Технологический расчёт доменной плавки

Выход чугуна из компонентов шихты  рассчитывается по формуле, (кг/кг материала):

Здесь Fe, Mn, P – содержание железа, марганца и фосфора в данном материале

- коэффициенты перехода железа, марганца, фосфора в чугун, доли  единиц;

- содержание кремния, серы и углерода в чугуне, %.

Таблица 9

Выход чугуна, кг/кг материала

Показатели	Агломерат	Флюс	Кокс
	59.54	19.560	0.689
	0.037	2.835	-
	0.024	-	-
	59.601	22.395	0.689
	5.220	5.220	5.220
	0.629	0.236	0.007

 

Уравнение материального  баланса по выходу чугуна:

,

Где А – расход железорудных материалов (агломерат, окатыши руда)

       Ф – расход флюса

       К – расход кокса

После подстановки соответствующих  уравнение принимает вид:

                            0.629×A+0.236×Ф+0,007×К=100

1.3. Уравнение по балансу основных  и кислых оксидов

Где , где - основность доменного шлака , - количество диоксида кремния, расходуемого на восстановление кремния.

            

Таким образом, уравнение по основности принимает вид:

                                         0,520×А+18,216×Ф-10,00×К=0

1.4 Составление уравнения теплового  баланса

1.4.1. Теоретический выход шлака  каждого компонента шихты (Ш):

1.4.2 Определение полезного  расхода тепла на доменную  плавку, кДж/кг материала

1.4.2.1 Расход тепла на диссоциацию  окислов и других соединений:

1.4.2.2. Расход тепла на разложение гидратов и карбонатов:

                                                            

1.4.2.3 Расход тепла на испарение  влаги шихты:

                                            

1.4.2.4. Расход тепла на нагрев  чугуна:

                                          

1.4.2.5. Расход тепла на нагрев  шлака, 

                                                         

                 

Полезный расход тепла

                      

1.4.3 Расход тепла на нагрев  газов, выделяющихся из шихты:

                                               

1.4.4 Характеристика вдуваемого в печь восстановительного газа.

1.4.4.1 Тепло неполного горения  природного газа, кДж/м³

1.4.4.2 Суммарное содержание углерода, водорода, кислорода и азота в  природном газе, м³/м³:

                 

1.4.4.3. Расход влажного дутья,  м³/м³ природного газа:

                                          

где f – влажность дутья,

1.4.4.4 Выход горнового газа, м³/м³ природного газа:

                            

1.4.5 Характеристика кокса, сгорающего  перед воздушными фурмами 

1.4.5.1 Расход влажного дутья, м³/кг С_ф:

                                            

1.4.5.2. Выход горнового газа, м³/кг С_ф:

                                  

1.4.6. Расход восстановителей С,  СО и Н₂

1.4.6.1. Определение количества кислорода,  переходящего в газ из шихты,  кг/100 кг материала: 

Общее количество кислорода, переходящего в газ из восстанавливаемых оксидов:

Кроме того в газ переходит  кислород диоксида углерода, карбонатов и летучих веществ кокса  , а также кислород и оксид углерода летучих веществ

Общее количество газифицированного  кислорода шихты:

 

 

Таблица 10

Расчётная формула	Агломерат	Флюс	Кокс
1. Восстановление
	7,404	0,77	0,099
2. Восстановление
	17,01	5,59	0,197
3. Восстановление
	0,40	0,96	0,004
Итого	24,814	7,320	0,300

 

1.4.6.2. Расход природного газа, м³/кг С_Ф:

                       

Принимаем 0.15

Теоретическая температура горения:

                          

1.4.6.3 Суммарный расход  дутья, м³/кг С_Ф,

                                      

1.4.6.4. Суммарный выход  фурменного газа, м³/кг С_ф:

                                     

В том числе окиси  углерода, водорода и азота, м³/кг С_Ф

                                   

1.4.7. Расход углерода, окиси углерода и водорода  на восстановление

1.4.7.1 Определение доли  кислорода непрямого восстановления, отнимаемого окисью углерода

                                      

1.4.7.2. Определение степени  прямого восстановления (по А.Н.Рамму):

                           

2.4.7.3. Расчёт расхода  восстановителей представлен в таблице

 

Таблица 11

Расчетная формула	Агломерат	Флюс	Кокс
Количество О2 отнятого прямым путём	17.01×0.433+0.40	5.59×0.433+0.96	0.197×0.433+0.004
	7.765	3.380	0.089
Количество О2, отнятого косвенным путём	24.814-7.765	7,320-3.380	0,300-0.089
	17.049	3.94	0.211
В том числе	17.049×0.826=14.082	3.94×0.826=3.254	0.211×0.826=0.174
	2.967	0.686	0.037
Расход С на прямое восстановление	0.75×7.765	0.75×3.380	0.75×0.089
	5.824	2.535	0.067
Расход СO на косвенное восстановление	1.4×14.082	1.4×3.254	1.4×0.174
	19.715	4.556	0.244
Расход H2 на восстановление	1.4×2.967	1.4×0.686	1.4×0.037
	4.154	0.96	0.052

 

1.4.8. Определение теплосодержания  дутья, кДж/м³

Где f- влажность дутья, доли единиц; - температура дутья; С₀, - теплоёмкость соответственно двух атомных и водяного пара, кДж/м³ , ⁰С, - тепло разложения влаги дутья ( = кДж/м³)

                         I_д=1150×(1,41+0,01×1,72)-0,01×242800/22,4=1641

1.4.9. Определение теплоотдачи  углерода кокса, сгорающего у  фурм, кДж/кг С_d

                          

1.4.10. Определение теплоотдачи  углерода кокса расходуемой на прямое восстановление углерода, кДж/кг С_d,

                             

1.4.11. Определение теплоотдачи  окиси углерода и водорода, расходуемых  на косвенное восстановление, кДж/м³

                  

                   

1.4.12. Определение тепловых  характеристик каждого компонента  доменной шихты, кДж/кг материала

Тепловой эквивалент:

При расчёте тепловых эквивалентов и составлении трёх балансовых уравнений учитываем, что:

а) углерод прямого  восстановления не доходит до воздушных  фурм (окисляется кислородом шихты) и, следовательно, потеря тепла составляет . Поэтому тепловой эквивалент каждого материала уменьшается на величину ;

б) в уравнении теплового  баланса не учитывается углерод, переходящий в чугун; в связи  с этим расход кокса, определяемый решением системы уравнений, следует увеличить  на величину ; соответственно надо внести изменения в уравнения материального баланса: по выходу чугуна на величину , по основности шлака — на величину .

Тепловой эквивалент , с учетом сказанного выше:

для агломерата:

           для флюса:

          для кокса:

1.5. Запишем балансовые  уравнения 

 

Материал	Расход кг/100кг чугуна
Агломерат (А)	150.036
Флюс (Ф)	22.387
Кокс (к)	43.153

Расход кокса с учётом углерода переходящего в чугун равен:

                       

Проверяем правильность расчёта путём составления поверочных таблиц чугуна и шлака.

 

Таблица 12

Поверочная таблица состава чугуна

Компонент шихты	Расход кг/100 кг чугуна	Fe		Mn		P		S		Si кг	С кг	кг
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Агломерат	150.04	59.66	89.51	0.062	0.093	0.024	0.036	0.01	0.015
Кокс	48.58	0.69	0.335	-	-	-	-	0.45	0.219
Флюс	22,39	19,6	4,39	4,752	1,06	-	-	-	-
Итого вно сится			94,235		1,153		0,036		0,234
Переходит в шлак			0,188		0,461		0		0,215
Переходит в газ			-		-		-		0,009
Переходит в чугун			94,047		0,692		0,036		0,010	0.500	4.700	99,985
Состав чугуна		94,062%		0,692%		0,036%		0,010%		0,50%	4,70%	100%