В последнее время все чаще используется амортизационный лом, который является более габаритным, чем оборотный, в связи с чем, при его загрузке приводит к механическим повреждениям футеровки агрегата. Поэтому применение легковесного лома требует пакетировная, что не исключается попадания в пакеты посторонних предметов, закрытых емкостей и т.д.
Климатические условия нашего региона способствуют попаданию в пакеты воды и снега, что приводит не только к технологическим сложностям ведения процесса переработки лома, но и значительно ухудшает безопасность производственного процесса в целом.
При заливки жидкого чугуна с температурой 1300-1400°С на металлический лом, содержащего закрытые емкости с водой, льдом, маслами и т.п. происходит взаимодействие расплавленного металла с данными материалами, сопровождающееся взрывом.
Для предотвращения взрывом и проводится предварительный подогрев лома в конвертере.
Таблица 3 - Состав исходных материалов
| Наименование материала | Содержание компонентов, % | |||||||||||
| CaO | SiO2 | MgO | Fe2O3 | FeO | Al2O3 | CaF2 | MnO | P2O5 | CO2 | H2O | S | |
| Известь | 89,6 | 1,25 | 2,02 | 1,13 | 0,71 | 4,3 | 0,018 | |||||
| ФОМИ | ||||||||||||
| Электродный бой | 15,1 | 34,4 | 50,42 | 0,08 | ||||||||
| Футеровка | 5,8 | 88,7 | 1,25 | 1,25 | ||||||||
| Миксерный шлак | 7,5 | 54,5 | 3,3 | 18,7 | 10,6 | 0,2 | 0,2 | |||||
| Загрязнение стального скрапа | 24,0 | |||||||||||
| Зола угля | 2,4 | 69,4 | 0,5 | 5,7 | 22,0 |
С учетом теплотворной способности, химического состава угля (см. таблицу 4), их расходами на предыдущей плавке и коэффициента усвоения тепла от топлива, определяется тепловой эффект предварительного нагрева лома.
Таблица 4 - Химический состав теплоносителей, %
| Хим. состав угля | Содержание элементов | ||||||
| CP | HP | SP | OP | NP | WP | AP | |
| Уголь | 81,1 | 4,0 | 0,3 | 4,5 | 2,0 |
В данном расчете расход угля принят равным 0,6 кг на 100 кг металлической завалки.
Qнагр = Qуголь;
Qуголь = 
(уголь) · Mуголь · К1;
где K1 - коэффициент усвоения тепла угля, %;
(уголь) = 28680 кДж/кг;
К1 = 70%;
Qнагр = 28680 ∙ 0,3 ∙ 70 / 100 = 6022,8 кДж/100 кг.
Затем определяется температура лома после нагрева по формуле:
= Qнагр / (Мл · Сл) + tл,
где Сл - темплоемкость твердого лома, равная кДж/кг·град;
Мл - количество лома, кг;
- температура лома после нагрева, °С;
tл - температура лома до нагрева, °C (принимаем равной 0 °C);
= 6022, 8 / (20 · 0,7) = 430,2 °C
Избыточное тепло чугуна Qизб рассчитывается на 100 кг чугуна. Во время продувки выгорит следующее количество основных примесей чугуна:
Qизб = 103 · [(8,35 - 0,1 · B) · Si + 1,6 · Mn + 3,8 · C + 2 + 0,0195 · tчуг] –
– [(0,44 + 0,64 · B) · Si + 0,17 · Mn + 0,785 · C + 20,4] · tм
где Si, Mn, C - окислившееся их количество, % от веса чугуна;
B - основность шлака (CaO / SiO2 = 3,0);
C = 4,45%; Mn = 0,31 %; Si = 0,68;
tчуг - температура заливаемого чугуна, °С;
tм - температура металла на выпуске, °С;
Qизб = 103 · [(8,35 - 0,1 · 3) · 0,68 + 1,6 · 0,31 + 3,8 · 4,45 + 2 + 0,0195 · 1380] –
– [(0,44 + 0,64 · 3) · 0,68 + 0,17 · 0,31 + 0,785 · 4,45 + 20,4] · 1641 =
= 43058,199 кДж / 100 кг чугуна.
Далее рассчитывается величина охлаждающего эффекта лома, которая, в зависимости от температуры его нагрева будет иметь разную величину:
где 
- теплоемкость лома, равная 0,7 кДж / кг · град;
- температура плавления лома, °С (принимается равной температуре плавления выплавляемой стали);
- температура лома после нагрева;
- скрытая теплота плавления лома, равная 284,9 кДж / кг;
- температура металла в конце продувки, °C;
- теплоемкость расплавленного лома, равная 0,84 кДж / кг · град;
qл = 0,7 · (1535 - 430,2) + 284,9 + (1641 - 1535) · 0,84 = 1147,3 кДж / кг.
При этом, расчетный расход лома составит:
где qл - охлаждающий эффект лома, кДж / кг;
По заданию имеем процентное содержание лома 20%, разность позволит повысить шлакообразование.
Факел определяется количество кислорода на нагрев (таблица 5), а также состав и объем отходящих газов этого периода (таблица 6). Основываясь на практических данных работы конвертеров, принимаем, что углерод угля сгорает с образованием 40% CO и 60% CO2. Также необходимо учитывать кислород для сжигания находящегося в угле водорода (окисление происходит по реакции 2H2 + O2 = 2H2O).
Таблица 5 - Количество кислорода и образовавшихся оксидов
| Элемент | Количество окислившегося элемента, кг | Потребное количество кислорода, кг | Количество образовавшегося окисла, кг |
| Уголь | 81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 0,5 = 0,146 | 0,146 · 32 / 12 = 0,389 | 0,535 |
| С - {CO2} | |||
| C - {CO} | 81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 0,5 = 0,097 | 0,097 · 16 / 12 = 0,130 | 0,227 |
| H2 - {H2O} | 4,0 ·,6 / 100 = 0,024 | 0,024 · 32 / 4 = 0,192 | 0,216 |
| Итого: | 0,267 | 0,711 - 4,5 · 0,6 / 100 = 0,684* | 0,978 |
| * - вычитаем кислород топлива, где 4,5 - кислород угля; |
Учитывая тот факт, что операция нагрева ограничена по времени (5 - 7 минут), в данном расчете принято, что в процессе нагрева сгорают летучие компоненты топлива, а также 40 - 70% углерода. Перед заливкой чугуна в конвертере остается не окислившийся углерод топлива и зола. Количество не окислившегося углерода может быть принято 50%.
Таблица 6 - Количество и состав газов
| Уголь | |
| CO2 | (81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 44) / 12 · 0,5 = 0,535 |
| CO | (81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 28) / 12 · 0,5 = 0,227 |
| N2 | (0,6 · 2) / 100 = 0,012 |
| H2O (от H) | (4 · 0,6) / 100 · 18 / 2 = 0,216 |
| H2O | 7,0 · 0,6 / 100 = 0,042 |
| O2 | 0,684 - 0,65 = 0,034* |
| Итого: | 1,07 кг |
| * - не усвоенный ванной кислород; |
С учетом усвоения кислорода ванной, равной 95%, чистоты технического кислорода 99,6%, а также количества азота, поступившего в металл с кислородом, определяется его количество на прогрев:
0,684 · 95 / 100 = 0,65 кг или 0,65 · 22,4 / 32 = 0,455 м3;
0,455 / 99,6 · 100 = 0,457 м3.
Вместе с кислородом поступит азота:
0,457 - 0,455 = 0,002 м3 или 0,003 кг.
Всего технического кислорода на прогрев требуется:
0,65 + 0,003 = 0,654 кг.
В процессе продувки образуются газы: CO2, CO, N2, H2O от водорода топлива, H2O, неусвоенный O2.
В итоге за период нагрева выделится 1,07 кг газов.
Рассчитанные количества кислорода и газов входят в итоговую таблицу материального баланса.
