Тепловой расчет вагранки

m_k=0.1×_ших=0.1×100=10кг

При плавке часть углерода кокса переходит в жидкий металл (0,378кг) и в процессе горения не участвует. В вагранке горит 9,489-0,378= 9,11кг кокса, принимаем 75% (6,833кг) в CO₂ и 25% (2,278кг) в CO.

Часть серы кокса также не горит, а переходит в жидкий металл

(0,039 *0,6=0,023кг), а остальная част серы (0,039- 0.023=0,016кг) горит до SO₂. Зола кокса полностью перехолит в шлак.

3. Известняк. Принимаем расход известняка равным 3 % массы металлической шихты

Mщ=0,03mших=0,03×100=3кг; При нагреве известняк разлагается по реакции CaCO₂   Ca + CO₂.

Из 3кг известняка образуется 1,68 кг СаО (переходит в шлак) и 1,32 кг СО2 (в ваграночные газы).

4. Расход дутьевого воздуха. Для каждого элемента металлической шихты и кокса определяют требуемое количество кислорода. Количество азота, поступающее с кислородом воздуха, находят обычным способом: ( см. табл.)

M_в= m_(O2)+ m_(N2)=23,16+76,22=99,28кг

5. Разгар футеровки. Примем разгар футеровки 10кг на 1т выплавляемого чугуна, т.е. = 1 кг на 100кг шихты:mф=1кг

6. Итого статьи прихода:

m_прих=Мших+m_к+mи_из+m_в+m_ф=100+10+3+99,28+1=208,28кг.

 

Статьи расхода:

1. Выплавленный металл. На 100кг шихты выплавляется 99,39кг металла.m_м=99,39кг.

2. Ваграночные газы. Общее количество образующихся газов 109,666кг, в том числе: 26,36кг CO2 ; 6,09кгСО; 0,845H2О; 0,03кгSO2; 76,34кг N2; ( см. табл.)

Mп.г=109,666кг

3. Шлак. Образуется из зоны кокса, известняка, футеровки и окислов кремния, марганца и железа. Общее количество шлака 5,43кг.

Мшл= 5,43кг.

Итого статьи расхода:

M_расх=m_м+m_пг.+m_шл. =99,39+109,666+5,43=214,49

 

 

Материальный баланс плавки в вагранке Таблица №4

Наименование материала	Элемент Кг	Реакция окисления	Воздух, кг		Металл	Шлак	Продукты плавки, кг
			О2	N2			СО2	CO	Н2О	SO2	N2
Шихта 100 кг	C, 2,75	-	-	-	2,75	-	-	-	-	-	-
	Si, 2,3	-	-	-	2,3	-	-	-	-	-	-
	Si, 0,4	Si+O2=SiO2	0.46	1.51	-	0.86	-	-	-	-	1,51
	Mn, 0,56	-	-	-	0.56	-	-	-	-	-	-
	Mn, 0,14	Mn+1/2 O2=Mn O	0.04	0.13	-	0.18	-	-	-	-	0.13
	S, 0.06	-	-	-	0.06	-	-	-	-	-	-
	P, 0,09				0,09
	Cr, 0,3				0,3
	Ni, 0,2	-	-	-	0.2	-	-	-	-	-	-
	Fe, 92,73	-	-	-	92,7	-	-	-	-	-	-
	Fe, 0,47	Fe+1/2O2=FeO	0.13	0.044	-	0.6	-	-	-	-	0,44
Кокс 10кг	Ср 6,83	C+O2=CO2	18,21	59.91	-	-	25,04	-	-	-	59,91
	Ср 2,87	C+1/2 O2=CO	3,82	12,58	-	-	-	6,09	-	-	12,58
	Ср 0.378	-	-	-	0,378		-	-	-	-	-
	Нр 0.065	H2+1/2 O2=H2O	0,52	1,71	-	-	-	-	0,585-	-	1,71
	Ор 0.031	-	-0,031	-0,103	-	-	-	-		-	-0,103
	Nр 0.114	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,114
	Sр 0.015	S+O2=SO2	0.015	0,05	-	-	-	-	-	0,03	0,,05
	Sр 0.23	-	-	-	0,023	-	-	-	-		-
	Wр 0.26	-	-	-	-	-	-	-	0,26	-	-
	Aр 1.11	-	-	-	-	1,11	-	-		-	-
	Ca CO3	CaCO3          Ca+CO2				1,68	1,32
Футеровка 1 кг	1.0	-	-	-	-	1.0	-	-	-	-	-
Воздух 99,28кг	О2 23,16	-	23,16	76,22	99,39	5,43	26,36	6,09	0,845	0,03	76,34
	N2 76,12	-					Всего газов: 109,666

 

 

5.Тепловой баланс плавки

Статьи прихода:

1). Теплота сгорания кокса. Определяем по формуле Д. И. Менделеева, учитывая, что часть углерода и серы кокса в процессе горения не участвует:

Qнр =339 пс Ср+1030 * Нр-109(Ор-пс Sр)-25 *Wр=36595кДж

При расходе кокса 10кг

Qтопл.= m_к *Q_н^р  = 10* 36595 = 365950кДж

2). Теплота вносимая с воздухом. При плотности воздуха 1,29кг/м объём воздуха на 100кг шихты:

Vв =mв/рв=99.28 /1.29=76.96 м3

температура воздуха 455С, удельная теплоёмкость воздуха при 455С

Св=1,33кДж/(м3*К)

Qв=mв*tв*Vв=1,33*7696*455=46572кДж

3). Теплота, выделяемая при окислении кремния,

QSL=29400*mSI=29400*0.4=11760 кДж.

4). Теплота, выделяемая при окислении марганца,

Qмn=6900*0.14=966кДж.

5). Теплота, выделяемая при окислении железа,

Q_Fe=4990*0.0,47=23,45кДж.

6). Теплота, выделяемая при шлакообразовании,

Qшл=258*5,43=1400,9кДж.

Итого приход:

Q_прих=Qтаз+Qв+Qsi+Q_Mn+Q_Fe+Qшл;

_Qприхк=365950+46972+11760+966+2345+1400=428994кДж

Статьи расхода.

1). Расход теплоты на перегрев и расплавление металла:

Q_м=m_м*(Стм *Tпл+Cпл+Cжм(tм-tпл))=99,39(0,75*1200+210+0,88(1470-

1200))= 133393,7кДж.

 

2). Расход теплоты на расплавление и перегрев шлака. Температуру шлака примем равной 13500С:

Q_шл=m_шл(1.13 *tшл+272)=5,43(1,13*1350+272)=9952,4кДж.

3). Расход теплоты на разложение известняка:

Qиз= m_из**1620=1620*3=4860кДж.

4). Расход теплоты на испарения влаги:

Qвл=2500m_вл=2500*0,26=650кДж.

5). Физическая теплота ваграночных газов. Определим объёмный состав газов.

Плотность: CO₂=1.96кг/м3; CO=1,25кг/м3 Н₂О=0,8кг/м3 SO₂=2,86кг/м3 N₂=1,25кг/м³

В ваграночных газах содержиться: CO₂=26,36/1,96=13,44м³

CO 6,09/1,25=4,87м³

Н₂О=0,845/0,8=1,05; SO₂=0,03/2,86=0,0104; N₂=76,34/1,25=61,07;

Общий объём газов равен = 80,44м3, или:

CO₂(13,44/80,44)*100=16,70%

СО(4,87/80,44)*100=6,05%

H2O(1,05/80,44)*100=1,30%

SO₂(0.0104/80,44)*100=0,013%

N₂(61,07/80,44)*100=75,91%

Уделная теплоёмкость ваграночного газа при теипературе 500^ос:

C_пг=(С_CO2*CО₂+C_со*СО+С_H2O*Н₂О+C_SO2*SO₂+C_N2*N₃)/100=(2,01*16,7+

1,34*6,05+1,58*1,3+2,01*0,013+1,3*75,91)/100=1,424кДж/(M³K);

Тогда: Qп.г.=Cпг*tпг Vпг=1,33*500*79,008=52540,32кДж.

6). Расход теплоты с охлаждлающей водой. Примем общий расход воды для для охлаждения вагранки 50м3/ч или 250кг воды на 100кг шихты. Температура воды до вагранки 100С, после вагранки 300С.

Qвод=Cвод tвод mвод=1(30-10)250=5000кДж.

7). Расход теплоты за счёт содержания в ваграночных газах окиси углерода:

 

Q´п.г.=QcoVo=1270*4,87=61,849кДЖ .

После дожигания ваграночного газа, часть теплоты используется для подогрева воздуха.

8). Аккумуляция теплоты кладкой и прочие потери. Сумма перечисленных статей теплового баланса составляет:

Qм+Qшл+Qвл+Qиз+Qпг+Qвод+Q_пг=133937+9952,4+4860+650+ 57288+5000+61849=273536кДж.

Расход теплоты на аккумуляцию теплоты кладкой и прочие неучтённые потери определяем по разности между приходной частью баланса и подсчитанными выше статьями расхода баланса, т. е.

Qакк=Qприх-(Qм+Qшл+Qвл+Qиз+Qпг+Qвод+Q_пг)=428994-273536=155458кДж.

т.е. принятый ранее расход кокса на плавку достаточен.

Коэффициент полезного действия вагранки:

КПД=Qм*100/Qприх=133937*100/428994=31,22%

Коэффициент использования топлива:

КПД=Qм*100/Qтопл=133937*100/365950=37%

 

6. Расчёт размеров вагранки.

1. Диаметр вагранки в свету при удельной производительности 7,5т/м²*ч.

D=1.1

Где П- заданная производительность вагранки, т/ч;

m_{м -} удельная производительность вагранки, т/(м²ч)

2. Полезная высота вагранки ,т.е. расстояние от оси основного ряда фурм до порога загрузочного окна, м,

H_o=4.25

3. Общая высота вагранки без трубы: H₁=0.5м; H₂=2м;

Нобщ=Н₀+Н₂+Н₁=5,82+0,5+2=8,32м;

4. Диаметр металлической летки при скорости металла 1 м/с:

d_м.л=1.1

Диаметр шлаковой летки принимаем 60мм. На 30-50 мм больше металлической летки.

5. Сечение вагранки в свету:

Площадь поперечного сечения вагранки в свету, м²;

F= D²/4=3.14*1,88²/4=2,77 м²;

6. Суммарное сечение фурм при f1=0.15

F=0,15*2,77=0,415 м² ;

Количество воздуха , подаваемого в вагранку,

V_{в общ}= V_B*60*F=76.96*60*3.3=15238 м³/ч;

Диаметр воздуховодов при скорости воздуха 15 м/с

DB = 1.1*

7. Диаметр воздуховодов при скорости воздуха 15 м/с:

D_в=1,1

 

 

7. Список использованной литературы :

1 Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. 2 том. Под ред. Мастюрюков Б. С. : - Металлургия, 1986г. 376с.

           2Теплотехнические расчеты металлургических печей / под ред. А. С. Телегина:- Металлургия, 1970г.

3 Металлургическая теплотехника. 2. Конструкция и работа печей : Кривандин В. А. - Металлургия, 1986г. -592 с.

4 Теория, конструкции т расчеты металлургических печей. 1 том. Под  ред. В. А. ККривандина,  : - Металлургия, 1986г. 479 с.

           5. Справочник по чугунному литью/Под редакцией доктора технических наук Н.Г.Гиртовича.-3-е издание переработанное и дополненное - Ленинград : Машиностроение, 1978г. -758стр.

           6. Печи в литейном производстве: Атлас конструкций: Учебное пособие для студентов ВУЗов, обучающихся по специальностям ”Литейное производство черных и цветных металлов” и ”Машины и технологии литейного производства” / Б.П.Благонравов, В.А.Грачев, Ю.С. Сухарчук и др - Москва : Машиностроение, 1989г. -156стр.

           7. Телегин А. С., Лебедев Н. С. : Конструкции и расчет нагревательных устройств. - Машиностроение, 1989г.

          8. Атлас : Печи в литейном производстве : Л. М. Мариенбах - Машиностроение, 1965г.

 

Размещено на Allbest.ru

10