Теплоотдача углерода
кокса, сгорающего у фурм определяется по формуле:
где -
внешние потери тепла в долях от общего прихода
тепла в область горения;
- теплота горения кокса
в СО;
- температура
колошникового газа;
- кДж/м3 0С
теплоемкость колошникового газа;
тогда теплоотдача
составит:
кДж/м3
Фурменный газ состоит из
CO,N2,H2,он реагирует с оксидами железа:
Расход на прямое
восстановление, теплоотдача от углерода
Прямое восстановление -
восстановление твердого углерода
,
(кДж/кг).
Теплоотдача монооксида
углерода, расходуемого на непрямое восстановление:
где -
теплоемкость со2 при t=2000C
(кДж/м3).
Теплоотдача водорода,
расходуемого на непрямое восстановление:
где -
теплоемкость водорода при t=2000C
(кДж/м3)
Теплоотдача от сгорания
вдуваемого природного газа:
где кДж/м3
-теплота сгорания природного газа
- энтальпия природного
газа
тогда: кДж/м3
природного газа
Теплоотдача от всего
объема вдуваемого природного газа:
кДж
Тепловой эквивалент
любого шихтового материала определяется по формуле:
где доля
углерода, содержащегося в материале, сгорающего у фурм;
- доля углерода
содержащегося в материале и идущего на восстановление;
- СО в материале;
- полезный расход тепла;
- энтальпия газов,
выделяющихся из компонентов шихты
Находим :
Для определения удельных
расходов углерода, СО,Н2 на прямое и косвенное восстановление и
количества углерода, сгорающего у фурм, необходимо рассчитать количество
кислорода переходящего в газ из шихты. Результаты расчета заносим в таблицу 4.
Таблица 4
Наименование
|
Кокс
|
Агломерат
|
Окатыши
|
1.О2
легковосстановимых оксидов: 1.1.
.2.
0,00101 0,00007 0,0671 0,0009 0,0832 0,0010
|
|
|
|
å п.1.1-1.2
|
0,0011
|
0,0680
|
0,0842
|
2. Кислород FeO
|
0,002
|
0,1545
|
0,1732
|
3. Кислород трудно
восстановимых оксидов:
,0001
0,0006
-
,00001
,0003
,0011
0,00006
0,00056
,00039
,0003
,0012
0,00005
0,00061
0,00044
|
|
|
|
å п.3
|
0,0007
|
0,0024
|
0,0026
|
åО=0,00380,22480,0026
|
|
|
|
4. Кислород отнятый прямым путем 0,00150,06420,0719
|
|
|
|
5. Кислород отнятый косвенным путем: 0,00230,16060,1881
|
|
|
|
6.Количество углерода, затраченного на прямое восстановление 0,00110,04820,0539
|
|
|
|
7. Количество СО, пошедшие на косвенное восстановление: 0,00230,16190,1896
|
|
|
|
8. Количество водорода, пошедшее на косвенное восстановление0,0009
|
0,0630
|
0,0737
|
|
9.Количество углерода, перешедшее в чугун 0,00040,02720,0305
|
|
|
|
10. Количество углерода, сгорающего у фурм: 0,8610-0,0753-0,0844
|
|
|
|
Расчеты данных для
таблицы:
1. Кислород легковосстановимых
оксидов:
1.1. =
Кокс: ;
Агломерат: ;
Окатыши: ;
.2. =
Кокс: ;
Агломерат: ;
Окатыши: ;
. Кислород FeO:
Кокс: ;
Агломерат: ;
Окатыши: ;
3. Кислород трудно восстановимых
оксидов:
Кокс: ;
Окатыши: ;
Агломерат: ;
.2. V2O5:
Кокс: ;
Агломерат: ;
Окатыши: ;
.3. P2O5:
Кокс: ;
Агломерат: ;
Окатыши: ;
.4. TiO2:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
.5. [Si]:
Кокс:
Агломерат
Окатыши:
4. Кислород отнятый прямым путем:
,
где
r
- степень прямого восстановления
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
5. Кислород отнятый косвенным путем:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
6.Количество углерода, затраченного
на прямое восстановление:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
. Количество СО,
пошедшие на косвенное восстановление:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
. Количество водорода,
пошедшее на косвенное восстановление
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
9.Количество углерода, перешедшее в
чугун
,
Где [С] = 4,75
Кокс
Агломерат:
Окатыши:
. Количество углерода,
сгорающего у фурм:
Полезный расход тепла:
где определяется
по формуле, приведенной ниже для каждого компонента шихты:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
Для кокса считаем по
формуле:
где Wк=2;
l= 1 отсюда следует:
Для агломерата и для
окатышей
Энтальпия - это
количество тепла, которое необходимо для нагрева единицы массы материала
(чугуна или шлака) в определенном интервале температур, включая теплоту
химических реакций и температуру плавления.
Энтальпию чугуна
определяем по формуле:
Где CЧУГ =
0,9 кДж/кг - теплоемкость чугуна;
TЧУГ=1400-14500С
- температура чугуна
Тогда энтальпия чугуна
составит:
Кокс:
Агломерат:
Окатыши:
Энтальпию шлака
определяем по формуле:
,
где ч1,28
кДж/кг - теплоемкость шлака
∆t= 30ч50 0C
- температура перегрева шлака относительно чугуна
выход шлака из
компонента шихты, который определяем по формуле:
Тогда энтальпия шлака
составит:
Для кокса:
Для агломерата:
Для окатышей:
Энтальпию шихтовых
материалов определяем по формуле
где кДж/кг
0С -теплоемкость шихты;
0С
- средняя температура окружающей среды для агломерата;
0С
- средняя температура окружающей среды для кокса;
0С
- средняя температура окружающей среды для окатышей
Тогда энтальпия шихтовых
материалов составит:
Для кокса: 0С
Для агломерата: 0С
Для окатышей: 0С
Пользуясь
приведенными выше расчетами и формулами находим полезный расход тепла для
кокса, агломерата и окатышей:
Пользуясь
приведенными выше расчетами и формулами находим тепловой эквивалент для кокса,
агломерата и окатышей по формуле:
Используя (2.6) и приведенные выше
расчеты уравнение теплового баланса принимает вид:
→
(2.19)
Применяя уравнения
составляем систему уравнений:
Решая систему из трех
уравнений получаем:
расход агломерата
составляет А = 673,652 кг/т чугуна;
расход кокса составляет
К = 380,597 кг/т чугуна;
расход окатышей
составляет О = 952,165 кг/т чугуна.
2. Определение состава
жидких продуктов плавки (чугун, шлак)
Химический состав чугуна
Определим по формуле,
приведенной ниже, содержание каждого компонента чугуна:%;
=0,06%;
Выход шлака определяется
по формуле приведенной ниже:
Шл =
Шл = (кг).
Состав шлака
Наименование
|
CaO
|
MgO
|
AlOSiOTiOVOMnOSFeO
|
|
|
|
|
|
|
содержание
|
26,657
|
12,892
|
17,067
|
29,607
|
11,668
|
0,2681
|
0,387
|
0.69
|
0.757
|
3. Расчет материального
баланса
Количество компонентов
шихты с учетом колошниковой пыли
Количество агломерата с
учетом колошниковой пыли:
Количество кокса с
учетом колошниковой пыли:
Количество окатышей с
учетом колошниковой пыли:
(кг)
Определяем расход
природного газа, кг/т чугуна:
(м3/т чугуна)
(кг/м3)
отсюда получаем
(кг)
Определяем расход дутья
по формуле:
(м3).
Определяем расход
атмосферного воздуха по формуле:
(м3).
Определяем расход
технического кислорода по формуле:
(м3).
Определяем расход H2O по формуле:
(м3).
Определяем массу H2O по формуле,кг/т чугуна:
(кг/м3)
(кг/т чугуна).
Определяем массу
атмосферного воздуха, кг/т чугуна:
(кг/м3);
(кг/т чугуна).
Определяем массу
атмосферного дутья:
(кг/т чугуна).
Определяем массу
технического кислорода:
(кг/м3);
(кг/т чугуна).
Масса колошникового
газа:
(кг);
(кг);
Масса колошникового газа
составит:
Данные вычислений сводим
в табл.5
Таблица 5. Материальный баланс
плавки
Приход, кг/т
|
Расход, кг/т
|
Статья
|
Значение
|
Статья
|
Значение
|
1.Кокс
|
398,3225
|
1.Чугун
|
1000
|
2.Агломерат
|
690,9250
|
2.Шлак
|
321,02
|
3.Окатыши
|
976,5791
|
3.Колошниковый газ
|
2852,18
|
4.ПГ
|
78,5714
|
4.Пыль, шламы
|
59,413
|
5.Дутье, в т.ч.: 5.1.Атмосферное дутье
|
2049,9396
|
|
5.2.Технический кислород
|
30,3938
|
|
Итого
|
4224,7314
|
Итого
|
4232,6090
|
Невязка
Допускается невязка не
более 0,5%.
4. Расчет теплового
баланса
Приход:
. Горение углерода у
фурм находим по формуле:
. Горение углерода газа у
фурм находим по формуле:
(кДж/т чугуна)
. Энтальпию природного
газа находим по формуле:
(кДж/т чугуна)
. Энтальпию дутья
находим по формуле:
(кДж/т чугуна)
. Теплоотдачу углерода
при прямом восстановлении находим по формуле:
(кДж/т чугуна)
. Окисление углерода при
косвенном восстановлении находим по формуле:
. Окисление водорода при
косвенном восстановлении находим по формуле:
Расход:
.Диссоциация оксидов
определяется по формуле:
.Разложение гидратов и
карбонатов: не вычисляем
. Энтальпия чугуна
определяется по формуле:
. Энтальпия шлака
определяется по формуле:
. Теплоту
шлакообразования на вычисляем
. Энтальпия шихты
определяется по формуле:
Полезный расход тепла
определяется по формуле:
. Энтальпия
колошникового газа определяется по формуле:
(м3)
(кДж/т чугуна)
Внешние потери тепла
составляют 10% от прихода тепла в область горения:
(кДж/т чугуна)
Таблица 6. Тепловой баланс доменной
плавки
Приход, кДж/кг
|
Расход, кДж/кг
|
Статья
|
Значение
|
Статья
|
Значение
|
1.Горение углерода у фурм
|
1925,3790
|
1.Диссоциация оксидов
|
6956,0595
|
2.Горение углеродного газа у фурм
|
167,6950
|
2.Разложение гидратов и карбонатов
|
-
|
3.Энтальпия природного газа
|
2,2
|
3.Энтальпия чугуна
|
1260,00
|
4.Энтальпия дутья
|
2616,733
|
4.Энтальпия шлака
|
581,8486
|
4712,0075.Теплота
шлакообразования-
|
|
|
|
5.Теплоотдача углерода при прямом восстановлении
|
825,3040
|
6.Энтальпия шихты
|
94,0204
|
6.Окисление
CO→CO2
|
3134,7881
|
Полезный расход тепла
|
8703,8877
|
7. Окисление
H2→H2O
|
1093,9320
|
7.Энтальпия колошниковых газов
|
578,6318
|
СУММА
|
4228,7201
|
8.Внешние потери тепла
|
471,2007
|
ИТОГО
|
9766,0311
|
ИТОГО
|
9753,7202
|
Невязка:
Допускается невязка не более 0,5%
|
Коэффициент полезного использования
тепла:
%=
Вывод: в результате
проведенных расчетов были определены удельные расходы агломерата, окатышей и
кокса. Невязка попала в допустимый предел, делаем вывод, что расчет выполнили
верно.
Библиографический список
доменный шихта чугун
плавка
1. Металлургия
чугуна: Учебник для вузов. 3 - е изд., перераб. и доп. /Под редакцией Ю. С.
Юсфина. - М.:ИКЦ «Академкнига»,2004. - 774 с.:ил.