Расчет плавки доменной печи

Тепловой эквивалент сульфатной серы

 

1.3.1.8.      Тепловой эквивалент фосфора.

Пятиокись фосфора в печи дисоциирует  на элементарный фосфор и кислород, на что расходуется тепло в  количестве

Прямое восстановление фосфора, протекающее  по реакции  , расходует углерод, который не дойдет до фурм, не сгорит, т. е. недодаст тепла в количестве

где:  и - молекулярные массы соответственно и , а отношение -       расход углерода на реакцию восстановления фосфора.

Фосфор переходит в чугун  в виде фосфида железа , при этом выделяется тепло в количестве . Образовавшийся фосфид железа нагревается за счет теплосодержания чугуна .

Тепловой эквивалент фосфора равен:

 

 

1.3.1.9.   Тепловой эквивалент марганца.

Принимаем, что восстановление марганца из высших оксидов происходит посредством с выделением тепла.

Закись марганца диссоциирует по реакции  с расходом тепла . На прямое восстановление марганца по реакции: расходуется углерод в количестве (здесь и - атомные массы соответственно углерода и марганца). При этом израсходованный на прямое восстановление углерод недодает тепла в количестве

Восстановленный марганец образует с углеродом карбид по реакции . При этом выделяется тепло в количестве  , но расходуется углерода , в результате чего потеря тепла от его неиспользования составит . Из переходящего в чугун марганца получается карбида, на нагрев и расплавление которого необходимо израсходовать тепла в количестве

Марганец переходит в чугун  в количестве, соответствующем коэффициенту перехода , остальная его часть уходит в шлак с закисью марганца, которая образует с кремнеземом силикаты марганца с выделением тепла.

На нагрев и расплавление в шлаке затрачивается тепло, равное (здесь - молекулярная масса ).

Таким образом, тепловой эквивалент марганца в  равен

(здесь  - коэффициент перехода в шлак).

При восстановлении марганца из высших оксидов или других соединений тепловые эквивалента марганца в них определяются следующим образом

 

1.3.1.10.   Тепловой эквивалент железа.

При вычислении тепловых эквивалентов железа исходим из следующих

предпосылок:

• установленная общая степень развития прямого и непрямого восстановления и распространяется и на окислы железа;
• все железо переходит в чугун;
• отношение растворенного углерода к железу принимаем ;
• небольшим положительным эффектом при восстановлении окислов железа окисью углерода с отрицательным тепловым эффектом при восстановлении водородом пренебрегаем.

Тепловой зквивалент железа в закиси железа определяется на основе следующих  рассуждений:

Расход тепла на диссоциацию  по р-ции

составляет:  ,    ( - атомная масса железа)

Потеря тепла от неиспользования  углерода, затраченного на прямое восстановление железа из закиси железа равна , 

При образовании карбидов железа расходуется  углерод в количестве ,  , который не сгорает, вследствии чего потеря тепла составит , 

Из одного железа образуется карбидов железа, на нагрев и расплавление которых требуется тепла ,   . Таким образом

, 

                                   

При восстановлении железа из окиси  железа или других соединений, тепловые эквиваленты железа в них распределяются следующим образом

,  

Здесь:     - теплота диссоциации на и ;

              - расход углерода на прямое восстановление ,     

   

 

1.3.1.11.   Тепловой эквивалент кремния  переходящего в чугун.

Принимаем, что кремний находится  в чугуне в виде

 

где: - затраты тепла на диссоциацию ;

- потери тепла с углеродом  прямого восстановления,                                                   (по реакции ;

        - молекулярная масса ;

        - кол-во тепла которое выделяется при образовании ;

        - тепло требуемое для перевода в шлак;

       -затраты тепла на нагрев кремния переходящего в чугун, ;

       - количество , расходуемое данным материалом на      восстановление требуемого количества кремния в чугун,  ;

В отличие от других эквивалентов в данном случае величина рассчитывается на соответствующего материала.

 

 

  

 

1.3.1.12.  Тепловой эквивалент гидратной  воды.

Часть гидратной воды ( , которая может присутствовать в материалах, может разлагаться по реакциям прямого и непрямого восстановления.

;     

Условно принято, что средняя степень  непрямого восстановления относиться и к разлагающейся гидратной воде, а общая степень разложения гидратной воды равна , тогда:

 

где:      - теплота разложения гидратов и испарения гидратной   воды;

- степень разложения гидратной  воды;

- потери тепла с углеродом,  затраченного на разложение воды;

- теплота окисления  парами ;

- теплота диссоциации воды.

 

1.3.1.13.   Тепловой эквивалент углекислоты,  выделяющейся из 

                 карбонатов.

А. Н. Рамм предложил условно считать, что средняя степень прямого  или непрямого восстановления относится и к выделяющейся углекислоте, причем та ее часть, которая остается неразложенной, как бы восстанавливается непрямым путем по уравнению:      

Уравнение восстановления прямым путем:

где:     - теплота диссоциации на и ;

- молекулярная масса  ;

- потери тепла от неиспользования  углерода, израсходованного на прямое  восстановление; 

 

 

 

 

2. Определение тепловых эквивалентов компонентов доменной   

              шихты и дополнительного топлива.

Имея данные о тепловых эквивалентах отдельных элементов и их соединений, а также химический состав материалов, можно определить их тепловые эквиваленты, используя общую формулу , приведенную в параграфе 1.3.

 

1.3.2.1.   Тепловой эквивалент железорудной  смеси.

 

 

1.3.2.2.   Тепловой эквивалент марганцевой  руды.

 

 

1.3.2.3.   Тепловой эквивалент известняка (флюса).

 

 

 

1.3.2.4.   Тепловой эквивалент кокса.

Здесь неизвестен только тепловой эквивалент золы кокса 

 

5.   Тепловой эквивалент природного газа.

Окисление составляющих природного газа происходит с выделением тепла по реакциям:

                                                         Таблица 6.

        Количество тепла от химических  реакций.

Реакция	Кол-во тепла
	1655
	3022
	3365
	3444
	3625

 

 

где:   , и т.д. – количество окиси углерода, образовавшейся из соответствующих горючих компонентов природного газа,   ;

- количество дутья, необходимое  для сжигания  природного газа;

- теплосодержание влажного дутья при имеющейся температуре дутья;

- количество продуктов горения  при, сжигания  природного газа;

- теплосодержание продуктов  горения при температуре колошника.

В приведенной формуле неизвестными величинами являются , , ,

расчет которых производится последовательно в следующем  порядке:

 

1. В природного газа содержится:

                                                                Таблица 7.

        Содержание компонентов природного  газа.

Компонент  пр. газа	Содержание
	85.9	8.16	5.29
	3.1	0.29	0.388
	1.0	0.095	0.187
	0.4	0.038	0.098
	0.1	0.0095	0.031
	9.44	0.897	1.121
	0.06	0.0057	0.011
	100	9.495	7.126

 

2. На окисление природного газа требуется следующее количество кислорода.

3. Для обеспечения такого количества кислорода требуется влажного дутья:

 

4. Во влажном дутье содержится водяного пара:

5. Количество сухого дутья, необходимое для сжигания водяного пара:

В сухом дутье содержится:

 

азота                    

                    

кислорода          

                   

Масса сухого дутья для  сжигания природного газа:

 

6. Масса влажного дутья для сжигания природного газа

          

 

7. Количество и состав образующихся продуктов горения природного газа:

По реакции горения  из объема образуется объем и объема , из объема - объема и объема и т. д. Кроме того, поступает из водяного пара дутья по реакции ( объем из объема . Следовательно при горении природного газа образуется:

 

где:   - объем во вдуваемом природном газе, 

Имеющаяся в природном  газе двуокись углерода присоединяется к продуктам горения в количестве .

Итого образуется продуктов  горения.

 

 

8. Часть образовавшегося при горении природного газа водорода расходуется на восстановительные процессы.

Оставшийся водород  переходит в колошниковый газ.

 

 

9. Определим теперь теплосодержание горячего дутья.

Подставим полученные значения в формулу для определения  теплового эквивалента природного газа.

 

1.3.4.   Определение удельного расхода  компонентов шихты и 

            состава шлака, проверка состава  чугуна и основности шлака.

Удельный расход кокса (параграф 1.3.)

Расход известняка на ошлакование золы кокса.

Общий расход известняка.

Теперь необходимо скорректировать  расходы ранее определенных компонентов  шихты, т. к. с учетом кокса выход  чугуна из шихты изменится.

 

 

Тогда

Расход рудной смеси:  

В том   числе:      агломерата  

                              окатышей     

Расход марганцевой  руды:  

Расход известняка:       

Расход кокса:        

Составы чугуна и шлака  при ведены в таблицах 8 и 9.

 

Проверка основности шлака:

 

1.3.5.   Определение температуры плавления  шлака и его вязкости.

Для оценки условий шлакового режима для шлака полученного необходимо определить температуру его кристаллизации, а также вязкость при данном температурном режиме плавки. Для этого используют тройные диаграммы температур плавления системы и вязкости.

В расчете температура шлака  равна  .

Пересчет состава шлака на 3 компонента:

Состав тройной системы:  ;   ;  

Полученный шлак имеет температуру плавления

По диаграмме вязкости шлак полученного  состава имеет вязкость

 

 

                                                                             Таблица 8.

                                                               Металлообразующие части шихты и состав чугуна.

Компонент Шихты	Расход
Рудная смесь	171.42	55.35	94.43	0.077	0.13	0.04	0.068	0.04	0.068	0.008	0.014
Марганцевая руда	0.92	7.28	0.066	19.963	0.18	0.437	0.004	0.20	0.002
Известняк	2.65	0.105	0.003	-	-	0.044	0.001	0.264	0.007
Кокс	45.43	1.43	0.63	0.023	0.01	0.055	0.025	0.54	0.245	0.158	0.071
Сумма	220.42		95.13		0.32		0.098		0.322		0.085
Переходит в шлак			0.1		0.16				0.274		0.0765
Переходит в газ									0.032
Состав чугуна, %		95.03		0.16		0.098		0.016		0.0085		0.7	4.0	100