Тепловая работа и конструкция промышленных печей

     ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

     СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

     ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

     УЧРЕЖДЕНИЯ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

     «МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ» 
 
 
 
 
 

     Домашнее  задание № 1

     по  дисциплине

     «Тепловая работа и конструкция промышленных печей»

     Вариант № 3 
 
 
 
 
 

Выполнила: ст. гр. ТФА-06-1д

     Голдаева  К.И.

     Проверила: Малахова О.И. 
 
 

     Старый  Оскол

     2010г.

Содержание

1. Анализ статей материального и теплового баланса конвертерной плавки…………3
2. Расчет…………………………………………………………………………………….8
1. Материальный баланс………………………………………………………….8
2. Определение основных размеров конвертера………………………………..13
3. Расчет кислородной фурмы…………………………………………………...14
4. Тепловой баланс……………………………………………………………….16
3. Расчет экономической эффективности режимов продувки дожигания оксида углерода в рабочем пространстве конвертера………………………………………..22
4. Расчет дополнительных капитальных затрат…………………………………………23

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Анализ статей материального и теплового баланса конвертерной плавки 

Анализ показателей  конвертерной плавки показывает, что  потери железа со шлаком и отходящими газами с пылью составляют соответственно 2,38 и 1,34%, а потери тепла соответственно – 14,8 и 10,1%.

Для повышения  энергетической эффективности конвертерного  процесса наиболее целесообразно максимально  использовать химическую энергию отходящих  газов путем интенсификации режима дожигания оксида углерода с последующей  утилизацией этой энергии металлом в ванне конвертера. Полученное при этом тепло способствует повышению доли перерабатываемого лома на плавку. В среднем на 1 т стали в течение конвертерной плавки выделяется около 56,5 м³ СО, что при дожигании 40%, этого объема позволяет увеличить степень использования тепла до 30%, а следовательно, переработать дополнительно около 50 кг/т лома.

Для дожигания  СО в полости конвертера (рис. 1) применяют  двухъярусные кислородные фурмы (рис. 2), позволяющие за счет встречной  подачи газов (рис. 3) увечить приход тепла в результате дожигания СО над ванной.

На схеме рис. 1 показан конвертер с комбинированным  дутьем, т.е. сверху над металлом располагается  двухъярусная кислородная фурма  с расходом кислорода на продувку в ванны и дожигание СО, а  снизу ванна продувается аргоном (азотом) или кислородом в потоке природного газа. При этом природный газ в ванне диссоциирует (СН₄→ С + 2Н₂), а продукты реакции (С и Н₂) окисляются и дожигаются кислородом.

В конвертерах  с комбинированным дутьем (рис. 1) дожигание СО в потоке отходяших газов, содержащих не только СО, но и Н₂, является еще более эффективным.

Высокоэффективным является такой дутьевой режим конвертерной (рис. 3) и мартеновской (рис. 4) плавки с применением двухъярусной фурмы  с отдувом, в котором предусмотрено  максимальное дожигание СО струями О₂ (рис. 3)  вблизи поверхности интегральной зоны продувки с последующим эффективным торможением брызг металла (рис. 4) и плавильной железистой пыли в узкой зоне отходящих газов вокруг выхода отходящих газов вокруг корпуса фурмы (рис. 3) с помощью упругой системы кислородных струй.

Это достигается  на основе применения новой конструкции (рис. 5) двухъярусной кислородной фурмы, позволяющий осуществлять автономную подачу кислорода (рис. 3) как продувку металла, так и на дожигание оксида углерода над зоной продувки конвертерного агрегата.

Для оценки эффективности  применения различных режимов продувки и дожигании СО в полости конвертер  используется метод расчета материального  и теплового баланса. В представленной ниже методике рассматриваются особенности материального и теплового баланса конвертерной плавки стали с учетом применения нового (рис. 2,3) дутьвого режима продувки.

     

 
 
 
 
 
 
 
 

     Задание:

     Рассчитать  материальный и тепловой баланс конвертера, с учетом дожигания оксида углерода. рассчитать экономический эффект. Для всех вариантов принять емкость конвертера – 150 т, доля чугуна – 82%, доля скрапа – 18%, сталь 10.

     Окислиться  С до СО-22%, окислиться С до СО₂-78%, -140 м³/мин, -570 м³/мин.

     2. Расчет: 

     Типовая фурма

1. Материальный баланс

            Рассчитать материальный баланс конвертера емкостью 150 т при продувке металла техническим кислородом (99,5 % О₂ и 0,5 % N₂) сверху. Шихта содержит 82 % чугуна и 18 % скрапа, состав которых и стали перед раскислением следующий:

                                                                      C        Si        Mn        P          S

     Чугун (82 %)                                           4        1,2      1,2      0,4      0,05

     Скрап (18 %)                                           0,3      0,2      0,6      0,03      0,04

     Состав  стали перед раскислением       0,1     0,04      0,35   0,004     0,014

     Расход футеровки (периклазошпинелидный кирпич) принять равным 0,25 % массы садки. 

         Определим средний состав шихты

     С      4 * 0,82 + 0,3 * 0,18 = 3,334

     Si     1,2 * 0,82 + 0,2 * 0,18 = 1,02

     Mn   1,2 * 0,82 + 0,6 * 0,18 = 1,092

     P      0,4 * 0,82 + 0,03 * 0,18 = 0,3334

     S      0,05 * 0,82 + 0,04 * 0,18 = 0,0482 

     Материальный  баланс

     Угар  примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и в стали перед раскислением (расчет проводим на 100 кг шихты)

     С           3,334 – 0,1 = 3,234 кг

     Si            1,02 – 0,04 =  0,98 кг

     Mn         1,092– 0,35 = 0,742 кг

     P            0, 3334 – 0,004 = 0,3294 кг

     S            0, 0482 – 0,014 = 0,0342 кг

     Fe (в дым)                            0,66 кг

     Всего                                5,9796 кг

     Принимая, что 78 % С окисляется до СО₂, а 22 % до СО, найдем расход кислорода на окисление примесей

     Расход  кислорода, кг                                               Масса оксида, кг

     С → СО₂       2,5225 * 32 / 12 = 6,727                    2,5225 + 6,727 = 9,2495

     С → СО        0,7115 * 16 / 12 = 0,949                     0,7115 + 0,949 = 1,6605

     Si → SiО₂      0,98 * 32 / 28 = 1,12                          0,98 + 1,12 = 2,1

     Mn → MnО   0,742 * 15 / 55 = 0,202                     0,742 + 0,202 = 0,944

     P → PО₅        0,3294 * 80 / 62 = 0,425                     0,3294 + 0,425 = 0,7544

     S → SО₂        0,0342 * 32 / 32 = 0,0342                   0,0342 + 0,0342 = 0,0684

     Fe → Fe₂О₃(в дым) 0,66 * 48 / 112 = 0,283            0,66+ 0,283 = 0,9429 

                                                            9,7402                                        15,7197

     Для расчета количества и состава  шлака принимаем, что расход боксита  равен 0,6 кг (на 100 кг шихты). Обозначим  расход извести через х и заимствуя  состав неметаллических материалов из табл. 1, находим:

        количество СаО в конечном  шлаке, кг, поступающее из

                         футеровки               0,25 * 0,02 = 0,005

                         боксита                    0,6 * 0,01 =  0,006

                         извести                                          0,85 х 

                                                           ________________

                                                               0,011 + 0,85 х

       количество SiО₂ в конечном шлаке, кг, поступающее из

                металлической шихты                          2,1

                         футеровки               0,25 * 0,05 = 0,125

                         боксита                    0,60 * 0,10 = 0,06

                         извести                                          0,035 х

                                                        _________________

                                                          2,285+ 0,035 х

     Задаваясь основностью шлака СаО / SiО₂ = 3,5, определим расход извести

     СаО         0,011 + 0,85 х

     ------- = ---------------------- = 3,5

     SiО₂           2,285 + 0,                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 0,35 х