![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Основні
- •Практична робота № 1 Тема: Розрахунок основних параметрів кисневих конверторів.
- •Практична робота №2
- •Практична робота № 3 Тема: Розрахунок теплового балансу киснево-конверторної плавки.
- •Практична робота № 4
- •Практична робота № 5 Тема: Розрахунок потреби обладнання киснево-конверторного цеху.
- •Практична робота № 6 Розрахунок основних параметрів мартенівської печі.
- •Практична робота № 7 Тема: Розрахунок матеріального балансу плавки в мартенівській печі
- •Практична робота № 8 Тема: Розрахунок розкислювання мартенівської сталі.
- •Практична робота № 9 Тема: Розрахунок теплового балансу мартенівської плавки
- •Практична робота № 10 Тема: Розрахунок шихти і матеріального балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.
- •Практична робота №11
- •Прииклад розкислювання сталі 1c26
- •Практична робота 12 Тема: Розрахунок теплового балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.
- •Практична робота №13 Розрахунок потреби обладнання мартенівського цеху.
- •Практична робота 13 Тема: Розрахунок виливниці для злитка киплячої сталі
- •Практична робота 14 Тема: Розрахунок часу затвердення злитка у виливниці
- •Практична робота 15 Тема: Розрахунок температури ліквідус та солідус.
- •Практична робота №16 Тема: Розрахунок розмірів плавильного простору дугової сталеплавильної печі.
- •Ванна печі після капітального ремонту повинна мати об'єм
- •Глибина і діаметр ванни
- •Розміри плавильного простору
- •Висота підйому для магнезитохромітового зведення рівна
- •Корисна потужність за період плавлення
- •Вибір ступенів напруги
Практична робота № 9 Тема: Розрахунок теплового балансу мартенівської плавки
При складанні теплового балансу визначаються його прибуткові і витратні статті.
У прибутковій частині визначають: фізичне тепло чавуну, залежне від його температури; тепло екзотермічних реакцій; тепло шлакоутворення; хімічне тепло палива (що тепло вноситься долями природного газу і мазуту або одного природного газу); тепло нагрітого в регенераторах повітря і загальний прихід тепла.
У витратній частині визначають: фізичне тепло на нагрів стали і шлаку; тепло, що відноситься продуктами згорання і газами, що виділяються з ванни; на нагрів і відновлення вапняку, а також втрати тепла через футерування і інші джерела.
Шляхом прирівнювання прибуткової і витратної частин балансу визначають тепло, що вноситься паливом. Потім складається зведений тепловий баланс.
Піч опалюються природним газом і мазутом.
Приймаємо:
- витрата мазуту 30 % по теплу;
- коефіцієнт надлишку повітря п=1,2;
- температуру чавуну при заливці в пекти - 1 300 °С;
- температуру стали перед розкислюванням - 1620 °С;
I. Прихід тепла
1.1
Фізичне тепло чавуну (Q),
що заливається, кДж.
Q
=η
×(Сч
×t
+q
+С
(t
-t
))
де
η
- частка (маса) рідкого чавуну в металошихте,
кг (за завданням);
Сч
- середня теплоємність твердого чавуну
від 0°С до температури плавлення, кДж/кг
град.
Складає
Сч=
0,755 кДж/кг×град;
t-
температура плавлення чавуну °С.
Приймаємо
t-
=1180 °С (коливається в межах 1150-1200 °С);
q-
прихована теплота плавління твердого
чавуну, кДж/кг.
Складає
q-
=218 кДж/кг
С-
середня теплоємність рідкого
чавуну, кДж/кг×град.
Складає
С=0,92
кДж/кгград;
t
- температура рідкого чавуну, що
заливається °С (за завданням).
Тоді
Q=
55× (0,755 ×118О + 218 + 0,92×(1300 -1180)] = 67062 кгДж.
1.2.
Тепло екзотермічних реакцій окислення
домішок (Q),
кДж
С→СО Q
×0,9× η
спр=
Q
С→СО
Q
×0,1×
η
спр=
Q
Si→SіO
Q
×
η
=
Q
Mn→MnO
Q
×
η
=
Q
P→PO
Q
×η
=
Q
Fe→FO
(шлак) Q
×η
=
Q
Fe→FeO
Q×η
=
Q
Fe→
FO
(дим) Q
×η
=
Q
де Qєф - теплові ефекти реакцій окислення домішок, кДж/кг;
η пр - кількість відповідних домішок, що окислюються, кг (дивись таблицю 6 матеріального балансу плавки, 2 стовпчик ).
Тоді
С→СО 10470×2,3674×0,9=22308
С→СО 34090×2,3674×0,1=8071
Si→
SіO
31100×0,5129=15951
Mn→MnO 7370×0,5852=4313
P→PO
25000×0,0606 ( т.9 Сг
O
)=1515
Fe→FO
(шлак) 7370×0,3943( т.8 А) =2876
Fe→FeO 4820× ( 1,7542+0,2061 )=9466
Fe→
FO
(дим) 73 70×0,416( після т.12)=3066
Q
=67566 кДж
1.3
Тепло шлакоутворення (Q),
кДж.
Вважаємо,
що при формуванні шлаку що знаходяться
в нім SіO
і P
O
утворюють з'єднання (CaO)
× SіO
і (СaО)
× P
O
з виділенням тепла по реакціях:
SіO+2CaO=(CaO)
× SіO
PO
+4СаО=(СaО)
× P
O
Q=
η
×Q
+
η
×
Q
де
η,
η
- маса оксидів, що утворюються, кг;
Q,
Q
- тепло від витрати 1 кг оксидів на
утворення з'єднення, кДж/кг, дивись
табл.6. стовбчик5.
2320×1,0991=2550
4740×0,1388=658
Q=3208
кДж.
1.4 Хімічне тепло палива позначимо через "X". При опалюванні печі природним газом і мазутом і при витраті мазуту 30% по теплу, тепло, те, що вноситься Хімічне тепло складе 0,7 Х кДж, а тепло, що вноситься мазутом 0,З Х кДж.
Виконаємо розрахунок горіння палива (таблиця 1)
Таблиця 1 - Розрахунок горіння природного газу
Складові,
м |
Рівняння реакції горіння |
Витрата
О м |
Продукти
згорання, м
|
|||
СО
|
Н |
N |
О |
|||
СН СО N |
СН |
187,80 4,55 1,0 - -
|
93,9 2,60 0,6 0,3 -
|
187,80 3,90 0,80 - -
|
4,3 - - - -
|
|
Витрата
О п=1,0 п=1,2 |
193,35 232,02 |
97,4 97,4 |
192,5 192,5 |
731,66 877,14 |
38,67 |
Кількість
повітря, необхідна для спалювання 100 м
природного газу
232,02:21×100=1104,85 /100=11,04м3
Визначаємо теплоту згорання природного газу
Qрн=
35988×93,9+63721×1,3+90554×0,2=3480221 кДж/ 100 м
де
35988, 63721 і 90554 - теплові ефекти згорання
газу, кДж/ м
Розрахунки
проведені на 100 м
газу.
У таблиці 2 приведений розрахунок горіння мазуту.
Таблиця 2. Розрахунок горіння мазуту
Складові мазуту, кг |
Число молей |
реакції горіння |
Витрата, моль Оа |
Продукти згорання, моль
|
|||
СО
|
Н |
N |
О |
||||
С-84,00 Н
S-0,64 О N Н А-0,3 |
84:12=7,00 10,4:2=5,20 0,64:32=0,02 0,32:32=0,01 0,08:28=0,003 4,26:18=0,236 |
С+
О Н S+О
|
7,00 2,6 0,02 0,01
|
7,00
|
5,2
0,236
|
0,003
|
|
Витрата
і кількість продуктів згорання з N |
|
|
|
|
|
||
при п= 1,0 |
9,61 |
7,00 |
5,436 |
36,11 |
|
||
при п= 1,2 |
11,532 |
7,00 |
5,436 |
43,382 |
1,92 |
Кількість повітря, необхідна для спалювання мазуту
11,532:21×100=54,914
моль або 54,914×22,4:100=12,29 м/кг
Визначаємо теплоту згорання мазуту по формулі Д.И.Менделеева:
Q=81
×84+300×10,4-26 (0,32-0,64)-6 (9×10,4+4,26)=9345 к кал/кг=39155
кДж/кг,
де 81, 300, 26, 6 - теплові коефіцієнти, віднесені до 0,01 кг відповідної складової мазуту.
1.5. Тепло, що вноситься нагрітим до1100 °С повітрям.
Визначувана
витрата повітря для спалювання палива,
м:
природного газу 0,7х:11,04:34800=0,000222х
мазуту 0,3х( 12,29-0,6):39155=0,000090х,
де 0,6 - витрата компресорного повітря, що приймається, на розпилювання мазуту
м
/кг (коливається в межах від 0,39-0,77 м
/кг).
Загальна
витрата повітря складе, м:
0,000222х+0,000090х=0,000312х
Q=
1,45 • 1100•0,000312х =0,498х кДж,
де 1,45 - середня теплоємність повітря, кДж/кг×град.
Загальний прихід тепла рівний
Q=
Q
+
Q
+
Q
+
Q
+
Q
Q=
67062+67566+3208+0,498х+х=137836+1,498х.
2. Витрата тепла.
2.1.
Фізичне тепло сталі, нагрітою до tст1620
°С (Q),
кДж:
Q
= η
(С
×
t
+q
+ С
(t
-t
)
де
η-
маса рідкої сталі, кг; η
-92,2
01кг;
С
- середня теплоємність твердої сталі,
кДж/кг-град;
С
=0,7 кДж/кг×град;
t-
температура плавління металу °С; t
=1528
°С;
q
-скрытая теплота плавлення твердої
сталі, кДж/кг; q
=272 кДж/кг;
С
- середня теплоємність рідкої сталі,
кДж/кг×град; С
=0,9кДж/кг×град
t-
визначається по залежності 1540-85×0,14=
1528 °С,
де 1540 - температура плавління чистого заліза;
85 - зниження температури плавління металу на 1% вуглецю;
0,14 - вміст вуглецю в металі перед розкислюванням (з матеріального балансу).
Q=92,201×
[0,7×1528+272+0,90× ( 1620-1528)]= 131330 кДж
2.2.
Фізичне тепло шлаку, тобто шлак відносить
тепло (Q),
кДж:
Q
=1,3×η
(С
×t
+q
)
де
η
- маса кінцевого шлаку (із зведеної
таблиці матеріального балансу), кг;
С
=1,2 - середня теплоємність шлаку,
кДж/кг×град;
q
=210 - прихована теплота плавління шлаку,
кДж/кг;
t=1630
- температура кінцевого шлаку °С;
1,3 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла з тим, що скидається в період плавління і доведення шлаком.
Тоді
Q
=1,3×5,133×
(1,2×1630+210)=14450кДж
2.3. Тепло, що відноситься продуктами згорання:
Кількість
природного газу, м:
0,7х:34800=0,0000201 х;
Кількість мазуту, кг: 0,Зх:39155=0,0000077х;
Кількість
продуктів згорання, м:
СО
0,0000201х ×0,974+0,0000077х ×7,0 ×22,4:100=0,0000316х;
НО
0,0000201х ×1,925+0,0000077х ×5,44×22,4:100=0,0000479х;
N
0,0000201x ×8,771+0,0000077x ×43,34×22,4:100=0,0002510х;
О
0,0000201х ×0,387+0,0000077х ×1,92×22,4:100=0,0000111х.
Q,
складе, кДж:
СО
2,41×0,0000316х×1700=0,129х;
НО
1,88×0,0000479х×1700=0,153х;
N
1,46×0,000251 Ох×1700==0,623х;
О
1,55×0,0000111 х×1700=0,029х
Q=0,934x
де
перший стовпчик чисел - теплоємність
відповідних газів, кДж/ м×град;
1700 - середня температура продуктів згорання при виході з робочого простору печі ° С.
2.4.
Тепло, що витрачається на нагрів газів,
що виділяються з металевої вани при
прийнятой середной їх температурі,
рівній 1700 °С (Q),
кДж.
CO 2526-4,9716×22,4:28=10047
СО
4090-3,252×22,4:44=6769
НО
3205-0,08×22,4:18=300
Q=17116
кДж
де
перший стовпчик чисел - теплосодержание
1 м
гази при температурі 1700 °С, кДж/ м
другий стовпчик чисел - кількість газів, що відходять, кг (таблиця 13 матеріального балансу);
2.5.
Тепло, що відноситься частиками FeO
в дим (Q
)
кДж
Q=0,416×
(160/112) × (1,2×1700+216)= 1340 кДж
2.6.
Тепло, що витрачається на розкладання
вапняку (Q),
кДж.
Q=1780-4,7817=8511
кДж
де 1780 - теплота розкладання вапняку, кДж/кг
4,7817 - витрата вапняку з матеріального балансу, кг.
2.7.
Тепло, що витрачається на відновлення
FeO
(Q
)
кДж,
з вапняку (0,016) кДж, (дивись табл.9 матеріального балансу)
бокситу (0,0527) кДж, (дивись табл. 11 матеріального балансу)
матеріали зведення(0,0025) кДж, (дивись табл.8 А матеріального балансу)
FeO
до Fe [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,9] ×824000:160=330
FeO
до FeO [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,1] × 290000:160=13
Q=343
кДж
де
проізвідна в дужках - кількість FeO
,
що відновилися (90% до Fe і 10% до FeO), кг;
другий
стовпчик чисел - тепловий ефект
реакцій відновлення віднесений до 1
молю FeO
,
кДж/к моль.
2.8.
Витрати тепла, що витрачається на
водяне охолодження (Q)
кДж,
Q=0,5Х
кДж
2.9. Загальна витрата тепла рівна кДж:
Q=
Q
+
Q
+
Q
+
Q
+
Q
+
Q
+
Q
+
Q
Q=131330+14450+0,934х+17116+1340+8511+343+0,5х=173090+1,434х137836+1,498х=173090+1,434х137836-173090=1,434х-1,498х
-35254= -0,064х
х= -35254/-0,064
х=550843,75 кДж
Таблиця 3 - тепловий баланс мартенівської плавки
Прихід тепла |
кДж |
% |
Фізичне тепло: Чавун(
Q Повітря (0,498х) |
67062 274320 |
6,96 28,49 |
Тепло реакцій: екзотермічних(Q
шлакоутворення
(Q |
67566 3208 |
7,02 0,33 |
Хімічне тепло: природним газом 0,7х мазутом 0,З х |
385590 165253 |
40,04 17,16 |
Усього |
963000 |
100,0 |
Витрата тепла |
|
|
Фізичне
тепло : сталі(Q шлаку(Q
|
131330 14450 |
13,64 1,5 |
Тепло, що відноситься продуктами згорання (
Q |
514488 |
5343 |
Тепло,
що витрачається на нагрів газів: (Q |
17116
|
1,78
|
Тепло,
що відноситься частиками Fe |
1340 |
0,14 |
Тепло,
що витрачається на розкладання вапняку
(Q |
8511 |
0,88 |
Тепло,
що витрачається на відновлення Fe |
343 |
0,04 |
Витрати
тепла, що витрачається на водяне
охолодження (Q |
275421 |
28,59 |
Усього |
963000 |
100,0 |
Додаток 8
Завдання на виконання теплового балансу
Варіант |
Температура, °С |
Варіант |
Температура, °С
|
||
чавуну |
сталі |
чавуну |
сталі |
||
1 |
1315 |
1600 |
14 |
1315 |
1620 |
2 |
1310 |
1590 |
15 |
1325 |
1620 |
3 |
1305 |
1610 |
16 |
1315 |
1615 |
4 |
1310 |
1620 |
17 |
1310 |
1620 |
5 |
1315 |
1620 |
18 |
1305 |
1630 |
6 |
1320 |
1630 |
19 |
1310 |
1620 |
7 |
1315 |
1620 |
20 |
1320 |
1625 |
8 |
1320 |
1620 |
21 |
1315 |
1610 |
9 |
1315 |
1625 |
22 |
1305 |
1600 |
10 |
1320 |
1630 |
23 |
1310 |
1600 |
11 |
1310 |
1640 |
24 |
1315 |
1610 |
12 |
1300 |
1620 |
25 |
1320 |
1600 |
13 |
1305 |
1620 |
|
|
|