2. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья

1. Расход природного газа 10,5 м³/100кг чугуна

Состав природного газа, %

CH4	C2H6	C3H8	N2	CO2	
98,0	0,4	0,2	1,3	0,1	100,0

2. Анализ летучих веществ кокса, %

   CO2	CO	CH4	H2	N2	
   29,4	34,8	0,8	4,0	31,0	100,0

3. В органической массе кокса, % : Н₂ = 0,6; N₂ = 0,4

Влажность дутья – 13 г/м³ ; содержание О₂ в дутье 28%. Степень прямого восстановления r_d = 0,3

4. Расчет баланса углерода

   1. Количество углерода в коксе:

С = 100,0 – (9,4+1,5 – 0,08+0,86+0,6+0,4) = 87,32 % ,

где 9,4; 1,5; 0,86; 0,6; 0,4 – содержание в коксе золы, серы, летучих, водорода и азота,

%; 0,08 – содержание серы в золе кокса, %.

2. Вносится коксом углерода:

50,0  0,8732 = 43,66 кг

3. Растворяется в чугуне: 4,4 кг

Расходуется на образование метана (0,8 %):

43,66  0,008 = 0,35 кг

4. Окисляется шихтой и дутьем:

43,66 – 4,4 – 0,35 = 38,91 кг

5. Расходуется углерода на прямое восстановление:

железа (FeO +C = Fe + CO)

94,28  0,3  (12/56) = 6,06 кг;

кремния (SiO₂ + 2C = Si + 2CO)

0,8 (2  12/28) = 0,69 кг;

марганца (MnO + C = Mn + CO)

0,5(12/55) = 0,11кг;

фосфора (P₂O₅ + 5C = 2P + 5CO)

0,05(5  12/2  31) = 0,05 кг.

где 12, 56, 28, 55, 31 – атомные массы углерода, железа, кремния, марганца, фосфора.

Всего расходуется углерода на прямое восстановление:

6,06 + 0,69 + 0,11 + 0,05 = 6,91 кг

Окисляется углерода у фурм: 38,91 – 6,91 = 32,0 кг.

5. Расчет количества дутья

   1. При сжигании углерода у фурм (2С + О₂ = 2СО) требуется кислорода:

32,0(22,4/2  12) = 29,87 м³,

где 32 – атомная масса серы.

2. На сжигание углеводородов природного газа в СО потребуется кислорода дутья:

СН₄ + 0,5О₂ = СО + 2Н₂; С₂Н₂ + О₂ = 2СО + 3Н₂; С₃Н₈ + 1,5О₂ = 3СО + 4Н₂

на 1 м³:

0,5  0,98 + 0,004 + 1,5  0,002 = 0,5м³,

где 0,98; 0,004; 0,0002 – содержание метана, бутана и пропана в природном газе, дол.ед.

При расходе природного газа 10,5 м³/100кг чугуна потребуется кислорода,м³ :

10,5  0,5 = 5,25.

2. Определение кислорода во влажном дутье:

– пересчет влажности дутья в % по объему:

,

тогда кислорода во влажном дутье:

28(1,00-)+0,5   = 28(1,0 – 0,02)+0,5  2=28,44%

и количество дутья:

(29,87+5,25)/0,2844 = 123,49 м³,

где 28 – содержание кислорода в дутье, %.

5. Расчет колошникового газа

1. Количество метана в колошниковом газе:

– образуется метана по реакции С+2Н₂ = СН₄

0,35(22,4/12) = 0,65 м³;

2. Количество Н₂ в колошниковом газе:

– образуется Н₂ при разложении природного газа и влаги дутья (количеством СН₄ вносимого летучими кокса пренебрегаем, как незначительной величиной)

Н₂^ПГ = 2  0,98 + 3  0,004 + 4  0,002 = 1,98 м³ в 1 м³ ПГ,

тогда при разложении 10,5 м³ ПГ образуется водорода: 10,5  1,98 = 20,79м³

Н₂ из влаги дутья, расходуемого на сжигание углерода кокса:

= (29,87/0,2844)  0,02 = 2,1 м³.

3. Всего образуется водорода:

20,79 + 2,1 = 22,89 м³

3. Из опытных данных известно, что в реакциях косвенного восстановления участвует 1/3 водорода (FeO + H₂ = Fe + H₂O)

22,89  0,33 = 7,55 м³,

– влага восстановления 7,55  18/22,4 = 6,07 кг

Тогда количество водорода, переходящего в колошниковый газ: 22,89 – 7,55 = 15,34м³;

– из летучих кокса образуется водорода:

50  0,0086  0,04  22,4/2 = 0,19 м³;

– из органической массы кокса:

50  0,006  22,4/2 = 3,36 м³;

– расходуется водорода на образование СН₄(С+2Н₂ = СН₄):

0,35  22,4  2/12 = 1,31 м³

Количество водорода в колошниковом газе:

15,34+0,19+3,36-1,31 = 17,58 м³

3. Количество диоксида углерода в колошниковом газе:

– количество Fe₂O₃ вносимое шихтой

165,2  0,712 = 117,62 кг

– водород в косвенном восстановлении восстанавливает Fe₂O₃ до FeO, тогда количество Fe₂O₃, восстанавливающееся водородом составит:

7,55  160/22,4 = 53,93 кг

при этом образуется водяного пара:

7,55  18/22,4 = 6,07 кг;

– количество Fe₂O₃, восстанавливаемое СО:

117,62 – 53,93 = 63,69 кг;

– образуется СО₂ по реакции : Fe₂O₃ + CO = 2FeO + CO₂

63,69  22,4/160 = 8,92 м³;

– количество СО₂, образующееся из FeO (FeO + CO = Fe + CO₂)

94,23  0,7  22,4/56 = 26,38 м³,

где 0,7 = 1-0,3 (r_d = 0,3); 94,23 – содержание железа в чугуне, %.

– образуется всего СО₂ при косвенном восстановлении :

8,92 + 26,38 = 35,30 м³;

– летучие кокса вносят СО₂:

50  0,0086  0,294  22,4/44 = 0,06 м³

Всего поступает диоксида в газ:

35,30 + 0,06 = 35,36 м³.

7. Количество монооксида углерода в колошниковом газе

   1. Образуется СО от окисления углерода кокса шихтой и дутьем:

38,91  22,4/12 = 72,63 м³,

где 38,91 = 32,0 + 6,91, т.е. количество углерода доходящего до фурм плюс углерод на прямое восстановление, кг.

– при сжигании 1 м³ природного газа

(2СО₂ + СО + СН₄ + 2С₂Н₆+ 3С₃Н₈) = 2  0,001 + 0,98 + 2  0,004 + +3  0,002 = 0,996 м³ ;

– из 10,5 м³ ПГ образуется СО;

10,5  0,996 = 10,46 м³;

– остается СО в газе после расхода его части

72,63 + 10,46 – 35,30 = 47,79 м³

7. Количество N₂ в колошниковом газе:

– содержание азота во влажном дутье

72(1,0 – 0,02) = 70,56 %;

– дутье вносит азота

123,49  0,7056 = 87,13 м³;

– количество N₂ с органической массой кокса

50,0  0.004  22,4/28 = 0,16 м³;

– с летучими кокса

50,0*0,0086*0,31*22,4/28 = 0,11 м³;

– с природным газом

10,5  0,013 = 0,14м³ .

Всего азота в колошниковом газе:

87,13 + 0,16 + 0,11 + 0,14 = 87,54 м³ .

Состав колошникового газа

Показатель	Составляющие колошникового газа
	СО2	СО	СН4	Н2	N2	Σ
Количество, м3	35,36	47,79	0,65	17,58	87,54	188,92
%	18,7	25,3	0,3	9,3	46,4	100,0