2. Расход тепла на нагрев газов выделяющихся из шихты

К этим газам относятся: пары воды и водорода, образующийся при частичном разложении гидратной влаги; диоксид карбонатов оксид углерода, образующийся при частичном разложении оксида флюса; газы, выделяющиеся из кокса (водород, метан, азот, оксид и диоксид углерода).

где – степень разложения гидратной влаги, доли единицы;

– содержание этих элементов в коксе, вес. %;

– теплоемкости этих газов при t_к, кДж/(м³∙ºС).

Таблица 11

Теплоемкости некоторых газов при различной температуре, кДж/(м³∙ºС)

Температура			Н2О		О2		СО2		СН4
ºС	К
100	373	1,504		1,317		1,649		1,641
200	473	1,522		1,334		1,786		1,758
1000	1373	1,722		1,476		2,202		2,697

Степень разложения гидратной влаги принимаем =0. Степень разложения двуокиси углерода выделяющегося из карбонатов, следует принять равной нулю, т. к. применение показателя прямого восстановления по Павлову в расчетах связано со следующими показателями:

а) высшие оксиды железа и марганца восстанавливаются до закиси только косвенным путем;

б) закись марганца, кремнезем, окислы фосфора и другие трудновосстановимые окислы восстанавливаются только прямым путем;

в) вся углекислота карбонатов и летучих веществ шихты переходят в газ, не взаимодействуя с углекислотой кокса.

кДж/кг (48)

кДж/кг (49)

2. Характеристика вдуваемого в печь восстановительного газа

1. Тепло неполного горения природного газа

2. Суммарное содержание углерода, водорода, кислорода и азота в природном газе

а) Суммарное содержание углерода:

(52)

б) Суммарное содержание водорода:

м³/м³ (53)

в) Суммарное содержание кислорода

м³/м³ (54)

3. Расход влажного дутья

Водяные пары дутья в горне печи разлагаются по уравнению

Н₂О=Н₂+0,5О₂–242800/22,4 кДж/м³ пара.

В объеме водяного пара содержится половина объема кислорода, т. е. содержание кислорода в единице влажного дутья составит ω∙(1–f)+0,5f. Следовательно, расход влажного дутья на горение углерода природного газа по реакции составляет:

(55)

4. Выход горнового газа

Из одного объема углерода получается один объем оксида углерода, объема водяного пара образуется объем водорода; в продукты горения перейдут водород и азот, содержащиеся в природном газе:

(56)

4. Характеристика кокса, сгорающего перед воздушными фурмами

   1. Тепло окисления углерода кокса, доходящего до фурм, кислородом дутья до оксида углерода

По реакции: С+0,5О₂=СО+117940 кДж

Тепловой эффект горения составит:

W_C=117940/12=9830 кДж/кг С_ф.

2. Расход влажного дутья

(57)

3. Выход горнового газа

(58)

4. Определение теплосодержания дутья

кДж/м³ (59)

где – теплоемкости этих газов при t_Д, кДж/(м³∙ºС).

– тепло разложения влаги дутья, кДж/м³.

4. Расход восстановителей С, СО₂ и Н₂

   1. Определение количества кислорода, переходящего в газ из шихты

Кислород, отнимаемый от высших оксидов железа и марганца и от части гидратной влаги:

Fe₂O₃=2FeO+0,5O₂;

MnO₂=MnO+0,5O₂;

H₂O=H₂+0,5O₂;

(60)

Кислород, переходящий в газ при восстановлении оксида железа:

FeO=2Fe+0,5O₂;

(61)

Количество кислорода, отнимаемого при восстановлении трудновосстановимых оксидов до металлического состояния:

MnO=Mn+0,5O₂–7388 кДж/кг Mn;

SiO₂=Si+O₂–31135 кДж/кг Si;

P₂O₅=2P+2,5O₂–25066 кДж/кг P;

(62)

Общее количество кислорода, переходящего в газ из восстанавливаемых оксидов:

(63)

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

(64)

Общее количество газифицированного кислорода шихты:

(65)

Результаты расчета представлены в таблице 12.

Таблица 12

Количество газифицированного кислорода шихты, кг/100 кг материала

Процесс	Агломерат	Флюс	Кокс
Восстановление Fe2O3→FeO; MnO2→MnO; H2O→H2
O2(I)	7,401	0,775	0,113
Восстановление FeO→Fe
O2(II)	16,23	4,856	0,226
Восстановление Mn, P, Si
O2(III)	0,628	2,346	0,074
Итого O2	24,259	7,977	0,413

2. Расход природного газа

Кислород является интенсификатором доменной плавки, т. е. фактором, увеличивающим производительность доменной печи. Удельный расход кокса на передельный чугун практически остается неизменным; теоретическая температура горения кокса значительно возрастает.

Воздействие углеводородов проявляется главным образом в снижении удельного расхода кокса. Газодинамические условия плавки ухудшаются вследствие увеличения объема печных газов. Температур горения в фурменных очагах заметно снижается (на 250–350 ºС). Совместное использование кислорода и природного газа компенсирует отрицательные последствия раздельного их применения и позволяет получить наибольший экономический эффект.

Расчетом подбираем соотношение между содержанием кислорода в дутье (ω) и расходом природного газа (т, м³/кг С_ф), при котором количество газов в печи, а следовательно, и газодинамические условия плавки меняться не будут.

м³/кг С_ф (66)

где 4,4444 – расход дутья на 1 кг углерода, сгорающего у фурм, м³/кг С_ф.

Наибольшая экономия кокса, однако, достигается при больших (в 1,2÷1,3 раза), чем рассчитанных по формуле (65) значениях m. Однако теоретическая температура должна быть не ниже 1900 С.

В соответствии с рекомендациями принимаем m=0,256м³/кг С_ф.

3. Суммарный расход дутья

м³/кг С_ф (67)

4. Суммарный выход фурменного газа

м³/кг С_ф (68)

В том числе окиси углерода, водорода и азота:

м³/кг С_ф (69)

м³/кг С_ф (70)

м³/кг С_ф (71)

5. Теоретическая температура горения

принимаем t_теор=1900 С.