Расчет технологических параметров периода нагрева лома. В последнее время все чаще используется амортизационный лом, который является более габаритным, чем оборотный

В последнее время все чаще используется амортизационный лом, который является более габаритным, чем оборотный, в связи с чем, при его загрузке приводит к механическим повреждениям футеровки агрегата. Поэтому применение легковесного лома требует пакетировная, что не исключается попадания в пакеты посторонних предметов, закрытых емкостей и т.д.

Климатические условия нашего региона способствуют попаданию в пакеты воды и снега, что приводит не только к технологическим сложностям ведения процесса переработки лома, но и значительно ухудшает безопасность производственного процесса в целом.

При заливки жидкого чугуна с температурой 1300-1400°С на металлический лом, содержащего закрытые емкости с водой, льдом, маслами и т.п. происходит взаимодействие расплавленного металла с данными материалами, сопровождающееся взрывом.

Для предотвращения взрывом и проводится предварительный подогрев лома в конвертере.

Таблица 3 - Состав исходных материалов

Наименование материала	Содержание компонентов, %
CaO	SiO2	MgO	Fe2O3	FeO	Al2O3	CaF2	MnO	P2O5	CO2	H2O	S
Известь	89,6	1,25	2,02	1,13		0,71				4,3		0,018
ФОМИ
Электродный бой						15,1	34,4			50,42		0,08
Футеровка	5,8		88,7	1,25		1,25
Миксерный шлак	7,5	54,5	3,3		18,7	10,6			0,2			0,2
Загрязнение стального скрапа						24,0
Зола угля	2,4	69,4	0,5	5,7		22,0

С учетом теплотворной способности, химического состава угля (см. таблицу 4), их расходами на предыдущей плавке и коэффициента усвоения тепла от топлива, определяется тепловой эффект предварительного нагрева лома.

Таблица 4 - Химический состав теплоносителей, %

Хим. состав угля	Содержание элементов
CP	HP	SP	OP	NP	WP	AP
Уголь	81,1	4,0	0,3	4,5	2,0

В данном расчете расход угля принят равным 0,6 кг на 100 кг металлической завалки.

Q_нагр = Q_уголь;

Q_уголь = _(уголь) · M_уголь · К₁;

где K₁ - коэффициент усвоения тепла угля, %;

_(уголь) = 28680 кДж/кг;

К₁ = 70%;

Q_нагр = 28680 ∙ 0,3 ∙ 70 / 100 = 6022,8 кДж/100 кг.

Затем определяется температура лома после нагрева по формуле:

= Q_нагр / (М_л · С_л) + t_л,

где С_л - темплоемкость твердого лома, равная кДж/кг·град;

Мл - количество лома, кг;

- температура лома после нагрева, °С;

t_л - температура лома до нагрева, °C (принимаем равной 0 °C);

= 6022, 8 / (20 · 0,7) = 430,2 °C

Избыточное тепло чугуна Q_изб рассчитывается на 100 кг чугуна. Во время продувки выгорит следующее количество основных примесей чугуна:

Q_изб = 10³ · [(8,35 - 0,1 · B) · Si + 1,6 · Mn + 3,8 · C + 2 + 0,0195 · t_чуг] –

– [(0,44 + 0,64 · B) · Si + 0,17 · Mn + 0,785 · C + 20,4] · t_м

где Si, Mn, C - окислившееся их количество, % от веса чугуна;

B - основность шлака (CaO / SiO₂ = 3,0);

C = 4,45%; Mn = 0,31 %; Si = 0,68;

t_чуг - температура заливаемого чугуна, °С;

t_м - температура металла на выпуске, °С;

Q_изб = 10³ · [(8,35 - 0,1 · 3) · 0,68 + 1,6 · 0,31 + 3,8 · 4,45 + 2 + 0,0195 · 1380] –

– [(0,44 + 0,64 · 3) · 0,68 + 0,17 · 0,31 + 0,785 · 4,45 + 20,4] · 1641 =

= 43058,199 кДж / 100 кг чугуна.

Далее рассчитывается величина охлаждающего эффекта лома, которая, в зависимости от температуры его нагрева будет иметь разную величину:

где - теплоемкость лома, равная 0,7 кДж / кг · град;

- температура плавления лома, °С (принимается равной температуре плавления выплавляемой стали);

- температура лома после нагрева;

- скрытая теплота плавления лома, равная 284,9 кДж / кг;

- температура металла в конце продувки, °C;

- теплоемкость расплавленного лома, равная 0,84 кДж / кг · град;

q_л = 0,7 · (1535 - 430,2) + 284,9 + (1641 - 1535) · 0,84 = 1147,3 кДж / кг.

При этом, расчетный расход лома составит:

где q_л - охлаждающий эффект лома, кДж / кг;

По заданию имеем процентное содержание лома 20%, разность позволит повысить шлакообразование.

Факел определяется количество кислорода на нагрев (таблица 5), а также состав и объем отходящих газов этого периода (таблица 6). Основываясь на практических данных работы конвертеров, принимаем, что углерод угля сгорает с образованием 40% CO и 60% CO₂. Также необходимо учитывать кислород для сжигания находящегося в угле водорода (окисление происходит по реакции 2H₂ + O₂ = 2H₂O).

Таблица 5 - Количество кислорода и образовавшихся оксидов

Элемент	Количество окислившегося элемента, кг	Потребное количество кислорода, кг	Количество образовавшегося окисла, кг
Уголь	81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 0,5 = 0,146	0,146 · 32 / 12 = 0,389	0,535
С - {CO2}
C - {CO}	81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 0,5 = 0,097	0,097 · 16 / 12 = 0,130	0,227
H2 - {H2O}	4,0 · ,6 / 100 = 0,024	0,024 · 32 / 4 = 0,192	0,216
Итого:	0,267	0,711 - 4,5 · 0,6 / 100 = 0,684*	0,978
* - вычитаем кислород топлива, где 4,5 - кислород угля;

Учитывая тот факт, что операция нагрева ограничена по времени (5 - 7 минут), в данном расчете принято, что в процессе нагрева сгорают летучие компоненты топлива, а также 40 - 70% углерода. Перед заливкой чугуна в конвертере остается не окислившийся углерод топлива и зола. Количество не окислившегося углерода может быть принято 50%.

Таблица 6 - Количество и состав газов

Уголь
CO2	(81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 44) / 12 · 0,5 = 0,535
CO	(81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 28) / 12 · 0,5 = 0,227
N2	(0,6 · 2) / 100 = 0,012
H2O (от H)	(4 · 0,6) / 100 · 18 / 2 = 0,216
H2O	7,0 · 0,6 / 100 = 0,042
O2	0,684 - 0,65 = 0,034*
Итого:	1,07 кг
* - не усвоенный ванной кислород;

С учетом усвоения кислорода ванной, равной 95%, чистоты технического кислорода 99,6%, а также количества азота, поступившего в металл с кислородом, определяется его количество на прогрев:

0,684 · 95 / 100 = 0,65 кг или 0,65 · 22,4 / 32 = 0,455 м³;

0,455 / 99,6 · 100 = 0,457 м³.

Вместе с кислородом поступит азота:

0,457 - 0,455 = 0,002 м³ или 0,003 кг.

Всего технического кислорода на прогрев требуется:

0,65 + 0,003 = 0,654 кг.

В процессе продувки образуются газы: CO₂, CO, N₂, H₂O от водорода топлива, H₂O, неусвоенный O₂.

В итоге за период нагрева выделится 1,07 кг газов.

Рассчитанные количества кислорода и газов входят в итоговую таблицу материального баланса.