3 Тепловой баланс плавки

Статьи прихода:

1. Теплота сгорания кокса. Определяем по формуле Д. И. Менделеева, учитывая, что часть углерода и серы кокса в процессе горения не участвует:

кДж

При расходе кокса равным 10кг

кДж

2. Теплота вносимая с воздухом. При плотности воздуха 1,29кг/м объём воздуха на 100кг шихты:

м³

Температура воздуха 450⁰С, удельная теплоёмкость воздуха при 450⁰С Св=1,33кДж/(м³*К)

3. Теплота, выделяемая при окислении кремния

кДж

4. Теплота, выделяемая при окислении марганца

кДж

5. Теплота, выделяемая при окислении железа

кДж

6. Теплота, выделяемая при шлакообразовании

кДж

Итого приход:

Статьи расхода:

1. Расход теплоты на перегрев и расплавление металла:

Q_м=m_м*(С_тм*t_пл+C_пл+C_жм*(t_м-t_пл))=112,131*(0,75*1200+210+0,88*(1470-1200)=151108кДж

2. Расход теплоты на расплавление и перегрев шлака. Температуру шлака примем равной 13500С:

Q_шл=m_шл(1.13*t_шл+272)=4,29*(1,13*1350+272)=7711кДж

3. Расход теплоты на разложение известняка:

Q_из=m_из*1620=1620*3=4860кДж

4. Расход теплоты на испарения влаги:

Q_вл=2500*m_вл=2500*0,2=500кДж

5. Физическая теплота ваграночных газов. Определим объёмный состав газов.

Плотность: CO2=1.96кг/м3; CO=1,25кг/м3; H2O=0,8кг/м3; SO2=2,86кг/м3; N2=1,25кг/м3;

В ваграночных газах содержиться: CO₂=26,29/1,96=13,41кг/м³; СO=53/1,25=4,24кг/м³; H₂O=2,873/0,8=3,591кг/м³; SO₂=0,16/2,86=0,06кг/м³ N2=82,184/1,25=65,477кг/м³;

Общий объём газов равен = 88,108м³, или:

CO₂=(13,41/88,108)*100=15,22%

СО=(4,24/88,108)*100=6,015%

H²O=(3,591/88,108)*100=4,075%

SO₂=(0,06/88,108)*100=0.0068%

N₂=(65,477/88,108)*100=73,77%

Уделная теплоёмкость ваграночного газа при теипературе 5000С:

кДж/(м³*К);

Тогда: Q_п.г.=C_пг*t_пг *Vпг=1.46*500*88.08=64318.84кДж

6. Расход теплоты с охлаждлающей водой. Примем общий расход воды для для охлаждения вагранки 50м³/ч или 250кг воды на 100кг шихты. Температура воды до вагранки 10⁰С, после вагранки 30⁰С.

Q_вод=C_вод t_вод m_вод=1*(30-10)*250=5000кДж

7. Расход теплоты за счёт содержания в ваграночных газах окиси углерода:

Q_п.г.=Q_СО*V_СО=12700*5.3=67310кДж

После дожигания ваграночного газа, часть теплоты используется для подогрева воздуха.

8. Аккумуляция теплоты кладкой и прочие потери. Сумма перечисленных статей теплового баланса составляет:

кДж

Расход теплоты на аккумуляцию теплоты кладкой и прочие неучтённые потери определяем по разности между приходной частью баланса и подсчитанными выше статьями расхода баланса, т. е.

кДж

т.е. принятый ранее расход кокса на плавку достаточен.

Коэффициент полезного действия вагранки:

КПД=Q_м*100/Q_прих=151108*100/363109,3=41%

Коэффициент использования топлива:

КИТ=Qм*100/Qтопл=151108*100/100807,8=50,02%

4 Расчёт размеров вагранки.

Основные размеры вагранки рассчитывают по эмпирическим формулам, в которых отражён опыт их эксплуатации.

Вначале, используя результаты исследования В. Патерсона, определяем наиболее оптимальный режим работы вагранки.

Для температуры жидкого металла 1470°С расход чистого уг­лерода кокса равен 10% массы металлической шихты.

1. Диаметр вагранки в свету при удельной производительности 6т/м³*с.

2. Полезная высота вагранки:

3. Общая высота вагранки без трубы: H₁=0.5м; H₂=2м;

Н_общ=Н₀+Н₁+Н₂=5,9+0,5+2=8,4м;

4. Диаметр металлической летки при скорости металла 1 м/с:

Диаметр шлаковой летки принимаем 0,06м.

5. Сечение вагранки в свету:

F= π*D²/4=3.14*1,9²/4=2,8м²;

6. Суммарное сечение фурм

f₁=0.15*F=0.15*2.8=0.42м²

7. Сечение искрогасителя

м³

8. Диаметр воздуховодов при скорости воздуха 15 м/с:

D_в=