Расчет материального баланса конвертерной плавки

 

2.2 Общий приход  тепла на плавку

2. Физическое тепло жидкого чугуна

Физическое тепло жидкого  чугуна может быть определено по формуле:

 (19)

где: G_чуг – количество жидкого чугуна в металлической шихте;

С_чуг^тв – теплоемкость твердого чугуна, равная 0,75 кДж/кг-град;

t_чуг – температура заливаемого в конвертер чугуна, ^оС;

g_чуг – скрытая теплота плавления чугуна, равная 217,9 кДж/кг;

t_чуг^тв – температура плавления чугуна, принимается в расчете равной 1175 ^оС.;

С_чуг – теплоемкость жидкого чугуна, равная 0,92 кДж/кг-град.

 кДж

3. Химическое тепло металлошихты

На основании данных тепловых эффектов реакций окисления  элементов и результатов расчета  материального баланса может  быть определено химическое тепло реакций  окисления элементов металлошихты (таблица 17).

 

Таблица 17 – Химическое тепло реакций окисления

Элемент -окисел		Выгорело  элементов, кг	Расчет	Вносится тепла, кДж
М.з.	[C] – (CO2)	0,315		11285
	[C] – (CO)	2,836		31155
[Si] – (SiO2)		0,335		16786
[Mn] – (MnO)		0,325		1923
[P] – (P2O5)		0,009		2238
[Fe] – (FeO)		1,045		6709
[Fe] – (Fe2O3)		0,292		3127
[Fe] – (Fe2O3)пыли		0,600		4425
Итого			Итого	77648

 

4. Химическое тепло реакций шлакообразования

Считается, что все  количество SiO₂, P₂O₅ и Fe₂O₃ в шлаке связано следующими реакциями:

SiO₂ + 2CaO = (CaO)₂SiO₂ + 137432 ; (20)

Р₂О₅ + 4СаО = (СаО)₄Р₂О₅ + 691350 ; (21)

Fe₂O₃ + CaO = CaO Fe₂O₃ + 211176 ; (22)

 кДж.

5. Физическое тепло миксерного шлака

Средняя теплоемкость миксерного шлака может быть определена по формуле:

,  (23)

где: 0,73 – теплоемкость шлака при 0 К, кДж/кг-град;

0,0003 – приращение теплоемкости  шлака на 1^о, кДж/кг-град;

Т_м.шл – средняя температура миксерного шлака, К.

Среднюю температуру  миксерного шлака, попадающего в конвертер из чугуновозного ковша, ориентировочно можно принимать на 15-20^о ниже температуры заливаемого в конвертер чугуна.

Тогда:

Т_м.шл = (1420 – 20) + 273 = 1673 К,

 кДж/кг-град.

Количество вносимого  тепла миксерным шлаком определится из выражения:

,  (24)

где: М_м.шл – количество миксерного шлака на 100 кг металлошихты, кг;

t_м.шл – средняя температура миксерного шлака, ^оС;

С_о – средняя теплоемкость миксерного шлака, кДж/кг-град;

q_м.шл – средняя теплота плавления шлака (209,5 кДж/кг).

 кДж.

6. Общий приход тепла на плавку

Общий приход тепла на плавку рассчитывается следующим образом:

2.3 Расход тепла

2.3.1 Физическое тепло стали

Физическое тепло стали Q₁, может быть определено по уравнению:

  (26)

где: М_ст – вес жидкой стали перед раскислением, кг;

С₁^ст – теплоемкость твердой стали, равная 0,7 кДж/кг-град;

t_пл – температура плавления стали, ^оС;

q_пл – скрытая теплота плавления стали, равная 272,4 кДж/кг-град;

t_ст – температура стали перед выпуском, ^оС;

С₂^ст – теплоемкость жидкой стали, равная 0,84 кДж/кг-град.

Температура плавления  стали:

, (26)

где: 1539 – температура плавления чистого железа, ^оС;

65 – снижение температуры плавления стали на 1% углерода в металле, ^оС;

(%С) – содержание  углерода в металле перед раскислением;

^оС.

Тогда:

 кДж.

2.3.2 Физическое  тепло шлака

Средняя теплоемкость конечного  шлака (как и миксерного) определяется по формуле:

,  (25)

где: Т_шл – температура конечного шлака, К.

По опытным данным температуру конечного шлака  можно принять выше температуры  металла в конце продувки на 10 ^оС, т.е. 1620 ^оС, так как превышение температуры шлака над температурой металла составляет обычно 5 - 15 ^оС.

Тогда:

 кДж/кг-град.

Потери тепла со шлаком определяются по формуле:

Q₂ = (C_о ^. t_шл + q_шл) ^. М_шл, (26)

где: q_шл – скрытая теплота плавления шлака, равная 209,5 кДж/кг-град;

М_шл – количество конечного шлака, кг;

Q₂ = (1,3 ^. (1610 + 10) + 209,5) ^. 9,95 = 26512 кДж.

2.3.3 Тепло,  уносимое отходящими газами

Средняя температура  отходящих газов принимается  равной средней температуре металла  за время продувки:

 ^оС.

Средние теплоемкости газов  при температуре отходящих газов 1515 ^оС, кДж/м³-град: СО = 1,49; СО₂ = 2,35; Н₂О = 1,85; N₂ = 1,45; О₂ = 1,55.

Тепло, уносимое отходящими газами, определяется по формуле:

, (27)

где: С – теплоемкости соответствующих составляющих газов,

V – соответственно, количество СО, СО₂, Н₂О, N₂, О₂ в отходящих газах, м³;

 кДж.

2.3.4 Количество  тепла, уносимого выбросами металла

Количество тепла, уносимого  выбросами металла, рассчитывается по формуле:

,  (28)

где: М_выб – потери металла с выбросами, кг;

C^выб_ср – средняя теплоемкость металла выбросов, которую можно принять равной теплоемкости жидкой стали, т.е. 0,84 кДж/кг-град;;

t^выб_ср – средняя температура металла выбросов, которую принимают равной средней температуре металла за продувку, т.е. 1515^оС.

Тогда:

 кДж.

2.3.5 Потери тепла, уносимое пылью отходящих газов

Потери тепла, уносимого пылью, складываются из потерь тепла, уносимого пылью в виде Fe₂O₃ и извести:

; (29)

, (30)

где:  - количество Fe₂O₃, образовавшейся в результате испарения и последующего окисления железа, кг;

С_пыли – теплоемкость пыли, которую принимают равной теплоемкости шлака при t_пыли, кДж/кг-град;

t_пыли – температура пыли, равная температуре отходящих газов (1515 ^оС);

 кДж/кг-град.

Тогда:

 кДж.

Потерями тепла, уносимого  известью, можно пренебречь, так  как они невелики из-за кратковременного нахождения указанного материала в полости конвертера. Кроме того, их нагрев происходит преимущественно за счет тепла отходящих газов, которое уже учтено выше:

 кДж.

2.3.6 Тепло диссоциации извести

При диссоциации извести  по реакции:

- 177237 кДж/кг-моль СО₂

поглощение тепла равно

 кДж,

где: 0,361 – количество СО₂, выделившегося из извести, кг;

44 – молекулярный вес  СО₂,кг;

177237 – тепловой эффект  диссоциации СаСО₃, кДж/кг-моль СО₂.

2.3.7 Тепло диссоциации окислов железа, внесенных шихтой и футеровкой

При диссоциации Fe₂O₃ по реакции:

 кДж/кг,

 кДж,

где:  - всего внесено Fe₂O₃ шихтовыми материалами, кг.

При диссоциации FeO по реакции:

 кДж/кг,

поглощение тепла:

 кДж,

где:  - всего внесено FeO шихтовыми материалами, кг.

Всего поглощается тепла  при диссоциации окислов железа:

 кДж.

2.3.8 Тепло, уносимое корольками

Тепло, уносимое корольками металла, запутавшимися в шлаке:

.  (31)

Температура корольков  принимается равной температуре  шлака, т.е. 1625 ^оС. Теплоемкость корольков равна теплоемкости жидкой стали, 0,84 кДж/кг-град:

 кДж.

2.3.9 Общий расход тепла

Общий расход тепла составит:

;

Q_расх = 121127 + 26512 + 16361 + 1273 + 1648 + 2139 + 1436 + 408 =        = 170904 кДж.

2.3.11 Избыток  тепла

Избыток тепла без  учета потерь тепла конвертером составит разница между общим приходом тепла за плавку и общим расходом тепла:

Q_изб = 174064 – 170904 = 3160 кДж.

Этот избыток тепла  частично компенсирует теплопотери  конвертера (через поверхность футеровки  и горловину). Теплопотери определяются в зависимости от размеров конвертера, длительности перерывов между плавками, продолжительности плавки, стойкости футеровки и т.д. Они могут быть рассчитаны после определения основных размеров конвертера и продолжительности отдельных операций конвертерной плавки. Обычно потери тепла конвертером ориентировочно принимаются в пределах 1,5 – 4% от прихода тепла. В данном расчете принято 2%, тогда:

Q_пот = 174064 ^. 0,02 = 3481 кДж.

Недостаток тепла составит:

 кДж.

Тепловой баланс плавки на 100 кг металлической шихты приведен в таблице 18.

Таблица 18 – Тепловой баланс плавки

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла		кДж	%
Физическое тепло чугуна	89341	49,92	Физическое тепло жидкой стали		121127	69,41
Тепло окисления С-СО	31155	19,36	Физическое тепло шлака		26512	10,91
Тепло окисления С-СО2	11285	7,01	Физическое тепло отходящих  газов		16361	10,29
Тепло окисления Si-SiO2	16786	3,84	Тепло, уносимое выбросами		1273	0,68
Тепло окисления  Mn-MnO2	1923	1,05	Тепло, уносимое пылью		1648	0,88
Тепло окисления P-P2O5	2238	1,31	Тепло, разложения извести		2139	0,71
Тепло окисления Fe-FeO	6709	2,68	Тепло диссоциации окислов  железа		1436	1,03
Тепло окисления  Fe-Fe2O3	3127	1,56	Тепло, уносимое корольками		408	0,22
Тепло окисления  Fe-Fe2O3пыли	4425	2,25	Потери тепла конвертером		3481	2,99
Теплота шлакообразования	6108	2,28
Тепло миксерного шлака	967	0,49
Итого	174064	100	Итого		174385	100
Недостаток тепла	321	кДж	0,6	%