Файл: Metod_vkaz_prakt_rab_VS_15_prakt.doc

Виконаємо розрахунок горіння палива (таблиця 1)

Таблиця 1 - Розрахунок горіння природного газу

Складові, м	Рівняння реакції горіння	Витрата О , м	Продукти згорання, м
			СО	Н О	N	О
СН - 93,9 С Н -1,3 С Н -0,2 СО -0,3 N -4,3	СН +2 О = СО +2 Н О С Н +3,5 О =2СО +З Н О С Н +5 О =ЗСО +4 Н О	187,80 4,55 1,0 - -	93,9 2,60 0,6 0,3 -	187,80 3,90 0,80 - -	4,3 - - - -
Витрата О і кількість продуктів згорання СО і О повітря при п=1,0 п=1,2		193,35 232,02	97,4 97,4	192,5 192,5	731,66 877,14	38,67

Кількість повітря, необхідна для спалювання 100 м природного газу

232,02:21×100=1104,85 /100=11,04м3

Визначаємо теплоту згорання природного газу

Qрн= 35988×93,9+63721×1,3+90554×0,2=3480221 кДж/ 100 м

де 35988, 63721 і 90554 - теплові ефекти згорання газу, кДж/ м

Розрахунки проведені на 100 м газу.

У таблиці 2 приведений розрахунок горіння мазуту.

Таблиця 2. Розрахунок горіння мазуту

Складові мазуту, кг	Число молей	реакції горіння	Витрата, моль Оа	Продукти згорання, моль
				СО	Н О	N	О
С-84,00 Н -10,4 S-0,64 О -0,32 N -0,08 Н О 4,26 А-0,3	84:12=7,00 10,4:2=5,20 0,64:32=0,02 0,32:32=0,01 0,08:28=0,003 4,26:18=0,236	С+ О = СО Н +0,5О = Н О S+О =SО	7,00 2,6 0,02 0,01	7,00	5,2 0,236	0,003
Витрата і кількість продуктів згорання з N і О повітря
при п= 1,0			9,61	7,00	5,436	36,11
при п= 1,2			11,532	7,00	5,436	43,382	1,92

Кількість повітря, необхідна для спалювання мазуту

11,532:21×100=54,914 моль або 54,914×22,4:100=12,29 м /кг

Визначаємо теплоту згорання мазуту по формулі Д.И.Менделеева:

Q =81 ×84+300×10,4-26 (0,32-0,64)-6 (9×10,4+4,26)=9345 к кал/кг=39155 кДж/кг,

де 81, 300, 26, 6 - теплові коефіцієнти, віднесені до 0,01 кг відповідної складової мазуту.

1.5. Тепло, що вноситься нагрітим до1100 °С повітрям.

Визначувана витрата повітря для спалювання палива, м :

природного газу 0,7х:11,04:34800=0,000222х

мазуту 0,3х( 12,29-0,6):39155=0,000090х,

де 0,6 - витрата компресорного повітря, що приймається, на розпилювання мазуту

м /кг (коливається в межах від 0,39-0,77 м /кг).

Загальна витрата повітря складе, м :

0,000222х+0,000090х=0,000312х

Q = 1,45 • 1100•0,000312х =0,498х кДж,

де 1,45 - середня теплоємність повітря, кДж/кг×град.

Загальний прихід тепла рівний

Q = Q + Q + Q + Q + Q

Q = 67062+67566+3208+0,498х+х=137836+1,498х.

2. Витрата тепла.

2.1. Фізичне тепло сталі, нагрітою до tст1620 °С (Q ), кДж:

Q = η (С × t +q + С (t -t )

де η - маса рідкої сталі, кг; η -92,2 01кг;

С - середня теплоємність твердої сталі, кДж/кг-град;

С =0,7 кДж/кг×град;

t - температура плавління металу °С; t =1528 °С;

q -скрытая теплота плавлення твердої сталі, кДж/кг; q =272 кДж/кг;

С - середня теплоємність рідкої сталі, кДж/кг×град; С =0,9кДж/кг×град

---

t - визначається по залежності 1540-85×0,14= 1528 °С,

де 1540 - температура плавління чистого заліза;

85 - зниження температури плавління металу на 1% вуглецю;

0,14 - вміст вуглецю в металі перед розкислюванням (з матеріального балансу).

Q =92,201× [0,7×1528+272+0,90× ( 1620-1528)]= 131330 кДж

2.2. Фізичне тепло шлаку, тобто шлак відносить тепло (Q ), кДж:

Q =1,3×η (С ×t +q )

де η - маса кінцевого шлаку (із зведеної таблиці матеріального балансу), кг;

С =1,2 - середня теплоємність шлаку, кДж/кг×град;

q =210 - прихована теплота плавління шлаку, кДж/кг;

t =1630 - температура кінцевого шлаку °С;

1,3 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла з тим, що скидається в період плавління і доведення шлаком.

Тоді

Q =1,3×5,133× (1,2×1630+210)=14450кДж

2.3. Тепло, що відноситься продуктами згорання:

Кількість природного газу, м : 0,7х:34800=0,0000201 х;

Кількість мазуту, кг: 0,Зх:39155=0,0000077х;

Кількість продуктів згорання, м :

СО 0,0000201х ×0,974+0,0000077х ×7,0 ×22,4:100=0,0000316х;

Н О 0,0000201х ×1,925+0,0000077х ×5,44×22,4:100=0,0000479х;

N 0,0000201x ×8,771+0,0000077x ×43,34×22,4:100=0,0002510х;

О 0,0000201х ×0,387+0,0000077х ×1,92×22,4:100=0,0000111х.

Q , складе, кДж:

СО 2,41×0,0000316х×1700=0,129х;

Н О 1,88×0,0000479х×1700=0,153х;

N 1,46×0,000251 Ох×1700==0,623х;

О 1,55×0,0000111 х×1700=0,029х

Q =0,934x

де перший стовпчик чисел - теплоємність відповідних газів, кДж/ м ×град;

1700 - середня температура продуктів згорання при виході з робочого простору печі ° С.

2.4. Тепло, що витрачається на нагрів газів, що виділяються з металевої вани при прийнятой середной їх температурі, рівній 1700 °С (Q ), кДж.

CO 2526-4,9716×22,4:28=10047

СО 4090-3,252×22,4:44=6769

Н О 3205-0,08×22,4:18=300

Q =17116 кДж

де перший стовпчик чисел - теплосодержание 1 м гази при температурі 1700 °С, кДж/ м

другий стовпчик чисел - кількість газів, що відходять, кг (таблиця 13 матеріального балансу);

2.5. Тепло, що відноситься частиками Fe O в дим (Q ) кДж

Q =0,416× (160/112) × (1,2×1700+216)= 1340 кДж

2.6. Тепло, що витрачається на розкладання вапняку (Q ), кДж.

Q =1780-4,7817=8511 кДж

де 1780 - теплота розкладання вапняку, кДж/кг

4,7817 - витрата вапняку з матеріального балансу, кг.

2.7. Тепло, що витрачається на відновлення Fe O (Q ) кДж,

з вапняку (0,016) кДж, (дивись табл.9 матеріального балансу)

бокситу (0,0527) кДж, (дивись табл. 11 матеріального балансу)

матеріали зведення(0,0025) кДж, (дивись табл.8 А матеріального балансу)

Fe O до Fe [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,9] ×824000:160=330

Fe O до FeO [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,1] × 290000:160=13

Q =343 кДж

де проізвідна в дужках - кількість Fe O , що відновилися (90% до Fe і 10% до FeO), кг;

другий стовпчик чисел - тепловий ефект реакцій відновлення віднесений до 1 молю Fe O , кДж/к моль.

2.8. Витрати тепла, що витрачається на водяне охолодження (Q ) кДж,

Q =0,5Х кДж

2.9. Загальна витрата тепла рівна кДж:

Q = Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q

Q =131330+14450+0,934х+17116+1340+8511+343+0,5х=173090+1,434х137836+1,498х=173090+1,434х137836-173090=1,434х-1,498х

-35254= -0,064х

х= -35254/-0,064

х=550843,75 кДж

---

Таблиця 3 - тепловий баланс мартенівської плавки

Прихід тепла	кДж	%
Фізичне тепло: Чавун( Q ) Повітря (0,498х)	67062 274320	6,96 28,49
Тепло реакцій: екзотермічних(Q ) шлакоутворення (Q ),	67566 3208	7,02 0,33
Хімічне тепло: природним газом 0,7х мазутом 0,З х	385590 165253	40,04 17,16
Усього	963000	100,0
Витрата тепла
Фізичне тепло : сталі(Q ) шлаку(Q )	131330 14450	13,64 1,5
Тепло, що відноситься продуктами згорання ( Q =0,934 x)	514488	5343
Тепло, що витрачається на нагрів газів: (Q )	17116	1,78
Тепло, що відноситься частиками Fe O (Q )	1340	0,14
Тепло, що витрачається на розкладання вапняку (Q ),	8511	0,88
Тепло, що витрачається на відновлення Fe O (Q )	343	0,04
Витрати тепла, що витрачається на водяне охолодження (Q =0,5 х )	275421	28,59
Усього	963000	100,0

Додаток 8

Завдання на виконання теплового балансу

Варіант	Температура, °С		Варіант	Температура, °С
	чавуну	сталі		чавуну	сталі
1	1315	1600	14	1315	1620
2	1310	1590	15	1325	1620
3	1305	1610	16	1315	1615
4	1310	1620	17	1310	1620
5	1315	1620	18	1305	1630
6	1320	1630	19	1310	1620
7	1315	1620	20	1320	1625
8	1320	1620	21	1315	1610
9	1315	1625	22	1305	1600
10	1320	1630	23	1310	1600
11	1310	1640	24	1315	1610
12	1300	1620	25	1320	1600
13	1305	1620

Практична робота № 10

Тема: Розрахунок шихти і матеріального балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.

Мета роботи:

Закрепи та углибити знання по розділу «виробництво сталі у мартенівських печах» програми предмету.

Навчитися правильно розраховувати приходні та розхідні статки матеріального балансу плавки в двухванному сталеплавильному агрегаті прямоточного типу.

Використовувати отримані знання при виконанні курсових та дипломних проектів.

Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти. Початкові данні в додатку.

При постанові матеріального балансу слід прийняти:

- розхід переробного чавуну

- марку сталі і масову долю елементів в ній

- масовий вміст компонентів в неметалевій часті шихти.

При розрахунку роботи потрібно знайти:

- середній состав металевої шихти

- кількість домі шків видоляїмих з неї

- втрати заліза випарюванням (в дим)

---

- кількість вигоренної сірки

- розхід кисню на окислення домі шків

- масу оксидів, що утворюються

- розхід вапна

- зміст кінцевого шлаку

- вихід жито кого заліза

- кількість газів, що утворилися.

По результатам розрахунків здійснюється сполучний баланс приходу та розходу матеріалів та компонентів, які утворюються при проведенні плавки, перед розкисленням плавки.

Розрахунок матеріального балансу плавки.

Склад початкових матеріалів приймаємо із заводських даних у рамках ГОСТу та утверджених технічних умов заводу.

Витрати чавуна приймаємо 65%, скрапу 35%.

Таблиця 1 – Хімічний. склад металевої часті шихти

Марка сталі	Масовий склад елементів в %.
	С	Mn	Si	Не більш
				P	S
3 сп	0,14-0,22	0,4-0,65	0,17-0,37	н.б.0,034	н.б.0,02

Таблиця 2 - Хімічний состав металічної частини шихти, сталі перед розкисленням .

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
	С	Mn	Si	P	S
Чавун передільний 65%	4,00	1,3	0,75	0,16	0,04
Скрап 35%	0,17	0,46	0,23	0,025	0,03
Сталь перед розкисленням	0,12	0,18	0	0,012	0,022

Таблиця 3 – хімічний склад не металевих матеріалів, %

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
	SiO2		CaO	MgO		Al2O3		Fe2O3	Cr2O2			H2O	СО2
Вапно	2,0		86,00	3,00		2,00		-	-			1,00	6,00
Доломіт		3,00	53,00		36,00		2,60	2,00		-	-		3,40
Магнезит		4,50	1,50		66,50		4,00	12,70		10,50	-		0,30
Боксит		10,00	4,00		-		54,00	25,00		-	7,00		-

Розрахунок шихти плавки.

Розрахунок ведемо на 100 кг метало шихти.

Визначаємо середній склад металевої шихти.

Для чавуна

С 65/100×4,00= 2,600

Si 65/100×0,75=0,487

Mn 65/100×1,30=0,845

P 65/100×0,16=0,104

S 65/100×0,04=0,026

Для скрапа

С 35/100×0,17= 0,059

Si 35/100×0,23=0,080

Mn 35/100×0,46=0,161

P 35/100×0,025=0,008

S 35/100×0,03=0,010

Таблиця 4 – середній склад металевої шихти

	С	Mn	Si	P	S
Чавун вносить	2,600	0,845	0,487	0,104	0,026
Скрап вносить	0,059	0,161	0,080	0,008	0,010
Середній склад(сума)	2,659	1,006	0,567	0,112	0,036

Визначаємо скільки видалиться сумішей із ванни на 100 кг металу за весь період плавки.

С 2,659-0,12×0,9 = 2,647

Mn 1,006-0,18 ×0,9 = 0,844

Si 0,567

P 0,112-0,012×0,9 = 0,101

S 0,036-0,022×0,9 = 0,016

Fe (в дим) приймаємо = 1,1

---------------------------------------------------------------

Всього 5,275

Вихід сталі приймаємо рівним 0,9. Втрати заліза випаренням при продувці ванни технічним киснем приймаємо рівним 1,1%. При цьому 10% S випалюється до SО ₂ тобто окислюється:

0,036/10=0,0036=0,004 кг. сірки.

Розхід кисню на окислення сумішей складе, кг:

C – CO₂ 2,647×32/12 = 7,059

Si – SiO₂ 0,567×32/28 = 0,648

Mn – MnO 0,844×16/55 = 0,245

S – SO₂ 0,004×32/32 = 0,004

P – P₂O₅ 0,101×80/62 = 0,130

Fe – Fe₂O₃ /в дим/ 1,1×48/112 =0,471

8,557

---

Виділиться із ванни СО окислюється в робочім просторі печі до СО₂ .

Приймаємо, що 70% вуглецю окислиться до СО₂ , а залишившиєся СО допалиться в вертикальному каналі.

CO₂ 2,647×44/12 =9,706

SiO₂ 0,567×60/28 = 1,215

MnO 0,844×71/55 = 1,089

P₂O₅ 0,101×142/62 = 0,231

SO₂ 0,004×64/32 = 0,008

Fe₂O₃ 1,1×160/112 = 1,571

Перехід сірки до шлаку, кг:

0,016-0,004 = 0,012

При цьому визволяється кисню, кг:

0,012 /2 = 0,006

Розхід кисню складе:

8,557-0,006= 8,551

Визначення розходу вапна

Розхід вапна визначаємо з балансу СаО та SiO₂ в шлаку для отримання основності 2,6. Для формування шлаку приймаємо розхід бокситу дорівнює 0,4. розхід футеровки в практичних умовах складе:

доломіту 1,5-2,0%, магнезиту 0,07-0,2% від маси метало шихти.

Приймаємо розхід доломіту рівним 1,7кг, магнезиту 0,1 кг на 100 кг метало шихти.

Розхід вапна позначаємо через х. кількість СаО у шлаку , поступаючи з матеріалів, складе, кг:

СаО

доломіт 1,7/100×53 =0,901

магнезит 0,1/100×1,5 =0,002

боксит 0,4/100×4,0 =0,016

вапно х/100×86,0 =0,86

-----------------------------------------------

усього 0,918+0,86х

SiО₂

Метало шихта 1,215

Боксит 0,4/100×10,0 =0,051

Доломіт 1,7/100×3,0 =0,051

Магнезит 0,1/100×4,5 =0,005

Вапно х/100×2,0 =0,02х

------------------------------------------------

Усього 1,311+0,02х

Al₂O₃

Боксит 0,4/100×54 =0,216

Доломіт 1,7/100×2,6 =0,0442

Магнезит 0,1/100×4,0 =0,004

Вапно х/100×2,0 =0,02x

------------------------------------------------------

Усього 0,2642+0,02х

MgО

Доломіт 1,7/100×36,0 =0,612

Магнезит 0,1/100×66,5 =0,067

Вапно х/100×3,0 =0,03х

-----------------------------------------------------

Усього 0,6785+0,03х

Fe₂O₃

Боксит 0,4/100×25,0 =0,1

Доломіт 1,7/100×2,0 =0,034

Магнезит 0,1/100×12.7 =0.0127

------------------------------------------------------

Усього 0.1467

Cr₂O₃

Магнезит 0,1/100×10,50 =0,0105

Замість СаО і SiО₂ підставимо їх значення і знайдемо розхід вапна:

0,918+0,86х = 2,6(1,311+0,02х)

0,918+0,86х = 3,4086+0,052х

0,918 - 3,4086 = 0,052х - 0,86х

-2,4906 = -0,808 х

Х = 2,4906/0,808

Х = 3,083

Металева шихта, вапно, боксит та футеровка вносить у шлак, кг:

Таблиця 5 – вміст шлаку

оксиди	Матеріали						Усього
	Метало-шихта	Боксит		Доломіт	Магнезит	Вапно /х/
SiO2	1,215		0,040	0,051	0,005	0,062	1,373
CaO	-		0,016	0,901	0,002	2,551	3,570
MgO	-		-	0,612	0,067	0,092	0,771
Al2O3	-		0,216	0,044	0,004	0,062	0,326
S	0,012		-	-	-	-	0,012
MnO	1,089		-	-	-	-	1,089
P2O5	0,231		-	-	-	-	0,231
Fe2O3	-		0,100	0,034	0,013	-	0,147
Cг2О2	-		-	-	0,011	-	0,011
∑	2,547		0,372	1,642	0,102	2,867	7,530

Крім того у вапні міститься:

3,083/100×6,0= 0,185 кг СО₂

3,0,83100×1,0= 0,031 кг Н₂О

В опаленому доломіті :

1,7/100×3,4= 0,058 кг СО₂

У магнезиті :

0,1/100×0,3= 0,0003 кг СО₂

У бокситі :

0,4/100×7,0= 0,028 кг Н₂О

Маса шлаку без оксидів заліза складе, кг:

7,530-0,147=7,383

Приймає склад окислів заліза в шлаку16% FeO і 6% Fe₂O₃ , тоді маса окислів без FeO і Fe₂O₃ буде складати 78%.

---