Тепловой баланс рабочего пространства двухванной печи рассчитывается для одной камеры (расчет ведем на всю плавку)
Приход тепла
Физическое тепло чугуна
Физическое тепло чугуна считается по формуле:
Qчуг = Мчуг · [СТВ · tпл + q + Cжид · (tжид - tпл] (10)
где Qчуг – физическое тепло чугуна, кДж;
СТВ – средняя удельная теплоемкость твердого чугуна, кДж/ (кг · ºС);
tпл – температура плавления чугуна, ºС;
q – скрытая теплота плавления, кДж/кг;
Cжид – средняя удельная теплоемкость жидкого чугуна, кДж/(кг · ºС);
tжид – температура жидкого чугуна, ºС.
Qчуг = 250000 · 0,65 · [0,178* 1200 + 52 + 0,2 (1350 – 1200) ] = 201,267 кЛж
Тепло шлакообразования
SiO2 → (CaO)2 · SiO2 ………………. 0,69 · 60 · 554 · 2500/28 = 2,05 · 10ºккал
Р2О5 → (СаО)3 · (Р2О5) …………….. 0,045 · 142 · 1132 · 2500/62 = 0,292· 10ºккал
Σ Qшл = 2,342 · 10ºккал
Физическое тепло скрапа
Qскр = 0,112 · 20 · 35 · 2500 = 0,169 · 106 ккал
Тепло экзотермических реакций
Тепло экзотермических реакций определяется по формуле:
Qэкз = ∆Н1 · ∆С1 · 2500 (11)
где Qэкз – тепло, выделяемое экзотермическими реакциями, 106 ккал
∆Н1 – тепловой эффект химической реакции, 106 ккал
∆С1 – изменение концентрации i-го компонента, кг.
Таблица 12 – Тепло экзотермических реакций, 106 ккал
| С → СО | (1,8 + 0,93) · 8134 · 2500 = 55,535 |
| Si → SiO2 | 0,69 · 7423 · 2500 = 12,8 |
| Mn → MnO | 0,565 · 1758 · 2500 = 2,48 |
| P → P2O5 | 0,045 · 5968 · 2500 = 0,670 |
| Fe → Fe2O3 (в дым) | (0,5 + 0,503) · 1758 · 2500 = 3,53 |
| Fe → Fe2O3 (в шлак) | (0,357 + 0,074) · 1758 · 2500 = 1,89 |
| Fe → FeO | (0,4 + 1,886) · 1150 · 2500 = 6,57 |
Итого: ΣQэкз = 3,53 + 1,89 + 6,57 + 0,67 + 2,48 + 12,8 + 55,54 = 82,89 · 106 ккал
Химическое тепло природного газа
Расход природного газа принимаем за х и определяем химическое тепло природного газа по формуле:
Qпр.газ = ∆Нпр.газ · 2500 · х (12)
где Qпр.газ – химическое тепло природного газа, МДж;
∆Нпр.газ – тепловой эффект реакции горения природного газа, 106 ккал/м3;
х – расход природного газа, м3.
Qпр.газ = 8291 · х
Расход тепла
Физическое тепло стали
Физическое тепло стали определяется по формуле:
Qст = Мст · [СТВ · tпл + q + Cжид · (tжид - tпл], (13)
где Qст – физическое тепло стали, кДж;
Мст – масса стали, кг;
СТВ – средняя удельная теплоемкость твердой стали, кДж/ (кг · ºС);
tпл – температура плавления стали, ºС;
q – скрытая теплота плавления стали, кДж/кг;
Cжид – средняя удельная теплоемкость жидкой стали, кДж/(кг · ºС);
tжид – температура жидкой стали, ºС.
Температура плавления стали определяется по формуле:
tпл = Тлик – 80 · [% С], (14)
где Тлик – температура ликвидуса, ºС;
[% С] – содержание углерода в металле, массовая доля, %
tпл = 1539 – 80 · (0,04) = 1536ºС
Qст = [0,167 · 1536 + 65 + 0,2 · (1600 – 1536)] · 88,68 · 2500 = 74,12 106 ккал
Физическое тепло шлака и корольков
Физическое тепло шлака определяется по формуле:
Qшл = (0,298 · 1550 + 50) · 12,6 · 2500 + (0,298 · 1630 + 50) · 1,98 · 2500 +
+ (2,298 · (1630 – 1550) + 50) · 12,6 · 2500 = 21,10 · 106 ккал
Тепло, уносимое продуктами горения.
Принимаем температуру отходящих газов равной 1650ºС
СО 1650х · 0,569 · 0,974 = 914,4х
Н2О 1650х · 0,444 · 1,925 = 1410х
N2 1650х · 0,347 · 0,332 = 190х
Qпр.г. = 2514,4 · х
Тепло на разложение известняка
Qизв = 6,908 · 2500 · 425 = 7,34 · 106 ккал
Тепло на испарение влаги и нагрев паров
Qисп = (1 · 100 + 539 + 0,444 · 1650 · 22,4/18 – 0,36 · 100 · 22,4/18) · 2500 ·
· 0,201 = 0,76 · 106 ккал
Тепло для нагрева СО выделяющегося из ванны
QСО = 0,569 · 1650 · 6,37 · 2500 · 22,4/28 = 11,96 · 106 ккал
Тепло для нагрева СО2 и SO2 выделяющихся из ванны
QСО2, SO2 = 0,569 · 3,08 · 2500 · 22,4/44 + 0,569 · 1650 · 0,0036 · 2500 · 22,4/64 =
= 3,68 · 106 ккал
Тепло для нагрева неусвоенного N и О
Qнеусв. = 0,347·1650· 2500 · 0,337 · 22,4/28 + 0,368 · 1650 ·2500 · 0,707 · 22,4/32= = 1,13 · 106 ккал
Тепло, уносимое бурым дымом
Qб.л. = (0,294 · 1650 + 50) · 1,192 · 2500 = 1,59 · 106 ккал
Потери тепла на охлаждение печи
Расходы воды на одну крышку 6 м3/ч тогда на три крышки 6 · 3 = 18 м3/ч.
Расход воды на столбики 2 · 6 = 12 м3/ч, на амбразуру шлаковой летки 4 м3/ч.
Итого воды на охлаждение печи 34 м3/ч.
Qохл.п. = 34000 · 20 · 4,3 = 2,9 · 106 ккал
Тепло на охлаждение кислородных фурм
Qохл.к.ф. = 3 · 2,43 · 0,2 · 4,2 · 300000 · 3,14 = 5,76 · 106 ккал
Тепло на охлаждение рам завалочных окон и пятовых балок
Расход воды равен 3,6 м3/ч. Выход пара составляет 90%, то есть 3,6 · 0,9 =
= 3,24 м3/ч.
Нагрев воды на 90ºС потребует тепла
Qз.о., п.б. = (3,6 – 3,24) · (90 – 20) · 1000 · 4,3 = 0,1 · 106 ккал
Потери тепла на получение пара
Qпол. пара = [(100 – 20) + 535 + 0,36 (150 – 100) · 22,4/18] · 3,24 · 1000 · 4,3 =
= 8,9 · 106 ккал
Таким образом, потери тепла на охлаждения рабочего пространства
Qраб.пр = Qохл.п. + Qохл.п.ф. + Qз.о, п.б. + Qпол.пара = 17,76 · 106 ккал
Потери тепла через кладку принимаем 4%
Qкл = 0,04 (133,46 · 106 + 8291х) = 5,34 · 106 + 331,64х
Потери тепла через окна и гляделки 0,95%
QОКН = 0,0096 (133,46 · 106 + 78,76 · х
Потери тепла на диссоциацию Н2О и СО2 равны 0,5%
Qдис = 0,005 · 82911 · х
Потери тепла с выбивающимися газами составляют 0,4%
Qвыб = 0,004 · 82911 · х = 33,16х
Полный расход тепла
Qрасх = Qвыб + Qдис + Qокн + Qкл + Qраб.пр. + Qб.л. + Qнеусп + QCO2, SO2 +
+ QCО + Qисп + Qпр.г. + Qшл + Qст (15)
Qрасх = 146,64 + 2999,42 · х
Qприх = Qрасх (16)
133,46 · 106 + 82,9х – 146,64 · 106 + 2999,42х
х = 2490 – расход природного газа на плавку
Тепловой баланс плавки приведен в таблице 13.
Таблица 13 – Тепловой баланс рабочего пространства камеры двухванной печи
| Приход тепла | Расход тепла | ||
| Статьи затрат | Кол-во тепла, 106 ккал | Статьи затрат | Кол-во тепла, 106 ккал. |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Физическое тепло чугуна | 48,035 | Физическое тепло стали | 74,12 |
| Продолжение таблицы 13 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Тепло экзотермических реакций | 82,890 | Физическое тепло шлака с корольками | 21,99 |
| Физическое тепло скрапа | 0,196 | Тепло на разложение известняка | 7,34 |
| Тепло шлакообразования | 2,340 | Тепло продуктов горения | 6,26 |
| Тепло от сжигания природного газа | 20,640 | Нагрев воды и испарение влаги | 0,76 |
| Тепло на нагрев газов | 16,77 | ||
| Тепло, уносимое бурым дымом | 1,59 | ||
| Потери тепла на охлаждение (через кладку, излучением, диссоциацию, с газами) | 25,58 | ||
| Итого | 154,311 | Итого | 154,410 |
2.2 Технология плавки стали марки 17Г1С
Для уменьшения времени плавки необходимо ужесточить качество и сократить время загрузки лома за счет лучшей организации завалки. Проводить более тщательную сортировку лома и увеличивать насыпную плотность.
Периоды плавки:
- заправка – 10 мин.;
- завалка – 25 мин.;
- прогрев – 40 мин.;
- слив – 15 мин.;
- плавление – 35 мин.;
- доводка – 40 мин.;
- выпуск – 15 мин.;
Итого: Σ = 180 мин.
Заправка печи магнезитовым порошком
Заправку печи производят магнезитовым порошком или обожженным доломитом во время выпуска плавки /11/.
В целях безопасности при заправке печи объемный расход кислорода на продувку в соседней ванне снижают до 4000 – 4500 м3/ч.
Заправку печи выше шлакового пояса совмещают с периодом доводки предыдущей плавки. Загущение шлака заправочными материалами не допускается.
Заправку шлакового пояса печи производят во время выпуска, начиная с задней стенки напротив среднего завалочного окна с таким расчетом, чтобы не засыпать горловину сталевыпускного отверстия.
Восстановление рабочего слоя стен и откосов ниже шлакового пояса производят после полного удаления металла и шлака из печи, не допуская попадания значительного количества материалов на подину печи.
Завалку агломерата или руды (1-2 мульды) в среднее окно начинают после того, как сталевар предупредит подручных, находящихся у стальной летки и убедится в ее чистоте. Расстояние от агломерата (руды) до козырька летки должно быть приблизительно 100 мм.
Завалка и прогрев шихты
Начинать завалку при наличии на подине застоя глубиной более 150 мм запрещается.
Шихтовые материалы подают к печи к началу выпуска плавки. Завалку шихты производят в следующей последовательности: легковесный лом, известь или известняк, тяжеловесный лом. В последнюю очередь заваливают бой изложниц и твердый чугун. Завалку металлолома производят равномерно в каждое окно без образования бугров, особенно под кислородными фурмами.
После завалки шихты производят отталкивание лома от передней стенки и подсыпку порогов доломитом или дробленым известняком крупностью 10-50 мм. Не допускается попадание скрапин и мелкого металлолома на пороги.
В случае необходимости (при высокой подине) перед подсыпкой порогов делают гребешки из обожженного доломита или магнезитового порошка
Перед заливкой чугуна шихта должна быть хорошо прогрета. Признаком нормального прогрева является оседание легковесного лома и легкое оплавление кромок тяжеловесного лома. Прогрев не должен приводить к местному закозлению шихты. При задержках в периоды завалки и прогрева необходимо сократить тепловую нагрузку, не допуская оплавления шихты.