Тепловые балансы и показатели тепловой работы печи.

Тепловой баланс плавки характеризует количество тепла затраченное на производство 1 кг чугуна. Поэтому тепловой баланс основан на материальном балансе плавки.

Существуют различные способы составления теплового баланса. Наиболее распространенным является способ диссоциаций, построенный на предположении, что реакции компонентов шихты с восстановителями (твердым углеродом, оксидом углерода, водородом) протекают в две стадии. На первой происходит диссоциация оксида с переводом кислорода в газовую фазу; тепловой эффект реакции при этом отрицательный. На второй стадии взаимодействия имеет место окисление восстановителя, сопровождающееся положительным тепловым эффектом.

Преимуществом этого метода теплового баланса является упрощение расчетов, поскольку все реакции первой стадии всегда связаны с расходными статьями баланса, а второй – приходными. Однако разделение реакций на две стадии соответственно увеличивают общую величину приходных и расходных статей баланса, что придает ему условный вид, потому что общая сумма баланса не отвечает действительному расходу тепла на процессы.

Приход тепла в случае перовго метода:

тепло окисления углерода, доходящего до фурм, кислородом дутья, до оксида углерода

тепло окисления углерода прямого восстановления ксилорода шихты.

Тепло окисления CO кислородом руды.

Тепло неполного горения ПГ, мазута или других добавок

Физическое тепло дутья

Тепло окисления водорода кислородом шихты

Другие источники тепла (физический нагрев шихты, тепло выделяемое при образовании шлака)

Расход: диссоциация восстанавливаемых оксидов,Перевод серы в шлак,Разложение карбонатов,Разложение флюса,Испарение влаги шихты,Разложение влаги дутья и гидратной воды,Тепло на нагрев чугуна,Тепло на нагрев шлака,Тепло отходящих газов,Тепловые потери.

Второй способ составления теплового баланса имеет дело с действительным расходом тепла на плавку и отличается от первого содержанием статей прихода и расхода тепла. Действительно, ряд статей прихода тепла, рассчитанных по первому способу, является фиктивным. В печи не выделяется тепло от окисления углерода прямого восстановления, догорания оксида углерода и пр. Подобное допущение оправдывается соответствующим увеличением расхода тепла (на диссоциацию оксидов, разложение СО₂ флюса и др.). Таким образом, баланс в целом не нарушается, но он не соответствует действительному расходу тепла на процесс.

В расчете по второму способу это допущение исключается и каждая химическая реакция, имеющая место в печи, рассчитывается отдельно.

Также существует зональный тепловой баланс. Т.к. теплопередача в верхней и нижней зонах доменной печи подчиняется различным закономерностям, а общий тепловой баланс не позволяет определить лимитирующую в тепловом отношении зону доменной печи. Разделяют 4 зоны: 1) происходит горение кокса, дошедшего до фурм, и горение углерода ПГ 2) плавление чугуна и шлака, восстановление трудновосстановимых элементов. 3) окончательно восстанавливаются оксиды железа монооксидом углерода, водородом и твердым углеродом,, разлагаются карбонаты и протекают реакции газификации углеродом. 4) Оксиды железа восстанавливаются монооксидом углерода и водородом. Расчет ведется на 1кг чугуна.

Показатели тепловой работы печи.

Тепловой коэффициент полезного действия доменной печи К_т. Для его вычисления требуется классифицировать статьи теплового баланса плавки с точки зрения «полезного» и «неиспользуемого в печи» тепла. Все затраты тепла на совершаемые в печи процессы составляют полезное тепло. К ним относятся расход тепла не только на восстановление оксидов, нагрев чугуна и шлака, но и на разложение карбонатов и гидратов, перевод серы в шлак и пр. К неиспользуемому в печи теплу следует отнести унос тепла колошниковым газом и тепловые потери.

Коэффициент использования углерода в печи К_с, представляющий собой отношение тепла, полученного от окисления углерода до СО и СО₂, к теплу, которое выделилось бы при полном окислении углерода до СО₂.