8. Тепловой баланс доменной плавки. Содержание основных статей. Факторы, влияющие на расход топлива.

Тепловой баланс плавки — характеризует количество тепла, затраченного на производство 1 кг чугуна. Тепловой баланс основан на материальном балансе плавки.

Существуют различные способы составления теплового баланса. Наиболее распространенный — способ диссоциаций, основанный на предположении, что реакции компонентов шихты с восстановителями (твердым углеродом, оксидом углерода, водородом) протекают в две стадии. На первой стадии происходит диссоциация оксида с переводом кислорода в газовую фазу; тепловой эффект реакции при этом отрицательный. На второй стадии взаимодействия имеет место окисление восстановителя, которое сопровождается положительным тепловым эффектом.

Короче, как-то так:

1. FeO = Fe + 1/2O2 — 270 МДж

2. С + 1/2O2 = CO + 118 МДж

Преимущество такого метода — упрощение расчетов, потому что все реакции первой стадии всегда связаны с расходными статьями баланса, а реакции второй — с приходными.

Статьи прихода:

1. тепло от сгорания углерода у фурм (одна из больших);

2. тепло окисления углерода прямого восстановления;

3. тепло догорания монооксида углерода в диоксид углерода (самая большая);

4. тепло окисления водорода;

5. тепло сгорания природного газа;

6. физическое тепло дутья (одна из больших).

Статьи расхода:

1. тепло на диссоциацию оксидов;

2. тепло на перевод серы в шлак;

3. тепло на разложение известняка;

4. тепло на разложение части CO2 флюса;

5. тепло на разложение влаги дутья;

6. тепло испарения гигроскопической влаги, выделения и испарения гидратной влаги;

7. унос тепла чугуном;

8. унос тепла шлаком;

9. унос тепла колошниковым газом;

10. тепловые потери (тепло, уносимое охлаждающей водой, и наружные тепловые потери лучеиспусканием, конвекцией, теплопроводностью).

При расчетах допускают, что величина тепловых потерь (вместе с невязкой баланса) должна составлять при выплавке передельного чугуна 4-10%, литейного — 8-13%. При выплавке ферросплавов величина тепловых потерь больше.

Как показывает практика, расход кокса для компенсации тепловых потерь интенсивно работающих ДП объемом около 1000 кубометров составляет кг/т чугуна: для передельного — 20-35; для литейного — 50-75; для ферромарганца — 200.

Второй способ составления теплового баланса включает действительный расход тепла на плавку и отличается статьями прихода-расхода (ряд статей прихода тепла по первому способу является фиктивным). На самом деле в печи не выделяется тепло от окисления углерода прямого восстановления, догорания монооксида углерода и пр. Подобное допущение оправдывается соответствующим увеличением расхода тепла. В расчете по второму способу такое допущение исключается и каждая химическая реакция, имеющая место в печи, рассчитывается отдельно.

Из теплового баланса видно, что физическое тепло газов используется в доменной печи очень хорошо, и в этом отношении доменная печь является весьма совершенным агрегатом. Химически связанное тепло углерода используется не полностью, так как в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу (поскольку основное назначение доменной печи заключается в восстановлении железа из его оксидов).

Так как выделение и превращение тепла связано с количеством поступающих в доменную печь и выходящих из печи материалов, то расчету теплового баланса должен предшествовать расчет шихты, газа, дутья и материального баланса. Кроме того, необходимо знать сведения о температурах и теплоемкостях веществ и тепловых эффектах превращений.

Факторы, влияющие на расход топлива.

Из мероприятий, направленных на снижение удельного расхода кокса, максимальный эффект дают те, которые непосредственно воздействуют на нижнюю ступень теплообмена (повышение температуры дутья экономит кокс, а увеличение влажности дутья ведет к его перерасходу). Однако повышение температуры загружаемой в печь шихты (при использовании горячего агломерата) не приводит к экономии кокса, поскольку это дополнительное тепло не достигнет нижней ступени теплообмена, а будет вынесено из печи с колошниковым газом.

При высокой степени обогащения дутья кислородом (больше 35%) в результате значительного понижения температуры в шахте печи уменьшается скорость восстановления рудных материалов, что вызывает повышение степени прямого восстановления, и, следовательно, возрастание удельного расхода кокса.

N. B. Основной результат обогащения дутья кислородом — интенсификация горения углерода у фурм.

Снижение количества дутья на единицу углерода, а, следовательно, и чугуна, вызывает уменьшение прихода тепла с дутьем. Таким образом, доменная печь получит меньше тепла, что потребует роста температуры дутья или перерасхода кокса.

Также, согласно исследованиям, снижение расхода кокса возможно, например, за счет частичной его загрузки непосредственно в центр колошника и за счет увеличения степени использования восстановительной способности доменного газа.

И, кстати, расход кокса немало зависит от качества кокса. Так, каждый 1% увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1-2% и повышению расхода кокса на 1,2-2%; а при увеличении содержания серы в коксе на 0,1% удельный расход кокса в среднем возрастает на 1-1,4%. Такие дела.

По теоретическим расчетам и опытным данным, при степени металлизации доменной шихты до 50-60% каждые 10% металлизации обеспечивают снижение расхода кокса на 4-6% и прирост производительности на 5-7%.

Стоит отметить еще и то, что плавка железных руд без обогащения сопровождается низкими технико-экономическими показателями (низкая производительность, высокий расход кокса).

Р

Итак, факторы, влияющие на расхода топлива (K) и производительность ДП (P):

К

Увеличение содержания железа в шихте

на 1%

Снижение содержания в коксе:

золы на 1%

серы на 0,1%

количество флюса в шихте на 100 кг/т

чугуна

Уменьшение мелочи (<5 мм) в шихте на 1% Повышение температуры дутья на 100 ®С Увеличение:

содержания кислорода в дутье на 1%

количества природного газа на