Баланс вуглецю коксу та ПВП.

2.1.1. Вміст вуглецю в коксі (за даними таблиці 3):

С_К = 100 – (A_к + S_к + V_к) = 100 – (10,02 + 1,71 + 1,1) = 87,17 %.

2.1.2. Вміст вуглецю в складі ПВП:

С_ПВП = 100 – (A_ПВП + S_ПВП + V_ПВП) = 100 – (7,05 + 1,45 + 6,2) = 85,30 %.

2.1.3. Вноситься вуглецю коксом та ПВП:

С_заг = (К´С_К + ПВП´С_ПВП)´0,01 = 40,00´0,8717 + 13,00´0,868 =

= 34,868 + 11,089 = 45,957 кг.

2.1.4. Розчиняється вуглецю в чавуні (див. п. 1.4): [C] = 4,725 %.

2.1.5. Приймаємо, що 0,75% із загальної кількості вуглецю С_заг (див. п. 2.1.3) витрачається на утворення метану по реакції С + 2Н₂ = СН₄:

С_СН4 = С_заг´0,75´0,01 = 0,345 кг.

2.1.6. Окислюється вуглецю шихтою та дуттям:

С_ок = С_заг – [C] – С_СН4 = 45,957 – 4,725 – 0,345 = 41,074 кг.

2.1.7. Витрата вуглецю коксу на пряме відновлення.

2.1.7.1. На відновлення кремнію по реакції SiO₂ + 2C = Si + 2CO:

0,55´ = 0,471 кг,

де 0,55 – вміст кремнію в чавуні, кг (див. п. 1.6); 12 і 28 – атомні маси вуглецю і кремнію відповідно.

2.1.7.2. На відновлення марганцю по реакції MnO + C = Mn + CO:

0,593´ = 0,129 кг,

де 0,593 – вміст марганцю в чавуні, кг (див. п. 1.6); 12 і 55 – атомні маси вуглецю і марганцю відповідно.

2.1.7.3. На відновлення фосфору по реакції P₂O₅ + 5C = 2P + 5CO:

0,140´ = 0,135 кг,

де 0,140 – вміст фосфору в чавуні, кг (див. п. 1.6); 12 і 31 – атомні маси вуглецю і фосфору відповідно.

2.1.7.4. На відновлення заліза по реакції FeO + C = Fe + CO:

C_rd = [Fe]´r_d´ ,

де C_rd – вуглець, що витрачається на пряме відновлення заліза, кг; [Fe] – вміст заліза в чавуні, % (див. п. 1.6); r_d – ступінь прямого відновлення заліза (залежить від умов роботи печі, виду й питомої витрати замінників коксу), дол. од.; 12 і 56 – атомні маси вуглецю і заліза відповідно.

C_rd = 93,96´0,36´ = 8,054 кг.

2.1.7.5. Усього витрачається вуглецю коксу на пряме відновлення елементів:

С_п = 0,471 + 0,129 + 0,135 + 8,054 = 8,789 кг.

2.1.8. Кількість вуглецю, що згорає біля повітряних фурм (у фурмених осередках): С_д = С_ок – С_п = 41,074 – 8,789 = 32,285 кг,

де С_ок – кількість вуглецю коксу, що окислюється шихтою та дуттям (див. п. 2.1.6).

2.2. Розрахунок кількості дуття.

2.2.1. На спалювання 32,285 кг вуглецю біля фурм по реакції 2С + О₂ = 2СО потрібно кисню: О₂^Сд = 32,285´ = 30,132 м³,

де 22,4 – об’єм моля кисню, м³; 12 – атомна маса вуглецю.

2.2.2. Потребує кисню для свого спалювання і водень (Н₂), що міститься в летких речовинах ПВП (див. табл. 5) і окислюється по реакції

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Для окислення водню зі складу ПВП потрібно кисню:

О₂^Нпвп = ПВП´V_ПВП´0,01´H_{2 ПВП}´0,01´ =

= 13,00´0,062´0,028´ = 0,126 м³,

де V_ПВП та H_{2 ПВП} – відповідно вихід летких речовин з ПВП та вміст в них водню (див. табл. 3 і 5); 2 – атомна маса водню.

2.2.3. В склад ПВП входить також і сірка, для спалювання якої потрібно кисню:

О₂^Sпвп = ПВП´S_ПВП´0,01´ = 13,00´1,45´0,01´ = 0,132 м³,

де S_ПВП– вміст сірки в ПВП (див. табл. 3), %; 32 – атомна маса сірки.

2.2.4. Загальна кількість кисню, потрібного для спалювання біля фурм вуглецю коксу та компонентів ПВП, складе:

О_2Ф = О₂^Сд + О₂^Нпвп + О₂^Sпвп = 30,132 + 0,126 + 0,132 = 30,391 м³.

2.2.5. Вміст кисню у дутті з вологістю 1% (див. табл. 2) розраховується за формулою: О_{2 ДВ} = О_{2 ДС} ´ (1 - ) + ,

де О_{2 ДВ} і О_{2 ДС} – вміст кисню у вологому та сухому дутті відповідно, %; - вологість дуття, %.

Відповідно до вихідних даних (див. табл. 2) О_{2 ДС} = 28%, = 1,0%. Тоді вміст кисню у вологому дутті складе:

О_{2 ДВ} = 28,0´(1 – ) + = 28,22 %.

2.2.6. Витрата вологого дуття складе:

V_ДВ = 30,391 / 0,2822 = 107,69 м³.

2.3. Розрахунок кількості метану (СН₄) та водню (H₂) в колошниковому газі.

2.3.1. Кількість в колошниковому газі метану, що утворюється по реакції

С + 2Н₂ = СН₄:

СН_{4 к.г.} = С_СН4´ = 0,345´ = 0,643 м³,

де С_СН4 – кількість вуглецю, що витрачається на утворення метану (п. 2.1.5).

2.3.2. Утворюється водню з вологи дуття, яке витрачається на спалювання біля фурм вуглецю коксу та компонентів ПВП:

Н_О2Ф = ´0,01 = ´0,01 = 1,077 м³.

2.3.3. Кількість водню, що потрапляє в піч з коксом, складається з об’єму водню, що входить до складу летких речовин коксу та водню з його органічної маси (див. табл. 5):

Н_К = К´ ´ ´ + К´ ´ = К´( ´ + )´ , м³,

де К – питома витрата коксу, кг/100 кг чавуну; V_К, Н_л.р.К та Н_о.м.К – відповідно вміст летких речовин в коксі, вміст водню в летких речовинах та в органічній масі коксу.

Н_К = 40,0´( ´ + )´ = 1,765 м³.

2.3.4. Кількість водню, що потрапляє в піч з леткими речовинами ПВП:

Н_л.р.ПВП = 13,0´ ´ ´ = 0,253 м³.

2.3.5. Кількість водню, що потрапляє в піч з вологою ПВП:

Н_WПВП = 13,0´ ´ = 1,456 м³.

2.3.6. Загальна кількість водню, що потрапляє в піч (п. 2.3.2. – 2.3.5):

Н_сум = Н_О2Ф + Н_К + Н_л.р.ПВП + Н_WПВП = 1,077 + 1,765 + 0,253 + 1,456 =

= 4,551 м³.

2.3.7. Приймаємо, що 1/3 водню бере участь в реакціях непрямого відновлення:

Н_к.в. = 4,551´ = 1,517 м³.

При цьому утвориться вологи: 1,517´ = 1,219 м³,

де 18 – молекулярна маса Н₂О.

2.3.8. Кількість водню, що йде на утворення метану по реакції С + 2Н₂ = СН₄:

Н_СН4 = С_заг´С_СН4´0,01´ = 45,957´0,345´0,01´ = 0,591 м³,

де С_заг – загальна кількість вуглецю, що вноситься коксом та ПВП (п. 2.1.3); С_СН4 – кількість вуглецю, що витрачається на утворення метану (п. 2.1.5).

2.3.9. Загальна кількість водню, що переходить до колошникового газу:

Н_к.г. = Н_сум – (Н_к.в. + Н_СН4) = 4,551 – (1,517 + 0,591) = 2,442 м³.

2.4. Розрахунок кількості вуглекислоти (CO₂) в колошниковому газі.

2.4.1. Усього оксиду заліза (Fe₂O₃) в агломераті:

Fe₂O_{3 А} = 169,00´62,81´0,01 = 106,149 кг,

де 169,00 – уточнена витрата агломерату (див. п. 1.7.4), кг; 62,81 – вміст Fe₂O₃ в агломераті, % (див. табл. 1.1).

2.4.2. Умовно вважаємо, що Fe₂O₃ відновлюється тільки монооксидом вуглецю (СО), а водень бере участь лише у відновленні FeO до Fe.

Кількість вуглекислоти, що утвориться при відновленні Fe₂O₃ до FeО по реакції Fe₂O₃ + СО = 2FeO + СО₂:

СО_{2 Fe2O3®FeО} = 106,149´ = 14,861 м³,

де 160 – молекулярна маса Fe₂O₃.

2.4.3. Відновлюється заліза непрямим шляхом:

Fe_н.в. = [Fe] ´(1 – r_d) = 93,96´(1 – 0,36) = 56,375 кг,

де [Fe] – вміст заліза в чавуні (див. п. 1.6); r_d – ступінь прямого відновлення, дол. од.

2.4.4. Відновлюється заліза воднем по реакції FeO + Н₂ = Fe + Н₂О:

Fe_Н2 = Н_к.в. ´ = 1,517´ = 3,792 кг,

де Н_к.в. – кількість водню, що приймає участь в реакціях непрямого відновлення (див. п. 2.3.7); 56 – атомна маса заліза.

2.4.5. Відновлюється заліза монооксидом вуглецю по реакції FeO + СО = Fe + СО₂:

Fe_СО = Fe_н.в.– Fe_Н2 = 56,375 – 3,792 = 52,583 кг.

2.4.6. Кількість вуглекислоти (СО₂), що утвориться в результаті відновлення монооксидом вуглецю: СО_{2 FeO®Fe} = 52,583´ = 21,033 м³.

2.4.7. Кількість вуглекислоти з летучих коксу:

СО_2л.р. = К´ ´ ´ = 40,0´ ´ ´ = 0,067 м³,

де К – питома витрата коксу, кг/100 кг чавуну; V_К, СО_2л.р.К – відповідно вміст летких речовин в коксі та вміст СО₂ в них; 44 – молекулярна маса СО₂.

2.4.8. Кількість вуглекислоти від розкладання карбонатів вапняку:

СО_2в.п.п. = 2,26´43,3´0,01´ = 0,498 м³,

де 2,26 –витрата вапняку, кг (див. п. 1.13.2); 43,3 – втрати при прожарюванні вапняку (див. табл. 4).

2.4.9. Усього вуглекислоти в колошниковому газі:

СО_2к.г. = СО_{2 Fe2O3®FeО} + СО_{2 FeO®Fe} + СО_2л.р. + СО_2в.п.п. =

= 14,861 + 21,033 + 0,067 + 0,498 = 36,459 м³.

2.5. Розрахунок кількості монооксиду вуглецю (CO) в колошниковому газі.

2.5.1. Утвориться СО від окислювання вуглецю (коксу та ПВП) шихтою і дуттям:

СО_окС = С_ок´ = 41,074´ = 76,671 м³,

де С_ок – кількість вуглецю, що окислюється шихтою і дуттям (див. п. 2.1.6); 12 – атомна маса вуглецю.

2.5.2. Вноситься СО леткими речовинами коксу та ПВП:

СО_л.р. = К´ ´ ´ + ПВП´ ´ ´ =

= 40,0´ ´ ´ + 13,0´ ´ ´ = 0,223 м³,

де К і ПВП – питомі витрати коксу та ПВП, кг (табл. 2); V_К і V_ПВП – вміст летких речовин в коксі та ПВП, % (табл. 3); СО_л.р.К і СО_л.р.ПВП – відповідно вміст СО в летких речовинах коксу та ПВП (табл. 5); 28 – молекулярна маса СО.

2.5.3. Кількість монооксиду вуглецю, що приймає участь в реакціях непрямого відновлення Fe₂O₃ та FeO, повинна дорівнювати кількості вуглекислоти (СО₂), що утворюється в результаті відповідних реакцій (див. п. 2.4.2 та 2.4.6). Тоді сумарна кількість монооксиду вуглецю, що витрачається в процесах непрямого відновлення, складе:

СО_непр.в. = СО_{2 Fe2O3®FeО} + СО_{2 FeO®Fe} = 14,861 + 21,033 = 35,894 м³.

2.5.4. Як вказувалося раніше (коментар до балансу вуглецю, -^*6), при згоранні ПВП утворюється диоксид вуглецю (СО₂), який потім перетворюється на монооксид (СО). Кількість СО₂, що утворюється з ПВП:

СО_{2 л.р.ПВП} = ПВП´ ´ ´ = 13,0´ ´ ´ = 0,172 м³,

де СО_{2 л.р.ПВП} –вміст СО₂ в летких речовинах ПВП (табл. 5); 44 – молекулярна маса СО₂.

Відповідно до реакції СО₂ + С = 2СО, з одного об’єму СО₂ утворюється два об’єми СО: СО_{л.р.СО2®СО} = 0,172´2 = 0,345 м³.

2.5.5. З урахуванням кількості монооксиду вуглецю, що був витрачений в реакціях непрямого відновлення, кількість СО в колошниковому газі складе:

СО_к.г. = СО_окС + СО_л.р. + СО_{л.р.СО2®СО} – СО_непр.в. =

= 76,671 + 0,223 + 0,345 – 35,894 = 41,345 м³.

2.6. Розрахунок кількості азоту (N₂) в колошниковому газі.

2.6.1. Вміст азоту у вологому дутті:

N_в.д. = (100 – %О₂) ´ (1 – 0,01) = 0,72´0,99 = 71,28 %,

де %О₂ – вміст кисню в сухому дутті; 0,01 – вологість дуття, дол. од.

2.6.2. Дуття вносить азоту:

N_Д = V_ДВ´N_в.д.´0,01 = 107,69´0,7128 = 76,763 м³,

де V_ДВ – витрата вологого дуття (див. п. 2.2.6).

2.6.3. Азот з коксу і ПВП:

N_К+ПВП = К´ ´ ´ + К´ ´ +ПВП´ ´ ´ =

= 40,0´ ´ ´ + 40,0´ ´ + 13,0 ´ ´ = 0,219 м³,

де N_л.р.К, N_о.м.К та N_л.р.ПВП – відповідно вміст азоту в летких речовинах коксу, органічній масі коксу та летких речовинах ПВП.

2.6.4. Азот, що використовується для транспортування і подачі ПВП в горн.

N_ТрПВП = ПВП´ = 13,0´ = 0,520 м³,

де 40 – витрата азоту на транспортування 1 т ПВП, м³.

2.6.5. Усього азоту в колошниковому газі:

N_к.г. = N_Д + N_К+ПВП + N_ТрПВП = 76,763 + 0,219 + 0,520 = 77,502 м³.

2.7. Кількість і склад колошникового газу.

Компоненти	Вміст в колошниковому газі
м^3	%
СО2	36,459	23,02
СО	41,345	26,10
Н2	2,442	1,54
СН4	0,643	0,41
N2	77,502	48,93
Разом:	158,391	100,00

3. Розрахунок матеріального балансу доменної плавки

Дата добавления: 2015-07-07