Расчет показателей, характеризующих газодинамические процессы в доменной печи. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория и техноло

где ТК – температура колошниковых газов, 0С;

900 – температура на границе верхней и резервной зон теплообмена, 0С.

Для горновых:

РВ – верхний перепад давления, ати.

Зная количество газов, рассчитываем скорость газа в шахте и зоне

шлакообразования.

Расчет скорости газа в шахте:

где VptКГ – количество колошниковых газов, м3/мин;

SШ – площадь середины шахты, м2;

– порозность шихты в шахте, м3/м3.

Аналогично рассчитываем скорость газа в зоне шлакообразования:

V ГГ

ШЛ pt , (21)

60 S

где VptГГ – количество горновых газов, м3/мин;

S – площадь середины заплечиков, м2;

– порозность шихты в зоне шлакообразования, м3/м3.

Рассчитываем скорость газа, при которой частицы переходят во взвешенное состояние:

где d – средний диаметр частиц, м;

21

М – кажущаяся плотность материала, кг/м3;Г – плотность газа, кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

Кажущуюся плотность материала рассчитываем по следующим формулам. Для шахты:

МАТ

КАЖ

где МАТ – сумма шихтовых материалов и кокса, кг/т;

МАТ – сумма отношений материалов к их кажущейся плотности, м3/т.

КАЖ

Для зоны шлакообразования:

где ШУД – удельный выход шлака, кг/т; КУД – удельный расход кокса, кг/т;

7000, 2600, 875 – кажущаяся плотность чугуна, шлака и кокса соответственно, кг/м3.

Плотность газа рассчитывается по следующим формулам:

где СО2, Н2 – содержание соответствующих компонентов в колошниковом газе, доли ед.

где Н2 – содержание водорода в горновом газе, доли ед.

Средний условный диаметр частиц в зоне шлакообразования находим по следующей формуле:

где - порозность в зоне шлакообразования, м3/м3.

22

Сравнивая скорости газа со значениями критических скоростей в различных участках печи, рассчитываем индексы газодинамической

где ШКР – критическая скорость газа в шахте (формула 37), м/с;

Для заплечиков:

где ШЛКР – критическая скорость газа в заплечиках (формула 37), м/с.

Пример расчета

Исходные данные:

Расход агломерата – 1329 кг/т.

Расход окатышей – 279 кг/т.

Расход конвертерного шлака – 37 кг/т.

Расход кокса – 414 кг/т.

Насыпной вес, т/м3:

агломерат – 1,7; окатыши – 2,2; конвертерный шлак – 2,0; кокс – 0,5.

Размеры, мм:

агломерат – 20; окатыши – 15; конвертерный шлак – 30; кокс – 55.

Выход шлака – 0,292 т/т (24,6 кг/сек).

Выход шлака из золы дополнительного топлива (ПУТ) – 0 т/т.

Содержание золы в коксе – 12,5%.

Удельный вес шлака – 2,5 т/м3.

Содержание О2 в дутье – 0,264 м3/м3.

Влажность дутья – 0,007 м3/м3.

Расход дутья – 5502 м3/мин.

Расход природного газа – 472 м3/мин.

23

Удельный расход природного газа – 93 м3/т.

Содержание водорода в природном газе – 2,026 м3/м3.

Расход дополнительного топлива (ПУТ) – 0 кг/т.

Состав колошникового газа, %:

СО2 – 21,7; СО – 23,5; Н2 – 7,4.

Производительность печи – 7282 т/сут.

Давление дутья – 3,33 ати.

Давление под колошником – 1,84 ати.

Теоретическая температура горения – 21310С.

Температура колошника – 1600С.

Средний диаметр шахты – 11,40 м (площадь – 102,1 м2).

Средний диаметр заплечиков – 12,85 м (площадь – 129,7 м2).

Горячая прочность кокса (CSR) – 55%.

Содержание углерода в чугуне – 4,87%.

Верхний перепад – 0,3 ати.

Нижний перепад – 1,19 ати.

Вязкость шлака – 3 Па с.

Расчет:

Определяем средний диаметр частиц в шахте, используя формулу (9)

По формуле (23) определяем порозность шихты в шахте

0,222 27,80,252 0,513 м3/м3.

По уравнению (26) найдем порозность кокса в заплечиках:к = 0,00755+0,0056 55-0,311 = 0,382м3/м3.

Размер кокса в заплечиках находим по формуле (12) dк = 55-57+0,855 = 42 мм или 0,042 м.

Тогда по формуле (25) порозность слоя в зоне со стекающим шлаком составит

24

Рассчитываем выход горновых газов по формуле (13)

Vгг = (1+0,264+20,007)5502+2,026472 = 7988 м3/мин.

Выход колошникового газа рассчитываем по формуле (14)

С использованием формул (16) и (17) находим температуру газов. Для заплечиков:

Тг = (2131+950)/2 = 15410С.

Для шахты:

Тг = (160+900)/2 = 5300С.

Давление газов находим с использованием формул (18) и (19). Для заплечиков:

Рг = (23,33-1,19)/2 = 2,74 ати.

Для шахты:

Рг = (2 1,84+0,3)/2 = 1,99 ати.

После этого по формуле (15) находим приведенный выход газов. Для заплечиков:

Используя формулы (20) и (21), находим скорость газов. Для заплечиков:

Находим кажущуюся плотность материалов в шахте по формуле (23)

25

По формуле (24) находим кажущуюся плотность материалов в заплечиках

Плотность газов, находим используя формулы (25) и (26), предварительно найдя содержание водорода в горновом газе.

При расчете критической скорости для заплечиков предварительно найдем диаметр частиц в данной зоне:

По формулам (29) и (30) находим значение индекса газодинамической напряженности:

ГДН В 2,6624,3 0,109 ; ГДН Н 13,55,11 0,378 .

26

2.2.Расчет количества газов в различных кольцевых зонах доменной печи

Всоответствии с закономерностями теплообмена в верхней ступени теплообмена, изменение температур материалов и газов происходит по следующим уравнениям:

где tк, tM – температура соответственно колошниковых газов и материалов, 0С;

t0 – температура на границе верхней и резервной ступеней теплообмена, 0С

(t0i = 9000С) ;

Wм, Wг – водяные эквиваленты соответственно шихты и газов в отдельной

где М – расход материалов (ж/р часть+флюсы+добавки+кокс) в отдельной кольцевой зоне, кг/час;

М - общий расход материалов (ж/р часть+флюсы+добавки+кокс), кг/час;

S – площадь отдельной кольцевой зоны, м2;

SК – площадь колошника, м2.

27

Нахождение количеств газов в различных кольцевых зонах на уровне фурм

Колошниковый газ состоит из горнового газа и кислорода шихты

(отнятого при восстановлении). Зная расходы материалов и выход колошниковых газов в различных кольцевых зонах, можно найти выход горновых газов в этих зонах по уравнению

где FeO, Fe2O3 – содержание соответствующих элементов в рудной части шихты, %;

МР – расход рудной части шихты, кг/час;

0,222 и 0,300 – коэффициенты, характеризующие отношение молярных масс кислорода и оксида.

Пример расчета

Исходные данные:

Расход агломерата – 9678 т/сут (доля – 0,8078).

Расход окатышей – 2031 т/сут (доля – 0,1695).

Расход конвертерного шлака – 268 т/сут (доля – 0,0224).

Расход руды – 4 т/сут (доля – 0,0003).

Расход кокса – 3015 т/сут.

Площадь центральной отдушины – 1,77 м2.

Площадь промежуточной зоны – 3,96 м2.

Площадь рудного гребня – 51,02 м2.

Площадь периферийного кольца – 8,29 м2.

Площадь колошника – 65,04 м2.

Теплоемкость газа, кДж/(м3 0С):

28

центр – 1,44; промзона – 1,39; рудный гребень – 1,37; периферия – 1,39. Теплоемкость шихты, кДж/(кг 0С):

кокс – 1,09; агломерат – 0,91; руда – 0,87; окатыши – 0,88; конвертерный шлак – 0,90.

Температура газа, 0С:

центр – 357; промзона – 137; рудный гребень – 92; периферия – 177. Доля окатышей в железорудной шихте – 17,4%.

Содержание FeO, %:

агломерат – 14,0; руда – 14,0; окатыши – 1,5; конвертерный шлак – 13,0. Содержание железа в офлюсованной шихте – 59,32%.

Рудные нагрузки, т/т:

центр – 0; промзона – 2,21; рудный гребень – 4,74; периферия – 2,52.

Расчет:

Определяем часовой расход материалов:

М = (9678+2031+268+4+3015)/24 = 624,8 т/час.

По формуле (33) определяем расход материалов в отдельных кольцевых зонах:

Находим содержание FeO и Fe2O3 в офлюсованной шихте:

FeO = (0,8078 14 + 0,1695 1,5 + 0,0224 13 + 0,0003 14) = 11,86%.

Fe2O3 = 160 (59,32-56 11,86/72)/112 = 71,57%.

Находим количество кислорода шихты, отнятого при восстановлении, по формуле (35):

30