Расчет доменной плавки 1 страница

Расчет состава доменной шихты выполняем на 100 кг выплавляемого чугуна. Расчет расходных коэффициентов компонентов шихты ведем по балансовым уравнениям. Обозначим через X, Y, Z соответственно расходы рудной смеси, железной руды и кокса на 100 кг чугуна.

Химсостав рудной смеси:

Feоб	Feмет	Fe2O3	FeO	CaO	SiO2	MgO	MnO
60,43	0,00	76,63	8,73	6,36	4,92	1,92	0,29

Al2O3	P2O5	S	TiO2	K2O	Na2O	ZnO	п.п.п.
0,90	0,063	0,039	0,023				0,00

1. Составление уравнения по выходу чугуна из компонентов шихты.

Выход чугуна из каждого компонента шихты определяется по формуле:

где Ч – выход чугуна из компонентов шихты, доли ед.; Fe, Mn, P – содержание соответствующих элементов в данном компоненте шихты, массовая доля, %; η_Fe, η_Mn, η_P – коэффициенты перехода соответствующих элементов в чугун или степень усвоения соответствующих элементов в чугуне, доли ед.; [Si], [C], [S] – содержание соответствующих элементов в чугуне, массовая доля, %.

Уравнение по выходу чугуна из компонентов шихты имеет вид

Ч_рс· X + Ч_жр· Y + Ч_к · Z + Ч_кш · М _кш + Ч_ск · М_с + Ч_св · М _св + Ч_тш · М _тш = 100

Ч_рс, Ч_жр, Ч_к, Ч_кш, Ч_ск, Ч_св, Ч_тш - выход чугуна из рудной смеси, железной руды, кокса, конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа, сварочного шлака и титанистого шлака.

М _кш, М _с, М _св, М _тш - расход конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа, сварочного шлака и титанистого шлака

Коэффициенты перехода элементов:

Элемент	Чугун	Шлак	Газ
Fe	0,9993	0,0007	0,0000
Mn	0,7500	0,2500	0,0000
P	1,0000	0,0000	0,0000
S	0,0500	0,8500	0,1000

Параметр	Рудная смесь	Железная руда	Шлак конвертер.	Скрап сталеплав.	Шлак сварочный	Шлак титанис.	кокс
Fe, %	60,43	42,64	25,99	74,77	58,31	6,81	0,594
Fe·ηFe	60,39	42,61	25,97	74,72	58,27	6,804	0,593
Mn, %	0,22	0,032	2,289	0,0000	0,59	0,95	0,0000
Mn·ηMn	0,166	0,024	1,72	0,0000	0,45	0,71	0,0000
P, %	0,027	0,034	0,35	0,085	0,02	0,084	0,028
P·ηP	0,027	0,034	0,35	0,085	0,02	0,084	0,028
A	60,58	42,67	28,04	74,805	58,74	7,6	0,621
B	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55
Ч=А/(100-В)	0,641	0,452	0,297	0,792	0,622	0,080	0,007

Уравнение по выходу чугуна принимает вид

0,641 · X + 0,452 ∙ Y + 0,007 ∙ Z + 0,297 ∙ 0,50 + 0,792 ∙ 0,50 + 0,622 ∙ 0,00 + 0,080 ∙ 0,20 + 0,0049 ∙ 0,00 = 100,00

0,641 ∙ X + 0,452 ∙ Y + 0,007 ∙ Z = 99,44

2. Составление уравнения баланса основных и кислотных оксидов при заданной основности шлака.

Недостаток основных окислов в одних компонентах шихты должен быть компенсирован избытком основных окислов в других компонентах, т.е. алгебраическая сумма избытков и недостатков основных окислов в составляющих шихты должна быть равна нулю.

Уравнение по балансу основности:

(± RO)_рс ∙ X + (± RO)_жр ∙ Y + (± RO)_к ∙ Z + (± RO)_кш ∙ М _кш + (± RO)_ск ∙ М _с +

+ (± RO)_св ∙ М _св + (± RO)_тш ∙ M _тш = 0

В связи с тем, что основность каждого компонента шихты, выраженная отношением суммы основных (СаО + MgO) к сумме кислых (SiO₂ + Al₂O₃) окислов, будет отличной от заданной основности шлака, то в компонентах имеет место избыток (+ RO) или недостаток (- RO) основных окислов по сравнению с требуемым их количеством в конечном шлаке.

± RO = CaO + MgO - b _шл ∙ [SiO₂ - ∙[Si]∙Ч + Al₂O₃]

где b _шл - заданная основность шлака, ед.; CaO, MgO, SiO₂, Al2O₃ - содержание оксидов в компонентах шихты, % (или кг/100 кг компонента); ∙[Si]∙Ч - количество кремнезема, которое будет израсходовано на восстановление требуемого количества кремния в чугун, кг/100 кг компонента

Определение RO для каждого компонента шихты:

для рудной смеси

(± RO)_рс = 6,36 + 1,92 - 1,07 ∙ (4,92 - ∙ 0,60 ∙ 0,641 + 0,90) = 2,93

для железной руды

(± RO)_жр = 2,56 + 0,33 - 1,07 ∙ (35,94 - ∙ 0,60 ∙ 0,452 + 0,41) = -35,38

для кокса

(± RO)_К = 3,93 ∙ 0,112 + 2,36 ∙ 0,112 - 1,07 ∙ (58,49 ∙ 0,112 - ∙ 0,60 ∙ 0,007 + +23,54 ∙ 0,112) = -9,12

для добавок

конвертерного шлака

(± RO)_кш = 32,18 + 13,93 - 1,07 ∙ (13,03 - ∙ 0,60 ∙ 0,297 + 1,95) = 30,49

сталеплавильного скрапа

(± RO)_ск = 11,86 + 2,91 - 1,07 ∙ (5,15 - ∙ 0,60 ∙ 0,792 + 0,00) = 10,349

сварочного шлака

(± RO)_св = 0,65 + 0,64 - 1,07 ∙ (15,99 - ∙ 0,60 ∙ 0,6220 + 3,11) = -18,29

титанистого шлака

(± RO)_тш = 32,62 + 11,24 - 1,07 ∙ (24,87 - ∙ 0,60 ∙ 0,0805 + 10,93) = 5,66

Уравнение по балансу основности принимает вид

2,93 ∙ X + (-35,38) ∙ Y + (-9,12) ∙ Z + 30,49 ∙ 0,50 + 10,349 ∙ 0,50 +

+ (-18,29) ∙ 0,00 + 5,66 ∙ 0,20 = 0,00

2,93 ∙ X + (-35,38) ∙ Y + (-9,12) ∙ Z = -21,552

3. Составление уравнения баланса тепловых эквивалентов компонентов шихты и топлива.

Общее балансовое уравнение имеет вид:

q _рс. ∙ X + q _жр. ∙ Y – q _к ∙ Z + q _кш ∙ М _кш + q _ск ∙ М _с + q _св ∙ М _С + q _тш ∙ М _тш –

– q _пг ∙ V _пг = 0

где q _рс, q _жр, q _К, q _кш, q _ск, q _св, q _тш, q _пг - тепловые эквиваленты рудной смеси, железной руды, кокса, конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа, сварочного шлака, титанистого шлака и природного газа.

Тепловые эквиваленты элементов и соединений

1. Тепловой эквивалент сгорающего у фурм углерода

q _с = + v_д ∙ (W _д – V _кг ∙ W _кг)

где V _д - расход дутья, м³/кг С; V _кг - выход колошникового газа, м³/м³ дутья; W _д, W_кг - теплосодержание горячего дутья и колошникового газа, кДж/м³

Расход дутья равен, м³/кг С:

V _д = = =3,184

Выход колошниковых газов составит, м³/м³ дутья

V _кг = 1 + ω + f - ωf = 1 + 0,29 + 0,015 – 0,29 ∙ 0,015 = 1,3007

Энтальпия горячего дутья, кДж/м³

W_д = (1 - f) ∙ W _ОN + f ∙ (W _{Н О} – )

где W _ОN, W _{Н О} – энтальпия двухатомных газов и водяного пара, кДж/м³; – расход тепла на разложение 1 м³ водяного пара по реакции

H₂O = H₂ + O₂ -242800 кДж

Энтальпия двухатомных газов при температуре горячего дутья T_д равна, кДж/м³

W _ОN = =

= =

= 1630,79

Энтальпия водяного пара при температуре горячего дутья T_д равна, кДж/м³

W _{H O} = =

= = = 2016,3

Энтальпия горячего дутья, кДж/м³

W _д = =

= (1 – 0,015)∙1630,79 + 0,015∙(2016,3 - ) = 1474

Энтальпия колошникового газа при температуре колошника T_кг равна, кДж/м³

W _кг =(274,68 ∙ (Т _кг -300) ∙ (Т _кг -400))/20000 - (422,1∙ (Т _кг -200) ∙ (Т _кг -400))/10000 + + (569,94 ∙ (Т _кг -200) ∙ (Т _кг -400))/20000 = 329,82

q _с = = =

= 13155,62 кДж/кг C

2. Тепловой эквивалент (“теплоотдача”) углерода прямого восстановления

q _С = = 9828.3 кДж/кг C

3. Тепловой эквивалент оксида кальция

Тепловой эквивалент СаО, образовавшейся в печи при разложении сырого известняка, будет равен:

q _{СаО(СаСО3)} = W _шл + 3192 – 1260 = W _шл + 1932 кДж/кг СаО

W _шл= 1774,5 + 1,68 ∙ (Т _шл - 1450) =1774,5 + 1,68∙(1500 - 1450) = 1858,5

q _{СаО(СаСО3)} = 3790,5 кДж/кг CaO

Тепловой эквивалент извести в офлюсованном агломерате, кДж/кг СаО

q _{СаО(Са SiO )} = W _шл – (W _шл + 1932) = -1932.0

4. Тепловой эквивалент оксида кремния

q_SiO = W _шл + b _шл∙(W _шл + 1932), кДж/кг SiO₂

где b_шл - основность шлака q _SiO =1858,5 + 1,07 ∙ (1858,5 + 1932) = 5914,3

5. Тепловой эквивалент оксида алюминия

q _{Al O} = W _шл – 840 + b _шл ∙ (W _шл + 3192), кДж/кг Al₂O₃

q _{Al O} = 1858,5 - 840 + 1,07 ∙ (1858,5 + 3192) = 6422,5

6. Тепловой эквивалент оксида магния

Тепловой эквивалент MgО, образовавшейся в печи при разложении доломита, будет равен:

q _{MgO(MgCO )} = W _шл + 2747 – 794 = W _шл + 1953, кДж /кг MgO

q _{MgO(MgCO )} = 3811,5 кДж/кг MgO Тепловой эквивалент Mg₂SiO₄ в офлюсованном агломерате, кДж/кг MgО

q_{MgO(Mg SiO )} = W _шл – (W _шл + 1953) = -1953,0 кДж/кг MgO.

Тепловой эквивалент MgO в шихте в свободном виде

q_MgO = (W _шл – 794) – (W _шл + 1953) = -2747,0 кДж/кг MgO

7. Тепловой эквивалент серы.

При переводе серы в шлак по реакции

СаО + S = CaS + 0,5O2 – 173630 кДж

Тепловой эквивалент свободной серы равен, кДж/кг S

q _S = 173630/32 + 3192 ∙ (56/32) + W _шл ∙ =

= 5426 + 3192∙(56/32) + 1858.5∙ = 15193,6

При переводе серы в шлак по реакции

CaSO₄ = CaS + 2O₂ – 921190 кДж

Тепловой эквивалент сульфатной серы равен, кДж/кг S.

q _S = 921190/32 + W _шл ∙ (72/32) = 28787 + 1858,5∙ = 32968,6

8. Тепловой эквивалент фосфора

Тепловой эквивалент фосфора равен, кДж/кг Р

q _Р = 25066 + (60/62) ∙ (q _c – q _c ) – 4767 + W _чуг,

где W _чуг - теплосодержание чугуна, кДж/кг чугуна

W _чуг = 147 + 0,756∙ Т _чуг = 147 + 0,756 ∙ 1450 = 1243,2

q _Р = 25066 + ∙ (q _c – q _c ) – 4767 + W _чуг = 25066 + ∙(13155,62 – 9828,3) –

– 4767 + 1243,2 = 24762,0 кДж/кг Р

9. Тепловой эквивалент марганца Тепловой эквивалент марганца в виде MnO равен, кДж/кг Mn_MnO

q _Mn(MnO) = (7388 + 0,218∙(q _c - q _c ) + 0.073∙ q _c + 1,073∙ W _чуг - 584)∙ η _Mn +

+ (1.29∙ W _шл - 496)∙(1- η _Mn) = (7388 + 0,218∙(13155,62 – 9828,3) +

+ 0,073∙13155,62 + 1,073∙1243,2 - 584)∙0,7500 +

+(1,29∙1858,5 - 496)∙(1 – 0,7500) = 7843,1

10. Тепловой эквивалент железа

Тепловой эквивалент железа в виде FeO равен, кДж/кг Fe_FeO

q _Fe(FeO) = ∙ R + ∙ (q _c – q _c ) ∙ R + ∙ q _c + (1 +

+ ) ∙ W _чуг = ∙(1 – 0,72) + ∙(13155,62 – 9828,3)∙(1 – 0,72) + + ∙13155,62 + (1 + )∙1243,2 = 3553,3

Тепловой эквивалент железа в виде Fe₂O₃ равен, кДж/кг Fe_Fe2O3

q _{Fe(Fe O )} = q _Fe(FeO) + 2553,6 ∙ R + ∙ (q _c – q _c ) ∙ R =

= 3553,3 + 2553,6∙(1 – 0,72) + ∙(13155,62 – 9828,3)∙(1 – 0,72) = 4467,9

Тепловой эквивалент железа равен, кДж/кг Fe_Feмет

q _Feмет = ∙ q _c + (1 + ) ∙ W _чуг = ∙13155,62 + (1+ )∙1243,2 = 2000,6

11. Тепловой эквивалент кремния, переходящего в чугун

q _[Si] = (14549 + ∙(q _C - q _C )+ ∙ W _чуг - 1344 - (W _шл + b _шл∙(W _шл + 1932)))∙ ∙ ,

где 14549 кДж/кг SiO₂ - затраты тепла на диссоциацию SiO₂; (q _c – q _c )∙ - потери тепла с углеродом прямого восстановления, ккал/кг SiO₂ (по реакции SiO₂ + 2С = Si + 2СО); 1344 кДж/кг SiO₂ - количество тепла, которое выделяется при образовании FeSi; W _шл + b _шл ∙ (W _шл + 1932) - тепло, требуемое для перевода SiO₂ в шлак, кДж/кг SiO₂; W _чуг∙ - затраты тепла на нагрев кремния, переходящего в чугун, ккал/кг SiO₂; ∙ - количество SiO₂, расходуемое данным материалом на восстановление требуемого количества кремния в чугун, кг/кг материала для рудной смеси:

q _[Si]рс= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243.2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 73,3 кДж/кг SiO₂

для железной руды:

q _[Si]жр = (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 51,7 кДж/кг SiO₂

для кокса:

q _[Si]к= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 0,8 кДж/кг SiO₂

для конвертерного шлака:

q _[Si]кш= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 34 кДж/кг SiO₂

для сталеплавильного скрапа:

q _[Si]ск= (14549 + ∙(13155,62 - 9828.3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 90,6 кДж/кг SiO₂

для сварочного шлака:

q _[Si]св= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 71,1 кДж/кг SiO₂

для титанистого шлака:

q _[Si]тш= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 9,2 кДж/кг SiO₂

12. Тепловой эквивалент гидратной воды, кДж/кг H₂O

q _{н o} = 4200 + 0,3 ∙ (( + (q _c - q _c )∙ )∙R - ( ∙R_i) = =4200 +0,3∙(( + (13155,62 – 9828,3)∙ )∙0,28 –

Дата добавления: 2015-07-18