Расчет доменной шихты

 

                                                                                                                                                                  

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Уральский государственный технический университет - УПИ»

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

 

Нижнетагильский технологический  институт (филиал)

 

Вечерний технологический  факультет

 

Кафедра  металлургических  технологий

 

 

 

                                            

 

 

 

 

Расчет доменной шихты

Курсовая работа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                                    Б. С. Тлеугабулов

 

Студент

55153-МЧМ                 Е.О.Тимиркаева   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2010 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Введение                         3

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ              4

Расчет доменной шихты

2. Общее содержание компонентов в доменной шихте                                    5

3. Составление уравнения по выходу чугуна из шихты                            5

4. Составление уравнения баланса основности                                                6

5. Составление уравнения теплового баланса                                                  7

6. Определение состава жидких продуктов плавки (чугун, шлак)                18

7. Составление материального баланса                                                            20

8. Составление теплового баланса (КПИТ)                                                      2

9. Вывод                                                                                                            25

библиографический список                              26 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Материальный баланс доменной плавки для работающей доменной печи составляется по результатам измерений  и анализов, для чего по возможности точно учитывается за определенный отрезок времени (обычно за несколько суток) расход всех материалов, загружаемых в печь, и полученных продуктов плавки, на основе которого определяется расход каждого материала и выход шлака, колошникового газа и пыли на единицу чугуна.

При расчете материального  баланса для проектируемых условий  оказывается достаточно данных, полученных расчетами шихты, колошникового газа и дутья. Баланс должен сходиться с весьма малой (до 1 %) невязкой. Увеличение ее является результатом неправильного анализа сырых материалов (сумма содержания компонентов не составляет 100 %) или ошибок в расчетах.

Тепловой баланс характеризует экономичность работы доменной печи и учитывает соотношение количества тепла, образующегося в доменной печи в результате протекания тех или иных процессов, вносимого в доменную печь с шихтовыми материалами и дутьем с количеством тепла, расходуемого на эндотермические процессы, уносимого с продуктами плавки и теряющегося в окружающую среду и с охлаждающей водой. Но данным теплового баланса вычисляется одна из важнейших характеристик работы доменной печи тепловой коэффициент полезного действия, равный отношению используемого тепла к выделившемуся. При этом за неиспользуемое в доменной печи тепло принимают его потери с колошниковым газом, пылью, охлаждающей водой и во внешнее пространство. Обычно значение теплового коэффициента полезного действия при выплавке передельного чугуна составляет 78-87 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1.1. Химический состав агломерата, окатышей и кокса

                           Таблица 1

Химический состав материалов, используемых в доменной печи в 2007 году, %

 

Наименование	FeO	Fe2O3	MnО	SiO2	CaO	V2О5	MgO	Al2 O3	TiO2	P2O5	S	С	Потери при прокаливании	сумма
Агломерат КГОК	9,250	67,106	0,220	4,969	10,497	0,487	2,525	2,604	2,325	0,011	0,012	–	–	100,00
Окатыши  КГОК	3,210	83,24	0,218	4,090	1,220	0,544	2,460	2,480	2,540	0,009	0,006	–	–	100,00
Кокс	–	1,010	–	6,281	0,850	0,038	0,246	3,575	–	0,120	0,630	86,250	1,000	100,00

 

 

Таблица 2

1.2. Распределение элементов шихты между продуктами плавки

 

Элемент	Чугун, η	Шлак, μ	Газ, λ
Fe	0,998	0,002	–
Mn	0,65	0,35	–
Ti	0,06	0,94	–
V	0,85	0,1	0,05
S	0,05	0,9	0,05
Сг	0,9	0,1	–
Р	0,97	0,025	0,005

 

1.3.Температура дутья – 1200⁰С

          1.4. Основность шлака составляет В – 0,9 ед

          1.5. Содержание кислорода в дутье составляет ω = 22 % (0,22)

1.6. Расход природного газа на 1 тонну чугуна составляет V _CH4 = 110 м³/т чугуна.

1.7. = 4,75%

1.8. = 0,06%

Зола = 1,01%

Кокс =Зола + С + S + L,

где S – сера, L – летучие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет доменной шихты

Таблица 3

2. Общее содержание компонентов в доменной шихте

 

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

 

3. 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:

 

 

4. 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 t_Д = 1200⁰С – температура дутья

С_Д = 1,432 кДж/м^{3 0}С – теплоемкость  дутья при t_Д = 1200⁰С;

С_пар = 1,776 кДж/м^{3 0}С – теплоемкость пара при t_Д = 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/м^{3 0}С 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	2	3	4
1.О2 легковосстановимых оксидов: 1.1. 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:	– 0,0001 0,0006 – 0,00001	0,0003 0,0011 0,00006 0,00056 0,00039	0,0003 0,0012 0,00005 0,00061 0,00044
å п.3	0,0007	0,0024	0,0026
åО=	0,0038	0,2248	0,0026
4. Кислород  отнятый прямым путем	0,0015	0,0642	0,0719
5. Кислород отнятый косвенным путем:	0,0023	0,1606	0,1881
6.Количество  углерода, затраченного на прямое восстановление	0,0011	0,0482	0,0539
7. Количество  СО, пошедшие на косвенное восстановление:	0,0023	0,1619	0,1896