Витрати тепла

4.2.1. Витрати тепла на дисоціацію оксидів та переведення сірки в шлак.

4.2.1.1. Визначаємо кількість монооксиду заліза (FeO_ш.м.), внесеного шихтовими матеріалами:

- агломератом FeO_АГ = АГ´FeO´0,01 = 169,00´14,59´0,01 = 24,66 кг;

- золою коксу * [1] FeO_з.к. = К´А_К´0,01´Fe_з.к. ´0,01´ =

= 40,0´10,02´0,01´15,75´0,01´ = 0,81 кг.

Всього: FeO_ш.м. = FeO_АГ + FeO_з.к. = 24,66 + 0,81 = 25,47 кг.

4.2.1.2. Кількість оксидів заліза в агломераті та шлаку:

FeO_{СИЛІКАТУ} = FeO_з.к.+ FeO_АГ´10´0,01 = 0,81 + 24,66´10´0,01 = 3,28 кг,

де 10 – кількість FeO агломерату, зв’язаного в силікат;

FeO_{МАГНЕТИТУ} = FeO_ш.м. – FeO_{СИЛІКАТУ} = 25,47 – 3,28 = 22,19 кг;

Fe₂O_{3 МАГНЕТИТУ} = FeO_{МАГНЕТИТУ}´ = 22,19´ = 49,32 кг;

Fe₂O_{3 ВІЛЬНА} = Fe₂O_{3 А} – Fe₂O_{3 МАГНЕТИТУ} = 106,15 – 49,32 = 56,83 кг,

де Fe₂O_{3 А} – кількість Fe₂O₃ в агломераті (див. п. 2.4.1);

FeO_ш = 0,200 кг (див. п. 1.19).

4.2.1.3. Теплові ефекти реакцій, взятих за основу для подальших розрахунків, наведені в таблиці:

Реакція	Тепловий ефект, ккал/моль	Перерахунок на 1 кг елементу чи оксиду
Fe + 0,5 O2 = FeO		на 1 кг FeO = 64430/72 = 895 ккал/кг
2FeO + SiO2 = Fe2SiO4		на 1 кг FeO = 11300/(2´72) = 78,5 ккал/кг
Разом:	895 +78,5 = 973,5 ккал/кг
3Fe + 2O2 = Fe3O4		на 1 кг Fe3O4 = 265960/232 = 1146,5 ккал/кг
Fe + 1,5 O2 = Fe2O3		на 1 кг Fe2O3 = 196910/160 = 1231 ккал/кг
MnO + SiO2 = MnSiO4		на 1 кг Mn = 7000/55 = 127 ккал/кг
MnO = Mn + 0,5 O2	–96720	на 1 кг Mn = 96720/55 = 1758 ккал/кг
SiO2 = Si + O2	–207850	на 1 кг Si = 207850/28 = 7423 ккал/кг
Ca3(PO4)2 = 3CaO + P2O5	–159500	Разом: 159500 + 370000 = 529500 ккал, на 1 кг Р = 529000/(2*31) = 8540 ккал/кг
P2O5 = 2P + 2,5 O2	–370000

4.2.1.4. Витрати тепла на дисоціацію оксидів заліза:

Q_{ДИС FenOm} = (FeO_{СИЛІКАТУ} – FeO_ш)´973,5 + (FeO_{МАГНЕТИТУ} + Fe₂O_{3 МАГНЕТИТУ})´1146,5 + + Fe₂O_{3 ВІЛЬНА}´1231 = (3,28 – 0,20)´973,5 + (22,19 + 49,32)´1146,5 +

+ 56,83´1231 = 154941,3 ккал (648708,4 кДж),

де 973,5; 1146,5 та 1231 – теплові ефекти утворення відповідних оксидів, ккал/кг (таблиця).

4.2.1.5. Витрати тепла на дисоціацію MnO (із силікату):

Q_{ДИС MnO} = [Mn]´(127 + 1758) = 0,593´1885,8 = 1117,4 ккал (4678,3 кДж),

де [Mn] – вміст марганцю в чавуні, % (п. 1.2.7); 127 та 1758 – див. таблицю.

4.2.1.6. Витрати тепла на дисоціацію кремнезему:

Q_{ДИС SiO2} = [Si]´7423 = 0,55´7423 = 4082,8 ккал (17093,7 кДж),

де [Si] – вміст кремнію в чавуні, % (вих. дані, табл. 2); 7423 – див. таблицю.

4.2.1.7. Витрати тепла на дисоціацію фосфорно-кальцієвої солі:

Q_{ДИС Ca3(PO4)2×P2O5} = [Р]´8540 = 0,1395´8540 = 1191,5 ккал (4988,7 кДж),

де [Р] – вміст фосфору в чавуні, % (п. 1.3.4); 8540 – див. таблицю.

4.2.1.8. Витрати тепла на переведення сірки в шлак:

Q_CaS = 1368´S_ш = 1368´0,850 = 1162,8 ккал (4868,5 кДж),

де 1368 – тепловий ефект (ккал/кгS) утворення сульфіду в реакції CaO + S = CaS + 0,5O₂; S_ш – кількість сірки, що переходить в шлак, кг (п. 1.15.3).

4.2.1.9. Загальні витрати тепла на дисоціацію оксидів та переведення сірки в шлак:

Q_{å ДИС} = Q_{ДИС FenOm} + Q_{ДИС MnO} + Q_{ДИС SiO2} + Q_{ДИС Ca3(PO4)2×P2O5} + Q_CaS =

= 154941,3 + 1117,4 + 4082,8 + 1191,5 + 1162,8 = 162495,8 ккал (680337,6 кДж).

4.2.2. Витрати тепла на розкладання карбонатів:

Q_КАРБ = ВАП´(966´CaO_вап´0,01´ + 594´MgO_вап´0,01´ ) =

= 2,26´(966´53,33´0,01´ + 594´1,3´0,01´ ) = 927,4 ккал (3883,0 кДж),

де ВАП – витрата вапняку, кг (п. 1.13.2); 966 і 594 – кількість тепла на 1 кг СО₂ при розкладанні CaCO₃ та MgCO₃ відповідно, ккал/кгСО₂; СаО_вап і MgO_вап – вміст відповідних оксидів у вапняку, % (таблиця 4); 44, 56 та 40 – молекулярні маси СО₂, СаО і MgO відповідно.

4.2.3. Витрата тепла на розкладання вологи дуття:

Q_Н2Од = 2581´V_Н2Од = 2581´1,08 = 2779,5 ккал (11637,3 кДж),

де V_Н2Од – кількість водяного пару в дутті, м³ (п. 4.1.3.2); 2581 – тепло дисоціації водяного пару дуття (Н₂О = Н₂ + 0,5 О₂ – 57810 ккал) на 1 м³ пари (57810/22,4 = 2581 ккал).

4.2.4. Витрата тепла на випаровування вологи шихти (t_ш = 100 °С).

4.2.4.1. Кількість вологи в шихті:

W_ш = W_К´К + W_вап´ВАП = 3,0´0,01´40,0 +2,0´0,01´2,26 = 1,245 кг,

де W_К і К – вміст вологи в коксі, % (табл. 3) та його витрата, кг (табл. 2); (п. 4.1.3.2); W_вап і ВАП – вміст вологи в вапняку, % (табл. 4) та його витрата, кг (п. 1.13.2).

4.2.4.2. Витрати тепла за цією статтею:

Q_Н2Ош­ = 640´W_ш = 640´1,245 = 796,9 ккал (3336,4 кДж),

де 640 = 100 + 540 – сума витрат теплоти на нагрів шихти до 100 °С та випаровування з неї вологи, ккал/кг Н₂О.

4.2.5. Втрати тепла з рідкими чавуном та шлаком:

- з чавуном: Q_ЧАВ = 100´270 = 27000 ккал (113043,6 кДж);

- зі шлаком: Q_ШЛ = 41,27´400 = 16507,4 ккал (69113,2 кДж),

де 270 і 400 – теплоємність чавуну та шлаку, ккал/кг; 41,27 – кількість шлаку (п. 1.20).

4.2.6. Втрати тепла з колошниковим газом, водяним паром і колошниковим пилом (t_кг = 300 °С).

4.2.6.1. Теплоємність при температурі 300 °С:

- газу – С_КГ = 0,333 ккал/м³×град (1,394 кДж);

- водяного пару – С_Н2О = 0,368 ккал/кг×град (1,541 кДж);

- пилу – С_КП = 0,2 ккал/кг×град (0,837 кДж).

4.2.6.2. Загальна кількість тепла, що втрачається за цією статтею:

Q_КГ = V_КГ´С_КГ´t_кг + W_ш´С_Н2О´(t_кг – 100) + (М_Н2О+КП – W_ш) ´С_КП´t_кг =

= 158,391´0,333´300 + 1,245´0,368´(300 – 100) + (6,96 – 1,245) ´0,2´300 =

= 16258,0 ккал (68069,2 кДж),

де V_КГ – кількість колошникового газу, м³ (п. 2.7); W_ш – кількість вологи в шихті, кг (п. 4.2.4.1); М_Н2О+КП – винос вологи та пилу шихтових матеріалів з колошниковим газом (п. 3.4).

4.2.7. Всього витрат тепла за статтями 4.2.1–4.2.6:

Q_åвит = Q_{å ДИС} + Q_КАРБ + Q_Н2Од + Q_Н2Ош­ + Q_ЧАВ + Q_ШЛ + Q_КГ =

= 162495,8 + 927,4 + 2779,5 + 796,9 + 27000 + 16507,4 + 16258,0 =

= 226765,2 ккал (949420,4 кДж).

4.2.8. Втрати тепла з водою для охолодження, з радіацією та конвекцією в зовнішній простір.

Величина втрат тепла за статтею:

DQ = Q_åприх - Q_åвит = 252963,4 - 226765,2 = 26198,2 ккал (109686,7 кДж).

Зведена таблиця теплового балансу.

Як видно з таблиці (див. далі), розрахована величина втрат тепла разом з нев’язкою у процентному відношенні становить 10,36 %, що є прийнятним.

4.2.10. Визначення коефіцієнта корисної дії тепла в доменній печі.

h _Q = 100 – (Q_КГ + DQ) = 100 – (6,43 + 10,36) = 83,22 %,

де Q_КГ – втрати тепла (%) з колошниковим газом, водяним паром і колошниковим пилом; DQ – втрати тепла (%) з водою для охолодження, з радіацією та конвекцією в зовнішній простір, значення яких наведені в зведеній таблиці теплового балансу.

Зведена таблиця теплового балансу

№ п/п	Пункт в розрахунку	Статті балансу	ккал	кДж	%
	4.1.	ПРИХІД ТЕПЛА
	4.1.1.3	Окислення вуглецю	204581,54	856541,99	80,87
	4.1.2	Окислення водню	3915,21	16392,19	1,55
	4.1.3.4	Внесено нагрітим дуттям	44466,64	186172,94	17,58
Разом:	252963,39	1059107,12	100,00
	4.2.	ВИТРАТИ ТЕПЛА
	4.2.1.9	Дисоціація оксидів	162495,85	680337,61	64,24
	4.2.2	Розкладання карбонатів	927,43	3882,96	0,37
	4.2.3	Дисоціація водяного пару	2779,53	11637,34	1,10
	4.2.4	Випаровування вологи шихти	796,89	3336,44	0,32
	4.2.5	Втрати тепла з чавуном	27000,00	113043,60	10,67
	4.2.5	Втрати тепла зі шлаком	16507,41	69113,22	6,53
	4.2.6.2	Втрати з колошниковим газом	16258,05	68069,19	6,43
	4.2.8	Інші втрати	26198,23	109686,75	10,36
Разом:	252963,39	1059107,12	100,00

4.2.11. Розрахунок коефіцієнта використання вуглецю К_С в доменній печі.

4.2.11.1. Прихід тепла від окислення вуглецю в СО і СО₂ складає (п. 4.1.1.3):

Q_С = 204581,54 ккал.

4.2.11.2. Кількість вуглецю, що окислюється до СО і СО₂ складає (п. 2.1.6):

С_ок = 41,074 кг.

4.2.11.3. Теплове значення вуглецю, що окислився, складе:

xС_ок = Q_С / С_ок = 204581,54 / 41,074 = 4980,8 ккал/кг (20853,6 кДж/кг).

4.2.11.4. Коефіцієнт використання вуглецю К_С:

К_С = (xС_ок / 7980) ´ 100 = 4980,8 / 7980 = 62,4 %,

де 7980 – кількість тепла, що виділяється при горінні 1 кг вуглецю до СО₂, ккал/кг.

Список рекомендованої літератури

1. Робоча програма, методичні вказівки і індивідуальні завдання до вивчення дисципліни “Металургія чавуну” та виконання курсової роботи для студентів спеціальностей: 7.090401, 7.090402 / Укл.: В.С.Терещенко, В.П.Іващенко, Вл.С.Терещенко - Дніпропетровськ: НМетАУ, 2006. - 39 с.

2. Плискановский С.Т., Полтавец В.В. Оборудование и эксплуатация доменных печей. Днепропетровск: Пороги, 2004.- 495 с.

3. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. -К.: Вища школа, 1988.-351 с.

4. Рамм А.Н. Современный доменный процесс. –М.: Металлургия, 1980. – 304 с.

5. СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Том 2, Москва 1994.

6. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. –М.: Энергия, 1976. – 487 с.

7. Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива. –М.: Металлургиздат, 1960. – 355 с.

8. ГОСТ 805-95 (взамен ГОСТ 805-80). Чугун передельный. Технические условия. –Минск: изд-во стандартов. – 1999.

Дата добавления: 2015-07-07