Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Тепловой и материальный балансы мартеновской плавки

Основные статьи себестоимости мартеновской стали (расход металлической шихты и расход топлива на 1 т жидкой стали) определяются тепловыми и материальными балансами. Данные расчетов баланса одной из плавок в 50-т печи по скрап-процессу приведены в табл. 1, а 185-т печи по скрап-рудному процессу при работе без продувки ванны кислородом — в табл. 2. На основе данных, приведенных в табл. 1 и 2, можно сделать следующие выводы:

1. Выход жидкой стали при скрап-рудном процессе (по отношению к массе чугуна и скрапа) значительно выше, чем при скрап-процессе, что обусловлено восстановлением железа из заваливаемой в печь железной руды.

2. Из атмосферы печи поступает кислорода значительно больше при скрап-процессе (при скрап-рудном процессе основное количество кислорода на окисление примесей поступает с заваливаемой железной рудой).

3. Общее количество образующегося за плавку шлака при скрап-рудном процессе больше, чем при скрап-процессе.

4. Мартеновская печь является очень несовершенным тепловым агрегатом, лишь небольшая доля общего прихода тепла расходуется полезно — на нагрев металла и шлака. Значительное же количество тепла уносится дымовыми газами и теряется (следует при этом иметь в виду, что часть тепла, уносимого из рабочего пространства газами, возвращается с нагретым в регенераторах воздухом и газом).

5. В отличие от конвертерных процессов доля прихода тепла от экзотермических реакций окисления примесей невелика, основную статью прихода тепла составляет тепло сгорания топлива.

Таблица 1. Материальный и тепловой балансы плавка при основном мартеновском скрап-процессе.

Приход%Расход%
Материальный баланс (на 100 единиц массы металлической muxты)
Чугун чушковый34,000Сталь жидкая96,402
Скрап66,000Корольки металла в шлаке0,650
Ферромарганец0,838
1,250
Шлак скаченный5,339
Известняк в завалку4,597Шлак конечный в печи перед выпуском8,013
Железная руда 2,000СО от окисления углерода3,051
Заправочный материал3,000СО от разложения известняка и извести1,910
Материал свода0.200Влага, содержащаяся в известняке и железной руде0,080
Кислород и атмосфера печи2,560Всего115,445
Всего115,445
Тепловой баланс рабочего пространства
Экзотермические реакции выгорания примесей8,30На нагрев стали15,43
Теплота шлакообразования0,48На нагрев шлака3,44
Теплота сгорания топлива61,67Испарение влаги из руды и известняка0.06
Физическое тепло воздуха нагретого в регенераторах29,55Разложение известняка0,85
Всего100,00Уносится с продуктами63,86
Потери в окружающую среду16,36
Всего100.00

Если составить тепловой баланс не рабочего пространства, а всей печи (без учета регенерации тепла), то можно приблизительно принимать, что 90 % прихода тепла — это тепло сгорания топлива (10 % — тепло экзотермических реакций окисления примесей). Что же касается расхода тепла, то он делится примерно на три равные доли:

  • на процесс (нагрев металла и шлака);
  • на потери через кладку, с охлаждающей водой и др.;
  • на тепло, уносимое с продуктами сгорания.

Таблица 2. Матеркальный и тепловой балансы плавка при основном мартеновском скрап-рудном процессе.

Приход%Расход%
Материальный баланс (на 100 единиц массы металлической muxты)
Чугун жидкий65,000Сталь жидкая103,522
Скрап35,000Корольки металла в шлаке0,757
Ферромарганец0,578Шлак, спущенный из печи во время плавления8,000
Железная руда в завалку15,472Шлак конечный в печи перед выпуском7,355
Железная руда в период кипения2,000СО от окисления углерода6,064
Известняк в завалку4,755С02 от разложения известняка, извести, доломита2,203
Известь в период кипения0,672Влага, содержащаяся в известняке и железной руде0,151
Заправочный материал (доломит и магнезит)3,000Всего128,052
Материал свода0,200
Кислород из атмосферы печи1,375
Всего128,052
Тепловой баланс рабочего пространства мартеновской печи
Тепло жидкого чугуна10,30На нагрев стали20,10
Экзотермические реакции выгорания примесей8,52На нагрев шлака4,77
Теплота шлакообразования0,58Испарение влаги из руды и известняка0,13
Тепло сгорания топлива48,75Разложение известняка1,05
Физическое тепло воздуха нагретого в регенераторах20,93Уносится с продуктами сгорания58,90
Физическое тепло газа нагретого в регенераторах10,92Потери в окружающую среду и с охлаждением15,05
Всего100,00Всего100.00

Следует иметь в виду, что во всех экономических расчетах расходы шихты, топлива и других материалов относят не к жидкой стали (как в расчете баланса), а к годной стали. Выход 1 т годной стали равен 1 т жидкой стали минус потери при разливке, брак и др. С уменьшением этих потерь величина выхода годной стали приближается к величине выхода жидкой стали, в результате чего уменьшается расход шихты и других материалов на 1 т годной стали.

Уменьшить в тепловом балансе абсолютные величины статей расхода тепла на нагрев стали и шлака невозможно, так как сталь и шлак необходимо нагревать до определенной температуры.

Однако повысить долю этих статей в тепловом балансе можно, уменьшив другие статьи расходной части баланса: количество тепла, уносимого продуктами сгорания (в результате улучшения теплопередачи), и потери тепла (в окружающую среду, при охлаждении и др.) в результате сокращения продолжительности плавки и улучшения конструкции печи. Все мероприятия, способствующие сокращению продолжительности плавки, влияют на тепловой баланс таким образом, что доля полезно расходуемого тепла (на нагрев стали и шлака) возрастает. К этим мероприятиям прежде всего относятся:

  • сокращение продолжительности завалки шихты;
  • применение кислорода (вместо воздуха) для повышения температуры факела, в результате чего улучшается теплопередача и продолжительность плавки сокращается;
  • подача в факел высокоскоростной струи кислорода, сжатого воздуха или перегретого пара, в результате чего повышается кинетическая энергия факела, улучшается его излучательная способность и возрастает доля тепла, передаваемого конвекцией;
  • ускорение реакций окисления примесей при замене железной руды газообразным кислородом или сжатым воздухом;
  • автоматизация работы печи с целью организации ведения плавки при оптимальных расходах топлива и добавочных материалов.

Цель почти всех технико-экономических мероприятий, проводимых в мартеновских цехах, — улучшение показателей материального и теплового балансов, так как эти показатели определяют в основном себестоимость стали.

Источник [2] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: мартеновское производство стали
Вернуться на главную: Черная металлургия