9. Составление теплового баланса плавки и определение температуры металла

9.1. Приходные статьи теплового баланса

а) Физическое тепло жидкого чугуна

Q_Ч = G_Ч × (61,9 + 0,88 × t_Ч),

где Q_Ч – физическое тепло жидкого чугуна, кДж;

t_Ч – температура жидкого чугуна, ˚С.

Известно: G_Ч = 77,3 кг; t_Ч = 1370 ˚С.

Тогда Q_Ч = 77,3 × (61,9 + 0,88 × 1370) = 97977,8 кДж.

б) Тепловой эффект реакций окисления примесей шихты

Q_Х = 14770 × [C]_ОК + 26970 × [Si]_ОК + 7000 × [Mn]_ОК +21730 × [P]_ОК,

где Q_Х – тепло от окисления примесей металлошихты, кДж;

[C]_ОК – количество окислившегося углерода, кг;

[Si]_ОК – то же кремния, кг;

[Mn]_ОК – то же марганца, кг;

[P]_ОК – то же фосфора, кг.

Известно: [C]_ОК = 3,411 кг; [Si]_ОК = 0,587 кг; [Mn]_ОК = 0,220 кг;

[P]_ОК = 0,079 кг (см. табл. 6).

Тогда Q_Х = 14770 × 3,411 + 26970 × 0,587 + 7000 × 0,220 +21730 × 0,079 = 69467,1 кДж.

в) Химическое тепло образование оксидов железа шлака

Q_Fe = 3707 × G_FeO + 5278 × G_Fe2O3,

где Q_Fe – тепловой эффект от окисления железа, кДж;

G_FeO – количество FeO в шлаке, кг;

G_Fe2O3 – то же Fe₂O₃, кг.

Известно: G_FeO = 3,018 кг; G_Fe2O3 = 1,006 кг (см. табл. 9).

Тогда Q_Fe = 3707 × 3,018 + 5278 × 1,006 = 16499 кДж.

г) Тепловой эффект реакций шлакообразования

Q_ШО = 628 × G_СаO + 1464 × G_SiO2,

где Q_ШО - тепло образования соединений в шлаке, кДж;

G_СаO – количество СаО в шлаке, кг;

G_SiO2 – то же SiO₂, кг.

Известно: G_СаO = 5,397 кг; G_SiO2 = 1,542 кг (см. табл. 9).

Тогда Q_ШО = 628 × 5,397 + 1464 × 1,542 = 5646,6 кДж.

д) Тепло дожигания СО

Q_СО = 10100 × G_СO × Z,

где Q_СО – химическое тепло окисления СО, кДж;

G_СO – количество СО, дожигаемого в полости конвертера, кг;

Z – доля тепла, передаваемого конвертерной ванне (обычно Z = 0,1-0,3).

Известно: G_СO = 0,716 кг (см. табл. 11). Принимаем Z = 0,2.

Тогда Q_СО = 10100 × 0,716 × 0,2 = 1447 кДж.

Общий приход тепла составляет

97978 + 69467 + 16499 + 5647 + 1447 = 191037 кДж.

9.2. Расходные статьи теплового баланса

а) Физическое тепло жидкого металла

Q_М = (54,8 + 0,84 × t_М) × G_М,

где Q_М – теплосодержание жидкого металла, кДж;

t_М – расчетная температура металла, ˚С;

G_М – выход жидкого металла, кг.

Известно: G_М = 90,67 кг (см. п.8).

Тогда Q_М = (54,8 + 0,84 × t_М) × 90,67 = 4969 + 76,164 × t_М.

б) Физическое тепло шлака

Q_Ш = (2,09 × t_М – 1379) × G_Ш,

где Q_Ш – теплосодержание жидкого шлака, кДж;

G_Ш – количество образующегося шлака, кг.

Известно: G_Ш = 12,576 кг (см. табл. 9).

Тогда Q_Ш = (2,09 × t_М – 1379) × 12,576 = 26,284 × t_М – 17343.

в) Физическое тепло отходящих газов

Q_Г = (1,32 × t_Г – 220) × (G_СО + G_СО2),

где Q_Г – теплосодержание образующихся газов, кДж;

t_Г – средняя температура отходящих газов, ˚С (обычно t_Г = 1900-2100 ˚С);

G_СО – количество образующегося СО, кг;

G_СО2 – то же СО₂, кг.

Известно: G_СО = 6,447 кг; G_СО2 = 2,677кг (см. табл. 11).

Принимаем t_Г = 2000 ˚С.

Тогда Q_Г = (1,32 × 2000 – 220) × (6,447 + 2,677) = 22081,1 кДж.

г) Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических материалов

Эта статья теплового баланса рассчитывается по формуле, аналогичной для расчета Q_Fe в приходной части этого баланса. Для расчета учитывают только оксиды железа, поступающие в конвертер с неметаллическими материалами (см. табл. 9):

Q_Fe = 3707 × 0,037 + 5278 × 0,457 = 2548,7 кДж.

д) Потери тепла с выносами и выбросам

Q_В = (54,8 + 0,84 × t_МС) × G_В,

где Q_В – потери тепла с выносами и выбросами, кДж;

t_МС – средняя температура металла, ˚С (обычно наибольшие выносы и выбросы наблюдаются в период максимальной скорости окисления углерода, когда температура металла находится в интервале 1500-1600 ˚С);

G_В – общее количество выносов и выбросов, кг.

Известно: G_В = 1,0 кг. Принимаем t_МС = 1550 ˚С.

Тогда Q_В = (54,8 + 0,84 × 1550) × 1,0 = 1356,8 кДж.

е) Затраты тепла на пылеобразование

Q_Д = (54,8 + 0,84 × t_Г) × G_П,

где Q_Д – затраты тепла на пылеобразование, кДж;

G_П – общее количество пыли, кг.

Известно: G_П = 0,913 кг (см. п.8).

Тогда Q_Д = (54,8 + 0,84 × 2000) × 0,913 = 1583,7 кДж.

ж) Тепло на разложение карбонатов

Q_К = 4038 × G_ИК,

где Q_К – тепло, затрачиваемое на разложение карбонатов (на обжиг недоразложившегося известняка в извести - недопала), кДж;

G_ИК – количество СО₂ в извести, кг.

Известно: G_ИК = 0,301 кг (см. табл. 11).

Тогда Q_К = 4038 × 0,301 = 1214,6 кДж.

з) Тепловые потери

В эту статью (Q_П) включают все виды тепловых потерь и неучтенные статьи расхода тепла. Обычно они составляют 2-4% от общего прихода тепла. Приняв величину тепловых потерь равной 3% от прихода тепла получим: Q_П = 191037 × 3 / 100 = 5731,1 кДж.

Общий расход тепла составит

4969 + 76,164 × t_М + 26,284 × t_М – 17343 + 22081 + 2549 + 1357 + 1584 +

+ 1215 + 5371 = 22142 + 102,448× t_М.

Приравняв приходную и расходную части теплового баланса, определим температуру жидкого металла в конце продувки.

Определим величину перегрева металла над температурой начала затвердевания (см. п.3).

T_ПЕР = 1649 – 1530 = 119 ˚С.

Полученная величина перегрева находится в рекомендованном интервале: 100-120 ˚С (см. табл. 2). Для упрощенного расчета, допустимыми отклонениями от границы этого интервала могут быть ± 5˚С. При больших отклонениях необходимо скорректировать расход металлического лома из расчета: 1% лома снижает температуру металла на 15-20˚С. После этого расчет нужно повторить до получения значения температуры в области допустимых отклонений.

Составим тепловой баланс плавки в конверторе (табл. 13.).

Таблица 13 – Тепловой баланс плавки в конвертере с верхней продувкой

Приход тепла			Расход тепла
Статьи прихода	Количество		Статьи расхода	Количество
	кДж	%		кДж	%
Физическое тепло жидкого чугуна	97978	51,3	Физическое тепло жидкого металла	130532	68,3
Тепловой эффект реакций окисления	69467	36,4	Физическое тепло шлака	25989	13,6
Химическое тепло образования оксидов железа шлака	16499	8,6	Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических материалов	2549	1,3
Тепловой эффект реакций шлакообразования	5647	3,0	Физическое тепло отходящих газов	22081	11,6
Тепло дожигания СО	1447	0,8	Потери тепла с выносами и выбросами	1357	0,7
			Затраты тепла на пылеобразование	1584	0,8
			Тепло на разложение карбонатов	1215	0,6
			Тепловые потери	5731	3,0
Итого	191037	100	Итого	188981	100