Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Апреля 2014 в 22:21, курсовая работа
Среди металлов чёрные металлы и, в первую очередь, железо, которое лежит в основе получения чугуна и стали, по своему значению занимают особое место. В общем мировом производстве металлов 90 % приходится на производство железа и его сплавов. Объём производства чугуна и стали является мерилом экономического развития государства. Преимущественным применением в самых разнообразных областях техники и в быту чёрные металлы обязаны своим ценными физическими и механическими свойствами, а также широкому распространению в природе железных руд и сравнительной простоте и дешевизне производства чугуна и стали.
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Теоретические основы доменной плавки 6
Сырые материалы и их подготовка 6
1.1.1 Железные руды 6
1.1.2 Примеси железных руд 7
1.1.3 Подготовка железных руд к доменной плавке 8
1.1.4 Флюсы и отходы производства 9
1.1.5 Топливо 10
Конструкция доменной печи 11
Общее описание печи 11
1.2.2 Профиль печи 13
1.2.3 Фундамент, кожух и холодильники 14
1.2.4 Футеровка печи 15
1.2.5 Горн печи 16
1.2.6 Колошниковое устройство 17
1.3 Доменный процесс 18
1.3.1 Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике 18
1.3.2 Распределение температур и удаление влаги 19
1.3.3 Процессы восстановления 20
1.3.4 Образование чугуна 23
1.3.5 Образование шлака 24
1.3.6 Продукты доменной плавки 25
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 |
- |
2.1.7 Состав чугуна, % : Si – 1,1; Mn – 0,65; S – 0,04; P – 0,14; C – 3,5; Fe – 94,57.
2.1.8 Коэффициенты распределения элементов между чугуном, шлаком и газом:
Элемент Чугун Шлак Газ
Fe 0,995 0,005 0
Mn 0,55 0,45 0
P 1,0 0 0
S 0,05 0,85 0,15
2.1.9 Состав рудной смеси, %: агломерат – 80; железная руда – 20.
2.1.10 Основность шлака
b =
2.1.11 Состав сухого дутья, % по объёму: кислород – ω = 21, азот – (1 – ω) = 79, влажность f = 1,0.
2.1.12 Степень участия водорода в восстановительных процессах ηН = 0,40.
2.1.13 Тепловые потери:
zC = 1260
2.1.14 Расход природного газа на 100 кг чугуна – 10 м3.
2.1.15 Состав природного газа, %: CH4 – 96, C3H8 – 3, N2 – 1.
2.1.16 Выход золы кокса – 13,0 %, в летучих кокса содержится 0,3 % СО2, 0,4 % СН4 , 0,4 % Н2 в пересчёте на кокс.
2.1.17 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.
2.1.18 Степень использования
2.1.19 Степень прямого
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,%; ηFe,ηMn,ηP – 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·ηFe |
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·ηMn |
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·ηP |
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·ηMn). 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· ηMn |
0,0715 |
22,0 |
[Mn]· r |
0,3627 |
0,1719 |
(±Mn) = Mn·ηMn – [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.
3.4 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·qAl O + 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 = 2796,55кДж/(кг рудной смеси).
Тепловой эквивалент марганцевой руды составит:
qм.р.= 0,2·qSiO2 + 0,0009·qP + 0,055·qAl O + 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·qAl O + 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·qAl O + 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 ·ηS·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.·z´·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.