Тепловой баланс плавки

Тепловой баланс рабочего пространства двухванной печи рассчитывается для одной камеры (расчет ведется на 100 кг металлошихты).

Приход тепла

Физическое тепло чугуна

Физическое тепло чугуна считается по формуле:

Q_чуг = М_чуг · [С_тв · t_пл + q + С_жид · t _жид - t _пл )], (8)

где Q_чуг - физическое тепло чугуна, кДж;

М_чуг – масса чугуна, кг;

С_тв – средняя удельная теплоемкость твердого чугуна, кДж/(кг.°С);

t_пл – температура плавления чугуна, °С;

q – скрытая теплота плавления, кДж/кг;

С_жид – средняя удельная теплоемкость жидкого чугуна, кДж/(кг ∙ °С);

t _жид - температура жидкого чугуна, °С.

Q_чуг = 65 · [0,75 · 1150 + 218 + 0,814 · (1300 – 1150) = 78,67 МДж.

Тепло шлакообразования

Реакции шлакообразования имеют вид:

2СаО + SiO₂ = 2CaO · SiO₂; (9)

4CaO + P₂O₅ = 4 CaO(P₂O₅). (10)

Теплота шлакообразования определяется по формуле:

Q_шл = 2,04 + ΣSiO₂ + 4,7 · ΣP₂O₅ , (11)

где Q_шл – тепло, выделяемое при шлакообразовании, кДж;

ΣSiO₂ – количество SiO₂ в шлаке, кг;

ΣP₂O₅ – количество P₂O₅ в шлаке, кг.

Q_шл = 2,04 · 0,608 + 4,7 · 0,046 = 1,45 МДж.

Тепло экзотермических реакций

Тепло экзотермических реакций определяется по формуле:

Q_экз = Δ Н₁ · Δ С₁, (12)

где Q_экз – тепло, выделяемое экзотермическими реакциями, кДж

Δ Н₁ – тепловой эффект химической реакции, МДж/кг;

Δ С₁ – изменение концентрации 1 компонента, кг.

В объеме печи 30, объемной доли, % СО дожигается СО₂ благодаря чему выделяется дополнительное количество энергии.

Тепло экзотермических реакций, МДж:

С → СО₂ 86,420;

Si → SiO₂ 15,146;

Mn → MnO 1,620;

P → P₂O₅ 2,650;

Fe → Fe₂ O₃ (в дым) 8,102;

Fe → Fe₂O₃ (в шлак) 1,259;

Fe → FeО 7,001;

S → SO 2 0,064;

Итого: Σ Q_экз = 122,262 МДж.

Химическое тепло природного газа

Средний расход природного газа принимаем согласно заводским данным, который составляет 4500 м³ на плавку (1,8 м³/100 кг металлошихты). Определим количество тепла, вносимого природным газом:

Q_пр.г. = 1,8 · 34,4 = 61,92 МДж.

Расход тепла

Физическое тепло стали

Физическое тепло стали определяется по формуле:

Q_ст = М_ст · [С_тв · t_пл + q + С_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 ∙ °С);

t_пл – температура плавления стали, °С;

q – скрытая теплота плавления стали, кДж/кг;

С_жид – средняя удельная теплоемкость жидкой стали, кДж/(кг ∙ °С);

t _жид - температура жидкой стали, °С.

Температура плавления стали определяется по формуле:

t_пл = Т_лик – 71 · [% С], (14)

где Т_лик – температура ликвидуса, °С.

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

t_пл = 1539 – 71 · (0,1) = 1531,9 °С.

Q_ст = [0,7 · 1531,9 + 272 + 0,84 · (1600 – 1531,9) ] · 90,896 = 128,8 МДж.

Физическое тепло шлака

Физическое тепло шлака определяется по формуле:

Q_шл = (1,246 t_шл + 209) М_шл, (15)

где Q_шл – физическое тепло шлака, кДж;

t_шл – температура шлака, °С;

М_шл – масса шлака, кг;

Q_шл¹ = (1,246 · 1580 + 209) · 5 = 10,88 МДж;

Q_шл² = (1,246 · 1650 + 209) · 4,858 = 8,73 МДж;

Q_шл = Q_шл¹ + Q_шл², (16)

где Q_шл¹ - физическое тепло шлака первого периода;

Q_шл² – физическое тепло шлака второго периода;

Q_шл = 10,88 + 8,73 = 19,61 МДж.