Пример расчета доменной плавки

Исходные данные для расчета

1. Химический состав чугуна

Si	Mn	P	S	C
0,60	0,26	0,057	0,015	4,95

2. Сырьевые материалы:

2.1. Состав железорудной части шихты, % (масс.)

Агломерат АГЦ-3	66,0
Окатыши КостГОКа	34,0

2.2. Железная руда Михайловского ГОКа

Шлак конвертерный	5,0
Скрап сталеплавильный	5,0
Шлак сварочный	1,0
Шлак титанистый	3,0

2.3. Добавки, кг/т чугуна

2.4. Кокс

Технический анализ, %(масс.):

A_с = 11,2 V_с = 0,70 S_к = 0,54 W_р = 0,60

2.5. Дополнительное топливо - природный газ

2.6. Химический состав сырьевых материалов, % (масс.)

Приложение 1-5

2.7. Химический состав дополнительного топлива

природный газ, % (объём.)

Приложение 6

3. Условия плавки:

3.1. Температура, °С

дутья	Тд	1120
чугуна	Тчуг	1450
шлака	Тшл	1500
колошникового газа	Ткг	155

3.2. Состав дутья:

содержание кислорода, %(объёмн.)	ω	30,2
влажность, %(объёмн.)	f	1,2
расход природного газа, м3/т чугуна	Vпг	120,0

3.3. Основность шлака по (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) b_шл = 1,07

3.4. Степень использования водорода, доли ед. η_Н = 0,40

3.5. Степень непрямого восстановления, доли ед. R_i = 0,72

3.6. Тепловые потери, кДж/кг углерода Z_с = 1500

Расчет доменной плавки

Расчет состава доменной шихты выполняем на 100 кг выплавляемого чугуна. Расчет расходных коэффициентов компонентов шихты ведем по балансовым уравнениям. Обозначим через X, Y, Z соответственно расходы рудной смеси, железной руды и кокса на 100 кг чугуна.

Химсостав рудной смеси:

Feоб	Feмет	Fe2O3	FeO	CaO	SiO2	MgO	MnO
60,43	0,00	76,63	8,73	6,36	4,92	1,92	0,29

Al2O3	P2O5	S	TiO2	K2O	Na2O	ZnO	п.п.п.
0,90	0,063	0,039	0,023				0,00

1. Составление уравнения по выходу чугуна из компонентов шихты.

Выход чугуна из каждого компонента шихты определяется по формуле:

где Ч – выход чугуна из компонентов шихты, доли ед.; Fe, Mn, P – содержание соответствующих элементов в данном компоненте шихты, массовая доля, %; η_Fe, η_Mn, η_P – коэффициенты перехода соответствующих элементов в чугун или степень усвоения соответствующих элементов в чугуне, доли ед.; [Si], [C], [S] – содержание соответствующих элементов в чугуне, массовая доля, %.

Уравнение по выходу чугуна из компонентов шихты имеет вид

Ч_рс·X + Ч_жр·Y + Ч_к ·Z + Ч_кш ·М_кш + Ч_ск ·М_с + Ч_св ·М_св + Ч_тш ·М_тш = 100

Ч_рс, Ч_жр, Ч_к, Ч_кш, Ч_ск, Ч_св, Ч_тш - выход чугуна из рудной смеси, железной руды, кокса, конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа, сварочного шлака и титанистого шлака.

М_кш, М_с, М_св, М_тш - расход конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа, сварочного шлака и титанистого шлака

Коэффициенты перехода элементов:

Элемент	Чугун	Шлак	Газ
Fe	0,9993	0,0007	0,0000
Mn	0,7500	0,2500	0,0000
P	1,0000	0,0000	0,0000
S	0,0500	0,8500	0,1000

Параметр	Рудная смесь	Железная руда	Шлак конвертер.	Скрап сталеплав.	Шлак сварочный	Шлак титанис.	кокс
Fe, %	60,43	42,64	25,99	74,77	58,31	6,81	0,594
Fe·ηFe	60,39	42,61	25,97	74,72	58,27	6,804	0,593
Mn, %	0,22	0,032	2,289	0,0000	0,59	0,95	0,0000
Mn·ηMn	0,166	0,024	1,72	0,0000	0,45	0,71	0,0000
P, %	0,027	0,034	0,35	0,085	0,02	0,084	0,028
P·ηP	0,027	0,034	0,35	0,085	0,02	0,084	0,028
A	60,58	42,67	28,04	74,805	58,74	7,6	0,621
B	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55
Ч=А/(100-В)	0,641	0,452	0,297	0,792	0,622	0,080	0,007

Уравнение по выходу чугуна принимает вид

0,641 · X + 0,452 ∙ Y + 0,007 ∙ Z + 0,297 ∙ 0,50 + 0,792 ∙ 0,50 + 0,622 ∙ 0,00 + 0,080 ∙ 0,20 + 0,0049 ∙ 0,00 = 100,00

0,641 ∙ X + 0,452 ∙ Y + 0,007 ∙ Z = 99,44

2. Составление уравнения баланса основных и кислотных оксидов при заданной основности шлака.

Недостаток основных окислов в одних компонентах шихты должен быть компенсирован избытком основных окислов в других компонентах, т.е. алгебраическая сумма избытков и недостатков основных окислов в составляющих шихты должна быть равна нулю.

Уравнение по балансу основности:

(± RO)_рс ∙ X + (± RO)_жр ∙ Y + (± RO)_к ∙ Z + (± RO)_кш ∙ М_кш + (± RO)_ск ∙ М_с +

+ (± RO)_св ∙ М_св + (± RO)_тш ∙ M_тш = 0

В связи с тем, что основность каждого компонента шихты, выраженная отношением суммы основных (СаО + MgO) к сумме кислых (SiO₂ + Al₂O₃) окислов, будет отличной от заданной основности шлака, то в компонентах имеет место избыток (+ RO) или недостаток (- RO) основных окислов по сравнению с требуемым их количеством в конечном шлаке.

± RO = CaO + MgO - b_шл ∙ [SiO₂ - ∙[Si]∙Ч + Al₂O₃]

где b_шл - заданная основность шлака, ед.; CaO, MgO, SiO₂, Al2O₃ - содержание оксидов в компонентах шихты, % (или кг/100 кг компонента); ∙[Si]∙Ч - количество кремнезема, которое будет израсходовано на восстановление требуемого количества кремния в чугун, кг/100 кг компонента

Определение RO для каждого компонента шихты:

для рудной смеси

(± RO)_рс = 6,36 + 1,92 - 1,07 ∙ (4,92 - ∙ 0,60 ∙ 0,641 + 0,90) = 2,93

для железной руды

(± RO)_жр = 2,56 + 0,33 - 1,07 ∙ (35,94 - ∙ 0,60 ∙ 0,452 + 0,41) = -35,38

для кокса

(± RO)_К = 3,93 ∙ 0,112 + 2,36 ∙ 0,112 - 1,07 ∙ (58,49 ∙ 0,112 - ∙ 0,60 ∙ 0,007 + +23,54 ∙ 0,112) = -9,12

для добавок

конвертерного шлака

(± RO)_кш = 32,18 + 13,93 - 1,07 ∙ (13,03 - ∙ 0,60 ∙ 0,297 + 1,95) = 30,49

сталеплавильного скрапа

(± RO)_ск = 11,86 + 2,91 - 1,07 ∙ (5,15 - ∙ 0,60 ∙ 0,792 + 0,00) = 10,349

сварочного шлака

(± RO)_св = 0,65 + 0,64 - 1,07 ∙ (15,99 - ∙ 0,60 ∙ 0,6220 + 3,11) = -18,29

титанистого шлака

(± RO)_тш = 32,62 + 11,24 - 1,07 ∙ (24,87 - ∙ 0,60 ∙ 0,0805 + 10,93) = 5,66

Уравнение по балансу основности принимает вид

2,93 ∙ X + (-35,38) ∙ Y + (-9,12) ∙ Z + 30,49 ∙ 0,50 + 10,349 ∙ 0,50 +

+ (-18,29) ∙ 0,00 + 5,66 ∙ 0,20 = 0,00

2,93 ∙ X + (-35,38) ∙ Y + (-9,12) ∙ Z = -21,552

3. Составление уравнения баланса тепловых эквивалентов компонентов шихты и топлива.

Общее балансовое уравнение имеет вид:

q_рс. ∙ X + q_жр. ∙ Y – q_к ∙ Z + q_кш ∙ М_кш + q_ск ∙ М_с + q_св ∙ М_С + q_тш ∙ М_тш –

– q_пг ∙ V_пг = 0

где q_рс, q_жр, q_К, q_кш, q_ск, q_св, q_тш, q_пг - тепловые эквиваленты рудной смеси, железной руды, кокса, конвертерного шлака, сталеплавильного скрапа , сварочного шлака, титанистого шлака и природного газа.

Тепловые эквиваленты элементов и соединений

1. Тепловой эквивалент сгорающего у фурм углерода

q_с = + v_д ∙ (W_д – V_кг ∙ W_кг)

где V_д - расход дутья, м³/кг С; V_кг - выход колошникового газа, м³/м³ дутья; W_д, W_кг - теплосодержание горячего дутья и колошникового газа, кДж/м³

Расход дутья равен, м³/кг С:

V_д = = =3,184

Выход колошниковых газов составит, м³/м³ дутья

V_кг = 1 + ω + f - ωf = 1 + 0,29 + 0,015 – 0,29 ∙ 0,015 = 1,3007

Энтальпия горячего дутья, кДж/м³

W_д = (1 - f) ∙ W_ОN + f ∙ (W_{Н О} – )

где W_ОN, W_{Н О} – энтальпия двухатомных газов и водяного пара, кДж/м³; – расход тепла на разложение 1 м³ водяного пара по реакции

H₂O = H₂ + O₂ -242800 кДж

Энтальпия двухатомных газов при температуре горячего дутья T_д равна, кДж/м³

W_ОN = =

= =

= 1630,79

Энтальпия водяного пара при температуре горячего дутья T_д равна, кДж/м³

W_{H O} = =

= = = 2016,3

Энтальпия горячего дутья, кДж/м³

W_д = =

= (1 – 0,015)∙1630,79 + 0,015∙(2016,3 - ) = 1474

Энтальпия колошникового газа при температуре колошника T_кг равна, кДж/м³

W_кг =(274,68 ∙ (Т_кг -300) ∙ (Т_кг -400))/20000 - (422,1∙ (Т_кг -200) ∙ (Т_кг -400))/10000 + + (569,94 ∙ (Т_кг -200) ∙ (Т_кг -400))/20000 = 329,82

q_с = = =

= 13155,62 кДж/кг C

2. Тепловой эквивалент (“теплоотдача”) углерода прямого восстановления

q_С = = 9828.3 кДж/кг C

3. Тепловой эквивалент оксида кальция

Тепловой эквивалент СаО, образовавшейся в печи при разложении сырого известняка, будет равен:

q_{СаО(СаСО3)} = W_шл + 3192 – 1260 = W_шл + 1932 кДж/кг СаО

W_шл= 1774,5 + 1,68 ∙ (Т_шл - 1450) =1774,5 + 1,68∙(1500 - 1450) = 1858,5

q_{СаО(СаСО3)} = 3790,5 кДж/кг CaO

Тепловой эквивалент извести в офлюсованном агломерате, кДж/кг СаО

q_{СаО(Са SiO )} = W_шл – (W_шл + 1932) = -1932.0

4. Тепловой эквивалент оксида кремния

q_SiO = W_шл + b_шл∙(W_шл + 1932), кДж/кг SiO₂

где b_шл - основность шлака q_SiO =1858,5 + 1,07 ∙ (1858,5 + 1932) = 5914,3

5. Тепловой эквивалент оксида алюминия

q_{Al O} = W_шл – 840 + b_шл ∙ (W_шл + 3192), кДж/кг Al₂O₃

q_{Al O} = 1858,5 - 840 + 1,07 ∙ (1858,5 + 3192) = 6422,5

6. Тепловой эквивалент оксида магния

Тепловой эквивалент MgО, образовавшейся в печи при разложении доломита, будет равен:

q_{MgO(MgCO )} = W_шл + 2747 – 794 = W_шл + 1953, кДж /кг MgO

q_{MgO(MgCO )} = 3811,5 кДж/кг MgO Тепловой эквивалент Mg₂SiO₄ в офлюсованном агломерате, кДж/кг MgО

q_{MgO(Mg SiO )} = W_шл – (W_шл + 1953) = -1953,0 кДж/кг MgO.

Тепловой эквивалент MgO в шихте в свободном виде

q_MgO = (W_шл – 794) – (W_шл + 1953) = -2747,0 кДж/кг MgO

7. Тепловой эквивалент серы.

При переводе серы в шлак по реакции

СаО + S = CaS + 0,5O2 – 173630 кДж

Тепловой эквивалент свободной серы равен, кДж/кг S

q_S = 173630/32 + 3192 ∙ (56/32) + W_шл ∙ =

= 5426 + 3192∙(56/32) + 1858.5∙ = 15193,6

При переводе серы в шлак по реакции

CaSO₄ = CaS + 2O₂ – 921190 кДж

Тепловой эквивалент сульфатной серы равен, кДж/кг S.

q_S = 921190/32 + W_шл ∙ (72/32) = 28787 + 1858,5∙ = 32968,6

8. Тепловой эквивалент фосфора

Тепловой эквивалент фосфора равен, кДж/кг Р

q_Р = 25066 + (60/62) ∙ (q_c – q_c ) – 4767 + W_чуг,

где W_чуг - теплосодержание чугуна, кДж/кг чугуна

W_чуг = 147 + 0,756∙Т_чуг = 147 + 0,756 ∙ 1450 = 1243,2

q_Р = 25066 + ∙ (q_c – q_c ) – 4767 + W_чуг = 25066 + ∙(13155,62 – 9828,3) –

– 4767 + 1243,2 = 24762,0 кДж/кг Р

9. Тепловой эквивалент марганца Тепловой эквивалент марганца в виде MnO равен, кДж/кг Mn_MnO

q_Mn(MnO) = (7388 + 0,218∙(q_c - q_c ) + 0.073∙q_c + 1,073∙ W_чуг - 584)∙η_Mn +

+ (1.29∙ W_шл - 496)∙(1-η_Mn) = (7388 + 0,218∙(13155,62 – 9828,3) +

+ 0,073∙13155,62 + 1,073∙1243,2 - 584)∙0,7500 +

+(1,29∙1858,5 - 496)∙(1 – 0,7500) = 7843,1

10. Тепловой эквивалент железа

Тепловой эквивалент железа в виде FeO равен, кДж/кг Fe_FeO

q_Fe(FeO) = ∙ R + ∙ (q_c – q_c ) ∙ R + ∙ q_c + (1 +

+ ) ∙ W_чуг = ∙(1 – 0,72) + ∙(13155,62 – 9828,3)∙(1 – 0,72) + + ∙13155,62 + (1 + )∙1243,2 = 3553,3

Тепловой эквивалент железа в виде Fe₂O₃ равен, кДж/кг Fe_Fe2O3

q_{Fe(Fe O )} = q_Fe(FeO) + 2553,6 ∙ R + ∙ (q_c – q_c ) ∙ R =

= 3553,3 + 2553,6∙(1 – 0,72) + ∙(13155,62 – 9828,3)∙(1 – 0,72) = 4467,9

Тепловой эквивалент железа равен, кДж/кг Fe_Feмет

q_Feмет = ∙ q_c + (1 + ) ∙ W_чуг = ∙13155,62 + (1+ )∙1243,2 = 2000,6

11. Тепловой эквивалент кремния, переходящего в чугун

q_[Si] = (14549 + ∙(q_C - q_C )+ ∙ W_чуг - 1344 - (W_шл + b_шл∙(W_шл + 1932)))∙ ∙ ,

где 14549 кДж/кг SiO₂ - затраты тепла на диссоциацию SiO₂; (q_c – q_c )∙ - потери тепла с углеродом прямого восстановления, ккал/кг SiO₂ (по реакции SiO₂ + 2С = Si + 2СО); 1344 кДж/кг SiO₂ - количество тепла, которое выделяется при образовании FeSi; W_шл + b_шл ∙ (W_шл + 1932) - тепло, требуемое для перевода SiO₂ в шлак, кДж/кг SiO₂; W_чуг∙ - затраты тепла на нагрев кремния, переходящего в чугун, ккал/кг SiO₂; ∙ - количество SiO₂, расходуемое данным материалом на восстановление требуемого количества кремния в чугун, кг/кг материала для рудной смеси:

q_[Si]рс= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243.2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 73,3 кДж/кг SiO₂

для железной руды:

q_[Si]жр = (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 51,7 кДж/кг SiO₂

для кокса:

q_[Si]к= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 0,8 кДж/кг SiO₂

для конвертерного шлака:

q_[Si]кш= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 34 кДж/кг SiO₂

для сталеплавильного скрапа:

q_[Si]ск= (14549 + ∙(13155,62 - 9828.3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 90,6 кДж/кг SiO₂

для сварочного шлака:

q_[Si]св= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 71,1 кДж/кг SiO₂

для титанистого шлака:

q_[Si]тш= (14549 + ∙(13155,62 – 9828,3)+ ∙1243,2 - 1344 - (1858,5 + +1,07∙(1858,5 + 1932))) ∙ ) = 9,2 кДж/кг SiO₂

12. Тепловой эквивалент гидратной воды , кДж/кг H₂O

q_{н o} = 4200 + 0,3 ∙ (( + (q_c - q_c )∙ )∙R - ( ∙R_i) = =4200 +0,3∙(( + (13155,62 – 9828,3)∙ )∙0,28 –

-( ∙0,72) = 4955,4

13. Тепловой эквивалент углекислоты, выделяющейся из карбонатов, кДж/кг СO₂

q_CO = ( + (q_c - q_c )∙ )∙R = ( + (13155,62 – 9828,3)∙ )∙0,28 =

= 2063

Определяем тепловые эквиваленты компонентов доменной шихты и дополнительного топлива:

Тепловой эквивалент железорудной смеси

q_рс = q_SiO ∙ (SiO₂)_рс+ q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_рс+ q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_рс + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_рс + q_S ∙(S)_рс∙η_S+q_P∙(P)_рс + q_Mn(MnO)∙(Mn_MnO)_рс + q_Fe(FeO)∙(Fe_FeO)_рс + q_{Fe(Fe O )}∙(Fe_{Fe O} )_рс+ q_[Si]РС =

= 5914,3∙0,0492 + 6422,5∙0,0090 + (-1932,0)∙0,0636 + (-1953,0)∙0,0192 + +32968,6∙0,00039∙0,85 + 24762∙0,0002 + 7843,1∙0,0029∙ + 3553,3∙0,0873∙ + 4467,9∙0,7663∙ + 73,3 = 2933,1

Тепловой эквивалент железной руды

q_жр = q_SiO ∙ (SiO₂)_жр + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_жр + q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_жр + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_жр + q_S ∙ (S)_жр∙η_S + q_P∙(P)_жр+ q_Mn(MnO)∙(Mn_MnO)_жр+ q_Fe(FeO)∙(Fe_FeO)_жр + +q_{Fe(Fe O )}∙(Fe_{Fe O} )_жр + q_[Si]жр =

= 5914,3∙0,3594 + 6422,5∙0,0041 + (-1932,0)∙0,0256 + (-1953,0)∙0,0033 + 32968,6∙0,00175∙0,85 + 24762∙0,0003 + 7843,1∙0,0004∙ + 3553,3∙0,0546∙ + 4467,9∙0,5484∙ + 51,7 = 4072,7

Тепловые эквиваленты добавок

Тепловой эквивалент конвертерного шлака

q_кш =q_SiO ∙ (SiO₂)_кш + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_кш + q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_кш + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_кш + q_S ∙(S)_кш∙η_S + q_P∙(P)_кш + q_Mn(MnO)∙(Mn_MnO)_кш + q_Fe(FeO)∙(Fe_FeO)_кш + q_{Fe(Fe O )}∙(Fe_{Fe O} )_кш + q_[Si]кш =

=5914,3∙0,1303 + 6422,5∙0,0195 + (-1932,0)∙0,3218 + (-1953,0)∙0,1393 + 32968,6∙0,00060∙0,85 + 24762∙0,003 + 7843,1∙0,0295∙ + 3553,3∙0,2511∙ + 4467,9∙0,0923∙ + 34 = 1289,1

Тепловой эквивалент мартеновского скрапа

q_ск =q_SiO ∙ (SiO₂)_ск + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_ск+ q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_ск + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_ск + q_S ∙(S)_ск∙η_S + q_P∙(P)_ск + q_Mn(MnO)∙(Mn_MnO)_ск + q_Fe(FeO)∙(Fe_FeO)_ск + q_{Fe(Fe O )}∙(Fe_{Fe O} )_ск + q_Fe ∙(Fe_мет)_ск + q_[Si]ск =

= 5914,3∙0,0515 + 6422,5∙0,0000 + (-1932,0)∙0,1186 + (-1953,0)∙0,0291 + 32968,6∙0,00035∙0,85 + 24762∙0,0009 + 7843,1∙0,0000∙ + 3553,3∙0,1314∙ + 4467,9∙0,0719∙ + 2000,6∙0,5952 + 90,6 = 1920,1

Тепловой эквивалент сварочного шлака

q_св =q_SiO ∙ (SiO₂)_св + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_св + q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_св + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_св + q_S ∙(S)_св∙η_S + q_P∙(P)_св + q_Mn(MnO)∙(Mn_MnO)_св + q_Fe(FeO)∙(Fe_FeO)_св + q_{Fe(Fe O )}∙(Fe_{Fe O} )_св + q_[Si]св =

=5914,3∙0,1599 + 6422,5∙0,0311 + (-1932,0)∙0,0065 + (-1953,0)∙0,0064 + 32968,6∙0,00073∙0,85 + 24762∙0,0002 + 7843,1∙0,0077∙ + 3553,3∙0,5451∙ + 4467,9∙0,2274∙ + 71,1 = 3481,4

Тепловой эквивалент титанистого шлака

q_тш =q_SiO ∙ (SiO₂)_тш + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_тш + q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_тш + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_тш + q_S ∙ (S)_тш ∙ η_S + q_P∙(P)_тш + q_Mn(MnO) ∙ (Mn_MnO)_тш + q_Fe(FeO) ∙ (Fe_FeO)_тш + q_{Fe(Fe O )} ∙ (Fe_{Fe O} )_тш + q_[Si]тш =

=5914,3∙0,2487 + 6422,5∙0,1093 + (-1932,0)∙0,3262 + (-1953,0)∙0,1124 + 32968,6∙0,00326∙0,85 + 24762∙0,0008 + 7843,1∙0,0123∙ + 3553,3∙0,0875∙ + 4467,9∙0,0000∙ + 9,2 = 1760

Тепловой эквивалент топлива

Тепловой эквивалент кокса

q_к = q_A ∙ A_С + q_S ∙ (S)_к ∙ η_S + q_[Si]к – C_нел ∙ (q_c – Z_с)

Тепловой эквивалент золы кокса

q_А =q_SiO ∙ (SiO₂)_А + q_{Al O} ∙ (Al₂O₃)_А + q_{CaO(Ca SiO )} ∙ (CaO)_А + q_{MgO(Mg SiO )} ∙ (MgO)_А + q_S ∙ (S)_А ∙ η_S + q_P∙P_А + q_Mn(MnO) ∙ (Mn_MnO)_А + q_Fe(FeO) ∙ (Fe_FeO)_А + q_{Fe(Fe O )} ∙ (Fe_{Fe O} )_А =

= 5914,3∙0,5849 + 6422,5∙0,2354 + (-1932,0)∙0,0393 + (-1953,0)∙0,0236 + 32968,6∙0,00000∙0,85 + 24762∙0,0025 + 7843,1∙0,0000∙ + 3553,3∙0,0000∙ + 4467,9∙0,0757∙ = 5147,8

q_К = 5147,8∙0,1120 + 15193,6∙0,0054∙0,85 + 0,8 – 0,8756 ∙ (13155,62 – 1500,0) =

= -9558,6

Тепловой эквивалент природного газа

СН₄ + 0,5О₂ = СО + 2Н₂ + 1660 кДж/м³ СО

С₂Н₆ + О₂ = 2СО + 3Н₂ + 3030 кДж/м³ СО

С₃Н₈ + 1,5О₂ = 3СО + 4Н₂ + 3380 кДж/м³ СО

С₄Н₁₀ + 2О₂ = 4СО + 5Н₂ + 3460 кДж/м³ СО

С₅Н₁₂ + 2,5О₂ = 5СО + 6Н₂ + 3625 кДж/м³ СО

Тепловой эквивалент природного газа от неполного его горения равен

q_пг = 1660 ∙ V_{CO(CH )} + 3040 ∙ V_{CO(C H )} + 3380 ∙ V_{CO(C H )} + 3460 ∙ V_{CO(C H )} + 3625 ∙ V_{CO(C H )}+ V_Дпг ∙ W_ДТд – V_прг ∙ W_пргдт

где V_{CO(CH )}, V_{CO(C H )}, V_{CO(C H )}, V_{CO(C H )}, V_{CO(C H )} - количество окиси углерода, образовавшейся из соответствующих горючих компонентов природного газа, м³; V_Дпг - количество дутья, необходимое для сжигания 1 нм³ природного газа, м³/м³ природного газа; W_ДТд - теплосодержание влажного дутья при температуре дутья, кДж/м³; V_прг - количество продуктов горения (газа, образующегося при сжигании 1 м³ природного газа, м³/м³; W_пргдт - теплосодержание продуктов горения при температуре колошника, кДж/м³.

Определение V_Дпг, W_ДТд, V_прг , W_пргдт В печь вносится из природного газа на 100 кг чугуна

V_СН = V_пг ∙ СН₄ /100 = = 12.425 м³

или

12.425 ∙ = 8,673 кг

V_{С Н} = V_пг ∙ С₂Н₆ /100 = =0,0825 м³

или 0.0825 ∙ = 0,11 кг

V_{С Н} = V_пг ∙ С₃Н₈ /100 = = 0,065 м³

или 0.062 ∙ = 0,127 кг

V_{С Н} = V_пг ∙ С₄Н₁₀ /100 = = 0,0312 м³

или 0.0312 ∙ = 0,081 кг

V_{С Н} = V_пг ∙ С₅Н₁₂ /100 = = 0,000 м³

или 0,000 ∙ = 0,0000 кг

V_{N ПГ} = V_пг ∙ N₂ /100 = = 0,179 м³

или 0,179 ∙ = 0,223 кг

V_{СO ПГ} = V_ПГ ∙ СO₂ /100 = =0,000 м³

или 0,000 ∙ = 0,0000 кг

Итого в печь вносится M_пг = 9,21 кг природного газа на 100 кг чугуна

На окисление природного газа требуется следующее количество кислорода, согласно реакций

V_О = V_пг ∙ (СН₄ ∙ 0.5 + С₂Н₆ ∙ 1,0 + С₃Н₈ ∙ 1,5 + С₄Н₁₀ ∙ 2,0 + С₅Н₁₂ ∙ 2,5) =

= ∙ ( ∙0,5 + ∙1,0 + ∙1,5 + ∙2,0 + ∙2,5) = 6,314 м³/100 кг чугуна

Количество влажного дутья, м³/100кг чугуна

V_д = = = 21,45

или

V_д = = 1,79 м³/м³ природного газа

Во влажном дутье содержится водяного пара

V_{(Н О)д} = V_д ∙ f = 21,45∙ 0,015 = 0,321 м³

или

М_{(Н О)дпг} = V_{(Н О) дпг} ∙ = 0,321 ∙ = 0,258 кг

Количество сухого дутья, необходимого для сжигания природного газа

V_{сух д} = V_д – V_{(Н О)д} = 21,45– 0,321 = 21,131 м³

В сухом дутье содержится азота

V_{(N ) сух д} = V_{сух д} ∙ (1 – ω) = 21,131 ∙ (1 – 0,29) = 15,0 м³

М_{(N ) д} = V_{(N ) сух д} ∙ =15,0 ∙ = 18,75 кг

кислорода

V_{(O )сух д} = V_{сух д} ∙ ω = 21,131 ∙ 0,29 = 6,128 м³

М_{(O )д} = V_{(O )сух д} ∙ = 6,128∙ = 8,75 кг

Масса сухого дутья для сжигания природного газа

М_{сух д} = М_{(N )д} + М_{(O )д} = 18,75 + 8,75 = 27,509 кг

Масса влажного дутья для сжигания природного газа

М_д = М_{(H О)д} + М_{сух д} = 0,258 + 27,509 = 27,767 кг

Количество и состав образующихся продуктов горения природного газа, м³

V_прг = V_{(Н )прг} + V_(СО)прг + V_{(N )прг} + V_СО

По реакциям горения из объема СН₄ образуется 1 объем СО и 2 объема Н₂, из объема С₂Н₆ – 2 объема СО и 3 объема Н₂ и т.д. Кроме того, Н₂ поступает из водяного пара дутья по реакции Н₂О = Н₂ + 0,5О₂ (1 объем Н₂ из 1 объема Н₂О).

V_{(Н )прг} = V_пг ∙(СН₄∙2 + С₂Н₆∙3 + С₃Н₈∙4 + С₄Н₁₀∙5 + С₅Н₁₂∙6) + V_{(Н О)дпг} =

= = 25.188 м³

V_(СО)прг = V ∙ (СН₄∙1 + С₂Н₆∙2 + С₃Н₈∙3 + С₄Н₁₀∙4 + С₅Н₁₂∙5) = = = 12.628 м³

V_{(N )прг} = V_{(N ) сух дпг} + V_N = 15,0 + 0,179 = 15,182 м³

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

V_СO = 0,000 м³

Итого образуется продуктов горения

V_прг = 25,188 + 12,628 + 15,182 + 0,000 = 55,997 м³

или

V_прг =55,997 / (125,0/10) = 4,24 м³/м³ ПГ.

Часть образовавшегося при горении природного газа водорода расходуется на восстановительные процессы

V_{(H )восст.прг} = V_{(Н )прг} ∙ η_Н = 25,188 ∙ 0,40 = 10,075 м³

Оставшийся водород переходит в колошниковый газ

V_{(Н )пгкг} = V_{(Н )прг} - V_{(H )восст.прг} = 25,188 – 10,075 = 15,113

Теплосодержание продуктов горения при температуре колошника

W_пргдт = 208,5 кДж/м³

Определим тепловой эквивалент природного газа

q = 1660 ∙ V_{CO(CH )} + 3040 ∙ V_{CO(C H )} + 3380 ∙ V_{CO(C H )} + 3460 ∙ V_{CO(C H )} + +3625 ∙ V_{CO(C H )}+ V_д ∙ W_дт – V_прг ∙ W_пргдт =

=1660∙(97,14/100)∙1 + 3040∙(0,66/100)∙2 + 3380∙(0,52/100)∙3 + 3460∙(0,25/100)∙4 + 3625∙(0,00/100)∙5) + 1,6595 ∙ 1473,9 – 4,185 ∙ 208,5 = -3313,5

Уравнение баланса тепловых эквивалентов компонентов шихты и топлива.

q_рс. ∙ X + q_жр. ∙ Y – q_к ∙ Z + q_кш ∙ М_кш + q_ск ∙ М_с + q_св ∙ М_с + q_тш ∙ М_тш – q_пг ∙ V_пг = 0

2933,1 ∙ X + 4072,7 ∙ Y + (-9558,6 ∙ Z) + 1289,1∙ 0,50 + 1920,1∙ 0,50 + 3481,4 ∙ 0,00 + 1760 ∙ 0,2 + (-9368,1) ∙ 0,00 + (-3313,5) ∙ 12,00 = 0,00

2933,1 ∙ X + 4072,7 ∙ Y - 9558,6 ∙ Z = 37805,4

Система трех уравнений с тремя неизвестными

0,641 ∙ X + 0,452 ∙ Y + 0,007 ∙ Z = 99,44

2,93 ∙ X + -35,38 ∙ Y + -9,12 ∙ Z = -21,552

2933,1 ∙ X + 4072,7∙ Y - 9558,6 ∙ Z = 37805,4 X = 153,18 Y = 2,32 Z = 42,57

Состав шихты, кг/100кг чугуна

Агломерат АГЦ-3	М	99,34
Окатыши КостГОКа	Мок	53,49
Руда михайловская	Мжр	2,32
Шлак конвертерный	Мшк	0,50
Скрап мартеновский	Мс	0,50
Шлак сварочный	Мсв	0,00
Шлак титанистый	Мтш	0,20
Кокс	Мк	42,57
Природный газ	Vпг	12,00

Металлообразующие составляющие шихты

№	Компонент шихты	Расход	Fe		Mn		S		P
		кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
1	Агломерат АГЦ-3	99,34	58,86	58,47	0,31	0,31	0,010	0,01	0,034	0,03
2	Окатыши КостГОКа	53,49	63,48	33,96	0,05	0,03	0,095	0,05	0,014	0,01
3	Руда михайловская	2,32	42,64	0,99	0,03	0,00	0,175	0,00	0,034	0,00
4	Шлак конвертерный	0,50	25,99	0,13	2,29	0,01	0,060	0,00	0,347	0,00
5	Скрап мартеновский	0,50	74,77	0,37	0,00	0,00	0,035	0,00	0,085	0,00
6	Шлак сварочный	0,00	58,31	0,00	0,60	0,00	0,073	0,00	0,020	0,00
7	Шлак титанистый	0,20	6,81	0,01	0,95	0,00	0,326	0,00	0,084	0,00
8	Кокс	42,57	0,594	0,25	0,00	0,00	0,54	0,23	0,028	0,01
	Всего			94,19		0,35		0,30		0,06
Распределение
	Переходит в шлак, кг			0,07		0,09		0,250		0,000
	Переходит в газ, кг			0		0		0,029		0,000
	Остается в чугуне, кг			94,12		0,26		0,021		0,06

Шлакообразующие составляющие шихты

№	Компонент шихты	Расход	SiO2		CaO		MgO		Al2O3
		кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
1	Агломерат АГЦ-3	99,34	4,95	4,92	7,84	7,79	2,66	2,64	1,21	1,20
2	Окатыши КостГОКа	53,49	4,87	2,60	3,48	1,86	0,47	0,25	0,30	0,16
3	Руда михайловская	2,32	35,94	0,83	2,56	0,06	0,33	0,01	0,41	0,01
4	Шлак конвертерный	0,50	13,03	0,07	32,18	0,16	13,93	0,07	1,95	0,01
5	Скрап мартеновский	0,50	5,15	0,03	11,86	0,06	2,91	0,01	0,00	0,00
6	Шлак сварочный	0,00	15,99	0,00	0,65	0,00	0,64	0,00	3,11	0,00
7	Шлак титанистый	0,20	24,87	0,05	32,62	0,07	11,24	0,02	10,93	0,02
8	Кокс	42,57	4,399	1,87	0,46	0,20	0,10	0,04	2,70	1,15
	Всего			10,37		10,19		3,05		2,55
Распределение
	Переходит в чугун, кг			1,29
	Остается в шлаке, кг			9,08		10,19		3,05		2,55

FeO в шлаке, кг 0,0659 ∙ (72/56) = 0,08

MnO в шлаке, кг 0,0884 ∙ (71/55) = 0,11

S в шлаке, кг 0,2498 / 2 = 0,12

Состав шлака	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	FeO	MnO	S	Итого
кг	9,08	10,19	3,05	2,55	0,08	0,11	0,12	25,18
%	38,06	39,04	12,02	9,66	0,32	0,43	0,47	100,00

Проверка основности (39,04 + 12.02) / (38,06 + 9,66) = 1,07

4. Определение физико-химических свойств шлака

Для определения физико-химических свойств шлака сделаем пересчет его на четыре компонента CaO, MgO, SiO₂ и Al₂O₃ и по диаграммам состояния четырехкомпонентной системы определим температуру кристаллизации шлака и вязкость шлака при температурах 1400 и 1500°С.

Состав шлака, пересчитанный на четыре компонента

Состав шлака	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	CaO/ SiO2	Итого
%	38,53	39,52	12,17	9,78	1,03	100,00

Температуру кристаллизации определяем по диаграмме состояния системы CaO - MgO - SiO₂ - Al₂O₃ (приложение 7). Температура кристаллизации шлака составляет 1350 °С.

Вязкость шлака определяем по диаграмме состояния системы CaO - MgO - SiO₂ - Al₂O₃ (приложение 8). Вязкость шлака составляет при температуре 1400 °С составляет 0,5 Н*с/м² и при температуре 1500°С - 0,3 Н*с/м².

Полученный шлак по своим свойствам не препятствует нормальной работе печи.

5. Определение состава колошникового газа

Определение количества двуокиси углерода

V_{CO КГ} = (V_{O Ш} - V_{O ФЛ} - V_{O H} )∙2∙R_i + V_{O ФЛ}∙R_i

где V_{CO КГ} - содержание СО2 в колошниковом газе, м³; V_{O Ш} - количество кислорода шихты, переходящего в газ, м³; V_{O ФЛ} - количество кислорода флюса и летучих кокса, м³; V_{O H} - количество кислорода шихты, отнятого водородом при восстановле-нии, м³

Количество кислорода шихты, переходящего в газ

V_{O Ш} = V_{O Fe} + V_{O Mn} + V_{O P} + V_{O SiO} + V_{O ФЛ}

кислород оксидов железа, м³

V_{O Fe} = M_{O Fe} ∙ = [M_рс∙ ((Fe₂O₃)_рс∙ + (FeO)_рс∙ ) + +M_жр∙((Fe₂O₃)_жр∙ + (FeO)_жр∙ ) + M_кш∙((Fe₂O₃)_кш∙ + (FeO)_кш∙ ) + +M_ск∙((Fe₂O₃)_ск∙ + (FeO)_ск∙ ) + M_св∙ ((Fe₂O₃)_св∙ + (FeO)_св∙ ) + +M_тш∙((Fe₂O₃)_тш∙ + (FeO)_тш∙ ) + M_к∙ (Fe₂O₃)_к∙ - M_шл∙ (FeO)_шл∙ ] ∙ (22.4/32) =

=[152,83∙(0,7663∙ + 0,0873∙ ) + 2,32∙(0,5484∙ + 0,0546∙ ) + +0,50∙(0,0923∙ + 0,2511∙ ) + 0,50∙(0,.0719∙ + 0,1314∙ ) +0,10∙(0,2274∙ + 0,5451∙ ) + 0,30∙(0,0000∙ + 0,0875∙ ) + 42,37∙0,1120∙0.0757∙ - 26,35∙(0,0032∙ )] ∙ = 27,082 м³

кислород оксидов марганца, м³

V_{O Mn} = M_{O Mn} ∙ = [M_рс∙ (MnO)_рс∙ + M_жр∙ (MnO)_жр∙ +

+ M_кш∙ (MnO)_кш∙ + M_ск∙ (MnO)_ск∙ + M_св∙ (MnO)_св∙ +

+ M_тш∙ (FeO)_тш∙ - M_шл∙ (MnO)_шл∙ ] ∙ (22.4/32) =

=[152,83∙0,0029∙ + 2,32∙0,0004∙ +0,50∙0,0295∙ + 0,50∙0,0000∙ + 0,10∙0,0077∙ + 0,30∙0,0123∙ - 26,35∙(0,0043∙ ] ∙ = 0,054 м³

кислород оксидов фосфора, м³

V_{O p} = M_{O p}∙ = [M_рс∙(P₂O₅)_рс + M_жр∙(P₂O₅)_жр+M_кш∙(P₂O₅)_кш + M_ск∙(P₂O₅)_ск+M_св∙(P₂O₅)_св+M_тш∙(P₂O₅)_тш + M_к∙(P₂O₅)_к]∙ ∙ =[152,83∙0,0006 + 2,32∙0,0008 + 0,50∙0,0079 + 0,50∙0,0019 + 0,10∙0,0005 + 0,30∙0,0019 +42,37∙0,1120∙0,0058] ∙ ∙ = 0,051 м³

кислород оксида кремния, из которой кремний восстанавливается и переходит в чугун, м³

V_{O SiO} = M_{O SiO} ∙ = [Si]∙ ∙ = 0,58∙ = 0,464 м³

кислород флюсов и летучих кокса определяется из условия, что в летучих содержится 0.3 % СО₂ (в пересчете на кокс), м³

V_{O фл} = M_{O фл}∙ = М_к∙(CO₂)_к∙ ∙ = 42,37∙0,003∙ = 0,065 м³

или в кг

М_{O фл} = V_{O фл} ∙ = 0,065 ∙ = 0,09 кг

Итого количество кислорода шихты, переходящего в газ, м³

V_{O ш} = V_{O Fe} + V_{O Mn} + V_{O P} + V_{O SiO} + V_{O ФЛ} = 27,082 + 0,054 + 0,051 + +0,464 + 0,065 = 27,716 м³

или в кг

М_{O ш} = V_{O ш} ∙ = 27,716 ∙ = 39,59 кг

Углерод прямого восстановления

При прямом восстановлении на 1 атом кислорода тратится 1 атом улерода C + (1/2)O₂ = CO, т.е. количество углерода затраченного на восстановление составит, кг

C = O ∙

Предполагается, что половина кислорода флюса и летучих кокса не принимает участие в восстановительных процессах. Тогда кислород отнятый прямым путем равен, кг

O = М_{O ш} ∙ R - ∙ М_{O фл} = 39,59 ∙ 0,28 – 0,5 ∙ 0,09 = 11,04 кг

C = O ∙ = 11,04 ∙ = 8,28 кг

Углерод, сжигаемый на фурмах

С_Ф = С_к - С - [С]

где

С_к, С и [С] - количество углерода соответственно в коксе, на прямое восстановление и в чугуне.

С_Ф = 42,37 ∙ 0,8756 – 8,28 – 4,95 = 23,869 кг

Количество кислорода, необходимое для сжигания углерода кокса у фурм

(C + (¹/₂)O₂ = CO), м³:

О_д = С_Ф ∙ = 23,869 ∙ = 22,278 м³

Количество кислорода в единице дутья:

О'_д= =0,29 ∙ (1- 0,015) + 0,5 ∙ 0,015 = 0,2932 м³О₂/м³ дутья

Количество азота в единице дутья:

N'_д = = (1 - 0,29) ∙ (1 - 0,015) = 0,6994 м³N₂/м³ дутья

Необходимое количество влажного дутья, м³:

V_д,вл = О_д / О'_Д = 22,278/0,2932 = 75,995 м³

В дутье содержится влаги:

V_вл = V_д,вл ∙ = 75,995 ∙ 0,015 = 1,14 м³ H₂O

или

M_вл = 1,14 ∙ = 0,85 кг

Количество сухого дутья, м³:

V_д = V_д,вл - V_вл = 75,995 - 1,14 = 74,854

Количество кислорода в сухом дутье:

V_{O сух,д} = V_Д ∙ ω = 74,854 ∙ 0,29 = 21,708 м³

или

М_{O сух,д} = 21,708 ∙ = 31,011 кг

Количество азота в сухом дутье:

V_{N сух,д} = V_д ∙ (1 - ω) = 74,854 ∙ 0,71 = 53,147 м³

или

М_{N сух,д} = 53,147 ∙ = 66,434 кг

Масса дутья, кг:

M_д,вл, = M_вл + М_{O сух,д} + М_{N сух,д} = 0,85 + 31,011 + 66,434 = 98,295 кг

Количество свободного водорода и метана в коксе.

Состав летучих меняется практически мало.

СН_4к = 0,40 % и Н_2к = 0,40 %.

Количество метана колошникового газа:

СН_4кг = М_к∙ СН_4к = 42,37 ∙ 0,004 = 0,17 кг

или

V_{СН кг} = 0,17 ∙ = 0,237 м³

Количество водорода колошникового газа Н₂ без учета вдуваемого природного газа:

Н_2кг = М_{Н к} + М_{Н д} + М_{Н гидр} - М_{Н восст}

Количество водорода, вносимого в печь коксом

М_{Н к} = М_к ∙ Н_2к = 42,37 ∙ 0,004 = 0.17 кг

или

V_{Н к} = 0,17 ∙ = 1,898м³

Количество водорода, вносимого в печь гидратной водой

По условиям плавки 30% внесенной в печь гидратной воды разлагается с получением водорода:

М_{Н Огидр} = 0,3∙(М_рс∙Н₂О_рс + М_жр∙Н₂О_жр + М_кш∙Н₂О_кш + М_ск∙Н₂О_ск + М_св∙Н₂О_св + М_тш∙Н₂О_тш) =0,3 ∙ (152,83 ∙ 0,0000 + 2,32 ∙ 0,0000 + 0,50 ∙ 0,0000 + 0,50 ∙ 0,0000 + 0,10 ∙ 0,0000 + 0,30 ∙ 0,0116) = 0,001 кг

с образованием водорода М_{Н гидр} = М_{Н Огидр} ∙ = 0,001 ∙ = 0,0001 кг

или

V_{Н гидр} = 0,0001 ∙ = 0,001 м³

Количество водорода, вносимого в печь дутьем

М_{Н д} = V_вл ∙ = 0,878 ∙ = 0,10 кг

или

V_{Н д} = 0,10 ∙ = 1,093 м³

Степень использования водорода в восстановительных процессах по условиям плавки составляет 40% (ηH₂), т,е, 60% водорода, поступающего в печь, переходит в колошниковый газ:

М_{Н кг} = (1 - η_H )∙(М_{Н к} + М_{Н д} + М_{Н гидр}) =

= (1 - 0,40)∙(0,17 + 0,10 + 0,00) = 0,160 кг

или

V_{Н кг} = 0,16 ∙ = 1,795 м³

Количество водорода, израсходованного на восстановление без учета природного газа

М_{Н восст} = η_H ∙(М_{Н к} + М_{Н д} + М_{Н гидр}) = 0,40∙(0,17 + 0,00 + 0,10 + 0,00) = 0,11 кг

или

V_{Н восст} = 0,11 ∙ = 1,197 м³

Количество водорода, израсходованного на восстановление с учетом природного газа

V_{(H )восст} = V_{(H )восст,прг} + V_{Н восст} = 9,676 + 1,197 = 10,873 м³

Количество водорода колошникового газа с учетом природного газа

V_{(H )кг}, = V_{(Н )пгкг}, + V_{Н кг} = 14,514 + 1,795 = 16,309 м³

или

М_{(H )кг}, = 16,309 ∙ = 1,46 кг

Количество кислорода шихты, отнятого водородом при восстановлении

В процессе восстановления окислов каждый моль Н₂ отнимает 0,5 моля кислорода по реакции FeO + H₂ = Fe + H₂O, тогда

V_{O H} = 0,5 ∙ V_{(H )восст} = 0,5 ∙ 10,873 = 5,436 м³

Количество диоксида углерода в колошниковом газе

V_{(CO )кг} = (V_{O ш} - V_{O фл} - V_{O H} )∙2∙R_i + V_{O фл}∙R_i =

= (27,716- 0,065 - 5,436) ∙2∙0,72 + 0,065 ∙ 0,72 = 32,036 м³

или

М_{CO кг} = 32,036 ∙ = 62,93 кг

Количество монооксида углерода (СО), переходящего в колошниковый газ без учета природного газа

Газифицируется углерода шихты без учета природного газа C_г = C_к + C_фл – [C] = 42,37 ∙ 0,8756 + 0,09 ∙ - 4,95 = 32,18 кг

Количество углерода монооксида углерода без учета природного газа С_СО = С_г - С_СО = 32,18 - 62,98 ∙ = 15,01 кг

Количество монооксида углерода газа без учета природного газа М_CОкг = С_СО ∙ = 15,01 ∙ = 35,02 кг

или

V_CОкг = 35,02 ∙ = 28,012 м³

Количество монооксида углерода с учетом природного газа V_(СО)кг = V_(СО)прг + V_CОкг = 12,122 + 28,012 = 40,135 м³

или

М_(СО)КГ = 40,135 ∙ = 50,17 кг

Количество азота колошникового газа

V_{(N )кг} = V_{(N )прг} + V_{N сух,д} = 14,631 + 53,147 = 67,778м³

или

М_{(N )кг} = 67,778 ∙ = 84,722 кг

Состав колошникового газа, %

Содержание в газе	CO2	CO	N2	H2	CH4	Сумма
кг	62,93	50,17	84,722	1,46	0,17	199,452
м3	32,036	40,135	67,778	16,309	0,237	156,495
%	20,94	26,21	42,04	10,65	0,15	100,00

Проверка степени непрямого восстановления

где β = O'_д/N'_д = 0,2932 / 0,6994 = 0,4192; R_i = 0,736

6. Материальный баланс плавки

Задано	кг	Получено	кг
Агломерат АГЦ-3	99,34	Чугун	100,00
Окатыши КостГОКа	53,49	Шлак	26,35
Руда михайловская	2,32	Газ	199,45
Шлак конвертерный	0,5	Пары воды	8,74
Скрап мартеновский	0,5
Шлак сварочный	0,0
Шлак титанистый	0,2
Кокс	42,57
Природный газ	8,85
Дутье для сжигания углерода кокса и ПУТ	98,295
Дутье для сжигания природного газа	27,767
ИТОГО	333,832	ИТОГО	334,54

Невязка баланса (333,83 - 334,54) ∙ 100/ 333,83 = - 0,213 %

7. Тепловой баланс плавки

Тепловой баланс доменной плавки сводим по методу диссоциаций на 1 кг чугуна.

Приход тепла

1. Тепло от сгорания углерода у фурм

q₁ = ∙ С_Ф ∙ 0,01 = ∙ 23,869 ∙ 0,01 = 2345 кДж

2. Тепло окисления углерода прямого восстановления

q₂ = ∙ С_d ∙ 0,01 = ∙ 8,29 ∙ 0,01 = 814 кДж

3. Тепло догорания монооксида углерода в двоксид углерода

q₃ = ∙V_{(CO )кг}∙0,01 = ∙32,036 ∙0,01 = 4065,4 кДж

4.Тепло окисления водорода

q₄ = ∙V_{(H )восст}∙0,01 = ∙10,87 ∙0,01 = 1179 кДж

5. Тепло сгорания природного газа

q₅ = (1660∙V_CH + 3040∙V_{C H} + 3380∙V_{C H} + 3460∙V_{C H} + 3625∙V_{C H} )∙ 0,01 =

=(1660∙11,657 + 3040∙0,079 + 3380∙0,062 + 3460∙0,030 + 3625∙ 0,000)∙0,01 =

=199 кДж

6. Физическое тепло дутья

q₆ = (V_сух,д∙W_O,N + V_{H Oд}∙W_{H O})∙0,01

V_сух,д = V_д + V_{сух,дпг} = 74,854 + 20,365 = 91,966 м³

V_{H oд} = V_вл + V_{(Н О)дпг} = 1,14 + 0,31 = 1,45 м³

q₆ = (91,966 ∙ 1599,5 + 1,45 ∙ 2016,3) ∙ 0,01 = 1500,2 кДж

Итого приход тепла

2345 + 814 + 4065,4 + 1179 + 199 + 1500,2 = 10102,6 кДж

Расход тепла

1. Тепло диссоциации оксидов:

1.1 Оксид железа(III), диссоциация Fе₂O₃ = 2Fе + 1,5О₂ - 827 020 кДж;

q'_1Fe(III)= ∙0,01∙(М_рс∙Fe₂O_3рс∙ +М_жр∙Fe₂O_3жр∙ + +М_кш∙Fe₂O_3кш∙ +М_ск∙Fe₂O_3ск∙ +М_св∙Fe₂O_3св∙ +М_тш∙Fe₂O_3тш∙ + М_к∙Fe₂O_3к∙ )=

= ∙0,01∙( + + + + + + + + = 6143 кДж

1.2 Оксид железа(II), диссоциация Fе0 = Fе + 0.5О₂ - 270 610 кДж;

q'_1Fe(II)= ∙0,01∙(М_рс∙FeO_рс∙ +М_жр∙FeO_жр∙ + М_кш∙FeO_кш∙ + М_ск∙FeO_ск∙ ∙ + М_св∙FeO_св∙ + М_тш∙FeO_тш∙ - М_шл∙FeO_шл∙ ) =

= ∙0,01∙(152,83∙0,0873∙ + 2,32∙0,0546∙ + 0,50∙0,2511∙ + 0,50∙0,1314∙ + 0,10∙0,5451∙ + 0,30∙0,0875∙ - 26,35∙0,0032∙ ) = 513 кДж

1.3 Оксид марганца(II), диссоциация Mn0 = Mn + 0,5О2 - 406 220 кДж;

q'_1Mn(II)= ∙0,01∙(М_рс∙MnO_рс∙ +М_жр∙MnO_жр∙ +М_кш∙MnO_кш∙ + +М_ск∙MnO_ск∙ +М_св∙MnO_св∙ +М_тш∙MnO_тш∙ - М_шл∙MnO_шл∙ ) =

= ∙0,01∙152,83∙0,0029∙ +2,32∙0,0004∙ +0,50∙0,0295∙ + +0,50∙0,0000∙ +0,10∙0,0077∙ + 0,30∙0,0123∙ - 26,35∙(0,0043∙ ) = 20 кДж

1.4 Оксид фосфора, диссоциация P₂O₅ = 2P + 2,50₂ - 1 554 000 кДж;

q'_1p = ∙0,01∙(М_Рс∙P₂O_5рс∙ +М_жр∙P₂O_5жр∙(80/142) + М_кш∙P₂O_5кш∙ + +М_ск∙P₂O_5ск,∙ +М_св∙P₂O_5св∙ + М_тш∙P₂O_5тш∙ + М_к∙P₂O_5к∙ ) =

= ∙0,01∙(152,83∙0,0000 + 2,32∙0,0008 + 0,50∙0,0079 + 0,50∙0,0019 + 0,10∙0,0005 + 0,30∙0,0019 + 42,37∙0,1120∙0,0058 + 0,00∙0,0877∙0,0000) ∙ = 14 кДж

1.5 Оксид кремния, диссоциация SiО₂ = Si + О₂ - 872 970 кДж;

q'_1si=(872970/32)∙0,01∙([Si]∙(32/28))=(872970/32)∙0,01∙(0,60∙(32/28))=187кДж

Общий расход тепла на диссоциацию оксидов

q'₁ = q'_1Fe(III) + q'_1Fe(II) + q'_1Mn(II) + q'_1p + q'_1si = 6143 + 513 + 20 + 14 + 187 = = 6877кДж

2 Тепло на перевод серы в шлак:

q'₂ = 28787 ∙ 0,01 ∙ (S)_шл = 28787 ∙ 0,01 ∙ 0,250 = 72 кДж

3 Тепло на разложение части СО₂ флюса по реакции СО₂ = СО + 0,50₂ - 284260 кДж

q'₃ = (284260/32)∙0,01∙М_{O фл}∙R_d = (284260/32)∙0,01∙0,09∙0,28 = 2 кДж

4 Тепло на разложение влаги дугья

q'₄ = (242800/22,4)∙0,01∙V_{H Oд} = (242800/22,4)∙0,01∙1,117 = 121 кДж

5 Тепло, затрачиваемое на нагрев чугуна

q'₅ = W_чуг = 1243 кДж

6 Тепло, затрачиваемое на нагрев шлака

q'₆ = W_шл∙М_шл∙0,01 =1859 ∙ 26,35 ∙ 0,01 = 490 кДж

7 Расход тепла на выделение и испарение гидратной влаги

q'₇ = 4200∙0,01∙(М_рс∙Н₂О_рс + М_жр∙Н₂О_жр + М_кш∙Н₂О_кш + М_ск∙Н₂О_ск + М_св∙Н₂О_св + М_тш∙Н₂О_тш) = 4200∙0,01∙(152,83∙0,0000 + 2,32∙0,0000 + 0,50∙0,0000 + 0,50∙0,0000 + 0,10∙0,0000 + 0,30∙0,0116) = 0,1 кДж

8 Затраты на испарение гигроскопической влаги

q'₈ = 24740∙0,01∙(М_к∙ W_р/(100 - W_р)) = 24740∙0,01∙(42,37∙0,60/(100 - 0,60)) = 63 кДж

9 Унос тепла колошниковым газом

q'₉ = ((V_(CO)кг + V_{(N )кг} + V_{(H )кг})∙W_ткON + V_{(CO )кг}∙W_ткCO + V_{(CH )кг}∙W_ткСН + W_{ткН О}∙М_{Н Окг}∙(22,4/18))∙0,01

W_ткON = 202,4 кДж/м³

W_ткCO = 273,3 кДж/м³

W_ткCH = 267,4 кДж/м³

W_{ткH O} = 235,4 кДж/м³

q'₉ = ((40,135 + 64,3640 + 16,309)∙202 + 32,060∙273 + 0,237∙267 + 235∙8,74∙22,4/18))∙0,01 = 358 кДж

Итого расход тепла

6877 + 72 + 2 + 121 + 1243 + 490 + 0 + 63 + 358 = 9227 кДж

10. Тепловые потери определяются как разность между расходом и приходом тепла

q'₁₀ = 10102,6 - 9227 = 876 кДж

Тепловой баланс плавки

Приход	кДж	%	Расход	кДж	%
Окисление углерода у фурм	2345	23,2	Диссоциация оксидов	6877	68,1
Окисление углерода прямого восстановления	814	8,1	Переход серы в шлак	72	0,7
Окисление монооксида углерода	4065	40,3	Разложение флюса	2	0,0
Окисление водорода	1179	11,7	Разложение влаги дутья	121	1,2
Окисление природного газа	199	2,0	Затраты на нагрев чугуна	1243	12,3
Физическое тепло горячего дутья	1500	14,8	Затраты на нагрев шлака	490	4,8
			Выделение и испарение гидратной влаги	0,01	0,0
			Испарение гигроскопической влаги	63	0,6
			Унос колошниковым газом	358	3,5
			Тепловые потери	876	8,6
ИТОГО	10102	100,0	ИТОГО	10102	100,0

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Химический состав агломератов

Вид материала	Fe	Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	MgO	S	TiO2	P2O5	ZnO	Na2O	K2O	Al2O3	MnO	CaO/SiO2
Агломерат АГЦ-2 ОАО "Северсталь"	58,86	70,40	12,31	4,95	7,84	2,66	0,010	0,012	0,078	0,020	0,044	0,058	1,21	0,41	1,58
Агломерат АГЦ-3 ОАО "Северсталь"	57,83	69,51	11,79	5,73	8,84	2,33	0,010	0,331	0,066	0,016	0,033	0,060	0,97	0,32	1,53
Агломерат ОАО "ММК"	55,83	67,56	11,06	5,92	10,44	2,00	0,062	0,30	0,062	0,057			2,02	0,33	1,76
Агломерат ОАО "НЛМК"	51,73	57,77	14,41	9,48	11,25	2,90	0,047		0,110				2,90	0,96	1,19
Агломерат ОАО "ЗСМК"	56,87	64,01	15,46	6,88	7,27	2,71	0,022		0,290				2,65	0,67	1,06
Агломерат Высокогорский	52,56	59,00	14,39	9,50	11,70	1,95	0,040		0,060				2,73	0,56	1,23
Агломерат Гороблагодатский	54,75	60,72	15,66	7,90	10,02	1,90	0,036		0,110				3,46	0,13	1,27
Агломерат ОХМК ОАО "Носта"	51,10	58,70	12,80	10,10	15,50	0,58	0,062		0,320				1,18	0,65	1,53
Агломерат ЧМК ОАО "Мечел"	54,34	57,49	17,98	9,32	11,40	1,49	0,051		0,190				1,60	0,90	1,22

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Химический состав окатышей

Вид материала	Fe	Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	MgO	S	TiO2	P2O5	ZnO	Na2O	K2O	Al2O3	MnO	CaO/SiO2
Окатыши КостГОКа	63,61	88,96	1,72	5,14	3,26	0,28	0,103	0,031			0,037	0,126	0,30	0,04	0,63
Окатыши КостГОКа (магнезиальные)	63,40	88,99	1,42	4,97	2,23	1,77	0,100	0,029			0,039	0,116	0,30	0,04	0,45
Окат.Сокол неофлюсов.	62,76	86,27	3,44	5,55	1,02	0,95	0,03	0,28	0,034	0,009			1,73	0,22	0,18
Окатыши ЛебГОК	66,20	91,79	2,50	4,48	0,22	0,32	0,020		0,050				0,40	0,19	0,05
Окатыши МихГОК	63,82	87,84	3,00	7,02	1,01	0,82	0,020		0,030				0,18	0,05	0,14
Окатыши КачГОК	58,70	80,63	2,90	4,12	4,86	2,55	0,020		0,160				3,28	1,45	1,18
Окатыши Костамукшские	61,50	85,75	1,90	8,15	3,30	0,20	0,082		0,046				0,40	0,05	0,40

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Химический состав железной руды

Вид материала	Fe	Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	MgO	S	TiO2	P2O5	Al2O3	MnO	ppp	CaO/SiO2
Руда Михайловская	44,34	56,52	6,14	33,16	3,00	0,36	0,263	0,022		0,24	0,05	2,00	0,10
Руда доменная	41,40	52,25	6,20	35,44	1,93	0,33	0,10	0,00	0,048	0,42	0,35	1,60	0,05
Руда Марг Жайремская	29,90	42,71		10,20	4,09	0,20	0,07	0,00	0,041	0,77	30,59	1,30	0,40

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Химический состав флюсов

Вид материала	Fe	Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	MgO	S	P2O5	Al2O3	ppp
Белоручейский известняк	0,78	1,11		1,33	53,05	1,41	0,012		0,30	42,65
Кварцит	1,29	0,40	1,30	97,50	0,00	0,00	0,00		0,80
Еленовский известняк	0,49	0,70		1,75	53,50	0,85	0,120	0,030	0,80	42,07
Барсуковский известняк	0,38	0,54		0,79	54,50	0,78	0,052	0,010	0,12	43,13
Балаклавский известняк	0,28	0,40		2,00	54,00	0,50	0,016	0,060	0,60	42,40
Агаповский известняк	0,81	1,15		0,75	52,00	2,75	0,048	0,030	0,50	42,70
Студёновский известняк	0,21	0,30		1,50	53,00	1,50	0,012		0,50	43,17
Пикалевский известняк	0,35	0,50		1,40	53,00	1,10	0,020	0,020	0,20	43,73
Аккермановский известняк	0,35	0,50		1,70	54,00	0,70	0,016	0,030	0,50	42,53

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Химический состав суррогатов железорудных материалов

Вид материала	Fe	Feмет	Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	MgO	S	TiO2	P2O5	Al2O3	MnO	ppp	CaO/SiO2
Скрап доменный	78,65	66,78	3,83	11,81	5,69	7,70	3,93	0,110		0,14				1,52
Скрап мартеновский	61,06	43,28	6,87	16,68	8,79	19,44	4,49	0,092		0,36				2,30
Шлак сварочный	26,19		8,13	26,35	12,91	32,60	12,08	0,061	0,97	0,79	2,72	3,26		2,64
Шлак конвертерный	38,53		13,11	37,74	25,17	9,71	4,53	0,047	0,48	0,30	5,50	1,19	1,90	0,39

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Химический состав золы кокса

Вид материала	Fe	Fe2O3	SiO2	CaO	MgO	S	TiO2	P2O5	Al2O3	CaO/SiO2
Зола кокса ОАО "Северсталь"	5,17	7,38	57,95	3,39	2,11		1,42		24,99	0,06
Зола кокса ОАО "ММК"	5,26	7,52	49,90	6,04	1,93	1,73	0,83		25,25	0,12
Зола кокса ОАО "НЛМК"	4,41	6,30	53,80	5,20	2,20	1,256		1,56	27,80	0,12
Зола кокса ОАО "НТМК"	7,28	10,40	51,39	8,39	1,75	1,56		0,97	23,20	0,12
Зола кокса ОАО "Мечел"	7,91	11,30	50,80	5,20	2,20	1,256		1,56	25,80	0,12

Химический состав природного газа

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	N2	CO2
97,14	0,66	0,52	0,25		1,43

Химический состав ПУТ

С	Н	О	SПУТ	N	W	AПУТ	V
72,50	3,00	11,00	0,50	1,00	2,00	10,00	15,00

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Диаграмма состояния системы CaO - MgO - SiO₂,

содержащей 5, 10 и 15% Al₂O₃

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Вязкость шлаков в системе CaO - МgО - SiО₂ - Al₂О₃ при основности CaO/SiО₂: а - 0,6; б - 0,7; в - 0,8; г - 0,9; д - 1,0; е - 1,07; ж - 1,15

и при содержании 10 - 12% Al₂O₃ в зависимости от добавок MgO (цифры у кривых, %). По данным Л. И. Большаковой и Н. Л. Жило, 1967 т.

46