Учебная работа. Расчет доменной шихты

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчет доменной шихты

Курсовая работа

Расчет доменной шихты

Введение

материальный баланс доменной плавки для работающей доменной печи составляется по результатам измерений и анализов, для чего по возможности точно учитывается за определенный отрезок времени (обычно за несколько суток) расход всех материалов, загружаемых в печь, и полученных продуктов плавки, на основе которого определяется расход каждого материала и выход шлака, колошникового газа и пыли на единицу чугуна.

При расчете материального баланса для проектируемых условий оказывается достаточно данных, полученных расчетами шихты, колошникового газа и дутья. Баланс должен сходиться с весьма малой (до 1%) невязкой. увеличение ее является результатом неправильного анализа сырых материалов (сумма содержания компонентов не составляет 100%) или ошибок в расчетах.

тепловой баланс характеризует экономичность работы доменной печи и учитывает соотношение количества тепла, образующегося в доменной печи в результате протекания тех или иных процессов, вносимого в доменную печь с шихтовыми материалами и дутьем с количеством тепла, расходуемого на эндотермические процессы, уносимого с продуктами плавки и теряющегося в окружающую среду и с охлаждающей водой. Но данным теплового баланса вычисляется одна из важнейших характеристик работы доменной печи тепловой коэффициент полезного действия, равный отношению используемого тепла к выделившемуся. При этом за неиспользуемое в доменной печи тепло принимают его потери с колошниковым газом, пылью, охлаждающей водой и во внешнее пространство. Обычно значение теплового коэффициента полезного действия при выплавке передельного чугуна составляет 78-87%.

исходные данные

Таблица 1. Химический состав материалов, используемых в доменной печи в 2007 году, %

НаименованиеFeOFe2O3MnОSiO2CaOV2О5MgOAl2 O3TiO2P2O5SСПотери при прокаливанииСуммаАгломерат КГОК9,25067,1060,2204,96910,4970,4872,5252,6042,3250,0110,012—100,00Окатыши КГОК3,21083,240,2184,0901,2200,5442,4602,4802,5400,0090,006—100,00Кокс-1,010-6,2810,8500,0380,2463,575-0,1200,63086,2501,000100,00

Таблица 2. Распределение элементов шихты между продуктами плавки

ЭлементЧугун, зШлак, мГаз, лFe0,9980,002Mn 0,65 0,35-Ti 0,06 0,94-V 0,85 0,10,05S 0,05 0,90,05Сг 0,9 0,1-Р 0,97 0,0250,005

температура дутья — 12000С

Основность шлака составляет В0,9 ед

Содержание кислорода в дутье составляет щ = 22% (0,22)

Расход природного газа на 1 тонну чугуна составляет V CH4 = 110 м3/т чугуна.

= 4,75%

= 0,06%

Зола = 1,01%

Кокс =Зола + С + S + L,

где S — сера, L — летучие

1. Расчет доменной шихты

Таблица 3. Общее содержание компонентов в доменной шихте

Элементe кокс,%Переходит в чугунe аглом,%переходит в чугунe окат,%Переходит в чугунFe0,7070,70654,16954,0660,74760,626Mn—0,170,1110,01690,011Ti—1,3950,0841,5250,092V0,0210,0180,2730,2320,03050,2591S0,630,0320,0120,00060,0060,0003P0,0520,050,0050,0050,0040,004Сумма-0,806-54,493-61,091

Уравнение по выходу чугуна из шихты:

где еA, еO, еK — выход чугуна из компонента шихты;

еА — расход агломерата, кг/т чугуна;

еО — расход окатышей, кг/т чугуна;

еК — расход кокса, кг/т чугуна.

Выход чугуна из компонента шихты определяется по формуле (2.2):

где

Находим выход чугуна из единицы кокса пользуясь формулой:

Находим выход чугуна из единицы агломерата пользуясь формулой (2.2):

Находим выход чугуна из единицы окатышей пользуясь формулой:

Тогда уравнение по выходу чугуна из шихты примет вид:

Уравнение баланса основности

Основность- это отношение основных окислов к кислотным окислам

Определение основности агломерата

где — сумма компонентов шихты CaO или SiO2

Если не учитывать MgO и Al2O3, то формула (2.3) примет следующий вид:

или

Если через RO обозначим избыток или недостаток оснований (CaO) в каждом компоненте шихты в сравнении с заданной основностью, то получим вид:

Находим недостаток или избыток CaO в коксе, пользуясь формулой

где b = 1,05.

Отсюда следует:

Находим недостаток или избыток CaO в агломерате, пользуясь формулой (2.4)

Находим недостаток или избыток CaO в окатышах, пользуясь формулой (2.4)

тогда уравнение (2.3) примет вид:

или

5. Уравнение теплового баланса

где qтепловой эквивалент

ПГ— расход природного газа

тепловой эквивалент представляет собой количество тепла, которое необходимо затратить в доменной печи для выплавки чугуна при использовании единицы (кг) этого материала.

Расход дутья на 1 кг углерода:

где — доля кислорода в дутье (=0,22)

тогда расход дутья на 1 кг углерода равен:

(м3/кг).

Расход дутья на 1 м3природного газа составит:

то есть (м3/кг).

Принимаем, что природный газ состоит из 100% CH4 (метан):

V — расход дутья на 1 м3 природного газа

(м3/м3 п.г).

Выход фурменного газа, вдуваемого в фурму природного газа

(м3/м3 п.г).

Определим энтальпию дутья 1 м3 дутья:

где tД = 12000С — температура дутья

СД = 1,432 кДж/м3 0С — теплоемкость дутья при tД = 12000С;

Спар = 1,776 кДж/м3 0С — теплоемкость пара при tД = 12000С;

Тогда энтальпия дутья 1 м3 составит:

(кДж/м3 дутья)

Теплоотдача углерода кокса, сгорающего у фурм определяется по формуле:

где — внешние потери тепла в долях от общего прихода

тепла в область горения;

— теплота горения кокса в СО;

температура колошникового газа;

— кДж/м3 0С теплоемкость колошникового газа;

тогда теплоотдача составит:

кДж/м3

Фурменный газ состоит из CO,N2,H2,он реагирует с оксидами железа:

Расход на прямое восстановление, теплоотдача от углерода

Прямое восстановление — восстановление твердого углерода

,

(кДж/кг).

Теплоотдача монооксида углерода, расходуемого на непрямое восстановление:

где — теплоемкость со2 при t=2000C

(кДж/м3).

Теплоотдача водорода, расходуемого на непрямое восстановление:

где — теплоемкость водорода при t=2000C

(кДж/м3)

Теплоотдача от сгорания вдуваемого природного газа:

где кДж/м3 -теплота сгорания природного газа

— энтальпия природного газа

тогда: кДж/м3 природного газа

Теплоотдача от всего объема вдуваемого природного газа:

кДж

Тепловой эквивалент любого шихтового материала определяется по формуле:

гдедоля углерода, содержащегося в материале, сгорающего у фурм;

доля углерода содержащегося в материале и идущего на восстановление;

— СО в материале;

полезный расход тепла;

— энтальпия газов, выделяющихся из компонентов шихты

Находим :

Для определения удельных расходов углерода, СО,Н2 на прямое и косвенное восстановление и количества углерода, сгорающего у фурм, необходимо рассчитать количество кислорода переходящего в газ из шихты. Результаты расчета заносим в таблицу 4.

НаименованиеКоксАгломератОкатыши1.О2 легковосстановимых оксидов: 1.1.

.2.

0,00101 0,00007 0,0671 0,0009 0,0832 0,0010å п.1.1-1.20,00110,06800,08422. Кислород FeO0,0020,15450,17323. Кислород трудно восстановимых оксидов:

,0001

0,0006

,00001

,0003

,0011

0,00006

0,00056

,00039

,0003

,0012

0,00005

0,00061

0,00044å п.30,00070,00240,0026åО=0,00380,22480,00264. Кислород отнятый прямым путем 0,00150,06420,07195. Кислород отнятый косвенным путем: 0,00230,16060,18816.количество углерода, затраченного на прямое восстановление 0,00110,04820,05397. количество СО, пошедшие на косвенное восстановление: 0,00230,16190,18968. количество водорода, пошедшее на косвенное восстановление0,00090,06300,07379.количество углерода, перешедшее в чугун 0,00040,02720,030510. Количество углерода, сгорающего у фурм: 0,8610-0,0753-0,0844

Расчеты данных для таблицы:

1. Кислород легковосстановимых оксидов:

1.1. =

Кокс:;

Агломерат:;

Окатыши: ;

.2. =

Кокс:;

Агломерат:;

Окатыши: ;

. Кислород FeO:

Кокс: ;

Агломерат:;

Окатыши: ;

3. Кислород трудно восстановимых оксидов:

3.1.Mn:

Кокс: ;

Окатыши: ;

Агломерат: ;

.2. V2O5:

Кокс: ;

Агломерат: ;

Окатыши: ;

.3. P2O5:

Кокс: ;

Агломерат: ;

Окатыши: ;

.4. TiO2:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

.5. [Si]:

Кокс:

Агломерат

Окатыши:

4. Кислород отнятый прямым путем:

,

где

r — степень прямого восстановления

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

5. Кислород отнятый косвенным путем:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

6.Количество углерода, затраченного на прямое восстановление:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

. количество водорода, пошедшее на косвенное восстановление

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

9.количество углерода, перешедшее в чугун

,

Где [С] = 4,75

Кокс

Агломерат:

Окатыши:

. количество углерода, сгорающего у фурм:

Полезный расход тепла:

где определяется по формуле, приведенной ниже для каждого компонента шихты:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

Для кокса считаем по формуле:

где Wк=2; l= 1 отсюда следует:

Для агломерата и для окатышей

Энтальпия — это количество тепла, которое необходимо для нагрева единицы массы материала (чугуна или шлака) в определенном интервале температур, включая теплоту химических реакций и температуру плавления.

Энтальпию чугуна определяем по формуле:

Где CЧУГ = 0,9 кДж/кг теплоемкость чугуна;

TЧУГ=1400-14500С — температура чугуна

Тогда энтальпия чугуна составит:

Кокс:

Агломерат:

Окатыши:

Энтальпию шлака определяем по формуле:

,

где ч1,28 кДж/кг — теплоемкость шлака

∆t= 30ч50 0C — температура перегрева шлака относительно чугуна

выход шлака из компонента шихты, который определяем по формуле:

Тогда энтальпия шлака составит:

Для кокса:

Для агломерата:

Для окатышей:

Энтальпию шихтовых материалов определяем по формуле

где кДж/кг 0С -теплоемкость шихты;

0С — средняя температура окружающей среды для агломерата;

0С — средняя температура окружающей среды для кокса;

0С — средняя температура окружающей среды для окатышей

Тогда энтальпия шихтовых материалов составит:

Для кокса: 0С

Для агломерата: 0С

Для окатышей: 0С

Пользуясь приведенными выше расчетами и формулами находим полезный расход тепла для кокса, агломерата и окатышей:

Используя (2.6) и приведенные выше расчеты уравнение теплового баланса принимает вид:


(2.19)

Применяя уравнения составляем систему уравнений:

Решая систему из трех уравнений получаем:

расход агломерата составляет А = 673,652 кг/т чугуна;

расход кокса составляет К = 380,597 кг/т чугуна;

расход окатышей составляет О = 952,165 кг/т чугуна.

2. Определение состава жидких продуктов плавки (чугун, шлак)

Химический состав чугуна

Определим по формуле, приведенной ниже, содержание каждого компонента чугуна:%; =0,06%;

Выход шлака определяется по формуле приведенной ниже:

Шл =

Шл = (кг).

Состав шлака

НаименованиеCaOMgOAlOSiOTiOVOMnOSFeOсодержание26,65712,89217,06729,60711,6680,26810,3870.690.757

3. Расчет материального баланса

Количество компонентов шихты с учетом колошниковой пыли

количество агломерата с учетом колошниковой пыли:

Количество кокса с учетом колошниковой пыли:

количество окатышей с учетом колошниковой пыли:

(кг)

Определяем расход природного газа, кг/т чугуна:

(м3/т чугуна)

(кг/м3)

отсюда получаем

(кг)

Определяем расход дутья по формуле:

(м3).

Определяем расход атмосферного воздуха по формуле:

(м3).

Определяем расход технического кислорода по формуле:

(м3).

Определяем расход H2O по формуле:

(м3).

Определяем массу H2O по формуле,кг/т чугуна:

(кг/м3)

(кг/т чугуна).

Определяем массу атмосферного воздуха, кг/т чугуна:

(кг/м3);

(кг/т чугуна).

Определяем массу атмосферного дутья:

(кг/т чугуна).

Определяем массу технического кислорода:

(кг/м3);

(кг/т чугуна).

Масса колошникового газа:

(кг);

(кг);

Масса колошникового газа составит:

Данные вычислений сводим в табл.5

Таблица 5. материальный баланс плавки

Приход, кг/тРасход, кг/тСтатьяЗначениеСтатьяЗначение1.Кокс398,32251.Чугун10002.Агломерат690,92502.Шлак321,023.Окатыши976,57913.Колошниковый газ2852,184.ПГ78,57144.Пыль, шламы59,4135.Дутье, в т.ч.: 5.1.Атмосферное дутье 2049,93965.2.технический кислород30,3938Итого4224,7314Итого4232,6090

Невязка

Допускается невязка не более 0,5%.

4. Расчет теплового баланса

Приход:

. Горение углерода у фурм находим по формуле:

. Горение углерода газа у фурм находим по формуле:

(кДж/т чугуна)

. Энтальпию природного газа находим по формуле:

(кДж/т чугуна)

. Энтальпию дутья находим по формуле:

(кДж/т чугуна)

. Теплоотдачу углерода при прямом восстановлении находим по формуле:

(кДж/т чугуна)

. Окисление углерода при косвенном восстановлении находим по формуле:

. Окисление водорода при косвенном восстановлении находим по формуле:

Расход:

.Диссоциация оксидов определяется по формуле:

.Разложение гидратов и карбонатов: не вычисляем

. Энтальпия чугуна определяется по формуле:

. Энтальпия шлака определяется по формуле:

. Теплоту шлакообразования на вычисляем

. Энтальпия шихты определяется по формуле:

полезный расход тепла определяется по формуле:

. Энтальпия колошникового газа определяется по формуле:

(м3)

(кДж/т чугуна)

внешние потери тепла составляют 10% от прихода тепла в область горения:

(кДж/т чугуна)

Таблица 6. тепловой баланс доменной плавки

Приход, кДж/кгРасход, кДж/кгСтатьяЗначениеСтатьяЗначение1.Горение углерода у фурм 1925,37901.Диссоциация оксидов6956,05952.Горение углеродного газа у фурм 167,69502.Разложение гидратов и карбонатов-3.Энтальпия природного газа2,23.Энтальпия чугуна 1260,004.Энтальпия дутья 2616,7334.Энтальпия шлака 581,84864712,0075.Теплота шлакообразования-5.Теплоотдача углерода при прямом восстановлении 825,30406.Энтальпия шихты94,02046.Окисление CO→CO23134,7881полезный расход тепла 8703,88777. Окисление H2→H2O1093,93207.Энтальпия колошниковых газов578,6318СУММА4228,72018.Внешние потери тепла 471,2007ИТОГО9766,0311ИТОГО9753,7202Невязка:

Допускается невязка не более 0,5%

Коэффициент полезного использования тепла:

%=

Вывод: в результате проведенных расчетов были определены удельные расходы агломерата, окатышей и кокса. Невязка попала в допустимый предел, делаем вывод, что расчет выполнили верно.

Библиографический список

доменный шихта чугун плавка

1.Металлургия чугуна: Учебник для вузов. 3 — е изд., перераб. и доп. /Под редакцией Ю. С. Юсфина. — М.:ИКЦ «Академкнига»,2004. — 774 с.:ил.

Учебная работа. Расчет доменной шихты