2.3 Определение выхода жидкой стали

       Выход жидкой стали равен разности между  массой чугуна и потерями массы с  оксидами примесей его, а также железа в виде оксидов, корольков в шлаке  и выбросов при продувке.

       Масса удаленных примесей (табл.3.) составляет 5,584 кг, включая 0,5 кг железа в виде пыли из (Fe₂O₃), покидающего конвертер вместе с газами. Потери железа в виде оксидов, переходящих в шлак, равны количеству железа, содержащегося в FeO и Fe₂O₃ шлака, без количества его, внесенного шихтовыми материалами. Из табл.4 находим количество Fe₂O₃, внесенного материалами, оно составляет 0,09 кг, в то время как в шлаке содержится 0,8 кг Fe₂O₃ . Избыток Fe₂O₃ в шлаке по сравнению с внесенным количеством шихтовыми материалами обусловлен переходом железа из чугуна в результате его окисления.

       Таким образом, масса железа чугуна, перешедшего  в шлак в киде Fe₂O₃, составит: 
 

       Содержание  FeO в шлаке (табл.5) составляет 2,545 кг. На образование такого количества FeO израсходовано железа чугуна: 
 

       Общий угар железа составит: 
 

       Количество  корольков железа в шлаке принимаем 10% от массы шлака. Потери металла с корольками составят: 

       Выбросы металла при продувке принимаем  равным 1%.

       Тогда выход жидкой стали составит: 

2.4. Определение расхода кислородного дутья

       Для образования  оксидов железа, перешедшего  из чугуна в шлак, потребуется кислорода: 
 
 
 

       Всего потребуется кислорода для окисления железа чугуна до Fe₂O₃ и FeO: 
 

       Таким образом, общий расход кислорода  составит:

       6,416+0,78=7,196 кг или 7,196·22,4/32=5,038 м³.

       При содержании кислорода в дутье 99,5% его расход составит:

       5,038/0,995=5,063 м³.

       Вместе  с кислородом будет внесено азота:

       5,063-5,038=0,025 м³ или 0,025·28/22,4=0,031 кг.

2.5. Определение количества и состава газа, выделяющегося из конвертера

       Из  табл. 3 видно, что от окисления углерода образуется 7,125 кг СО и 1,244 кг СО₂ или 7,125·22,4/28=5,7 м³ СО и 1,244·22,4/44=0,633 м³ СО₂.

       Из  извести выделится СО₂ (табл.2): 

       СО_2и =7,114·0,02=0,142 кг или 0,142·22,4/44=0,072 м³.

       Общее количество СО₂ в газах составит:

       СО_2Σ=1,244+0,142=1,386 кг или 1,386·22,4/44=0,706 м³.

       Общий объем газов V_об составит:

       V_об =5,7+0,025+0,706=6,431 м³.

       Если  принять, что в газах содержится 3% кислорода, то это потребует дополнительного  расхода дутья, которое обозначим  через V_доп. Тогда можно составить соотношение:

       (V_об+V_доп)·0,03=0,995·V_доп=(7,431+ V_доп)·0,03=0,995 V_доп,

       откуда:

       V_доп =0,2 м³ или 0,2·32/22,4=0,286 кг,

       V_допО2=0,2·0,995=0,199 м³ или 0,199·32/22,4=0,284.

       Полученные  данные используем для составления  табл.6.

       Таблица 6

       Количество  и состав газа, выделяющегося из конвертера

2.6. Материальный баланс кислородно-конвертерного процесса

       Выполненные расчеты позволяют составить  таблицу материального баланса  процесса (табл. 7). 
 
 
 
 

       Таблица 7

       Материальный  баланс

3. Тепловой баланс  конвертерного процесса

Приход  тепла

3.1. Физическое тепло чугуна Q_чуг

         При температуре чугуна 1350⁰С определим из выражения:

       Q_чуг=G_чуг[C_{чуг м}t_пл+L_пл+С_чуг(t_ж – t_пл).

       При G_чуг, равном 86 кг, теплоемкости твердого чугуна - C_чуг = 0,737 кДж\кг·град, температуре плавления чугуна - t_пл=1200 ⁰С, теплоте плавления его - 217,7 кДж\кг, средней теплоемкости жидкого чугуна - С_чугж = 0,837 кДж\кг·град, Q_чуг составит:

Q_чуг = 86(0,737·1200+217,7+0,837(1350-1200)= 105577,9 кДж.

3.2. Тепло экзотермических реакций

3.2.1. Тепло от окисления углерода до СО2

         При тепловом эффекте q_CO2=33167 кДж\кг·С:

       Q_C-CO2=g_c·q_CO2,

Q_C-CO2=0,339·33167=11253,165 кДж.

3.2.2. Тепло от окисления углерода до СО

         При тепловом эффекте q_СО=9924 кДж\кг·С:

       Q_C-CO= g_c^’·q_CO,

Q_C-CO =3,053·9924=30303,847 кДж.

3.2.3. Тепло от окисления кремния

         При тепловом эффекте q_Si=32210 кДж\кг:

       Q_Si=g_Si·q_Si,

Q_Si =0,628·32210=20227,88 кДж.

3.2.4. Тепло от окисления марганца

         При тепловом эффекте q_Mn=7400 кДж\кг:

       Q_Mn=g_Mn·q_Mn,

Q_Mn =0,696·7400=5150,4 кДж.

3.2.5. Тепло от окисления железа

3.2.5.1. При переходе в пыль в виде Fe₂O₃ и при переходе в шлак в виде Fe₂O₃

         При тепловом эффекте q_Fe-Fe2O3=7366 кДж\кг:

       Q_Fe-Fe2O3=(g_{Fe п}+g_{Fe r})·q_Fe-Fe2O3,

Q_Fe-Fe2O3=(0,5+0,502)·7366=7383,424 кДж.

3.2.5.2. При переходе в шлак в виде FeO

         При тепловом эффекте q_Fe-Feo=4321 кДж\кг:

       Q_Fe-Feo=g^’_Fe,r·q_Fe-FeO,

Q_Fe-Feo = 1,98·4321= 8555,58кДж.

3.2.6 Тепло от окисления фосфора

       При тепловом эффекте q_р=24677 кДж\кг:

       Q_р=g_р·q_р,

Q_р =0,236·24677= 5838,825 кДж.

3.2.7 Тепло образования (СаО)₄Р₂О₅

       При тепловом эффекте q^’_р=11137кДж\кгP:

       Q_р= g_р· q^’_р,

Q_р =0,236•11137= 2635,125 кДж.

3.2.8 Тепло образования (СаО)₂SiO₂

       При тепловом эффекте q_ш=2319,6кДж\кгSiO₂:

       Q_ш=g_SiO2·q_ш,

Q_ш =1,345·2319,6= 3121,518 кДж.

3.3 Расход тепла

3.3.1. Физическое тепло  выпускаемой стали

При 1620 ⁰С.

       Q_ст=G_cт·[C_cт.т·t’пл+L^’_пл+С_ст.ж·(t^’_ж – t^’_пл)].

       При средней теплоемкости твердой стали С_ст.т =0,699 кДж/кг^.град, теплоте плавления стали L’_пл=272 кДж/кг, температуре плавления t^’_пл=1500°С и средней теплоемкости жидкой стали С_ст.ж =0,837 кДж/кг^.град, Q_ст составит:

Q_ст=89,637·[0,699·1500+272+0,837(1620-1500)]= 127368,593 кДж.

3.3.2 Физическое тепло шлака

При 1670 °С.

       Q_шл=G_шл·[C_шл.т·t_пл+L_шл.пл+С_шл.ж·(t_шл.ж – t_шл.пл)].

       При средней теплоемкости твердого шлака  C_шл.т=1,197 кДж/кг^.град, теплоте плавления шлака L_шл.пл=209 кДж/кг, температуре ликвидус t_шл.пл=1550 °С и средней теплоемкости жидкого шлака С_шл.ж=1,248 кДж/кг^.град, Q_шл составит:

Q_шл =14,142·[1,197·1550+209+1,248(1670-1550)]= 31311,197 кДж.

3.3.3. Физическое тепло отходящих газов

При температуре t_г=1600 °С.

       Объемные  массы газов V_i указаны в табл. 6, их средние теплоемкости  в кДж/кг^.град составляют:

       CO₂ -2,357;    CO-1,474;   N₂-1,453;   O₂-1,537.

       Физическое  тепло отходящих газов можно  найти из соотношения:

       Q_газ=ΣC_iV_i t_г,

Q_газ=(2,357·0,705+1,474·5,7+1,453·0,025+1,537·0,199)·1600=16652,66 кДж.