Рациональный состав штейна и шлака

А. Тепловой баланс периода варки.
Приход тепла.

1. 
   Тепло горячего штейна:
   

Q_шт=G_шт*С_шт*t_шт.
Q_шт=100*0,2*1000=20000 ккал.

2. 
   Тепло воздуха:
   

V_в=143/1,29=110,9 нм³
Q_в=110,9*60*0,31=2062,7 ккал.

3. 
   Тепло окисления железа ферроникеля.
   

По реакции (1) окисляется до Fe₃O₄ 7,62 кг Fe:
Q=7,62*1590=12116 ккал.
По реакции (2) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 45,07 кг Fe:
Q=45,07*1244=56067 ккал.
Всего окисление железа ферроникеля с учетом тепла шлакообразования:
Q_Fe=68183 ккал.

4. 
   Тепло окисления сернистого железа.
   

По реакции (3) окисляется до Fe₃O₄ 3,2 кг Fe:
Q=3,2*2451=7850 ккал.
По реакции (4) 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:
Q_Fe=47750 ккал.
Всего приход тепла:
20000+2063+68183+47750=137996 ккал.
Расход тепла.

1. 
   Тепло обогащенной массы:
   

Q_м=G_м*С_м*t_м.
Q_м=63*0,2*1250=15750 ккал.

2. 
   Тепло шлака:
   

Q_шл=G_шл*С_шл*t_шл.
Q_шл=193*0,3*1250=72375 ккал.

3. 
   Тепло газов:
   

Q_газ=(8,84*0,536+84,56*0,334+1,46*0,353)*1000=33497 ккал.

4. 
   Потери тепла во внешнюю среду:
   

а) потеря тепла поверхностью кожуха
Q_кож=q*F_кож*₁,
F_кож=85*1,3=110 м²
Q_кож=3500*110*0,012=4600 ккал;
б) потеря тепла излучением через горловину размерам 3,2 м²
Q_горл=180000*3,2*0,012=6900 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду составляют:
4600+6900=11500 ккал.
Всего расход тепла:
15750+72375+33497+11500=133122 ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.16.

Таблица 16. Тепловой баланс периода набора.
Приход тепла				Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода	ккал	%		№ пп.	Статьи расхода	ккал	%
1	Тепло горячего штейна	20000	14,5		1	Тепло обогащенной массы	15750	11,4
2	Тепло воздуха	2063	1,5		2	Тепло шлаков	72375	52,4
3	Тепло окисления железа ферроникеля	68183	49,4		3	Тепло газов	33497	24,3
4	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа	47750	34,6		4	Потери во внешнюю среду	11500	8,3
					5	Неучтенные потери и невязка баланса	4874	3,5
Всего:		137996	100,0		Всего:		137996	100,0

Б. Тепловой баланс периода варки файнштейна.
Приход тепла.

1. 
   Тепло обогащенной массы: 15750 ккал.
   
2. 
   Тепло воздуха: V_воз=52,23/1,29=40,5 нм³,
   

Q_в=40,5*0,31*60=753 ккал.

3. 
   Тепло окисления сернистого железа.
   

По реакции (3) окислиется до до Fe₃O₄ 2,14 кг Fe:

Q=2,14*2451=5245 ккал.
По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 12,65 кг Fe:
Q=12,65*2105=26628 ккал.
Всего от окисления сернистого железа с учетом тепла шлакообразования:
Q_Fe=31873 ккал.
Всего приход тепла:
15750+753+31873=48376 ккал.
Расход тепла.
1. Тепло файнштейна:
Q_ф=G_ф*С_ф*t_ф.
Q_ф=34,26*0,2*1350=9250 ккал.

2. 
   Тепло шлака:
   

Q_шл=G_шл*С_шл*t_шл.
Q_шл=33,85*0,3*1250=9139 ккал.

3. 
   Тепло газов:
   

Q_газ=(5,76*0,546+30,92*0,34+0,48*0,359)*1200=16596 ккал.

4. 
   Потери тепла во внешнюю среду:
   

а) потеря тепла поверхностью кожуха
Q_кож=q*F_кож*₂,
F_кож=85*1,3=110 м²
Q_кож=7000*110*0,003=2310 ккал;
б) потеря тепла излучением через горловину размерам 3,2 м²
Q_горл=230000*3,2*0,003=2950 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду составляют: 5260 ккал.
Всего расход тепла:
9250+9139+16596+5260=40245 ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.17.

Таблица 17. Тепловой баланс периода варки файнштейна.
Приход тепла					Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода		ккал	%	№ пп.	Статьи расхода		ккал	%
1	Тепло обогащенной массы		15750	32,6	1	Тепло файнштейна		9250	19,1
2	Тепло воздуха		753	1,6	2	Тепло шлака		9139	18,9
3	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа		31873	65,9	3	Тепло газов		16596	34,3
					4	Потери во внешнюю среду		5260	10,9
					5	Неучтенные потери и невязка баланса		8131	16,8
Всего:		48376		100,0	Всего:		48376		100,0

Для общей оценки тепловой работы конвертера составлен также сводный тепловой баланс процесса табл.18.

Таблица 18. Сводный тепловой баланс процесса переработки никелевого штейна на файнштейн
Приход тепла					Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода	ккал	%	№ пп.		Статьи расхода	ккал	%
1	Тепло горячего штейна	20000	11,7	1		Тепло файнштейна	9250	5,4
2	Тепло воздуха	2816	1,7	2		Тепло шлаков	81514	47,8
3	Тепло окисления железа ферроникеля	68183	40,0	3		Тепло газов	50093	29,4
4	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа	79623	46,7	4		Потери во внешнюю среду	16760	9,8
				5		Неучтенные потери и невязка баланса	13005	7,6
Всего:		170622	100,0	Всего:			170622	100,0

Расчет воздухоподводящей системы и воздуходувок.

1. Выбор схемы воздухопроводов и расчет их диаметров.

Длина воздухопроводов, их расположение зависят от планировки территории завода, сечение же их должно быть рассчитано по допустимой скорости движения воздуха, которая обычно принимается в пределах 15-25 м/сек.
Для рассчитываемого случая примем, что цех оборудован шестью одинаковыми 40-т конверторами, из которых в работе одновременно находятся пять.
Общее количество воздуха, необходимое для работы пяти конверторов составит:
V=5*255=1275 нм³/мин.
Необходим резерв на возмещение потерь воздуха на не плотностях воздухоподводящей системы. По данным практики, эти потери составляют до 20-30% от количества воздуха, подводимого к фурмам.
Приняв резерв 25%, получим, что воздуходувные машины должны подать воздуха:
V=1,25*1275=1600 нм³/мин.
Из приложения 19 находим, что нужное количество воздуха могут обеспечить две воздуходувки 920-33-2 производительностью по 820 нм³/мин при давлении до 1,3 атм.
Примем скорость воздуха в воздухопроводах:
_t,p=20 м/сек.
Диаметр воздухопровода на участке от воздуходувки до общего воздухопровода определим по формуле:
d=1,13 V_t,p/_t,p.
При давлении воздуха 1,3 атм и температуре 60⁰ рабочий расход воздуха от каждой машины составит:
V_t,p=(820*(273+60))/(60*273*2,3)=7,3 м³/сек.
Диаметр воздухопровода:
d₁=1,13* 73/20=0,68м 7м
Диаметр общего воздухопровода определим, исходя из условия одновременной подачи через него воздуха от обеих воздуходувок:
V_{t, p}^общ=2V_{t, p}=2*7,3=14,6 м³/сек.
Диаметр воздухопровода
d₂=1.13* 14,6/20=0,97  1,0 м.
Диаметр воздухопроводов, по которым воздух подается от общего воздухопровода к конвертерам, определим из количества воздуха, подаваемого на один конвертер:
V₀^конв=1640/(5*60)=5,5 нм³/сек.
Или
V_{t, p}^конв=(5,5*(273+60))/(273*(1+1,3))= 2,9 м³/сек.
Диаметр воздухопровода:
d₃=1,13* 2,9/20=0,43 0,45 м

2. Расчет сопротивления воздухоподводящей системы.

Примем наибольшую длину воздкшной трассы от воздуходувки до общего воздухопровода L₁=100 м, длину участка общего воздухопровода до наиболее удаленного конвертера L₂=50 м и длину подводящего воздухопровода L₃=10 м.
Потери напора на трение о стенки воздухопроводов при _t,p=20 м/сек:
h_тр=(L₁/d₁+L₂/d₂+L₃/d₃)* _t,p²/2g*_{t, p}.
Коэффициент потери напора от трения =0,04. Действительный удельный вес воздуха:
_{t, p}=₀*273/(273+1)*(p+1)=1,29*(273*2,3)/(273+60)=2,5 кг/м³;
h_{t, p}=0,04*(100/0,7+50/1,0+10/0,5)*400/19,6*2,5=440 мм вод. ст.
Общая потеря напора по всей трассе составляет:
h=440+290+220=950 мм вод. ст., или около 0,1 кг/см³.
Расчет показывает, что при давлении дутья, создаваемом воздуходувкой, 1,3 атм. И потере напора на всей магистрали 0,1 атм. Давление воздуха на коллекторе конвертера составит
1,3-0,1=1,2 атм.
Т.е. соответствует такому значению давления, которое обеспечивает расчетную пропускную способность фурм.

Технические показатели.

В заключении всех выполненных расчетов составляется сводка показателей работы конвертера:

Содержание никеля в штейнах, %:

в горячем……………………………………………………………...16,0
в холодном…………………………………………………………….11,0
Производительность конвертера по штейну, т/сутки:
горячего…………..……………………………………………………………..200
Общая производительность по штейну, т/сутки……………………………..280
Производительность по файнштейну, т/сутки……………………………….50
Содержание никеля в файнштейне, %………………………………………..77,3
Количество нейтральных холодных материалов,
перерабатываемых в конвертере:
т/сутки………………………………………………………………….126
% от веса горячего штейна……………………………………………63
% от смеси штейнов……………………………………………………45
Число операций за сутки………………………………………………………..3
Вес файнштейна за одну операцию, т………………………………………….25
Размеры конвертера, м………………………………………………………….3,66,1
Размер горловины, м…………………………………………………………….1,71,9
Число установленных фурм:
при старой конструкции фурм……………………………………….30
при усовершенствованной конструкции…………………………….22
Диаметр фурменных труб, мм……………….………………………………..41
Пропускная способность конвертера по воздуху, нм³/мин………………….255
Удельная нагрузка на 1см³ сечения фурм, нм³/см2*мин:
при старой конструкции фурм………………………………………..0,68
при усовершенствованной конструкции фурм………………………0,96
Давление Дутья на коллекторе, атм………….………………………………..1,2