Расчет состава шихты, материального и теплового балансов доменного процесса

      

 

Итого образуется продуктов  горения

 

 

В пересчете на 1 м³ природного газа

 

Часть водорода расходуется  на восстановительные процессы

 

8. Определяется энтальпия горячего дутья и продуктов сгорания природного газа

=395,23 кДж/м³

 

5. Тепловой эквивалент  золы кокса.

        

          6. Тепловой эквивалент кокса.

 

 

7. Тепловой эквивалент мазута

 

, кДж/кг мазута

где С_М – содержание углерода в мазуте, доли ед.;

S_М – содержание серы в мазуте, доли ед.;

η_S – коэффициент перехода серы в шлак;

q_разл – теплота разложения углеводородов (1880-2300кДж/кг мазута).

В данном примере мазут  не применяется.

 

8. Тепловой эквивалент пылеугольного топлива.

 

, кДж/кг ПУТ

где С_пут – содержание углерода в ПУТ, доли ед.;

– содержание золы в ПУТ, доли ед.

В данном примере ПУТ  не применяется.

 

Общее уравнение для  определения расхода кокса

 

 

Отсюда

 

1.4 Определение удельного  расхода компонентов шихты и

 состава шлака, проверка состава чугуна и основности шлака

1.4.1 Расход компонентов  шихты

 

Общий расход известняка

 

ΣМ_изв = М_изв + z_к

ΣМ_изв = 68,654 + 2,867 = 71,521 кг

 

Далее необходимо скорректировать  расходы ранее определенных компонентов шихты, так как с учетом кокса выход чугуна из шихты изменится.

 

М_ч = М_р.с.∙Ч_р.с. + М_м.р.∙Ч_м.р. + ΣМ_изв∙Ч_изв + М_к∙Ч_к

М_ч = 1727,092∙0,571 + 64,029∙0,216 + 71,521∙0 +

+ 544,876∙0,020 = 1010,898 кг

 

Расход рудной смеси  составит

 

В том числе агломерата М_агл = 1708,473∙0,85 = 1452,202 кг/т,

окатышей М_окат = 256,271 кг/т.

 

 

Расход рудной смеси  с учётом выноса в колошник 2%, он определяется качеством шихтовых материалов, технологией доменной плавки и изменяется от 1 до 10% (приложение) составляет

.

Расход влажного (3,1% Н₂О) кокса с учётом выноса составит

.

 

Количество влаги шихтовых материалов и пыли, выносимых из доменной печи, равно

М_выноса = 71,63 кг.

1.4.2 Расчет состава  шлака, проверка состава чугуна  и

 основности шлака

 

Таблица 9 – Состав чугуна и шлака

 

 

Количество элементов  переходящих в чугун и шлак определяется с учетом коэффициентов распределения.

Количество кремнезема в шлаке с учетом кремния перешедшего  в чугун рассчитывается следующим  образом

Количество углерода в чугуне

 

М_С = 100 – М_Fe – М_Si – М_Mn – М_S – M_P

 

В шлак переходит кремнезема

 

= 205,25 – 12,86 = 192,39 кг

 

Количество FeO в шлаке определяется по формуле

Количество MnO в шлаке

1.4.3 Определение температуры  плавления шлака и его вязкости

 

Для оценки условий шлакового  режима для шлака полученного  состава необходимо определить температуру его кристаллизации, а также вязкость при данном температурном режиме плавки. Для этого используют тройные диаграммы температур плавления системы СаО – Al₂O₃ – SiO₂ и вязкости.

Пересчет состава шлака  на три компонента

СаО + Al₂O₃ + SiO₂ = 47,60 + 7,78 + 38,37 = 93,75%

Состав тройной системы

(СаО) = 50,77%; (SiO₂) = 40,93%; (Al₂O₃) = 8,30%

Температура плавления  шлака

Полученный шлак близок по составу к тройной эвтектике, имеющей 49% СаО, 40% SiO₂, 11% Al₂O₃ и температуру плавления 1310 °С, т.е. по температуре плавления полученный шлак удовлетворяет условиям плавки.

Вязкость и устойчивость шлака

По диаграмме вязкости шлак полученного состава имеет  вязкость 0,3 Пуаз (Н∙с/м²), т.е. находится в пределах нормы (верхним пределом доменных шлаков на выпуске следует считать 0,5 Пуаз).

Плавкость шлака

Согласно диаграмме Гау-Бабю плавкость шлака составит 1515 кДж/кг, что также удовлетворяет исходным данным.

 

2 Расчёт состава и количества  колошникового газа и дутья

 

Образующийся у фурм горновой газ проходит путь от горна  до колошника, непрерывно меняя свой состав. На выходе из печи колошниковый газ содержит СО₂, СО, N₂, Н₂ и СН₄.

2.1 Баланс углерода

 

1. вносится коксом

 

М_{С к} = М_к∙[C]_к

М_{С к} = 539,002∙0,8679 = 467,780 кг

2. растворяется в чугуне

 

М_{С чугуна} = М_чугуна∙[C]_чугуна

М_{С чугуна} = 1000∙0,042 = 42,0 кг

3. расходуется на образование метана по реакции

3С + 2Н₂О = СН₄ + 2СО

 

= 467,780∙0,008 = 3,74 кг

4. окисляется шихтой и дутьём

 

М_{С окисл.} = 467,780 – 42,0 – 3,74 = 422,04 кг

5. расходуется углерода на прямое восстановление кремния, марганца, фосфора и железа:

- на восстановление  кремния по реакции SiO₂ + 2С = 2СО + Si

- на восстановление  марганца по реакции МnО + С = Мn+СО

- на восстановление  фосфора по реакции Р₂О₅ + 5С = 2Р + 5СО

- на прямое восстановление  железа по реакции FeO+C=Fe+CO

- всего расходуется  углерода на прямое восстановление

 

= 5,14 + 3,098 + 0,9 + 64,253 = 73,391 кг

6. сгорает у фурм (окисляется дутьем)

 

М_{С фурм} = М_{С окисл.} –

М_{С фурм} = 422,04 – 73,391 = 348,649 кг

2.2 Расчет количества дутья

 

1. на сжигание углерода у фурм (2С + О₂ = 2СО) требуется кислорода

2. количество кислорода, необходимое для сжигания природного газа было определено ранее в пункте 1.3.3.

 

= 120∙0,5405 = 64,86 м³

3. содержание кислорода во влажном дутье

 

ω_вл.д = ω∙(1 – f) + 0,5∙f

ω_вл.д = 0,25∙(1 – 0,012) + 0,5∙ 0,012 = 0,253 или 25,3%.

 

где 0,5 - количество кислорода в %, получающееся при разложении 1% влаги дутья по реакции H₂О = Н₂+0,5O₂.

4. количество дутья

2.3 Количество и состав колошникового газа

 

1. Количество метана в колошниковом газе образующегося по реакции.

С + 2Н₂ = СН₄

Количеством метана, вносимым летучими кокса, пренебрегаем из-за незначительности величины.

 

2. Количество водорода в колошниковом газе.
1. количество водорода в газе образующегося при разложении природного газа и влаги дутья, расходуемого на сжигание природного газа (смотреть пункт 1.3.3).

 

2. образуется водорода из влаги дутья, расходуемого на сжигание углерода кокса

3. всего образуется водорода

 

4. часть водорода (40%) участвует в реакциях косвенного восстановления

5. количество водорода, переходящее в газ,

 

= 266,426 – 106,57 = 159,856 м³

6. водород кокса:

- водород летучих веществ  кокса

 

- водород, содержащийся в метане летучих кокса не учитывается.

7. водород, образующийся при разложении гидратной воды, не учитывается в расчетах из-за пренебрежительно малого его количества.
8. расходуется водорода на образование метана по реакции

С + 2Н₂ = СН₄

 

9. количество водорода в колошниковом газе

 

 

3. Количество двуокиси углерода в колошниковом газе
1. количество Fe₂О₃ в шихтовых материалах (учитывается только Fе₂О₃ рудной смеси, поскольку железо в золе кокса находится в виде FeO, а Fе₂О₃ образуется при сжигании кокса для определения содержания в нём золы) составляет

 

= 1708,473∙0,65622 = 1121,134 кг

2. часть Fе₂О₃ восстанавливается водородом по реакции

Fe₂O₃ + Н₂ = 2FeO + Н₂О

Условно считаем, что  весь водород, участвующий в реакциях косвенного восстановления, восстанавливает Fе₂О₃ до FеО. Количество Fе₂О₃ восстанавливающееся водородом составит

3. образуется воды

4. количество Fе₂О₃, восстанавливающееся оксидом углерода

 

= 1121,134 – 761,21 = 359,924 кг

5. образуется диоксида углерода при восстановлении по реакции

Fе₂О₃ + СО = 2FеО + СО₂

 

6. количество оксида углерода, образующееся при восстановлении железа из FeO по реакции (FeO+CO=Fe+CO₂)

7. образуется диоксида углерода от непрямого восстановления

 

= 50,389 + 254,87 = 305,26 м³

 

4. Количество оксида углерода в колошниковом газе:
1. образуется оксида углерода от окисления углерода кокса шихтой и дутьём

2. образуется оксида углерода при горении 1 м³ природного газа

 

3. из 120 м³ природного газа образуется оксида углерода

 

4. остаётся в газе оксида углерода после расхода части её на непрямое восстановление

 

 

5. Количество азота в колошниковом газе
1. содержание азота во влажном дутье

 

2. дутье вносит азота

 

3. коксом вносится азота

4. всего азота в колошниковом газе

 

 

Данные о количестве и составе колошникового газа приведены в таблице 10

 

Таблица 10 – Состав колошникового газа

 

 

3 Расчет материального и теплового балансов доменной плавки

3.1 Материальный баланс доменной плавки

 

1. Масса дутья

 

1 м³ дутья весит

 

 

дутье весит

         

          

= 1,29∙1542,55 = 1989,89 кг

         

          Масса природного газа

 

= 91,68 кг

         

          Масса колошникового газа:

 

1 м³ колошникового газа весит

 

      

колошниковый газ весит

 

= 1,27∙2218,03 = 2816,9 кг

 

Данные материального  баланса приведены в таблице 11.

 

 

 

 

 

 

Таблица 11 – Материальный баланс доменного процесса

 

 

Расчет считается верным, если невязка не превышает 0,5%.

3.2 Тепловой баланс  доменной плавки

3.2.1 Приход тепла

 

1. Тепло от сгорания углерода у фурм

2. Тепло от окисления углерода прямого восстановления

3. Тепло догорания монооксида углерода в диоксид углерода

4. Тепло окисления водорода кислородом шихты

5. Тепло сгорания природного газа

 

6. Физическое тепло дутья

 

3.2.2 Расход тепла

 

1. Тепло диссоциации восстанавливаемых оксидов
1. оксид железа Fe₂O₃ диссоциирует по реакции

Fe₂O₃ = 2Fe + 1,5O₂ – 827020 кДж

 

2. оксид железа FeO диссоциирует по реакции

FeO = Fe + 0,5O₂ – 270610 кДж

 

3. оксид марганца MnO диссоциирует по реакции

MnO = Mn + 0,5O₂ – 406220 кДж

 

.

г) оксид марганца Mn₃O₄ диссоциирует по реакции