Доменный процесс
Теоретические основы доменной плавки. Подготовка сырых материалов. Конструкция доменной печи, этапы доменного процесса. Расчет состава рудной смеси и доменной шихты. Распределение температур и удаление влаги. Расчет материального баланса доменной плавки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.04.2014 |
| Размер файла | 381,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Образованию шлака предшествуют процессы размягчения и спекания пустой породы и флюса, сопровождающиеся образованием твердых растворов и различных химических соединений. Эти процессы представляют собой промежуточное звено при переходе вещества из твердого состояния в жидкое. Чем больше температурный интервал, в котором протекает превращение шлакообразующих компонентов из твердого состояния в жидкое, тем большую часть по высоте печи занимает вязкая масса, заполняющая пустоты между кусками кокса и препятствующая движению и распределению газов. В связи с этим температурный интервал размягчения шлакообразующих компонентов должен быть по возможности меньшим.
В процессе шлакообразования различают первичный, промежуточный и конечный шлаки. Первичный шлак появляется в начальной стадии шлакообразования в результате плавления легкоплавких соединений. Первичный шлак, перемещаясь в зоны с более высокими температурами, нагревается, а химический состав его непрерывно изменяется вследствие восстановления железа и марганца из соответствующих оксидов и растворения в шлаке новых количеств CaO и MgO, увеличивающих количество шлака. Конечный шлак образуется в горне после растворения в шлаке золы сгоревшего кокса и остатков извести и окончательного распределения серы между чугуном и шлаком.
С применением офлюсованного агломерата условия шлакообразования изменяются. Присутствие извести в агломерате обеспечивает хороший контакт шлакообразующих оксидов, поэтому их размягчение при нагреве и образование первичного шлака протекает в сравнительно не большой зоне по высоте печи, от чего значительно повышается газопроницаемость этой зоны. Восстановление железа из офлюсованного агломерата протекает интенсивнее и равномернее по сечению, вследствие чего в первичном шлакообразовании участвует меньшее количество FeO, а зона начала образования шлака смещается в область более высоких температур.
1.3.6 Продукты доменной плавки
Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ - побочными.
Цель доменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов (С, Si, Мn, Р, S, Cr, Ni, Сu, As) в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.
Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.
Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида:
1. передельный, предназначенный для дальнейшего передела и сталь;
2. литейный, используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий;
3. доменные ферросплавы - в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.
Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Он используется в качестве шихтового материала при производстве стали в конвертерах, мартеновских и электродуговых печах.
Передельный чугун в соответствии с существующими стандартами может содержать 0,3-1,2 % Si, 0,15-1,0 (иногда до 1,5 %) Мn и делится на три класса по содержанию фосфора (не более 0,1; 0,2 и 0,3 %) и на пять категорий по содержанию серы (не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05 %). С целью экономии дефицитного марганца в настоящее время выплавляют маломарганцовистые чугуны с содержанием марганца 0,1-0,5 %.
Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках - фосфора. Фосфор придает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфора. Высокофосфористые чугуны используют для получения художественного литья в связи с тем, что жидкий чугун с высоким содержанием фосфора обладает высокой жидкотекучестью и поэтому хорошо заполняет литейные формы самой сложной конфигурации.
К доменным ферросплавам относятся: ферромарганец (70-75 % Мn и более, до 2% Si, 0,33-0,45% Р, до 0,03% S); а также выплавлявшиеся ранее бедный ферросилиций (9-15% Si) и зеркальный чугун (15-25% Мn). В настоящее время последние два ферросплава в доменных печах не выплавляют из-за неэкономичности передела.
Выплавка чугуна в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами, золы кокса и составляющих флюса, т.е. известняка (в основном, это СаО), который вводят в шихту агломерации и иногда добавляют в небольших количествах в доменную печь. Количество шлака определяется степенью обогащения железных руд и требуемой основностью шлака. Чем больше в руде остается пустой породы и чем больше требуемая основность шлака, т.е. чем больше расход известняка, тем выше выход (количество) шлака. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3-0,6 т на 1 т чугуна и иногда более.
Основными составляющими шлака являются оксиды кремния (SiО2), кальция (СаО), алюминия (А12Оэ), магния (MgO), а также небольшое количество FeO, МnО, CaS.
Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть - колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН4, Н2, СО, и N2.
2. Исходные данные для расчёта
2.1 Расчеты
2.1.1 Состав агломерата
Таблица 2.1 - Состав агломерата, %
|
Fe |
Mn |
P |
S |
Fe2O3 |
FeO |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
Прочие |
|
|
52,48 |
0,14 |
0,05 |
0,02 |
46,0 |
26,0 |
0,18 |
8,0 |
4,03 |
12,64 |
1,98 |
0,06 |
0,11 |
1,0 |
2.1.2 Состав железной руды
Таблица 2.2 - Состав железной руды, %
|
Fe |
Mn |
P |
S |
Fe2O3 |
FeO |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
Прочие |
|
|
56,90 |
0,09 |
0,02 |
0,41 |
80,4 |
0,8 |
0,12 |
8,48 |
2,98 |
4,1 |
0,84 |
1,03 |
0,05 |
1,2 |
2.1.3 Состав марганцевой руды
Таблица 2.3 - Состав марганцевой руды, %
|
Fe |
Mn |
P |
Fe2O3 |
MnO2 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
P2O5 |
Прочие |
|
|
3,15 |
40,0 |
0,09 |
4,5 |
63,5 |
20,0 |
5,5 |
2,1 |
0,2 |
0,21 |
4,99 |
2.1.4 Состав известняка
Таблица 2.4 - Состав известняка, %
|
Fe |
P |
S |
Fe2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
СО2 |
Прочие |
|
|
0,50 |
0,01 |
0,03 |
0,72 |
3,35 |
0,09 |
52,7 |
1,25 |
0,08 |
0,023 |
41,42 |
0,58 |
2.1.5 Состав кокса
Таблица 2.5 - Состав кокса, %
|
Fe |
Mn |
P |
S |
Fe2O3 |
Mn3O4 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
P2O5 |
Сн. л. |
|
|
2,32 |
0,18 |
0,04 |
1,78 |
3,32 |
0,28 |
6,2 |
2,87 |
0,55 |
0,23 |
0,08 |
84,69 |
2.1.6 Состав золы кокса
Таблица 2.6 - Состав золы кокса, %
|
Fe |
Mn |
P |
Fe2O3 |
Mn3 O4 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
P2O5 |
Прочие |
|
|
17,5 |
1,38 |
0,31 |
24,85 |
2,11 |
45,86 |
20,69 |
4,15 |
1,74 |
0,6 |
- |
Состав чугуна, %: Si - 1,1; Mn - 0,65; S - 0,04; P - 0,14; C - 3,5; Fe - 94,57.
Коэффициенты распределения элементов между чугуном, шлаком и газом:
Элемент Чугун Шлак Газ
Fe 0,99 50,00 50
Mn 0,55 0,4 50
P 1,0 0 0
S 0,05 0,85 0,15
Состав рудной смеси, %: агломерат - 80; железная руда - 20.
Основность шлака
b = = 1.
Состав сухого дутья, % по объёму: кислород - щ = 21, азот - (1 - щ) = 79, влажность f = 1,0.
Степень участия водорода в восстановительных процессах зН= 0,40.
Тепловые потери:
zC = 1260.
Расход природного газа на 100 кг чугуна - 10 м3.
Состав природного газа, %: CH4 - 96, C3H8 - 3, N2 - 1.
Выход золы кокса - 13,0 %, в летучих кокса содержится 0,3 % СО2, 0,4 % СН4, 0,4 % Н2 в пересчёте на кокс.
Считаем, что прочие в рудной смеси (0,36 %) и марганцевой руды (6 %) представляют собой гидратную влагу. 30 % гидратной влаги в условиях плавки разлагается с образованием водорода.
Степень использования водорода в восстановительных процессах плавки 40 %. В колошниковый газ переходит 60 % поступающего в печь водорода.
Степень прямого восстановления Rd = 28%, степень косвенного восстановления Ri = 72%.
2.2 Расчёт состава рудной смеси
В нашем случае рудная смесь представляет собой шихту, состоящую из 80 % агломерата и 20 % марганцевой руды. Содержание соединений и элементов в рудной смеси получают путём сложения произведений содержаний соединений в компоненте на долю этого компонента в смеси.
Содержание оксидов и элементов в рудной смеси из агломерата и железной руды составит:
Железа 52,48·0,8 + 56,90·0,2 = 53,364 %,
Марганца 0,14·0,8 + 0,09·0,2 = 0,13 %,
Фосфора 0,05·0,8 + 0,02·0,2 = 0,044 %,
Серы 0,02·0,8 + 0,41·0,2 = 0,098 %,
Fe2O3 46·0,8 + 80,4·0,2 = 52,88 %,
FeO 26,0·0,8 + 0,8·0,2 = 20,96 %,
MnO 0,18·0,8 + 0,12·0,2 = 0,168 %,
SiO2 8,0·0,8 + 8,48·0,2 = 8,096 %,
Al2O3 4,03·0,8 + 2,98 ·0,2 = 3,82 %,
CaO 12,64·0,8 + 4,1·0,2 = 10,932 %,
MgO 1,98·0,8 + 0,84·0,2 = 1,752 %,
SO3 0,06·0,8 + 1,03·0,2 = 0,254 %,
P2O5 0,11·0,8 + 0,05·0,2 = 0,098 %,
Прочие 1,0·0,8 + 1,2·0,2 = 1,04 %.
Результаты расчётов заносим в таблицу.
Таблица 2.7 - Состав рудной смеси, %
|
Fe |
Mn |
P |
S |
Fe2O3 |
FeO |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
P2O5 |
Прочие |
|
|
53,364 |
0,13 |
0,044 |
0,098 |
52,88 |
20,96 |
0,168 |
8,096 |
3,82 |
10,93 |
1,752 |
0,254 |
0,098 |
1,04 |
2.3 Расчёт состава доменной шихты
2.3.1 Составление уравнения по выходу чугуна из компонентов шихты
Расходы железорудной части шихты, флюса, марганцевой руды ведут на 100 кг чугуна. Расчёт расходных материалов ведут по балансовым уравнениям. Обозначим через x, y и z расходы рудной смеси, марганцевой руды и известняка на 100 кг чугуна.
Выход чугуна r - это величина, характеризующая количество чугуна (кг), образующегося при плавке 1 кг данного материала. Выход чугуна определяют по элементам, содержание которых в чугуне зависит лишь от их содержания в шихте (Fe, Mn, P, Cu, As и др.). Содержание других элементов (С,S, Si) определяется условиями плавки. Выход чугуна определится из уравнения:
r = =
где Fe, Mn, P - содержание соответствующих элементов в данном материале, %; зFe,зMn,зP - коэффициенты перехода соответствующего элемента в чугун, доля ед.; [Si], [C], [S] - содержание соответствующих элементов в чугуне, %.
Тогда уравнение по выходу чугуна из компонентов шихты будет иметь вид:
rр. см. · x + rм. р. · y + rизв. · z = 100,
где rр. см., rм. р., rизв. - выход чугуна соответственно из рудной смеси, марганцевой руды и известняка.
Расчёт величин r приведён таблице 2.8.
Таблица 2.8 - Определение выхода чугуна из материалов шихты.
|
Параметры |
Рудная смесь, % |
Марганцевая руда, % |
Известняк, % |
Кокс, % |
|
|
Fe,% Fe·зFe |
53,364 53,364·0,995 = 53,097 |
3,15 3,15·0,995 = 3,1343 |
0,5 0,5·0,995 = 0,4975 |
2,32 2,32·0,995 = 2,3084 |
|
|
Mn,% Mn·зMn |
0,13 0,13·0,55 = 0,0715 |
40,0 40,0·0,55 = 22,0 |
- |
0,18 0,18·0,55 = 0,099 |
|
|
P,% P·зP |
0,044 0,044·1,0 = 0,044 |
0,09 0,09·1,0 = 0,09 |
0,01 0,01·1,0 = 0,01 |
0,04 0,04·1,0 = 0,04 |
|
|
A |
53,2125 |
25,2243 |
0,5075 |
2,4474 |
|
|
B |
1,1 + 3,5 + 0,04 = 4,64 |
||||
|
r |
0,5580 |
0,2645 |
0,0053 |
0,0257 |
Тогда уравнение для выхода чугуна примет вид:
0,5580·x + 0,2645·y + 0,0053·z = 100.
2.3.2 Составление уравнения по балансу марганца
Каждый компонент шихты вносит марганец (Mn·зMn). Если из фактического количества марганца, внесённого каждым компонентом шихты вычесть его требуемое количество для поддержания нужного содержания марганца в чугуне (Mn·r), получим избыток или недостаток марганца, внесённого каждым компонентом шихты (±Mn). Уравнение по балансу марганца имеет вид:
(±Mnр. см.) ·x + (±Mnм. р.) ·y + (±Mnизв.) ·z = 0
Расчёт баланса марганца ведут по схеме:
|
Параметр |
Рудная смесь |
Марганцевая руда |
|
|
Mn· зMn |
0,0715 |
22,0 |
|
|
[Mn] · r |
0,3627 |
0,1719 |
|
|
(±Mn) = Mn·зMn - [Mn] ·r |
-0,2912 |
21,8281 |
Тогда уравнение по балансу марганца будет иметь вид:
0,2912·x + 21,8281·y = 0
2.3.3 Составление уравнения по балансу основных и кислых оксидов
Уравнение по балансу основных и кислых оксидов при заданной основности шлака для каждoгo компонента шихты будет иметь вид:
RO = CaO + MgO - b· (SiO2 - [Si] ·r + Al2O3)
где RO - избыток или недостаток основных оксидов в данном компоненте шихты по сравнению с требуемым в конечном шлаке; [Si] - количество кремнезёма, расходуемое для восстановления требуемого количества кремния в чугун.
Уравнение по балансу основных и кислых оксидов имеет вид:
ROр. см. · х +ROм. р. · y + RO изв. · z =0.
Сделаем расчёт баланса основных и кислых окислов для компонентов шихты:
ROр. см. = 10,932 + 1,752 - 1· (8,096 - · [1,1] ·0,5580 + 3,82) = 2,0833
ROм. р = 2,1 + 0,2 - 1· (20,0 - · [1,1] ·0,2645 + 5,5) = - 22,5765
RO изв. = 52,7 + 1,25 - 1· (3,35 - · [1,1] ·0,0053 + 0,09) = 50,5225
ROк = 0,55 + 0,23 - 1· (6,2 - · [1,1] ·0,0257 + 2,87) = - 8,2294.
Тогда уравнение по балансу основных и кислых оксидов для шихты примет вид:
2,0833·x + (-22,5765·y) + 50,5225·z = 0
Таким образом, получаем систему из трёх уравнений
0,5580·x + 0,2645·y + 0,0053·z = 100. 0,2912·x + 21,8281·y = 0
2,0833·x + (-22,5765·y) + 50,5225·z = 0
Решая систему уравнений, получим
x = 178,145; y = 2,377; z = - 6,284.
Таким образом, в доменную шихту для получения 100 кг чугуна без учёта кокса входит 178,145 кг рудной смеси, 2,377 кг марганцевой руды и 6,284 кг известняка.
2.4 Расчёт расхода кокса
Для расчета расхода кокса необходимо рассчитать тепловые эквиваленты материалов доменной шихты. Тепловой эквивалент того или иного материала представляет собой количество тепла, которое надо затратить в доменной печи для выплавки чугуна при использовании единицы (1 кг или 1 м3) этого материала. Знаки тепловых эквивалентов горючих материалов доменной плавки (кокса, природного газа, мазута) и других сырых материалов неодинаковы. Для горючих материалов они отрицательны, так как они не потребляют, а выделяют тепло. Для остальных материалов они положительны, так как они потребляют теплоту. Математически тепловой эквивалент каждого шихтового материала представляет собой сумму произведений содержаний элементов или оксидов на тепловые эквиваленты этих элементов или оксидов.
Тепловой эквивалент рудной смеси составит:
qр. см. = 0,08096·q (SiO2) + 0, 2096··qFe (FeO) + 0,00098·qS (сульф) ·0,82 + 0,00044·qP + 0,0382·qAlO + 0,5288··q+ 0,00168·qMn (MnO) + 0,0104·qпр. - (0,10932 + 0,01752) ·qMgO + q [Si] = 0,08096·5460 + 0, 2096··3482 + 0,00098·32756·0,82 + 0,00044·26431 + 0,0382·5880 + 0,5288··4347 + 0,00168·6392 + 0,0104·4935 - (0,10932 + 0,01752) ·1932 + 176·0,5580 = 2796,55 кДж/ (кг рудной смеси).
Тепловой эквивалент марганцевой руды составит:
qм. р. = 0,2·qSiO2 + 0,0009·qP + 0,055·qAlO+ 0,045··q+ 0,635·qMn (MnO2) + 0,0499·qпр. - (0,021 + 0,002) ·qMgO + q [Si] = 0,2·5460 + 0,0009·26431 + 0,055·5880 + 0,045··4347 + 0,635·3490 + 0,0499·4935 - (0,021 + 0,002) ·1932 + 176·0,2645 = 4040,64 кДж/ (кг марганцевой руды).
Тепловой эквивалент известняка составит:
qизв. = 0,0335·qSiO2 + 0,0001·qP + 0,0003·qS (сульф) ·0,82 + 0,4142·qCO2 + 0,0050··q + 0,0009·qAlO + q [Si] = 182,91 + 2,6431 + 3,6853 + 906,2696 + 15,2145 + 5,292 + 176·0,0053 = 1116,95 кДж/ (кг известняка).
Тепловой эквивалент золы кокса составит:
qз = 0,4586·qSiO2 + 0,0031·qP + 0, 2069·qAlO + 0,2485··q + 0,0138·qMn (Mn3O4) - (0,0415 + 0,0174) ·qMgO = 0,4584·5460 + 0,0031·26431 + 0, 2069·5880 + 756,1607 + 0,0138·6077 - 0,0589·1932 = 4527,6 кДж/ (кг золы)
Тепловой эквивалент кокса составит:
qк = - Ск· (qC - zC) + A + S ·зS·qS (орг),
где Ск - содержание углерода в коксе, доли ед.
qк = - 0,8469· (13994 - 1260) + 0,13·4527,6 + 0,0178·0,82·14981 = - 9977,1738кДж/ (кг·кокса)
Общее уравнение для определения расхода кокса на основе тепловых эквивалентов шихтового и расходного материалов имеет вид:
qк ·К + qп. г·Г = qр. см ·Р + qм. р·М + qизв. ·U + qизв. ·zґ·К
Откуда получим:
К =
где
qк,, qр. см,qм. р, qизв. - тепловые эквиваленты кокса, рудной смеси, марганцевой руды, известняка, кДж/кг; qп. г - тепловой эквивалент природного газа, кДж/м3; К - расход кокса, кг; Г - расход природного газа, м3; Р, М, U - расход рудной смеси, марганцевой руды, известняка, кг; z' - расход известняка на единицу золы кокса.
Расход флюса на ошлакование единицы золы кокса составит:
z' = = = 0,1629
После подстановки численных значений получим:
К = = 49,102 кг.
На ошлакование всей золы кокса потребуется известняка:
zк = zґ·К = 0,1629·49,102 = 7,9987 кг.
Тогда общий расход известняка составит:
7,9987 + 6,284 = 14,2827 кг.
Полный выход чугуна составит:
rр. см ·Р + rм р·М + rизв. ·U + rк·К = 178,145·0,5580 + 2,377·0,2645 + 14,2827·0,0053 + 49,102·0,0257 = 101,3712 кг.
Тогда расход рудной смеси составит:
·100 = 175,735 кг.
Расход марганцевой руды составит:
·100 = 2,305 кг.
Расход известняка составит:
·100 = 14,089 кг.
Расход кокса составит:
·100 = 48,438 кг.
2.5 Расчёт состава чугуна
С учётом коэффициентов распределения рассчитаем количества Fe, Mn, P и S, которые переходят в чугун, шлак и газы.
Количество железа, которое перейдёт в чугун составит:
94,57·0,995 = 94,09 кг
Количество марганца, которое перейдёт в чугун, составит:
0,65·0,55 = 0,36 кг.
Количество серы, которое перейдёт в чугун, составит:
0,04·0,03 = 0,001 кг.
Количество фосфора, которое перейдет в чугун:
0,14·1,0 = 0,14 кг.
Количество железа, которое перейдёт в шлак составит:
94,57·0,005 = 0,4729 кг.
Количество марганца, которое перейдёт шлак, составит:
0,65·0,45 = 0,29 кг.
Количество серы, которое перейдёт в шлак, составит:
0,04·0,82 = 0,033 кг.
Количество серы, которое перейдёт в газ, составит:
0,04·0,15 = 0,006 кг.
На основании произведённых расчётов определим состав чугуна:
Таблица 2.9 - Распределение металлообразующих частей шихты
|
Компоненты шихты |
Расход,кг |
Fe |
Mn |
Р |
S |
|||||
|
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
|||
|
Рудная смесь Mn - руда Известняк Кокс |
175,735 2,305 14,089 48,438 |
53,364 3,15 0,5 2,32 |
93,78 0,073 0,07 1,124 |
0,13 40,0 0,18 |
0,23 0,92 0,087 |
0,044 0,09 0,01 0,04 |
0,077 0, 207 0,0014 0,019 |
0,098 0,03 1,78 |
0,17 0,0042 0,86 |
|
|
Итого |
95,047 |
1,237 |
0,304 |
1,034 |
||||||
|
Переходит в шлак, кг |
0,4729 |
0,29 |
- |
0,033 |
||||||
|
Переходит в чугун, кг |
94,591 |
94,09 |
0,36 |
0,14 |
0,001 |
|||||
|
Переходит в газ, кг |
- |
- |
- |
0,006 |
С учётом того, что в чугуне содержится 3,5 % С и 1,1 % Si, общая масса чугуна составит:
= 99,152 кг.
Тогда полученный чугун будет иметь следующий состав:
Таблица 2.10 - Состав чугуна
|
Всего |
Fe |
Mn |
P |
S |
C |
Si |
||||||||
|
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
|
|
99,152 |
100 |
94,09 |
94,9 |
0,36 |
0,363 |
0,14 |
0,141 |
0,001 |
0,001 |
3,47 |
3,5 |
1,09 |
1,1 |
2.6 Расчёт состава шлака
Из составляющих шихты доменной плавки в чугун переходит кремний в количестве 1,09 кг. Тогда в шлаке не будет доставать SiO2:
1,09· = 2,337 кг.
Все остальные оксиды компонентов шихты для доменной плавки прейдут в шлак полностью. На основании выше изложенных расчётов определим состав доменного шлака.
Таблица 2.11 - Шлакообразующие составляющих шихты.
|
Компоненты шихты |
Расход, кг |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
|||||
|
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
|||
|
Рудная смесь Mарганцевая руда Известняк Кокс |
175,735 2,305 14,089 48,438 |
14,23 0,46 0,47 3,0 |
8,096 20,0 3,35 6,2 |
6,71 0,13 0,013 1,39 |
3,82 5,5 0,09 2,87 |
19,21 0,048 7,42 0,27 |
10,932 2,1 52,7 0,55 |
3,08 0,005 0,176 0,111 |
1,75 0,2 1,25 0,23 |
|
|
Итого |
18,16 |
8,24 |
26,95 |
3,37 |
||||||
|
Переходит в чугун Остаётся в шлаке |
2,337 15,82 |
8,24 |
26,95 |
3,37 |
Кроме того, в шлаке будут содержаться FeO, MnO и S.
Количество FeO в шлаке определится из распределения железа между чугуном и шлаком:
0,4729· = 0,608 кг
Аналогичным образом рассчитаем количество MnO шлаке:
0,29· = 0,374 кг
При переходе серы в шлак протекает химическая реакция:
CaO + S = CaS + 0,5O2.
Из реакции видно, что при переходе в шлак 32 кг S одновременно в газ удаляется 16 кг О2. Поэтому масса шлака увеличивается не на полную массу серы, а лишь на половину. Таким образом, при переходе в шлак 0,033 кг серы масса шлака увеличится на 0,0165 кг.
Тогда масса шлака составит 55,38 кг.
На основании произведённых расчётов определим состав шлака доменной плавки.
Таблица 2.12 - Состав шлаков доменной плавки
|
Всего |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
FeO |
MnO |
S |
|||||||||
|
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
|
|
55,38 |
100 |
15,82 |
28,57 |
8,24 |
14,88 |
26,95 |
48,7 |
3,37 |
6,09 |
0,608 |
1,09 |
0,374 |
0,68 |
0,0165 |
0,03 |
Проверим основность полученного шлака:
b = = = = 1,26 ? 1.
Полученная основность приблизительно совпадает с заданной основностью.
2.7 Расчёт состава колошникового газа доменной печи
2.7.1 Количество кислорода шихты, переходящего в газ
Кислород оксидов железа:
0,5288·175,735· + 0, 2096·175,735· + 0,045·2,305· + 0,0072·14,089· + 0,0332·48,438· - 0,608· = 36,4727 кг,
где 0,608 - количество FeO, переходящее в шлак, кг.
Кислород оксидов марганца:
0,00168·175,735· + 0,635·2,305· + 0,0028·48,438· - 0,374· = 0,5585 кг,
где 0,374 - количество MnO, переходящее в шлак.
Кислород оксида фосфора:
0,00098·175,735· + 0,0021·2,305· + 0,00023·14,089· + 0,0008·48,438· = 0,1234 кг.
Кислород оксида кремния: 1,1·= 1,26 кг
Кислород известняка: (СаСО3 = СаО + СО2) и летучих кокса (СО2 = 0,3%)
Офл. = 0,4247·14,089· + 0,003·48,438· = 4,4574кг
Таким образом количество кислорода в в шихте составит:
Ош = 36,4727 + 0,5585 + 0,1234 + 1,26 + 4,4574 = 42,87 кг,
что в пересчёте на объём составит:
42,87·= 30,01 м3.
2.7.2 Углерод прямого восстановления
Количество кислорода, расходуемое на прямое восстановление, определится из уравнения:
Od = Ош·Rd - 0,5·ОФл = 42,87·0,28 - 0,5·4,4574 = 9,775 кг,
где 0,5 - коэффициент, учитывающий долю кислорода флюса и летучих, которая принимает участие в восстановлении.
Прямое восстановление протекает по реакции
С + 0,5О2 = СО.
Тогда количество углерода, затрачиваемое на прямое восстановление, составит:
Сd = 9,775·= 7,33 кг.
2.7.3 Количество необходимого дутья
Количество кислорода, необходимое для сжигания у фурм по реакции
С + 0,5О2 = СО составит:
Сф = Ск - Сd - Cч = 48,438·0,8469 - 7,33 - 3,47 = 30,22 кг,
где
Ск, Сd, Cч - количество углерода в соответственно в коксе, идущее на прямое восстановление и в чугуне.
Количество кислорода необходимое для сжигания у фурм углерода составит:
Оd = Сф· = 30,22·= 28,21 м3.
Количество кислорода, содержащееся в единице дутья, составит:
Од = щ· (1 - f) + 0,5·f = 0,21 (1 - 0,01) + 0,5·0,01 = 0,2129 (м3 О2) / (м3 дутья)
Количество азота в единице дутья составит:
Nд = (1 - щ) (1 - f) = (1 - 0,21) (1-0,01) = 0,7821 (м3 N2) / (м3 дутья)
Необходимое количество влажного дутья составит:
= 132,49 м3.
В нём содержится влаги:
132,49 ·0,01 = 1,3249 м3 Н2О
или 1,3249· = 1,065 кг
Количество сухого дутья составит
132,49 - 1,3249 = 131,165 м3.
Количество кислорода в сухом дутье составит:
132,49 ·0,21 = 27,82 м3
или 27,82·= 39,747 кг.
Количество азота в сухом дутье составит:
131,165 ·0,79 = 104,67 м3 или 104,67·= 130,83 кг.
Масса дутья составит:
1,3249 + 39,747 + 130,83 = 171,9 кг.
2.7.4 Расчёт количества метана и водорода в колошниковом газе без учёта вдуваемого природного газа.
Количество метана в колошниковом газе составит:
48,438 ·0,004 = 0, 194 кг или 0, 194· = 0,27 м3.
По условиям плавки 30 % гидратной воды, внесённой в печь, разлагается с образованием водорода:
Н2Огидр. = 0,3· (0,0036·175,735 + 0,055·2,305) = 0,23 кг
В ней содержится:
0,23· = 0,025 кг Н2.
Степень использования водорода в восстановительных процессах по условиям плавки составляет 40 %. Тогда 60 % поступающего в печь водорода переходит в колошниковый газ:
Н2 (кол.) = (0,004·175,735 + 1,3249· + 0,025) ·0,6 = 0,525 кг или 0,525·= 5,88 м3.
Количество водорода, израсходованного на восстановление без учёта природного газа составит:
Н2 (вос.) = (0,004·48,438 + 1,3249· + 0,025) ·0,4 = 0,35 кг или 0,35·= 3,92 м3.
2.7.5 Расчёт количества газов, образующихся при горении природного газа
В 10 м3 природного газа содержится 9,6 м3 или 9,6·= 6,86 кг СН4, 0,3 м3 или 0,3 ·= 0,59 кг С3Н8 и 0,1 м3 или 0,1·= 0,13 кг N2. Таким образом в печь вносится 6,86 + 0,59 + 0,13 = 7,58 кг природного газа.
Горение составляющих природного газа осуществляется по реакциям
СН4 +0,5О2 = СО + 2Н2 и С3Н8 + 1,5О2 = 3СО + 4Н2.
Количество кислорода, необходимое для сжигания природного газа, составит:
9,6·0,5 + 0,3·1,5 = 5,25 м3
Содержание кислорода в единице влажного дутья составит:
Од = щ· (1 - f) + 0,5·f = 0,21 (1 - 0,01) + 0,5·0,01 = 0,2129 (м3 О2) / (м3 дутья).
Для сгорания всего газа требуется дутья:
= 24,66 м3.
Количество водяных паров в дутье составляет:
24,66·0,01 = 0,25 м3 или 0,25·= 0,20 кг.
Тогда количество сухого дутья потребуется:
24,66 - 0,25 = 24,41 м3.
В нём количество азота составит:
24,41·0,79 = 19,28 м3 или 19,28·= 24,1 кг.
Количество кислорода сухого дутья составит:
24,41·0,21 = 5,13 м3 или 5,13· = 7,33 кг.
Масса влажного дутья составит:
0,20 + 24,1 + 7,33 = 31,63 кг
В соответствии с реакциями горения природного газа из одного объёма метана образуется один объёма или 9,6 м3 СО и два объёма или 19,2 м3 Н2, а из одного объёма С3Н8 образуется три объёма или 0,9 м3 СО и четыре объёма или 1,2 м3 Н2.
Кроме того, водород поступает из паров воды где на один объём пара приходится один объём или 0,25 м3 водорода.
Таким образом, в результате сгорания природного газа образуется
СО9,6 + 0,9 = 10,5 м3,Н219,28 + 1,2 + 0,25 = 20,65 м3,N219,28 +0,1 = 19,38 м3.
2.7.6 Расчет состава колошниковых газов
Расход водорода на восстановительные процессы по условиям плавки составляет 40 % или:
20,65·0,4 = 8,26 м3.
Тогда в колошниковые газы перейдёт водорода:
20,65 - 8,26 = 12,39 м3.
Общее количество водорода пошедшее на восстановление составит:
3,92 + 8,26 = 12,18 м3
Общее количество водорода переходящее в колошниковый газ составит:
3,92 + 12,39 = 16,31 м3 или 16,31·= 1,46 кг.
Поскольку при восстановлении 1 моль Н2 реагирует с 0,5 моль О2, то количество кислорода, отнятое водородом от шихты составит:
ОН= 0,5·12,18 = 6,09 м3.
Количество диоксида углерода в колошниковом газе составит:
СО2 (кол.) = (Ош - Оф - ОН) ·2·Ri + RiOф = (30,01 - 4,4574· - 6,09) ·2·0,72 + 0,72·4,4574· = 32, 1982 м3 или 32, 1982·= 63,25 кг.
Количество углерода, которое газифицируется в процессе плавки без учёта природного газа, составит:
Сг = Ск + Сф - Сч = 48,438·0,8496 + 4,4574· - 3,47 = 38,89 кг.
Содержание углерода оксида углерода в без учёта природного газа составит:
СО = Сг - ССО= 38,89 - 63,25· = 20,35 кг.
Содержание оксида углерода в колошниковом газе без учёта природного газа составит:
20,35·= 47,49 кг или 47,49·= 55,12 м3.
Содержание оксида углерода в колошниковом газе с учётом сжигания природного газа составит:
55,12 + 10,5 = 65,62 м3 или 65,62·= 77,021 кг.
Содержание азота в колошниковом газе с учётом сжигания природного газа составит:
104,67 + 19,38 = 124,05 м3 или 124,05· = 150,06 кг
На восстановление затрачивается 12,18 м3 водорода. В результате образуется воды:
12,18·= 9,79 кг.
Количество неразложившейся гидратной воды составляет:
0,0036·175,735 + 0,055·2,305 - 0,23 = 0,53 кг
Тогда воды в колошниковом газе составит
9,79 + 0,53 = 10,32 кг или 10,32· = 12,84 м3.
На основании выполненных расчётов запишем состав колошниковых газов.
Таблица 2.13 - Состав колошниковых газов
|
Компоненты |
Содержание в газе, % |
|||||||
|
СО2 |
СО |
N2 |
H2 |
CH4 |
H2O |
Итого |
||
|
По массе, кг По объёму: м3 % |
63,25 32, 1982 12,81 |
77,021 65,62 26,11 |
150,06 124,05 49,37 |
1,46 16,31 6,49 |
0, 194 0,27 0,11 |
10,32 12,84 5,11 |
302,305 251,29 100,0 |
2.8 Расчёт материального баланса доменной плавки
По результатам выполненных расчётов составляем материальный баланс доменной плавки.
Таблица 2.14 - Материальный баланс доменной плавки
|
№ п/п |
Задано в печь |
кг |
№ п/п |
Получено в печи |
кг |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 |
Рудная смесь Марганцевая руда Известняк Кокс Природный газ Воздушное дутье для сжигания кокса Воздушное дутьё для сжигания природного газа |
175,735 2,305 14,089 48,438 7,58 1 71,9 31,63 |
1 2 3 |
Чугун Шлак Газ |
95,152 55,38 302,305 |
|
|
Итого |
451,677 |
Итого |
452,837 |
Невязка ·100 = - 0,26 %.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Конструкция и принцип работы доменной печи. Расчет шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Определение материального и теплового балансов доменной плавки. Расчет профиля доменной печи (полезная высота и объем).
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.05.2011Расчет шихты доменной печи. Средневзвешенный состав рудной смеси. Выбор состава чугуна и шлака. Оценка физических и физико-химических свойств шлака. Заплечики и распар, шахта и колошник. Профиль и горн доменной печи, показатели, характеризующие ее работу.
курсовая работа [465,5 K], добавлен 30.04.2011Химический состав компонентов шихты. Определение состава доменной шихты. Составление уравнений баланса железа и основности. Состав доменного шлака, его выход и химический состав. Анализ состава чугуна и его соответствие требованиям доменной плавки.
контрольная работа [88,4 K], добавлен 17.05.2015Описание работы доменной печи, в зависимости от исходных условий и способа загрузки компонентов шихты в скип. Методы загрузки железорудных материалов. Влияние смешивания рудного сырья с коксом на газодинамические условия и показатели доменной плавки.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 08.12.2014Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.
курсовая работа [303,9 K], добавлен 30.12.2014Свойства и особенности переработки сталеплавильных шлаков. Расчет доменной шихты. Влияние содержания метеллоконцентрата в доменной шихте на показатели доменной плавки. Организация и экономика производства. Охрана жизнедеятельности и окружающей среды.
дипломная работа [337,7 K], добавлен 01.11.2010Влияние порядка загрузки материалов, уровня засыпи и подвижных плит на распределение и газопроницаемость шихты по сечению модели колошника доменной печи. Оптимальное расположение фурменных очагов в горне. Составляющие столба материалов в доменной печи.
курсовая работа [436,1 K], добавлен 20.06.2010Разработка и расчет строительства доменной печи. Выбор и обоснование материалов, вспомогательных устройств, оборудования. Выбор, расчет и обоснование технологических параметров плавки. Обеспечение экологичности производства, безопасности условий труда.
дипломная работа [79,8 K], добавлен 22.11.2010Вычисление профиля доменной печи, графическое изображение разреза по технологической оси. Расчет доменной шихты на получение чугуна с содержанием марганца. Виды огнеупоров: шамотный, высокоглиноземистый, карбидокремниевый кирпич, углеродистые блоки.
курсовая работа [865,1 K], добавлен 12.04.2012Процессы разложения плавильных материалов. Процессы восстановления в доменной печи: термодинамика и кинетика восстановления оксидов. Влияние разных факторов на параметры этого процесса и их связь с технико-экономическими показателями доменной плавки.
контрольная работа [826,4 K], добавлен 30.07.2011
