Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тепловая работа и конструкция промышленных печей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»

Домашнее задание № 1

по дисциплине

«Тепловая работа и конструкция промышленных печей»

Вариант № 3

Выполнила: ст. гр. ТФА-06-1д

Голдаева К.И.

Проверила: Малахова О.И.

Старый Оскол

2010г.

Содержание

Анализ статей материального и теплового баланса конвертерной плавки…………3
Расчет…………………………………………………………………………………….8

Материальный баланс………………………………………………………….8
Определение основных размеров конвертера………………………………..13
Расчет кислородной фурмы…………………………………………………...14
Тепловой баланс……………………………………………………………….16

Расчет экономической эффективности режимов продувки дожигания оксида углерода в рабочем пространстве конвертера………………………………………..22
Расчет дополнительных капитальных затрат…………………………………………23

1. Анализ статей материального и теплового баланса конвертерной плавки

Анализ показателей конвертерной плавки показывает, что потери железа со шлаком и отходящими газами с пылью составляют соответственно 2,38 и 1,34%, а потери тепла соответственно – 14,8 и 10,1%.

Для повышения энергетической эффективности конвертерного процесса наиболее целесообразно максимально использовать химическую энергию отходящих газов путем интенсификации режима дожигания оксида углерода с последующей утилизацией этой энергии металлом в ванне конвертера. Полученное при этом тепло способствует повышению доли перерабатываемого лома на плавку. В среднем на 1 т стали в течение конвертерной плавки выделяется около 56,5 м³ СО, что при дожигании 40%, этого объема позволяет увеличить степень использования тепла до 30%, а следовательно, переработать дополнительно около 50 кг/т лома.

Для дожигания СО в полости конвертера (рис. 1) применяют двухъярусные кислородные фурмы (рис. 2), позволяющие за счет встречной подачи газов (рис. 3) увечить приход тепла в результате дожигания СО над ванной.

На схеме рис. 1 показан конвертер с комбинированным дутьем, т.е. сверху над металлом располагается двухъярусная кислородная фурма с расходом кислорода на продувку в ванны и дожигание СО, а снизу ванна продувается аргоном (азотом) или кислородом в потоке природного газа. При этом природный газ в ванне диссоциирует (СН₄→ С + 2Н₂), а продукты реакции (С и Н₂) окисляются и дожигаются кислородом.

В конвертерах с комбинированным дутьем (рис. 1) дожигание СО в потоке отходяших газов, содержащих не только СО, но и Н₂, является еще более эффективным.

Высокоэффективным является такой дутьевой режим конвертерной (рис. 3) и мартеновской (рис. 4) плавки с применением двухъярусной фурмы с отдувом, в котором предусмотрено максимальное дожигание СО струями О₂ (рис. 3) вблизи поверхности интегральной зоны продувки с последующим эффективным торможением брызг металла (рис. 4) и плавильной железистой пыли в узкой зоне отходящих газов вокруг выхода отходящих газов вокруг корпуса фурмы (рис. 3) с помощью упругой системы кислородных струй.

Это достигается на основе применения новой конструкции (рис. 5) двухъярусной кислородной фурмы, позволяющий осуществлять автономную подачу кислорода (рис. 3) как продувку металла, так и на дожигание оксида углерода над зоной продувки конвертерного агрегата.

Для оценки эффективности применения различных режимов продувки и дожигании СО в полости конвертер используется метод расчета материального и теплового баланса. В представленной ниже методике рассматриваются особенности материального и теплового баланса конвертерной плавки стали с учетом применения нового (рис. 2,3) дутьвого режима продувки.

Задание:

Рассчитать материальный и тепловой баланс конвертера, с учетом дожигания оксида углерода. рассчитать экономический эффект. Для всех вариантов принять емкость конвертера – 150 т, доля чугуна – 82%, доля скрапа – 18%, сталь 10.

Окислиться С до СО-22%, окислиться С до СО₂-78%, -140 м³/мин, -570 м³/мин.

2. Расчет:

Типовая фурма

Материальный баланс

Рассчитать материальный баланс конвертера емкостью 150 т при продувке металла техническим кислородом (99,5 % О₂ и 0,5 % N₂) сверху. Шихта содержит 82 % чугуна и 18 % скрапа, состав которых и стали перед раскислением следующий:

C Si Mn P S

Чугун (82 %) 4 1,2 1,2 0,4 0,05

Скрап (18 %) 0,3 0,2 0,6 0,03 0,04

Состав стали перед раскислением 0,1 0,04 0,35 0,004 0,014

Расход футеровки (периклазошпинелидный кирпич) принять равным 0,25 % массы садки.

Определим средний состав шихты

С 4 * 0,82 + 0,3 * 0,18 = 3,334

Si 1,2 * 0,82 + 0,2 * 0,18 = 1,02

Mn 1,2 * 0,82 + 0,6 * 0,18 = 1,092

P 0,4 * 0,82 + 0,03 * 0,18 = 0,3334

S 0,05 * 0,82 + 0,04 * 0,18 = 0,0482

Материальный баланс

Угар примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и в стали перед раскислением (расчет проводим на 100 кг шихты)

С 3,334 – 0,1 = 3,234 кг

Si 1,02 – 0,04 = 0,98 кг

Mn 1,092– 0,35 = 0,742 кг

P 0, 3334 – 0,004 = 0,3294 кг

S 0, 0482 – 0,014 = 0,0342 кг

Fe (в дым) 0,66 кг

Всего 5,9796 кг

Принимая, что 78 % С окисляется до СО₂, а 22 % до СО, найдем расход кислорода на окисление примесей

Расход кислорода, кг Масса оксида, кг

С → СО₂ 2,5225 * 32 / 12 = 6,727 2,5225 + 6,727 = 9,2495

С → СО 0,7115 * 16 / 12 = 0,949 0,7115 + 0,949 = 1,6605

Si → SiО₂ 0,98 * 32 / 28 = 1,12 0,98 + 1,12 = 2,1

Mn → MnО 0,742 * 15 / 55 = 0,202 0,742 + 0,202 = 0,944

P → PО₅ 0,3294 * 80 / 62 = 0,425 0,3294 + 0,425 = 0,7544

S → SО₂ 0,0342 * 32 / 32 = 0,0342 0,0342 + 0,0342 = 0,0684

Fe → Fe₂О₃(в дым) 0,66 * 48 / 112 = 0,283 0,66+ 0,283 = 0,9429

9,7402 15,7197

Для расчета количества и состава шлака принимаем, что расход боксита равен 0,6 кг (на 100 кг шихты). Обозначим расход извести через х и заимствуя состав неметаллических материалов из табл. 1, находим:

количество СаО в конечном шлаке, кг, поступающее из

футеровки 0,25 * 0,02 = 0,005

боксита 0,6 * 0,01 = 0,006

извести 0,85 х

________________

0,011 + 0,85 х

количество SiО₂ в конечном шлаке, кг, поступающее из

металлической шихты 2,1

футеровки 0,25 * 0,05 = 0,125

боксита 0,60 * 0,10 = 0,06

извести 0,035 х

_________________

2,285+ 0,035 х

Задаваясь основностью шлака СаО / SiО₂ = 3,5, определим расход извести

СаО 0,011 + 0,85 х

------- = ---------------------- = 3,5

SiО₂ 2,285 + 0, 0,35 х

Откуда х = 10,978кг.

Теперь, используя данные таблицы 1, легко определить состав шлака (табл. 2)

Таблица 1. Состав неметаллических материалов

Материал

SiО₂

Al₂O₃

Fe₂О₃

MnO

MgO

Железная руда

Известняк

Известь

Доломит обожженный

Магнезит

Магнезитовый порошок

Магнезитохромит

Боксит

Периклазошпинелидный кирпич

Агломерат

Плавиковый шпат

4,0

2,0

3,5

2,0

3,0

4,07

6,0

10,0

5,0

8,7

3,1

2,0

0,3

0,5

2,0

1,6

0,81

4,0

54,0

3,0

—

0,3

14,0

—

13,9(Fe 53,9)

—

77,0

0,2

0,35

0,30

2,0

1,02

10,0

25,0

8,0

—

0,8

0,30

—

0,8

95 % СаF₂

0,40

2,00

3,5

36,0

90,0

91,56

66,0

—

70,0

0,8

—

Продолжение табл. 1

Материал

CaO

P₂O₅

H₂O

СО₂

Cr₂O₅

Железная руда

Известняк

Известь

Доломит обожженный

Магнезит

Магнезитовый порошок

Магнезитохромит

Боксит

Периклазошпинелидный кирпич

Агломерат

Плавиковый шпат

0,80

53,0

85,0

55,0

2,60

—

2,0

1,0

2,0

12,99

0,40

0,10

0,07

0,10

—

0,08

—

0,02

0,01

0,13

—

0,1

—

0,2

1,38

0,83

—

2,20

—

9,02

—

41,50

6,92

2,50

0,80

—

0,80

—

0,3

—

12,0

—

12,0

—

Таблица 2. Состав шлака, кг

Источники

SiО₂

CaO

MgO

Al₂O₃

Cr₂O₅

Металлическая шихта

Футеровка

Боксит

Известь

2,1

0,0125

0,6

0,384

—

0,005

0,006

9,331

—

0,175

—

0,384

—

0,0075

0,324

0,055

—

0,03

—

Итого

3,0965

9,342

0,559

0,3865

0,03

Продолжение табл. 2

Источники

MnO

P₂O₅

Fe₂О₃

Металлическая шихта

Футеровка

Боксит

Известь

0,0684

—

0,0006

0,0143

0,944

—

0,7544

—

0,0005

0,0110

—

0,02

0,15

0,0384

Итого

0,0833

0,944

0,7659

0,2084

В соответствии с практическими данными примем, что содержание FeО и Fe₂О₃ в конечном шлаке соответственно равно 13,5 и 4,5 %. Тогда масса шлака без оксидов железа 80 % или согласно предыдущей таблице равно 15,4156, а общая масса шлака L_шл= 15,4156 / 0,8 = 19,2695 кг.

Масса оксидов железа в шлаке равна 19,2695 – 15,4156 = 3,8539, из которых 0,867кг Fe₂О₃ и 2,6 кг FeО.

Таким образом, состав конечного шлака следующий: SiО₂ СаО MgO Al₂O₃ Cr₂O₅ S MnO P₂O₅ Fe₂О₃ FeО

кг 3,0965 9,342 0,559 0,3865 0,03 0,0833 0,944 0,7659 0,867 2,6

% 16,07 48,48 2,90 2,01 0,16 0,43 4,89 3,97 4,5 13,5

Окислится железа, кг:

До Fe₂О₃ 0,867 – 0,2084 = 0,6586

До FeО 2,6.

Здесь 0,2004 кг – количество Fe₂О₃, поступающее из различных источников (см. выше).

Поступит железа из металла в шлак

2,6 * 56 / 72 + 0,6586 * 112 / 160 = 2,483 кг.

Выход годного составляет

100 – 5,9796 – 0,5 – 1,0 – 2,483 = 90,037 кг,

где 5,9796 – угар примесей, кг; 0,5 – количество железа, уносимого со шлаком, кг; 1,0 – потери железа с выбросами, кг; 2,483 – потери железа на образование окислов железа в шлаке, кг.

Расход кислорода на окисление железа (определяем как разность между массами окисла и исходного элемента):

(2,6 – 2,248) + (0,867 – 0,528) = 0,691 кг.

Расход кислорода на окисление всех примесей

5,9796+ 0,691 = 6,6706 кг.

Принимая коэффициент усвоения подаваемого в ванну кислорода равным 0,9, определим необходимое количество технического кислорода на 100 кг садки

6,6706 * 22,4 / (0,995 * 0,9 * 32) = 5,2143 м³.

Расход кислорода на 1 т садки равен 52,143 м³. Количество подаваемого азота равно: 5,2143 * 0,005 = 0,026 м³ или 0,037 кг.

Количество неусвоенного кислорода

(5,2143 – 0,026) 0,05 = 0,259 м³ или 0,369кг.

Масса технического кислорода равна

6,6706 + 0,037 + 0,369 = 7,076 кг.

Теперь можно определить состав и количество выделяющихся газов

кг м³ %

СО₂ 0,0048+9,2495+0,501 = 9,7553 4,9459 72,55

СО 1,6605 1,3284 19,48

H₂O 0,6*0,009 = 0,054 0,057 0,84

О₂ 0,369 0,258 3,78

N₂ 0,037 0,0296 0,43

SО₂ 0,0684 0,1988 2,92

_______________________________________________________

Итого 11,9442 6,8177 100,00

Материальный баланс плавки

Поступило, кг Получено, кг

Чугун 82,000 Сталь 90,037

Скрап 18,000 Потери металл со шлаком 0,500

Боксит 0,600 Потери металла с

Известь 10,978 выбросами 1,000

Футеровка 0,250 Шлак 19,2695

Технический О₂ 7,076 Газы 15,4156

Итого 118,904 Fe₂О₃ (в дым) 0,9426

Итого 127,1647

Невязка 8,2607