П.12. Унифицированный расчет шихты, дутья, газа, материального и теплового балансов доменной плавки передельного чугуна* п.12.1. Введение

Расчет доменной шихты производится при проектировании доменных печей и цехов, изменении условий плавки, замене в шихте одних материалов другими, при переводе печи на выплавку другого вида чугуна.

Расчет шихты сводится к определению расхода отдельных материалов для выплавки единицы чугуна заданного состава, определению состава шла­ка, обеспечивающего свойства, необходимые для выплавки заданной марки чугуна и ровной высокопроизводительной работы доменной печи.

Расчет обычно выполняется на единицу выплавляемого чугуна. При необходимости ввода в шихту нескольких сортов руд или их заменителей со­отношение между ними должно устанавливаться из условия обеспечения за­данного среднего содержания железа или других элементов в смеси или в со­ответствии с планом поступления их на завод.

В соответствии с содержанием отдельных элементов в чугуне и распре­делением их между чугуном, шлаком и газом определяется расход материа­лов (железная руда, агломерат, окатыши, марганцевая руда и др.), содержащих эти элементы, на единицу чугуна (без учета и с учетом влаги и выноса). Затем выбирается (задается) основность шлака для обеспечения необходимых свойств, в том числе и его обессеривающей способности и определяется рас­ход флюса на единицу чугуна. После определения количества всех шлакообразующих рассчитывается выход шлака и содержание в нем отдельных составляющих.

Приняв величину коксовой подачи, определяют расход в подачу отдель­ных составляющих шихты, причем расходы каждого из них берутся с учетом выноса и влаги. Для перехода от расчета на единицу чугуна к расчету в подачу полученные величины расходов материалов необходимо увеличить на отно­шение принятой величины коксовой подачи к удельному расходу кокса.

Расчет количества дутья может быть основан на балансе азота, кислоро­да и углерода или кислорода и азота. Взятый за основу расчет количества ду­тья по балансу кислорода и углерода базируется на том, что часть углерода кокса и углеродсодержащих добавок, подаваемых в печь, газифицируются при прямом восстановлении кремния, марганца, фосфора и железа, при десульфурации чугуна, а также переходит в чугун и расходуется на образование мета­на. Остальная часть углерода окисляется кислородом дутья до СО. Отсюда определяется необходимое количество кислорода, а при известном содержа­нии его в дутье - количество последнего.

Расчет количества и состава колошникового газа основан на балансе элементов, входящих в состав образующих его компонентов. Водород, посту­пающий в доменную печь, переходит в газ в виде паров воды при восстанови­тельных процессах, в виде метана, а остальное его количество переходит в колошниковый газ, не взаимодействуя с другими элементами.

Количество диоксида углерода в колошниковом газе определяется по его содержанию в шихтовых материалах, продуктах их разложения, а также образованию в реакциях восстановления оксидов.

Содержание оксида углерода в колошниковом газе определяется, исхо­дя из его количества, образующегося при горении углерода в горне печи, вно­симого с шихтовыми материалами, в реакциях прямого восстановления с уче­том расхода на реакции косвенного восстановления.

Материальный баланс доменной плавки для работающей доменной печи составляется по результатам измерений и анализов, для чего, по возможнос­ти, точно учитывается за определенный отрезок времени (обычно за несколько суток) расход всех материалов, загружаемых в печь, и полученных продук­тов плавки, на основе которого определяется расход каждого материала и вы­ход шлака, колошникового газа и пыли на единицу чугуна.

При расчете материального баланса оказывается достаточно данных, полученных при расчете шихты, колошникового газа и дутья. Баланс должен сходиться с весьма малой (до 1%) невязкой. Увеличение ее является результа­том неправильного анализа сырых материалов (сумма содержания компонен­тов не составляет 100%) или ошибок в расчетах.

Тепловой баланс характеризует экономичность работы доменной печи и учитывает как количество тепла, образующегося в доменной печи в резуль­тате протекания тех или иных процессов и вносимого в доменную печь с ших­товыми материалами и дутьем, так и количество тепла, расходуемого на эндо­термические процессы, уносимого с продуктами плавки, теряющегося в ок­ружающую среду и с охлаждающей водой. По данным теплового баланса вы­числяется одна из важнейших характеристик работы доменной печи - тепло­вой коэффициент полезного действия, равный отношению используемого тепла к выделившемуся. При этом за неиспользуемое в доменной печи тепло при­нимают его потери с колошниковым газом, пылью, охлаждающей водой и во внешнее пространство. Обычно значение теплового коэффициента полезного действия при выплавке передельного чугуна составляет 78-87%.