3.1.4.3 Баланс основности
В ходе опытных кампаний на
опытно-промышленной печи Ромелт на НЛМК
были отработаны режимы работы с изменением
основности шлака (
)
в диапазоне от 0,7 до 1,5. Оптимальные
границы основности с точки зрения
обеспечения достаточной вязкости
шлакового расплава и снижения тепловых
потерь с охлаждающей водой находятся
в пределах 0,7-0,8 и 1,2-1,5. В дальнейших
расчётах целесообразно использовать
выражения суммарной основности 
=1,5
Уравнение баланса основности:
(9)
Введём обозначения:
=(0,98∙8,667+0,98∙1,265)-
-1 (0,96 6,553+0,98∙0,412)=-0,003
=
=1 ((0,98∙38,00+0,98∙16,00)-1 (14,00 0,96+0,98∙4,80))=0,257
=
=0,14 ((0,98∙3,80+0,98∙1,20)-1 (0,96∙54,00+0,98∙27,0)=-0,158, (37)
Формализованное уравнение основности:
(10)
3.1.4.4 Баланс углерода
Третьим уравнением, необходимым для определения расходов шихтовых материалов, является уравнение баланса углерода.
Приход углерода.
При нормальном режиме работы печи Ромелт единственным источником углерода, попадающего в шлаковую ванну, является углерод шихтовых материалов. Природный газ используется только при разогреве печи перед запуском и не является необходимым при работе в штатном режиме.
Сделаем допущение, что углерод в шихтовых материалах может находиться в виде углерода свободного, углерода, связанного с кислородом в карбонатах, углерода летучих угля. Летучие угля представление в основном метаном, азотом и оксидами углерода.
Приход углерода с рудной частью:
кг/ч (11)
=0,0
д.е.
кг/ч (12)
=0+0∙0∙12∙0,3/16=0,000
кг/ч (13)
=69,43+0,16∙0,27∙0,3∙12/16=0,704
Мы делаем допущение, что 30%
в печи выступает в роли восстановителя
и реагирует по реакции: 
.
Расход углерода.
При вычислении расхода углерода в шлаковой ванне приняты следующие допущения: весь углерод удаляется из ванны в виде CO, остаточный непрореагировавший углерод в шлаке отсутствует.
Углерод шлаковой ванны расходуется на:
науглероживание чугуна;
горение углерода на фурмах нижнего ряда («холостой ход»)
связывание кислорода оксидов элементов, восстанавливающихся в ванне;
разложение паров воды;
разложение диоксида углерода, карбонатов и летучих угля.
Науглероживание чугуна.
Ранее упоминалось о том, что содержание углерода в чугуне Ромелт – величина достаточно постоянная и составляется примерно 4,5%. На 1 т чугуна расходуется
Cч = 45 кг углерода.
Горение углерода на фурмах нижнего ряда.
Объём кислорода, вдуваемого на фурмы нижнего ряда:
,
нм3/час
(14)
Разделив 
на часовую производительность печи по
чугуну Ч т/час, получаем удельный расход
кислорода фурм нижнего ряда. Расход
углерода на горение:
,
кг/т
Коэффициенты расхода углерода при переходе в газовую фазу:
=
=(0+0,05∙36/80∙0,06+0,02∙60/142∙0,3+0,00∙12/81,4+0,00∙12/223+
+0,15∙12/62∙0,5+0,06∙12/94∙0,5+0,90∙12/44)/100+0,1/(1-0,1)∙12/18∙0,3=0,025, д.е
=
=(0+0,23∙36/80∙0,06+0,46∙60/142∙0,3+0,00∙12/81,4+0,00∙12/223+
+0,00∙12/62∙0,5+0,00∙12/94∙0,5)+0,1/(1-0,1)∙12/18∙0,3=0,025, д.е
=
=(0+0,00∙36/80∙0,06+0,70∙60/142∙0,3+0,00∙12/81,4+0,00∙12/223+
+0,80∙12/62∙0,5+2,30∙12/94∙0,5)+1/0,14∙0,05/(1-0,05)∙12/18∙0,3=0,015, д.е
Суммарные коэффициенты расходов:
=
=
=
Уравнение баланса углерода
(15)
Введём обозначения:
=
-0,188
=
-0,058
=
0,685
Уравнение баланса углерода будет иметь вид:
(16)
3.1.4.5 Определение расходов материалов и выхода продуктов
Система линейных уравнений материального баланса:
(17)
(18)
Р∙0,564+Ф∙0,128+У∙-0,001=955
Р∙-0,003+Ф∙0,257+У∙-0,158=0
Р∙(-0,188)+Ф∙(-0,058)+У∙0,685=45+3790,93
Последовательно решаем систему из трёх линейных уравнений. После несложных преобразований получаем расходы шихтовых материалов:
(19)
Расход угля:
У=1108,4 кг/т Ч
Расход руды:
Р=1538,1 кг/т Ч
Расход флюса:
698,0кг/т
Ч
Выход шлака из шихтовых материалов:
=1538,1
0,166+(698,0)
0,765+1108,4∙0,119=959,1кг/т
Ч
Проверка правильности расчёта удельных расходов шихтовых материалов осуществляется составлением материального баланса. Допускается невязка баланса в пределах 0,5 %. Материальный баланс шлаковой ванны приведен в таблице 5.
Таблица 5 - Материальный баланс шлаковой ванны
Приход |
Количество, кг/т |
Выход |
Количество, кг/т |
1.Руда |
1538,1 |
1.Чугун |
1000,0 |
2.Уголь |
1108,4 |
2.Шлак |
959,1 |
3. Флюс |
698,0 |
|
|
4.Вода шихтовых материалов |
306,8 |
3.Отходящие газы |
|
5. Дутье |
|
- N2 |
376,3 |
-N2 |
300,0 |
- H2 |
17,3 |
-O2 |
514,3 |
- H2O |
214,8 |
|
|
- СО |
1871,7 |
|
|
пылевынос |
110,9 |
ИТОГО |
4465,643 |
ИТОГО |
4583,6 |
|
|
Невязка |
0,01 |