Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов
= 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:
= 1,2кг - угар железа в дым;
= 0,8кг - 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) • 10000 / (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
|
100
|
|
|
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] = 99900,4 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
|
11096
|
=2,841•11096=31523,7
|
48,4
|
|
С > СО2
|
==0,1••3,157=0,316
|
34710
|
•34710=0,316••34710=10968,4
|
16,9
|
|
Si > SiO2
|
= =0,72
|
26922
|
•26922=0,72•26922=19383,8
|
29,8
|
|
Mn > MnO
|
= = 0,354
|
7034
|
•7034=0,354•7034=2490
|
3,8
|
|
P > P2O5
|
= = 0,0354
|
19763
|
•19763=0,0354•19763=699,6
|
1,1
|
|
Итого:
|
Q2=65065,6
|
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 = 12591,1 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
= 99900,4 + 65065,6 + 5301,4 + 12591,1 + 8844 + 1074,9 = 192777,4
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] = 129123,4кДж
Физическое тепло жидкого шлака, кДж
= , (3.9)
где
= 0,73 + 0,00025 - 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) = 30868,8 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
|
|
|
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
|
|
|
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
|
11516
|
|
|
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? = 14458,3
|
|
|
Тепло диссоциации влаги, вносимой шихтой, кДж
При диссоциации влаги по реакции:
= + 0,5 - 242000 кДж/(кг - моль)
поглощается тепла
= · 242000 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)
= 192777,4•2,5/100 = 4819,4 кДж
= 129123,4 + 30868,8 + 14458,3 + 367,3 + 5924,8 + 1614,1 + 2230,4 + 992,5 + 1426,8 + 4819,4 = 191825,8 кДж
Табл. 3.4Тепловой баланс плавки
Приход
|
Расход
|
|
Статьи прихода
|
кДж
|
%
|
Статьи расхода
|
кДж
|
%
|
|
Физическое тепло чугуна
|
99900,4
|
51,8
|
Физ. тепло жидкого металла
|
129123,4
|
67,4
|
|
Тепло окисления примесей
|
65065,6
|
33,7
|
Физическое тепло шлака
|
30868,8
|
16,1
|
|
Тепло шлакообразования
|
5301,4
|
2,8
|
Тепло отходящих газов
|
14458,3
|
7,5
|
|
Тепло образования оксидов Fe шлака
|
12591,1
|
6,5
|
Тепло диссоциации влаги
|
367,3
|
0,2
|
|
Тепло окисления Fe дыма
|
8844
|
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
|
192777,4
|
100
|
Итого
|
191825,8
|
100
|
|
|
Избыток тепла
?Q = 192777,4 - 191825,8 = 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 130т, т
|
|
1
|
Чугун
|
79,22
|
102,986
|
|
2
|
Миксерный шлак
|
0,63
|
0,819
|
|
3
|
Лом
|
20,78
|
27,014
|
|
4
|
Известь
|
7,94
|
10,322
|
|
5
|
Плавиковый шпат
|
0,4
|
0,520
|
|
6
|
Футеровка
|
0,3
|
0,390
|
|
7
|
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.
Страницы: 1, 2
|
|