Расчет материального и теплового баланса с использованием железной руды

Количество  составляющих, вносимых в шлак, кг

Материал	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	S	Mn	P2O5	Всего
Металлич. шихта	1,0725	-	-	-	0,022	0,612	0,330
Футеровка	0,012	0,295	0,185	0,008	-	-	-
Железная руда	0,07	0,010	0,005	0,055	-	-	-
Известь	0,058	2,418	0,026	0,04	-	-	-
Итого	1,2125	2,723	0,216	0,103	0,022	0,612	0,330	4,913

 

Общее количество шлака определяется, задаваясь содержанием в нем  окислов железа. Содержание FeO в конечных конвертерных шлаках изменяется в пределах 7-20%, содержание Fe₂O₃ ,бывает в 3-5 раз меньшим. В данном расчете принимаем, что в конечном шлаке содержится 14% FeO и 3% Fe₂O₃. Тогда 4,913 кг будут составлять 83%массы шлака, а общее его количество будет 4,913*100/83=5,919 кг. Масса окислов железа в шлаке составит: 5,919-4,913= 1,006 кг, в том числе FeO 0,829 кг, Fe₂O₃ 0,177 кг. Таким образом, конечный шлак будет иметь состав, приведенный в табл.2.6

                                                                                                                                                   Таблица 2.6

Состав конечного  шлака, %

Размерность	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	S	MnO	P2O5	FeO	Fe2O3	Всего
Кг	2,723	1,2125	0,216	0,103	0,022	0,612	0,330	0,829	0,177	6,2236
%	43,8	19,5	3,4	1,6	0,35	9,8	5,3	13,6	2,84	100

 

6. Определяем количество Feo, поступившего в шлак в результате восстановления Fe₂O₃, содержащегося в железной руде, а также количество выделяющихся при этом железа и кислорода.

                          Руда вносит Fe₂O₃ ………………1,0*0,86=0,86 кг

Ранее было принято, что 90% вносимого  Fe₂O₃ восстанавливается до железа, а 10% - до FeO. Восстановление Fe₂O₃ до железа дает:

 а) кислорода: 0,86*0,9*48/160=0,232кг, где 160- молекулярная масса Fe₂O₃, а 48- масса трех атомов кислорода, образующегося из окисла;              

б) железа: 0,86*0,9-0,232=0,542 кг.

Восстановление Fe₂O₃ до FeO дает:

а) кислорода 0,86*0,1*16/160=0,009 кг, где 160 – молекулярная масса FeO, а 16 – атомная масса кислорода.

б) FeO: 0,86*0,1-0,014=0,077 кг.

Это количество FeO перейдет в шлак.

7. Определяем общий расход кислорода на окисление желез и примесей чугуна. Количество кислорода, потребное для окисления примесей чугуна, приведено в табл. 2.4. кроме того, кислород расходуется на окисление железа, переходящего в шлак. При этом образуется 0,829-0,077=0,752  кг FeO и 0,177 кг Fe₂O₃.

Для получения 0,818кг FeO необходимо кислорода: 0,752*16/72=0,167 кг, где 16- атомная масса кислорода и 72- молекулярная масса FeO.

При этом окислится  железа: 0,818-0,182=0,636 кг.

Для получения 0,177 кг Fe₂O₃ расходуется кислорода: 0,177*48/160=0,053 кг, где 48-масса трех атомов кислорода, участвующих в образовании окисла,  160- молекулярная масса Fe₂O₃.

При этом окислится  железа: 0,177-0,053=0,124 кг.

Общий расход кислорода: 8,474+0,182+0,053=8,709 кг.

С учетом поступления  кислорода от восстановления Fe₂O₃, содержащегося в руде, общая потребность в кислороде будет

8,709-(0,232+0,009)=8,468 кг,

8,468*22,4/32=5,927 м³.

Потребуется технического кислорода (99,5% О₂) при 100%-ном его усвоении: 8,468/0,995=8,510 кг. В этом количестве технического кислорода будет содержаться азота: 8,510*0,032=0,272кг.

8. Определяем выход жидкой стали, приняв, что потери металла с выбросами составляют 1,0 кг, а потери с корольками в шлаке- 0,3 кг. Выход жидкой стали составит

100,000-1,000-0,300-5,923-(0,636+0,124)+0,542=92,56 кг

Где 5,923- угар составляющих чугуна (п.2 расчета);

       (0,636+0,124)- количество железа, окислившегося  в шлак;

       0,542- количество железа, образовавшегося  при восстановлении Fe₂O₃.

9. Определяем количество и состав отходящих газов

                                                                                                                                   Таблица 2.7

Количество  и состав отходящих газов

Составляющие	Источник поступления	кг	М3	%
CO	Металлическая шихта	8,801	8,801*22,4/28=7,04	92,03
CO2	Металлическая шихта и известь	1,005+2,906*0,04=1,12	1,12*22,4/44=0,57	7,45
N2	Технический кислород	0,032	0,032*22,4/18=0,039	0,5
Всего		9,953	7,649	100

 

10. Материальный баланс плавки

Поступило, кг		Получено, кг
Чугуна	72,000	Стали	92,56
Скрапа	28,000	Корольков	0,300
Железной руды	1,000	Выбросов	1,000
Извести	2,906	Шлака	6,585
Футеровки	0,500	Fe2O3(дым)	1,988
Технического кислорода	8,510	Газов	9,953
Итого:	112,916	Итого:	112,386
		Невязка:	0,53

 

3.2 Тепловой баланс плавки

Приход тепла

1. Физическое тепло чугуна, определяется по формуле

85 (0,737*1340+219+0,88 (1640-1340))

85 (0,737*1340+219+0,88 (1640-1340)) = 124999,3 кДж

Где  0,737 – теплоемкость твердого чугуна, кДж;

        1340 –  температура плавления чугуна, °С;

        217,88 – теплота плавления чугуна, кДж/кг;

        0,88 –  теплоемкость жидкого чугуна, кДж/(кг*град)

        1640 –  температура заливаемого чугуна, °С;

2. Тепло экзотермических реакций:

C →  CO                               3,04*9220 = 28028,8

C →CO₂                                                0,338*32810 = 11089,78

Si →  SiO₂                                          0,5025*31310 = 15733,275

Mn →MnO                        0,605*7010 = 4241,05

P →P₂O₅                                              0,155*24990 = 3873,45

Fe →  Fe₂O₃  (дым)            1,000*7360 = 7360

Fe →  FeO                          0,585*4770 = 2790,45

Fe →  Fe₂O₃ (шлак)         0,124*7360 = 912,64

Всего                                                       74029,4 кДж

Где множимое – количество окислившихся примесей чугуна, кг; множитель  – тепловые эффекты, отнесенные к 1 кг окисляющего элемента.

3. Тепло шлакообразования:

SiO₂  → (CaO)* SiO₂                   1,2125*2321 = 2814,21

P₂O₅ → (CaO)* P₂O₅                  0,330*4742 = 1564,86

Всего                                                                4379,07 кДж

Где 1,2125 и 0,330 -  количество SiO₂   и P₂O₅ в шлаке (кг), а 2321и 4742 – тепловые эффекты ошлакования, отнесенные к 1 кг каждого из реагирующих веществ (кДж/кг)

Общий приход тепла равен 203407,77 кДж

Расход тепла

1. Физическое тепло жидкой стали:

 

94,258 (0,7*1600 + 259,78 (1640 – 1600)) = 133222,4 кДж

Где 94,258 – масса жидкой стали, кг;

       0,70 –  теплоемкость твердой стали, кДж/(кг*град);

       1600 –  температура плавления стали,  °С;

       259,78 –  теплота плавления стаи, кДж/(кг*град);

       0,84 - теплоемкость  жидкой стали, кДж/(кг*град);

       1640 –  температура стали на выпуске,  °С;

Из этого количества тепла  на расплавление и нагрев скрапа расходуется 

12(0,70*1500 + 259,78 + (1640 – 1600)) = 16960,56 кДж

2. Физическое тепло шлака:

6,2236 (1,20*1640 + 209,5) = 13545 кДж;

Где  6,2236 – масса шлака, кг;

        1,20 –  теплоемкость шлака, кДж/(кг*град);

        1640 –  температура шлака, °С;

        209,50 – теплота плавления шлака,  кДж;

3. Тепло, уносимое газами:

CO                                5.67*1.47*1500 = 12502.35

CO₂                                         0.689*2.365*1500 = 2444.23

N₂                                          0.039*1.840*1500 = 107.64

Всего                                                                 15054,22

Где первый столбик чисел  – количество отходящих газов (м³); второй – теплоемкость газов при температуре 1500°С (кДж/ м³)и 1500 – средняя температура отходящих газов, °С.

4. Тепло уносимое частицами Fe₂O₃  в дыме:

1,43 (1,2*1600+209,5) = 3045,18

Где 1,43 – количество Fe₂O₃ в дыме.

5. Тепло, затрачиваемое на восстановление Fe₂O₃ руды:

Fe₂O₃ до FeO                       0.774*824000/160 = 3986.1

Fe₂O₃                                     0.086*289725/160 = 155.7

Всего                                                                            4141,8 кДж.

Где первый столбик  чисел - количество восстановившегося Fe₂O₃ (кг), второй – тепловой эффект реакций восстановления, отнесенный к 1 кмолю Fe₂O₃ (кДж/кмоль) и 16 – молекулярная масса Fe₂O_3.

6. Потери тепла (на нагрев футеровки, лучеиспускание через горловину конвертера и др.).

Эти потери тепла  составляют от 3 до 6 % от прихода тепла. В данном расчете принимаем величину потерь тепла равной 5% от прихода:

0,05*203407,77 = 10170,37 кДж.

Общий расход тепла равен 167056,64 кДж. Избыток тепла  равен:

203407,77 – 167056,64 = 17438,6 кДж.

7. Результаты расчета теплового баланса представлены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Тепловой  баланс плавки

 

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
Физическое тепло чугуна	124999,3	61,5	Физическое тепло стали	133222,4	62,38
Тепло экзотермических реакций	74029,4	36,39	В том числе на нагрев и расплавление скрапа	16960,56
Тепло шлакообразования	4379,07	2,15	Физическое тепло шлака	13545
			Тепло отходящих газов	15054,22
			Тепло уносимое частицами Fe2O3	3045,18
			Тепло на восстановление Fe2O3	4141,8
			Потери тепла	10170,39
			Избыток тепла	17438,6
Итого	203407,77	100,0		213378,2	100,0

 

Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Конструкционная часть

 

Конвертерный  агрегат состоит из:

 

1)  собственно конвертера;

2)  опорного кольца;

3)  цапф;

4)  подшипников;

5)  станин;

6)  механизма поворота.

 

Подвод  дутья осуществляется:

 

1)  в конвертеры верхнего кислородного  дутья через горловину путем  ввода водоохлаждаемой фурмы  для подачи кислорода;

2)  при донной кислородной продувке  кислород, защитная среда и инертный  газ подаются через систему  трубопроводов из полой цапфы  к фурмам, установленным в днище.

 

Конвертеры для верхней продувки

 

В соответствии с ГОСТ 20067–74 установлен следующий типовой ряд вместимостей конвертеров (по массе жидкой стали): 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350, 400, 500 т.

 

Форма конвертера.

 

Профиль рабочего объема, образованный футеровкой, у конвертеров имеет следующий  вид: суживающаяся кверху горловина  примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположена суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим  днищем.

Сужение нижней части и сферическая форма  днища предотвращают образование  застойных зон при циркуляции металла в конвертерах с верхней  продувкой.