Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Новые процессы получения металла (металлургия железа)

..pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
13.03 Mб
Скачать

6. Степень десульфурации окатышей.

Принято,

что 100 %

S топлива удаляется в газовую фазу,

а степенью

удаления

серы рудной части шихты пренебрегаем.

 

 

7.Содержание углерода в металлизованных окатышах. Ко­ леблется в пределах 0,5—2,5 % (5—25 кг/т металлизованных окатышей или металлического железа в окатышах). Принято — содержание углерода в металлизованных окатышах 1,85%.

8.Расход известняка на удаление серы. Изменяется в зависимости от прихода серы в печь в пределах 20—100 кг/т окатышей.

9.Химический состав окисленных окатышей, %: Fe^,,,

67,83;

FeO 2,50;

Fe20 3 94,12;

Si02

1,79;

Al20 3

0,72;

CaO

0,31; MgO 0,12; MnO 0,12; Ti02 0,31; P2Os 0,01; S03

0,01.

 

10. Химический

состав известняка, %: Si02 1,59; AljG3

0,74;

CaO

53,70;

MgO

0,48;

P2Os

0,05;

S03 0,23; n.n.n.

43,21.

 

 

 

 

 

 

 

Wp

 

Ас

11. Химический

состав

бурого

угля, %:

12,0;

9,50;

Sc

0,80; Сг 71,00;

Н£

5,00;

Nr

1,0;

0 \

22,1;

V е

35,68.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Допускаем:

летучие

вещества

угля

в

восстановлении

не участвуют; выносом пыли из печи пренебрегаем; восста­ новление оксидов железа идет прямым путем; оксиды марган­

ца; кремния,

титана не восстанавливаются.

Расчет ведется

на 100 кг

окисленных окатышей.

 

 

 

 

 

Определение состава металлизованных окатышей

 

 

1. По

реакции:

Fe20 3 + С = 2Fe + СО

образовалось

СО:

94,12

(28/160) = 16,47 кг

или

16,47

(22,4/28) =

= 13,18 м3,

где

94,12— содержание Fe20 3

в

окисленных ока­

тышах.

 

 

 

(12/160) = 7,06 кг.

 

 

Потребовалось углерода: 94,12

 

 

Переведено кислорода в газовую фазу

(убыль

массы)

16,47-7,06 = 9,41 кг.

FeO + С = Fe + СО

образовалось

СО:

2. По

реакции

67,83 - 0,95

(28/56) = 32,22 кг

или

32,22

(22,4/28) =

= 25,78 м3,

где 67,83содержание Fe в окисленных окаты­

шах; 0,95— степень

металлизации.

 

 

 

 

Потребовалось

углерода:

67,83 - 0,95

(12/56) =

= 13,81 кг.

Переведено кислорода в газовую фазу (убыль

массы): 32,22

— 13,81 = 18,41 кг.

 

 

 

 

 

3. Итого

образовалось

 

СО:

13,18 + 25,78 = 38,96 м3.

Потребовалось

углерода:

7,06 +13,81 = 20,87 кг.

Переве­

дено кислорода в

газовую

 

фазу (общая

убыль

массы):

9,41 +18,41 = 27,82 кг.

 

 

 

 

 

 

4. Железа в виде

FeO:

 

 

 

 

 

железа

металлического

 

получено:

67,83 • 0,95 =

= 64,44 кг;

железа

двухвалентного

осталось:

.67,83 -

—64,44 = 3,39 кг;

количество

FeO:

 

3,39

(72/56) =

=4,36 кг.

5.Потерями массы при восстановлении фосфора и частич­ ном удалении серы пренебрегаем.

6.Состав металлизованных окатышей:

 

67,83

67,83

= 93,97%;

(1 -

0,2782)

0,7218

 

FeO =

= 6,04%,

 

 

0,7218

 

 

 

A I2O 3 =

n°;™

= i,oo %;

2

3

0,7218

 

CaO

=

0,7218

= 0,43%:

 

 

MnO = ■

= 0,15%;

0,7218

 

0,01 ♦ 62

= 0,006%;

0,7218 • 142

0,7218

С учетом содержания углерода в металлизованном продук­ те, равном 1,85 %, окончательный состав металлизованных окатышей:

Рвобш = 93,97 • 0,9815 = 92,23;

FeO = 6,04 • 0,9815 = 5,93;

FeMeT = 89,28 • 0,9815 = 87,63;

Si02 = 2,48 • 0,9815 = 2,43;

A12O J = 1,00 • 0,9815 = 0,98;

CaO = 0,43 • 0,9815 = 0,42;

MgO = 0,17 • 0,9815 = 0,17;

ТЮ2 = 0,43 • 0,9815 = 0,42;

MnO = 0,15 • 0,9815 = 0,15;

P = 0,006 • 0,9815 = 0,006;

S = 0,004 • 0,9815 = 0,004;

C = 1,85.

Состав и выход газов, образовавшихся при восстановлении и при их дожигании

1. При

восстановлении

образовалось

СО:

16,47 +

+ 32,22 = 48,69 кг СО или

48,69

(22,4/28)

= 38,96 м1234.

 

2. По

реакции

СО + 1/202 = С02 + 2417 ккал/кг

СО обра­

зуется

48,69 (44/28) = 76,5 кг С02 или 38,96 м3.

 

 

 

3. На

дожигание СО

требуется

кислорода:

48,69

(16/28)=

= 27,82 кг

0 2 или

27,82 (22,4/32) = 19,47 м3.

 

 

 

При

коэффициенте избытка

воздуха

а = 1,2,

необходимом

для

реализации

процесса

горения,

27,82 *1,2 = 33,38 кг

0 2 или

33,38 (22,4/32) = 23,37 м3.

 

 

 

 

 

В

 

дымовые

газы

перейдет

кислорода:

33,38 —27,82 =

= 5,56 кг

0 2 или 5,56 (22,4/32) = 3,89 м3.

 

 

 

 

4. В

 

дымовые

газы

перейдет

азота:

19,47

(47/21) =

= 73,28 м3

или

73,28

(28/22,4) = 91,60 кг.

При

а = 1,2

соответственно

73,28 • 1,2 = 87,94 м3

или

 

91,60 • 1,2 =

= 109,92 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

Всего

потребуется

на дожигание

воздуха:

при а = 1

27,82

+ 91,60

=

119,42

кг

или

92,75 м3;

при

а = 1,2

33,38 +109,92 = 143,30 кг

или

111,31м3.

 

 

 

 

Расход углерода

на

восстановление

 

 

 

 

и науглероживание железа

 

 

 

 

 

 

1.

На

восстановление

оксидов

железа

расходуется:

7,06

+ 13,81

= 20,87 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расход

окисленных

окатышей на

1 кг

металлизованного

продукта: (92,09/67,83) • 100 = 1,3577 кг.

 

 

 

 

3.

Расход

углерода

 

на

науглероживание:

1,85/1,3577 =

= 1,36/100 кг

окисленных

окатышей.

 

 

 

 

4. С

дымовыми

газами

выносится от 1 до 2 % сухого

угля,

принимаем

вынос

углерода

0,4 кг/100 кг

окатышей.

 

5. Израсходовано

 

всего

 

углерода:

20,87 +1,36 + 0,4 =

=22,63 кг.

6.Израсходовано сухого угля:

2 2 , 6 3 _

2 7 , 6 3

_________22,63________

Снел

100 — V е —

100

- 35,68

- 9,5

Ас

 

 

2 2 ,6 3

41,28 КГ.

 

 

 

0 ,5 4 8 2

 

 

 

 

 

 

 

С целью обеспечения полного протекания процессов вос­

становления

необходим

избыток

топлива

в шихте от 1 до

2%, принимаем избыток топлива

0,5 кг.

Этот избыток топ­

лива дожигается вместе с топливом, подаваемым на фурмы, расчет его горения будет проведен совместно, тогда расход

сухого

угля,

подаваемого

в

шихту,

составит:

41,28+ 0,5 = 41,78 кг.

 

 

 

Состав и выход продуктов сгорания летучих,

 

содержащихся в угле шихты

 

 

 

1. Количество

летучих

веществ:

41,28 • 0,3568 =

= 14,73 кг.

 

 

 

 

 

2. Количество

компонентов летучих веществ.

 

Состав летучих определяют из анализа соответствующих топлив.

234

Принят следующий

состав

летучих: 24 % С02; 68 % СО;

1 % СН4; 4% Н 2; 3% N 2.

 

 

Тогда выход отдельных компонентов составит:

С02

-

14,73 • 0,24

=

3,53 кг;

 

СО

-

14,73 • 0,68

=

10,02 кг;

 

СН< -

14,73 • 0,01

=

0,15 кг;

 

Н2 -

 

14,73 • 0,04 = 0,59 кг;

 

N2 -

 

14,73 • 0,03 = 0,44 кг.

 

3.

Выход продуктов сгорания летучих веществ. Реакции

сгорания летучих:

 

 

 

 

СО + 1/202 = С02 + 2417 ккал/кг;

Н2 + 1/202 = Н20

+ 28905 ккал/кг;

СН4 + 202 = С02 + 2Н20

+ 12011 ккал/кг;

С02(со, = 10,02 (44/28) =

15,75 кг или 8,02 м3;

Н А

 

, = 0,59 (18/2)

= 5,31 или

6,60 м3;

Н20. = 0,15 (36/16) = 0,34 или 0,42 м3; ССН4)

СОЧсН ) = 0,15 (44/16) = 0,41кг или 0,21 м3.

4.

При

этом потребуется кислорода при а = 1,0 на дожи­

гание

летучих

угля:

при горении

СО - 10,02 (16/28) = 5,72 кг; СН4 - 0,15 (56/16) = 0,51 кг; Н2 - 0,59 (16/2) = 4,71 кг.

Итого 10,94 кг или 7,663 м3.

При

а = 1,2

соответственно

потребуется

кислорода

13,137 кг

или 9,195 м3. Перейдет кислорода в дымовые газы

2,189 кг

или 1,532 м3.

 

 

Азота

в

дымовые

газы

при

а = 1,0

перейдет:

7,663х

*79:21 = 28,829 м3

 

или

36,037 кг;

при

а = 1,2

соответ­

ственно 43,244 кг

или 33,445 м3.

 

 

 

 

 

 

 

Количество

воздуха

при

а = 1,0,

необходимое для

сгора­

ния

летучих,

составит

46,985 кг;

при

а = 1,2

соответст­

венно

56,382 кг или

43,605 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав и выход продуктов сгорания серы угля,

 

 

 

подаваемого в шихту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Содержание

серы

угля, подаваемого в шихту, состав­

ляет 0,8%, что в пересчете

на

100 кг

окисленных

окатышей

составит:

41,28 • 0,008 = 0,33 кг.

 

 

 

 

 

 

 

2. Сера

выгорает

по

реакции

S + 0 2 = S02 + 2181 ккал/

/кг.

При

этом

образуется

сернистого

газа:

0,334(64/32) =

= 0,668 кг

или

0,233 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Для

сжигания

серы

при

а = 1,0

потребуется

кислоро­

да:

0,334 • 32:32 = 0,334 кг

или

0,233 м3.

При

а = 1,2

соответственно

0,400 кг

или 0,279 м3.

 

 

 

 

 

 

Перейдет

кислорода

в

дымовые

газы

0,066 кг

или

0,046 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество

азота,

перешедшего в дымовые газы при

а = 1,0,

составит:

 

 

0,233 • 79 :21 = 0,879 м3

 

или

1,099 кг; при а = 1,2

соответственно 1,054 м3 или

1,318 кг.

Для сжигания серы угля, подаваемого в шихту, потре­

буется

воздуха

при

а = 1,0 • 1,433 кг;

при

а = 1,2

соот­

ветственно

1,719 кг или

1,329 м3.

 

 

 

 

 

 

 

Расход тепла на 100 кг окисленных окатышей

1. Нагрев окатышей до температуры 1130°С:

е 2 =

73,54^(1130 -

500) =

73,54 • 0,24 • 630 =

= 11144 ккал

(46752 кДж),

 

где

С2 — средняя

теплоемкость окатышей в интервале 500-

1130 °С; С2 = 0,240 ккал/кг • °С.

2. Нагрев

угля

от 20

до 300 °С и испарение влаги

угля:

 

 

 

 

236

Q2 = 47,48C2(300—20) + 47,48 (И"7100)?исп =

=47,48 • 0,36 • 220 + 47,48 • 0,12 • 539 =

=7857 ккал (32897 кДж),

где Сг

средняя теплоемкость бурого угля в интервале

20-300 °С,

которую находим по формуле:

С2 = 0,01И'Р + 0,01СР(100 - Wr) =

= 0,01 • 12 + 0,01 • 0,27 (100 - 12) =

= 0,36 ккал/кг • °С;

9исп ~

количество

тепла,

затраченное

на испарение 1 кг

влаги, 539 ккал/кг.

 

 

 

 

 

При

испарении

влаги

угля в

отходящие

газы уходит

влаги:

47,48(12/100)

=

5,7 кг

Н20

или

5,7 (22,4/18) =

=7,1 м3.

3.Нагрев угля от 300 до 1130°С.

Поскольку к разгрузочному концу печи доходит незначи­ тельное количество несгоревшего и непрореагировавшего угля, то долю угля принимаем 50%, тогда

Q3

0,5 • 47,48

100 - W T

100 -

А с

100

100

Сс (1130-300) =

 

 

 

= 0,5 • 47,48 • 0,88 • 0,906 • 0,27 • 830 =

= 4288 ккал (17953 кДж),

 

 

где

Сс — теплоемкость

угля в

интервале 1130—300 °С —

—0,27 ккал/(кг • °С).

 

 

4.

Нагрев золы угля от

300 °С до

1130°С:

2ч = 47,48 “ “ Сзоды (1130-300) =

=70 • 0,6783 • 0,0905 • 0,215 • 830 =

=766,8 ккал (3210,6 кДж),

где Сзоды —

теплоемкость золы в интервале 300—1130 °С,

Сэдлы= 0,215

ккал/кг • °С.

 

5.

 

Нагрев

известняка от

20

 

до

ИЗО °С

и

его

разло­

жение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,71С 4(900—20)

п.п.п.

<?дис10Q

+

100 — п.п.п.

С5х

 

100

Q s

~

+

 

чдис

 

 

х(И30

-

900) = 2,71 • 0,25 • 880

+

0,4321 • 622

+

 

 

 

 

+ 0,5679 • 0,214 • 230 = 1401 ккал

(5865

кДж),

 

 

 

 

 

где

С4 — теплоемкость

известняка

в

интервале

20—900 °С;

С4 = 0,25 ккал/кг • °С;

С5 -

 

теплоемкость

извести

в

ин­

тервале

900-1130 °С;

 

Cs = 0,27 ккал/кг • °С;

qmc -

необ­

ходимое

тепло

 

для

разложения

известняка

по

 

реакции

СаС03 —*-СаО

+ СОг; qmc = 622 ккал/кг.

 

 

 

 

 

 

 

При

этом

выделяется

углекислого

газа:

4 • 0,6783 • 44:

:100 = 1,2 кг или

1,2 • 22,4/44

= 0,6 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Итого на нагрев шихтовых материалов потребуется:

 

Gui = Qi + Qi + <2з + QA + Qs = 11144 + 7857

+

4288 +

 

+ 768,8 + 1401 = 25507 ккал (105797 кДж).

 

 

 

 

 

 

6.

Восстановление

оксидов

железа:

 

 

 

 

 

 

 

 

по

реакции

Fe20 3

+

С

=

2FeO

+ СО

— 356

ккал/кг

Fe;

67,83 • 356 = 24147 ккал

(101015

кДж);

 

 

 

 

 

 

 

 

по реакции FeO + С = Fe + СО -

649

ккал/кг; 0,95 х

х67,82 • 649 = 41820 ккал (175100 кДж).

 

 

 

 

 

 

 

Итого на восстановление оксидов железа:

 

 

 

 

 

Q6 = 24147 + 41820 = 65967 ккал (276203 кДж).

 

 

 

 

 

7.

Механический недожог.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За счет науглероживания металлизованных окатышей угле­

родом

 

топлива

0 7 = 1,36 • 8000 = 10880 ккал

 

(45554 кДж),

где

8000 ккал/кг—

теплотворная

 

способность

 

углерода,

равная теплотворной способности кокса. При этом израсхо­

дуется углерода топлива

1,36. кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Механический

недожог.

 

За

счет

выноса

 

углерода

топлива

с пылью:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G, = 0,4 • 8000 = 3200

ккал

(13398

кДж).

 

 

 

 

 

 

238

9. Потери

тепла

 

с

охлаждаемой

водой

принимаются,

исходя из практических

данных,

равными

400000 ккал/т Fe,

тогда

на

100 кг

окисленных

окатышей

потери с

охлаждающей

водой составят:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б,

= 0,6783 • 40000 = 27132

ккал (113602 кДж).

 

 

10. Потери тепла

корпусом печи:

 

 

 

 

 

J2IO =

1,25 • 100

/(3 .5

 

+

0,00 62r„)(fn

-

»в)

 

 

 

------------------------ =

 

 

2 _

• iuu

2198(3,5

+ 0,0062

• 100)(100—20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75000

 

 

 

 

 

 

= 1207 ккал (5556 кДж),

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

/ — площадь

поверхности

печи,

если

ее

длина

100 м,

диаметр

3,5 м;

t„ —

 

температура

поверхности

печи,

100 °С;

tB

 

 

температура

 

окружающего

воздуха,

20 °С;

G

производительность

печи

75т/ч.

 

 

 

 

 

 

11. Потери

тепла

с

отходящими

газами

при

950 °С

(влаги

топлива,

догорание

 

летучих,

догорание

оксида углерода

после восстановления,

 

серы топлива):

 

 

 

 

диоксид углерода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б „

 

= (76,51

+

15,737

+

0,405

+ 1,2) • 0,305 • 950 =

 

= 27193 ккал (112403 кДж);

 

 

 

 

 

 

 

паров

воды:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 „ _

 

= (5,302

+

0,303

 

+ 5,7) *0,585 • 950 =

 

 

 

tiJU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6282 ккал (26305 кДж);

диоксида серы:

G__ = 0,668 • 0,206 • 950 = 130 ккал (544 кДж);

азота воздуха:

0 М = (109,8

+ 44,244 + 1,318 + 0,441) • 0,284 • 950 =

N2

 

= 42035 ккал

(176003 кДж);

кислорода воздуха:

Q = (5,564 + 2,189 + 0,064) • 0,266 • 950 « °2

= 1975 ккал (8270 кДж);

итого с уходящими газами:

Си = 77615 ккал (323516 кДж).

12. Потери тепла с уходящими газами при сгорании топлива на фурмах и избытка восстановителя, подаваемого в шихту:

Q12 = 2710,4(0,5 + В) = 2710,4В + 1355 ккал;

2 12 = 2710,4 • 10,45 + 1355 = 31033 ккал (129938 кДж).

Итого расход тепла во вращающейся печи:

Срасх = Oi + Qi + Оз + Q* + Qs + Се + Qi + О* + О» +

+

Сю + On + Gu = Ш 44 + 7857 + 4288

+ 766,8 +

+

1401 + 65967 + 10880 + 3200 + 27132 + 1207 + 77615 +

2710,4J3 + 1355 = 212871 + 2710,4В.

 

Приход тепла на 100 кг

окисленных окатышей

 

1. От догорания СО,

выделившегося

при восстановлении

оксидов железа С0 + 1/202 = СО2 + 3022 ккал/м3;

=38,96 • 3022 = 117737 ккал (492965 кДж).

2.Тепло от дожигания летучего топлива, подаваемого в шихту, за вычетом избытка топлива, сгораемого на фурмах:

.Q' = 10,015 • 2417 = 2406 ккал (101135 кДж);

Q ’ = 0,589 • 28905 = 17025 ккал (72283 кДж);

Q ' = 0,147 • 12011 = 1765 ккал (7392 кДж); СНд

240