- •Основні
- •Практична робота № 1 Тема: Розрахунок основних параметрів кисневих конверторів.
- •Практична робота №2
- •Практична робота № 3 Тема: Розрахунок теплового балансу киснево-конверторної плавки.
- •Практична робота № 4
- •Практична робота № 5 Тема: Розрахунок потреби обладнання киснево-конверторного цеху.
- •Практична робота № 6 Розрахунок основних параметрів мартенівської печі.
- •Практична робота № 7 Тема: Розрахунок матеріального балансу плавки в мартенівській печі
- •Практична робота № 8 Тема: Розрахунок розкислювання мартенівської сталі.
- •Практична робота № 9 Тема: Розрахунок теплового балансу мартенівської плавки
- •Практична робота № 10 Тема: Розрахунок шихти і матеріального балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.
- •Практична робота №11
- •Прииклад розкислювання сталі 1c26
- •Практична робота 12 Тема: Розрахунок теплового балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.
- •Практична робота №13 Розрахунок потреби обладнання мартенівського цеху.
- •Практична робота 13 Тема: Розрахунок виливниці для злитка киплячої сталі
- •Практична робота 14 Тема: Розрахунок часу затвердення злитка у виливниці
- •Практична робота 15 Тема: Розрахунок температури ліквідус та солідус.
- •Практична робота №16 Тема: Розрахунок розмірів плавильного простору дугової сталеплавильної печі.
- •Ванна печі після капітального ремонту повинна мати об'єм
- •Глибина і діаметр ванни
- •Розміри плавильного простору
- •Висота підйому для магнезитохромітового зведення рівна
- •Корисна потужність за період плавлення
- •Вибір ступенів напруги
Практична робота № 9 Тема: Розрахунок теплового балансу мартенівської плавки
При складанні теплового балансу визначаються його прибуткові і витратні статті.
У прибутковій частині визначають: фізичне тепло чавуну, залежне від його температури; тепло екзотермічних реакцій; тепло шлакоутворення; хімічне тепло палива (що тепло вноситься долями природного газу і мазуту або одного природного газу); тепло нагрітого в регенераторах повітря і загальний прихід тепла.
У витратній частині визначають: фізичне тепло на нагрів стали і шлаку; тепло, що відноситься продуктами згорання і газами, що виділяються з ванни; на нагрів і відновлення вапняку, а також втрати тепла через футерування і інші джерела.
Шляхом прирівнювання прибуткової і витратної частин балансу визначають тепло, що вноситься паливом. Потім складається зведений тепловий баланс.
Піч опалюються природним газом і мазутом.
Приймаємо:
- витрата мазуту 30 % по теплу;
- коефіцієнт надлишку повітря п=1,2;
- температуру чавуну при заливці в пекти - 1 300 °С;
- температуру стали перед розкислюванням - 1620 °С;
I. Прихід тепла
1.1 Фізичне тепло чавуну (Q), що заливається, кДж.
Q =η ×(Сч×t +q+С (t-t))
де η - частка (маса) рідкого чавуну в металошихте, кг (за завданням);
Сч - середня теплоємність твердого чавуну від 0°С до температури плавлення, кДж/кг град.
Складає Сч= 0,755 кДж/кг×град;
t- температура плавлення чавуну °С.
Приймаємо t- =1180 °С (коливається в межах 1150-1200 °С);
q- прихована теплота плавління твердого чавуну, кДж/кг.
Складає q- =218 кДж/кг
С- середня теплоємність рідкого чавуну, кДж/кг×град.
Складає С=0,92 кДж/кгград;
t - температура рідкого чавуну, що заливається °С (за завданням).
Тоді
Q= 55× (0,755 ×118О + 218 + 0,92×(1300 -1180)] = 67062 кгДж.
1.2. Тепло екзотермічних реакцій окислення домішок (Q), кДж
С→СО Q ×0,9× ηспр= Q
С→СО Q×0,1× ηспр= Q
Si→SіO Q× η= Q
Mn→MnO Q × η= Q
P→PO Q×η= Q
Fe→FO (шлак) Q×η = Q
Fe→FeO Q×η = Q
Fe→ FO (дим) Q×η = Q
де Qєф - теплові ефекти реакцій окислення домішок, кДж/кг;
η пр - кількість відповідних домішок, що окислюються, кг (дивись таблицю 6 матеріального балансу плавки, 2 стовпчик ).
Тоді
С→СО 10470×2,3674×0,9=22308
С→СО 34090×2,3674×0,1=8071
Si→ SіO 31100×0,5129=15951
Mn→MnO 7370×0,5852=4313
P→PO 25000×0,0606 ( т.9 СгO )=1515
Fe→FO (шлак) 7370×0,3943( т.8 А) =2876
Fe→FeO 4820× ( 1,7542+0,2061 )=9466
Fe→ FO (дим) 73 70×0,416( після т.12)=3066
Q =67566 кДж
1.3 Тепло шлакоутворення (Q), кДж.
Вважаємо, що при формуванні шлаку що знаходяться в нім SіO і PO утворюють з'єднання (CaO) × SіO і (СaО) × PO з виділенням тепла по реакціях:
SіO+2CaO=(CaO) × SіO
PO+4СаО=(СaО) × PO
Q= η ×Q+ η× Q
де η, η - маса оксидів, що утворюються, кг;
Q, Q - тепло від витрати 1 кг оксидів на утворення з'єднення, кДж/кг, дивись табл.6. стовбчик5.
2320×1,0991=2550
4740×0,1388=658
Q=3208 кДж.
1.4 Хімічне тепло палива позначимо через "X". При опалюванні печі природним газом і мазутом і при витраті мазуту 30% по теплу, тепло, те, що вноситься Хімічне тепло складе 0,7 Х кДж, а тепло, що вноситься мазутом 0,З Х кДж.
Виконаємо розрахунок горіння палива (таблиця 1)
Таблиця 1 - Розрахунок горіння природного газу
Складові, м |
Рівняння реакції горіння |
Витрата О, м |
Продукти згорання, м
|
|||
СО |
Н О |
N |
О |
|||
СН - 93,9 СН-1,3 СН-0,2 СО-0,3 N-4,3 |
СН+2 О= СО +2 НО СН+3,5 О=2СО+З НО СН+5 О=ЗСО+4 НО |
187,80 4,55 1,0 - -
|
93,9 2,60 0,6 0,3 -
|
187,80 3,90 0,80 - -
|
4,3 - - - -
|
|
Витрата О і кількість продуктів згорання СО і О повітря при п=1,0 п=1,2 |
193,35 232,02 |
97,4 97,4 |
192,5 192,5 |
731,66 877,14 |
38,67 |
Кількість повітря, необхідна для спалювання 100 м природного газу
232,02:21×100=1104,85 /100=11,04м3
Визначаємо теплоту згорання природного газу
Qрн= 35988×93,9+63721×1,3+90554×0,2=3480221 кДж/ 100 м
де 35988, 63721 і 90554 - теплові ефекти згорання газу, кДж/ м
Розрахунки проведені на 100 м газу.
У таблиці 2 приведений розрахунок горіння мазуту.
Таблиця 2. Розрахунок горіння мазуту
Складові мазуту, кг |
Число молей |
реакції горіння |
Витрата, моль Оа |
Продукти згорання, моль
|
|||
СО |
НО |
N |
О |
||||
С-84,00 Н -10,4 S-0,64 О-0,32 N-0,08 НО 4,26 А-0,3 |
84:12=7,00 10,4:2=5,20 0,64:32=0,02 0,32:32=0,01 0,08:28=0,003 4,26:18=0,236 |
С+ О= СО Н+0,5О= НО S+О=SО
|
7,00 2,6 0,02 0,01
|
7,00
|
5,2
0,236
|
0,003
|
|
Витрата і кількість продуктів згорання з N і О повітря |
|
|
|
|
|
||
при п= 1,0 |
9,61 |
7,00 |
5,436 |
36,11 |
|
||
при п= 1,2 |
11,532 |
7,00 |
5,436 |
43,382 |
1,92 |
Кількість повітря, необхідна для спалювання мазуту
11,532:21×100=54,914 моль або 54,914×22,4:100=12,29 м/кг
Визначаємо теплоту згорання мазуту по формулі Д.И.Менделеева:
Q=81 ×84+300×10,4-26 (0,32-0,64)-6 (9×10,4+4,26)=9345 к кал/кг=39155 кДж/кг,
де 81, 300, 26, 6 - теплові коефіцієнти, віднесені до 0,01 кг відповідної складової мазуту.
1.5. Тепло, що вноситься нагрітим до1100 °С повітрям.
Визначувана витрата повітря для спалювання палива, м:
природного газу 0,7х:11,04:34800=0,000222х
мазуту 0,3х( 12,29-0,6):39155=0,000090х,
де 0,6 - витрата компресорного повітря, що приймається, на розпилювання мазуту
м /кг (коливається в межах від 0,39-0,77 м /кг).
Загальна витрата повітря складе, м:
0,000222х+0,000090х=0,000312х
Q= 1,45 • 1100•0,000312х =0,498х кДж,
де 1,45 - середня теплоємність повітря, кДж/кг×град.
Загальний прихід тепла рівний
Q= Q+ Q + Q+ Q+ Q
Q= 67062+67566+3208+0,498х+х=137836+1,498х.
2. Витрата тепла.
2.1. Фізичне тепло сталі, нагрітою до tст1620 °С (Q), кДж:
Q = η (С× t +q + С (t -t)
де η- маса рідкої сталі, кг; η-92,2 01кг;
С - середня теплоємність твердої сталі, кДж/кг-град;
С =0,7 кДж/кг×град;
t- температура плавління металу °С; t=1528 °С;
q -скрытая теплота плавлення твердої сталі, кДж/кг; q =272 кДж/кг;
С - середня теплоємність рідкої сталі, кДж/кг×град; С =0,9кДж/кг×град
t- визначається по залежності 1540-85×0,14= 1528 °С,
де 1540 - температура плавління чистого заліза;
85 - зниження температури плавління металу на 1% вуглецю;
0,14 - вміст вуглецю в металі перед розкислюванням (з матеріального балансу).
Q=92,201× [0,7×1528+272+0,90× ( 1620-1528)]= 131330 кДж
2.2. Фізичне тепло шлаку, тобто шлак відносить тепло (Q), кДж:
Q =1,3×η (С×t+q)
де η - маса кінцевого шлаку (із зведеної таблиці матеріального балансу), кг;
С =1,2 - середня теплоємність шлаку, кДж/кг×град;
q =210 - прихована теплота плавління шлаку, кДж/кг;
t=1630 - температура кінцевого шлаку °С;
1,3 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла з тим, що скидається в період плавління і доведення шлаком.
Тоді
Q =1,3×5,133× (1,2×1630+210)=14450кДж
2.3. Тепло, що відноситься продуктами згорання:
Кількість природного газу, м: 0,7х:34800=0,0000201 х;
Кількість мазуту, кг: 0,Зх:39155=0,0000077х;
Кількість продуктів згорання, м:
СО 0,0000201х ×0,974+0,0000077х ×7,0 ×22,4:100=0,0000316х;
НО 0,0000201х ×1,925+0,0000077х ×5,44×22,4:100=0,0000479х;
N 0,0000201x ×8,771+0,0000077x ×43,34×22,4:100=0,0002510х;
О 0,0000201х ×0,387+0,0000077х ×1,92×22,4:100=0,0000111х.
Q, складе, кДж:
СО 2,41×0,0000316х×1700=0,129х;
НО 1,88×0,0000479х×1700=0,153х;
N 1,46×0,000251 Ох×1700==0,623х;
О 1,55×0,0000111 х×1700=0,029х
Q=0,934x
де перший стовпчик чисел - теплоємність відповідних газів, кДж/ м×град;
1700 - середня температура продуктів згорання при виході з робочого простору печі ° С.
2.4. Тепло, що витрачається на нагрів газів, що виділяються з металевої вани при прийнятой середной їх температурі, рівній 1700 °С (Q), кДж.
CO 2526-4,9716×22,4:28=10047
СО 4090-3,252×22,4:44=6769
НО 3205-0,08×22,4:18=300
Q=17116 кДж
де перший стовпчик чисел - теплосодержание 1 м гази при температурі 1700 °С, кДж/ м
другий стовпчик чисел - кількість газів, що відходять, кг (таблиця 13 матеріального балансу);
2.5. Тепло, що відноситься частиками FeO в дим (Q) кДж
Q=0,416× (160/112) × (1,2×1700+216)= 1340 кДж
2.6. Тепло, що витрачається на розкладання вапняку (Q), кДж.
Q=1780-4,7817=8511 кДж
де 1780 - теплота розкладання вапняку, кДж/кг
4,7817 - витрата вапняку з матеріального балансу, кг.
2.7. Тепло, що витрачається на відновлення FeO (Q) кДж,
з вапняку (0,016) кДж, (дивись табл.9 матеріального балансу)
бокситу (0,0527) кДж, (дивись табл. 11 матеріального балансу)
матеріали зведення(0,0025) кДж, (дивись табл.8 А матеріального балансу)
FeO до Fe [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,9] ×824000:160=330
FeO до FeO [(0,016+0,0527+0,0025) ×0,1] × 290000:160=13
Q=343 кДж
де проізвідна в дужках - кількість FeO, що відновилися (90% до Fe і 10% до FeO), кг;
другий стовпчик чисел - тепловий ефект реакцій відновлення віднесений до 1 молю FeO, кДж/к моль.
2.8. Витрати тепла, що витрачається на водяне охолодження (Q) кДж,
Q=0,5Х кДж
2.9. Загальна витрата тепла рівна кДж:
Q= Q+ Q + Q+ Q+ Q+ Q+ Q+ Q
Q=131330+14450+0,934х+17116+1340+8511+343+0,5х=173090+1,434х137836+1,498х=173090+1,434х137836-173090=1,434х-1,498х
-35254= -0,064х
х= -35254/-0,064
х=550843,75 кДж
Таблиця 3 - тепловий баланс мартенівської плавки
Прихід тепла |
кДж |
% |
Фізичне тепло: Чавун( Q) Повітря (0,498х) |
67062 274320 |
6,96 28,49 |
Тепло реакцій: екзотермічних(Q ) шлакоутворення (Q), |
67566 3208 |
7,02 0,33 |
Хімічне тепло: природним газом 0,7х мазутом 0,З х |
385590 165253 |
40,04 17,16 |
Усього |
963000 |
100,0 |
Витрата тепла |
|
|
Фізичне тепло : сталі(Q ) шлаку(Q ) |
131330 14450 |
13,64 1,5 |
Тепло, що відноситься продуктами згорання ( Q=0,934 x) |
514488 |
5343 |
Тепло, що витрачається на нагрів газів: (Q) |
17116
|
1,78
|
Тепло, що відноситься частиками FeO (Q) |
1340 |
0,14 |
Тепло, що витрачається на розкладання вапняку (Q), |
8511 |
0,88 |
Тепло, що витрачається на відновлення FeO (Q) |
343 |
0,04 |
Витрати тепла, що витрачається на водяне охолодження (Q=0,5 х ) |
275421 |
28,59 |
Усього |
963000 |
100,0 |
Додаток 8
Завдання на виконання теплового балансу
Варіант |
Температура, °С |
Варіант |
Температура, °С
|
||
чавуну |
сталі |
чавуну |
сталі |
||
1 |
1315 |
1600 |
14 |
1315 |
1620 |
2 |
1310 |
1590 |
15 |
1325 |
1620 |
3 |
1305 |
1610 |
16 |
1315 |
1615 |
4 |
1310 |
1620 |
17 |
1310 |
1620 |
5 |
1315 |
1620 |
18 |
1305 |
1630 |
6 |
1320 |
1630 |
19 |
1310 |
1620 |
7 |
1315 |
1620 |
20 |
1320 |
1625 |
8 |
1320 |
1620 |
21 |
1315 |
1610 |
9 |
1315 |
1625 |
22 |
1305 |
1600 |
10 |
1320 |
1630 |
23 |
1310 |
1600 |
11 |
1310 |
1640 |
24 |
1315 |
1610 |
12 |
1300 |
1620 |
25 |
1320 |
1600 |
13 |
1305 |
1620 |
|
|
|