Технологический расчёт доменной плавки

 Министерство образования и науки

Российской Федерации

 

ГОУ ВПО Липецкий государственный  технический университет

 

Кафедра металлургии

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу «Теория и технология доменного процесса»

По теме «Технологический расчёт доменной плавки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 Задание 

Рассчитать доменную плавку в условиях ОАО «НЛМК» на печи объёмом 3200 м3 для выплавки передельного чугуна марки П-2 с использованием природного газа, конвертерного шлака в качестве шлакообразующего и содержанием Fe в рудной части не менее 58 %.

 

Содержание 

Исходные данные

  

1.1 Исходные условия плавки

  

1.2 Составление балансового  уравнения по выходу чугуна

  

1.3. Уравнение по балансу  основных и кислых оксидов

  

1.4 Составление уравнения теплового баланса

  

1.5 Решение балансовых  уравнений 

  

     Поверочные  таблицы чугуна и шлака

  

1.6. Свойства шлака

  

2. Расчёт состава и  количества колошникового газа

  

3. Материальный баланс  доменной плавки

  

4. Тепловой баланс  доменной плавки.

  

5. Основные элементы технологии доменной плавки на печи объмом 700 м3.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  
   

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

 

Исходные данные

1. Доменная печь –  ДЦ №2 ОАО «НЛМК»: V=3200м3,

2. Агломерат - аглофабрика  ОАО «НЛМК» 4-я машина

 

Исходный химический состав шихтовых материалов

Материал

Fe

FeO

CaO

SiO2

MgO

Осн.

Mn

Al2O3

Fe2O3

Агломерат (80%)

58,29

12,4

8,4

7,51

1,57

1,12

0,08

0,71

69.5

Окатыши (20%)

65.65

2.48

0.21

5.2

0.38

-

-

0.28

91.04

Железорудная смесь

                  

Флюс

20.7

15.62

44.35

14.4

3.71

-

-

3.69

12.21

Зола кокса

6.47

-

5.59

49.62

2.25

-

0.083

24.66

9.24


 

 таблица  1

Материал

S

Zn

MnO

P

K2O

Na2O

C

  

Агломерат (80%)

0.02

0.011

-

-

-

-

-

  

Окатыши (20%)

0.01

0.004

0.09

-

0.045

0.093

0.12

  

Железорудная смесь

                

Флюс

0.08

0.004

2.36

-

0.063

0.091

2.4

  

Зола кокса

1.18

-

0.04

0.46

1.65

1.52

-

  

 

3. Марка чугуна – П2

Качество кокса:

W      A      V      S

0.9   12.4   0.8    0.46

 

 

 

 

Таблица 2

Химический состав шихтовых материалов

Материал

Feобщ

Mn

P

S

FeO

Fe2O3

SiO2

CaO

MgO

Агломерат (80%)

58.29

0.08

-

0.02

12.37

69.334

7.492

8.38

1.566

Окатыши (20%)

65.65

0.07

-

0.01

2.484

91.184

5.208

0.21

0.381

Железорудная смесь

59.762

0.078

-

0.018

10.393

73.704

7.035

6.746

1.329

Флюс

20.7

1.82

-

0.08

16.154

12.628

14.892

45.866

3.837

Кокс

0.8

0.01

0.057

0.46

1.056

1.157

6.18

0.7

0.28


 

Продолжение таблицы 2

Материал

Al2O3

MnO

P2O5

SO3

С

   К2О

Na2O

f

Агломерат (80%)

0.708

0.1

-

0.05

-

-

-

100

  

Окатыши (20%)

0.28

0.09

-

0.025

0.12

0.045

0.093

100

  

Железорудная смесь

0.622

0.089

-

0.045

0.024

0.009

0.019

100

  

Флюс

3.816

2.441

-

0.207

2.4

0.065

0.094

100

  

Кокс

3.078

0.005

0.13

0.174

86.34

0.2

0.19

100

0,9


 

1.1.2 Коэффициенты распределения  элементов

При выплавке конвертерного  чугуна рекомендуется принять коэффициенты распределения элементов между чугуном, шлаком и газом

Таблица 3

Распределение элементов (в долях еденицы)

Элемент

Чугун

η

Шлак

μ

Газ

λ

Железо

0,998

0,002

0

1,0

Марганец

0,600

0,400

0

1,0

Фосфор

1,000

0

0

1,0

Сера

0,040

0,920

0,040

1,0


 

1.1.3. Состав чугуна. Содержание  в чугуне кремния (в зависимости  от указанного в задании способа передела чугуна в сталь) и серы (в зависимости от содержания серы в коксе) принимается в соответствии с ГОСТ 805-69.

Содержание в чугуне фосфора и марганца рассчитать по балансовым уравнениям:

Здесь – содержание фосфора, марганца и железа в чугуне, % принимаем =94%;

– количество фосфора, вносимого  коксом, флюсом и другими добавками, принимаем  = 0,02%;

– содержание железа и марганца в железорудной смеси, %;

– коэффициент перехода марганца в чугун.

Содержание углерода в передельном  чугуне принимаем  = 4,7%.

                                         

Состав чугуна, %: Si=0,5; Mn=0,07; P=0,02; S=0,02; С=4,7; Fe=94,66.

1.1.4. Основность доменного  шлака. Основность шлака по  соотношению в нём  принимается в зависимости от содержания серы в коксе. Принимаем основность равной 1,05.

1.1.5. Температура горячего дутья  принимаем в пределах 1100-14000С, принимаем Tдут=11500С.

1.1.6. Содержание кислорода в дутье – 0,30 .

1.1.7. Расход природного  газа в зависимости от степени  обогащения дутья кислородом можно принять в пределах 80 – 150 чугуна, т.е.  0,3–0,6 . Расход газа принимаем 140

Таблица 4

Состав природного газа, %

93,5

4,0

1,0

0,5

0,8

0,2

100


 

1.1.8 Количество газов,  выделяющихся из кокса находим  по таблице

Таблица 5

Состав летучих веществ  кокса и содержание их в коксе

Состав газа

СО2

СО

СН4

Н2

N2

∑

% (вес)

13,2

24,1

0,9

39,5

22,3

100

кг/100

кг кокса

0,11

0,22

0,01

0,35

0,20

0,90


 

1.1.9 Влажность дутья  принимаем равной 1,0%

1.1.10 Степень прямого восстановления  =0,55

1.1.11 Температуру колошникового  газа для комбинированного дутья  содержащего не более 45 % кислорода, можно рассчитать по эмпирической формуле

Здесь – температура колошника при применении обычного атмосферного дутья . Принимаем =230 °C.

П – расход вдуваемого топлива, м3/кг чугуна

Е – характеристика вдуваемого топлива, определяется по формуле

Для природного газа принимаем E=2.

                °C

1.1.12 Теплосодержание  чугуна и шлака. Теплосодержание  зависит от сорта выплавляемого чугуна и принято равным: а) для передельного чугуна ( ) – 1260 кДж/кг; б) для шлака ( )– 1880 кДж/кг 

1.1.13  Тепловые потери  = 840 кДж/кг чугуна

1.2 Составление балансового уравнения  по выходу чугуна

Выход чугуна из компонентов шихты  рассчитывается по формуле, (кг/кг материала):

Здесь Fe, Mn, P – содержание железа, марганца и фосфора в данном материале

- коэффициенты перехода железа, марганца, фосфора в чугун, доли  единиц;

- содержание кремния, серы и углерода в чугуне, %.

Таблица 6

Выход чугуна, кг/кг материала

Показатели

Агломерат

Флюс

Кокс

58.173

20.659

0.798

0.048

1.092

0.006

-

-

0.057

58.221

21.751

0.861

5.22

5.22

5.22

0.614

0.229

0.009


 

Уравнение материального баланса  по выходу чугуна:

,

Где А – расход железорудных материалов (агломерат, окатыши руда)

       Ф – расход флюса

       К – расход кокса

После подстановки соответствующих  уравнение принимает вид:

                            0.614×A+0.229×Ф+0,009×К=100

1.3. Уравнение по балансу основных  и кислых оксидов

Где , где - основность доменного шлака , - количество диоксида кремния, расходуемого на восстановление кремния.

            

Таким образом, уравнение по основности принимает вид:

                                         0,726×А+30.317×Ф-8.731×К=0

1.4 Составление уравнения теплового  баланса

1.4.1. Теоретический выход шлака  каждого компонента шихты (Ш):

1.4.2 Определение полезного  расхода тепла на доменную  плавку, кДж/кг материала

1.4.2.1 Расход тепла на диссоциацию  окислов и других соединений:

1.4.2.2. Расход тепла  на разложение гидратов и карбонатов:

                                                            

=(3192*45.866+2747*3.837)*0.01=1569 кДж/кг

1.4.2.3 Расход тепла на  испарение влаги шихты:

                                            

1.4.2.4. Расход тепла  на нагрев чугуна:

                                          

1.4.2.5. Расход тепла на нагрев  шлака, 

                                                         

                 

Полезный расход тепла

                      

1.4.3 Расход тепла на нагрев  газов, выделяющихся из шихты:

                                               

1.4.4 Характеристика вдуваемого  в печь восстановительного газа.

1.4.4.1 Тепло неполного  горения природного газа, кДж/м3

1.4.4.2 Суммарное содержание углерода, водорода, кислорода и азота в  природном газе, м3/м3:

                 

1.4.4.3. Расход влажного  дутья, м3/м3 природного газа:

                                          

где f – влажность дутья,

1.4.4.4 Выход горнового  газа, м3/м3 природного газа:

                            

1.4.5 Характеристика кокса,  сгорающего перед воздушными  фурмами 

1.4.5.1 Расход влажного  дутья, м3/кг Сф:

                                            

1.4.5.2. Выход горнового газа, м3/кг Сф:

                                  

1.4.6. Расход восстановителей  С, СО и Н2

1.4.6.1. Определение количества  кислорода, переходящего в газ  из шихты, кг/100 кг материала: 

Общее количество кислорода, переходящего в газ из восстанавливаемых оксидов:

Кроме того в газ переходит  кислород диоксида углерода, карбонатов и летучих веществ кокса  , а также кислород и оксид углерода летучих веществ

Общее количество газифицированного  кислорода шихты:

 

 

Таблица 7

Расчётная формула

Агломерат

Флюс

Кокс

1. Восстановление

7,37

1,263

0,12

2. Восстановление

17,041

5,902

0,228

3. Восстановление

0,364

0,449

0,08

Итого

24,775

7,614

0,428


 

1.4.6.2. Расход природного газа, м3/кг СФ:

                       

Принимаем 0.15

Теоретическая температура горения:

                          

1.4.6.3 Суммарный расход  дутья, м3/кг СФ,

                                      

1.4.6.4. Суммарный выход  фурменного газа, м3/кг Сф:

                                     

В том числе окиси  углерода, водорода и азота, м3/кг СФ

                                   

1.4.7. Расход углерода, окиси углерода и водорода  на восстановление

1.4.7.1 Определение доли  кислорода непрямого восстановления, отнимаемого окисью углерода

                                      

1.4.7.2. Определение степени  прямого восстановления (по А.Н.Рамму):

                           

2.4.7.3. Расчёт расхода восстановителей представлен в таблице

 

Расчетная формула 

Агломерат

Флюс

Кокс

Количество О2 отнятого прямым путём

17.041×0.341+0.364

5.902×0.341+0.449

0.228×0.341+0.08

6,175

2,462

0.158

Количество О2, отнятого косвенным путём

24,775-6,175

7,614-2,462

0,428-0.158

18,6

5,152

0.27

В том числе 

18,6×0.734=13.652

5,152×0.734=3.782

0.27×0.734=0.198

4,948

1,37

0,072

Расход С на прямое восстановление

0.75×6,175

0.75×2,462

0.75×0.158

4,631

1,846

0.118

Расход СO на косвенное восстановление

1.4×13,652

1.4×3.782

1.4×0.198

19.113

5,295

0.277

Расход H2 на восстановление

1.4×4,948

1.4×1,37

1.4×0.072

6,927

1,918

0.1




Таблица 8

 

1.4.8. Определение теплосодержания  дутья, кДж/м3

Где f- влажность дутья, доли единиц; - температура дутья; С0, - теплоёмкость соответственно двух атомных и водяного пара, кДж/м3 , 0С, - тепло разложения влаги дутья ( = кДж/м3)

                         Iд=1200×(1,41+0,01×1,72)-0,01×242800/22,4=1783

1.4.9. Определение теплоотдачи углерода  кокса, сгорающего у фурм, кДж/кг  Сd

                          

1.4.10. Определение теплоотдачи  углерода кокса расходуемой на  прямое восстановление углерода, кДж/кг Сd,

                             

1.4.11. Определение теплоотдачи  окиси углерода и водорода, расходуемых на косвенное восстановление, кДж/м3

                  

                   

1.4.12. Определение тепловых  характеристик каждого компонента  доменной шихты, кДж/кг материала

Тепловой эквивалент:

При расчёте тепловых эквивалентов и составлении трёх балансовых уравнений учитываем, что:

а) углерод прямого  восстановления не доходит до воздушных  фурм (окисляется кислородом шихты) и, следовательно, потеря тепла составляет . Поэтому тепловой эквивалент каждого материала уменьшается на величину ;

б) в уравнении теплового  баланса не учитывается углерод, переходящий в чугун; в связи  с этим расход кокса, определяемый решением системы уравнений, следует увеличить на величину ; соответственно надо внести изменения в уравнения материального баланса: по выходу чугуна на величину , по основности шлака — на величину .

Тепловой эквивалент , с учетом сказанного выше:

для агломерата:

           для флюса:

          для кокса:

1.5. Запишем балансовые  уравнения 

 

    Материал

Расход

кг/100кг чугуна

Агломерат (А)

158,47

   Флюс (Ф)

9,91

    Кокс (к)

42,39


Расход кокса с учётом углерода переходящего в чугун равен:

                       

Проверяем правильность расчёта путём составления поверочных таблиц чугуна и шлака.

 

Таблица 9

Поверочная таблица  состава чугуна

Компонент

шихты

Расход

кг/100 кг чугуна

Fe

Mn

P

S

Si

кг

С

кг

кг

%

кг

%

кг

%

кг

%

кг

Агломерат

158,47

59.762

94,6

0.078

0.124

-

-

0.018

0.028

      

Кокс

47,834

0.8

0.383

0,01

0,005

0,057

0,027

0.46

0.22

      

Флюс

9,91

20,7

2,05

1,82

0,18

-

-

0,08

0,008

      

Итого вно сится

    

97,033

  

0,309

  

0,027

  

0,256

      

Переходит в шлак

    

0,194

  

0,124

  

0

  

0,235

      

Переходит в газ

    

-

  

-

  

-

  

0,01

      

Переходит в чугун

    

96,839

  

0,185

  

0,027

  

0,010

0.500

4.700

102,26

Состав чугуна

  

94,69%

  

0,180%

  

0,026%

  

0,010%

  

0,50%

4,60%

100%