Конструкция и методика расчёта доменной печи (стр. 2 из 2)
Всё это вызвало необходимость использовать в расчетах теплообмена в шахтных печах коэффициенты теплоотдачи на единицу объема αv[Вт/(м3 ∙ К)] и на единицу поверхности αF [Вт/(м2 ∙ К)], связанные между собой следующим соотношением:
, (4)где F – средняя удельная поверхность кусков шихты (м2/м3).
Для определения коэффициента теплоотдачи на единицу поверхности кусков могут быть использованы эмпирические уравнения. Одно из таких уравнений, полученное А.Н. Чернятиным, имеет следующий вид
, (5)где ψ – коэффициент формы, учитывающий потери поверхности в местах контактов между кусками. Для кусков руды ψ = 0,86.
Используя выражения (4) и (5), можно найти коэффициенты αF и αv, необходимые для расчетов по уравнениям (2) и (3).
В реальных условиях работы доменной печи наблюдаются отклонения в постоянстве соотношения водяных эквивалентов, вызванные влиянием физико-химических процессов, протекающих в объеме печи.
В условиях работы доменной печи по ее высоте разграничиваются три зоны теплообмена на (рисунке 3): 1) верхняя зона, в которой теплообмен происходит в условиях Wг > Wш и тепло газа используется не полностью; 2) средняя зона, в которой теплообмен происходит вследствие протекающих в ней экзотермических реакций, и 3) нижняя зона (при Wг < Wш), в которой наблюдается самый интенсивный теплообмен.
Эти положения объясняют ряд известных положений, замеченных на практике. Например, тепло нагретого дутья полностью используется в нижней части печи, поскольку здесь Wг < Wш и происходит интенсивный теплообмен; введение кислорода в дутье или уменьшение удельного расхода кокса снижает температуру колошника благодаря тому, что уменьшаются количество газов и Wг.
Во всех случаях необходимо производить расчет шихты по методике, т. е. по формулам (1) и (2):
(1) 
(2)При расчете шихты учитывают угар элементов, который зависит от применяемых материалов, а также от типа печи
1.3 Показатели работы доменных печей
Основным продуктом доменной плавки является передельный чугун, который в дальнейшем используется для получения стали. Он имеет следующий состав: 3,7 – 4,3 % С, 0,3 – 1,0 % Si, до 2 % Mn, 0,02 – 0,06 % S, остальное железо.
Качественный уровень работы доменной печи характеризуется отношением ее полезного объема (м3) к суточной выплавке чугуна (т) и называется коэффициентом использования полезного объема (к. и. п. о.), который обычно колеблется в пределах 0,43 – 0,75. Примерный материальный и тепловой балансы доменной плавки даны в (таблице 1 и 2).
Из теплового баланса видно, что физическое тепло газов используется в доменной печи очень хорошо, а этом отношении доменная печь является весьма совершенным агрегатом. Химически связанное тепло углерода используется не полностью, так как в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу, поскольку основное назначение доменной печи заключается в восстановлении железа из его оксидов. В результате неполного окисления углерода и водорода влаги в колошниковом газе, кроме СО, содержаться также горючие газы Н2 и СН4. В данном случае сухой колошниковый газ характеризуется теплотой сгорания Qнр = 4477 кДж/м3. Следовательно, на 1 кг чугуна с колошниковым газом уходит химической энергии тепла 4477 ∙ 2,684 = 11810 кДж, что составляет приближенно 44 % тепла, получаемого при сгорании кокса и природного газа.
Таблица 1 – Примерный материальный баланс доменной плавки на 1000 кг чугуна.
| Приход влажных материалов, кг | Выход продуктов, кг |
| 1. Кокс 6702. Агломерат 16503. Руда железная 1584. Окалина 1105. Известняк 3066. Дутьё сухое 24997. Влага дутья 318. Природный газ1 (132,5 м3) 104 | 1. Чугун 10002. Скрап 103. Шлак 7614. Газ сухой (2684 м3) 35855. Влага шихты 396. Влага, образовавшаяся в печи 1027. Пыль 32 |
| Итого 5528 | Итого 5528 |
| 1 – Стоимость тепла, выделяющегося при сгорании природного газа, в 10 раз меньше стоимости тепла, выделяющегося при сгорании кокса. | |
| Приход тепла, кДж (%) | Расход тепла, кДж (%) |
| 1. От сгорания С при соединениис О2, содержащимся в дутье 4335 (35,9)2. От сгорания природного газау фурм 272 (2,2)3. Энтальпия дутья за вычетом теплоты разложения влаги дутья 1465(14,6)4. От сгорания С в СО при соединении с О2, содержащимсяв руде 730 (6,0)5. От сгорания С в СО2 при соединении с О2, содержащимсяв руде 3663 (30,2)6. От сгорания Н2 до Н2О в печи 1362 (11,1) | 1. На диссоциацию оксидов 6816 (57,2)2. То же, сернистых соединений 8 (-)3. То же, карбонатов за вычетомтеплоты шлакообразования 314 (2,6)4. На выделение гидратной влаги 21 (-)5. Энтальпия чугуна 1215 (10,3)6. То же, шлака 1153 (10,0)7. На испарение влаги шихты 92 (0,8) 8. На нагрев водяных паров до температуры колошника 92 (0,8)9. Энтальпия сухого колошникового газа 1385 (11,6) 10. На потери с охлаждающейводой 455 (3,7)11. На потери в окружающее пространство (по разности) 364 (3,0) |
| Итого 11827 (100) | Итого 11827 (100) |
Таблица 2 – Примерный тепловой баланс доменной плавки на 1 кг чугуна
Заключение
Технико-экономическая оценка доменных печей
С целью экономии дорогостоящего кокса дутье доменной печи нагревают в воздухонагревателях. Еще недавно температура нагрева дутья достигала 873 – 973 К. В последнее время в связи с улучшением физико-химических свойств проплавляемых материалов стало возможным применять высокотемпературное дутье (1723 – 1473 К). Это позволило уменьшить расход топлива (кокса) на 10 – 15 % и более, а также частично заменить кокс природным газом и повысить содержание кислорода в дутье. Применение этих мероприятий позволило увеличить производительность печей.
Список использованных источников
1 Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей – 1 том / Ю. П. Филимонов, В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 477 с.