Глава 9. Расчет шихты, состава и количества колошникового газа и дутья

9.1. Методика расчета шихты

Рассчитать шихту - это значит определить массовое соотношение ком­понентов шихты, при котором в доменной печи будет происходить образо­вание чугуна заданного состава с наименьшим расходом горючего при наи­большей производительности. Важнейшим условием для достижения этой цели является состав, свойства и количество шлака.

Расчет шихты производят для определения расходов материалов при проектировании доменной печи или цеха, а также при изменении условий плавки (переход на выплавку другого вида чугуна, изменение шихтовых ус­ловий, изменение режима плавки и др.).

Наиболее полный способ расчета шихты разработан акад. М.А. Павло­вым. В основе его лежит получение оптимального состава шлака путем ком­бинирования соотношений между различными сортами руд, имеющих раз­нообразный состав пустой породы. Для решения задачи составляется систе­ма уравнений с числом неизвестных, равным числу уравнений в системе.

Проф. А.Н. Рамм предложил определять состав шихты при помощи эмпирической формулы, учитывающей влияние основных факторов на со­став шлака и чугуна:

(RO) = 50 - 0,25(Аl₂0₃) + 3(S) - (0,3[Si]+[S])/n

где: (RO) - сумма всех основных оксидов, %; (Аl₂О₃) - содержание глинозема в шлаке, %; (S) - содержание серы в шлаке, %;

[Si] - содержание кремния в чугуне, %;

[S] - содержание серы в чугуне, %; n - относительный выход шлака, доли единицы.

Известны и другие способы расчета шихты. В производственных ус­ловиях обычно пользуются упрощенными методами расчета шихты. Исходными данными для расчета шихты являются:

химический состав шихтовых материалов, полученный химическим анализом;

относительный расход кокса, предварительно рассчитанный или принятый на основании опытных данных;

химический состав чугуна;

показатели распределения марганца и серы между чугуном, шлаком и газом;

вынос колошниковой пыли, образующейся из компонентов шихты и ее химический состав.

Расчет выполняют либо на единицу чугуна, либо на единицу кокса. Зная содержание элементов в шихтовых материалах и распределение их между продуктами плавки, определяют расход материалов, содержащих эти элемен­ты. Исходя из вида выплавляемого чугуна, задаются основностью шлака и определяют расход флюса. Рассчитывают количество серы, которое вносит­ся в печь материалами, и на основании распределения ее между продуктами плавки устанавливают, сколько серы переходит в шлак. По расходу материа­лов и содержанию в них шлакообразующих рассчитывают выход шлака и его состав. Определяют количество фосфора, вносимое в печь материалами, и уточняют состав чугуна.

В зависимости от объема доменной печи устанавливают величину кок­совой подачи. Рассчитывают выход чугуна из подачи, и по расходу отдель­ных материалов на единицу чугуна или кокса определяют расход в подачу отдельных составляющих с учетом выноса и влаги.

Расчет количества колошникового газа и дутья можно выполнить по балансу углерода, кислорода или азота. Чаще всего расчет ведут по балансу углерода. Для расчета количества и состава колошникового газа и количе­ства дутья необходимы следующие исходные данные: 1) расчет шихты; 2) состав летучих веществ кокса; 3) состав и расход добавок (природный газ, мазут, пылеугольное топливо и др.); 4) степень прямого восстановления же­леза и использование водорода (принимается на основании опытных дан­ных); 5) содержание кислорода и влаги в дутье.

На основании этих данных составляют баланс углерода и определяют количество углерода, которое окисляется шихтой и дутьем. По содержанию кислорода в дутье и количеству сгорающего у фурм углерода рассчитывают количество дутья. Расчет состава колошникового газа производят по балан­су каждой составляющей с учетом превращений, происходящих в доменной печи на пути газа от горна к колошнику.

Выход колошникового газа и расход дутья в единицу времени или на единицу выплавляемого чугуна может колебаться в широких пределах в за­висимости от относительного расхода кокса и состава дутья. Но при обыч­ном дутье эти показатели в расчете на 1 кг кокса изменяются мало: выход газа - в пределах 3,8-4, а расход дутья - 2,9-3 м³/кг. Эти колебания вызыва­ются, в основном, изменением степени прямого и косвенного восстановле­ния. При применении углеродсодержащих добавок (природный газ, пыле­угольное топливо, мазут и др.) расчет следует вести на единицу суммарного количества углерода.

В условиях работающей доменной печи по данным о составе газа и со­ставе дутья можно всегда определить развитие прямого и непрямого восста­новления, количество газа, дутья и сгорающего у фурм углерода. Сейчас на новых доменных печах эти расчеты производят на компьютерах с использова­нием в качестве входной информации данных о составе газа и дутья.