9.2 Матеріальний і тепловий баланси доменної плавки

9.2.1 Матеріальний баланс

Матеріальний баланс (МБ) доменної плавки розраховують як для працюючих, так і для печей, що проектуються. Для печей, що працюють, МБ розраховують для перевірки відповідності маси завантажуваних в доменну піч шихти, поданих дуття і паливних добавок масі продуктів плавки колошникових газів і пилу, що отримують в результаті плавки. До складання МБ удаються також при швидкому розгорянні лещаді для визначення маси «козлового» чавуну. Іноді, крім загального МБ, розраховують баланс по окремим компонентам шихти. Такий розрахунок дозволяє визначити, в якій кількості даний компонент поступає в піч з окремими матеріалами і як розподіляється між рідкими продуктами плавки та колошниковим газом.

При складанні балансу для працюючої печі по можливості більш точно враховують за визначений період часу (звичайно за кілька діб) витрату всіх матеріалів, поданих в піч і кількість продуктів плавки, на основі чого визначають витрату кожного матеріалу і вихід шлаку, колошникових газу і пилу на одиницю маси чавуну. Витрату дуття і вихід колошникового газу звичайно визначають розрахунком. У зв’язку з відсутністю можливості мати абсолютно точні дані про всю вхідну інформацію для складання МБ завжди має місце деяке розходження (нев’язка). МБ для печей, що проектуються, повинен співпадати з незначною нев’язкою, оскільки для проектних умов плавки задаються достатньо точними даними.

Приходна стаття МБ складається із суми мас вологої шихти, сухого дуття, вологи дуття, паливної добавки, витратна стаття підсумовує маси чавуну, шлаку, колошникових газу та пилу, вологи гігроскопічної та від непрямого відновлення, а також нев’язку. Звичайно МБ розраховується на 1т чавуну (сплаву) іноді на 100 кг металу для спрощення розрахунків теплового балансу, що пов’язаний з МБ. Приклад зведеної таблиці матеріального балансу показаний в таблиці 9.1

Таблиця 9.1 - Зведена таблиця матеріального балансу

№ з/п	Задано:	кг	№ з/п	Отримано:	кг
1	Шихтові матеріали	216,85	1	Чавуну	100,0
2	Дуття	152,71	2	Шлаку	39,35
3	Природний газ	13,35	3	Газу (сухого)	226,91
			4	Вологи і пилу	6,91
			5	Вологи від відновлення	9,54
			6	Мn3O4, що звітрюється в колошник	0,15
	Разом:	382,91		Разом:	382,86

Нев’язка (розходження балансу)

Допускається нев’язка не більше 1%.

9.2.2. Тепловий баланс плавки

Енергетичні витрати на виплавку одиниці маси чавуну визначають в ході розрахунку теплового балансу доменної плавки. Відомі три традиційні форми зведення теплового балансу.

Перша (табл.9.2), найбільш поширена форма теплового балансу доменної плавки, форма дисоціацій Л.Грюнера, заснована на умовному діленні відновних реакцій на дві стадії і дисоціацію оксидів заліза та супутніх відновлюваних металів, а також і окислення киснем, що виділився, вуглецю, СО і водню. Поділ реакцій відновлення на дві стадії використано для полегшення розрахунків. В реальній доменній печі такого поділу не існує, тому, небезпідставно вважають, що I форма зведення балансу не відповідає реальному стану доменного процесу

За схемою II, запропонованою Окерманом, в «приході» враховується тільки та кількість тепла, котра надходить від горіння палива біля фурм, а у «витраті» - результативний тепловий ефект реакцій прямого і посереднього відновлення. Статті теплового балансу II відповідають фізико-хімічним процесам доменної плавки, але не враховують додаткових витрат палива із-за особливостей доменного процесу. Частина вуглецю коксу розчиняється в металі без окислення і виділення енергії. Біля третини тепла, яке могло б виділитися при згоранні палива, не використовується в доменній печі і не враховується у формі I теплового балансу.

Третя форма зведення теплового балансу Р.Бунзена є теплоенергетичною. По суті така форма призначена для оцінки роботи теплових агрегатів, в яких проводять повне спалювання палива. В «приході» балансу III враховується все тепло повного спалювання коксу і паливних добавок, а у «витраті» додатково до статей, що враховуються двома першими формами, з’являється стаття: «невикористана потенціальна і хімічна енергія колошникового газу і вуглецю в чавуні». Недоліком форми III є подвійне врахування тепла гарячого дуття. Так в «приході» враховується внесення тепла з гарячим дуттям, але не мається на увазі той факт, що більша частина цього тепла отримана при згоранні «втраченої» хімічної енергії колошникового газу. Тому розрахункова величина витрат тепла виявляється завищеною,