Расчёт параметров конвертерного сталеплавительного процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные. Шихтовка плавки

2. Повалка

3. Избыточное тепло чугуна

4. Недостаток тепла

5. Коэффициент полезного теплоиспользования дополнительно введенного топлива

6. Расчет горения топлива

7. Определение количества топлива, сгоревшего в период прогрева

8. Определение количества топлива, пошедшего на науглероживание ванны в жидкий период

9. Определение количества тепла, усвоенного ванной при окислении углерода

10. Определение коэффициента полезного теплоусвоения топлива-карбонизатора

11. Определение коэффициента полезного теплоусвоения топлива, участвовавшего при нагреве лома

12. 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%

2. [%С]_чуг =4,8+0,03•0,5-0,27•0,46-0,32•0,1-0,032•0,026= 4,66%

3. [%С]_чуг =4,8+0,03•0,54-0,27•0,49-0,32•0,09-0,032•0,022= 4,65%

4. [%С]_чуг =4,8+0,03•0,52-0,27•0,47-0,32•0,1-0,032•0,022= 4,66%

5. [%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

Q_изб=10і•[(8,35-0,1•B)•Si+1,6•Mn+3,8•C+0,0195•t_чуг+2]-[(0,44+0,64•B)•Si+0,17•Mn+0,785•C+20,4]•t_м

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, %

t_чуг??температура чугуна, С

t_м? температура металла на повалке, С

1. Q_изб=10і•[(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

2. Q_изб=10і•[(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

3. Q_изб=10і•[(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. Q_изб=10і•[(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. Q_изб=10і•[(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 q_л? 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).

1. ккал/кг

2. ккал/кг

3. ккал/кг

4. ккал/кг

5. ккал/кг

4. Недостаток тепла

Избыток лома в металлозвалке (?C_л= % -- 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:

Q_нед = •q_л.

	?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.

4.

5.

где q_уголь ? расход угля на плавку, кг на 100 кг металлозавалки,

q_кокс ? 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	2	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:

G_карб = G_{топлива} - G_{прогрева}

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:

УС=%_уголь/100* q_уд *0,7+%_кокс/100* q_уд *0,7

[С]>{CO}= УС *0,9

[С]>{CO₂}= УС *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}= УС *0,9*2496, ккал/100кг металлозавалки,

[С]>{CO₂}= УС *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 металлозавалки	до СО2 (),ккал/100кг металлозавалки	Итого
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

4. 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 %

4. 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

2) Расход угля, т

3) Расход металлолома, т

4) Прогрев металлолома (Q_О2, м³).

Данные из зависимостей показали:

1) Зависимость между и удельного расхода угля, показала что чем больше , тем меньше удельный расход угля;

2) Зависимость между и температурой на повалке, показала что чем больше , тем больше температура на повалке;

3) Зависимость между и количества прогревов, показала что чем меньше количество прогревов, тем меньше ;

4) 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.

3. Производство стали. Расчеты: Учебник для вузов// Г.Н. Ойкс, Х.М. Иоффе.- Москва.: Металлургия, 1975.-480 с.

4. Расчет охладителей кислородно-конвертерной плавки: Изв. вуз// Сост.:О.Н. Костенецкий: Черная металлургия. 1964.№2.С.64-72.

Размещено на Allbest.ru