3. Тепловой баланс конвертерной плавки
Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса и относится также к 100 кг чугуна. Необходимые для расчета теплофизические величины и тепловые эффекты реакций приведены в прил. 3.
3.1. Приход тепла
3.1.1. Теплота жидкого чугуна
Для
определения теплосодержания жидкого
металла необходимо знать средние
удельные теплоемкости в твердом и жидком
состояниях, теплоту и температуру
плавления, температуру и массу металла.
Теплосодержание 100 кг чугуна при температуре заливки в конвертер 1648 К (1375 °С) равно
ΔНчуг = 100,00 [(1423 – 273) · 0,74 + 217 + 0,87 · (1648 – 1423)] = = 126375 кДж,
где 217 – теплота плавления чугуна, кДж/кг; 0,74 и 0,87 – средние удельные теплоемкости соответственно твердого и жидкого чугуна, кДж/(кг · К); 1423 (1150) – температура плавления чугуна данного состава, К (°С).
Теплофизические свойства сплавов зависят от их состава. Однако ввиду отсутствия необходимых данных следует принимать для различных составов практически одни и те же значения.
3.1.2. Теплота окисления примесей
Рассчитанные значения теплоты окисления примесей чугуна представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Теплота окисления примесей
Реакция |
Окисляется примесей, кг |
Выделяемая теплота, кДж |
[C] + 1/2O2 = CO |
3,78 |
41580 |
[C] + O2 = CO2 |
0.42 |
14540,4 |
[Si] + O2 = SiO2 |
0.298 |
8054,94 |
[Mn] + 1/2O2 = MnO |
0.223 |
1565,46 |
2[P] + 5/2 O2 = P2O5 |
0.073 |
1446,86 |
2Fe + 3/2 O2 = Fe2O3 |
1,00 |
7360 |
Итого |
5,794 |
74547,66 |
3.1.3. Теплота шлакообразования
Учитывается теплота шлакообразования SiO2 и P2O5, получившихся от окисления кремния и фосфора чугуна. Предполагается, что SiO2 и P2O5, поступившие в шихту из других источников, уже находятся в соединении с основными окислами этих материалов (см. табл. 3.2).
Таблица 3.2
Теплота шлакообразования
Образующееся соединение |
Количество вещества, участвующего в реакции, кг |
Количество выделившейся теплоты на 1 кг окисла, кДж |
Выделившаяся теплота, кДж |
(СаО)2 SiO2 (СаО)4 P2O5 |
SiO2 - 0.638 P2O5 – 0.228 |
SiO2 – 2108 P2O5 – 5086 |
1344,9 1159,6 |
Итого |
|
|
2504,5 |
3.2. Расход тепла
3.2.1. Теплосодержание выпускаемой из конвертера стали
93,27 кг стали (см. табл. 2.7) при температуре 1893 К (1620 оС) содержат:
ΔНст = 93,27 · [(1793 – 273) · 0,70 + 260 + 0,4ּ(1893 – 1793)] = = 127220,3 кДж,
где 0,70 – средняя удельная теплоемкость твердой стали, кДж/(кг · К); 260 – теплота плавления стали заданного состава, К (оС).
3.2.2. Теплосодержание конечного шлака
Теплосодержание основного шлака сталеплавильного производства в интервале температур Т = 1723 – 1923 К (1450–1650 °С) можно определить по следующей эмпирической формуле [1]:
ΔНшл
= 7,01 [2,09 · (1893 – 273) – 1380] = 23734,4 кДж.
3.2.3. Теплота, уносимая газами
Теплосодержание 1 м3 конвертерных газов ΔНг (кДж/м3), уходящих из рабочего пространства через горловину конвертера при заданной температуре Т, К, можно определить по формуле
,
где Хi – содержание отдельного газа в 1 м3 смеси, м3; Сpi – средняя теплоемкость отдельного газа в интервале температур (273 – Т), К, кДж/(м3 · К).
Для отходящего газа, имеющего состав, приведенный в табл. 2.8, и температуру 1893 К (1620 °С):
СО – 0,8373 · 1,473 = 1,23;
СО2 – 0,0997· 2,3611 = 0,235;
Н2О – 0,0297· 1,8822 = 0,056;
N2 – 0,0035 · 1,4615 = 0,005;
О
2
– 0,0297· 1,5407 = 0,046
1,000 м3 1,572
т. е.
= 1,572 кДж/(м3 · К);
8.42 м3 газов уносят
ΔНг = 8.42· 1,572 · (1893 – 273) = 21 442,7 кДж.
Удельные теплоемкости отдельных газов в интервале температур от 273 до Т, К, приведены в прил. 3.