2.6 Расчет количества дутья

Исходные данные для расчета дутья:

• расчет шихты;

• количество и химический состав заменителей кокса;

• влажность дутья;

• содержание кислорода в дутье;

• расход углерода на образование метана;

• степень прямого восстановления железа.

В качестве заменителей кокса в доменном производстве Украины в настоящее время используют природный газ. Его расход по металлургическим предприятиям Украины в 2007 г. Составлял 77…109 м³/т чугуна, что ниже оптимального (100-130 м³/т чуг.) в связи с дефицитом природного газа в Украине и довольно высокой его ценой.

Концентрация кислорода в дутье при одновременной подаче в доменные печи природного газа определяется из условия сохранения оптимальной теоретической температуры горения кокса (на уровне 2000 ⁰С). При расходе природного газа в пределах 100…130 м³/т чугуна концентрация кислорода в дутье может быть рекомендована в пределах 25…30 %.

Расход углерода на образование метана в доменной печи в примерных расчетах принимается на уровне 0,8 % от суммарного его количества, поступающего в доменную печь.

Степень прямого восстановления железа является функцией расхода природного газа и может быть определена по экспериментальной зависимости:

где S - расход природного газа, м³/т чуг

2.6.1 Алгоритм расчета количества дутья

Принцип расчета количества дутья основан на балансе углерода.

2.6.1.1 Баланс углерода

Содержание твердого (нелетучего) углерода в коксе:

Содержание углерода в 1 м³ природного газа:

(кг)

где СН₄, СО₂, С₂Н₆, С₃Н₈ - содержание перечисленных компонентов в природном газе, %.

Вносится в доменную печь углерода с коксом и природным газом:

, кг

где S – расход природного газа, м³/100 кг чугуна.

Количество углерода, окисляемое шихтой и дутьем определяется по разности между всем количеством углерода, вносимым в доменную печь и его расходом на науглероживание чугуна и образование метана:

где С_СН4 - расход углерода на образование метана, %.

Количество углерода, расходуемого на прямое восстановление кремния, марганца, фосфора и железа, а также на десульфурацию чугуна в соответствии с реакциями:

SiO₂ + 2C → Si + 2CO FeO + C → Fe + CO

MnO + C → Mn + CO FeS + CaO + C → Fe + CaS + CO

P₂O₅ + 5C→ 2P + 5CO

где 12, 28, 55, 31, 56, 32, - атомные массы углерода, кремния, марганца, фосфора, железа, и серы соответственно.

Количество углерода, окисляемого кислородом дутья:

2.6.1.2 Определение количества дутья

Содержание во влажном дутье кислорода:

где О_д.с. - принятая концентрация кислорода в сухом дутье, %;

W_д - влажность дутья, %. Естественная влажность дутья в Приазовье колеблется от 0,6 % (в зимнее время) до 1,9 % (в летнее время)

Содержание во влажном дутье азота:

где

Количество влажного дутья для окисления углерода по реакции:

2С + О₂ → 2СО

Количество водяных паров, содержащихся в дутье:

Расход сухого дутья:

2.7 Расчет количества и состава колошникового газа

2.7.1 Исходные данные для расчета:

• химический состав сырьевых материалов;

• расчет шихты;

• удельный расход кокса;

• расход дутья;

• степень участия водорода в реакциях восстановления оксидов железа;

• степень прямого восстановления железа.

Степень участия водорода в реакциях восстановления оксидов железа является функцией расхода природного газа и уменьшается с 0,65 при расходе природного газа 80 м³/т чугуна до 0,55 при расходе природного газа 130 м³/т чугуна.

2.7.2 Алгоритм расчета количества и состава колошникового газа

2.7.2.1 Баланс водорода

Поступает в печь водорода с коксом, влагой дутья и природным газом:

Расходуется водорода на восстановление оксидов железа:

где - степень участия водорода в восстановлении оксидов железа.

Расходуется водорода на образование метана по реакции:

С + 2Н₂ → СН₄

Переходит водорода в колошниковый газ:

2.7.2.2 Баланс диоксида углерода

Диоксид углерода образуется при восстановлении оксидов железа, при диссоциации карбонатов, вносится в доменную печь летучими веществами кокса.

Определение количества СО₂, образовавшегося при восстановлении оксидов железа.

Количество Fe₂O₃ вносимое в доменную печь:

Количество кислорода, отнятого при восстановлении Fe₂O₃ до FeO по реакции Fe₂O₃ + CO → 2FeO + CO₂:

где 160 - молярная масса Fe₂O₃.

Количество кислорода, отнятого при восстановлении FeO косвенным путем:

, (м³)

Всего отнимается кислорода косвенным путем:

Количество кислорода отнятого водородом:

Количество кислорода отнятого оксидом углерода:

Количество диоксида углерода в колошниковом газе:

, (м³)