3.4. Расчет затрат тепла при введении добавок
Охлаждающее действие ферросплавов (Qф), вводимых в жидкую сталь с температурой t (oC), рассчитывают по формуле, кДж/кг
Qф = Qнагр + Qпл + Qраств,
где Qпл — скрытая теплота плавления ферросплава, кДж/кг; Qраств— теплота растворения компонентов ферросплава (С, Si, А1, Р), кДж/кг ферросплава; Qнагр— физическое тепло, необходимое для нагрева ферросплава от 0 до t °С. Qнагр = Сср (T)*tпл + Ccр (ж) (t—tпл);
tпл— температура плавления ферросплава, °С; Сср (т) и Сср (ж) — соответственно средние теплоемкости сплава в интервале температур 0 ~tпл и tпл —t (°С). Результаты расчетов Qф
для ряда ферросплавов приведены в табл. 7
Таблица 7. Выделение ( +) и поглощение ( —) тепла (кДж/ кг) при введении в сталь ферросплавов *
*Ферросплав |
Qнагр + Qпл |
Qраств |
Qф |
ФС 45 ФС 75 Мн 5 ФМн 1,0 ФХ 0,25 ФХ 800 СМн 17 ФХС 40 |
- 2140 - 2710 - 1530 - 1480 - 1370 - 1450 - 1710 —2180
|
+ 1060 + 2820 + 30 — 30 — — 470 + 60 + 930
|
— 1080 — 110 — 1500 — 1510 — 1370 — 1920 — 1650 — 1250
|
* Состав ферросплавов см. табл. 13; в расчетах приняты теплоты растворения углерода, кремния и алюминия в железе соответственно1780, 4270, 1600 кДж/ кг.
Охлаждающее действие 1 м3 азота или аргона, вдуваемых в конвертерную ванну, можно рассчитать по формуле: Q = Сср (г) *t (кДж/м3), где Сср (г) — средняя теплоемкость газа (см. табл. 4) при температуре ванны г °С. Охлаждающее действие 1 кг стального лома при температуре t °С можно рассчитать по приведенной ранее (см. с. 63) формуле для, определения физического тепла стали (при 1620°С эта величина равна 1410 кДж/кг).
Охлаждающий эффект железной руды зависит от содержания в ней Fе2О3 и Fе3О4. Охлаждающее действие 1 кг Fе2О3 или Fе3О4 при температуре t °С и их полном разложении можно определить по формуле, кДж/ кг:
Q = CCP (ок)*t + Qразл, ,
Qразл — теплота разложения Fе2O3 или Fe3О4 (соответственно 5130 и 4810 кДж/кг); Сcр(ок) —средняя теплоемкость оксидов [~0,9 и 0,88 кДж/ (кг*К) для Fе2О3 и Fе3О4 в интервале — 0—1500°С].
В интервале температур 1500—1600 °С охлаждающее действие Fе2О3 составит примерно 6480—6570 кДж/кг (Fе3О4 6130-6220 кДж/кг). Если считать, что богатая железная руда содержит —90% Fе2О3 (Fе3О4), то ее максимальное охлаждающее действие (при полном разложении Fе2О3 и Fе3О4) может составить 5500—5900 кДж/кг. Максимальное охлаждающее действие окалины можно принять равным ~95 % охлаждающего действия Fе2О3.
Охлаждающее действие 1 кг известняка составит, кДж/кг:
,
где Сср(СаСОз), Сср(СаО), Сср (СО2) — соответственно средние теплоемкости СаСО3 при 0—910 °С, СаО и СО2 при 910 — t °С [соответственно около 1,12 и 1,9 кДж/(кг*К) и 2,4 кДж/(м3-К)] ; 910 — температура разложения и (Qразл — теплота разложения СаСО3, кДж/кг (1790 кДж/кг). При 1600°С Q = 3600 кДж/кг.
Охлаждающее действие присадки (при t °С) 1 кг извести составит, кДж/кг:
Q = Ccp(CaO)+(gн/100)*1790,
где Сср(СаО) — средняя теплоемкость СаО [0,95 кДж/(кг*К)] в интервале 0—1600 °С; gн — количество недопала (СаСО3) в извести,%; 1790 — теплота разложения СаСО3, кДж/кг. При 1600°С и содержании 5 и 8% недопала охлаждающая способность извести составит соответственно 1610 и 1660 кДж/кг.
Изменение температуры ванны Δ t (°С) при введении 1 % добавки (т. е. 1 кг на 100 кг металла в конвертере) приближенно можно определить по уравнению:
Δ t = Q/101*(Ccp (cT) + 0,15 Ccp (шл) + 0,1 Ccp (ф) ,
где Q — охлаждающий эффект добавки, кДж/кг; 0,15 — массовая доля шлака по отношению к массе металла (15% от массы металла); 0,1—массовая доля активного, участвующего в теплообмене слоя футеровки по отношению к массе металла; ССр (ст) — средняя удельная теплоемкость жидкой стали [0,84 кДж/ (кг*К) ]; Cср (шл) и Сср (ф)—средние удельные теплоемкости шлака 1,2 кДж/(кг-К) и футеровки, которую можно принять равной теплоемкости шлака.
По этой же формуле можно оценить изменение температуры ванны при окислении составляющих чугуна (взяв в качестве Q — тепловой эффект окисления 1 кг элемента).