8 Расчет теплового баланса

8.1 Теплота сгорания кокса

Она определяется по формуле Д.И. Менделеева. При расчете необходимо учесть, что часть углерода и серы в процессе сгорания не участвует:

,

где W_k – количество теплоты вносимое коксом, кДж;

m_k – расход кокса, кг;

Q^p –теплота сгорания кокса, кДж.

.

(8.1)

где _c – количество углерода кокса, которое принимает участие в горении, кг;

_s – количество серы кокса, которое принимает участие в горении, кг.

тогда при расходе кокса 11кг,

W_к= кДж.

8.2 Теплота вносимая воздухом

.

(8.2)

где W_B – теплота вносимая воздухом, кДж;

C_B – удельная теплоемкость воздуха, при t_B, ;

t_В – температура воздуха, ⁰С;

V_B – объем воздуха подаваемого в вагранку, м³.

При плотности воздуха 1,29 кг/м³ объем воздуха, подаваемого на 100 кг шихты равен

.

Удельная теплоемкость воздуха при температуре 20 ⁰С составляет 1,3 [4], тогда

W_B= .

8.3 Теплота окисления примесей

W_Si= кДж

W_Mn= кДж

W кДж

8.4 Теплота шлакообразования

W_шл= кДж

Итого приход тепла составит:

WПР= WK+WB+WПрим+Wшл.

(8.3)

W_ПР=280545,6+8731,8+241,5+2994+1475,24=293988,14кДж.

8.5 Расход теплоты на расплавление и перегрев чугуна

Wчуг= .

(8.4)

где – расход теплоты на расплавление и перегрев чугуна, кДж;

m_чуг – количество жидкого чугуна получаемого при плавке 100кг шихты, кг;

–удельная теплоемкость чугуна в твердом состоянии, ;

Для серого чугуна =0,75[4].

t_пл – температура плавления чугуна, ⁰С;

C_пл –скрытая теплота плавления чугуна, ;

Для серого чугуна С_пл=210[4].

C_ж.чуг – удельная теплоемкость чугуна в жидком состоянии, ;

Для серого чугуна С_ж.чуг=0,88[4].

t_чуг – температура чугуна на желобе вагранки, ⁰С;

W_чуг= .

8.6 Расход теплоты на расплавление и перегрев шлака

Wшл=mшл(1,13tшл+272).

(8.5)

где W_шл – расход тепла на расплавление и перегрев шлака, кДж;

m_шл – масса жидкого шлака, кг;

t_шл – температура жидкого шлака, ⁰С.

W_шл= .

7. Расход теплоты на разложение известняка:

Wизв=1620 .

(8.6)

где W_изв – расход теплоты на разложение известняка, кДж;

m_изв – масса известняка, кг.

W_изв= =5670.

7. Расход теплоты на испарение влаги:

Wвл=2500mвл.

(8.7)

где W_вл – расход теплоты на испарение влаги, кДж;

m_вл – масса влаги, кг.

W_вл= .

7. Физическая теплота ваграночных газов

.

(8.8)

где W_Г – физическая теплота ваграночных газов, кДж;

C_Г – удельная теплоемкость ваграночных газов, при t_Г, ;

t_Г – температура ваграночных газов при выходе из шахты, ⁰С;

t_Г=500⁰C;

V_Г – объем ваграночных газов, м³.

Сперва определим объемный состав ваграночных газов (табл.8.1).

Таблица 8.1 – Объемный состав ваграночных газов

СО2	СО	Н2О	SО2	N2
1,96	1,25	0,8	2,86	1,25

Таблица 8.2 – Расчет объема ваграночных газов, м³

Газ	Объем, м3	% по объему
СО2	24,49/1,96=12,5	12,5⋅100/81,23=15,4
СО	7,46/1,25=5,97	5,97⋅100/81,23=7,35
Н2О	0,36/0,8=0,45	0,45⋅100/81,23=0,55
SО2	0,01785/2,86=0,006	0,006⋅100/81,23=0,08
N2	76,332/1,25=62,3	62,3⋅100/81,23=76,69
Сумма	81,23	100

Теперь можно определить теплоемкость ваграночных газов.

.

(8.9)

где с_СО , с_СО, с_SO, с_{H O}, с_N – удельная теплоемкость ваграночных газов,

CO₂, CO, H₂O, SO₂, N₂ – состав ваграночных газов.

W_Г= .

Расход теплоты за счет содержания в отходящих газах СО

W_СО=

где W_СО – расход теплоты за счет содержания в отходящих газах СО, кДж.

12000 –количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1м³ СО.

V_СО –количество СО в ваграночных газах, м³.

W_СО= кДж

Итого расход теплоты составляет:

W_РАС=127931,28+10278,105+5670+900+58485,6+88200=291464,99 кДж.

Полученные результаты расчета теплового баланса представим в таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Результаты расчета теплового баланса

Приход тепла, кДж
Горение кокса	280545,6	94,76
Теплота вносимая воздухом	2070,64	0,69
Теплота окисления элементов	11967,3	4,06
Теплота шлакообразования	1475,24	0,49
Итого	296058,78	100%
Расход тепла, кДж
Расплавление и перегрев чугуна	127931,28	43,22
Расплавление и перегрев шлака	10278,105	3,47
Испарение влаги	5670	1,92
Разложение известняка	900	0,30
Физическое тепло ваграночных газов	58485,6	19,75
Химическое тепло ваграночных газов	88200	29,79
Потери тепла через кладку	4593,795	1,55
Всего	296058,78	100%

КПД вагранки равен:

(8.9.1)

Коэффициент использования теплоты.

(8.9.2)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы был разработан технологический процесс плавки чугуна марки СЧ 25, в коксовой вагранке. Нами были рассмотрены разновидности вагранок такие как: коксовая, коксогазовая. газовая; без подогрева дутья и с подогревом дутья; открытые, полузакрытые закрытые. Описаны основные элементы конструкции коксовой вагранки.

Рассчитаны основные параметры, такие как: диаметр вагранки в свету – 1,35 м; полезная высота вагранки – 4,94 м; общая высота вагранки – 7,8 м; диаметр металлической летки – 0,02 м; производительность – 11 т/ч.. Для данной вагранки приняли 2 ряда по 8 фурм. Равномерная подача воздуха при плавке осуществляется с помощью фурм. Для данной вагранки, приняли 2 ряда по 8 фурм. Размеры фурм составили, для основного ряда – 330×100 мм, а для вспомогательного – 80×50 мм.

Литература

1. Леви Л. И., Кислород в ваграночной плавке, М., 1952;

2. Справочник по чугунному литью. Под ред. Н. Г. Гиршовича, Ленинград: Машиностроение, 1978, 734 с.

3. Носова Е. М., Кугель А. В., Кузнецов Н. А. Справочник литейщика. Киев: ДТВУ, 1961. 603 с.

4. Теоретические основы литейной технологии. Под ред. К. И. Ващенко. Киев: Вища школа. 1981. 318 с.

5. Четверухин С. И. и Юдкин А. К., Унифицированные закрытые вагранки.

6. К. И. Ващенко, В.С. Шумихин: - Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок.

7. Справочник литейщика. Под ред. Н. Н. Рубцова. Москва: Машгиз, 1961. 773 с.

8. Сухарчук Ю.С., Юдкин А.К. Плавка чугуна в вагранках. Москва: Машиностроение, 1989. - 176 с.