2. Розрахунок теплового балансу плавки

1. Прихід тепла

Прихід тепла конвертера визначаємо за формулою:

, кДж (ккал),

де Q₁ – фізичне тепло рідкого чавуну; Q₂ – хімічне тепло реакцій окислення домішок металошихти; Q₃ – хімічне тепло реакцій шлакоутворення; Q₄ – хімічне тепло реакцій утворення заліза шлаку; Q₅ – хімічне тепло реакцій окислення Fe до Fe₂O₃, що перейшло у вигляді пилу до диму; Q₆ – фізичне тепло міксерного шлаку.

а) Фізичне тепло рідкого чавуну (Q₁) визначаємо за формулою:

,

де - кількість (маса) чавуну, кг ( кг, див. табл. 2.26); - теплоємність твердого чавуну; - теплоємність рідкого чавуну; t_рід – температура заливає мого до конвертера чавуну, ^○С (t_рід = 1300 ^○С, див. вихідні дані); q = 218 кДж/кг (52 ккал/кг) – теплота фазового переходу (прихована теплота плавлення) чавуну.

Підставляючи до формули відомі величини, отримуємо:

кДж

або

ккал.

б) Хімічне тепло реакцій окислення домішок металошихти (Q₂):

Розрахунок наведений у таблиці 2.27.

Таблиця 2.27 – Визначення хімічного тепла реакцій окислення домішок металошихти.

Елемент-оксид	Окислюється дмішок, кг (див. табл. 2.11)	Тепловий ефект реакції окислення (на 1 кг елемента)2)		Виділяється тепла на окислення		Виділяється тепла, % від загального приходу тепла3)
		кДж	ккал	кДж	ккал
С до СО С до СО2 Si до SiО2 Mn до MnО P до P2О5	2,77 0,308 0,711 0,348 0,071	11096 34710 26922 7334 19763	2650 8290 6430 1680 4720	30736 10691 19142 2448 1403	7341 2553 4572 585 335	16,7 5,8 10,4 1,3 0,8
Разом:				Q2 = 66620	15386	∑35

Примітки: 1) Розрахунок виконується наступним чином: 2,748 ∙ 11096 = 30491 і т.д.

2) Теплові ефекти реакцій окислення елементів в кДж подані заокруглено.

3) Цей стовпець таблиці заповнюється після визначення загального приходу тепла ∑Q_прих.

в) Хімічне тепло реакцій шлакоутворення (Q₃):

При визначенні Q₃ вважаємо, що усе SiO₂ і P₂O₅ у шлаці пов’язано реакціями:

SiO₂ + 2CaO = (CaO)₂ ∙ SiO₂ + 2300 кДж/кг SiO₂ (550 ккал/кг SiO₂)

Р₂О₅ + 4СаО = (СаО)₄ ∙ Р₂О₅ + 4860 кДж/кг Р₂О₅ (1162 ккал/кг Р₂О₅)

кДж (1268 ккал),

де і - кількість SiO₂ і P₂O₅, що перейшли до шлаку з різних матеріалів, кг (див. табл. 2.12).

г) Хімічне тепло реакцій утворення оксидів заліза шлаку (Q₄):

,

де - кількість тепла, що виділяється при окисленні заліз (у кількості ) для утворення необхідного вмісту Fe₂O₃ у шлаці за реакцією:

кДж/кг Fe (1760 ккал/кг Fe);

Q_FeO – кількість тепла, що виділяється при окисленні заліза (у кількості ) для утворення необхідного вмісту FeO у шлаці за реакцією:

кДж/кг Fe (1150 ккал/кг Fe).

У зразковому розрахунку кг і кг (див. п. 2.1.9),

тоді

кДж (1920 ккал)

д) Хімічне тепло реакцій окислення Fe, що перейшло до диму, до Fe₂O₃ (Q₅):

кДж (2288 ккал),

де - витрати заліза з димом, кг (див. п. 2.1.9); 7370 – тепловий ефект реакції окислення Fe до Fe₂O₃, кДж/кг Fe (1760 ккал/кг Fe).

е) Фізичне тепло міксерного шлаку (Q₆) визначаємо за формулою:

,

де - кількість міксерного шлаку на 100 кг металошихти, кг; - середня температура міксерного шлаку, ^○С; - середня теплоємкість міксерного шлаку, кДж/град (ккал/град); - теплота фазового переходу (прихована теплота плавлення) шлаку, кДж/кг (50 ккал/кг).

Середню температуру міксерного шлаку, що потрапляє до конвертера з чавуновізного ковша, орієнтовно можа прийняти на 15…20 ^○С нижче за температуру чавуну, що заливається до конвертеру, тобто:

^○С

У зразковому розрахунку

^○С,

де - температура чавуну, що заливається до конвертера, ^○С (див. вихідні дані).

Середню теплоємність міксерного шлаку визначаємо за формулою:

,

де 0,73 – теплоємність шлаку при 0 К, кДж/(кг ∙ град) (0,175 ккал/(кг ∙ град)); 0,00025 – прирощення теплоємності на 1^○, кДж/(кг ∙ град) (0,00006 ккал/(кг ∙ град)); Т_м.шл – середня температура міксерного шлаку, К (Т_м.шл = t_м.шл +273 К).

У зразковому розрахунку:

К;

кДж/(кг ∙ град) (0,267 ккал/(кг ∙ град));

кг (див. табл. 2.26);

кДж (226 ккал).

ж) Вноситься тепла до конвертера всіма джерелами ∑Q_прих:

кДж (44061 ккал).

Після цього у таблиці 2.27 заповнюється останній її стовпець.

Приклад розрахунку: % і т.д.

Дані цього стовпця є оцінкою частки теплового ефекту від окислення кожного елемента у прихідній частині теплового балансу плавки.