 |
Тепловой баланс конвертора
|
|
|
|
Исходными данными для расчета теплового баланса конвертора являются материальные балансы по периодам (см. табл. 141 и 143), [1] тепловые эффекты реакций (см. табл. 136), [1] температуры и теплоемкости материалов и продуктов (см. табл. 2).
Таблица 2 - Температуры и теплоемкости материалов и продуктов процесса конвертирования никелевых штейнов
| Материалы | Температура, 0С | Теплоемкость Ккал/кг· 0С | |
| В период набора | В период варки файнштейна | ||
| Горячий штейн……………………….. Воздух………………………………… Обогащенная масса………………….. Шлаки……………………………….... Газы………………………………….... Файнштейн……………………………. Внутренняя полость конвертора…….. Наружная поверхность кожуха конвертора…………………………….. | 1000 60 1250 1250 1000 - 1250 200 | - 60 1250 1350 1200 1350 1350 300 | 0,2 - 0,2 0,3 - 0,2 - - |
Балансовое время, т.е время переработки 140 кг штейна, находится из суточной производительности:
Время периода набора и периода варки файнштейна находится из соотношения количества воздуха, подаваемого в соответствующий период:
В период набора воздуха израсходовано………………161,74 кг…..74%
В период варки файнштейна…………………………….58,30………26%
Итого.220,04 кг100%
Отсюда
τ1=0,74 τ=0,74·0,016=0,012 часа
τ2=0,26 τ=0,26·0,016=0,004 часа
А. Тепловой баланс периода набора
Приход тепла
1. Тепло горячего штейна:
Qшт=Gшт·сшт·tшт
Qшт=100·0,2·1000=20000 ккал
2. Тепло воздуха
Qв=Vв·св·tв
Из табл. 141 [1] находим объем воздуха, израсходованного за период набора:
Qв=125·0,31·60=2330ккал.
3. Тепло окисления железа ферроникеля.
По реакции (1) [1] окисляется до Fe3O4 7,72 кг Fe:
Q’=7,72·1590=12300 ккал.
По реакции (2) [1] окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 45,7 кг Fe:
|
|
|
Q”=45,7·1244=57000 ккал.
Всего от окисления железа ферроникеля с учетом тепла шлакообразования
QFe=69300 ккал.
4. тепло окисления сернистого железа.
По реакции (3) [1] окислителя до Fe3O4 3,2 кг Fe:
Q’=3,2 ·2451=7850 ккал.
По реакции (4) [1] окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 18,9 кг Fe
Q”=18,9·2105=39900 ккал.
Всего от окисления сернистого железа с учетом тепла шлакообразования
QFeS=47750 ккал.
Всего приход тепла составляет
20000+2330+69300+47750=139380 ккал.
Расход тепла
1. Тепло обогащенной массы
Qм=Gм·см·tм
Qм=61,84·0,2·1250=15500 ккал.
2. Тепло шлака
Qшл=Gшл·сшл·tшл
шл=194,64·0,3·1250=73200 ккал.
3. Тепло газов
Qгаз=(VSO2·cSO2+VN2·cN2+VO2·cO2)tгаз=(8,85·0,536+99,8·0,334+1,33·0,353)1000=
=38500 ккал.
4. Потери тепла во внешнюю среду:
а) потеря тепла поверхностью кожуха
Qкож=q·Fкож·τ1
где q – удельный тепловой поток, ккал/м2·час, находится по графику (см. рис. 5) [1];
Fкож – общая теплоотдающая поверхность кожуха конвертора с учетом ребристости, м2.
Геометрический размер поверхности цилиндра размером 3,6×6,1 за вычетом поверхности горловины составляет
F=3,14·3,6(1,8+6,1)-3,2=(88-3,2)≈85м2
Приняв коэффициент ребристости К=1,3 получим
Fкож=85·1,3=110 м2
По графику (см. рис. 5) [1] для tкож=2000 находим
q=3500ккал/м2·час, откуда
Qкож=3500·110·0,012=4600 ккал.
б) Потеря тепла излучением через горловину размером 3,2 м2
Qгорл=q·Fгорл·τ1
где q – удельный тепловой поток, излучаемый открытым отверстием, ккал/м2·час, находится по графику рис.36.
Приняв коэффициент диафрагмирования с учетом частичного прикрывания горловины напыльником Ф=0,7 для t =12500 по графику (см. рис. 36) [1], находим q=180000 ккал/м2·час, откуда
Qгорл=180000·3,2·0,012=6900 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду составляют
4600+6900=11500 ккал.
Расход всего тепла
15500+73200+38500+11500=138700 ккал.
По разности прихода и расхода неучтенные потери и невязка баланса
139380-138700=680 ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.
Тепловой баланс периода варки файнштейна
Приход тепла
|
|
|
1. Тепло обогащенной массы (сохраняется от периода набора) 15500 ккал.
Таблица 3 - Тепловой баланс периода набора
| Приход тепла | Расход тепла | ||||||
| № | Статьи прихода | ккал | % | № | Статьи расхода | ккал | % |
| 1 2 3 3 | Тепло горячего штейна…………… Тепло воздуха…… Тепло окисления железа ферроникеля…….. Тепло окисления и ошлакования сернистого железа. | 20000 2330 69300 47750 | 14,4 1,6 49,7 34,3 | 1 2 3 4 5 | Тепло обогащенной массы….. Тепло шлаков… Тепло газов…… Потери на внешнюю среду… Неучтенные потери и невязка баланса | 15500 73200 3850 11500 680 | 11,1 52,1 27,6 8,3 0,5 |
| Всего ……............. | 139380 | 100,0 | Всего……………… | 139380 | 100,0 | ||
2. Тепло воздуха:
Из табл. 143 [1] 
Qв=45·0,31·60=840 ккал.
3. Тепло окисления сернистого железа.
По реакции (3) окисляется до Fe3O4 2,12 кг Fe:
Q’=2,12·2451=5200 ккал.
По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом
12,51 кг Fe:
Q”=12,51·2105=26400 ккал.
Всего от окисления сернистого железа выделяется тепла
QFeS=5200+26400=31600 ккал.
Всего приход тепла
15500+840+31600=479400 ккал.
Расход тепла
1. Тепло файнштейна
QФ=GФ·сФ·tФ
QФ=33,8·0,2·1350=9150 ккал.
2. Тепло шлака
Qшл=32,71·0,3·1350=13200 ккал.
3. Тепло газов (количество газов из табл. 143)
Qгаз=(5,87·0,546+36·0,340+0,45·0,359)1200=18100 ккал.
4. Потери тепла во внешнюю среду:
а) кожухом конвертора:
Qкож=qFкож·τ2
По графику (см. рис. 5) [1] для tкож=3000, q=7000 ккал/м2·час
Qкож=7000·110·0,004=3100 ккал;
б) излучение горловиной
Qгорл=qFгорл·τ2
По графику для (см. рис. 36) [1] t=1350; Ф=0,7 находим q=230000ккал/м2·час
Qгорл=230000·3,2·0,004=2950 ккал.
Всего потери во внешнюю среду
3100+2950=6050 ккал.
Всего расход тепла
9150+13200+18100+6050=46500 ккал.
По разности прихода и расхода тепла неучтенные потери и невязка баланса составляют
47940-46500=1440 ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода варки файнштейна сведены в табл. 4
Таблица 4 - Тепловой баланс периода варки файнштейна
| Приход тепла | Расход тепла | ||||||
| № | Статьи прихода | ккал | % | № | Статьи расхода | ккал | % |
| 1 2 3 | Тепло обогащенной массы……………… Тепло воздуха…….. Тепло окисления и ошлакования сернистого железа... | 15500 840 31600 | 32,3 1,9 65,8 | 1 2 3 4 5 | Тепло файнштейна. Тепло шлака……… Тепло газов……….. Потери во внешнюю среду….. Неучтенные потери и невязка………….. | 3150 13200 18100 6050 1440 | 19,2 27,5 38,0 12,6 2,7 |
| Всего | 47940 | 100,0 | Всего | 47940 | 100,0 | ||
Для общей оценки тепловой работы конвертора составлен также свободный тепловой баланс процесса (табл. 5).
|
|
|
Таблица 5 - Свободный тепловой баланс процесса переработки никелевого штейна на Файнштейн
| Приход тепла | Расход тепла | ||||||
| № | Статьи прихода | ккал | % | № | Статьи расхода | ккал | % |
| 1 2 3 4 | Тепло обогащенной массы…………… Тепло воздуха……… Тепло окисления и ошлакования железа ферроникеля……… Тепло окисления и ошлакования сернистого железа…. | 20000 3170 69300 79350 | 11,6 1,8 40,3 46,3 | 1 2 3 4 5 | Тепло файнштейна Тепло шлака……... Тепло газов……… Потери во внешнюю среду…. Неучтенные потери и невязка… | 9150 86400 56600 17550 2120 | 5,3 50,3 33,0 10,2 1,2 |
| Всего……………….. | 171820 | 100,0 | Всего……………... | 171820 | 100,0 | ||
Заключение
К основным достоинствам конвертирования можно отнести: автогенный характер протекания процесса, возможность переработки большой массы скрапа и холодных присадок, высокое содержание сернистого ангидрида в технологических газах, позволяющее направлять их на производство серной кислоты.
Недостатками являются: плохой отстой шлаков и связанное с ним пониженное прямое извлечение металлов, загрязнение атмосферы выбивающимися из поднапольника технологическими газами, периодичность работы и необходимость прочистки фурм.
Один из основных недостатков – загрязнение воздушного бассейна технологическими газами может быть полностью ликвидировано с применением конвертора с боковым отводом газов.
|
|
|
