РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ

Расчет ведется на 100 кг металлошихты.

ПРИХОД ТЕПЛА:

 = , кДж, (3.1)

где  – физическое тепло жидкого чугуна;

 – химическое тепло реакций окисления примесей металлошихты;

 – химическое тепло реакций шлакообразования;

 – химическое тепло реакций образования оксидов железа шлака;

 – химическое тепло испарения железа до оксида железа;

 – физическое тепло миксерного шлака.

Физическое тепло жидкого чугуна, кДж

 =  (3.2)

где  – количество чугуна, кг;

 – теплоемкость твердого чугуна (0,755 кДж/(кг · град);

 – теплоемкость жидкого чугуна (0,92 кДж/(кг · град);

 – температура заливаемого в конвертер чугуна, ;

 – температура плавления (ликвидуса) чугуна (1150 – 1200 );

 – скрытая теплота плавления чугуна (218 кДж/кг).

 = 79,22[0,755∙1150 + 218 + (1340 – 1150) ∙ 0,92] = 99900,4 кДж

Химическое тепло окисления примесей металлошихты, кДж

Табл. 3.1 Химическое тепло окисления примесей

Элемент-оксид	Окисляется примесей, кг	Тепловой эффект р-ии окисления (на 1 кг эл-та), кДж	Выделяется тепла, кДж	% от Q2
С → СО	==0,9∙3,157=2,841	11096	=2,841∙11096=31523,7	48,4
С → СО2	==0,1∙∙3,157=0,316	34710	∙34710=0,316∙∙34710=10968,4	16,9
Si → SiO2	=  =0,72	26922	∙26922=0,72∙26922=19383,8	29,8
Mn → MnO	= = 0,354	7034	∙7034=0,354∙7034=2490	3,8
P → P2O5	=  = 0,0354	19763	∙19763=0,0354∙19763=699,6	1,1
Итого:			Q2=65065,6	100,00

Химическое тепло реакций шлакообразования, кДж

Принимаем, что весь SiO2 и P2O5 в шлаке связываются в соединения с оксидом кальция по реакциям:

SiO2+ 2СаО =  кДж/ кг

P2O5 + 4СаО = кДж/ кг

тогда

 = ; (3.3)

 = 2,119∙2300 + 0,089∙4860 = 5301,4 кДж

Химическое тепло реакций образования оксидов железа шлака, кДж

 = ,

где  – количество тепла железа, окислившегося до ;

 – количество тепла железа, окислившегося до .

 кДж/кг;

кДж/кг.

 = ; (3.4)

 = 0,007∙14,379∙6,92∙7320 + 0,0078∙14,379∙13,86∙4820 = 12591,1 кДж

Химическое тепло реакций окисления железа до оксида железа дыма, кДж

 = , (3.5)

 = 1,2∙7370 = 8844 кДж

Физическое тепло миксерного шлака, кДж

 = , (3.6)

где  – средняя температура миксерного шлака, ;

 =

 = 1340 – 16 = 1324

 – средняя теплоемкость миксерного шлака, кДж/(кг∙град)

 = ;

 = 0,73 + 0,00025(1324 + 273) = 1,13 кДж/(кг∙град)

 = 210 кДж/кг – скрытая теплота плавления миксерного шлака;

 = 0,63(1,13∙1324 + 210) = 1074,9 кДж

 = 99900,4 + 65065,6 + 5301,4 + 12591,1 + 8844 + 1074,9 = 192777,4

Расход тепла, кДж

 = , (3.7)

где  – физическое тепло жидкой стали;

 – физическое тепло конечного шлака;

 – тепло отходящих газов;

 – тепло диссоциации влаги, вносимой шихтой;

 – тепло диссоциации  шихтовых материалов;

 – тепло диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой;

 – тепло, уносимое оксидом железа дыма;

 – тепло, уносимое железом выбросов;

 – тепло, уносимое железом корольков;

 – потери тепла на нагрев футеровки, излучением через горловину, на нагрев воды, охлаждающей фурму и другие неучтенные потери.

Физическое тепло жидкой стали, кДж

 = , (3.8)

где  = 0,70 кДж/(кг · град) – теплоемкость твердого металла;

 = 0,84 кДж/(кг · град) – теплоемкость жидкого металла;

 – температура металла в конце продувки;

 – температура плавления (ликвидуса) металла, ;(см. раздел 1)

 = 285 кДж/кг – скрытая теплота плавления металла.

 = 90,31[0,70∙1507 + 285 + (1614 – 1507) ∙ 0,84] = 129123,4кДж

Физическое тепло жидкого шлака, кДж

 = , (3.9)

где

 = 0,73 + 0,00025 – средняя теплоемкость конечного шлака,

 = 0,73 + 0,00025(1614 + 273) = 1,2 кДж/(кг · град)

 = 210 кДж/кг – скрытая теплота плавления шлака;

 = 14,379(1,2∙1614 + 210) = 30868,8 кДж

Тепло, уносимое отходящими газами, кДж

Среднюю температуру отходящих газов принимаем равной средней температуре металла во время продувки:

 =  = = 1477

 = Σ, (3.10)

где  – количество составляющей отходящих газов,  и т.д., нм3 (см. табл. 2.5);

 - средняя теплоёмкость газов, кДж/(м3∙град) (из табл. 3.2 заносим в табл. 3.3)

Табл. 3.2 Теплоёмкость газов

Газ	Средняя теплоёмкость, кДж/(м3∙град) при , 0С
	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700
CO2	2,26	2,28	2,30	2,32	2,34	2,36	2,38
CO	1,43	1,44	1,45	1,46	1,47	1,48	1,49
H2O	1,77	1,79	1,81	1,83	1,85	1,87	1,89
H2	1,33	1,34	1,35	1,36	1,37	1,38	1,39
N2	1,40	1,41	1,42	1,43	1,44	1,45	1,46
O2	1,49	1,50	1,51	1,52	1,53	1,54	1,55

Табл. 3.3 Тепло отходящих газов

Газ	Количество газов, нм3	Средняя теплоемкость газов	Уносится тепла, кДж
СО2	0,749	2,34	2588,7
СО	5,304	1,47	11516
	0,07	1,85	191,3
	0,034	1,37	68,8
	0,028	1,44	59,6
	0,015	1,53	33,9
Итого:			Q3′ = 14458,3

Тепло диссоциации влаги, вносимой шихтой, кДж

При диссоциации влаги по реакции:

 =  + 0,5 – 242000 кДж/(кг - моль)

поглощается тепла

 =  · 242000 кДж, (3.11)

 =  = 367,3 кДж

Тепло диссоциации  шихтовых материалов, кДж

При диссоциации  шихтовых материалов по реакции:

 =  + СО2 – 4025 кДж/кг СО2 поглощается тепла:

 =  = ; (3.12)

 = 1,472∙4025 = 5924,8 кДж

Тепло диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой, кДж

При диссоциации оксидов железа, внесенных шихтой и футеровкой, поглощается тепла:

 = , (3.13)

где  – количество тепла, теряемого ванной при диссоциации оксидов железа по реакции:

 =  – 5160 кДж/кг ;

 – количество тепла, теряемого ванной при диссоциации закиси железа по реакции:

 =  – 3750 кДж/кг ;

 = ; (3.14)

 = 0,01(0,3∙2,1 + 0,0065∙20,78∙3,0 + 0,012∙20,78∙69,0) = 0,182 кДж/кг

 = ; (3.15)

 = 0,01(0,63∙16,3 + 0,012∙20,78∙31,0) = 0,18 кДж/кг

тогда

 = ; кДж

 = 0,182∙5160 = 939,1 кДж

 = ; кДж

 = 0,18∙3750 = 675 кДж

 = 939,1 + 675 = 1614,1 кДж

Тепло, уносимое оксидом железа дыма, кДж

 = , (3.16)

где  = 0,88 кДж/кг;

 = 1,716∙0,88∙1477 = 2230,4 кДж

Тепло, уносимое железом выбросов, кДж

 = , (3.17)

где  =  = 0,84 кДж/(кг · град);

 = 0,8∙0,84∙1477 = 992,5 кДж

Тепло, уносимое железом корольков, кДж

 = , (3.18)

где  =  = 0.84 кДж/(кг · град); =

 = 1,15∙0,84∙1477 = 1426,8 кДж

Потери тепла на нагрев футеровки конвертера, излучением через горловину, с охлаждающей водой и т.д. составляют обычно 1,5 – 3,0% от прихода тепла, кДж

Принимаем эти потери f = 2,5 %

 =  (3.19)

 = 192777,4∙2,5/100 = 4819,4 кДж

 = 129123,4 + 30868,8 + 14458,3 + 367,3 + 5924,8 + 1614,1 + 2230,4 + 992,5 + 1426,8 + 4819,4 = 191825,8 кДж

Табл. 3.4Тепловой баланс плавки

Приход			Расход
Статьи прихода	кДж	%	Статьи расхода	кДж	%
Физическое тепло чугуна	99900,4	51,8	Физ. тепло жидкого металла	129123,4	67,4
Тепло окисления примесей	65065,6	33,7	Физическое тепло шлака	30868,8	16,1
Тепло шлакообразования	5301,4	2,8	Тепло отходящих газов	14458,3	7,5
Тепло образования оксидов Fe шлака	12591,1	6,5	Тепло диссоциации влаги	367,3	0,2
Тепло окисления Fe дыма	8844	4,6	Тепло диссоциации	5924,8	3,1
Физическое тепло миксерного шлака	1074,9	0,6	Тепло диссоциации оксидов Fe шихты	1614,1	0,8
			Тепло, унос. окс. Fe дыма	2230,4	1,2
			Тепло выбросов Fe	992,5	0,5
			Тепло Fe корольков	1426,8	0,7
			Потери тепла конвертером	4819,4	2,5
Итого	192777,4	100	Итого	191825,8	100

Избыток тепла

∆Q = 192777,4 – 191825,8 = 951,6 кДж

Невязка составляет

 = 0,49 %

Определяем расход материалов на плавку

Табл. 3.5 Расход материалов

№ п/п	Наименование	Расход материалов
		На 100 кг, кг	На 130т, т
1	Чугун	79,22	102,986
2	Миксерный шлак	0,63	0,819
3	Лом	20,78	27,014
4	Известь	7,94	10,322
5	Плавиковый шпат	0,4	0,520
6	Футеровка	0,3	0,390
7	Дутье, нм3	4,916	6,391

ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ

1.         Бигеев А.М. Основы математического описания и расчеты кислородно – конвертерных процессов / А.М. Бигеев, Ю.А. Колесников.- М.: Металлургия, 1970.-232с.

2.         Якушев А.М. Справочник конвертерщика / А.М. Якушев. – Челябинск : Металургия, 1990.- 448с.

3.         Баптизманский В.И. Конвертерные процессы производства стали / В.И.Баптизманский, М.Я. Меджибожский, В.Б.Охотский.- К. – Д. : Высшая школа, 1984 – 343с.