2.3 Розрахунок теплового балансу плавки

При розрахунку теплового балансу приймаємо теплові ефекти реакцій, які наведено в таблиці 2.16.

Таблиця 2.16 – Теплові ефекти реакцій

Реакція	Н ккал/моль	Перерахунок	Ккал/кг	кДж/кг
Ств+1/2О2г=СОг Ств+О2г=СО2г Mnж+Siж=MnSiж 2MnO+SiO2=2MnO*SiO2 CaO+SiO2=CaO*SiO2 MgO+SiO2=MgO*SiO2 S+3/2O2=SO3г СаСО3=СаО+СО2 MgCO3=MgO+CO2 Mnтв=Mnг Siтв=Siг Pтв=Pг MnOтв=Mnтв+1/2O2г SiO2тв=Siж+O2г Fe2O3тв=2Fe+3/2O2г P2O5тв=1/2P4г+5/2O2г H2Oг=H2г+1/2O2г	264000 44050 25600 11450 11450 8810 94450 -42500 -25110 -68340 -85000 -192200 -93100 -217600 -196500 -370000 -57798	СО СО2 Si MnO CaO MgO S CaO MgO Mn Si P Mn Si Fe P H2O	944 2140 1020 168 204 220 2630 -700 -703 -1240 -3030 -4270 -1695 -7760 -3511 -11900 -3210	3941 8925 4260 700 852 910 11000 -3190 -2930 -5175 -12650 -17860 -7080 -32400 -14650 -49650 -13400

Прибуток тепла

Тепло, яке вноситься шихтовими матеріалами:

Марганцевим агломератом 975 х 0,418 х 25 = 10188,75 кДж

ШМП 1403,5 х 0,418 х 25 = 14666,57 кДж

Кварцитом 369,1 х 0,7 х 25 = 6459,25 кДж

Коксиком 443,4 х 0,836 х 25 = 9267,06 кДж

Всього Q_ш = 40581,63 кДж

Тепло окислення вуглецю за реакцією С_тв+1/2О_2г=СО_г

Q₁ = 92,745 х 9,75 х 3941 = 3563703 кДж

Тепло окислення вуглецю за реакцією С_тв+О_2г=СО_2г

Q₂ = 8,639 х 9,75 х 8925 = 751755 кДж

Тепло окислення сірки за реакцією S+3/2O2=SO3г

Q₃ = 0,9006 х 9,75 х 11000 = 96589 кДж

Всього тепла від окислення елементів

Q_ок = Q1+Q2+Q3 = 4412047 кДж

Тепло утворення силікомарганцю за реакцією Mn_ж+Si_ж=MnSi_ж

Q_Me = 1000 х 0,24 х 4260 = 1022400 кДж, (2.21)

де 0,24 – частка кремнію в силікомарганці.

Тепло шлакоутворення.

Тепло утворення 2MnO*SiO₂ за реакцією

2MnO+SiO₂=2MnO*S iO₂

Q₄ = 1130,2 х 0,1411 х 700 = 111630 кДж, (2.22)

де 0,1411 – частка MnO у відвальному шлаку силікомарганцю.

Тепло утворення CaO*SiO₂ за реакцією

CaO+SiO₂=CaO*SiO₂

Q₅ =1130,2 х 0,11013 х 852 = 106047 кДж, (2.23)

де 0,11013 – частка СаО у відвальному шлаку силікомарганцю.

Тепло утворення MgO*SiO₂ за реакцією

MgO+SiO₂=MgO*SiO₂

Q₆ = 1130,2 х 0,0372 х 910 = 38259 кДж, (2.24)

де 0,0372 – частка MgO у відвальному шлаку силікомарганцю.

Всього тепла від шлакоутворення:

Q_шл = Q₄ + Q₅ + Q₆ = 255936 кДж

Всього прихід тепла складає:

∑Q_пр = Q_ш + Q_ок + Q_Me + Q_шл = 5730965 кДж

Витрати тепла.

Тепло на відновлення MnO за реакцією

MnO_тв=Mn_тв+1/2O_2г

Q7 = (1000 х 0,7088 + 1,81 х 9,75) х 7080 = 5143248 кДж, (2.25)

де 0,7088 – частка марганцю в силікомарганці, а 1,81 – вивітрення марганцю.

Тепло на відновлення кремнію з SiO₂ за реакцією

SiO_2тв=Si_ж+O_2г

Q₈ = (1000 х 0,25 + 0,755 х 9,75) х 32400 = 8398504,5 кДж, (2.26)

де 0,25 – частка кремнію в силікомарганці, а 0,755 – вивітрення кремнію.

Тепло на відновлення заліза з Fe₂O₃ за реакцією

Fe₂O_3тв=2Fe+3/2O_2г

Q9 = 1000 х 0,0284 х 14650 = 416060 кДж, (2.27)

де 0,0284 – частка заліза у силікомарганці.

Тепло на відновлення фосфору з P₂O₅ за реакцією

P₂O_5тв=1/2P_4г+5/2O_2г

Q₁₀ = (1000 х 0,0026 + 0,013 х 9,75) х 49650 = 135383 кДж, (2.28)

де 0,0026 – частка фосфору в силікомарганці, а 0,013 – вивітрення фосфору.

Всього витрачається тепла на відновлення окислів:

∑Q_в = Q₇ + Q₈ + Q₉ + Q₁₀ =14093195,5 кДж.

Втрати тепла.

Тепло вивітрення марганцю за реакцією Mn_тв=Mn_г

Q₁₁ = 1,81 х 9,75 х 5175 = 91326 кДж

Тепло вивітрення кремнію за реакцією Si_тв=Si_г

Q₁₂ = 0,755 х 9,75 х 12650 = 93120 кДж

Тепло вивітрення фосфору за реакцією P_тв=P_г

Q₁₃ = 0,013 х 9,75 х 17860 = 2264 кДж

Всього втрачається тепла від вивітрення елементів

Q_у = Q₁₁ + Q₁₂ + Q₁₃ = 186710 кДж

Тепло, яке забирається шлаком при 1600ºС:

Q₁₄ = 1130,2 х 2470 = 2791594 кДж.

Тепло, яке забирається металом при1600ºС:

Q₁₅ = 708,8 х 1595 + 250 х 2910 +28,4 х 1630 = 1904328 кДж, (2.29)

де 708,8; 250; 28,4 – кількість марганцю, кремнію і заліза у силікомарганці відносно.

Втрати тепла з відходячими газами.

Для спрощення розрахунку приймаємо, що газова фаза складається на 100% з окису вуглецю, а середня температура відходячих газів складає 425ºС. Тоді тепло, яке забирається колошниковими газами, складає

Q₁₆ = 81,207 х 9,75 х (566 – 32,6) = 422329 кДж, (2.30)

де 566 кДж/м³ і 32,6 кДж/м³ - теплоскладання одного нормального м³ газу при 425 і 25ºС відносно.

Тепло на розкладення води за реакцією H₂O_г=H_2г+1/2O_2г

Q₁₇ = 1,58 х 9,75 х 13400 = 206427 кДж

Всього втрачається фізичного тепла з продуктами плавки:

∑Q_ф = Q₁₄ + Q₁₅ + Q₁₆ + Q₁₇ = 5324678 кДж

Теплові втрати кладкою печі.

Теплові втрати кладкою печі РКЗ – 16,5, яка виробляє 309 т/добу за даними НЗФ приведені у таблиці 2.17.

Питомі теплові втрати:

Q₁₈ = 2765000 / 12,9 = 214341 кДж, (2.31)

де 12,9 – продуктивність печі, т/год.

Таблиця 2.17 – Теплові втрати кладкою печі РКЗ – 16,5

Джерело втрат	Зовнішня температура кладки печі, ºС	кДж* т/год
Верхня частина стін	100	192000
Нижня частина стін	130	577000
Подина	150	796000
Склепіння	90	1200000
Загальні втрати		2765000

Загальні теплові втрати:

∑Q_р = ∑Q_в + ∑Q_у + ∑Q_ф + Q₁₈ = 19818924,5 кДж.

Різниця між статтями прибутку і витрат:

∑Q_пр - ∑Q_р = 5730,965 – 19818,9245 = - 14087,96 кДж.

Витрати електроенергії на 1 т силікомарганцю:

14087,96 / 3,6 =3913 кВт*год/т.

Зведений тепловий баланс наведено і таблиці 2.18.

Таблиця 2.18 – Зведений тепловий баланс

Прибуток тепла	МДж	%	Витрати тепла	МДж	%
Фізичне тепло шихти	40,582	0,205	Відновлення окислів	14093,2	71,11
Окислення елементів	4412,047	22,26	Вивітрення елементів	186,71	0,94
Утворення сплаву	1022,4	5,159	Фізичне тепло продуктів плавки	5324,678	26,87
Шлакоутворення	255,936	1,29	Втрати кладкою	214,3	1,06
Електроенергія	14087,96	71,086	Втрати в короткій мережі	0,036	0,02
Всього	19818,924	100	Всього	19818,924	100