Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов
14,379(1,2•1614 + 210) = 30 868,8 кДж Тепло, уносимое отходящими газами, кДж Среднюю температуру отходящих газов принимаем равной средней температуре металла во время продувки: 1,472•4025 = 5924,8 кДж Тепло диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой, кДж При диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой и футеровкой, поглощается тепла: 0,0043(0,3•2,1 + 0,0065•20,72•3,0 + 0,012•20,72•69,0… Читать ещё >
Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Украины Приазовский государственный технический университет Кафедра металлургии стали им. И. Г. Казанцева КУРСОВАЯ РАБОТА По предмету: «Теория и технология производства стали в конвертерах и мартеновских печах»
На тему: «Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов»
Выполнил ст.гр. И-07-МС1
Луценко Р.В.
Проверил проф. Бакст В.Я.
Мариуполь 2009
СОДЕРЖАНИЕ Исходные данные…3
1. Определение температуры металла в конце продувки…4
2. Расчет материального баланса плавки…5
3. Расчет теплового баланса плавки…22
Перечень источников…34
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вместимость конвертора 130 т;
Химический состав чугуна и лома — таблица 1.1;
Температура жидкого чугуна 13 400С;
Марка выплавляемой стали 10ХСНД;
Интенсивность продувки ванны 3,3 нм3/(т*мин);
Химический состав чугуна, лома и готовой стали сводим в таблицу.
Табл. 1.1 Состав чугуна, лома и стали
Материалы | Элементы | ||||||||
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | ||
Чугун жидкий | 0,8 | 0,5 | 0,04 | 0,04 | ; | ; | ; | ||
Металлический лом | 0,35 | 0,4 | 0,25 | 0,04 | 0,05 | ; | ; | ; | |
Состав стали 10ХСНД | Не более 0,12 | 0,8−1,1 | 0,5−0,8 | Не более 0,35 | Не более 0,04 | 0.6−0.9 | 0.5−0.8 | 0.4−0.6 | |
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА В КОНЦЕ ПРОДУВКИ Требуемую температуру металла в конце продувочной операции находим последовательным расчётом.
Температура плавления (ликвидуса) стали:
tликв = 1539 — 88%С — 8%Si — 5%Mn — 4%Ni — 5%Cu — 2%V — 1,5%Cr — 25%Ti — 30%P.
tликв = 1539 — 88*0.09 — 8*0.8 — 5*0.5 — 4*0.5 — 5*0.4 — 1,5*0.6 — 30*0.35 = 15 070С Температура стали в кристаллизаторе:
tкр = tликв + (10ч150C);
tкр = 1507 + 13 = 1520 0C
Определяем температуру металла в промковше:
tпр.к = tкр + (15ч200C);
tпр.к = 1520 + 17 = 1537 0C
Температура металла в стальковше:
tcт.к = tпр. к + (10ч200C);
tcт.к = 1537 + 20 = 1557 0C
Необходимая температура металла перед внепечной обработкой:
tвнеп = tcт. к + (10ч200C);
tвнеп = 1557 + 17 = 1574 0C
Определяем температуру металла в конверторе по окончании продувки:
tкм = tвнеп + (30ч400C);
tкм = 1574 + 40 = 1614 0C
2. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ Расчет ведется на 100 кг металлошихты (чугун + лом).
Предварительное определение расхода лома.
= [(3000 + 6430 + 1680 + 4720 + 21 + 4200) ;
— (25,2+ + 2730)]/(30 + 64,3 + 16,8 + 47,2 + 0,21), кг (2.1)
где, , , — содержание соответствующих элементов в чугуне, %;
— соответственно температура заливаемого в конвертер чугуна и температура металла в конце продувки, ;
— содержание углерода в металле в конце продувки, %. (принимаем равным нижнему пределу в готовой стали).
= [(3000*4 + 6430*0.8 + 1680*0.5 + 4720*0.04 + 21*1340 + 4200) ;
— (25,2*1614 + 2730*0.09)]/(30*4 + 64,3*0.8 + 16,8*0.5 + 47,2*0.004 + 0,21*1340) = (50 513 — 40 919) / 463 = 20,72 кг Расход чугуна, кг
= 100 — =100 -20,72 = 79,28 кг (2.2)
Расход миксерного шлака составляет 0,6 — 0,9% от массы чугуна, кг Принимаем
= (0,006 ч 0,009)Мч (2.3)
= 0,008 * 79,28 = 0,63 кг Для выполнения дальнейших расчетов принимаем:
Количество загрязнений, вносимых ломом, кг
= 0,0065 • = 0,0065 * 20,72 = 0,13 кг (2.4)
Расход плавикового шпата в зависимости от параметров технологии находится в пределах 0,2 — 0,5 кг.
Принимаем
= 0,4 кг (2.5)
Расход футеровки составляет 0,2 — 0,3 кг.
Принимаем
= 0,3 кг (2.6)
Количество окалины, внесенной ломом, кг
= 0,012 • = 0,012 * 20,72 = 0,25 кг (2.7)
Количество примесей, внесенных металлошихтой, кг
= 0,01(•+ •) (2.8)
= 0,01(• + •) (2.9)
= 0,01(• + •) (2.10)
= 0,01(• + •) (2.11)
= 0,01(• + •) (2.12)
где , — соответственно масса чугуна и лома, кг;
, ,, ,, ,, , — содержание углерода, кремния, марганца, фосфора, серы соответственно в чугуне и ломе, %.
= 0,01(79,28 • 4 + 20,72 • 0,35) = 3,24 кг
= 0,01(79,28 • 0,8 + 20,72 • 0,4) = 0,72 кг
= 0,01(79,28 • 0,5 + 20,72 • 0,25) = 0,45 кг
= 0,01(79,28 • 0,04 + 20,72 • 0,04) = 0,04 кг
= 0,01(79,28 • 0,04 + 20,72 • 0,05) = 0,42 кг Расход извести на плавку (), кг Основность конечного шлака в зависимости от состава чугуна и марки выплавляемой стали (требуемых показателей дефосфорации и десульфурации) находится в пределах 3,0 — 3,6
Принимаем для расчета основность конечного шлака = 3,4
=
кг (2.13)
— содержание кремния в металлошихте;
и т. д. — содержание кремнезёма в используемых материалах;
— содержание оксида кальция в используемых материалах (Табл.2.1)
и т. д. — расход материалов.
Таблица 2.1 Химический состав неметаллической части шихты и других материалов, кроме оксидов железа и летучих
Состав Материалы | SiO2 | Al2O3 | MnO | CaO | MgO | P2O5 | S | CaF2 | ?m*) | Fe2O3 | FeO | CO2 | H2O | |
Известь | 1,5 | 0,8 | ; | 90,0 | 3,0 | 0,1 | 0,1 | ; | 95,5 | ; | ; | 3,5 | 1,0 | |
Плавиковый шпат | 4,5 | 0,9 | ; | 7,6 | ; | ; | ; | 81,0 | 94,0 | ; | ; | 6,0 | ; | |
Футеровка | 3,4 | 1,4 | ; | 40,3 | 52,8 | ; | ; | ; | 97,9 | 2,1 | ; | ; | ; | |
Загрязнения лома | 68,0 | 24,0 | ; | 3,0 | 2,0 | ; | ; | ; | 97,0 | 3,0 | ; | ; | ; | |
Окалина лома | ; | ; | ; | ; | ; | ; | ; | ; | ; | 69,0 | 31,0 | ; | ; | |
Ковшевой шлак | 54,5 | 8,6 | 9,4 | 7,5 | 3,3 | 0,2 | 0,2 | ; | 83,7 | ; | 16,3 | ; | ; | |
= {3,4[2,14*0,72 + 0,01(0,4*4,5 + 0,3*3,4 + 0,63*54,5 + 0,13*68,0)] - 0,01(0,4*7,6 +0,3*40,3 + 0,63*7,5 + 0,13*3,0)} / 0,01(90,0 — 1,5*3,4) =
= {3,4[1,54 + 0,01*50,2] - 0,01*20,25} / 0,849 = {6,94 — 0,2025} / 0,849 = 7,94 кг Содержание оксидов железа в конечном шлаке:
=. (2.14)
где — температура металла в конце продувки, .
= 1,25 + 4•3,4 + 0,3 / 0,09 + •1614 = 20.78%
=; = ,
= 0.667•20.78 = 13.86%
= 20.78 — 13.86 = 6.92%
(предполагаем, что на 2/3 состоит из (%FeO)к и на 1/3 — из
Ориентировочный выход жидкого металла в конце продувки ()
Принимаем, что за время продувки окисляется весь кремний, 80% марганца, 90% фосфора. Потери железа с отходящими газами, выбросами, со шлаком (в виде корольков) превышают количество железа, восстановленного из оксидов, окалины, загрязнений скрапа и других материалов на 3,5 — 4,5%.
В расчете принимаем эти потери = 3,5%. Тогда
=, кг (2.15)
где, и т. д. — количество примесей, вносимых металлошихтой, кг;
= 100 — [(3,24 — 0,09) + 0,72 + 0,8•0,45 + 0,9•0,04 + 3,5] = 92,23 кг Ориентировочное количество шлака:
= =,
где, и т. д. — расход материалов;
и т. д. — содержание оксидов в материалах.
= 100•[(2,14•0,72 + 1,032•0,45 + 2,061•0,04) + 0,01•(0,4•94 + 0,63•83,7 + +7,94•95,5 + 0,13•97,0)] / [100 — 20,78] =
= 100•[2,09 + 0,01•861,2] / 79,22 = 13,51 кг Уточнение количества примесей в металле в конце продувки:
Содержание углерода в металле должно соответствовать нижнему пределу его в готовой стали.
Содержание марганца определяем из балансового уравнения распределения марганца между шлаком и металлом:
=)]/
/,% (2.17)
— константа равновесия реакции окисления марганца, определяемая из уравнения:
lg = lg = ,
где Т = + 273 = 1614 + 273 = 1887 К,
lg = - 3,06 = 0,2415, отсюда = 1,74
= [(79,28•0,5 + 20,72•0,25) + 0,775(0,63•9,4)] / [92,23 + + 20,78•1,74•13,51•0,775] = [44,82 + 4,59] / 470,8 = 0,104%
Содержание фосфора:
=, (2.18)
где
=
коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком, определяемый из табл.2.2
Табл. 2.2 Значения коэффициента распределения фосфора
Основность шлака | Lp при содержании (%FeO)к | ||||||
16 и более | |||||||
3,0 | |||||||
3,2 | |||||||
3,4 | |||||||
3,6 | |||||||
При (%FeO)к = 13,86%, и основности 3,4 :
Lp = 105
= = = 0,005%
Содержание серы:
=, % (2.19)
где — коэффициент распределения серы металлом и шлаком, принимаемый по табл. 2.3.
Табл. 2.3 Значения коэффициента распределения серы
Основность Вк | 3,0 | 3,2 | 3,4 | 3,6 | |
Коэффициент зs | 7,2 | 7,8 | 8,3 | 8,7 | |
При основности 3,4 = 8,3
= = = 0.025%
Содержание кремния в металле в конце продувки принимаем равным нулю.
= 0.
Уточненный химический состав металла в конце продувки, %:
= = 0,09% ;
= = 0,104% ;
= 0%;
= = 0,005% ;
= = 0,025% ;
Остается примесей в металле, кг:
Углерода — = •/100 (2.20)
= 0,09•92,23/100 = 0,083 кг Кремния = 0;
Марганца — = •/100 (2.21)
= 0,104•92,23/100 = 0,096 кг Фосфора — = •/100 (2.22)
= 0,005•92,23/100 = 0,0046 кг Серы — = •/100 (2.23)
= 0,025•92,23/100 = 0,023 кг Удаляется примесей, кг:
=. (2.24)
=. (2.25)
= (2.26)
= (2.27)
= (2.28)
= 3,24 — 0,083 = 3,157 кг
= 0,72 — 0 = 0,72 кг
= 0,45 — 0,096 = 0,354 кг
= 0,04 — 0,0046 = 0,0354 кг
= 0,42 — 0,023 = 0,397 кг Всего окисляется примесей, кг:
= + + + +; (2.29)
= 3,157 + 0,354 + 0,72 + 0,0354 + 0,397 = 4,66 кг Образуется оксидов, кг:
Принимаем, что 90% углерода окисляется до СО и 10% до .
= 2,1• (2.30)
= 0,37• (2.31)
= 2,14• (2.32)
= 1,29• (2.33)
= 2,29• (2.34)
= 2,1• 3,157 = 6,63 кг
= 0,37• 3,157 = 1,17 кг
= 2,14•0,72 = 1,54 кг
= 1,29•0,354 = 0,46 кг
= 2,29•0,0354 = 0,08 кг Количество шлакообразующих оксидов (кроме оксидов железа и соединений, внесенных металлошихтой и другими материалами), кг:
= +
. (2.35)
=
. (2.36)
=+ (2.37)
=
. (2.38)
=
. (2.39)
= +. (2.40)
=. (2.41)
= +. (2.42)
= 1,54 + 0,01(7,94•1,5 + 0,4•4,5 + 0,63•54,5 + 0,3•3,4 + 0,13•68,0) = 2,119 кг
= 0,01(7,94•0,8 + 0,4•0,9 + 0.63•8,6 + 0,3•1,4 + 0,13•24,0) = 0,157 кг
= 0,46 + 0,01(0,63•9,4) = 0,519 кг
= 0,01(7,94•90,0 + 0,4•7,6 + 0,63•7,5 + 0,3•40,3 + 0,13•3,0) = 7,348 кг
= 0,01(7,94•3,0 + 0,63•3,3 + 0,3•52,8 + 0,13•2,0) = 0,429 кг
= 0,08 + 0,01(0,63•0,2 + 7,94•0,1) = 0,089 кг
= 0,01(0,4•81,0) = 0,324 кг
= 0,397 + 0,01(7,94•0,1 + 0,63•0,2) = 0,406 кг Общее количество шлакообразующих, оксидов и соединений (кроме оксидов железа), кг:
= + + + + + + + .(2.43)
= 2,119 + 0,157 + 0,519 + 7,348 + 0,429 + 0,089 + 0,324 + 0,406 = 11,391 кг Уточненное количество конечного шлака, кг:
= (2.44)
= = 14,379 кг
Табл. 2.4 Химический состав конечного шлака, %
SiО2 | CaO | MgO | MnО | P2О5 | S | Fe2О3 | FeO | Al2O3 | CaF2 | Итого | |
14,74 | 51,10 | 2,98 | 3,61 | 0,63 | 2,82 | 6.92 | 13.86 | 1,09 | 2,25 | 100,00 | |
(%CaO) = и т. д.
(%SiО2) = = 14,74%
(%CaO) = = 51,10%
(%MgO) = = 2,98%
(%MnO) = = 3,61%
(%P2О5) = = 0,63%
(%S) = = 2,82%
(%Al2O3) = = 1,09%
(%CaF2) = = 2,25%
Фактическая основность шлака по данным табл. 2.4
=; (2.45)
= 51,10 / 14,74 = 3,47
Уточненный выход жидкого металла в конце продувки, кг
=, (2.46)
где
= +
количество железа, восстановленного из оксидов железа шихты;
= 0,007(0,3•2,1 + 0,0065•20,72•3,0 + 0,012•20,72•69,0) + 0,0078(0,63•16,3 + + 0,012•20,72•31,0) = 0,367 кг
=
количество железа, израсходованного на образование оксидов железа шлака;
= 0,007•14,379•6,92 + 0,0078•14,379• 13,86 = 2,251 кг Принимаем:
= 1,2 кг — угар железа в дым;
= 0,8 кг — потери железа с выбросами;
= - потери железа в шлаке в виде корольков, кг
= 0,08•14,379 = 1,15 кг
= - количество оксидов железа в дыме, кг
= 1,43•1,2 = 1,716 кг
= (100 + 0,367) — (4,66 + 2,251 + 1,2 + 0,8 + 1,15) = 90,31 кг Расход кислорода, кг
(2.47)
где k — степень усвоения кислорода ванной (принимаем 97%);
n — чистота кислорода (принимаем 99,5%);
=, кг (2.48)
= 1,2•3,157 + 0,27•3,157 + 1,14• 0,72 + 0,29• 0,354 + 1,29•0,0354 + +0,01•14,379•[0,429•6,92 + 0,29•13,86] + 0,429•1,2 = 7,13 кг
= + =
кг (2.49)
= 0,0043(0,3•2,1 + 0,0065•20,72•3,0 + 0,012•20,72•69,0) + 0,0029(0,63•16,3 + 0,012•20,72•31,0) + 0,0027•7,94•1,0 = 0,078 + 0,253 + 0,021 = 0,352 кг Мдутья = (7,13 — 0,352) • 10 000 / (97•99,5) = 7,023 кг Расход кислорода, нм3
= Мдутья• 22,4/32 = 0,7 Мдутья .
= 0,7•7,023 = 4,916 нм3
Определяем продолжительность продувки, мин
где — интенсивность продувки, нм3/(т•мин) — (задана).
= = 14,9 мин.
Количество и состав конвертерных газов:
= +; кг (2.50)
= •22,4/44; нм3
= 1.17 + 0.01(7,94•3,5 + 0,4•6,0) = 1,472 кг
= 1,472•22,4/44 = 0,749 нм3
=, кг (2.51)
= •22,4/28; нм3
= 6,63 кг
= 6,63С22,4/28 = 5,304 нм3
=; кг (2.52)
= •22,4/18; нм3
= 0,007(7,94•1,0) = 0,056кг
= 0,056•22,4/18 = 0,07 нм3
=; кг (2.53)
= •22,4/2; нм3
= 0,003(7,94•1,0) • 2/18 = 0,003 кг
= 0,003•22,4/2 = 0,034 нм3
= 0,005•; кг (2.54)
= •22,4/28; нм3
= 0,005•7,023 = 0,035 кг
= 0,035•22,4/28 = 0,028 нм3
= 0,003•; кг (2.55)
= •22,4/32; нм3
= 0,003•7,023 = 0,021 кг
= 0,021•22,4/32 = 0,015 нм3
= + + + УН2 + + ., кг (2.56)
= + + + + +. нм3
= 6,63 + 1,472 + 0,056 + 0,003 + 0,035 + 0,021 = 8,217 кг
= 5,304 + 0,749 + 0,07 + 0,034 + 0,028 + 0,015 = 6,2 нм3
Табл. 2.5 Количество и состав газов
Газ | кг | нм3 | % | |
CO2 CO H2O H2 N2 O2 | 1,472 6,63 0,056 0,003 0,035 0,021 | 0,749 5,304 0,07 0,034 0,028 0,015 | 12,1 85,5 1,1 0,6 0,5 0,2 | |
Итого: | 8,217 | 6,2 | ||
Составляем сводную таблицу материального баланса.
Табл. 2.6 Материальный баланс плавки (до раскисления)
Поступило, кг | Получено, кг | |||
Чугун Лом Миксерный шлак Загрязнения лома Окалина лома Плавиковый шпат Известь Футеровка Дутье | 79,28 20,72 0,63 0,13 0,25 0,4 7,94 0,3 7,023 | Жидкий металл Шлак Газы Угар железа в дым Выбросы Железо корольков | 90,31 14,379 8,217 1,716 0,8 1,15 | |
Итого: | 116,673 | Итого: | 116,572 | |
Невязка = = = 0,087%
Допустимая невязка 0,2%
3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ Расчет ведется на 100 кг металлошихты.
ПРИХОД ТЕПЛА:
=, кДж, (3.1)
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
= (3.2)
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).
= 79,22[0,755•1150 + 218 + (1340 — 1150) • 0,92] = 99 900,4 кДж Химическое тепло окисления примесей металлошихты, кДж Табл. 3.1 Химическое тепло окисления примесей
Элемент-оксид | Окисляется примесей, кг | Тепловой эффект р-ии окисления (на 1 кг эл-та), кДж | Выделяется тепла, кДж | % от Q2 | |
С > СО | ==0,9•3,157=2,841 | =2,841•11 096=31523,7 | 48,4 | ||
С > СО2 | ==0,1••3,157=0,316 | •34 710=0,316••34 710=10968,4 | 16,9 | ||
Si > SiO2 | = =0,72 | •26 922=0,72•26 922=19383,8 | 29,8 | ||
Mn > MnO | = = 0,354 | •7034=0,354•7034=2490 | 3,8 | ||
P > P2O5 | = = 0,0354 | •19 763=0,0354•19 763=699,6 | 1,1 | ||
Итого: | Q2=65 065,6 | 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/ кг
P2O5 + 4СаО = кДж/ кг тогда
=; (3.3)
= 2,119•2300 + 0,089•4860 = 5301,4 кДж Химическое тепло реакций образования оксидов железа шлака, кДж
= ,
где — количество тепла железа, окислившегося до ;
— количество тепла железа, окислившегося до .
кДж/кг;
кДж/кг.
=; (3.4)
= 0,007•14,379•6,92•7320 + 0,0078•14,379•13,86•4820 = 12 591,1 кДж Химическое тепло реакций окисления железа до оксида железа дыма, кДж
=, (3.5)
= 1,2•7370 = 8844 кДж Физическое тепло миксерного шлака, кДж
=, (3.6)
где — средняя температура миксерного шлака, ;
=
= 1340 — 16 = 1324
— средняя теплоемкость миксерного шлака, кДж/(кг•град)
= ;
= 0,73 + 0,00025(1324 + 273) = 1,13 кДж/(кг•град)
= 210 кДж/кг — скрытая теплота плавления миксерного шлака;
= 0,63(1,13•1324 + 210) = 1074,9 кДж
= 99 900,4 + 65 065,6 + 5301,4 + 12 591,1 + 8844 + 1074,9 = 192 777,4
Расход тепла, кДж
=, (3.7)
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
=, (3.8)
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 1)
= 285 кДж/кг — скрытая теплота плавления металла.
= 90,31[0,70•1507 + 285 + (1614 — 1507) • 0,84] = 129 123,4кДж Физическое тепло жидкого шлака, кДж
=, (3.9)
где
= 0,73 + 0,25 — средняя теплоемкость конечного шлака,
= 0,73 + 0,00025(1614 + 273) = 1,2 кДж/(кг · град)
= 210 кДж/кг — скрытая теплота плавления шлака;
= 14,379(1,2•1614 + 210) = 30 868,8 кДж Тепло, уносимое отходящими газами, кДж Среднюю температуру отходящих газов принимаем равной средней температуре металла во время продувки:
= = = 1477
= У, (3.10)
где — количество составляющей отходящих газов, и т. д., нм3 (см. табл. 2.5);
— средняя теплоёмкость газов, кДж/(м3•град) (из табл. 3.2 заносим в табл. 3.3)
Табл. 3.2 Теплоёмкость газов
Газ | Средняя теплоёмкость, кДж/(м3•град) при, 0С | |||||||
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 | |
Табл. 3.3 Тепло отходящих газов
Газ | Количество газов, нм3 | Средняя теплоемкость газов | Уносится тепла, кДж | |
СО2 | 0,749 | 2,34 | 2588,7 | |
СО | 5,304 | 1,47 | ||
0,07 | 1,85 | 191,3 | ||
0,034 | 1,37 | 68,8 | ||
0,028 | 1,44 | 59,6 | ||
0,015 | 1,53 | 33,9 | ||
Итого: | Q3? = 14 458,3 | |||
Тепло диссоциации влаги, вносимой шихтой, кДж При диссоциации влаги по реакции:
= + 0,5 — 242 000 кДж/(кг — моль) поглощается тепла
= · 242 000 кДж, (3.11)
= = 367,3 кДж Тепло диссоциации шихтовых материалов, кДж При диссоциации шихтовых материалов по реакции:
= + СО2 — 4025 кДж/кг СО2 поглощается тепла:
= =; (3.12)
= 1,472•4025 = 5924,8 кДж Тепло диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой, кДж При диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой и футеровкой, поглощается тепла:
=, (3.13)
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 ;
=; (3.14)
= 0,01(0,3•2,1 + 0,0065•20,78•3,0 + 0,012•20,78•69,0) = 0,182 кДж/кг
=; (3.15)
= 0,01(0,63•16,3 + 0,012•20,78•31,0) = 0,18 кДж/кг тогда
=; кДж
= 0,182•5160 = 939,1 кДж
=; кДж
= 0,18•3750 = 675 кДж
= 939,1 + 675 = 1614,1 кДж Тепло, уносимое оксидом железа дыма, кДж
=, (3.16)
где = 0,88 кДж/кг;
= 1,716•0,88•1477 = 2230,4 кДж Тепло, уносимое железом выбросов, кДж
=, (3.17)
где = = 0,84 кДж/(кг · град);
= 0,8•0,84•1477 = 992,5 кДж Тепло, уносимое железом корольков, кДж
=, (3.18)
где = = 0.84 кДж/(кг · град); =
= 1,15•0,84•1477 = 1426,8 кДж 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 = 2,5%
= (3.19)
= 192 777,4•2,5/100 = 4819,4 кДж
= 129 123,4 + 30 868,8 + 14 458,3 + 367,3 + 5924,8 + 1614,1 + 2230,4 + 992,5 + 1426,8 + 4819,4 = 191 825,8 кДж Табл. 3.4Тепловой баланс плавки
Приход | Расход | |||||
Статьи прихода | кДж | % | Статьи расхода | кДж | % | |
Физическое тепло чугуна | 99 900,4 | 51,8 | Физ. тепло жидкого металла | 129 123,4 | 67,4 | |
Тепло окисления примесей | 65 065,6 | 33,7 | Физическое тепло шлака | 30 868,8 | 16,1 | |
Тепло шлакообразования | 5301,4 | 2,8 | Тепло отходящих газов | 14 458,3 | 7,5 | |
Тепло образования оксидов Fe шлака | 12 591,1 | 6,5 | Тепло диссоциации влаги | 367,3 | 0,2 | |
Тепло окисления Fe дыма | 4,6 | Тепло диссоциации | 5924,8 | 3,1 | ||
Физическое тепло миксерного шлака | 1074,9 | 0,6 | Тепло диссоциации оксидов Fe шихты | 1614,1 | 0,8 | |
Тепло, унос. окс. Fe дыма | 2230,4 | 1,2 | ||||
Тепло выбросов Fe | 992,5 | 0,5 | ||||
Тепло Fe корольков | 1426,8 | 0,7 | ||||
Потери тепла конвертером | 4819,4 | 2,5 | ||||
Итого | 192 777,4 | Итого | 191 825,8 | |||
Избыток тепла
?Q = 192 777,4 — 191 825,8 = 951,6 кДж Невязка составляет
= 0,49%
Определяем расход материалов на плавку Табл. 3.5 Расход материалов
№ п/п | Наименование | Расход материалов | ||
На 100 кг, кг | На 130 т, т | |||
Чугун | 79,22 | 102,986 | ||
Миксерный шлак | 0,63 | 0,819 | ||
Лом | 20,78 | 27,014 | ||
Известь | 7,94 | 10,322 | ||
Плавиковый шпат | 0,4 | 0,520 | ||
Футеровка | 0,3 | 0,390 | ||
Дутье, нм3 | 4,916 | 6,391 | ||
ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ
1. Бигеев А. М. Основы математического описания и расчеты кислородно — конвертерных процессов / А. М. Бигеев, Ю. А. Колесников.- М.: Металлургия, 1970.-232с.
2. Якушев А. М. Справочник конвертерщика / А. М. Якушев. — Челябинск: Металургия, 1990. 448с.
3. Баптизманский В. И. Конвертерные процессы производства стали / В. И. Баптизманский, М. Я. Меджибожский, В. Б. Охотский.- К. — Д.: Высшая школа, 1984 — 343с.