Расчёт параметров конвертерного сталеплавительного процесса

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

Таблица 1 - Химический состав заливаемого чугуна, %

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, %

3. Избыточное тепло чугуна

Q_изб=10³∙[(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, %_чуг−−температура чугуна, С_м− температура металла на повалке, С

1. Q_изб=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

. Q_изб=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

. Q_изб=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. Q_изб=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. Q_изб=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 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).

.  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:

Недостаток тепла составляет:

Q_нед = ∙q_л.

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, %

Теплотворная способность угля и кокса составит:

5. Коэффициент полезного теплоиспользования дополнительно введенного топлива

1.

2.

3.

.

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:

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

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 = 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

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

Суммарное количество углерода внесенное коксом и углем на науглероживание ванны находим по формуле:

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

[С]→{CO}= ΣС *0,9

[С]→{CO₂}= ΣС *0,1

Таблица 7 - Суммарное количество углерода, внесенное коксом и углем

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

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 (Q_О2, 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.