Задача 13. Расчет потерь тепла, затрачиваемых на физическое тепло выпускаемой стали и потерь металла

В процессе выплавки стали, полученное в кислородном конвертере тепло расходуется на сталь, выбросы металла, с пылевидным оксидом Fe₂О₃ и др. Рассчитаем затраты тепла по следующим статьям:

1. Физическое тепло выпускаемой стали при температуре 1620ºC и выходе стали Gст = 91,628 кг. (табл.1.8) составит

Q_ст = G_ст  [C_ст.т  t '_пл + L'_пл + C_ст.ж  ( t'_ж – t'_пл )], (2.6)

где Cст.т , Cсг.ж – теплоемкость твердой и жидкой стали соответственно, Cст.т = 0,699 кДж/кг·град, Cст.ж = 0,837 кДж/кг·град; Lпл – теплота плавления стали = 272 кДж/кг; tпл – температура плавления стали составляет 1500ºC; t_ж − температура выпускаемой стали (1620^оС).

2. Физическое тепло выбросов металла при средней их температуре 1450 ºC, и их массе 1 кг (см. табл. 1.8) рассчитывается по формуле

Q_В = g_в  [C_ч.т  t _пл + L_пл + C_ч.ж  ( t_ж – t _пл )]. (2.7) Теплофизические свойства принимаем, как для чугуна.

3. Физическое тепло пылевидного оксида Fe₂О₃ в количестве 0,714 кг (табл. 1.8), уносимого газами при температуре 1600 ºC определяется по формуле

Q_Fe2O3 = g_Fe2O3  C_Fe2O3  t_газов., (2.8)

где C_Fe2O3 - средняя теплоемкость Fe₂О₃ при 1600^оС, составляет 0,979 кДж/кгград.

Пример расчета

Q_ст = 91,628 [0,699  1500 + 272 + 0,837 (1620 – 1500 )] = 130197 кДж.

Q_в = 1  [ 0,737  1200 + 217,7 + 0,837  ( 1450 – 1200 )] = 1311 кДж.

Q_Fe2O3 = 0,714  0,979  1600 = 1118 кДж

Задача 14. Расчет потерь тепла, затрачиваемых на физическое тепло шлака и корольки металла в шлаке

В процессе выплавки стали, полученное в кислородном конвертере тепло расходуется на нагрев шлака и корольки железа в шлаке. Рассчитаем затраты тепла по следующим статьям:

1. Физическое тепло выпускаемого шлака в количестве G_шл = 10,633 кг (табл. 1.8), при температуре 1670 ºC, определяется по формуле

Q_шл = G_шл·[ C_шл.т · t_пл.шл + L_пл.шл + C_шл.ж · (t_шл.ж - t_шл.пл )], (2.9)

где C_шл.т , C_шл.ж – теплоемкость твердого и жидкого шлака соответственно, C_шл._т = 1,197 кДж/кг·град, C_шл.ж = 1,248 кДж/кг·град; L_пл – теплота плавления шлака = 209 кДж/кг; t_пл – температура плавления шлака составляет 1550ºC; t_ж- температура выпускаемого шлака (1670^оС).

2. Физическое тепло корольков металла в шлаке рассчитывается по формуле

Q_к = g_к  [C_ст.т  t'_пл + L'_пл + C_ст.ж  (t'_ж – t'_пл )]. (2.10)

Корольки попадают в шлак при температуре жидкой стали, их масса 1,066 кг (табл.1.8), теплофизические характеристики те же, что и, у выпускаемой стали.

Пример расчета

Q_шл = 10,633[1,197  1550 + 209 + 1,248(1670 – 1550)]= 23542 кДж.

Q_к =1,063 [0,6991500 + 272 + 0,837  (1620 – 1500)] = 1511 кДж.

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.

1. Потери тепла с отходящими газами рассчитываются при температуре 1600ºC.

Q_газ = (∑C_i  V_i)  t_г. (2.11)

Объемные массы газов (V_i) см. табл. 1.7 (значения в скобках). Средние значения теплоемкостей газов в кДж/м³град составляют:

C_CO = 1,474; C_CO2 = 2,357; C_H2O = 1,876; C_N2 = 1,453; C_O2 = 1,537.

Следовательно, потери тепла с отходящими газами можно рассчитать

Q_газ = (C_CO  V_CO + C_CO2  V_CO2 + C_H2O  V_H2O + C_N2  V_N2 + C_O2  V_O2) 1600. (2.12)

2. Тепло, расходуемое на нагрев кислородного дутья

При выходе из фурмы кислород расширяется, что приводит к уменьшению температуры, которую можно определить по формуле

T_г = T₁  ( P₂ / P₁ ) ^{( K-1) /K} , (2.12 )

где T_г – абсолютная температура газа после расширения, К; T₁ – температура газа перед выходом из фурмы, К (можно принять T₁ = 30 + 273 = 303 К); P₁ – давление кислорода до расширения (принимаем 8 атм.); P₂ – давление кислорода после расширения (принимаем 1атм.); К – адиабатический коэффициент (К = С_p /С_v = 1,4).

Т_г = 303  (1/8) ^{[(1,4 −1) /1,4]} = 164 К (−109 ºC).

При такой температуре теплоемкость кислорода составляет 1,298 кДж/м³.град. Тогда расход тепла на нагрев кислорода до 0 ^оС, объемом V_O2 (см. задачу 10, стр.14) составит

Q_O2 = V_O2  C_O2  T_г. (2.13)

Пример расчета

Q_газ = (1,4746,048 +2,3570,731 +1,8760,124 + 1,4530,028 +1,5370,198)1600 = 17942 кДж.

Расход тепла на нагрев кислорода объемом 5,055 м³ (см. стр.10)

Q_O2 = 5,055  1,298  109 = 715 кДж.