Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Тепловой баланс доменного процесса базируется на балансе материальном. Последний учитывает приход и расход всех материалов и продуктов плавки. Поскольку, кроме загрузки шахтовых материалов, в печь вдувается воздух, а среди продуктов плавки, кроме чугуна и шлака, есть и газ, материальному балансу предшествует расчет газа и дутья.
Технологический расчет доменной плавки начинается расчетом шихты, который состоит в определении расхода материалов заданного состава на выплавку чугуна заданной марки. Чтобы рассчитать шихту, приходится задаться составом шлака (см. выше). Однако расчет шихты предполагает определенный расход кокса. Последний принимается ориентировочно по опытным данным или рассчитывается по тепловому балансу (см. ниже).
При известном расходе кокса, руды, агломерата и флюса представляется возможным рассчитать потребное количество дутья и определить состав и количество газа. Расчет газа и дутья предполагает известной степень прямого восстановления rd и ведется по схемам, основанным на балансе углерода. При этом предполагается, что углерод вносится в печь горючим и флюсом в виде CO2, а выносится с чугуном, пылью и газом. По разности между количествами внесенного и унесенного углерода определяется содержание углерода в газе. Так как CO2 газа состоит из CO2 флюса и CO2 непрямого восстановления, а углерод CH4 является примерно величиной постоянной, то углерод CO2 газа определяется также по разности. Азот газа подсчитывается по количеству дутья, определяемому в полном соответствии с количеством углерода, сожженного на фурмах. Последнее определяется расчетом, как углерод, внесенный горючим, без углерода чугуна, метана, пыли и без углерода, израсходованного на прямое восстановление железа и примесей чугуна. Таким образом, количества дутья и газа оказываются известными.
Как показал А.Н. Рамм, количество газа и дутья можно рассчитать не только по балансу углерода, но и по балансу кислорода или азота, причем результаты во всех случаях идентичны. Чаще расчет газа и дутья ведется по разработанному М.А. Павловым методу, основанному на балансе углерода. С методом расчета по М.А. Павлову или по В.П. Ижевскому можно ознакомиться по книге М.А. Павлова, где приводится ряд примерных расчетов. Если известны расход материалов, дутья и выход чугуна, шлака и газа (с содержащейся в нем пылью), то сводка материального баланса в целом и по отдельным составляющим не представляет особого труда. Сведение материального баланса обеспечивает тщательный контроль предшествующих расчетов (шихты, газа и дутья) и дает действительное представление о количестве расходуемых и получающихся веществ и о распределении тех или иных элементов и компонентов шихты в доменной плавке. В табл. 24 для примера приводится сводка материального баланса плавки на 1 кг марганцовистого мартеновского чугуна в условиях Юга при использовании руд и неофлюсованного агломерата. Из табл. 24 видно, что на 1 кг чугуна в печи перерабатывается 6,3 кг разных материалов, причем в приходной части 48% и в расходе 68% по весу составляют дутье и колошниковый газ. При выплавке чугуна других марок или при загрузке иных материалов значения отдельных статей баланса и вся сумма его могут изменяться, но общая картина большого относительного количества газообразных веществ в балансе доменного процесса не меняется.
При составлении балансов отдельных элементов и компонентов шихты (развернутый баланс в отличие от приведенного выше сводного) следует учитывать, что железо, оставшееся в печи, почти полностью переходит в чугун и лишь незначительное его количество остается в шлаке; углерод переходит, главным образом, в газ, частично — в чугун и пыль; известь, магнезия и глинозем переходят в шлак и пыль; кремнезем в основном переходит в шлак, а в некоторой части восстанавливается; кремний же переходит в чугун; фосфор почти полностью переходит в чугун; кислород и азот из дутья, а также кислород, отнимаемый от шихты, идут в газ; марганец и сера по-разному распределяются между всеми продуктами плавки.