5. Выход колошникового газа и расход дутья

   Метод расчета			Расчетные формулы	Результат
   				Нм3/т чугуна	Кг/т чугуна
   Выход сухого колошникового газа
   С,О C,N O, N				1403 1427	1838 1855
   Расход сухого дутья
   C, O C, N O, N				887 902 918	1144 1164 1184
   Количество водяного пара, образовавшегося в печи
   				59	47
   Количество углерода горючего, сгоревшего у фурм
   					139

6. Баланс элементов переходящих в газ

   Метод расчета	Расчетные формулы	Результат
   С, О	Баланс азота (нм3/т чугуна) Из дутья: VД(1-)=902*(1-0,268)= Из горючего: 0,8NШ=0,8*5,97=	660,264 4,8
   	Сумма	665,064
   	В колошниковом газе: VГN2=1415*0,474=	70,71
   	Невязка	-5,6
   C, N	Баланс кислорода (мн3/т чугуна) Из дутья: VД(+0,5)=902*(0,268+0,5*0,0153)= Из шихты: 0,7OШ=0,7410,293=	248,636 287,205
   	Сумма	535,841
   	В колошниковом газе: VГ(CO2+0,5CO)+0,5H2=1415*(0,235+0,5*0,253)+0,5*59=	541,023
   	Невязка	-5,182
   O, N	Баланс углерода (кг/т чугуна) Из шихты перешло в газ: Сш= Из ПУТ перешло в газ: СПУТ=	224,891 142,214
   	Сумма	367,105
   	В колошниковом газе: (12/22,4)(CO2+CO+CH4)VГ=(12/22,4)(0,235+0,253+0,0)1415=	369,921 52,81
   	Сумма
   	Невязка	2,816

7. Сводный материальный баланс

Поступило в печь влажных материалов	Кг/т чугуна	Получено из печи	Кг/т чугуна
Кокс ПУТ Железная руда Агломерат Окатыши офлюс Окатыши кислые Восстан. железо Кварцит Боксит Другие флюсы Дутье сухое Влага дутья	332,1 176,9 283,6 982,0 167,0 129,0 18,2 6,2 1,0 3,0 1164 11,09	Чугун………………………………… Скрап……………………………….. Шлак………………………………… Газ сухой колошниковый….……… Влага из шихты…...……………...…. Водяной пар, образовавшийся в печи………………………………….. Пыль ………………..………………. Невязка	1000,0 5,0 266,0 1846,5 36,03 60,0 31,37 29,59
Сумма	3274,09	Сумма	3244,5

5. Развитие прямого восстановления

Метод Расчета	Расчетные формулы	Результат
Количество кислорода, отнятого непрямым путём (кг/т чугуна)
C, O C, N O, N	Oi=(1/1,4)*(CO2*Vг+∆H2)-0,5*O4 = 0,88*(0,235*1403+59) – 0,5*4,58 То же Oi=(1/1,4)*(CO2*Vг+∆H2)-0,5*O4 = 0,88*(0,235*1427+59) – 0,5*4,58	275,36 275,36 279,39
Количество кислорода, отнятого прямым путём (кг/т чугуна)
C, O O, N C, N	Od=Or – Oi=402,023– 275,36= То же Od=(4/3)*Cd= (4/3)*(CшСкарбСсо2летССО лет(12/22,4)*CH4VГ  Сф) = =1,33*(224,891 - 0,35 – 0,3 – 0,61 - 0,536*0*1390- 139) =	126,663 126,663 112,841
Степень прямого восстановления железа rd
C, O C, N O, N	Rd=(Od-O3)/O2 = (126,663 – 8,07)/267,941= То же Rd=(Od-O3)/O2 = (112,841 – 8,07)/267,941=	0,443 0,443 0,391

13 Тепловой баланс

Статьи прихода и расхода тепла	Ккал/кг Чугуна	%
ПРИХОД ТЕПЛА:
Теплота горения углерода кокса у фурм: q1 =Cфс =1392,340 =	325,26		13,78
Теплота горения ПУТ у фурм: q2 = QПУТqПУТ = 175,141,6615 =	290,995		12,33
Теплосодержание ПУТ: q3 = QПУТcGtG = 175,140,31	54,293		2,31
Теплосодержание дутья за вычетом теплоты разложения влаги дутья: q4 = Vд[(co+ сн2о)tд2,580=902(0,3617+0,0153*0,4443) – 2,58*0,0153=	332,346		14,08
Всего в области горения	1002,894		42,49
Теплота окисления С в СО в процессах прямого восстановления: q5 =(3/4)*Odc=(3/4)*119,7522,340=	210,165		8,90
Окисление СО вСО2: q6 =3,022(1,4ОiН2)=3,022(1,4277,37559,0)=	995,220		42,16
Окисление Н2 в Н2О: q7 =2,580Н2=2,58059,0=	152,22		6,45
Всего в области восстановления	1357,605		57,51
Общий приход тепла	2360,499		100
РАСХОД ТЕПЛА:
Диссоциация оксидов ( из табл.9): q’1 =	1664,75		70,53
Диссоциация сернистых соединений: q’2 =0,400FeFeSFe=0,42,63 =	1,052		0,4
Диссоциация карбонатов за вычетом теплоты шлакообразования: q’3 =0,622CO2CaO+0,348CO2MgO =0,622*1,252 +0,348*0,018	0,785
Выделение гидратной влаги: q’4 =0,586H2Oхим=0,586  8,6 =	5,040		0,21
Теплосодержание чугуна: q’5 =Qe=	300		12,71
Теплосодержание шлака: q’6 =UQu =266 	117,04		4,96
	2088,667		88,48
Теплосодержание агломерата (вычет): q’7 =	0		0
Полезный расход тепла Q0’=	2088,667		88,48
Испарение влаги шихты: q’8 =0,586H2Oобщ =0,58636,03 =	21,114		0,9
Нагрев водяных паров до температуры колошника: q’9 =(1,244H2Oобщ+Н2)сн2о tr =(1,24436,03+59,0)0,4443 =	46,128		1,95
Теплосодержание сухого кокса колошникового газа: q’10 =VГcГtГ =14150,02175 =	30,776		1,30
Потери тепла в окружающем пространстве (по разности): q’13=	173,814		7,36
Общие потери тепла	271,832		11,52
Общий расход тепла Q’=	2360,499		100

ВЫВОДЫ

Производство чугуна из железных руд является весьма энергоёмким процессом. Более половины тепловой энергии, затрачиваемой для получения конечной продукции металлургического производства, приходится на доменную или восстановительную плавку. Энергетические потребности доменного процесса обеспечиваются относительно высоким расходом дорогостоящих кокса и топливных добавок: природного газа, мазута, угольной пыли. Таким образом, снижение затрат тепла на выплавку 1 т чугуна и, соответственно, расхода топлива значительно снижает себестоимость стали и повышает конкурентоспособность всего металлургического предприятия.

Энергетические затраты на выплавку 1 т металла определяют в ходе расчета теплового баланса доменной плавки. Расчеты расхода компонентов шихты проводят различными способами. Научную базу для расчетов заложили работы А.Н. Рамма, который впервые объединил в одних уравнениях материальные и тепловые показатели и ввел понятие тепловых эквивалентов материалов. Расчеты по методу Рамма широко используют в проектных и исследовательских разработках.

При расчете материально-теплового баланса доменной печи №9 «TYSSEN KRUPP» балансы сходились с малой невязкой. Рассчитанное количество тепла, образующееся в печи в результате протекания тех или иных процессов, составило 2360,499 ккал/кг чугуна. Максимальное количество тепла, согласно тепловому балансу, пришло, в большей степени, за счет окисления СО до СО₂, в области восстановления и составило 1357,605 ккал/кг чугуна или 57,51 % от общего прихода тепла. В области горения преобладающими по количеству пришедшего тепла (332,346, 325,26 и 290,995 ккал/кг чугуна соответственно) являются статьи теплосодержания дутья за вычетом теплоты разложения влаги дутья, теплота горения кокса и ПУТ у фурм. Расход дутья, исходя из материального баланса, равен 902 нм³/т чугуна. Степень прямого восстановления – 0,426. Полезный расход тепла в доменной печи в данных условиях равен 2088,667 ккал/т чугуна и большая часть его, а именно 70,53 % от общего расхода тепла, идет на процесс диссоциации оксидов. Пришедшее в доменную печь тепло также теряется с колошниковой пылью и газом (1415 нм³/т чугуна), охлаждающей водой и во внешнее пространство. Общие потери тепла составили 271,832 ккал/кг чугуна.

На металлургических предприятиях Украины расход кокса на выплавку 1 т чугуна составляет 450-550 кг, что на 100-150 кг/т превышает уровень подобных затрат в доменных цехах в странах Европы. Снижение расхода кокса и ПГ являются определяющим резервом снижения себестоимости чугуна, повышения рентабельности и конкурентоспособности украинской металлургии.

На основе принципа полной и комплексной компенсации и за счет корректного выбора компенсирующих мероприятий был спроектирован технологический режим доменной плавки с заменой кокса (– 10,7 кг/т чугуна) пылеугольным топливом, с увеличением производства на 31,7 т/сутки, с снижением содержания серы в чугуне на 0,0005 % и себестоимости чугуна на 15 грн./т чугуна.

Зарубежный и отечественный опыт показывает целесообразность и эффективность интенсификации подготовки кокса к плавке и увеличения расхода коксового орешка до 30 и даже 50 % от расхода твердого топлива, что в итоге может обеспечить повышение замены скипового кокса коксовым орешком и ПУТ до 60-80 % и снижение расхода скипового кокса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рамм А.Н. Современный доменный процесс. – М.: Металлургия, 1980. – 303 с.

2. Рамм А.Н. Определение технологических показателей доменной плавки: Методическое руководство – Л.: ЛПИ, 1974. – 303 с.

3. Литвинов Л.Ф., Кузнецов А.М., Падалка В.П. Исследование и оптимизация технологии доменной плавки // Металлург.– 2000.– №11-12.– С. 14-19.

4. Ярошевский С.Л., Быков Л.В., Четыркин Е.И. Оптимизация технологии доменной плавки // Металлург.– 2000.– №10.– С. 35-37.

5. Филатов Ю.Ф., Крикунов Б.П., Емченко А.В. Разработка и эффективность технологии доменной, плавки с высокой долей окатышей в шихте.– Донецк: Норд Компьютер, 2011.– 21 с.

6. Ярошевский С.Л., Кузнецов А.М., Афанасьева З.К. Резервы эффективности комбинированного дутья в доменных цехах Украины – Донецк: Норд Компьютер, 2006.– 31 с.

7. Ярошевский С.Л. Пылеугольное топливо – реальная и эффективная альтернатива природному газу в металлургии. – Донецк: Норд Компьютер, 2006. – 16 с.

8. Рыженков А.Н., Минаев А.А., Ярошевский С.Л. Пылеугольное топливо – безальтернативная перспектива доменного производства в Украине // Сталь.– 2010.– №10.– С. 7-13.