Теоретические основы доменной плавки

Расход флюса на ошлакование единицы золы кокса составит:

z' =

= = 0,1629

После подстановки численных значений получим:

К =

= 49,102 кг.

На ошлакование всей золы кокса потребуется известняка:

zк = z´·К = 0,1629·49,102 = 7,9987 кг.

Тогда общий расход известняка составит:

 

7,9987 + 6,284 = 14,2827 кг.

Полный выход чугуна составит:

rр.см ·Р + rм р·М + rизв.·U + rк·К = 178,145·0,5580 + 2,377·0,2645 + 14,2827·0,0053 + 49,102·0,0257 = 101,3712 кг.

Тогда расход рудной смеси составит:

·100 = 175,735 кг.

Расход марганцевой руды составит:

·100 = 2,305 кг.

Расход известняка составит:

·100 = 14,089 кг.

Расход кокса составит:

·100 = 48,438 кг.

3.5 Расчёт состава чугуна

С учётом коэффициентов распределения рассчитаем количества Fe, Mn, P и S, которые переходят в  чугун, шлак и газы.

Количество железа, которое перейдёт в чугун составит:

94,57·0,995 = 94,09 кг

Количество марганца, которое перейдёт в чугун, составит:

0,65·0,55  = 0,36 кг.

Количество серы, которое перейдёт в чугун, составит:

0,04·0,03 = 0,001 кг.

Количество фосфора, которое перейдет в чугун:

0,14·1,0 = 0,14 кг.

Количество железа, которое перейдёт в шлак составит:

94,57·0,005  = 0,4729 кг.

Количество марганца , которое перейдёт шлак, составит:

0,65·0,45 = 0,29 кг.

Количество серы, которое перейдёт в шлак, составит:

0,04·0,82 = 0,033  кг.

Количество серы, которое перейдёт в газ, составит:

0,04·0,15 = 0,006 кг.

На основании произведённых расчётов определим состав чугуна: 

Таблица 2.9 – Распределение металлообразующих  частей шихты

Компоненты шихты	Расход, кг	Fe		Mn		Р		S
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Рудная смесь Mn – руда Известняк Кокс	175,735   2,305 14,089 48,438	53,364   3,15 0,5 2,32	93,78   0,073 0,07 1,124	0,13   40,0 – 0,18	0,23   0,92 – 0,087	0,044   0,09 0,01 0,04	0,077   0,207 0,0014 0,019	0,098   – 0,03 1,78	0,17   – 0,0042 0,86
Итого			95,047		1,237		0,304		1,034
Переходит в  шлак, кг			0,4729		0,29		–		0,033
Переходит в чугун, кг	94,591		94,09		0,36		0,14		0,001
Переходит в газ, кг			–		–		–		0,006

С учётом того, что в чугуне содержится 3,5 %  С и 1,1 %  Si, общая масса чугуна составит:

                                             =  99,152 кг.

Тогда полученный чугун будет иметь следующий состав:

Таблица 2.10 – Состав чугуна

Всего		Fe		Mn		P		S		C		Si
кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
99,152	100	94,09	94,9	0,36	0,363	0,14	0,141	0,001	0,001	3,47	3,5	1,09	1,1

2.6. Расчёт состава шлака

Из составляющих шихты доменной плавки в чугун переходит кремний  в количестве 1,09 кг.  Тогда в шлаке не будет доставать SiO2:

1,09· 

= 2,337 кг.

Все остальные оксиды компонентов шихты для доменной плавки прейдут в шлак полностью. На основании выше изложенных расчётов определим состав доменного шлака.

  

 Таблица 2.11 - Шлакообразующие составляющих  шихты.

Компоненты шихты	Расход, кг	SiO2		Al2O3		CaO		MgO
		кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
Рудная смесь Mарганцевая руда Известняк Кокс	175,735   2,305   14,089 48,438	14,23   0,46   0,47 3,0	8,096   20,0   3,35 6,2	6,71   0,13   0,013 1,39	3,82   5,5   0,09 2,87	19,21   0,048   7,42 0,27	10,932   2,1   52,7 0,55	3,08   0,005   0,176 0,111	1,75   0,2   1,25 0,23
Итого		18,16		8,24		26,95		3,37
Переходит в чугун Остаётся в шлаке		2,337   15,82		8,24		26,95		3,37

Кроме того, в шлаке будут содержаться FeO, MnO и S.

Количество FeO в шлаке определится из распределения железа между чугуном и шлаком:

0,4729· 

= 0,608 кг

Аналогичным образом рассчитаем количество MnO шлаке:

0,29·

= 0,374 кг

При переходе серы в шлак протекает химическая реакция:

CaO + S = CaS + 0,5O2.

Из реакции видно, что при переходе в шлак 32 кг S одновременно в газ удаляется 16 кг О2. Поэтому масса шлака увеличивается не на полную массу серы, а лишь на половину. Таким образом, при переходе в шлак 0,033 кг серы масса шлака увеличится на 0,0165 кг.

Тогда масса шлака составит 55,38 кг.

На основании произведённых расчётов определим состав шлака доменной плавки.

Таблица 2.12 - Состав шлаков доменной плавки

Всего		SiO2		Al2O3		CaO		MgO		FeO		MnO		S
кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
55,38	100	15,82	28,57	8,24	14,88	26,95	48,7	3,37	6,09	0,608	1,09	0,374	0,68	0,0165	0,03

Проверим основность полученного шлака:

b =

= = = 1,26 ≈ 1.

Полученная основность приблизительно совпадает с заданной основностью.

2.7 Расчёт состава колошникового  газа доменной печи

2.7.1 Количество кислорода шихты, переходящего в газ

Кислород оксидов железа:

0,5288·175,735· + 0,2096·175,735· + 0,045·2,305· + 0,0072·14,089· +    0,0332·48,438· – 0,608· = 36,4727 кг,

где 0,608 – количество  FeO, переходящее в шлак, кг.

Кислород оксидов марганца:

0,00168·175,735· + 0,635·2,305· + 0,0028·48,438· – 0,374· = 0,5585 кг,

где 0,374 – количество MnO, переходящее в шлак.

Кислород оксида фосфора:

0,00098·175,735· + 0,0021·2,305· + 0,00023·14,089· + 0,0008·48,438· = 0,1234 кг.

Кислород оксида кремния:

1,1·

= 1,26 кг

Кислород известняка: (СаСО3 = СаО + СО2) и летучих кокса (СО2 = 0,3%)

Офл.  =   0,4247·14,089·

+ 0,003·48,438· = 4,4574кг

Таким образом количество кислорода в в шихте составит:

Ош = 36,4727 + 0,5585 + 0,1234 + 1,26 + 4,4574 = 42,87 кг,

что в пересчёте на объём составит:

42,87·

= 30,01 м3.

2.7.2  Углерод прямого восстановления

Количество кислорода, расходуемое на прямое восстановление, определится из уравнения:

Od = Ош·Rd – 0,5·ОФл = 42,87·0,28 – 0,5·4,4574 = 9,775 кг,

где 0,5 – коэффициент,  учитывающий долю кислорода флюса и летучих, которая принимает участие в восстановлении. 

Прямое восстановление протекает по реакции

С + 0,5О2 = СО.

Тогда количество углерода, затрачиваемое на прямое восстановление, составит:

Сd  = 9,775·

= 7,33 кг.

2.7.3 Количество  необходимого дутья

Количество кислорода, необходимое для сжигания у фурм по реакции

С + 0,5О2 = СО

составит:

Сф = Ск – Сd – Cч = 48,438·0,8469 – 7,33 – 3,47 = 30,22 кг,

где  Ск , Сd, Cч  - количество углерода в соответственно в коксе, идущее на прямое восстановление и в чугуне.

Количество кислорода необходимое для сжигания у фурм углерода составит:

Оd = Сф·

= 30,22· = 28,21 м3.

Количество кислорода, содержащееся в единице дутья, составит:

Од = ω·(1 – f) + 0,5·f = 0,21(1 – 0,01) + 0,5·0,01 = 0,2129 (м3 О2)/(м3 дутья)

Количество азота в единице дутья составит:

Nд = (1 –ω)(1 – f) = (1- 0,21)(1-0,01) = 0,7821 (м3 N2)/(м3 дутья)

Необходимое количество влажного дутья составит:

= 132,49 м3.

В нём содержится влаги:

132,49 ·0,01 = 1,3249 м3 Н2О или 1,3249·

= 1,065 кг

Количество сухого дутья составит

132,49 – 1,3249 = 131,165 м3.

Количество кислорода в сухом дутье составит:

132,49 ·0,21 = 27,82 м3  или  27,82·

= 39,747 кг.

Количество азота в сухом дутье составит:

131,165 ·0,79 = 104,67 м3  или  104,67·

= 130,83 кг.

Масса дутья составит:

1,3249 + 39,747 + 130,83 = 171,9 кг.

2.7.4 Расчёт  количества метана и водорода  в колошниковом газе без учёта  вдуваемого природного газа.  

Количество метана в колошниковом газе составит:

48,438 ·0,004 = 0,194 кг или 0,194·

= 0,27 м3.

По условиям плавки 30 % гидратной воды, внесённой в печь, разлагается с образованием водорода:

Н2Огидр. = 0,3·(0,0036·175,735 + 0,055·2,305) = 0,23 кг

В ней содержится:

0,23·

= 0,025 кг Н2.

Степень использования водорода в восстановительных процессах по условиям плавки составляет 40 %. Тогда 60 % поступающего в печь водорода переходит в колошниковый газ:

Н2(кол.) =(0,004·175,735 + 1,3249·

+ 0,025)·0,6 = 0,525 кг или 0,525· = 5,88 м3.

Количество водорода , израсходованного на восстановление без учёта природного газа составит:

Н2(вос.) = (0,004·48,438 + 1,3249·

+ 0,025)·0,4 = 0,35 кг или 0,35· = 3,92 м3.

2.7.5 Расчёт количества газов, образующихся  при горении природного газа.

В 10 м3   природного  газа  содержится  9,6 м3 или 9,6· = 6,86 кг СН4, 0,3 м3 или 0,3 · = 0,59  кг С3Н8 и 0,1 м3 или  0,1· = 0,13 кг N2. Таким образом  в печь вносится  6,86 + 0,59 + 0,13 = 7,58 кг природного газа.

Горение составляющих природного газа осуществляется по реакциям

СН4 +0,5О2 = СО + 2Н2 и С3Н8 + 1,5О2 = 3СО + 4Н2.

Количество кислорода, необходимое для сжигания природного газа, составит:

9,6·0,5 + 0,3·1,5 = 5,25 м3

Содержание кислорода в единице влажного дутья составит:

Од = ω·(1 – f) + 0,5·f = 0,21(1 – 0,01) + 0,5·0,01 = 0,2129( м3 О2)/(м3 дутья).

Для сгорания всего газа требуется дутья:

= 24,66 м3.

Количество водяных паров в дутье составляет:

24,66·0,01 = 0,25 м3  или  0,25·

= 0,20 кг.

Тогда количество сухого дутья потребуется :

24,66 – 0,25 = 24,41 м3.

В нём количество азота составит:

24,41·0,79 = 19,28 м3  или  19,28·

= 24,1 кг.

Количество кислорода сухого дутья составит:

24,41·0,21 = 5,13 м3  или  5,13·

= 7,33 кг.

Масса влажного дутья составит:

0,20 + 24,1 + 7,33 = 31,63 кг

В соответствии с реакциями горения природного газа из одного объёма метана образуется один объёма или 9,6 м3 СО и два объёма или 19,2 м3 Н2, а из одного объёма С3Н8 образуется три объёма или 0,9 м3 СО и четыре объёма или 1,2 м3 Н2.

Кроме того, водород поступает из паров воды где на один объём пара приходится один объём или 0,25 м3 водорода.