Расчёт параметров конвертерного сталеплавительного процесса
Содержание
Введение
. Исходные данные. Шихтовка плавки
. Повалка
. Избыточное тепло чугуна
. Недостаток тепла
. Коэффициент полезного
теплоиспользования дополнительно введенного топлива
. Расчет горения топлива
. Определение количества топлива,
сгоревшего в период прогрева
. Определение количества топлива,
пошедшего на науглероживание ванны в жидкий период
. Определение количества тепла,
усвоенного ванной при окислении углерода
. Определение коэффициента полезного
теплоусвоения топлива-карбонизатора
. Определение коэффициента полезного
теплоусвоения топлива, участвовавшего при нагреве лома
. Определение сквозного (суммарного)
коэффициента полезного теплоусвоения используемого твердого топлива в
конвертерной плавке
Выводы
Список используемой литературы
Введение
В современных условиях повышение эффективности
кислородно-конвертерного производства стали неразрывно связано с проблемами
разработки ресурсо- и энергосберегающей технологии конвертерной плавки с
увеличенным расходом лома в металлошихте.
В реальных условиях работы конвертерных цехов
анализ теплового баланса плавки при изменяющихся параметрах металлозавалки
показывает, что с позиции энергосбережения на сегодняшний день перспективным
является технологии, включающие предварительный нагрев лома в полости
конвертера кусковым или порошкообразным углеродсодержащим топливом с
исключением образования зон локального проплавления шихты и высокоокисленного
жидкого металлического полупродукта. В данных условиях к числу важнейших
относятся проблемы разработки вариантов технологии предварительного подогрева
лома с использованием углеродсодержащих теплоносителей.
Поэтому развитие теоретических основ и
практических аспектов разработки и совершенствования в новых направлениях
технологии конвертерной плавки с увеличенной переработкой предварительно
подогретого металлического лома является актуальной задачей сегодняшнего дня.
В этих условиях чрезвычайно важным является
правильность определения в каждом конкретном случае эффективности применения
твердого топлива в процессе выплавки стали.
1 Исходные данные. Шихтовка плавки
|
Паспорт,
№
|
Количество
чугуна
|
Количество
металлолома
|
Итого
металлозавалка
|
|
|
т
|
%
|
т
|
%
|
т
|
%
|
1
|
216560
|
110,1
|
70,9
|
45,2
|
29,1
|
155,3
|
100,0
|
2
|
216561
|
109,9
|
70,95
|
45
|
29,05
|
154,9
|
100,0
|
3
|
216562
|
114
|
70,68
|
47,3
|
29,32
|
161,3
|
100,0
|
4
|
216563
|
114,3
|
70,51
|
47,8
|
29,49
|
162,1
|
100
|
5
|
273936
|
78,4
|
49,87
|
78,8
|
50,13
|
157,2
|
100
|
Таблица 1 - Химический состав заливаемого
чугуна, %
|
tчуг,
С
|
Mn
|
Si
|
P
|
S
|
1
|
1308
|
0,51
|
0,46
|
0,1
|
0,026
|
2
|
1309
|
0,5
|
0,45
|
0,1
|
0,019
|
3
|
1352
|
0,54
|
0,49
|
0,09
|
0,022
|
4
|
1349
|
0,52
|
0,47
|
0,1
|
0,022
|
5
|
1326
|
0,44
|
0,44
|
0,1
|
0,021
|
Определим содержание углерода в чугуне по
формуле:
[%С]чуг=4,8+0,03 [%Mn]чуг-0,27∙[%Si]чуг-0,32∙[%P]чуг-0,032∙[%S]чуг
1. [%С]чуг
=4,8+0,03∙0,51-0,27∙0,46-0,32∙0,1-0,032∙0,026= 4,66%
. [%С]чуг
=4,8+0,03∙0,5-0,27∙0,46-0,32∙0,1-0,032∙0,026= 4,66%
. [%С]чуг
=4,8+0,03∙0,54-0,27∙0,49-0,32∙0,09-0,032∙0,022= 4,65%
. [%С]чуг
=4,8+0,03∙0,52-0,27∙0,47-0,32∙0,1-0,032∙0,022= 4,66%
. [%С]чуг
=4,8+0,03∙0,44-0,27∙0,44-0,32∙0,1-0,032∙0,021= 4,66%
2. Повалка
Таблица 2 − Экспресс анализ стали, %
|
tм,
С
|
C
|
Mn
|
S
|
P
|
B
|
1
|
1666
|
0,07
|
0,18
|
0,026
|
0,023
|
2,357
|
2
|
1644
|
0,1
|
0,18
|
0,022
|
0,023
|
2,27
|
3
|
1613
|
0,13
|
0,24
|
0,025
|
0,028
|
2,3
|
4
|
1639
|
0,07
|
0,13
|
0,025
|
0,012
|
2,3
|
5
|
1652
|
0,02
|
0,04
|
0,043
|
0,018
|
2,215
|
3. Избыточное
тепло
чугуна
Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙B)∙Si+1,6∙Mn+3,8∙C+0,0195∙tчуг+2]-[(0,44+0,64∙B)∙Si+0,17∙Mn+0,785∙C+20,4]∙tм
где B
−
основность шлака на повалке;
Mn
−
количество окислившегося марганца (Mn=[Mn]чуг−[Mn],
%)
С - количество окислившегося углерода (C
=[С]чуг − [С], %)
Si
−
содержание кремния в чугуне, %чуг−−температура чугуна, См−
температура металла на повалке, С
1.
Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙2,357)∙0,46+1,6∙0,33+3,8∙4,59+0,0195∙1308+2]-[(0,44+0,64∙2,357)∙0,
46+0,17∙0,33+0,785∙4,59+20,4]∙1666=7628,31ккал/100кг
.
Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙2,27)∙0,45+1,6∙0,32+3,8∙4,56+0,0195∙1309+2]-[(0,44+0,64∙2,27)∙0,45+0,17∙0,32+0,785∙4,56+20,4]∙1644=8110,9ккал/100кг
.
Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙2,3)∙0,49+1,6∙0,3+3,8∙4,52+0,0195∙1352+2]-[(0,44+0,64∙2,3)∙0,49+0,17∙0,3+0,785∙4,52+20,4]∙1613=9788,04ккал/100кг
4. Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙2,3)∙0,47+1,6∙0,39+3,8∙4,59+0,0195∙1349+2]-[(0,44+0,64∙2,3)∙0,47+0,17∙0,39+0,785∙4,59+20,4]∙1639=9255,14ккал/100кг
5.
Qизб=10³∙[(8,35-0,1∙2,215)∙0,44+1,6∙0,4+3,8∙4,64+0,0195∙1326+2]-[(0,44+0,64∙2,215)∙0,44+0,17∙0,4+0,785∙4,64+20,4]∙1652=8529,23ккал/100кг
Тогда количество лома необходимого для получения
замкнутого теплового баланса при его нагреве до температуры на первой повалке
можно определить по формуле:
где qл−
охлаждающий эффект металлолома, ккал/кг;
,
где −теплоемкость твердого лома,
равная 0,167 ккал/(кг∙град);
− температура плавления лома
(принимается равной температуре плавления выплавляемой марки стали);
− скрытая теплота плавления
лома, равная 68 ккал/кг;
− температура металла на
повалке, °С
− теплоемкость жидкого металла,
равная 0,2 ккал/(кг∙град).
. ккал/кг
2. ккал/кг
3. ккал/кг
4. ккал/кг
5. ккал/кг
4. Недостаток тепла
Избыток лома в металлозвалке (∆Cл=
% - G'л, %) составит:
|
G'л
|
%
|
∆Cл,
%
|
1
|
17,86
|
29,1
|
11,24
|
2
|
18,97
|
29,05
|
10,08
|
3
|
22,34
|
29,32
|
6,98
|
4
|
21,13
|
29,49
|
8,36
|
5
|
19,68
|
50,13
|
30,44
|
Недостаток тепла составляет:
Qнед = ∙qл.
|
∆Cл,
%
|
qл
|
Qнед
|
1
|
11,24
|
350,81
|
3944,46
|
2
|
10,08
|
346,41
|
3491,43
|
3
|
6,98
|
340,21
|
2375,23
|
4
|
8,36
|
345,41
|
2886,10
|
5
|
30,44
|
348,01
|
10594,41
|
Этот недостаток тепла и был компенсирован вводом
в конвертер дополнительного топлива (угля). Хим.состав применяемого угля
приводится в таблице 3.
Таблица 3 − Состав применяемого угля, %
|
Ср
|
Hp
|
Sp
|
Op
|
Np
|
Wp
|
Золар
|
∑
|
уголь
ТОМ
|
75
|
2,5
|
0,7
|
7
|
1,4
|
6,5
|
6,9
|
100
|
кокс
|
83,56
|
0,46
|
1,46
|
0,35
|
0,87
|
3,7
|
9,6
|
100
|
Теплотворная способность угля и кокса составит:
5. Коэффициент полезного
теплоиспользования дополнительно введенного топлива
|
Металлозавалка
|
Израсходовано
угля на плавку, т(кг)
|
Расход
угля на плавку, кг/100кг
|
Израсходовано
кокса не плавку, т(кг)
|
Расход
кокса на плавку, кг/100кг
|
|
т
|
кг
|
т
|
кг
|
|
т
|
кг
|
|
1
|
155,3
|
155300
|
2,99
|
2990
|
1,93
|
0,32
|
320
|
0,21
|
2
|
154,9
|
154900
|
2,96
|
2960
|
1,91
|
0,3
|
300
|
0,19
|
3
|
161,3
|
161300
|
2,99
|
2990
|
1,85
|
0,31
|
310
|
0,19
|
4
|
162,1
|
162100
|
3,03
|
3030
|
1,87
|
0,3
|
300
|
0,19
|
5
|
157,2
|
157200
|
3,0
|
3000
|
1,91
|
3,04
|
3040
|
1,93
|
1.
2.
3.
.
5.
где qуголь
−
расход угля на плавку, кг на 100 кг металлозавалки,
qкокс −
расход кокса на плавку, кг на 100 кг металлозавалки,
6. Расчет горения
топлива
По данным паспортов плавок принимаем:
|
Количество
прогревов
|
общий
расход кислорода в прогрев
|
расход
угля
|
расход
кокса
|
Суммарный
расход топлива
|
|
|
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
1
|
3268
|
2990
|
90,3
|
320
|
9,7
|
3310
|
100
|
2
|
2
|
3592
|
2960
|
90,8
|
300
|
9,2
|
3260
|
100
|
3
|
2
|
2798
|
2990
|
90,6
|
310
|
9,4
|
3300
|
100
|
4
|
2
|
3288
|
3030
|
91
|
300
|
9
|
3330
|
100
|
5
|
3
|
6082
|
3000
|
49,7
|
3040
|
50,3
|
6040
|
100
|
Тогда на горение кокса и угля расход кислорода
соответственно рассчитываем по формуле:
;
.
Результаты
этих расчетов занесены в таблицу 4.
Таблица
4 - Расход кислорода необходимого для сжигания топлива
|
Расход кислорода необходимого для сжигания
топлива
|
|
уголь,
м3
|
кокса,
м3
|
1
|
2952,1
|
315,9
|
2
|
3261,4
|
330,6
|
3
|
2535,2
|
262,8
|
4
|
2991,8
|
296,2
|
5
|
3020,9
|
3061,1
|
Количество сгоревшего кокса и угля в период
прогрева рассчитываем по формулам:
А остальное топливо, не сгоревшее в
период прогрева, принимает участие как карбонизатор, его количество рассчитаем
по формуле:
карб = Gтоплива
- Gпрогрева
Результаты расчета количества
топлива сгоревшего в период прогрева и количества топлива, участвующего в
карбонизации представлены в таблице 5.
7. Определение количества топлива,
сгоревшего в период прогрева
Таблица 5 - Количество топлива сгоревшего в
период прогрева и количество топлива, участвующего в карбонизации
|
Количество
сгоревшего топлива в период прогрева
|
принимает
участие в карбонизации
|
|
уголь,
кг
|
кокс,
кг
|
уголь,
кг
|
кокс,
кг
|
1
|
1644
|
176
|
1346
|
144
|
2
|
1816
|
185
|
1144
|
115
|
3
|
1412
|
147
|
1578
|
163
|
4
|
1666
|
165
|
1364
|
135
|
5
|
1682
|
1710
|
1318
|
1330
|
8. Определение количества топлива,
пошедшего на науглероживание ванны в жидкий период
Рассчитаем удельный расход топлива на
науглероживание по формуле:
и результаты представим в виде
таблицы (таблица 6).
Таблица 6 - Удельный расход топлива на
науглероживание
|
qуд,
кг/100кг металлозавалки
|
|
уголь
|
Кокс
|
1
|
0,87
|
0,09
|
2
|
0,74
|
0,07
|
3
|
0,98
|
0,10
|
4
|
0,84
|
0,08
|
5
|
0,84
|
0,85
|
Суммарное количество углерода внесенное коксом и
углем на науглероживание ванны находим по формуле:
ΣС=%уголь/100*
qуд *0,7+%кокс/100* qуд *0,7
[С]→{CO}=
ΣС
*0,9
[С]→{CO2}=
ΣС
*0,1
Таблица 7 - Суммарное количество углерода,
внесенное коксом и углем
|
Суммарное
количество углерода внесено коксом и углем, кг
|
до
СО, кг
|
до
СО2, кг
|
1
|
0,51
|
0,458
|
0,051
|
2
|
0,43
|
0,388
|
0,043
|
3
|
0,57
|
0,516
|
0,057
|
4
|
0,49
|
0,441
|
0,049
|
5
|
0,94
|
0,842
|
0,094
|
9. Определение количества тепла,
усвоенного ванной при окислении углерода
При окислении углерода выделяется и усваивается
ванной тепла:
[С]→{CO}= ΣС *0,9*2496,
ккал/100кг металлозавалки,
[С]→{CO2}= ΣС *0,1*8137,
ккал/100кг металлозавалки.
Итого
+, ккал/100кг
металлозавалки.
Таблица 8 - Тепло полученное при
окислении углерода и усвоенное ванной
|
Тепло
полученное при окислении углерода
|
|
до
СО (),ккал/100кг
металлозавалкидо СО2 (),ккал/100кг металлозавалкиИтого
|
|
|
1
|
1144
|
414
|
1558
|
2
|
969
|
351
|
1320
|
3
|
1287
|
466
|
1753
|
4
|
1101
|
399
|
1500
|
5
|
2100
|
761
|
2861
|
10. Определение коэффициента полезного
теплоусвоения топлива-карбонизатора
Тепло на карбонизацию:
1.
6259,8
ккал/100кг м/з
2. 5303,5
ккал/100кг м/з
3. 7044,5
ккал/100кг м/з
. 6030,6
ккал/100кг м/з
5. 11266,3
ккал/100кг м/з
Коэффициент полезного теплоусвоения топлива
карбонизатора:
1. 24,89%
2. 24,88 %
3. 24,89 %
.
24,88 %
5. 25,4 %
11. Определение коэффициента
полезного теплоусвоения топлива, участвовавшего при нагреве лома
чугун конверторный плавка
теплоусвоение топливо
Рассчитаем
Тепла на прогрев:
1. 7649,4
ккал/100кг м/з
2. 8427,0
ккал/100кг м/з
3. 6304,5
ккал/100кг м/з
4. 7370,2
ккал/100кг м/з
5. 14434,5
ккал/100кг м/з
Тепло усвоенное во время прогрева:
1.
3944,46-1558=2386,5ккал/100кг
металлозавалки.
2. 3491,43-1320=2171,8ккал/100кг
металлозавалки.
3. 2375,23-1753=622,1ккал/100кг
металлозавалки
4. 2886,1-1500=1385,7ккал/100кг
металлозавалки
5. 10594,41-2861=7733,2ккал/100кг
металлозавалки
Тогда коэффициент полезного теплоусвоения
топлива в период прогрева:
1. 31,2 %
2. 25,77 %
3. 9,87%
4. 18,8 %
5. 53,57 %
12. Определение сквозного
(суммарного) коэффициента полезного теплоусвоения используемого твердого
топлива в конвертерной плавке
Сквозной (суммарный) коэффициент полезного
теплоусвоения топлива составит:
1. 28,36%
2. 25,43%
3.17,79%
4. 21,54%
5. 41,22%
Выводы
Проведя сравнительную характеристику
паспортов плавок кислородно-конвертерного цеха, в результате выполненных расчетов
получены частные коэффициенты полезного теплоусвоения топлива( , ), дополнительного введенного в
конвертер. Кроме того были проанализированы данные для реализации замкнутого
теплового баланса рассматриваемой плавки такие как:
1) Расход кокса, т
) Расход угля, т
) Расход металлолома, т
) Прогрев металлолома (QО2,
м3).
Данные из зависимостей показали:
1) Зависимость между и удельного расхода угля, показала
что чем больше , тем меньше удельный расход угля;
) Зависимость между и температурой на повалке, показала
что чем больше , тем больше температура на
повалке;
) Зависимость между и количества прогревов, показала
что чем меньше количество прогревов, тем меньше ;
) Зависимость между и расходом кислорода на прогрев,
показала что чем меньше удельный расход кислорода, тем меньше .
Список используемой литературы
1. Расчет коэффициента полезного
теплоиспользования дополнительного введенного в кислородный конвертер топлива:
Методические указания// Сост.: И.П. Герасименко, В.А. Дорошенко:
СибГИУ.-Новокузнецк, 2006.-9 с.
2. Расчет материального
баланса кислородно-топливного конвертерного сталеплавильного процесса:
Методические указания// Сост.: И.П. Герасименко, В.А. Дорошенко:
СибГИУ.-Новокузнецк, 2002.-16 с.
. Производство стали.
Расчеты: Учебник для вузов// Г.Н. Ойкс, Х.М. Иоффе.- Москва.: Металлургия,
1975.-480 с.
. Расчет охладителей
кислородно-конвертерной плавки: Изв. вуз// Сост.:О.Н. Костенецкий: Черная
металлургия. 1964.№2.С.64-72.