Прогнозная оценка показателей доменной плавки
Разработана методика и компьютерная программа прогнозной оценки показателей доменной плавки, опирающейся на данные базового периода. Разработанные инструменты могут быть использованы как в общем комплексе автоматизированной системы анализа реальной технологии, так и автономно....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21061 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Прогнозная оценка показателей доменной плавки / И.Г.Товаровский, А.П.Иванов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 34-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859908936694497280 |
|---|---|
| author | Товаровский, И.Г. Иванов, А.П. |
| author_facet | Товаровский, И.Г. Иванов, А.П. |
| citation_txt | Прогнозная оценка показателей доменной плавки / И.Г.Товаровский, А.П.Иванов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 34-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Разработана методика и компьютерная программа прогнозной оценки показателей доменной плавки, опирающейся на данные базового периода. Разработанные инструменты могут быть использованы как в общем комплексе автоматизированной системы анализа реальной технологии, так и автономно.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:02:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
34
УДК 669.162
Товаровский И.Г., Иванов А.П.
ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
Разработана методика и компьютерная программа прогнозной оценки показа-
телей доменной плавки, опирающейся на данные базового периода. Разработан-
ные инструменты могут быть использованы как в общем комплексе автоматизи-
рованной системы анализа реальной технологии, так и автономно.
Для расширения возможностей расчетного анализа реальной техноло-
гии доменной плавки потребовалось дополнить ранее разработанную ме-
тодику [1] модулем прогноза показателей при изменениях параметров и
условий плавки. С этой целью разработана методика и алгоритм прогноз-
ной оценки, которые могут быть использованы как в общем комплексе ав-
томатизированной системы анализа (АСА) реальной технологии, так и ав-
тономно. Прогнозный расчет состоит из двух частей:
А. Определение расходов компонентов железорудной шихты при за-
данных расходах кокса и дутьевых добавок.
Б. Определение расхода кокса при известных расходах компонентов
железорудной шихты.
Согласование двух частей расчета производится с помощью итераци-
онной процедуры с подстановкой расчетного расхода кокса (часть Б) в
уравнения части А.
Для расчетов используется общая база исходных данных АСА. Из этой
базы берутся составы сырья, кокса и дутьевых добавок, а также парамет-
ры режима плавки. Дополнительно в таблице состава сырья задаются до-
ли компонентов шихты δi (кг/кг) в общем расходе (только для прогнозного
варианта), потери от перехода в газ (δSG , δKNa , δAsG ) и коэффициенты рас-
пределения элементов между чугуном и шлаком: LSi , LMn , LS , LTi , LV ,
LCr , LAs (в таблице составов чугуна и шлака). При этом LSi , LMn , LS зада-
ют только, если не заданы [Si]; [Mn]; [S] в чугуне. Если последние заданы,
то LSi , LMn , LS вычисляют. LTi , LV , LCr , LAs в прогнозном варианте зада-
ют всегда, а содержание указанных компонентов в чугуне и шлаке вычис-
ляют (см. ниже).
А. Определение расходов компонентов железорудной шихты при задан-
ных расходах кокса и дутьевых добавок.
1. Уравнение баланса железа
RFe⋅∑δi⋅Fei+RMn⋅∑δj⋅FeMnj+ИО⋅FeИО+ИД⋅FeИД+0,01⋅К⋅ZK⋅Fez+0,01⋅У⋅ZУ⋅FeУ =
105 − 103⋅([Si]+[Mn]+[S]+[P]+[С]+[Ti]+[V]+[Cr]+[As]+[Cu]+[Ni]) +
Ш⋅[(FeM)+0,788⋅(FeO)]+Rскр⋅Feскр;
RFe = ∑Ri – сумма железосодержащих компонентов шихты (агломераты,
окатыши, руды железные, конвертерный шлак, сварочный шлак, прочие
добавки); Ш, (FeM), (FeO)] – количество шлака (кг/т) и содержание в нем
35
соответствующих компонентов, %; Rскр, Feскр – то же для скрапа; К, ZК, У,
ZУ – расходы кокса и угля (кг/т) и содержания в них золы (%).
δi , Fei – доля i – го компонента (задается, кг/кг) в сумме RFe и содержание
в нем железа (%); RMn = ∑RMnj – сумма марганцевых руд и их заменителей;
δj , Fej – доля j – го компонента (задается, кг/кг) в сумме RMn и содержание
в нем железа (%); ИО⋅FeИО ; ИД⋅FeИД – известняк обычный и доломитизи-
рованный и содержание в них железа.
2. Уравнение баланса марганца
RFe⋅∑δi⋅Mni+RMn⋅∑δj⋅MnMnj+ИО⋅MnИО+ИД⋅MnИД+0,01⋅К⋅ZK⋅Mnz+0,01⋅У⋅ZУ⋅
MnУ = [Mn]⋅103+55⋅Ш⋅(MnO)/71+Rскр⋅Mnскр; (обозначения аналогичны)
3. Уравнение баланса оксида магния
RFe⋅∑δi⋅MgOi+RMn⋅∑δj⋅MgOMnj+ИО⋅MgOИО+ИД⋅MgOИД+0,01⋅К⋅ZK⋅MgOz+
0,01⋅У⋅ZУ⋅MgOУ = Ш⋅(MgO)+Rскр⋅MgOскр; (обозначения аналогичны)
4. Уравнение количества шлака
Рассчитывается приход шлакообразующих компонентов:
∑CaO = 0,01⋅( RFe⋅∑δi⋅CaOi+RMn⋅∑δj⋅CaOMnj+ИО⋅CaOИО+ИД⋅CaOИД+
0,01⋅К⋅ZK⋅CaOz+0,01⋅У⋅ZУ⋅CaOУ );
∑SiO2 = 0,01⋅( RFe⋅∑δi⋅SiO2i + RMn⋅∑δj⋅SiO2Mnj + ИО⋅SiO2ИО+ИД⋅SiO2ИД+
0,01⋅К⋅ZK⋅SiO2z+0,01⋅У⋅ZУ⋅SiO2У );
∑S = 0,01⋅(1−δSG )⋅( RFe⋅∑δi⋅Si+RMn⋅∑δj⋅SMnj+ИО⋅SИО+ИД⋅SИД+К⋅SK+У⋅SУ+
+М⋅SМ +Г⋅(S)Г); где : δSG – переход серы в газ (доли) − задается;
Для остальных компонентов – аналогично.
Далее суммируют шлакообразующие за вычетом переходящих в чугун:
Ш = (∑CaO + ∑MgO + ∑BaO + ∑Al2O3 + ∑SiO2 – 21,4⋅[Si] + ∑MnO –
710⋅[Mn]/55 + 0,5⋅(∑S – 10⋅[S]) + ∑TiO2 – 16,67⋅[Ti] + ∑V2O5 – 17,84⋅[V] +
∑Cr2O3 – 14,62⋅[Cr] + ∑K2O + ∑Na2O + ∑As2O5 – 15,33⋅[As]) / (1 –
0,01(FeO) –0,01 (Feм)); где: (FeO), (Feм) – содержание в шлаке компонен-
тов железа, кг/кг (задается).
При вычислении суммы шлакообразующих вместо содержания компо-
нентов в чугуне [Si], [Mn], [S], [Ti], [V], [Cr], [As] подставляются выраже-
ния для их определения:
[Si] = 46,67⋅∑SiO2 / (1000+Ш⋅LSi); [Mn] = 77,46⋅∑MnO / (1000+Ш⋅LMn);
[S] = ∑S / (1000+Ш⋅LS); [Ti] = 60⋅∑TiO2 / (1000+Ш⋅LTi);
[V] = 56⋅∑V2O5 / (1000+Ш⋅LV); [Cr] = 68,42⋅∑Cr2O3 / (1000+Ш⋅LCr);
[As] = 65,22⋅∑As2O5 / (1000+Ш⋅LAs).
Для [Si], [Mn], [S] подстановка делается только, если эти значения не
заданы; тогда заданы LSi , LMn , LS . В противном случае подставляются
заданные значения [Si], [Mn], [S].
5. Уравнение основности шлака
∑CaO / (∑SiO2 – 21,4⋅[Si]) = ВШ , причем величина ВШ задается.
Выражения для суммы шлакообразующих компонентов Ш и основно-
сти ВШ содержат искомую величину Ш. Для решения задачи её значение
36
(Ш) в первом шаге задают , а затем подставляют полученное значение в
начало до получения заданной точности Ш.
Решение системы линейных уравнений с определением искомых вели-
чин производят стандартным матричным методом, после чего выполняют
расчет окончательного состава чугуна и шлака по выражениям :
Чугун: [Si] = 46,67⋅∑SiO2 / (1000+Ш⋅LSi); [Mn] = 77,46⋅∑MnO /
(1000+Ш⋅LMn); [S] = ∑S / (1000+Ш⋅LS); [Ti] = 60⋅∑TiO2 / (1000+Ш⋅LTi); (ес-
ли [Si], [Mn], [S] заданы, то они не пересчитываются). Для остальных
компонентов – аналогично.
Шлак: (CaO) = 100⋅∑CaO / Ш; (MgO) = 100⋅∑MgO / Ш; (Al2O3) =
100⋅∑Al2O3 / Ш; (SiO2) = 100⋅(∑SiO2 – 21,4⋅[Si]) / Ш. Для остальных ком-
понентов – аналогично.
Для компонентов чугуна, содержания которых заданы заранее, опреде-
ляют величины коэффициентов распределения:
LS = (S)/[S]; LSi = 0,4667⋅(SiO2)/[Si]; LMn = 0,775⋅(MnO)/[Mn].
Дополнительный вариант расчета.
Вариантом предусматривается пересчет состава одного из агломератов
по условиям получения заданных расходов ИО , ИД , RMn , например = 0.
С этой целью после определения указанных величин по изложенной
схеме расчета определяют отклонения этих величин от заданных : ΔИО =
ИО − ИО ЗАД ; ΔИД = ИД − ИД ЗАД ; ΔRMn = RMn − RMn ЗАД . После этого новый
состав агломерата определяют как средневзвешенный для суммы RА +
ΔИО + ΔИД + ΔRMn .
Пересчет на потребное количество материалов и вынос пыли
Расчетные величины расходов по балансовым уравнениям соответст-
вуют количествам компонентов, переходящим в чугун и шлак. Для пере-
счета на количества, потребные для загрузки в печь, их необходимо раз-
делить (все, кроме кокса и угля) на (1−δВР)⋅(1−δос) , а расход кокса – на
(1−δВК)⋅(1−δос), где : δВР – вынос рудной части, δВК – вынос кокса, δос – по-
тери в окружающую среду, кг/кг. Величины выноса и потерь задаются.
Вынос колошн. пыли: ВКП = (RFe+RMn+ИО+ИД)⋅δВР / (1−δВР) + К⋅δВК /
(1−δВК), кг/т. Содержание компонентов в колошниковой пыли определя-
ется как средневзвешенное по массе.
Б. Определение расхода кокса при известных расходах компонентов желе-
зорудной шихты.
Исходные характеристики шихты
Восстановленное железо чугуна, шлака и скрапа, кг/т чугуна:
FeRe = 1000 – 10 ⋅ ([Si] + [Mn] + [S] + [P] + [С] + [Ti] + [V] + [Cr] +[As] +
[Cu] + [Ni]) + 0,01⋅[Ш⋅(FeM) + Rскр⋅Feскр − RFe⋅∑δi⋅FeMi]; где: FeMi – содер-
жание металлического железа в i–м компоненте шихты, %.
Кислород оксидов, отнимаемый от шихты, кг/т чугуна:
OFeO = 16⋅FeRe /56 – 0,16⋅Ш⋅(FeO)/72;
OFe2O3=0,001⋅(RFe⋅∑δi⋅Fe2O3i+RMn⋅∑δj⋅Fe2O3j+ИО⋅Fe2O3ИО+ИД⋅Fe2O3ИД+
37
0,01⋅К⋅ZK⋅Fe2O3Z + 0,01⋅У⋅ZУ⋅Fe2O3У); OL=320⋅[Si]/28+160⋅[Mn]/55+
800⋅[P]/62+320⋅[Ti]/48+480⋅[V]/102+480⋅[Cr]/104;
OSO3 = 6⋅10−3 ⋅ (RFe⋅∑δi⋅SO3i+RMn⋅∑δj⋅SO3j+ИО⋅SO3ИО+ИД⋅SO3ИД) +
6⋅10−5 ⋅ (K⋅ZK⋅SO3Z + У⋅ZУ⋅SO3У) ; OSШ = 0,5⋅(∑S – 10⋅[S]);
ОЛВ = 160⋅[Ni]/59 + 2,5⋅[Cu] + 32⋅ ∑V2O5 / 182 ; OAs = 80⋅∑As2O5 /230 ;
OMnO2 = 0,16⋅(RFe⋅∑δi⋅MnO2i+RMn⋅∑δj⋅MnO2Mnj+ИО⋅MnO2ИО+ИД⋅MnO2ИД
+ 0,01⋅К⋅ZK⋅MnO2Z +0,01⋅У⋅ZУ⋅MnO2У)/87; ОЛЕТ = 0,01⋅К⋅ОК .
Отнимаемый от железа прямым путем:
Od = 0,01⋅rd⋅OFeO (rd задан в %); Cd = 3⋅Od /4 ; CL = 3⋅OL /4.
Величина rd в первом шаге задана в %, а затем вычисляется по специ-
альным выражениям [2], опирающимся на данные базового периода, при-
нятого в качестве реальной основы прогноза (см. ниже).
Отнимаемый от железа газом: Og = OFeO + OFe2O3 − Od .
Общий кислород шихты:
ОШ=OFeO+OFe2O3+OL+OSO3+OSШ+ОЛВ+OAs+OMnO2+ОЛЕТ
Диоксид углерода шихты, м3/т чугуна
CO2CaO = 0,01⋅ (ИО⋅22,4⋅(CaOИО/56 – SiO2ИО/60) + ИД⋅22,4⋅(CaOИД/56 –
SiO2ИД/60));
CO2MgO = 0.01(ИО⋅MgOИО + ИД⋅MgOИД)⋅22,4/40;
CO2FeO = 0,224⋅RFe⋅(∑δi⋅CO2i) / 44; CO2MnO = 0,224⋅RMn⋅(∑δj⋅CO2j) / 44;
Общий диоксид углерода шихты: CO2Ш = CO2CaO + CO2MgO + CO2FeO +
CO2MnO .
Влага шихты, кг/т чугуна: Н2ОШ = 0,01⋅(RFe⋅∑δi⋅Н2Оi + RMn⋅∑δj⋅Н2ОMnj +
ИО⋅Н2ОИО + ИД⋅Н2ОИД + К⋅Н2ОК).
Масса загруженной шихты, кг/т чугуна
R∑ = 1000 + Ш + ОШ + 1,96⋅CO2Ш + Н2ОШ .
Дутьё
Расход сухого дутья: vд = 93,333/(ω + 0,5⋅ϕ%), м3/кг С (здесь ω и ϕ% за-
даны в %); (пересчет из г/м3 в %: ϕ% = ϕ⋅22,4/180). Теплоемкость дутья:
dд= 4,187⋅[(0,13⋅10−5⋅tд+0,0182)⋅0,01⋅ω+(6,5⋅10−5⋅tд+ 0,3464)⋅0,001244⋅ϕ+
+2,89⋅10−5⋅tд+0,3039], кДж/м3 К.
Энтальпия дутья: iд = vд⋅(dд⋅tд− 108,07⋅ϕ%), кДж/кг С.
Теплоемкость и унос теплоты в колошник фурменным газом, кДж/кг С:
dСОк= 1,29+0,1089⋅tк⋅10−3; dNк= 1,29+0,0837⋅tк⋅10−3; dHк=1,285+0,0335⋅tк⋅10−3;
qфг = (1,8667⋅dСOк+vд⋅0,01⋅ϕ%⋅dHк+vд⋅(1− 0,01⋅ω)⋅dNк)⋅tк .
Теплоотдача углерода кокса, сжигаемого у фурм, кДж/кг С:
wc = 10400 + 1200⋅δгр + iд ; qС = wc⋅(1− qохл) − qфг , где:
δгр – степень графитизации углерода, кг/кг (0,4−0,6),
qохл – общие потери на охлаждение, кДж/кДж (0,10−0,20).
Твердая (жидкая) дутьевая добавка (уголь, мазут).
Расход М и У задается в кг/т чугуна, состав − из исходных данных, в
том числе Н2ОУ, Н2ОМ (кг/кг, ккал/кг); температура tУ, tМ .
38
Дутье на сжигание добавки, м3/кг:
vу = vд ⋅(СУ − 0,75⋅ОУ − 0,667⋅Н2ОУ); vм = vд ⋅(СМ − 0,75⋅ОМ − 0,667⋅Н2ОМ).
Теплота сжигания у фурм, кДж/кг:
Заданная (если задана) qУз = 4,187⋅qУ; qМз = 4,187⋅qМ .
Расчетная (если не задана) qУр = 10400⋅(СУ − 0,75⋅ОУ − 0,667⋅Н2ОУ) −
13440⋅Н2ОУ; qМр = 10400⋅(СМ − 0,75⋅ОМ − 0,667⋅Н2ОМ) − 13440⋅Н2ОМ.
Общая выделенная теплота добавок у фурм, кДж/кг:
∑qУ = qУр+tУ⋅(dУ+zУ⋅tУ)+vу⋅dд⋅tд−108,07⋅vу⋅ϕ%−0,01⋅ZУ⋅[1770+1,67⋅(tШ−
1450)];
∑qМ = qМр + tМ⋅(dМ+zМ⋅tМ) + vм ⋅dд⋅tд−108,07⋅vм ⋅ϕ% .
Если заданы qУ, qМ , то в выражения ставятся qУз и qМз вместо qУр и qМр .
Водород, образованный при горении добавок, м3/кг:
∑НУ = 11,2⋅НУ+1,244⋅Н2ОУ+vу⋅0,01⋅ϕ%;
∑НМ = 11,2⋅НМ+1,244⋅Н2ОМ+vм⋅0,01⋅ϕ% .
Азот, образованный при горении добавок, м3/кг:
∑NУ = 22,4⋅NУ/28 +vу⋅(1 − 0,01⋅ω); ∑NМ = 22,4⋅NМ/28 +vм⋅(1 − 0,01⋅ω).
Теплота добавок, уносимая в колошник:
qУк = (1,8667⋅СУ⋅dСОк+∑НУ⋅dHк+∑NУ⋅dNк)⋅tк;
qМк = (1,8667⋅СМ⋅dСОк+∑НМ⋅dHк+∑NМ⋅dNк)⋅tк.
Теплоотдача добавок, кДж/кг: wУ = (1− qохл)⋅∑qУ − qУк ;
wМ = (1− qохл)⋅∑qМ − qМк .
Газообразная дутьевая добавка (природный, коксовый газ и др.)
Расход газообразных добавок (Г) дается в м3/т чугуна. В исходных
данных состав задан следующими параметрами, которые могут использо-
ваться для прогнозного расчета: содержания углерода (кг/м3) − СПГ , СКГ ;
водорода (м3/м3) − НПГ, НКГ; азота (м3/м3) − NПГ , NКГ ; кислорода (м3/м3) −
ОПГ , ОКГ ; серы (кг/м3) − SПГ, SКГ; теплотворность полная (ккал/м3) − QПГ ,
QКГ , у фурм (ккал/м3) − qПГ , qКГ ; температура, 0С − tПГ , tКГ .
Кроме этого состав может быть задан исходными компонентами, на
основе которых пересчитывают заданные (по запросу или если заданных
нет). Исходные компоненты следующие (м3/м3): (СО)Г, (СО2)Г, (Н2)Г,
(Н2О)Г, (N2)Г, (О2)Г, (СН4)Г, (С2Н6)Г, (С3Н8)Г, (С4Н10)Г, (С5Н12)Г, (С2Н4)Г,
(С2Н2)Г ; (кг/м3): (S)Г, (СТВ)Г. По этому составу определяются общие со-
держания углерода (кг/м3) − (С)Г , кислорода (м3/м3) − (О∑)Г, водорода
(м3/м3) − (Н∑)Г , азота (м3/м3) − (N∑)Г. Далее рассчитывают:
Расход дутья (м3/м3): vГ = vд ⋅[(С)Г – 1,0714⋅(О∑)Г].
Теплота горения у фурм (кДж/м3): qГ = 1595⋅(СН4)Г + 6070⋅(С2Н6)Г +
10132⋅ (С3Н8)Г + 13817⋅(С4Н10)Г + 18000⋅(С5Н12)Г + 12142⋅(С2Н4)Г +
20014⋅(С2Н2)Г − 12645⋅СО2 − 10800⋅Н2О; (соответствует qПГ , qКГ и др.).
При заданной теплоемкости dГ определяется общая выделенная тепло-
та газообразных добавок у фурм, кДж/м3: ∑qГ = dГ⋅tГ + qГ +
vГ⋅dд⋅tд−108,07⋅vГ ⋅ϕ%.
Уносимая в колошник теплота, кДж/м3:
39
qГк= [1,8667⋅(С)Г ⋅dСOк + ((Н∑)Г + 0,01⋅vГ⋅ϕ%)⋅dHк+ ((N∑)Г +
vГ⋅(1 – 0,01⋅ω)⋅dNк]⋅tк.
Теплоотдача добавок, кДж/м3: wГ = (1− qохл)⋅∑qГ − qГк .
Теплопотребность процессов
Восстановление Fe2O3 – FeO и косвенное (газовое) FeO – Fe (выделение):
qFe = FeRe ⋅(1−0,01⋅rd)⋅(236+736⋅δH2O) + (75 − 2575⋅δH2O)⋅OFe2O3 , кДж/т.
(δH2O – вычисляется далее, а в первом шаге задается)
Прямое восстановление железа (поглощение теплоты), кДж/т :
qrd = 27,2⋅rd⋅FeRe .
Прямое восстановление трудновосстановимых элементов и перевод
серы в шлак (поглощение теплоты): qL = (1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр) ⋅
(260⋅[Si] + 52,5⋅[Mn] + 233⋅[P] + 148⋅[Ti] + 88⋅[V] + 81⋅[Cr]) + 5728⋅(∑S –
10⋅[S]), кДж/т
Восстановление легковосстановимых элементов (выделение теплоты),
кДж/т : qЛВ =
(1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр))⋅([Ni]⋅(7,3−7⋅δH2O)+[Cu]⋅(20,3−6,5⋅δH2O)) +
(∑V2O5)⋅(1330−450⋅δH2O) ; qAs = (1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр))
⋅([As]⋅(33,4−13,73⋅δH2O); qMnO2 = (RFe⋅∑δi⋅MnO2i + RMn⋅∑δj⋅MnO2Mnj + ИО⋅
MnO2ИО+ИД⋅MnO2ИД+0,01⋅К⋅ZK⋅MnO2Z+0,01⋅У⋅ZУ⋅MnO2У)⋅(1700−475⋅δH2O) .
Разложение карбонатов и взаимодействие (0,6) СО2CaO с углеродом
(поглощение теплоты), кДж/т : qCaCO3=12500⋅CO2CaO; qMgCO3 = 6350⋅CO2MgO;
qFeCO3 = 4800⋅CO2FeO ; qMnCO3 = 6625⋅CO2MnO .
Шлакообразование (выделение теплоты), кДж/т :
qШО = 1130⋅[ИО⋅(CaOИО+MgOИО – SiO2ИО) + ИД⋅(CaOИД+MgOИД – SiO2ИД)].
Средняя температура шихты при загрузке, 0С:
tЗАГ = (RFe⋅∑δi⋅ti+RMn⋅∑δj⋅tj+ИО⋅tИО+ИД⋅tИД+К⋅tК) / (RFe+ИО+ИД+RMn+ К).
Энтальпия шихты при загрузке (приход тепла), кДж/т :
qЗАГ = (1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр))⋅(0,5+0,2⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗАГ +
+Ш⋅(0,8+0,3⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗАГ+К⋅(1−0,01⋅ZK−0,01⋅SK)⋅(1,05+0,4⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗА
Г
+ ОШ ⋅(0,95+0,636⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗАГ + CO2Ш ⋅(1,633+0,63⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗАГ +
+ 1,2444⋅Н2ОШ ⋅(1,486+0,2177⋅10−3⋅tЗАГ)⋅tЗАГ .
Испарение влаги шихты (поглощение), кДж/т: qН2О = 2261⋅ Н2ОШ .
Энтальпия газифицированных компонентов шихты, уносимых в ко-
лошник, кДж/т :
qГк = [(Od+Og +OL +OSO3 +ОЛВ +OMnO2 +OAs+δSG⋅∑S +0,01⋅К⋅ОК)⋅
(0,95+0,636⋅10−3⋅tк) +(Сd + СL + 0,01⋅К⋅СЛЕТ + 7,2⋅CO2CaO / 22,4)⋅(1,05 +
0,4⋅10−3⋅tк) + (1,633+0,63⋅10−3⋅tк)⋅1,96⋅CO2Ш + 0,008⋅К⋅NК⋅(1,29 + 0,09⋅10−3⋅tк)
+ К⋅НК⋅0,112⋅(1,285 + 0,0335⋅10−3⋅tк)+1,2444⋅Н2ОШ ⋅(1,486+0,2177⋅10−3⋅tк)]⋅tк
.
Энтальпия чугуна и шлака (поглощение), кДж/т:
qчуг = (1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр))⋅(146,55 + 0,755⋅tчуг);
40
qШл = Ш⋅(1770 + 1,67⋅(tШ – 1450)).
Расход кокса
Суммарная теплопотребность шихты, кДж/т: q∑ = qчуг + qШл + qrd + qL
+ qCaCO3 + qMgCO3 + qFeCO3 + qMnCO3 + qН2О+qГк − qFe −qЛВ − qAs −qMnO2 −qЗАГ −
qШО .
Потребность углерода кокса у фурм, кг/т:
СФ = (q∑ − У⋅wУ − М⋅wМ − Г⋅wГ)/qС .
Общая потребность нелетучего углерода кокса, кг/т:
С∑ = СФ + Cd + CL + (1000+0,01⋅(Ш⋅(FeM)+Rскр⋅Feскр)⋅0,01⋅[С] − СR ,
где: СR = 0,01⋅( RFe⋅∑δi⋅Ci+RMn⋅∑δj⋅CMnj).
Потребность кокса в печи (сухого), кг/т :
К = 100⋅С∑ / (100 – ZK – SK – HK – NK − OK − СЛЕТ).
Количество и состав газов
Общий расход дутья, м3/т: VД∑ = vд ⋅ СФ + vу ⋅У + vМ ⋅М + vГ ⋅Г .
Энтальпия дутья, кДж/т : QД = VД∑ ⋅(dд⋅tд− 108,07⋅ϕ%).
Фурменный газ, м3/т:
СОФ = 1,8667⋅(СФ + Г⋅(С)Г + У⋅СУ + М⋅СМ);
НФ = 0,01⋅VД∑⋅ϕ% + У⋅(11,2⋅НУ + 1,244⋅Н2ОУ) +
М⋅(11,2⋅НМ+1,244⋅Н2ОМ) + Г⋅(Н∑)Г;
NФ = VД∑⋅(1−0,01⋅ω)+У⋅22,4⋅NУ/28 +М⋅22,4⋅NМ/28 +Г⋅(N∑)Г ;
VФ= СОФ+НФ+ NФ .
Шахтный газ, м3/т:
СОШХ = СОФ + 1,4⋅(Оd + ОL) + 0,018667⋅К⋅СЛЕТ + 1,2⋅CO2CaO ;
СО2КАР = 0,4⋅CO2CaO + CO2MgO + CO2MnO + CO2FeO ;
НШХ = НФ + 0,01⋅К⋅НК; NШХ = NФ + 0,01⋅К⋅NК; VШХ =
СОШХ+СО2КАР+НШХ+NШХ.
Диоксид углерода и влага восстановления оксидов (СО2В , Н2ОВ) оп-
ределяются при заданном значении ηН/С = (0,9 – 1,1) :
СО2В = 1,4⋅(Og +OSO3 +ОЛВ +OMnO2 +OAs) / (1 + НШХ⋅ηН/С /СОШХ), м3/т;
Н2ОВ = 1,4⋅(Og +OSO3 +ОЛВ +OMnO2 +OAs)/(1 + СОШ Х/ (НШХ⋅ηН/С )), м3/т.
Доля влаги восстановления (δН2О) и общая доля водорода (δН2)
(для подстановки в ранее приведенные формулы):
δН2О = Н2ОВ / (Н2ОВ + СО2В); δН2 = НШ / (НШ + СОШ).
Колошниковый газ, м3/т:
СО2КГ = СО2В + СО2КАР ; СОКГ = СОШХ − СО2В ; Н2КГ = НШХ − Н2ОВ ;
Н2ОКГ = Н2ОВ + 1,2444⋅Н2ОШ; NКГ = NШХ .
Объем сухого газа: VКГ = СО2КГ+СОКГ+Н2КГ+NКГ.
Состав сухого газа в % :
%СО2КГ = 100⋅СО2КГ/VКГ ; %СОКГ = 100⋅СОКГ/VКГ ;
%Н2КГ = 100⋅Н2КГ / VКГ; %NКГ = 100⋅NКГ / VКГ
Объем влажного газа: ВVКГ = СО2КГ + СОКГ + Н2КГ + Н2ОКГ + NКГ.
Состав влажного газа в % :
41
%СО2КГ = 100⋅СО2КГ / ВVКГ ; %СОКГ = 100⋅СОКГ / ВVКГ ;
%Н2КГ = 100⋅Н2КГ / ВVКГ; %Н2ОКГ = 100⋅Н2ОКГ / ВVКГ;
%NКГ = 100⋅NКГ / ВVКГ .
Теоретическая температура горения
Выделение теплоты у фурм, кДж/т:
QФ = (wc + 2500)⋅СФ + Г⋅ ∑qГ + У⋅∑qУ + М⋅∑qМ .
Приближенное значение температуры, 0С: ТХ = QФ / (1,5⋅VФ – 0,092⋅НФ).
Теплоемкость газа, кДж/(м3⋅К): dФ = (0,0126⋅(ТХ − 1500)⋅10−3 – 0,10)⋅НФ/VФ
+ (1,465 + 0,067⋅(ТХ − 1500)⋅10−3).
Температура горения, 0С: ТГ = QФ / (VФ⋅dФ).
В последующих шагах вместо ТХ подставляют ТГ из предыдущего
шага до получения ΔТГ < 0,1.
В отдельных вариантах значение теоретической температуры задается
ТГЗАД . При этом не задается один из параметров tд , ϕ% , ω , Г , У , М . В
этом случае организуется внутренний итерационный цикл :
tд − ТГ или ϕ% − ТГ или ω − ТГ или Г − ТГ или У − ТГ или М − ТГ .
В результате итераций выбирается величина параметра, соответст-
вующего ТГЗАД путем минимизации отклонения от него ΔТn−1 = ТГЗАД − ТГ .
При этом первые два значения параметра задаются следующими: tд – 800
и 1200; ϕ% − 1 и 5; ω − 21 и 30; Г , У, М – 10 и 100. Поиск начинают с
третьего шага. Искомая величина параметра П (tд или ϕ% или ω или Г или
У или М ) определяется по рекуррентному выражению (n – номер шага):
Пn = Пn−1 − ΔТn−1⋅(Пn−2 − Пn−1) / (ΔТn−2− ΔТn−1).
Газодинамические характеристики (для анализируемого периода).
Заданы, кг/м3: γR = 1700; γК = 450; (γR) = 3000; ( γК) = 1000 – плотности
соответственно массовые и насыпные,
в т.ч. для нижней зоны: (γR)Н = 2⋅(γR) / (1,9 − tM⋅10−3);
для верхней зоны: (γR)В = (2,9 − tM⋅10−3)⋅(γR) / (3,8 − 2⋅tM⋅10−3);
для печи в целом: : (γR)∑ = (6,9 − tM⋅10−3)⋅(γR) / (7,6 − 4⋅tM⋅10−3).
В этих формулах: 1) в первом шаге tM = 900, далее в итерациях –
из предыдущего шага; 2) если tM<900, то tM=900.
Вычисляются:
Суммарный расход рудно−флюсовой части шихты:
R∑ = RFe+RMn+ИО+ИД , кг/т.
Объем массы рудно−флюсовой части шихты и кокса:
VR = R∑ / γR; VК = К / γК;
Насыпной объем: (VR) = R∑ /( γR); (VК) = К /( γК); м3/т чуг., в т.числе
для нижней зоны: (VR)Н = R∑ /( γR)Н;
для верхней зоны: (VR)В = R∑ /( γR)В;
для печи в целом: (VR)∑ = R∑ /( γR)∑
Порозность столба (свободный объем) в базовом периоде, м3/м3 :
ε = [(VR) + (VК) − VR – VК] / [(VR) + (VК) ].
42
Поверхность кусков слоя в базовом периоде, S, м2/м3 и газопроницаемость
G∑ : ⎯S = [6⋅VR/fR +7⋅VК/fK]/(VR + VК). G∑ = GБ∑ ⋅(ε / εБ)3⋅(⎯SБ /⎯S)1,2 .
Интенсивность по газу м3/час:
IГ = (IГ / W
О
СР )Б ⋅[GБ∑ ⋅(2⋅pk+Δp+2)⋅Δp⋅1000 / (H−ΔHЗ)⋅(TГ +tк+546)⋅(γср)0,8]
0,555
Здесь параметр (IГ / W
О
СР )Б рассчитывается по данным базового периода.
Производительность: ПСУТ = 24⋅IГ / ВVКГ , т/сутки.
Интенсивность по коксу: ПСУТ⋅К / VП, кг/сутки на м3 объема.
Скорость газов на колошнике, м/сек:
О
Кw =ВVКГ ⋅ 2113160
1
Кd⋅
⋅ПСУТ ; Кw = О
Кw ⋅
273)1(
273
+
+
К
К
p
t ;
Скорость газов в шахте, м/сек:
W О
Н =VШХ⋅ 2113160 Г
СУТ
d
П
⋅
; Нw =W О
Н ⋅
273)2(
1446
⋅+Δ++
+
ВКД ррp
T ; причем pд =
pk + Δp.
Средняя скорость газов: W О
СР = 0,65⋅W О
Н + 0,35⋅0,5(W О
Н +W О
К ).
Плотность: γф=1,25−0,357
ф
ф
V
Н ; γк= (1,25+0,0071⋅%СО2КГ – 0,01161⋅%Н2КГ
+0,008⋅%Н2ОКГ) / (1+0,01⋅%Н2ОКГ) ; γср=0,5(γф+γк).
Газопроницаемость: (Т=ТГ, Н – высота печи, ΔН – уровень засыпи, м)
общая – G∑ =
)2()(
)546()( 8,08,10
++⋅−
+++
КДКД
ККфCР
рррр
tTW γγ
⋅
310
ЗНН Δ− ;
верхняя – Gв = 35,0
10)22(
)()1446()](5,0[
3
8,08,100
⋅
Δ−
⋅
+Δ+Δ
+⋅+⋅+ З
ВКВ
КСРКНК НН
ррр
tWW γγ
;
низа – Gн = 65,0
10)2)((
))(5,0)(1446(
3
8,08,10
⋅
Δ−
⋅
+Δ++Δ−−
+++⋅ З
ВКДВКД
СРффН НН
рррррр
ТW γγγ
.
Время пребывания материалов в печи, час.:
τ∑ = 24⋅VП / [ПСУТ⋅(VR)∑ + (VК)].
Степень прямого восстановления [2] (для анализируемого периода)
ВА = (СОШХ + НШХ)⋅(СОШХ + 2⋅НШХ)⋅τП / (VКГ ⋅С∑); ); τ∑ – время пребыва-
ния материалов в печи, час.; VR = СО2КГ + СОКГ + Н2КГ + Н2ОКГ; O∑R = [1,4⋅
(OFe2O3+OSO3+ОЛВ+OAs+OMnO2+ОЛЕТ)+CO2Ш–0,6⋅CO2CaO+1.2444⋅Н2ОШ]/VR ;
rd = [1 – (0,718 − 0,117⋅δН2 − O∑R) / (ВБ / ВА + 0,13 + 0,145⋅δН2 +
1,4⋅OFeO/VR]⋅100.
Величина ВБ берется из базового периода, где она рассчитывается по
данным этого периода (при известном значении rd) по выражениям :
ηР = 0,718 − 0,117⋅δН2 − (1 – 0,01⋅rd)⋅(0,13 + 0,145⋅δН2 );
ηД = [1,4⋅ОFeO⋅(1–0,01⋅rd) + 1,4⋅(OFe2O3 + OSO3 + ОЛВ + OAs + OMnO2 + ОЛЕТ) +
CO2Ш–0,6⋅CO2CaO + 1.2444⋅Н2ОШ] / VR ;
ВБ = (СОШХ + НШХ)⋅(СОШХ + 2⋅НШХ)⋅τП ⋅(ηР − ηД ) / ((1 – 0,01⋅rd)⋅VКГ ⋅С∑).
43
Характеристики теплопередачи [2] (для анализируемого периода)
tПП = (1000⋅tчуг + Ш⋅tШ) / (1000 + Ш);
X = VШХ⋅(TГ − Δt) + tПП⋅(VШХ – 1,2⋅(R∑ +К));
Y= (4⋅VШХ –2,4⋅(R∑ +К))⋅[VШХ⋅(TГ − Δt)⋅tЗАГ + (tПП)2⋅(VШХ – 0,6⋅(R∑+К)) –
VШХ⋅tПП⋅tЗАГ]. В первом шаге Δt = 50, затем подставляется полученное
расчетом (далее).
Температуры материалов и газов на границе зон, 0С:
tМ = [X + (X2 − Y)0,5] / (2⋅VШХ –1,2⋅(R∑ +К));
tГ = tМ + Δt (предварительно, далее считается) .
Теплоемкость материалов в нижней зоне, ккал/(т⋅К):
ЕН = 0,35⋅(TГ − tМ − Δt)⋅ VШХ / (tПП − tМ).
Теплоемкость материалов в верхней зоне, ккал/(т⋅К):
ЕВ = 0,21⋅(R∑+К) + 0,5⋅(ЕН − 0,21⋅(R∑+К))⋅(tМ − tЗАГ) / (tПП − tЗАГ).
Отношение теплоемкостей шихты и газа:
mН = ЕН / (0,35⋅VШХ); mВ = ЕВ / (0,35⋅VШХ).
Константы теплопередачи, ккал/(м3⋅0С⋅сек):
αВ = (tГ + tК)/4000; αН = (TГ + tГ)/8000.
Время пребывания материалов в нижней зоне, сек.:
τН = ЕН⋅ln(Δt /(TГ − tПП)) / [αН⋅(1− mН)⋅((VR)Н + (VК))].
Время пребывания материалов в верхней зоне, сек.: τВ = 3600⋅τ∑ − τН .
Разность температур газа и шихты в пограничной зоне:
Δt = (1 − mВ)⋅(tМ − tЗАГ) / {exp [αВ⋅(1− mВ)⋅((VR)В + (VК))⋅τВ / ЕВ] – 1}.
Температура газа в пограничной зоне, 0С: tГ = tМ + Δt .
Температура колошникового газа, 0С: tК = tГ − (tМ − tЗАГ)⋅mВ.
Итерационная процедура выполняется для модуля (Б) путем задания
всех исходных данных, включая начальные значения (первый шаг) rd , Δt ,
tM и др. Затем расчет повторяется с последующей подстановкой получен-
ных расчетом результатов вместо заданных rd , Δt , tM . Повторение произ-
водится до получения разницы Δt в предыдущем и следующем шагах ме-
нее 0,1. После отладки программы указанный итерационный процесс со-
единяется с процессом часть А – часть Б. Окончание процесса – по тому
же критерию Δt .
Методика реализована в визуальной среде программирования Delphi
для операционной системы Windows. Исходные данные хранятся в базе
данных, а расчеты и анализ результатов производятся в MS Excel. Разра-
ботанная система может использоваться для многовариантных расчетов с
целью анализа и прогноза показателей доменной плавки в различных ус-
ловиях.
1. Товаровский И.Г. Проблемы расчетного анализа реальной технологии домен-
ной плавки//Черные металлы (перевод Stahl und Eisen), окт. 2003.−С.16−23.
2. Товаровский И.Г. Доменная плавка. Эволюция, ход процессов, проблемы и
перспективы. − Днепропетровск: «Пороги». − 2003. − 596 с.
Статья рекомендована к печати к.т.н. Н.Г.Можаренко
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21061 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:02:10Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Товаровский, И.Г. Иванов, А.П. 2011-06-14T19:38:50Z 2011-06-14T19:38:50Z 2004 Прогнозная оценка показателей доменной плавки / И.Г.Товаровский, А.П.Иванов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 34-43. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21061 669.162 Разработана методика и компьютерная программа прогнозной оценки показателей доменной плавки, опирающейся на данные базового периода. Разработанные инструменты могут быть использованы как в общем комплексе автоматизированной системы анализа реальной технологии, так и автономно. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Производство чугуна Прогнозная оценка показателей доменной плавки Article published earlier |
| spellingShingle | Прогнозная оценка показателей доменной плавки Товаровский, И.Г. Иванов, А.П. Производство чугуна |
| title | Прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| title_full | Прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| title_fullStr | Прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| title_full_unstemmed | Прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| title_short | Прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| title_sort | прогнозная оценка показателей доменной плавки |
| topic | Производство чугуна |
| topic_facet | Производство чугуна |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21061 |
| work_keys_str_mv | AT tovarovskiiig prognoznaâocenkapokazateleidomennoiplavki AT ivanovap prognoznaâocenkapokazateleidomennoiplavki |