- •Задачи для активных форм обучения Исходные данные для расчетов
- •Задача 1. Определение количества элементов, внесенных металлической шихтой в кислородный конвертер
- •Задача 2. Определение состава стали после продувки
- •Задача 3. Определение угара элементов, количество кислорода и образующихся продуктов окисления
- •Задача 4. Расчет массы шлакообразующих материалов
- •Задача 5. Определение расхода извести
- •Задача 6. Определение массы и состава шлаков к концу продувки без оксидов железа
- •Задача 7. Определение массы и состава шлаков к концу продувки с оксидами железа
- •Задача 8. Определение выхода жидкой стали
- •Задача 9. Определение расхода кислородного дутья
- •Задача 10. Определение количества и состава газа, выделившегося из конвертера
- •Задача 11. Составление материального баланса плавки
- •Задача 12. Расчет количества тепла вносимого в кислородный конвертер
- •Задача 13. Расчет потерь тепла, затрачиваемых на физическое тепло выпускаемой стали и потерь металла
- •Задача 14. Расчет потерь тепла, затрачиваемых на физическое тепло шлака и корольки металла в шлаке
- •Задача 15. Расчет потерь тепла с отходящими газами При выплавке стали тепло расходуется и на нагрев отходящих газов, и на нагрев подаваемого газообразного технически чистого кислорода.
- •Потери тепла с отходящими газами рассчитываются при температуре 1600ºC.
- •Задача 16. Определение основных размеров конвертера
- •Задача 17. Потери тепла в окружающее пространство через стенки кислородного конвертера
- •Задача 18. Потери тепла излучением через открытую горловину конвертера и с охлаждение водой кислородной фурмы
- •Задача 19. Составление теплового баланса кислородно-конвертерного процесса
- •Задача 20. Расход тепла на нагрев охладителя и определение количество металлического лома
- •Задача 21. Расчет сопла фурмы
- •Список используемой литературы
Задача 11. Составление материального баланса плавки
Выполненные в задачах 1-10 расчеты позволяют составить таблицу 1.8 материального баланса кислородно-конвертерного процесса.
Таблица 1.8.
Материальный баланс кислородно-конвертерного процесса
Статьи расхода |
Статьи прихода |
||
Наименование материала |
кг |
Наименование материала |
кг |
1. Чугун + лом |
100 |
(задача 8) |
91,628 |
2. Известь ( задача 5) |
7,783 |
(задача 7) |
10,633 |
3. Технический кислород (задача 10) |
7,221 |
(задача 10) |
9,416 |
4. Боксит (табл.3) |
1 |
(задача 5) |
1,946 |
5. Футеровка (табл.3) |
0,4 |
5. Выбросы металла (задача 8) |
1 |
|
|
(задача 8) |
1,063 |
(задача 3) |
0,714 |
||
8. Невязка |
0,004 |
||
Итого расход |
116,404 |
Итого приход |
116,404 |
Строка «невязка» получена в результате вычитания из итогового значения статей расхода, итогового значения статей прихода. Величина невязки не должна превышать 0,5 кг (%).
Задача 12. Расчет количества тепла вносимого в кислородный конвертер
Процесс выплавки стали в кислородном конвертере осуществляется только за счет химического тепла экзотермических реакций окисления примесей чугуна и физического тепла, вносимого жидким чугуном [2].
Физическое тепло чугуна при его температуре t = 1300 ºC, определяется
Qчуг = Gчуг·[ Cчуг.т · tпл + Lпл + Cчуг.ж · (tж - tпл )], (2.1)
где Gчуг – количество загружаемого чугуна на 100 кг металлической шихты (задача 1); Cчуг.т, Cчуг.ж – теплоемкость твердого и жидкого чугуна соответственно, Cчуг.т = 0,737 кДж/кг·град, Cчуг.ж = 0,837 кДж/кг·град; Lпл – теплота плавления чугуна, Lпл = 217,7 кДж/кг; tпл – температура плавления чугуна, tпл = 1200ºC; tж − температура заливаемого чугуна, дана в задании, составляет 1300оС.
Тепло экзотермических реакций
- тепло от окисления углерода до CO2
QC−CO2 = gC−CO2 · qCO2 , (2.2)
где qCO2 - тепловой эффект от окисления углерода до СО2 = 33167 кДж/кг; gC−CO2 – количество углерода окислившегося до СО2 = 0,36 кг (см. табл. 1.3, первая колонка);
- тепло от окисления углерода до CO, при тепловом эффекте qCO = 9924 кДж/кг, и gC−CO = 3,24 (см.табл. 1.3) рассчитывается по следующей формуле
QC−CO = g C−CO · qCO. (2.3)
По аналогии рассчитываем количество тепла, поступившего от реакций окисления примесей чугуна:
- тепло от окисления кремния до SiO2, при qSi = 32210 кДж/кг;
- тепло от окисления Mn до MnO, при qMn = 7400 кДж/кг,
- тепло от окисления P до P2O5, при q P = 24677 кДж/кг,
- тепло образования (CaO)4P2O5, при q’P = 11137 кДж/кг,
- тепло образования (CaO)2SiO2, при тепловом эффекте q = 2319,6 кДж/кг, в шлак переходит 1,789 кг SiO2 (табл. 3.2, четвертая колонка.)
- тепло от окисления Fe до Fe2O3. Окисляется 0,5 кг Fe при переходе в пыль в виде Fe2O3 (см. задание) и 0,0616 кг (см. раздел. 3.3) железа переходит в шлак в виде Fe2O3 с тепловым эффектом q'Fe−Fe2O3 = 7366 кДж/кг.
QFe−Fe2O3 = gFe−Fe2O3 q 'Fe−Fe2O3 , (2.4)
- тепло от окисления 0,827 кг. Fe (см. раздел 3.3) до FeO, тепловым эффектом q'Fe-FeO = 4321 кДж/кг.
QFe−FeO = gFe – FeO q'Fe−FeO. (2.5)
Пример расчета
Физическое тепло заливаемого чугуна составит
Qчуг = 90 · [ 0,737 · 1200 + 217,7 + 0,837· (1300 – 1200) ] = 106722 кДж.
Тепло экзотермических реакций:
QC−CO2 = 0,36 33167 = 11940 кДж.
QC−CO = 3,24 9924 = 32154 кДж.
QSi−SiO2 = 0,835 32210 = 26895 кДж.
QMn– MnO = 0,4 7400 = 2960 кДж.
QP−P2O5 = 0,0585 24677 = 1443 кДж.
Q'P = 0,0585 11137 = 652 кДж.
Q(CaO)2 SiO2 = 1,789 2319,6 = 4150 кДж.
QFe−Fe2O3 = (0,5 + 0,0616) 7366 = 4137 кДж.
QFe−FeO = 0,827 4321 = 3573 кДж.
Итого приход тепла составит:
106722 + 11940 + 32154 + 26895 + 2960 + 1443 + 652+ 4150 + 4137 + 3573 = 194623 кДж.
Ответ: Приход тепла в кислородный конвертер от жидкого чугуна и экзотермических реакций окисления составит 194623 кДж.