Расчет кислородно-конвертерной плавки (стр. 3 из 5)

где:

SDН_чуг^хим и SDН_л^хим - количество тепла, выделяющегося при полном окислении 100 кг примисей чугуна и лома, кДж

t_чуг и t_лом - температура чугуна и лома

0,88 и 0,7 - удельные теплоемкости чугуна и лома, кДж/кгК

Q_шо, Q_SFeO^обр, Q_CO^дож - приход тепла в результате шлакообразования, образования оксидов железа (FeO, Fe₂O₃) шлака и дожигания СО до СО₂ соответственно, кДж

Q_шл^физ, Q_г^физ, Q_м^хим - физическое тепло шлака, газа и металла соответственно, кДж

Q_м^хим - химическое тепло, которое может выделится при полном окислении примесей готового металла, кДж

SDH_(EFeO)^рлраз - тепло, затрачиваемое на полное разложение оксидов железа, содержащихся в 100 кг лома, кДж

А - постоянный член выражения, включающий тепловые потери от разложения карбонатов, испарения влаги шихты и другие малозначительные статьи потерь тепла; для кислородно-конвертерного процесса он составляет, А = 6000 - 7000кДж

Принимаем исходные данные

А = 6500кДж t_лом = 0°Ct_чуг =1300°C

Количество тепла, выделяющееся при полном окислении 100 кг примесей чугуна, определим по уравнению:

где:

[C]_i, [Si]_i, [Mn]_i, [P]_i - содержание окисляющих примесей в чугуне, % по табл №1

Н_с⁰, Н_Si⁰, Н_Mn⁰, Н_P⁰ -стандартные тепловые эффекты окисления этих примесей, кДж

Н_с⁰ =14770кДж

Н_Si⁰ =26970кДж

Н_Mn⁰ =7000КДж

Н_P⁰ =21730кДж

Таким образом:

Тепло шлакообразования определим по уравнению:

Q_шо=q_шл¹*[6,28*(CaO)+14,64*(SiO₂)+41,84*(P₂O₅)]

Приняв:

(CaO) = 50%

(SiO₂) =15%

(P₂O₅) =2%

содержание оксидов в шлаке и q_шл¹ =14,19

Q_шо =14,19*(6,28*50+14,64*15+41,84*2)=8759,2кДж

Химическое тепло образования оксидов железа шлака в кислородно конвертерном процессе с отношением FeO к Fe₂O₃ "два к одному", составит:

Q_(EFeO)^обр =42,3*q_шл¹*(SFeO)

где :

Температура в металле в конце продувки:

t_м = 1530 + 80 * [C] + t

где:

обычно

[C]_раск =0,054%

принимаем: [C]_гот =0,18%

t=89°C

[C] =0,18-0,054=0,126%

t_м =1530 +80*0,126+89=1629,08°С

Общее содержание оксидов в шлаке:

Химическое тепло образования оксидов шлака:

Q_(EFeO)^обр =42,3 *14,19*19,14=11488,5кДж

Тепло от дожигания в конвертере СО до СО2 :

Q_CO^дож =10100 * q_CO^S *U_CO * Z

где:

10100 -теплота дожигания СО до СО₂, кДж

U_CO -доля дожигаемого количества СО в кислородно-конвертерном процессе =0,195

Z -доля тепла дожигания, передаваемая ванне - коэффициент использования тепла дожигания =0,795

q_CO^S-общее количество СО, выделяющееся из ванны (поскольку неизвестно количество расхода лома, то берем ориентировочно 25%)

Определяем содержание углерода в шихте:

SC_ших =0,75*[C_чуг]+0,25*[C_лом]=0,75 *3,9+0,25*0,2=2,98%

Количество углерода, удаляемого во время продувки:

D[C] =SC_ших -[C] =2,98-0,126=2,85кг

при этом образуется оксида углерода:

т.е. Тепло от дожигания СО в полости конвертера до СО₂ составит:

Q_CO^дож =10100 *6,65* 0,195*0,795=10412,3кДж

Физическое тепло металла составит:

Q_М^физ =(54,8+0,84t_m)*q_м¹

где:

t_м =t_шл=1629,08°С

q_м =88кг

Q_М^физ =(54,8+0,84 *1629,08) *88=125244кДж

Физическое тепло шлака:

Q_ШЛ^физ =(2,09*t_шл-1379)*q_шл¹=(2,09*1629,08-1379)*14,19=28745,8кДж

Физическое тепло газов определяем с учетом только СО и СО₂:

Q_Sгаз^физ=(1,32*t_газ-220)*(q_CO+q_CO2)

С учетом того, что по ходу продувки плавки температура отходящих газов изменяется в пределах 1350 - 1650°С, принимаем:

t_газ =1600°С

Приняв соотношение СО и СО₂ как : 80 к 20%, найдем их количества:

Тогда физическое тепло отходящих газов с учетом СО и СО2 составит:

Химическое тепло, которое выделяется при полном окислении примесей конечного металла, определяем как:

Q_м^хим =(DН_С⁰*[C]+DH_P⁰*[P]+DH_Mn⁰*[Mn])*10^-2 * q_m¹

где:

DН_С⁰- стандартный тепловой эффект окисления углерода =14770кДж

DH_Mn⁰- стандартный тепловой эффект окисления марганца =7000кДж

DH_P⁰- стандартный тепловой эффект окисления фосфора =21730кДж

Допускаем, что в металле остается 0,25 % марганца чугуна.

[Mn]=0,25*[Mn]_чуг =0,25*0,7=0,175%

Определяем химическое тепло:

Q_м^хим =10^-2*(14770*0,126+21730*0,0326+7000*0,175)*90=3415кДж

Тепло расходуемое на полное разложение оксидов железа, содержащихся в 100 кг лома, составит:

SDН_SFeOрл^раз =4800 * n_рл

где:

4800 -тепловой эффект диссоциации 69,4% (Fe₂O₃) и 30,6% (FeO)

n_рл -содержание оксидов железа в ломе: 3,1

Тогда:

SDН_SFeOрл^раз =4800 *3,1=14880кДж

Количество тепла образующееся при полном окислении примесей лома:

SDН_лом^хим =14770*[C]_л +21730*[P]_л +7000*[Mn]_л +26970*[Si]_л

SDН_лом^хим =14770*0,2+21730*0,04+7000*0,5+26970*0,15=11368,7кДж

Имея уже все данные, определяем максимально возможный расход лома (кг):

2.5 Фактический расход лома с учетом дополнительного

охладителя

Чтобы исключить додувки по температуре (непредвиденные ситуации), необходимо предусмотреть некоторый резерв тепла. Это достигается заменой части лома на твердый окислитель (окалина, руда, агломерат). Коэффициент эквивалентности твердого окислителя по отношению к лому:

s_то =0,062*Fe_то^S- 0,014*(Fe_то) - 0,633

Известно

(Fe_то) =1,3% количество оксидов железа в ржавчине лома.

Общее содержание железа в твердом окислителе определяем как:

Fe_то^S=0,7 * (Fe₂O₃) + 0,778 * (FeO)_то = 0,7 * 86+0,778 *1,3=61,21%

тогда:

s_то =0,062 *61,21-0,014 *1,3-0,663=3,11

Принимаем расход твердых окислителей: q_ок =0,3кг, тогда количество лома, которое необходимо заменить, составит:

q_л =s_то * q_ок=3,11*0,3=0,933

таким образом, фактический максимальный расход лома с учетом твердых окислителей составит:

q_фл^S =q_S^л - q_л = 25,76-0,933=24,827кг

2.6 Необходимый расход извести

Для определения необходимого расхода извести находим содержание примесей в металлической шихте:

[S]_ших =10^-2*(q_чуг*[S]_чуг+q_л*[S]_л)

где: q_чуг=100-q_л =100 -24,827=75,173кг

[C]_ших=10^-2*(75,173*3,9+24,827*0,2) =2,981%

[Si]_ших=10^-2*(75,173*0,8+24,827*0,15) =0,639%

[Mn]_ших=10^-2*(75,173*0,7+24,827*0,5) =0,65%

[P]_ших=10^-2*(75,173*0,15+24,827*0,04) =0,123%

[S]_ших=10^-2*(75,173*0,05+24,827*0,04) =0,048%

Расход извести определяем как:

D[Si] =[Si]_ших - [Si]_ост =0,639-0=0,639%

D[P] = [P]_ших - [P]_ост =0,123-0,0326=0,09%

Для упрощения расчетов примем суммарное поступление SiO₂ из футеровки, миксерного шлака, мусора лома и окатышей q_SiO2^др = 0,848

Аналогично для СаО - q_CaO^др = 0,663

Таким образом расход извести составит:

2.7 Уточнение количества шлака

Уточнение количества шлака производим по формуле:

Здесь (SFeO) - вносимое футеровкой, миксерным шлаком, бокситом, металлоломом и окатышами, для сокращения расчета принимаем равным

(SFeO)=18%, при соотношении (FeO)=12%, (Fe₂O₃)=6%

D[Mn]= [Mn]_ших -[Mn]_ост=0,65-0,45=0,2

Компоненты		Вносится										Шлак
Группа	хим. Формула	футеровкой	миксершлаком	бокситами	мусоромлома	окалинойлома	окатышами	Итого	известью	металлшихтой	Итого	Всего	%
														1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
шлакообразующие без оксидов железа	СаО	0,40	0,22	0,008	-	-	0,01	0,64	7,12	-	7,77	7,77	57,25
	SiO2	0,03	0,38	0,09	0,3	-	0,01	0,82	0,16	1,36	2,36	2,37	17,46
	Al2O3	0,01	0,05	0,41	0,1	-	0,006	0,58	0,06	-	0,64	0,64	4,76
	P2O5	-	0,002	0,001	-	-	-	0,003	0,01	0,20	0,21	0,21	1,59
	MnO	-	0,06	-	-	-	-	0,06	-	0,25	0,32	0,32	2,38
	MgO	0,52	0,03	0,001	-	-	0,003	0,56	0,16	-	0,73	0,73	5,42
	S	-	0,003	0,001	-	-	-	0,004	0,01	0,02	0,03	0,03	0,22
	итого	0,97	0,75	0,51	0,4	-	0,03	2,68	7,54	1,85	12,1	12,45	91,78
оксиды железа	FeO	-	0,03	-	-	0,18	0,004	0,21	-	-	0,21	1,82	13,43
	Fe2O3	0,02	0,01	0,2	-	0,40	0,25	0,89	-	-	0,89	0,91	6,71
	итого	0,02	0,04	0,2	-	0,58	0,26	1,11	-	-	1,11	1,11	18
летучие	CO	-	-	-	-	-	-	-	-	5,22	5,22	-	-
	CO2	-	-	0,01	-	-	-	0,01	0,75	2,05	2,82	-	-
	H2O	-	-	0,06	-	-	0,003	0,07	0,08	-	0,15	-	-
	SO2	-	-	-	-	-	-	-	-	0,003	0,003	-	-
	итого	-	-	0,08	-	-	0,003	0,08	0,83	8,34	9,27	-	-
всего		1	0,8	0,8	0,4	0,58	0,3	3,88	8,38	10,19	22,47	13,57	100