ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлургии
Курсовая работа
По дисциплине «Теория и технология доменной плавки»
На тему: «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ»
Выполнил: студент
гр. ЧМ-04-2 Степанов О.С.
Приняла: Дудина В. А.
Липецк 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ:
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 6
1. ИСХОДНЫЕ УСЛОВИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 7
1.1. Химический состав шихтовых материалов 7
1.2. Коэффициенты распределения элементов 10
1.3. Состав чугуна 10
1.4. Основность доменного шлака 11
1.5. Температура горячего дутья 11
1.6. Содержание кислорода в дутье 11
1.7. Расход природного газа 11
1.8. Количество газов выделяющихся из кокса 11
1.9. Влажность дутья 12
1.10. Степень прямого восстановления 12
1.11. Температура колошникового газа 12
1.12. Теплосодержание чугуна и шлака 12
1.13. Тепловые потери 12
2. СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВОГО УРАВНЕНИЯ ПО ВЫХОДУ ЧУГУНА 13
3. УРАВНЕНИЕ ПО БАЛАНСУ ОСНОВНЫХ И КИСЛЫХ ОКСИДОВ 14
4. СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 15
4.1. Теоретический выход шлака 15
4.2. Определение полезного расхода тепла на доменную плавку 16
4.2.1. Расход тепла на диссоциацию окислов и других соединений 16
4.2.2 Расход тепла на разложение гидратов и карбонатов 17
4.2.3. Расход тепла на испарение влаги шихты 17
4.2.4. Расход тепла на нагрев чугуна 18
4.2.5. Расход тепла на нагрев шлака 18
4.3. Расход тепла на нагрев газов выделяющихся из шихты 18
4.4. Характеристика вдуваемого в печь восстановительного газа 19
4.4.1. Тепло неполного горения природного газа 19
4.4.2. Суммарное содержание углерода, водорода, кислорода и азота в природном газе 20
4.4.3. Расход влажного дутья 20
4.4.4 Выход горнового газа 20
4.5. Характеристика кокса, сгорающего перед воздушными фурмами 20
4.5.1. Тепло окисления углерода кокса, доходящего до фурм, кислородом дутья до оксида углерода 21
4.5.2. Расход влажного дутья 21
4.5.3. Выход горнового газа 21
4.6. Определение теплосодержания дутья 21
4.7. Расход восстановителей С, СО2 и Н2 21
4.7.1. Определение количества кислорода, переходящего в газ из шихты 21
4.7.2. Расход природного газа 23
4.7.3. Суммарный расход дутья 23
4.7.4. Суммарный выход фурменного газа 23
4.7.5. Теоретическая температура горения 24
4.8. Расход углерода, окиси углерода и водорода на восстановление 24
4.8.1. Определение доли кислорода непрямого восстановления, отнимаемого окисью углерода 24
4.8.2. Определение степени непрямого восстановления 24
4.9. Определение теплоотдачи углерода кокса, сгорающего у фурм 26
4.10. Определение теплоотдачи, расходуемой на прямое восстановление 26
4.11. Определение теплоотдачи окиси углерода и водорода, расходуемых на косвенное восстановление 26
4.12. Определение тепловых характеристик компонентов доменной шихты 26
5. СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ УРАВНЕНИЙ 28
6. СВОЙСТВА ШЛАКА 32
6.1. Серопоглотительная способность 32
6.2. Вязкость шлака 32
6.3. Температура плавления шлака 32
7. РАСЧЕТ СОСТАВ И КОЛИЧЕСТВА КОЛОШНИКОВОГО ГАЗА 33
7.1. Определение расхода восстановителей на 100 кг чугуна 33
7.2. Определение количества углерода кокса, сжигаемого на воздушных фурмах 33
7.3. Количество отдельных компонентов в колошниковом газе 33
8. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 34
8.1. Определение расхода дутья 35
8.2. Определение массы влажного дутья 35
8.2.1. Удельный вес дутья 35
8.2.2. Масса дутья 35
8.3. Определение массы природного газа 35
8.3.1. Расход природного газа 35
8.3.2. Удельный вес природного газа 35
8.3.3. Масса природного газа 35
8.4. Определение количества водяного пара, образующегося при восстановлении железа водородом 35
8.5. Масса влаги шихты 35
9. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЛАВКИ (НА 1 КГ ЧУГУНА) 36
9.1. Приход тепла 37
9.1.1. Тепло окисления углерода кокса у фурм 37
9.1.2. Тепло неполного горения природного газа 37
9.1.3. Физическое тепло дутья 37
9.1.4. Тепло окисления углерода прямого восстановления 37
9.1.5. Тепло окисления окиси углерода кислородом шихты 37
9.1.6. Тепло окисления водорода кислородом шихты 37
9.2. Расход тепла 37
9.2.1. Диссоциация восстанавливаемых оксидов 37
9.2.2. Тепло, затраченное на нагрев чугуна 37
9.2.3. Тепло, затраченное на нагрев шлака 37
9.2.4. Тепло на разложение влаги дутья 38
9.2.5. Тепло на испарение влаги шихты 38
9.2.6. Тепло, унесенное из печи колошниковым газом 38
9.2.7. Тепло на разложение флюсов 38
9.2.8. Тепловые потери 38
9.2.9. Определение теплового коэффициента полезного действия печи 39
10. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ НА ПЕЧИ V=3200 м3 39
10.1. Загрузка шихтовых материалов в доменную печь 40
10.1.1. Основные показатели качества шихтовых материалов 40
1) Химический состав. 40
2) Гранулометрический состав. 40
3) Прочность. 40
4) Прочность при восстановлении. 40
5) Восстановимость. 40
6) Размягчаемость. 40
7) Стабильность химического состава и физических свойста. 40
10.1.2. Масса рудной части подачи 40
10.1.3. Выход чугуна из подачи 40
10.1.4. Масса кокса в подаче с учетом его влажности и выноса с колошниковым газом 40
10.1.5 Рудная нагрузка 40
10.1.6 Масса флюса в подаче 41
10.1.7 Масса агломерата и окатышей в подаче 41
10.1.8 Определение системы загрузки шихтовых материалов 41
11.1. Состав дутья 41
11.3 Расход технологического кислорода 42
11.4 Расход природного газа 42
12. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 42
12.1. Общие и частные перепады давления газа по высоте доменной печи 42
42
12.2. Давление колошникового газа 43
Р=1,85 атм 43
12.3. Давление дутья 43
Р=3,32 атм 43
12.4. Состав и выход колошникового газа, его температура 43
13. ШЛАКОВЫЙ РЕЖИМ 43
13.1. Выход шлака 43
13.2. Состав шлака и его свойства 44
14. СОСТАВ ЧУГУНА И КОЛИЧЕСТВО ВЫПУСКОВ В СУТКИ 44
15. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 45
15.1. КИПО и удельная производительность 45
15.2. Удельный расход кокса, агломерата, окатышей и флюса 46
15.3. Интенсивность доменной плавки 46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 47
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине «Теория и технология доменной плавки»
Расчет состава шихты, материального и теплового балансов, состава колошникового газа и других параметров доменного процесса, технологические расчеты доменной плавки доменной печи 3200 м3 для выплавки передельного высококачественного чугуна (ПВК-1).
Температура дутья 1180 ºС, влага дутья 1%, содержание кислорода в дутье 28 %, природный газ на 100 % состоит из метана, железорудная смесь – агломерат НЛМК и окатыши Лебединские, в качестве флюса – конвертерный шлак, в качестве твердого топлива – кокс сухого тушения НЛМК.
Исходные условия доменной плавки
Химический состав шихтовых материалов
В железорудную часть шихты вводим 80 % агломерата и 20 % окатышей. Флюсовая смесь – конвертерный шлак. Состав кокса рассчитываем на основе данных технического анализа кокса НЛМК (табл. 3) и химического анализа золы (табл. 4).
В таблице 1 приведен химический состав железорудной части шихты взятой из справочника.
Прежде чем приступить к дальнейшим расчетам, необходимо уточнить правильность химического анализа:
(1)
где RJ – весовое содержание химического соединения, % (масс.);
П.п.п – потери при прокаливании, % (масс.);
Ч
тобы
проверить это условие необходимо
химические элементы Fe,
Mn, P, S
перевести в соединения, в виде которых
они присутствуют в агломерате, окатышах
и флюсе:
(2)
(3)
(4)
(5)
Для проверочного расчета составим новую таблицу, в которой для каждого материала отведем по 2 колонки. Fe, Mn, P, S переводим в химические соединения:
(6)
(7)
(8)
(9)
Проверим выполнение условия (1). Как видно из таблицы 2, во всех случаях это условие не соблюдается. Чтобы привести химические анализы к условию (1), следует произвести пересчет, основанный на принципе распределения погрешности на все слагаемые условия (1) пропорционально их массовой доле:
(10)
где (RJ)табл – содержание химического соединения до пересчета, % (масс.);
(RJ)п – содержание химического соединения после пересчета, % (масс.).
Поправки, внесенные в содержание Fe2O3, MnO2, P2O5 и FeS2, необходимо учесть при обозначении содержания Fe, Mn, P, S, согласно уравнениям (2 – 5).
Таким образом, за химический состав железорудной части шихты и флюса принимаем те величины, которые приведены в колонках 2 табл. 2.
Химический состав кокса проверяем аналогично железорудной части шихты и флюса. Принимаем те величины, которые приведены в колонке 2 табл. 5.
Таблица 1
Химический состав железорудной части шихты и флюса, % (масс.)
Элемент |
Агломерат |
Окатыши |
Флюс |
Fe |
59,75 |
65,21 |
14,91 |
Mn |
0,072 |
0,16 |
4,13 |
P |
0,007 |
0,02 |
- |
S |
0,003 |
0,004 |
- |
FeO |
11,38 |
1,08 |
13,00 |
Fe2O3 |
73,63 |
- |
4,00 |
SiO2 |
5,82 |
5,98 |
15,71 |
CaO |
6,512 |
0,20 |
54,96 |
MgO |
1,779 |
0,35 |
0,87 |
Al2O3 |
0,663 |
0,40 |
1,86 |
MnO |
- |
- |
5,33 |
C |
- |
- |
- |
П.п.п |
- |
- |
- |
Таблица 2
Проверочная таблица химического состава железорудной части шихты и
флюса, % (масс.)
Элемент, соединение |
Агломерат |
Окатыши |
Флюс |
|||
Fe |
59,756 |
59,756 |
65,21 |
65,061 |
14,91 |
15,607 |
Mn |
0,072 |
0,072 |
0,16 |
0,160 |
4,130 |
4,129 |
P |
0,007 |
0,007 |
0,02 |
0,020 |
0,095 |
0,096 |
S |
0,003 |
0,003 |
0,004 |
0,040 |
0,016 |
0,170 |
FeO |
11,384 |
11,384 |
1,08 |
1,078 |
14,76 |
15,000 |
Fe2O3 |
73,630 |
73,630 |
91,956 |
91,746 |
5,012 |
5,625 |
SiO2 |
5,820 |
5,820 |
5,98 |
5,966 |
14,820 |
15,710 |
CaO |
6,513 |
6,513 |
0,20 |
0,200 |
54,070 |
54,960 |
MgO |
1,779 |
1,779 |
0,35 |
0,349 |
0,830 |
0,870 |
Al2O3 |
0,663 |
0,663 |
0,40 |
0,399 |
1,750 |
1,860 |
MnO |
0,109 |
0,109 |
0,207 |
0,206 |
5,120 |
5,330 |
P2O5 |
0,023 |
0,023 |
0,046 |
0,046 |
0,209 |
0,220 |
SO3 |
0,007 |
0,007 |
0,010 |
0,010 |
0,400 |
0,425 |
C |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
П.п.п |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Σ |
100,00 |
100,00 |
100,229 |
100,00 |
96,971 |
100,00 |
Таблица 3
Технический анализ кокса, %(масс.)
Аа |
Sd |
Vdaf |
Cdaf |
W |
12,1 |
0,47 |
0,8 |
86 |
0,8 |
Таблица 4
Химический состав золы кокса, % (масс.)
Fe |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
10,5 |
44,8 |
24,60 |
2,3 |
Таблица 5
Химический состав кокса, %
Fe |
S |
Fe2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
SO3 |
C |
П.п.п |
Σ |
1,287 |
0,470 |
1,495 |
5,537 |
2,580 |
0,324 |
1,225 |
86,63 |
0,80 |
100,264 |
1,281 |
0,470 |
1,410 |
5,327 |
2,552 |
0,355 |
1,175 |
86,63 |
0,80 |
100,00 |
Таблица 6
Химический состав шихтовых материалов, % (масс.)
Хим. Элемент |
Железорудная смесь (агломерат) |
Флюс |
Кокс |
Fe |
60,812 |
15,607 |
1,287 |
Mn |
0,089 |
4,129 |
- |
P |
0,009 |
0,096 |
- |
S |
0,003 |
0,170 |
0,47 |
FeO |
9,539 |
15,000 |
- |
Fe2O3 |
77,098 |
5,625 |
1,410 |
SiO2 |
5,849 |
15,710 |
5,327 |
CaO |
5,250 |
54,960 |
0,355 |
MgO |
1,493 |
0,870 |
- |
Al2O3 |
0,609 |
1,860 |
2,552 |
MnO |
0,128 |
5,330 |
- |
P2O5 |
0,027 |
0,220 |
- |
SO3 |
0,007 |
0,425 |
1,175 |
C |
- |
- |
86,63 |
П.п.п |
- |
- |
0,800 |
Σ |
100,00 |
100,00 |
100,00 |