Приход тепла от использования угля и ТБО на прогреве лома

Принимая во внимание, что при прогреве лома сгорает только 50% углерода топлива (уголь + ТБО), в приходе тепла от предварительного подогрева учтено 100% тепла сгоревшей части топлива.

Q_нагр = Q_уголь + Q_тбо; (3.1)

Q_уголь = ; (3.2)

Q_тбо = Q_н^р_(тбо)·M_тбо· K₂, (3.3)

где K₁, К₂ – коэффициенты, учитывающие количество сгоревшего углерода топлива;

Q_нагр = 26267,95 · 0,65 · 0,5 + 20845,25 · 0,8 · 0,5 = 16875,2 кДж.

Тепло оставшейся части неокисленного углерода учитывается при расчете химического тепла реакций окисления элементов металлошихты.

3.2.2 Физическое тепло жидкого чугуна

Физическое тепло жидкого чугуна может быть определено по формуле:

, (3.4)

где – количество жидкого чугуна в металлической шихте, = 70 кг;

– теплоемкость твердого чугуна, равная 0,75 кДж/кг·град;

– температура заливаемого в конвертер чугуна, =1420^оС;

– скрытая теплота плавления чугуна, равная 217,9 кДж/кг;

– температура плавления чугуна, принимается в расчете равной 1175°С (в зависимости от химического состава обычно колеблется в пределах 1150-1200°С);

– теплоемкость жидкого чугуна, равная 0,92 кДж/кг·град;

3.2.3 Химическое тепло металлошихты

Значения тепловых эффектов реакций окисления элементов при соответствующих температурах приведены в таблице 18.

Таблица 18 – Значение тепловых эффектов реакций окисления

Реакция	Тепловой эффект реакции окисления на 1 кг элемента, кДж
[C]+{O2}={CO2}
[C]+1/2{O2}={CO}	10458,2
[Si]+{O2}=(SiO2)	30913,8
[Mn]+1/2{O2}=(MnO)	7018,3
2P+2,5{O2}=(P2O5)	24327,1
[Fe]+1/2{O2}=(FeO)	4826,9
2[Fe]+1,5{O2}=(Fe2O3)	7374,4

На основании данных таблицы 18 и результатов расчета материального баланса может быть определено химическое тепло реакций окисления элементов металлошихты (таблица 19).

Таблица 19 – Химическое тепло реакций окисления элементов металлошихты ()

Элемент-окисел	Выгорело элементов, кг	Расчет	Вносится тепла, кДж
М.з.	[C]®{CO2}	0,371	0,371 · 34094	12660,534
[C]®{CO}	3,342	3,342 · 10458,2	34952,120
[Si]®(SiO2)	0,480	0,480 · 30913,8	14838,624
[Mn]®(MnO)	0,367	0,367 · 7018,3	2576,453
[P]®(P2O5)	0,126	0,126 · 24327,1	3077,036
[Fe]®(FeO)	1,213	1,213 · 4826,9	5852,655
[Fe]®(Fe2O3)	0,274	0,274 · 7374,4	2019,827
[Fe]®(Fe2O3)пыль	0,600	0,600 · 7374,4	4424,640
Итого	6,773	Итого	80401,889

3.2.4 Химическое тепло реакций шлакообразования

Считается, что все количество SiO₂ ,P₂O₅ и Fе₂О₃ в шлаке связано следующими реакциями:

SiO₂ + 2СaО = (CaO)₂SiO₂ + 137432 ; (3.5)

P₂O₅ + 4CaO = (CaO)₄P₂O₅ + 691350 ; (3.6)

Fe₂0₃ + CaO = CaO × Fe₂0₃ + 211176 ; (3.7)

3.2.5 Физическое тепло миксерного шлака

Средняя теплоемкость миксерного шлака может быть определена по формуле:

C_o = 0,73 + 0,0003 × , (3.8)

где 0,73 – теплоемкость шлака при 0 К, кДж/кг·град;

0,0003 – приращение теплоемкости шлака на 1°, кДж/кг·град;

– средняя температура миксерного шлака, К.

Среднюю температуру миксерного шлака, попадающего в конвертер из чугуновозного ковша, ориентировочно можно принимать на 15-20° ниже температуры заливаемого в конвертер чугуна.

Тогда:

= (1420 - 20) + 273 = 1673 К,

C_o = 0,73 + 0,0003 × 1673 = 1,23 кДж/кг·град.

Количество вносимого тепла миксерным шлаком определится из выражения:

, (3.9)

где – количество миксерного шлака на 100 кг металлошихты, кг;

– средняя температура миксерного шлака, °С;

– средняя теплоемкость миксерного шлака, кДж/кг·град;

– средняя теплота плавления шлака (209,5 кДж/кг);

.

3.2.6 Общий приход тепла на плавку

Общий приход тепла на плавку рассчитывается следующим образом:

3.3 Расход тепла

3.3.1 Физическое тепло стали

Физическое тепло стали , может быть определено по уравнению:

, (3.10)

где M_ст – вес жидкой стали перед раскислением, кг;

– теплоемкость твердой стали, равная 0,7 кДж/кг·град;

t_пл – температура плавления стали, °С;

q_пл – скрытая теплота плавления стали, равная 272,4 кДж/кг·град;

t_ст – температура стали перед выпуском, °С;

– теплоемкость жидкой стали, равная 0,84 кДж/кг·град.

Температура плавления стали:

t_пл = 1539 – 65 · (%C), (3.11)

где 1539 – температура плавления чистого железа, °С;

65 – снижение температуры плавления стали на 1% углерода в металле, °С;

(%С) – содержание углерода в металле перед раскислением;

t_пл = 1539 – 65 · 0,15 = 1529 ^оС.

Тогда:

3.3.2 Физическое тепло шлака

Средняя теплоемкость конечного шлака (как и миксерного) определяется по формуле:

C_o = 0,73 + 0,0003 × T_шл, (3.12)

где Т_шл – температура конечного шлака, К.

По опытным данным температуру конечного шлака можно принять выше температуры металла в конце продувки на 10°С, т.е. 1620°С, так как превышение температуры шлака над температурой металла составляет обычно 5-15°С.

Тогда:

C_o = (0,73 + 0,0003 × (1893 + 10 + 273)) = 1,3 кДж/кг·град.

Потери тепла со шлаком определяются по формуле:

Q₂ = (C_о × t_шл+q_шл)М_шл, (3.13)

где q_шл – скрытая теплота плавления шлака, равная 209,5 кДж/кг·град;

М_шл – количество конечного шлака, кг;

Q₂ = (1,3 × (1610 + 10) + 209,5) × 12,681 = 29319,7 кДж.

3.3.3 Тепло, уносимое отходящими газами

Средняя температура отходящих газов принимается равной средней температуре металла за время продувки:

.

Средними теплоемкостями газов в зависимости от их температуры обычно задаются в соответствии с таблицей 20.

Таблица 20 – Средние теплоемкости газов

Компоненты газов	Средняя теплоемкость газов в кДж/(м3∙град) при температурах, °С	Теплоемкость газов при температуре
CO	1,47	1,48	1,49
CO2	2,32	2,34	2,35
H2O	1,82	1,84	1,85
N2	1,43	1,44	1,45
O2	1,52	1,54	1,55

Тепло, уносимое отходящими газами, определяется по формуле:

Q₃ = t_{от газ} · (C_CO × V_CO + +

+ + + ), (3.14)

где С – теплоемкости соответствующих составляющих газов, кДж/м³·град;

V – соответственно, количество СО, СО₂, H₂O, N₂, O₂ в отходящих газах, м³;

Q₃ = 1515 × (1,49 × 6,239 + 2,35 × 0,891 + 1,85 × 0,053 +

+ 1,45 × 0,021 + 1,55 · 0,259) = 18058,52 кДж.

3.3.4 Тепло, уносимое выбросами металла

Количество тепла, уносимого выбросами металла, рассчитывается по формуле:

, (3.15)

где М_выб – потери металла с выбросами, кг;

– средняя теплоемкость металла выбросов, которую можно принять равной теплоемкости жидкой стали, т.е. 0,84 кДж/кг·град;

– средняя температура металла выбросов, которую принимают равной средней температуре металла за продувку, т.е. 1515°С.

Тогда:

Q₄=1,000×0,84×1515=1272,6 кДж.