Тепловой баланс доменной плавки

Тепловой баланс плавки полностью отражает тепловую работу доменной печи и является основой для выбора мероприятий, направленных на снижение удельное расхода кокса (k). При выплавке чугуна необходимо затратить 6000-9000 МДж/т чугуна. Меньшим расход тепла будет при производстве передельных, большим - литейных чугунов.

Как видно из таблицы 1, источниками тепла в доменной печи являются, главным образом, горение кокса и горячее дутье. Всеми остальными статьями прихода можно пренебречь. Приход тепла по двум указанным главным статьям можно выразить уравнением

С _ф(9830 + 4,45 С _д t _д)» Q. (9)

где С _ф - количество углерода, сгорающего у фурм, кг/т чугуна;

9830 и 4,45 - соответственно, тепловой эффект горения, кДж/кг С и расход дутья, м³/кг С;

С _д - теплоемкость дутья, кДж/м³град;

t _д - температура дутья, °С;

Q - приход тепла, Мдж/Мг.

Как видно из уравнения (9), при повышении температуры дутья, чтобы приход тепла не превысил расхода (т.е. потребности в нем), необходимо сократить количество углерода, сгорающего у фурм, то есть удельный расход кокса. Со снижением расхода кокса уменьшится количество газа, образующегося на 1 т чугуна, а также температура колошникового газа, то есть уменьшится расход тепла по статье 10 (табл. 1). Таким образом, при повышении температуры нагрева дутья уменьшится расход тепла (Q). Экономию кокса при этом можно найти из уравнения

(10)

где D k - экономия кокса, кг/т чугуна;

D С _ф - уменьшение количества углерода, сгорающего у фурм, при переходе на более нагретое дутье, кг/т чугуна;

С _к - содержание углерода в коксе, доли, ед;

Q ' - расход тепла на производство 1 т чугуна при повышенном
нагреве дутья (), когда > t _д, Q ' < Q.

Указанное уменьшение затрат тепла на выплавку 1 т чугуна с повышением нагрева дутья является одной из причин того, что экономия тепла в доменной печи при этом превосходит затраты тепла на нагрев дутья.

Однако основной причиной меньшего расхода топлива на нагрев дутья по сравнению с экономией кокса, получаемой при повышении нагрева дутья, является разница в тепловых эффектах горения топлива в воздухонагревателях и в доменных печах. В воздухонагревателях горение происходит при избытке воздуха, то есть полное горение - до СO₂. Тепловой эффект его, как известно в несколько раз больше теплового эффекта неполного горения (до СО), имеющего место в доменных печах (около 33500 кДж/кг С) против
9830 кДж/кг С.

Тепловой баланс доменной плавки

Наконец, топливо, применяемое в доменных печах - кокс, дорого и дефицитно. Для отопления воздухонагревателей, как правило, используют колошниковый газ, образующийся в самой доменной печи. Все указанное показывает, почему повышение температуры нагрева дутья дает большой экономический эффект.

Рассматривая тепловой баланс, можно сказать, что расход тепла по статьям 2 и 7 зависит от состава выплавляемого чугуна и менять его нельзя. Затраты тепла по статье 10 в основном зависят от расхода кокса, а также от затрат тепла по статьям 5 и отчасти 6. Увеличение расхода тепла по этим статьям сопровождается уменьшением затрат его по статье 10 и не приводит к увеличению расхода кокса. Испарение влаги и разложение гидратов могут оказывать влияние на расход кокса, только влияя на степень развития косвенного восстановления.

Изменение расхода кокса в основном определяется изменением затрат тепла по статьям 1, 3, 8, 9, 11 и отчасти 6. Уменьшение расхода тепла по этим статьям позволяет сокращать удельный расход кокса.

Повышение восстановимости железорудных материалов, вдувание природного газа и другие мероприятия, направленные на снижение индекса прямого восстановления железа в печи, позволяет не только уменьшить расход тепла, а следовательно С _ф, но и количества углерода на прямое восстановление железа (C'_пв) (11). При этом надо иметь в виду, что удельный расход кокса, складывается из расхода его на горение, прямое восстановление и образование чугуна

(11)

где С_ч - количество углерода, растворяющегося в железе, кг/т чугуна;

С'_пв - количество углерода, затрачиваемого на прямое восстановление железа, кг/т чугуна;

С"_пв - количество углерода, затрачиваемого на прямое восстановление примесей, кг/т чугуна.

Сократить затраты тепла по статьям 3 и 8 можно, обогащая руды, т.е. сокращая количество пустой породы в ней. Это приводит к сокращению расхода известняка и выхода шлака и уменьшению затрат тепла по указанным статьям.

Расход тепла по статье 3 в настоящее время исключен почти полностью, так как в доменной шихте используется офлюсованные агломерат и окатыши, вносящие в доменную печь необходимое для получения шлака количество CaO.

Что касается сокращения влажности дутья, то оно уменьшает расход тепла по статье 9, но при этом надо иметь в виду, что образующийся при разложении влаги дутья водород повышает индекс косвенного восстановления. Это сокращает затраты тепла по статье 1.

Расход тепла по статье 11 можно уменьшить, увеличивая размеры печи, ее производительность и обеспечивая сохранность кладки. Поскольку печь тепло теряет через стенки, то чем меньше удельная поверхность стенок ее, то есть, чем меньше отношение поверхности стенок к объему печи, тем меньше будут потери тепла. Потери через стенки постоянны во времени, поэтому с ростом производительности печи потери тепла, приходящиеся на 1 т чугуна, уменьшаются. Значительно возрастают потери тепла при износе – уменьшении толщины кладки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: