2. Витрати тепла

Витрата тепла визначається за формулою:

кДж (ккал),

де - фізичне тепло рідкої сталі; - фізичне тепло кінцевого шлаку; - тепло, що уноситься з конвертера відхідними газами; - тепло дисоціації вологи, що вноситься шихтою; - тепло дисоціації СаСО₃ вапна та інших шихтових матеріалів; - тепло дисоціації оксидів заліза, що вноситься шихтою; - тепло, що уноситься Fe₂O₃ диму; - тепло, що уносить залізо викидів та виносу; - тепло, що уносить залізо корольків, які заплуталися у шлаці; - втрати тепла на нагрівання футеровки конвертера, випромінюванням через горловину, на нагрівання охолоджувальної фурму води та іншої не обрахованої втрати.

а) Фізичне тепло рідкої сталі ( ):

,

де - кількість (маса) рідкого металу наприкінці продувки, кг ( кг, див. табл. 2.17); - теплоємність твердої сталі; - теплоємність рідкої сталі; - температура металу наприкінці продувки, ^○С ( ^○С, див. вихідні дані); кДж/кг (68 ккал/кг) – теплота фазового переходу (прихована теплота плавлення) сталі; - температура плавлення металу, ^○С, що дорівнює:

^○С,

де [С]_зал = 0,38 – вміст вуглецю у металі наприкінці продувки, % (див. табл.. 2.8); 1539 – температура плавлення чистого заліза; 85 – зниження температури плавлення металу на 1% вуглецю, ^○С.

Підставляючи відомі величини, отримуємо:

кДж

або

ккал.

б) Фізичне тепло кінцевого шлаку ( ) визначаємо за формулою:

,

де - кількість кінцевого шлаку, кг; - середня температура кінцевого шлаку, ^○С; - середня теплоємність кінцевого шлаку, кДж/град; - теплота фазового переходу (прихована теплота плавлення) кінцевого шлаку, кДж/кг (50 ккал/кг).

Температуру кінцевого шлаку приймаємо рівній температурі металу наприкінці продувки, тобто:

^○С.

Середню теплоємність кінцевого шлаку (як і міксерного) знаходимо 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) (0,289 ккал/(кг ∙ град));

кг (див. табл. 2.17);

кДж (5690 ккал).

в) Тепло, що уноситься з конвертера відхідними газами ( ).

Середню температуру відхідних газів приймаємо рівній середній температурі металу за час продувки, яку, в свою чергу, наближено можна прийняти середньоарифметичній між температурою заливає мого до конвертера чавуну ( ) і температурою металу наприкінці продувки ( ):

^○С.

Середніми теплоємностями газів (кДж/(м³ ∙ град)) в залежності від їхньої температури, задаємося з табл. 2.28.

Таблиця 2.28 – Середня теплоємність газів.

Газ	Середні теплоємності газів, кДж/(м3 ∙ град), при температурах, ○С
	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700
СО СО2 Н2О Н2 N2 О2	1,43 2,26 1,77 1,33 1,40 1,49	1,44 2,28 1,79 1,34 1,41 1,50	1,45 2,30 1,81 1,35 1,42 1,51	1,46 2,32 1,82 1,36 1,43 1,52	1,47 2,34 1,85 1,37 1,44 1,53	1,48 2,36 1,87 1,38 1,45 1,54	1,49 2,38 1,89 1,39 1,46 1,55

Тепло, що уноситься відхідними газами, визначаємо за допомогою таблиці 2.29.

Таблиця 2.29 – Тепло, що уноситься відхідними газами.

Газ	Кількість газів, нм3 (див. табл. 2.16)	Середня теплоємність газів при 1450 ○С*), кДж/(м3 ∙ град)	Середня температура газів, ○С	Уноситься тепла газами
				кДж	ккал
СО СО2 Н2О Н2 N2 О2	5,17 0,713 0,086 0,034 0,026 0,129	1,465 2,330 1,840 1,365 1,435 1,525	1450 1450 1450 1450 1450 1450	10982 2409 229 67 54 285	2624 575 55 16 13 68
Разом:				= 14026	3351

*⁾ Визначається шляхом екстраполювання даних табл 2.28.

Приклад визначення:

1. Уноситься тепла СО

кДж;

2. Уноситься тепла СО₂

кДж і т.д.

г) Тепло дисоціації вологи ( ), що вноситься шихтою:

При дисоціації вологи за реакцією 2Н₂О = Н₂ + 0,5О₂ – 242000 кДж/(кг ∙ моль) Н₂ поглинається тепла:

кДж,

де - кількість водню, що виділяється при дисоціації вологи, м³ (див. табл. 2.29).

У зразковому розрахунку:

кДж (88 ккал)

д) Тепло дисоціації СаСО₃ вапна та інших шихтових матеріалів ( ):

При дисоціації СаСО₃ шихтових матеріалів за реакцією:

СаСО₃ = СаО + СО₂ – 4025 кДж/кг СО₂

поглинається тепла:

кДж (262 ккал),

де - кількість СО₂, що виділяється при дисоціації СаСО₃ вапна, плавикового шпату, бокситу і залізної руди (див. п. 2.1.11), кг.

е) Тепло дисоціації оксидів заліза шихти, що внесені шихтою ( ).

При дисоціації оксидів заліза поглинається тепла:

, кДж,

де - кількість тепла, що втрачає ванна при дисоціації Fe₂O₃ за реакцією:

Fe₂O₃ = 2Fe + 1,5O₂ – 5160 кДж/кг Fe₂O₃;

- кількість тепла, що втрачає ванна при дисоціації FeO за реакцією:

FeO = Fe + 0,5O₂ – 3750 кДж/кг FeO.

В нашому випадку:

кДж (976 ккал);

кДж (181 ккал);

де і - усього внесено і шихтовими матеріалами, кг (див. табл. 2.14);

кДж (1157 ккал).

ж) Тепло, що уносить Fe₂O₃ диму ( ), визначається за формулою:

,кДж,

де - кількість Fe₂O₃ диму, кг; - середня теплоємність Fe₂O₃, кДж/(кг ∙ град), у межах температури 1400…1660 ^○С наближено приймаємо рівній 0,88 кДж/(кг ∙ град) або 0,21 ккал/(кг ∙ град); - середня температура диму, ^○С (приймаємо рівний середній температурі відхідних газів, тобто ).

У зразковому розрахунку:

кг (див. табл. 2.17); ^○С (див. табл. 2.29).

Тоді,

кДж (566 ккал).

з) Тепло, що уносить залізо викидів і виносу ( ), визначається за формулою:

,

де - кількість заліза викидів та виносу, кг; - середня теплоємність заліза викидів та виносу, кДж/(кг ∙ град), наближено приймається рівній теплоємності рідкої сталі, тобто кДж/(кг ∙ град) або 0,20 ккал/(кг ∙ град); - середня температура заліза викидів та виносу, ^○С (приймається рівний середній температурі металу за період продувки, тобто ).

В нашому розрахунку:

кг (див. табл. 2.17); ^○С (див. табл. 2.29).

кДж (291 ккал).

і) Тепло, що уносить залізо корольків, які заплуталися у шлаці ( ), знаходиться по формулі:

,

де - кількість корольків, що заплуталися у шлаці, кг; - середня теплоємність заліза корольків, кДж/(кг ∙ град), приймається рівній теплоємності рідкої сталі, тобто кДж/(кг ∙ град) або 0,20 ккал/(кг ∙ град); - середня температура заліза корольків, ^○С (приймається рівний середній температурі шлаку наприкінці продувки, тобто ).

У нашому розрахунку:

кг (див. табл. 2.17); ^○С (див. табл. 2.29).

кДж (292 ккал).

к) Втрати тепла на нагрівання футеровки конвертера, випромінюванням через горловину, з охолоджуваною водою та інші невраховані втрати ( ).

Втрати тепла на нагрівання футеровки конвертера, випромінюванням через горловину, з охолоджуваною фурму водою та іншими неврахованими статтями витрат тепла конвертером у навчальних розрахунках можна приймати у межах 2…5% від приходу тепла.

У зразковому розрахунку (при ^○С; [С]_зал = 0,38%, садка конвертера, наприклад, 250 тон) приймаємо цю величину рівною 2.8%. Тоді:

кДж (1234 ккал),

де - сумарний прихід тепла за продувку, кДж (див. п. 2.2.1).

л) Витрата тепла ( ):

.

Прихід та витрату тепла за статтями зводимо до таблиці 2.30 теплового балансу плавки.

Таблиця 2.30 – Тепловий баланс плавки.

Прихід тепла			Витрати тепла
Статті приходу	кДж	%	Статті витрати	кДж	%
1. Фізичне тепло рідкого чавуну ( )	97056	52,75	1. Фізичне тепло рідкого металу ( )	129052	70,46
2. Тепло окислення домішок шихти ( )	64420	35,01	2. Фізичне тепло кінцевого шлаку ( )	23820	13,01
3. Тепло реакцій шлакоутворення ( )	5856	3,18	3. Тепло відхідних газів ( )	14026	7,66
4. Тепло утворення оксидів Fe шлаку ( )	6144	3,34	4. Тепло дисоціації вологи ( )	367	0,20
5. Тепло окислення Fe до Fe2O3 ( )	9581	5,21	5. Тепло дисоціації СаСО3 ( )	1095	0,6
6. Фізичне тепло міксерного шлаку ( )	925	0,5	6. Тепло дисоціації оксидів Fe шихти ( )	4845	2,65
			7. Тепло, що уносить Fe2O3 диму ( )	2370	1,29
			8. Тепло, що уносить залізо оксидів ( )	1218	0,67
			9. Тепло, що уносить залізо корольків ( )	1203	0,66
			10. Втрати тепла конвертером ( )	5151	2,81
Разом: прихід ( )	183982	100	Разом: витрата ( )	183148	100

Надлишок тепла: ΔQ = ∑Q_прих - ∑Q_витр = 183982 – 183148 = 834 кДж (199 ккал)

або

% від приходу тепла.