Файл: 1 Расчет шихты для выплавки ферросилиция марки фс 65.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 17
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
SiO5.
Известно: mAl2O3=0,959 кг (см. табл. 1.9), ΔНAl-Si=-1884,06 кДж/кг.
Тогда
QAl-Si= 0,959·1884,06= 1806,81 кДж.
Тепло образования силицида кальция QCa-Si
CaO+SiO2= CaSiO3.
Известно: mCaO=0,329 кг (см. табл. 1.9), ΔНCa-Si=-1624,48 кДж/кг.
Тогда
QСа-Si= 0,329·1624,48= 534,45 кДж.
Суммарный приход тепла от реакций образования силицидов составляет:
Q2= QFe-Si + QAl-Si + QСа-Si = 33700,85+1806,81+534,45= 36042,11 кДж.
Физическое тепло шихтовых материалов
Физическое тепло, вносимое каждым из шихтовых материалов (кварцитом, коксиком и железной стружкой) можно определить по формуле:
Qi=mi·сi·tш.м.,
где mi – масса соответствующего шихтового материала, кг;
сi – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг*град);
tш.м.– температура поступающих в печь шихтовых материалов, °С.
Принимаем tш.м.= 25 °С.
Физическое тепло кварцита:
Известно: mкв=100 кг; Скв=0,7033 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
Qкв= 100·0,7033·25= 1758,25 кДж.
Физическое тепло коксика:
Известно: mк=47,159 кг; Ск=0,8374 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
Qк= 47,159·0,8374·25= 985,15 кДж.
Физическое тепло железной стружки:
Известно: mЖ.С.=23,73 кг; СЖ.С.=0,8130 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
QЖ.С.= 23,73*0,8130*25= 482,31 кДж.
Суммарное физическое тепло, вносимое шихтовыми материалами, составляет
Q3= Qкв+ Qк+ QЖ.С.= 1758,25+985,15+482,31= 3222,71 кДж.
Общий приход тепла:
ΣQ= Q1+ Q2+ Q3=385556,43+36042,11+3222,71=424821,25 кДж.
Эту статью расхода составляют реакции диссоциации оксида кремния, алюминия, кальция и железа. Расход тепла на диссоциацию каждого из указанных оксидов рассчитаем по формуле:
Qi=mi·ΔHi,
где mi – количество диссоциированного оксида, кг;
ΔHi – тепловой эффект (затраты тепла) диссоциации 1 кг соответствующего оксида, кДж/кг.
Тепло диссоциации оксида кремния
Диоксид кремния SiO2 может диссоциировать с образованием Si или SiO
SiO2=> Si+O2;
SiO2=> SiO+1/2O2.
Принимаем, что диссоциация SiO2 до SiO с последующим испарением SiO требует такой же затраты тепла тепла, как и диссоциация SiO2 до Si
Количество диссоциированного кремния составляет:
mSiO2= 84,448+6,496+(5,897+0,454)·49,55/100+ (0,077+0,006)= 94,17 кг.
QSiO2= 94,17·14373,28= 1353531,7 кДж.
Тепло диссоциации оксида алюминия
Количество диссоциированного кремния составляет:
mAl2O3= 0,35+1,688·49,55/100+ 0,02= 1,206 кг.
QAl2O3= 1,206·16143,81= 19464,7 кДж.
Тепло диссоциации оксида кальция
Количество диссоциированного кальция составляет:
mСаО= 0,12+0,27·49,55/100+ 0,005= 0,259 кг.
QСаО= 0,259·11347,74= 2941,62 кДж.
Тепло диссоциации оксида железа
Количество диссоциированного железа составляет:
mFe2O3= 0,297+2,673·49,55/100+ 0,024= 1,645 кг.
QFe2O3= 1,645·5107,9= 8402,49 кДж.
Всего на диссоциацию оксидов требуется тепла:
Q4= QSiO2+QAl2O3+QСаО+QFe2O3= 1353531,7+19464,7+2941,62+8402,49= =1384340,51 кДж
Тепло на нагрев сплава подсчитываем по формуле:
Q5= mсп·qFeSi,
где mсп- вес сплава, кг;
qFeSi- теплосодержание 1 кг сплава, кДж/кг.
Чтобы определить qFeSi необходимо знать, что при температуре 1800 °С qSi= 2269,6 кДж/кг, а qFe= 1556,6 кДж/кг. Тогда
qFeSi= (2269,6*75+1556,6*23,77)/(75+23,77)= 2098,02 кДж/кг.
Q5= 56,8*2098,02= 119167,53 кДж.
Тепло на нагрев шлака определяем по формуле:
Q6= mшл*qшл,
где mшл- количество образующегося шлака, кг;
qшл- теплосодержание 1 кг шлака, кДж/кг.
qшл= 1,122*1571= 1717,7 кДж/кг.
Тогда
Q6= 3,481*1717,7= 5979,31 кДж.
Тепло уносимое газами:
Q7=Vгаз*qгаз,
где Vгаз- объем образующихся газов(СО+N2), м3.
Vгаз= 123,584*22,4/28= 98,87 м3.
Q7= 98,87*814,33= 80512,80 кДж.
Потери тепла через стены печи относят к 100 кг кварцита и определяют по формуле:
Q8= 100*qпс*S/G,
где qпс- удельные потери тепла через стены печи, кДж/(м2*ч);
S- боковая поверхность стен печи, м2;
G- часовой расход кварцита, кг/ч.
Принимаем qпс= 7000 кДж/(м2*ч). Мощность печного трансформатора принимаем равной 33000 кВа. Тогда
S= π*D*H= 3,14*10,5*3,0= 98,91 м2.
Часовой расход кварцита рассчитаем по формуле:
G=G1*n,
где G1- расход кварцита на 1 т сплава, кг/т;
n- часовая производительность печи.
G= 1760,579*3,18= 5599 кг/ч.
Потери тепла через стены на 100 кг кварцита составит:
Q8= 100*7000*98,91/5599= 12366,75 кДж.
Потери тепла через колошник составляют около 10 % от суммарного расхода тепла.
Суммарный расход тепла можно рассчитать следующим образом:
ΣQр= (Q4+ Q5+ Q6+ Q7+ Q8)*100/90= (1384340,51+
+119167,53+5979,31+80512,80+12366,75)*100/90= 1780407,6 кДж.
Тогда потери тепла через колошник составят:
Qg= 1780407,6-1662632,76= 117774,84 кДж.
2.2.7. Расход электроэнергии
Разность между расходом и приходом тепла компенсируется затратами электроэнергии. Эта разность составляет:
ΔQ= ΣQр-ΣQпр= 1780407,6- 421741,692=1358665,9 кДж.
Зная, что 1кВт*ч эквивалентен 3600,648 кДж в пересчете на электроэнергию эта разность составляет:
ΔQ`=1358665,9/3600,648= 377,33 кВт*ч.
Учитывая, что к.п.д. современных 3-х фазных ферросплавных печей равен 0,87, расход электроэнергии составит:
ΔQ``= 377,33/0,87= 433,7 кВт*ч
или
Q10= 433,7*3600,648= 1561601,03 кДж.
Расход электроэнергии на 1 т сплава:
n=ΔQ``*G1/100= 433,7*1760,579/100= 7635,63 кВт*ч.
Электрические потери Q11 составляют:
Q11= Q10-ΔQ= 1561601,03-1358665,9= 202935,13 кВт.
Тепловой баланс плавки составлен на основании статей прихода и расхода тепла и представлен в табл.3.1.
Таблица 3.1.
Тепловой баланс плавки
Известно: mAl2O3=0,959 кг (см. табл. 1.9), ΔНAl-Si=-1884,06 кДж/кг.
Тогда
QAl-Si= 0,959·1884,06= 1806,81 кДж.
Тепло образования силицида кальция QCa-Si
CaO+SiO2= CaSiO3.
Известно: mCaO=0,329 кг (см. табл. 1.9), ΔНCa-Si=-1624,48 кДж/кг.
Тогда
QСа-Si= 0,329·1624,48= 534,45 кДж.
Суммарный приход тепла от реакций образования силицидов составляет:
Q2= QFe-Si + QAl-Si + QСа-Si = 33700,85+1806,81+534,45= 36042,11 кДж.
- 1 2 3 4
Физическое тепло шихтовых материалов
Физическое тепло, вносимое каждым из шихтовых материалов (кварцитом, коксиком и железной стружкой) можно определить по формуле:
Qi=mi·сi·tш.м.,
где mi – масса соответствующего шихтового материала, кг;
сi – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг*град);
tш.м.– температура поступающих в печь шихтовых материалов, °С.
Принимаем tш.м.= 25 °С.
Физическое тепло кварцита:
Известно: mкв=100 кг; Скв=0,7033 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
Qкв= 100·0,7033·25= 1758,25 кДж.
Физическое тепло коксика:
Известно: mк=47,159 кг; Ск=0,8374 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
Qк= 47,159·0,8374·25= 985,15 кДж.
Физическое тепло железной стружки:
Известно: mЖ.С.=23,73 кг; СЖ.С.=0,8130 кДж/(кг·град); tкв=25 °С.
Тогда
QЖ.С.= 23,73*0,8130*25= 482,31 кДж.
Суммарное физическое тепло, вносимое шихтовыми материалами, составляет
Q3= Qкв+ Qк+ QЖ.С.= 1758,25+985,15+482,31= 3222,71 кДж.
Общий приход тепла:
ΣQ= Q1+ Q2+ Q3=385556,43+36042,11+3222,71=424821,25 кДж.
-
Расход тепла
-
Тепло на эндотермические реакции диссоциации оксидов
Эту статью расхода составляют реакции диссоциации оксида кремния, алюминия, кальция и железа. Расход тепла на диссоциацию каждого из указанных оксидов рассчитаем по формуле:
Qi=mi·ΔHi,
где mi – количество диссоциированного оксида, кг;
ΔHi – тепловой эффект (затраты тепла) диссоциации 1 кг соответствующего оксида, кДж/кг.
Тепло диссоциации оксида кремния
Диоксид кремния SiO2 может диссоциировать с образованием Si или SiO
SiO2=> Si+O2;
SiO2=> SiO+1/2O2.
Принимаем, что диссоциация SiO2 до SiO с последующим испарением SiO требует такой же затраты тепла тепла, как и диссоциация SiO2 до Si
Количество диссоциированного кремния составляет:
mSiO2= 84,448+6,496+(5,897+0,454)·49,55/100+ (0,077+0,006)= 94,17 кг.
QSiO2= 94,17·14373,28= 1353531,7 кДж.
Тепло диссоциации оксида алюминия
Количество диссоциированного кремния составляет:
mAl2O3= 0,35+1,688·49,55/100+ 0,02= 1,206 кг.
QAl2O3= 1,206·16143,81= 19464,7 кДж.
Тепло диссоциации оксида кальция
Количество диссоциированного кальция составляет:
mСаО= 0,12+0,27·49,55/100+ 0,005= 0,259 кг.
QСаО= 0,259·11347,74= 2941,62 кДж.
Тепло диссоциации оксида железа
Количество диссоциированного железа составляет:
mFe2O3= 0,297+2,673·49,55/100+ 0,024= 1,645 кг.
QFe2O3= 1,645·5107,9= 8402,49 кДж.
Всего на диссоциацию оксидов требуется тепла:
Q4= QSiO2+QAl2O3+QСаО+QFe2O3= 1353531,7+19464,7+2941,62+8402,49= =1384340,51 кДж
-
Тепло на нагрев сплава
Тепло на нагрев сплава подсчитываем по формуле:
Q5= mсп·qFeSi,
где mсп- вес сплава, кг;
qFeSi- теплосодержание 1 кг сплава, кДж/кг.
Чтобы определить qFeSi необходимо знать, что при температуре 1800 °С qSi= 2269,6 кДж/кг, а qFe= 1556,6 кДж/кг. Тогда
qFeSi= (2269,6*75+1556,6*23,77)/(75+23,77)= 2098,02 кДж/кг.
Q5= 56,8*2098,02= 119167,53 кДж.
-
Тепло на нагрев шлака
Тепло на нагрев шлака определяем по формуле:
Q6= mшл*qшл,
где mшл- количество образующегося шлака, кг;
qшл- теплосодержание 1 кг шлака, кДж/кг.
qшл= 1,122*1571= 1717,7 кДж/кг.
Тогда
Q6= 3,481*1717,7= 5979,31 кДж.
-
Тепло на нагрев газов
Тепло уносимое газами:
Q7=Vгаз*qгаз,
где Vгаз- объем образующихся газов(СО+N2), м3.
Vгаз= 123,584*22,4/28= 98,87 м3.
Q7= 98,87*814,33= 80512,80 кДж.
-
Потери тепла через стены печи
Потери тепла через стены печи относят к 100 кг кварцита и определяют по формуле:
Q8= 100*qпс*S/G,
где qпс- удельные потери тепла через стены печи, кДж/(м2*ч);
S- боковая поверхность стен печи, м2;
G- часовой расход кварцита, кг/ч.
Принимаем qпс= 7000 кДж/(м2*ч). Мощность печного трансформатора принимаем равной 33000 кВа. Тогда
S= π*D*H= 3,14*10,5*3,0= 98,91 м2.
Часовой расход кварцита рассчитаем по формуле:
G=G1*n,
где G1- расход кварцита на 1 т сплава, кг/т;
n- часовая производительность печи.
G= 1760,579*3,18= 5599 кг/ч.
Потери тепла через стены на 100 кг кварцита составит:
Q8= 100*7000*98,91/5599= 12366,75 кДж.
-
Потери тепла через колошник
Потери тепла через колошник составляют около 10 % от суммарного расхода тепла.
Суммарный расход тепла можно рассчитать следующим образом:
ΣQр= (Q4+ Q5+ Q6+ Q7+ Q8)*100/90= (1384340,51+
+119167,53+5979,31+80512,80+12366,75)*100/90= 1780407,6 кДж.
Тогда потери тепла через колошник составят:
Qg= 1780407,6-1662632,76= 117774,84 кДж.
2.2.7. Расход электроэнергии
Разность между расходом и приходом тепла компенсируется затратами электроэнергии. Эта разность составляет:
ΔQ= ΣQр-ΣQпр= 1780407,6- 421741,692=1358665,9 кДж.
Зная, что 1кВт*ч эквивалентен 3600,648 кДж в пересчете на электроэнергию эта разность составляет:
ΔQ`=1358665,9/3600,648= 377,33 кВт*ч.
Учитывая, что к.п.д. современных 3-х фазных ферросплавных печей равен 0,87, расход электроэнергии составит:
ΔQ``= 377,33/0,87= 433,7 кВт*ч
или
Q10= 433,7*3600,648= 1561601,03 кДж.
Расход электроэнергии на 1 т сплава:
n=ΔQ``*G1/100= 433,7*1760,579/100= 7635,63 кВт*ч.
Электрические потери Q11 составляют:
Q11= Q10-ΔQ= 1561601,03-1358665,9= 202935,13 кВт.
-
Тепловой баланс плавки
Тепловой баланс плавки составлен на основании статей прихода и расхода тепла и представлен в табл.3.1.
Таблица 3.1.
Тепловой баланс плавки
Приход тепла | кДж | % | Расход тепла | кДж | % |
Электроэнергия | 1561601,03 | 78,73 | Диссоциация оксидов | 1384340,51 | 71,98 |
Окисление углерода | 397013,38 | 20,01 | Нагрев сплава | 119167,53 | 6,19 |
Тепло экзотермических Реакций | 21684,185 | 1,09 | Нагрев шлака | 5979,31 | 0,31 |
Физическое тепло Шихтовых материалов | 3044,128 | 0,15 | Нагрев газов | 80512,80 | 4,18 |
| | | Потери через стены | 12366,75 | 0,64 |
| | | Потери на колошнике | 117774,84 | 6,12 |
| | | Электрические потери | 202935,13 | 10,55 |
Всего | 1983306,72 | 100 | Всего | 1923076,87 | 100 |