Расчет состава шихты, материального и теплового балансов доменного процесса

 

 

Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

Новотроицкий филиал

Федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

«Государственный технологический  университет «Московский институт стали и сплавов»

 

Кафедра металлургических технологий

 

 

Курсовая работа по дисциплине «Экстракция черных

металлов из природного и техногенного сырья»

 

 

 

 

РАСЧЕТ СОСТАВА  ШИХТЫ, МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО  БАЛАНСОВ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА

 

Вариант 8

 

 

 

 

                                                                    

 

                                                    Выполнил:

                                                                                     гр. МЧН 05-42з

 

                                                              Проверил: Е. В. Братковский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новотроицк, 2009

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение                                                                                                            3

1 ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЕТ ШИХТЫ                                                               4

      1.1 Исходные данные                                                                                  4

      1.2 Расчет состава   доменной шихты (за исключением  кокса)               6

            1.2.1 Определение среднего состава железорудных материалов     6

            1.2.2 Выход чугуна из компонентов  шихты                                       6

            1.2.3 Баланс марганца  в компонентах  шихты                                    7

            1.2.4 Баланс основных и кислотных оксидов при заданной

            основности шлака                                                                                  7

       1.3 Расчет расхода  кокса                                                                            9

            1.3.1 Понятие о тепловых  эквивалентах                                             9

            1.3.2 Расчет тепловых эквивалентов  элементов и соединений        10

            1.3.3 Расчет тепловых эквивалентов  компонентов доменной 

            шихты и дополнительного топлива                                                     16

       1.4 Определение  удельного расхода компонентов  шихты и 

состава шлака, проверка состава чугуна и основности шлака                      21

            1.4.1 Расчет компонентов шихты                                                         22

            1.4.2 Расчет состава шлака, проверка  состава чугуна и 

            основности шлака                                                                                   23

            1.4.3 Определение температуры плавления  шлака и его

            вязкости                                                                                                   24

2 РАСЧЕТ СОСТАВА И  КОЛИЧЕСТВА КОЛОШНИКОВОГО ГАЗА

И ДУТЬЯ                                                                                                             25

       2.1 Баланс углерода                                                                                     25

       2.2 Расчет количества дутья                                                                       26     

       2.3 Количество  и состав колошникового газа                                          26

3 Расчет материального и теплового  балансов доменной плавки                 31

       3.1 Материальный  баланс доменной плавки                                            31 

       3.2 Тепловой баланс  доменной плавки                                                     32

            3.2.1 Приход тепла                                                                                 32

            3.2.2 Расход тепла                                                                                  33

            3.2.3 Показатели тепловой работы  доменной печи                            38 

 

 

Введение

 

Расчеты расхода компонентов  шихты проводят различными способами. Научную базу для расчетов заложили работы А.Н. Рамма, который впервые объединил в одних уравнениях материальные и тепловые показатели и ввел понятие тепловых эквивалентов материалов. Расчеты по методу Рамма широко используют в проектных и исследовательских разработках.

А.Н. Похвиснев упростил методику А.Н. Рамма, сделав ее пригодной  для единичных вычислений. Эта методика приводится в курсовой работе.

Расчеты шихты проводятся обычно при замене в шихте одних материалов другими, при переводе печи на выплавку другого вида чугуна, при проектировании новых печей.

Расчет выполняется  на единицу чугуна. При вводе в шихту нескольких сортов руд или их заменителей, соотношение между ними устанавливается из условия обеспечения необходимого содержания железа или других составляющих в смеси.

При расчете материального  баланса достаточно данных, полученных при расчете шихты. Баланс должен сходиться с  весьма малой невязкой.

При расчете теплового баланса определяется количество тепла, образующегося в печи в результате протекания тех или иных процессов и тепла, теряемого с колошниковой пылью и газом, охлаждающей водой и во внешнее пространство.

По данным теплового  баланса вычисляется тепловой коэффициент полезного действия доменной печи и тепловой коэффициент использования углерода.

 

 

1 Примерный расчёт шихты

1.1 Исходные данные

 

Расчёт шихты проводится на 1 т чугуна.

 

1. Для примерного расчета шихты состав чугуна представлен в таблице 1.

 

Таблица 1 – Состав чугуна

 

Содержание элементов, %
Si	Mn	P	S	C	Fe
0,6	1,4	0,08	0,04	4,2	93,68

 

2. Железорудная часть шихты состоит из 85% офлюсованного агломерата и 15% неофлюсованных окатышей.

 

Таблица 2 – Состав материалов

 

 

3. Состав марганцевой руды, флюса и кокса приведен ниже, состав золы кокса и пересчет ее в состав кокса представлен в таблице 2.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Химический состав марганцевой руды (Чиатурская)

 

 

Таблица 4 – Химический состав известняка (Еленовский)

 

 

Таблица 5 – Состав кокса и летучих

 

Содержание, %
Состав кокса
Зола Ас	Сера Sс	Летучие	Углерод Сс	Н2Огигр
10,20	1,81	1,20	86,79	3,10
Состав летучих кокса
CO2	CO	CH4	H2	N2
27,0	32,0	1,6	3,8	35,6

 

4. В качестве дополнительного топлива используется природный газ. Расход природного газа 120 м³/ т чугуна.

 

Таблица 6 – Состав природного газа

 

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12
92,0	4,6	0,9	0,8	0,2

 

5. Условия доменной плавки.
1. Основность доменного шлака 1,06.
2. Температура горячего дутья 1200 °С.
3. Состав сухого дутья: содержание кислорода в дутье ω = 0,25; содержание азота (1 – ω) = 0,75.
4. Влажность дутья f = 1,2% (по объему).
5. Степень развития прямого восстановления r_d = 0,32.
6. Степень использования восстановительной способности водорода 0,3-0,5. В расчете принята = 0,4.
7. Температура отходящих газов 300 °С.
8. Энтальпия чугуна ориентировочно определяется по следующим формулам

Q_чугуна = 147 + 0,756∙t  для передельного чугуна

Q_чугуна = (21 + 0,903∙t)  для литейного чугуна.

где t – температура чугуна, составляющая 1400-1450 °С – для передельного чугуна и 1450-1500 °С – для литейного чугуна (в расчете температура чугуна на выпуске 1410 °С).

Q_чугуна = 147 + 0,756∙1410 = 1212,96 кДж.

9. Энтальпия шлака определяется по формуле

Q_шлака = 1459,5 + 2,1∙(t – 1300)  при t_{пл шлака} = 1300-1450 °С,

Q_шлака = 1774,5 + 1,68∙(t – 1450)  при t_{пл шлака} > 1450 °С.

где t – температура шлака (1470 °С).

Q_шлака = 1774,5 + 1,68∙(1470 – 1450) = 1808,1 кДж.

10. Тепловые потери включают: тепло, унесенное охлаждающей водой, тепловые потери через стены доменной печи лучеиспусканием и конвекцией. Величина тепловых потерь от 1260 до 2100 кДж/кг С_кокса. В расчете принято 1260 кДж/кг С_кокса.
11. Вынос рудной смеси с колошниковыми газами 2,7%, вынос кокса – 1,2%.
12. На образование метана расходуется = 0,8% углерода кокса.

1.2 Расчёт состава доменной шихты (за исключением кокса)

1.2.1 Определение среднего состава железорудных материалов

 

,

где η_агл и η_окат – доля агломерата и окатышей в шихте.

Результаты расчета приведены  в таблице 2.

Определяются расходы  железорудной части шихты, флюса, марганцевой руды на 1 т выплавляемого чугуна. Расчет расходных коэффициентов шихты ведут по балансовым уравнениям. Обозначаются через х, y и z расходы рудной смеси, марганцевой руды и известняка.

1.2.2 Выход чугуна из компонентов шихты

 

Выход чугуна – это величина, характеризующая количество чугуна при плавке единицы данного материала. Выход чугуна определяется по элементам, содержание которых в чугуне зависит лишь от их содержания в шихте (Fe, Mn, P, As, Ni, Cu, Cr, V и др.). Содержание других элементов определяется условиями плавки (С, Si, S, Ti).

Элементы, находящиеся в шихтовых материалах, в ходе доменной плавки распределяются между чугуном, шлаком и газом. Коэффициенты распределения  зависят от условий плавки и связаны  с сортом выплавляемого чугуна.

Выход чугуна определяется по формуле

 

Таблица 7 – Определение выхода чугуна из материалов шихты

 

 

где Fe, Mn, P – содержание соответствующих элементов в данном материале; η_Fe, η_Mn, η_P – коэффициенты перехода элементов в чугун, доли единиц; [Si], [C], [S] – содержание соответствующих элементов в чугуне.

При наличии других элементов, переходящих в чугун, делаются соответствующие дополнения в числителе этого выражения.

Уравнение по выходу чугуна из компонентов шихты имеет вид

Ч_р.с.∙х + Ч_м.р.∙у + Ч_изв.∙z = 1000

0,571х + 0,216у = 1000

1.2.3 Баланс марганца в компонентах шихты

 

Если из фактического количества марганца, внесенного каждым компонентом шихты, вычесть требуемое его количество для поддержания нужного содержания марганца в чугуне, то можно получить избыток или недостаток марганца, внесенного шихтовыми материалами.

 

Таблица 8 – Избыток (недостаток) марганца, внесенного компонентами шихты

 

 

Уравнение по балансу марганца принимает вид

 

– 0,751х + 20,257у = 0.

1.2.4 Баланс основных и кислотных оксидов при заданной

 основности шлака

 

В связи с тем, что основность каждого компонента шихты будет отличаться от заданной основности шлака, то в компонентах шихты имеет место избыток или недостаток основных оксидов.

 

,

где – избыток или недостаток основных оксидов в компонентах шихты; СаО, MgO и т.д. – содержание соответствующих оксидов в компонентах шихты; В_шл – заданная основность шлака; 60/28 – отношение молекулярных масс SiO₂/Si; [Si] – содержание кремния в чугуне; [Si]∙Ч – количество кремния, переходящее из данного компонента в чугун.

Алгебраическая сумма  избытков и недостатков основных оксидов в компонентах шихты должна быть равна нулю.