Определение технических показателей доменной плавки при проектировании нового металлургического предприятия

В процессе агломерации количество высшего оксида Fe₂O₃ уменьшилось, следовательно процесс в целом восстановительный. Основность агломерата, равная отношению В= CaO/SiO₂=0,4

3.3 Окатыши

В шихту для производства окатышей вводится бентонит в количестве 0,5-1,2% от массы концентрата. Приняв расход бентонита 0,8% получили расход бентонита 7,44 кг

С целью определения потребности  известняка и доломита для офлюсования бентонита вычисляется недостаток в нем извести и магнезии:

СаО: 1,66-(50,84-4,25∙0,999∙0,6∙(60/28)/93,88)∙1,15 =-56,7 %

MgO: 0,75-1,66/4 = 0,33%

По рассчитанным ранее  характеристикам (таблица 3) составляем уравнение для расчета дополнительного  флюса:

СаО: 50,18Иб+31,84Дб-56,7∙7,44 = 0

MgO: -9,55Иб+6,4Дб+0,34∙7,44 = 0

Иб = 4,18 кг Дб = 5,87 кг

Полный расход извести  и доломита на производство окатышей составит:

известняка:

19,7+4,18 = 23,92 кг

доломита:

106+5,87 = 111,8 кг

Состав окатышей представлен в таблице 4

Основность окатышей В=3,6

 

 

 

4. Определение  состава продуктов плавки

4.1. Проверочная  таблица расчета шихты

В поверочной таблице коксу  отводится две строки – собственно коксу и его золе, при этом составляющие кокса учитываются только один раз.

По расходу и составу  материалов определяется количество вносимых ими составляющих.

Элементы и составляющие распределяются между чугуном и  шлаком. Коэффициент перехода железа в чугун составляет η_Fe = 0,999, остальное переходит в шлак в виде FeO.

Фосфор при выплавке передельного чугуна полностью переходит в чугун, коэффициент перехода марганеца η_Mn = 0.6, остальное переходит в шлак в виде MnO. Переход серы в чугун принимается по заданию 0,02%, в газ переходит 5%. Углерод принимается по заданию 4,5%

Данные приведены в  таблице 4

Количество составляющих чугуна :

969+2,7+3,42+0,02+45+6 = 1026,4 кг

Погрешность расчета: 2,6%

Количество шлакообразующих:

(1∙72/56)+(1,8∙71/55)+(0,5∙3,72)+100+25,3+131,3+29 = 291,3 кг

Выход шлака:

291,3∙1000/1026,4 = 283,8 кг

Шлак характеризуется:

Cao/SiO₂ = 1,31

SiO₂/Al₂O₃ = 3,9

CaO/MgO = 4,48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Оценка свойств шлака

4.2.1 Физические свойства

Состав фактического шлака  пересчитывается на трехмерный. Результаты пересчета приведены в таблице  6

Таблица 6 - Составы фактического и трехкомпонентного шлаков

Наименование	Содержание в шлаке, %
	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	RO = CaO+MgO	Сумма
Расчетный шлак (Фактический)	34,4	8,67	45,1	10,0		98,1
Шлак, пересчитанный на 3 компонента	35,0	8,83			56,1	100

 

Температура начала кристаллизации (ликвидус) t_s=1510 ⁰C  вязкость шлака η₁₅₀₀= 0,35Н∙с/м взяты по совмещенной диаграмме состояния системы CaO-SiO₂-Al₂O₃ Физические свойства шлака находятся в пределах выше допустимых.

4.2.2 Обессеривающая способность  шлака

Обессеривающую способность  оценивают по различным методам. В соответствии с эмпирической формулой Рамма для данного чугуна содержание оснований должно быть не менее:

RO_тр = 50-0,25∙(Al2O3)+3(S)-(0.3∙[Si]+30[S])/Ш

RO_тр = 51,58%

где Ш – относительный  выход шлака, т/т

Фактическое содержание оснований:

RO_ф = (CaO)+(MgO)+(MnO)+(FeO)

RO_ф = 56,05%

что выше требуемого. Следовательно  по Рамму шлак обладает достаточной  обессеривающей способностью.

По Воскобойникову, эмпирическое значение коэффициента распределения  серы при 1400 ⁰С составляет:

Ls¹⁴⁵⁰ = 98x²-160x+72-[0.6∙(Al₂O₃)-0.012(Al₂O₃)²-4,032]∙x⁴

Ls¹⁴⁵⁰ = 68.36

где

х = ((CaO)+(MgO))/(SiO2) = 1.62

Температурный коэффициент:

η = 2,7∙(t/100)-0.067∙(t/100)²-24.063 = 1.36

где t – температура ликвидус (1510 ⁰С)

Коэффициент распределения  серы в проектных условиях по температуре  шлака составит:

L_Sпр = η∙L_S

L_Sпр = 93.1

Тогда содержание серы в  чугуне составит:

[S] = (S_∑-S_лет)∙10^-1/(1+Ш∙L_S)

[S] = 0.0019%

где S_∑ и S_лет – соответственно количество серы , вносимой шихтой и переходящей в газ;

Ш – относительный выход  шлака.

Расчетный шлака по Воскобойникову обладает требуемой обессеривающей способностью. 

5 Материальный  баланс

Материальные балансы  плавки показывают соотношение количеств  расходуемых материалов и получаемых продуктов (общий баланс) и количество отдельных элементов и веществ  в них (частные балансы). Частные  балансы элементов и соединений, распределяющихся между чугуном  и шлаком, составляются при расчете  шихты. Если к этим балансам добавить балансы углерода и оксидов железа, то получится развернутый баланс доменной плавки. Составляются материальны  балансы при проектировании для  проверки правильности исходных данных и результатов расчета шихты, количеств дутья газов и других характеристик доменного процесса. Если материальные балансы не сходятся, то результаты определения характеристик  доменного процесса не заслуживают  доверия.

В приходных статьях общего материального баланса учитываются  сырьевые материалы и кокс (шихта), дутье и топливные добавки, в  расходных  - продукты плавки, т.е. чугун, шлак, газ, колошниковая пыль. В учебных  расчетах расход материалов может вычисляться  без учета выноса мелочи, при этом колошниковую пыль следует исключить  из расходных статей.

Расход дутья и выход  колошникового газа в балансах фактических  доменных плавок обычно также определяются расчетом. Измеряемый расход дутья  включает его потери через разгрузочный клапан “Снорт”, которые составляют от 4 до 12 %. Выход газа измеряется после  мокрой очистки, что приводит к насыщению  его влагой. На результатах измерения  отражаются, кроме того, потери газа на участке колошник – газоочистка.

Количество дутья и  газа вычисляется по балансам углерода, азота и кислорода, дающим возможность  составить три пары уравнений (С  и N, С и О, О и N) для определения двух неизвестных (расхода дутья и выхода газа). При этом должны быть известны расходы и составы материалов и горючего, а также степень прямого восстановления (расчетная или заданная) или полный состав газа (в расчетах на основе практических данных).

5.1. Дополнительные  данные

Таблица 7 - Состав кокса, % (весовые)

Влага, Wr	Зола Ad	Летучие,Vd	Сера,Sd	Азот, Nd	Расход,кг
3,12	11,6	0,9	0,54	0,8	450

Таблица 8 - Состав летучих кокса (Vd), % (весовые)

CO2	CO	CH4	H2	N2
29,45	34,85	0,79	4,07	28,3

На выплавку 1 т чугуна расходуется 100 м³ технологического кислорода (состав его 96 % О₂ и 4 % N₂) и 120 м³ природного газа следующего состава, %:

Таблица 9 - Состав природного газа

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2
94,2	2,1	0,5	0,1	0,3	0,5	2,3

Влажность воздуха – 10 г/м³ или по объему

φ = 100∙(10∙22,4/18)/(1000 +10∙22,4/18) = 1,23 %.

5.2. Степень  прямого восстановления

В доменной плавке без топливных  добавок и дополнительного кислорода 45-55 % всего железа восстанавливается  прямым путем [13, с. 36], т.е.

r_d = 100∙Fe_d/Fe_в

При работе на комбинированном  дутье степнь прямого восстановления можно определить по эмпирической формуле:

rd = r_d⁰∙10^-Sλ(0.684+0.01∙t_д^0,5)/(0,96+4ϕ)

rd = 29,4 %

где  r_d⁰ – степень прямого восстановления в базовом режиме;

t_д – температура дутья, ⁰С;

S – расход топливной  добавки, м³(кг)/кг чугуна;

λ – характеристика топливной  добавки

Задано:  t_д = 1200 ºС; расход природного газа 120 м³/т чугуна означает, что S = 0,12м³/кг; чугуна; влажности дутья 12,5г/м соответствует φ= 10∙22,4/18∙1000 = 0,012 м³/м³; состав природного газа обеспечивает λ = 0,2∙ C_пг +0,9∙ Н_пг  = 1,995,

где  C_пг = 1,023 м³/м³ – количество углерода, поступающего с природным газом;  
Н_пг = 1,990 м³/м³ – количество водорода, поступающего с природным газом.

5.3. Распределение  нелетучего углерода кокса и  природного газа

Содержание кислорода:

в летучих кокса 

29,45∙32/44+34,85∙16/28 = 41,33 %;

В коксе

O^d = 1,1∙41,33 = 0,37 %

Содержание углерода:

в коксе

100-(A^d+S^d+N^d+H^d+O^d+1.3) = 85.8 %;

в летучих кокса 

(29.45/44+34.85/28+0.79/16)∙0.9∙12/100 = 0,21 %;

Содержание в коксе  нелетучего углерода

85.9-0.21= 85,5 %.

Количество углерода в  1 м³ природного газа

(1∙94.2+2∙2.1+3∙0.5+4∙0.1+5∙0.3+0.5) = 0,55 кг.

Поступает углерода:

с коксом (при W^r = 3,1 %)

450∙(100-3.12)∙85.5∙10^-4 = 373 кг;

с природным газом 

120∙0.55 = 65,8 кг;

всего

373 + 65,8 = 438.7 кг,

из которых 45 кг (см. табл. 4.1) переходит в чугун.

Окисляется углерода кислородом дутья и шихты

438,7 - 45=393,7 кг.

Расходуется углерода по реакциям в соответствии с составом чугуна и количеством переходящей в  шлак серы

SiO2+2C=SiO2+2C 0,6∙2∙12/28 = 5,14 кг

MnO+C=Mn+CO 2,7∙1∙12/55 = 0,59 кг

P2O5+5C=3P+5CO 3,42∙5∙12/(2∙31) = 3,32 кг

FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO 3,72∙12/32 = 1,39 кг

Всего

5,14 +0,59+3,32+1,39 = 10,44 кг.

Окисляется углерода кислородом дутья и оксидов железа

393,7-10,44 = 383,3 кг

Всего восстанавливается  железа из оксидов:

969,3-27,3 = 942 кг

Восстановливается железа прямым путем

942∙29,39/100 = 276,9 кг.

При этом расходуется по реакции FeO + C = Fe + CO углерода кокса 59,3 кг.

Окисляется углерода на фурмах

383,3-59,3 = 323,9 кг,

что составляет 84,5 % от всего окисляемого в печи углерода.

5.4. Расход  дутья

Для окисления на фурмах по реакции 2С + О₂ = 2СО углерода в количестве 323,9 кг требуется кислорода

323,9∙22,4/(2∙12) = 302 м³.

Поступает кислорода:

- за счет обогащения  дутья  100∙96/100 = 96 м³;

- с природным газом  (связанного в СО₂) 120∙0,5/100 = 0,6  м³;

- с влажным атмосферным  дутьем 302-(96+0,6) = 206 м³.

Во влажном атмосферном  дутье (φ=1,23 %) содержится:

кислорода

21-0,21 φ +0,5 φ = 21,4 %,

азота

79-0,79 φ = 78%

Расход влажного атмосферного дутья 

206∙100/21,35 = 963,4 м³;

в том числе: водяного пара

963∙1,23/100 = 11,8 м³;