Тепловой баланс рабочего пространства

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:

                                   

                       Q_чуг = М_чуг · [С_ТВ · t_пл + q + C_жид · (t_жид - t_пл]                         (10)

 

где Q_чуг – физическое тепло чугуна, кДж;

   С_ТВ – средняя удельная теплоемкость твердого чугуна, кДж/ (кг · ºС);

   t_пл – температура плавления чугуна, ºС;

   q – скрытая теплота плавления, кДж/кг;

   C_жид – средняя удельная теплоемкость жидкого чугуна, кДж/(кг · ºС);

   t_жид – температура жидкого чугуна, ºС.

    Q_чуг = 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 Q_шл = 2,342 · 10ºккал

    Физическое тепло скрапа

                               Q_скр = 0,112 · 20 · 35 · 2500 = 0,169 · 10⁶ ккал

    Тепло экзотермических реакций

    Тепло экзотермических реакций определяется по формуле:

                                                Q_экз = ∆Н₁ · ∆С₁ · 2500                                       (11)

 

где Q_экз – 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: ΣQ_экз = 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:

 

                                           Q_пр.газ = ∆Н_пр.газ · 2500 · х                                          (12)

 

где Q_пр.газ – химическое тепло природного газа, МДж;

   ∆Н_пр.газ – тепловой эффект реакции горения природного газа, 10⁶ ккал/м³;

   х – расход природного газа, м³.

        

    Q_пр.газ = 8291 · х

    Расход тепла

    Физическое тепло стали

    Физическое тепло стали определяется по формуле:

                                       Q_ст = М_ст · [С_ТВ · t_пл + q + C_жид · (t_жид - t_пл],                   (13)

 

где Q_ст – физическое тепло стали, кДж;

  М_ст – масса стали, кг;

  С_ТВ – средняя удельная теплоемкость твердой стали, кДж/ (кг · ºС);

   t_пл – температура плавления стали, ºС;

   q – скрытая теплота плавления стали, кДж/кг;

   C_жид – средняя удельная теплоемкость жидкой стали, кДж/(кг · ºС);

   t_жид – температура жидкой стали, ºС.

 

    Температура плавления стали определяется по формуле:

 

                                    t_пл = Т_лик – 80 · [% С],                                                  (14)

 

где Т_лик – температура ликвидуса, ºС;

   [% С] – содержание углерода в металле, массовая доля, %

        

    t_пл = 1539 – 80 · (0,04) = 1536ºС

    Q_ст = [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:

    Q_шл = (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

     Q_пр.г. = 2514,4 · х

    Тепло на разложение известняка

    Q_изв = 6,908 · 2500 · 425 = 7,34 · 10⁶ ккал

    Тепло на испарение влаги и нагрев паров

    Q_исп = (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

     Q_СО = 0,569 · 1650 · 6,37 · 2500 · 22,4/28 = 11,96 · 10⁶ ккал

    Тепло для нагрева СО₂ и SO₂ выделяющихся из ванны

    Q_{СО2, 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

    Q_неусв. = 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

    Q_б.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.

    Q_охл.п. = 34000 · 20 · 4,3 = 2,9 · 10⁶ ккал

    Тепло на охлаждение кислородных фурм

    Q_{охл.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

    Q_{з.о., п.б.} = (3,6 – 3,24) · (90 – 20) · 1000 · 4,3 = 0,1 · 10⁶ ккал

    Потери тепла на получение пара

    Q_{пол. 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

    Q_раб.пр = Q_охл.п. + Q_{охл.п.ф.} + Q_{з.о, п.б.} + Q_{пол.пара} = 17,76 · 10⁶ ккал

    Потери тепла через кладку принимаем 4%

    Q_кл = 0,04 (133,46 · 10⁶ + 8291х) = 5,34 · 10^{6 + 331,64х}

    Потери тепла через окна и гляделки 0,95%

    Q_ОКН = 0,0096 (133,46 · 10⁶ + 78,76 · х

    Потери тепла на диссоциацию Н₂О и СО₂ равны 0,5%

    Q_дис = 0,005 · 82911 · х

    Потери тепла с выбивающимися газами составляют 0,4%

    Q_выб = 0,004 · 82911 · х = 33,16х

    Полный расход тепла

        

    Q_расх = Q_выб + Q_дис + Q_окн + Q_кл + Q_раб.пр. + Q_б.л. + Q_неусп + Q_{CO2, SO2} +

                                 + Q_CО + Q_исп + Q_пр.г. + Q_шл + Q_ст                                      (15)

 

    Q_расх = 146,64 + 2999,42 · х

 

                                           Q_прих = Q_расх                                                                (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.