6.3. Расчет теплового баланса плавки
Расчет ведется на 100 кг металлошихты.
ПРИХОД ТЕПЛА кДж:
=
,
(57)
где
– физическое тепло жидкого чугуна;
– химическое тепло реакций окисления
примесей металлошихты;
– химическое тепло реакций шлакообразования;
– химическое тепло реакций образования
оксидов железа шлака;
– химическое тепло испарения железа
до оксида железа;
– физическое тепло миксерного шлака.
Физическое тепло жидкого чугуна, кДж
=
(58)
где
– количество чугуна, кг;
– теплоемкость твердого чугуна (0,755
кДж/(кг · град);
– теплоемкость жидкого чугуна (0,92
кДж/(кг · град);
– температура заливаемого в конвертер
чугуна,
;
– температура плавления (ликвидуса)
чугуна (1150 – 1200
);
– скрытая теплота плавления чугуна
(218 кДж/кг).
Химическое тепло окисления примесей металлошихты, кДж
Таблица 8
Химическое тепло окисления примесей
Элемент-оксид |
Окисляется примесей, кг |
Тепловой эффект реакции окисления (на 1 кг элемента), кДж |
Выделяется тепла, кДж |
%
от
|
С → СО |
|
11096 |
|
|
С → СО2 |
|
34710 |
… |
|
Si → SiO2 |
|
26922 |
… |
|
Mn→MnO |
|
7034 |
… |
|
P→P2O5 |
|
19763 |
… |
|
Итого: |
Q2= |
100,00 |
||
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Химическое тепло реакций шлакообразования, кДж
Принимаем, что весь SiO2 и P2O5 в шлаке связываются в соединения с оксидом кальция по реакциям:
SiO2+ 2СаО =
кДж/ кгP2O5 + 4СаО =
кДж/
кг
тогда
=
;
(см.(35)и(40)) (59)
Химическое тепло реакций образования оксидов железа шлака, кДж
=
,
где
– количество тепла железа, окислившегося
до
;
– количество тепла железа, окислившегося
до
.
кДж/кг;
кДж/кг.
=
;
(60)
(см. табл. 5)
Химическое тепло реакций окисления железа до оксида железа дыма, кДж
=
,
(61)
Физическое тепло миксерного шлака, кДж
=
,
(62)
где
– средняя температура миксерного шлака,
;
=
;
– средняя
теплоемкость миксерного шлака,
кДж/(кг∙град)
=
;
=
210 кДж/кг – скрытая теплота плавления
миксерного шлака.
РАСХОД ТЕПЛА, кДж:
=
,
(63)
где
– физическое тепло жидкой стали;
– физическое тепло конечного шлака;
– тепло отходящих газов;
– тепло диссоциации влаги, вносимой
шихтой;
– тепло диссоциации
шихтовых материалов;
– тепло диссоциации оксидов железа,
внесенных шихтой;
– тепло, уносимое оксидом железа дыма;
– тепло, уносимое железом выбросов;
– тепло, уносимое железом корольков;
– потери тепла на нагрев футеровки,
излучением через горловину, на нагрев
воды, охлаждающей фурму и другие
неучтенные потери.
Физическое тепло жидкой стали, кДж
=
,
(64)
где
= 0,70 кДж/(кг · град) – теплоемкость
твердого металла;
= 0,84 кДж/(кг град) – теплоемкость жидкого
металла;
– температура металла в конце продувки;
– температура плавления (ликвидуса)
металла,
;(см.
раздел 6.1);
= 285 кДж/кг – скрытая теплота плавления
металла.
Физическое тепло жидкого шлака, кДж
=
,
(65)
где
= 0,73 + 0,00025
– средняя теплоемкость конечного шлака,
кДж/(кг · град);
= 210 кДж/кг – скрытая теплота плавления
шлака;
.
Тепло, уносимое отходящими газами, кДж
Среднюю температуру отходящих газов принимаем равной средней температуре металла во время продувки:
=
=
Σ
,
(66)
где
– количество составляющей отходящих
газов,
и т.д., нм3
(см. табл. 6);
- средняя теплоёмкость газов, кДж/(м3∙град)
(из табл. 9 заносим в табл. 10)
Таблица 9
Теплоёмкость газов
Газ |
Средняя
теплоёмкость, кДж/(м3∙град)
при
|
||||||
1100 |
1200 |
1300 |
1400 |
1500 |
1600 |
1700 |
|
CO2 |
2,26 |
2,28 |
2,30 |
2,32 |
2,34 |
2,36 |
2,38 |
CO |
1,43 |
1,44 |
1,45 |
1,46 |
1,47 |
1,48 |
1,49 |
H2O |
1,77 |
1,79 |
1,81 |
1,83 |
1,85 |
1,87 |
1,89 |
H2 |
1,33 |
1,34 |
1,35 |
1,36 |
1,37 |
1,38 |
1,39 |
N2 |
1,40 |
1,41 |
1,42 |
1,43 |
1,44 |
1,45 |
1,46 |
O2 |
1,49 |
1,50 |
1,51 |
1,52 |
1,53 |
1,54 |
1,55 |
,
0С
Таблица 10
Тепло отходящих газов
Газ |
Количество газов, нм3 |
Средняя теплоемкость газов |
Уносится тепла, кДж |
СО2 |
∑СО2′ |
|
|
СО |
… |
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
|
Итого: |
Q3′ |
||
Тепло диссоциации влаги, вносимой шихтой, кДж
При диссоциации влаги по реакции:
=
+ 0,5
– 242000 кДж/(кг - моль
)
поглощается тепла
=
·242000
кДж,
(67)
Тепло диссоциации шихтовых материалов, кДж
При диссоциации шихтовых материалов по реакции:
=
+ СО2
– 4025 кДж/кг СО2
поглощается
тепла:
=
=
;
(68)
Тепло диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой, кДж
При диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой и футеровкой, поглощается тепла:
=
,
(69)
где
– количество тепла, теряемого ванной
при диссоциации оксидов железа по
реакции:
=
– 5160 кДж/кг
;
– количество
тепла, теряемого ванной при диссоциации
закиси железа по реакции:
=
– 3750 кДж/кг
;
=
;
(70)
=
;
(71)
тогда
=
;
кДж
=
;
кДж
Тепло, уносимое оксидом железа дыма, кДж
=
,
(72)
где
= 0,88 кДж/кг;
Тепло, уносимое железом выбросов, кДж
=
,
(73)
где
=
= 0,84 кДж/(кг·град);
Тепло, уносимое железом корольков, кДж
=
,
(74)
где
=
= 0.84 кДж/(кг·град);
=
Потери тепла на нагрев футеровки конвертера, излучением через горловину, с охлаждающей водой и т.д. составляют обычно 1,5 – 3,0 % от прихода тепла, кДж
Принимаем эти потери f = %
=
(75)
Таблица 11
Тепловой баланс плавки
Приход |
Расход |
||||
Статьи прихода |
кДж |
% |
Статьи расхода |
кДж |
% |
Физическое тепло чугуна |
|
|
Физ. тепло жидкого металла |
|
|
Тепло окисления примесей |
|
|
Физическое тепло шлака |
|
|
Тепло шлакообразования |
|
|
Тепло отходящих газов |
|
|
Тепло образования оксидов Fe шлака |
|
|
Тепло диссоциации влаги |
|
|
Тепло окисления Fe дыма |
|
|
Тепло
диссоциации
|
|
|
Физическое тепло миксерного шлака |
|
|
Тепло диссоциации оксидов Fe шихты |
|
|
Недостаток (избыток) тепла |
|
|
Тепло, унос. окс. Fe дыма |
|
|
|
|
|
Тепло выбросов Fe |
|
|
Тепло Fe корольков |
|
|
|||
Потери тепла конвертером |
|
|
|||
Итого |
|
|
Итого |
|
|
Избыток
тепла .
.
Невязка
составляет
Определяем расход материалов на плавку
Таблица 12
Расход материалов
№ п/п |
Наименование |
Расход материалов |
|
На 100 кг, кг |
На Gк, т* |
||
1 |
Чугун |
|
|
2 |
Миксерный шлак |
|
|
3 |
Лом |
|
|
4 |
Известь |
|
|
5 |
Плавиковый шпат |
|
|
6 |
Футеровка |
|
|
7 |
Дутье , нм3 |
|
|
* - вместимость конвертора Gк задана
- степень усвоения извести = 0,8; коэффициент усвоения кислорода = 0,9.
Таблица 13
Химический состав стали в конце продувки
С |
Mn |
Si |
P |
S |
|
|
|
|
|
Список литературы
Сталь качественная и высококачественная, сортовой и фасонный прокат и калиброванная сталь: Сб. ГОСТов: В 2-х ч. – М., 1984.-85.-Ч. 1-2.
Бигеев А.М. Основы математического описания и расчеты кислородно – конвертерных процессов / А.М. Бигеев, Ю.А. Колесников.- М.: Металлургия, 1970.-232с.
Харлашин П.С. Теоретичні основи сталеплеплавильних процесів / П.С.Харлашин, М.Я. Меджибожський. – Київ.: Вища школа, 1997-274с.
Якушев А.М. Справочник конвертерщика / А.М. Якушев. – Челябинск : Металургия, 1990.- 448с.
Баптизманский В.И. Конвертерные процессы производства стали / В.И.Баптизманский, М.Я. Меджибожский, В.Б.Охотский.- К. – Д. : Высшая школа, 1984 – 343с.
Приложение А
Таблица А.1
Состав жидкого чугуна и стали
№ варианта |
Состав чугуна, % |
Состав готовой стали, % |
||||||||
С |
Si |
Mn |
S |
P |
C |
Si |
Mn |
P, менее |
S, менее |
|
1 |
3,9 |
0,6 |
1,56 |
0,12 |
0,06 |
0,64-0,7 |
0,25-0,3 |
0,8-0,9 |
0,045 |
0,04 |
2 |
3,72 |
0,5 |
1,2 |
0,18 |
0,07 |
0,16-0,22 |
0,17-0,23 |
0,5-0,6 |
0,05 |
0,05 |
3 |
4,0 |
0,47 |
1,6 |
0,14 |
0,05 |
0,3-0,36 |
0,15-0,2 |
0,55-0,65 |
0,04 |
0,04 |
4 |
4,0 |
0,65 |
1,17 |
0,11 |
0,06 |
0,54-0,6 |
0,17-0,23 |
0,58-0,68 |
0,05 |
0,04 |
5 |
3,7 |
0,8 |
1,5 |
0,2 |
0,05 |
0,53-0,58 |
0,25-0,3 |
0,7-0,8 |
0,045 |
0,04 |
6 |
4,0 |
0,75 |
1,35 |
0,16 |
0,07 |
0,09-0,14 |
- |
0,4-0,5 |
0,05 |
0,05 |
7 |
3,9 |
0,71 |
1,42 |
0,2 |
0,07 |
0,12-0,17 |
0,15-0,21 |
0,4-0,5 |
0,05 |
0,05 |
8 |
3,8 |
0,6 |
0,99 |
0,18 |
0,906 |
0,06-0,09 |
- |
0,45-0,55 |
0,04 |
0,05 |
9 |
4,2 |
0,62 |
1,23 |
0,12 |
0,05 |
0,65-0,71 |
0,2-0,3 |
0,7-0,8 |
0,04 |
0,04 |
10 |
4,0 |
0,7 |
1,52 |
0,19 |
0,06 |
0,12-0,17 |
0,2-0,26 |
0,35-0,45 |
0,05 |
0,05 |
11 |
4,1 |
0,68 |
1,1 |
0,13 |
0,07 |
0,58-0,63 |
0,18-0,23 |
0,6-0,7 |
0,05 |
0,06 |
12 |
4,05 |
0,57 |
1,35 |
0,1 |
0,06 |
0,75-0,8 |
0,28-0,33 |
0,9-1,0 |
0,04 |
0,04 |
13 |
3,95 |
0,55 |
1,65 |
0,12 |
0,07 |
0,65-0,7 |
0,25-0,3 |
0,85-0,95 |
0,04 |
0,04 |
14 |
3,88 |
0,64 |
1,58 |
0,13 |
0,05 |
0,4-0,5 |
0,18-0,23 |
0,75-0,85 |
0,045 |
0,04 |
15 |
3,9 |
0,49 |
1,15 |
0,16 |
0,06 |
0,48-0,53 |
0,25-0,3 |
0,7-0,8 |
0,045 |
0,04 |
16 |
4,1 |
0,73 |
1,62 |
0,11 |
0,08 |
0,52-0,57 |
0,15-0,2 |
0,55-0,65 |
0,05 |
0,04 |
17 |
3,92 |
0,66 |
1,55 |
0,19 |
0,07 |
0,21-0,26 |
0,17-0,22 |
0,5-0,6 |
0,035 |
0,045 |
18 |
3,85 |
0,5 |
1,3 |
0,1 |
0,06 |
0,7-0,75 |
0,23-0,28 |
0,8-0,9 |
0,04 |
0,04 |
19 |
4,12 |
0,77 |
1,47 |
0,13 |
0,07 |
0,56-0,62 |
0,28-0,33 |
0,9-1,0 |
0,04 |
0,04 |
20 |
3,79 |
0,52 |
1,7 |
0,11 |
0,07 |
0,65-0,72 |
0,3-0,35 |
0,75-0,85 |
0,04 |
0,04 |
21 |
4,05 |
0,61 |
1,52 |
0,18 |
0,06 |
0,12-0,16 |
0,21-0,27 |
0,37-0,47 |
0,05 |
0,05 |
22 |
3,79 |
0,58 |
1,63 |
0,18 |
0,06 |
0,1-0,15 |
0,18-0,24 |
0,4-0,5 |
0,05 |
0,05 |
23 |
3,85 |
0,6 |
1,55 |
0,19 |
0,06 |
0,2-0,25 |
0,19-0,24 |
0,7-0,8 |
0,04 |
0,04 |
24 |
4,2 |
0,72 |
1,48 |
0,23 |
0,07 |
0,08-0,13 |
- |
0,35-0,45 |
0,05 |
0,04 |
25 |
3,9 |
0,65 |
1,63 |
0,21 |
0,05 |
0,14-0,19 |
0,16-0,22 |
0,36-0,46 |
0,05 |
0,04 |
Таблица А.2
Технологические параметры
№ варианта |
Температура t, °С |
Вместимость конвертера, т |
Интенсивность продувки, нм3/(т·мин) |
|
чугуна |
стали |
|||
1 |
1240 |
1600 |
100 |
2,5 |
2 |
1270 |
1630 |
130 |
4,2 |
3 |
1300 |
1620 |
160 |
2,9 |
4 |
1310 |
1610 |
200 |
3,8 |
5 |
1250 |
1610 |
250 |
2,8 |
6 |
1290 |
1640 |
300 |
4,0 |
7 |
1260 |
1640 |
350 |
3,6 |
8 |
1300 |
1645 |
100 |
2,9 |
9 |
1245 |
1600 |
130 |
3,3 |
10 |
1270 |
1640 |
160 |
4,1 |
11 |
1270 |
1600 |
200 |
2,6 |
12 |
1290 |
1590 |
250 |
3,5 |
13 |
1300 |
1600 |
300 |
4,2 |
14 |
1320 |
1610 |
350 |
3,1 |
15 |
1300 |
1610 |
100 |
2,9 |
16 |
1310 |
1600 |
130 |
4,2 |
17 |
1290 |
1620 |
160 |
3,6 |
18 |
1300 |
1600 |
200 |
2,8 |
19 |
1290 |
1610 |
250 |
3,4 |
20 |
1270 |
1600 |
300 |
4,4 |
21 |
1280 |
1640 |
350 |
3,2 |
22 |
1290 |
1645 |
100 |
2,5 |
23 |
1260 |
1630 |
130 |
4,0 |
24 |
1300 |
1640 |
160 |
2,7 |
25 |
1250 |
1640 |
200 |
4,5 |