Оценка физических и физико-химических свойств шлака

 

Основность шлака b_зад = CaO/ SiO₂ = 1,1 b_расч = 214,6/155,74 = 1,37. По А.Н. Рамму сумма всех основных оксидов, т.е. оснований, для получения чугуна с 0,02% серы при 0, 6% Si, должно быть не менее:

 

 

Здесь Ш - относительный выход шлака, т/т.

Фактическое содержание оснований:

 

,

 

что выше требуемого (48,1%). Следовательно, шлак обладает достаточной обессеривающей способностью.

Коэффициент распределения серы

 

 

т.е. находится в пределах практических значений (20.80).

Для определения физических характеристик шлака температуры плавления (температуры "хорошей" текучести)  и вязкости шлака  - его состав пересчитывается на 3 компонента. Согласно выводам В.Е. Васильева [5], содержания  и  могут быть объединены с , при малом количестве магнезии в шлаке (до 2%) ее следует суммировать с глиноземом, иначе принимаем условно сумму  за  (табл.5).

За температуру плавления шлака обычно принимают температуру конца кристаллизации (начала плавления, т.е. солидус) или температуру при которой шлак может свободно течь. Иногда за температуру плавления принимают температуру "хорошей" текучести, соответствующую вязкости 0,3.0,4  (3.4 пуаз).

 

Таблица 5 - Пересчет состава шлака

Составляющие	Содержание, %
	фактическое	в пересчете на 3 компонента
SiO2	35,75	36,3
Al2O3	6,6	6,7
CaO	49,5	57
MgO	6,64
Сумма	98,49	100,00

 

Температуру "хорошей" текучести и вязкость шлака при 1500°С:

 

°С

 пуаза (0,2 ).

 

Следовательно, свойства шлака находятся в допустимых пределах:

не превышает 1500°С, а  - не более 7 пуаз (0,7 ).

Профиль доменной печи. Общие сведения

 

Профилем называются очертания вертикального осевого сечения рабочего пространства доменной печи.

В объёме ограниченном профилем совершаются все основные процессы доменной плавки: горение кокса и топливных добавок у фурм, восстановление железа из оксидов, тепло - и массообмен между движущимися в противотоке материалами и газами, плавление и завершающиеся стадии формирования чугуна и шлака. Поэтому размер элементов профиля должны устанавливаться в соответствии с потребностями и состоянием хода доменного процесса.

 

Рис.1 - Профиль доменной печи

Н_П - полная высота, Н - полезная высота, h_К - высота колошника, h_{Ш -} высота шахты, h_Р - высота распара, h_З - высота заплечиков, h_Г - высота горна,  - угол наклона шахты,  - угол наклона заплечиков.

Расчет профиля

 

Рассмотрим расчет профиля доменной печи производительностью 6400 тонн передельного чугуна в сутки, работающей на дутье обогащенном кислородом до 26%, при вдувании 140  природного газа, давлении газа на колошник 214 кПа (2,2 атм.) и при относительном расходе кокса 480 кг/т и относительном выходе шлака 435 кг/т.

Горн доменной печи

 

Горн важнейший элемент рабочего пространства доменной печи. Горн предназначен для сжигания горючего; накапливания, разделения и выравнивания температуры чугуна и шлака, окончательного формирования их состава. Сечение горна доменной печи заданной производительности должно обеспечивать пропуск необходимого количества фурменных газов, при наличии в этой зоне коксовой насадки, через которую навстречу газам стекают жидкие продукты плавки. В качестве базовой характеристики для расчета сечения горна используют интенсивность горения кокса i₀ т/м² сутки или условную характеристику предложенную академиком Павловым, обогащение дутья кислородом, повышение температуры дутья и давление газа на колошнике, вдувание в горн топливных добавок ведут к изменению интенсивности горения по коксу, в связи с чем целесообразно сечение горна целесообразно рассчитывать с использованием общего условного расхода за сутки К_ус, и исправленной интенсивности горения .

; ;

Sг - сечение горна, К_ус - расчетная величина условного топлива, i_исп - интенсивность горения топлива, К - относительный расход кокса, ПГ - расход природного газа, П - производительность, Э - эквивалент замены кокса природным газом (принимаем Э=1).

Принимаем базовую интенсивность горения кокса в горне при работе печей с обычным давлением газа под колошником 147кПа (1,15 атм.) без обогащения дутья кислородом равной .

Тогда исправленная (скорректированная в соответствии с изменившимися параметрами плавки) значение интенсивности будет равно:

 

Где  - суммарное увеличение интенсивности в результате обогащения дутья кислородом, повышения давления газа на колошнике и т.д.

Обогащение дутья кислородом позволяет повысить интенсивность горения на 2-2,5 % на каждый % повышения содержания кислорода от 21 до 25 %, на 1,5-2 % на каждый % повышения содержания кислорода от 25,1о 30 %, на 1-1,5% на каждый % повышения содержания кислорода от 30 до 35%.

Заданное в исходных данных обогащение дутья кислородом до 27,1% будет способствовать увеличению интенсивности горения на величину:

 

;

 

При переводе доменных печей на повышенное давление имело место увеличение интенсивности горения на 0,4-0,8% на каждые 9,81 кПа (0,1 атм.)

На проектируемой печи давление газа под колошником 214 кПа (2,2 атм.) - это будет способствовать повышению интенсивности горения на величину:

 

;

;

 

Таким образом при таком значении исправленной интенсивности сечение горна будет равно:

 

,

 

Высота горна складывается из следующих элементов:

 

;

 

Где: -высота металлоприемника - расстояние между горизонталями чугунных и шлаковых леток;

-высота фурменной зоны;

-расстояние между горизонтом воздушных фурм и нижней кромкой заплечиков;

Высоту фурменной зоны берем равной =1,4 м и конструктивный размер =0,5м принимаем по практическим данным.

Высота металлоприемника в современных печах находится обычно в пределах 1,4-2,8м. Принимаем высоту металлоприемника 2 м, тогда высота горна будет равна:

 

 

Практика показала что ровный сход шихты и максимальное использование обессеривающей способности шлака достигается чаще всего в тех случаях, когда перед выпуском занимает объём металлоприёмника, а весь шлак выпускается через чугунные лётки т.е. когда соблюдается следующее равенство:

 

;

 

Где: -количество выпусков продуктов выплавки в сутки;

-коэффициент заполнения горна (0,4 - 0,45 м³/м³);

-продолжительность выпуска (40-60 мин);

 - среднесуточные объемы скорости накапливания продуктов плавки;

1440-количество минут в сутках;

Интенсивность плавления выраженная среднесуточными объёмными скоростями накапливания продуктов плавки составляет:

 

 

 - плотность жидкого чугуна и шлака соответственно 6,9 т/м³ и 1,93 т/м^3, Ш - относительный выход шлака.

Приняв =0,45 и =40 мин определим необходимое число выпусков  из вышеприведенного равенства:

 

 

Принимаем 2 чугунные летки (на одну чугунную летку приходится 6-8 выпусков).

Заплечики и распар

 

В заплечиках, расположенных над горном и расширяющихся кверху, идут конечные стадии плавления и восстановления. Заплечики-элемент профиля доменной печи, обеспечивающий желаемый характер схода материалов в горн, главным образом в фурменные очаги.

Распар-наиболее широкая часть печи, обеспечивает плавный переход от заплечиков к шахте. В нем протекают процессы шлакообразования и плавления.

Принимаем ; где: -диаметр распара;

Обычно это отношение находится в пределах 1,1-1,5м и тогда:

 

 

Для определения очертания заплечиков кроме диаметра распара необходимо выбрать высоту заплечиков или угол наклона стен заплечиков.

В учебных расчетах высоту заплечиков можно определить по формуле:

 

 

Полученное значение  находится в рекомендуемых пределах ( ), следовательно высота заплечиков и диаметр распара выбраны правильно.

Высоту распара принимаем равной 1,7 метра. Она обычно находится в пределах 1,5-2м.

 

Шахта и колошник

 

Основная технологическая роль шахты-предоставление достаточного объёма и обеспечение времени пребывания для подготовки, т.е. прогрева и восстановления железорудных минералов к зоне плавления. Расширение шахты книзу необходимо для разрыхления периферии, вследствие вытеснения туда кокса, и требуется для компенсации теплового расширения материалов.

Принимаем величину отношения обычно это отношение находится в пределах (0,69-0,74) в зависимости от вида материалов.

Тогда -диаметр колошника будет равен:

 

 

Высоту шахты определяют по величине необходимого объема её. Для этого задается величина отношения , следовательно

 

 

Тогда высота шахты рассчитывается по формуле:

 

.

 

Значения проектного угла шахты менее  не желательно, обычно этот угол находится в пределах .

Принимаем h_К=2 м, следовательно, полезная высота:

 

.

 

Полезный объем

 

По установленным размерам элементов профиля рассчитаем полезный объём печи:

Горн

 

 

Заплечики

 

 

Распар

 

 

Шахта

Колошник

 

 

Полезный объем: