Братковский Е.В., Заводяный А.В. Расчет состава шихты, материального и теплового балансов агломерационного процесса

Подождите немного. Документ загружается.

1) 9,3319С

– 6,3076 + 0,0314Х + 0,0205·Z;

2) 12С

– 8,3333 + 0,1190Х + 0,1033·Z.

Объем водяных паров воздуха (1%):

1) 0,0933С

– 0,0631 + 0,0003Х + 0,0002·Z;

2) 0,12С

– 0,0833 + 0,0012Х + 0,0010·Z.

Полный объем влажного воздуха:

1) 9,4252С

– 6,3707 + 0,0317Х + 0,0207·Z;

2) 12,12С

– 8,4166 + 0,1202Х + 0,1043·Z.

Теплота воздуха q

возд

, кДж/100кг агломерата, всасываемого в

спекаемый слой при 25 °С:

1) 1,296·25·(9,4252С

– 6,3707 + 0,0317Х + 0,0207·Z) = 1,296·25·

(9,4252·0,8252·Z – 6,3707 + 0,0317Х + 0,0207·Z) = 1,0271Х + 252,6674·Z –

206,4107;

2) 1,296·25· (12,12С

– 8,4166 + 0,1202Х + 0,1043·Z) =

1,296·25·(12,12·0,7942·Z) – 8,4166 + 0,1202Х + 0,1043·Z = 3,8945Х +

315,2521·Z – 272,6978.

4.8 Энтальпия отходящих газов /q

отх.г.

Расчет этой статьи баланса начнем с определения количества

отходящих газов агломерационной установки.

Зажигательный горн агломерационной машины отапливается смесью

коксового (12% СО

, 6% СО, 26% СН

, 50% Н

, 80% N

, 6% Н

О) и доменного

(12% СО

, 27% СО, 3% Н

, 55% N

, 3% Н

О) газов, взятых в отношении

0,28:0,72. Теплота сгорания газовой смеси (9,7% СО

, 20,4% СО, 8% СН

16,1% Н

, 42% N

, 3,8% Н

О) достигает 7536 кДж/м

газовой смеси. Так как

на 100 кг агломерата при зажигании и дополнительном обогреве спекаемого

слоя по условию необходимо 33500 кДж, расход газовой смеси при α = 1

составит: 33500:7536 = 4,44 м

/100кг агломерата (таблица 5).

В ходе агломерации из коксовой мелочи выделяются летучие

вещества в следующих количествах, м

/100кг агломерата:

1)V

лет

= 0,0249·Z·22,4/2 = 0,2789·Z;

2)V

лет

= 0,0410·Z·22,4/2 = 0,4592·Z.

Условно принимаем, что летучие вещества (горением которых

пренебрегаем) состоят из Н

Далее следует рассчитать объем продуктов горения твердого топлива

и серы шихты. Количество азота, переходящего в продукты горения, было

подсчитано ранее (С

ш1

= 0,8252·Z; С

ш2

= 0,7942·Z);

1) 7,3722С

– 4,9830 + 0,0248Х + 0,0162·Z = 0,0248Х + 6,0997·Z –

4,9830.

2) 9,48С

– 6,5833 + 0,0940Х + 0,0816·Z = 0,0940Х + 7,6106·Z – 6,5833.

Количество водяных паров воздуха, м

/100кг агломерата, с учетом

гигроскопической влаги (10 кг/100 кг агломерата) и гидратной воды шихты

(см. расчет количества воздуха):

1) (0,0933С

– 0,0631 + 0,0003Х + 0,0002·Z) + 10·

4,22

+ 0,0905·

4,22

Х = 0,1129Х + 0,0772·Z + 12,3816;

2) (0,12С

– 0,0333 + 0,0012Х + 0,0010·Z) + 10·

4,22

+ 0,0237·6

4,22

= 0,0012Х + 0,0963·Z + 12,5381.

Количество избыточного кислорода, м

/100 кг агломерата, в отходящих

газах составляет 1/6 часть от общего объема кислорода воздуха при α =

1,2 для шихты №1 (1,2 : 0,2 = 6) и 1/3 часть при α = 1,5 для шихты №2

(1,5:0,5 = 3):

1) (1,9597С

– 1,3246 + 0,0066Х + 0,0043·Z)/6 = 0,0011Х + 0,2702·Z –

0,2208;

2) (2,52С

– 1,75 + 0,025Х + 0,0217·Z)/3 = 0,0083Х + 0,6744·Z – 0,5833.

Количество SO

и SO

образуется по реакциям:

20S

орг

+23О

= 14SO

+ 6SO

;

10FeS+19O

= 5Fe

+ 7SO

+ 3SO

;

20FeS

+61O

= 10Fe

+28SO

+ 12SO

а также SO

сульфатов, м

/100 кг агломерата:

1) 0,0030·Z·0,95·22,4/32 + 0,002·Z·0,95·22,4/88 + 0,0008·Z·0,95·22,4·40/

(20·120) + 0,0014·0,6Х·22,4/80 + 0,002·0,6У·22,4/80 + 0,0023·0,6·Z·22,4/80 =

0,0002Х + 0,0003У + 0,0032·Z + 0,0008;

2) 0,0133·Z·0,95·22,4/32+0,0036·Z·0,95·22,4/88 + 0,0049·Z·0,95·22,4·40/

(20·120) + 0,0005·0,6Х·22,4/80 + 0,0047·0,6·Z·22,4/80 + 0,0002·0,6·6·22,4/80 =

0,0001Х + 0,0001Y + 0,0122·Z + 0,0002.

По реакции 0,8С

+0,8О

=0,8СО

при горении 0,8С

кг углерода

образуется (1,493С

) м

СО

(шихта №2). По реакции

0,75С

+0,75О

=0,75СО

при горении (0,75С

) кг углерода образуется (1,4С

)

СО

(шихта №1). Следовательно, количество углекислого газа, м

/100кг

агломерата, образующегося при горении твердого топлива и при

разложении карбонатов шихты:

1) 1,4С

+ 0,0621Х·22,4/44 + 0,4276У·22,4/44 = 0,0316Х + 0,2177У +

1,1553·Z;

2) 1,493С

+ 0,4396Y·22,4/44 + 0,0237·6·22,4/44 = 0,2238Y + 1,1857·Z

+0,0724.

Учтем объем оксида углерода, образующегося при горении углерода

шихты. По реакции 0,2С

+ 0,1О

= 0,2СО при сгорании 0,2С

образуется

(0,373С

) м

СО (шихта №2). По реакции 0,25С

+ 0,125О

= 0,25СО при

сгорании 0,25С

образуется (0,467С

) м

СО (шихта №1). Следовательно,

образуется, м

/100кг агломерата:

1) 0,3854·Z;

2) 0,2962·Z.

Общий объем газов, м

/100кг агломерата, отсасываемых из

спекаемого слоя:

1) 0,1706Х+0,2180Y+8,2699·Z+18,0393;

2) 0,1036Х+0,2239Y+10,3346·Z+16,3051.

По экспериментальным данным, величина вредных прососов

достигает на ленточных агломашинах 40–60%. Примем в расчетах эту

величину равной 50%. Тогда вычисленный объем газов, м

/100кг

агломерата, необходимо удвоить:

1) 0,3412Х+0,436Y+16,5398·Z+36,0786;

2) 0,2072Х+0,4478Y+20,6692·Z+32,6102.

Температура отходящих газов аглоленты перед эксгаустером обычно

составляет 90–130°С. Примем t

отх.г.

= 130°С, с

отх.г.

= 1,35 кДж/(м

·К). Тогда q

отх.г.

кДж/100 кг агломерата:

1) 130·1,35·V

отх.г

= 59,8806Х + 76,518Y + 2902,7349·Z+6331,7943;

2) 130·1,35·V

отх.г

= 36,3636Х + 78,5889Y + 3627,4446·Z+5723,0901.

Таблица 5 – Продукты горения газовой смеси в горнах

Участвуют в горении Образуется продуктов горения,

Смесь коксового и

доменного газов

Воздух

соста

вляю

щие

содер

жание

, %

коли

честв

о, м

Всего

, м

СО

О N

Всего

СО

9,7 0,431 – – 0,431 ― ―

СО 20,4 0,906 0,453 – 0,906 ― ―

СН

8,0 0,355 0,710 1,518

х3,76

2 =

5,711

1,518

5,711

0,355 0,710 5,711

(из

возд

уха)

16,1 0,711 0,355 – – – 0,711 ―

42,0 1,868 – – – – – 1,868

О 3,8 0,169 – – – – 0,169 ―

всего 100,0 4,440 1,518 5,711 7,229 1,692 1,590 7,579 10,861

4.9 Энтальпия пирога готового агломерата /q

агл

По результатам измерений теплоемкости пирога готового агломерата

агл

≈ 0,9÷0,93 кДж/(кг·К) при 600–700°С. Эти данные позволяют вычислить

энтальпию одной т пирога, составляющую при 600 и 700 °С соответственно

540 и 650 мДж/т. Необходимо учесть и массу возврата (42 кг и 50 кг /на

100„кг годного агломерата):

1) q

агл

= 65000·1,42 = 92300 кДж/142 кг агомерата и возврата;

2) q

агл

= 5400·1,50 = 81000 кДж/150 кг агломерата и возврата.

4.10 Теплота испарения гигроскопической влаги /q

гигр.

При переходе (Н

О)

→(Н

О)

пар

теплота испарения равна 2258,6 кДж/кг

О при 100°С и 0,1МПа. Влажность шихты составляет 10кг/100кг

агломерата, в обоих случаях q

гигр

=10·2258,6 = 22586 кДж/100кг агломерата.

4.11 Теплота разложения гидратов и испарения гидратной воды /

гидр.

С учетом реакции Fe

·H

O(гётит) → Fe

(гематит) + (Н

О)

пар

Ж.„Мишар рекомендует пользоваться тепловым эффектом 75600 кДж/кмоль.

Рекомендации базируются на экспериментальном определении этой

величины Сабатье и независимо от него Барсадом при 260–360 °С.

Величина 4184 кДж/кг Н

О приведена к 25 °С. Следовательно q

гидр

, кДж/100

кг агломерата:

1) 4184·0,0905Х = 378,652Х;

2) 4184·0,0237·6 = 594,9648.

4.12 Теплота диссоциации карбонатов

карб

= 40,74·(СО

2;х;СаСО3

·Х + СО

2;у;СаСО3

·Y + СО

2;М;СаСО3

·М) +

23,06·(СО

2;х;МgСО3

·X + СО

2;y;MgСО3

·Y + СО

2;M;MgСО3

·M) + 18,13·( СО

2;х;FeСО3

·X +

СО

2;y;FeСО3

·Y + СО

2;M;FeСО3

·M)

В этой формуле используются тепловые эффекты разложения

карбонатов в пересчете на 1 кг диоксида углерода, выделяющегося в ходе

этого процесса. В формулу следует подставлять содержание СО

компонентах шихты в процентах. При этом распределение СО

между

CaCO

, MgCO

и FeCO

принимается с учетом минералогического анализа

компонента шихты:

1) q

карб

= 6,21Х·18,13 + 42,76Y·40,74 = 112,5873Х + 1742,0424Y;

2) q

карб

= 37,37Y·40,74 + 6,59Y·23,06 + 5,61·6·40,74 = 1674,4192Y +

1371,3084.

При расчете шихты №2 содержание СО

в известняке (43,96%)

разделено в отношении 85/15, в соответствии с содержанием СаО и MgO в

нем.

В некоторых случаях исходная аглошихта содержит сложные

алюмосиликаты (например, тюрингит, шамозит) теплоту диссоциации

которых следует учитывать. В расчетах, в качестве пустой породы,

учитывают только кварц (SiO

) и опал (SiO

·n·Н

О).

4.13 Теплота, расходуемая на диссоциацию оксидов / q

дисс

По реакции 2Fe

= 4FeO + O

– 18226 кДж/кг кислорода вычисляем

затраты тепла для случая спекания шихты №1 (при агломерации шихты №2

идет, наоборот, частичное окисление железа, тепловой эффект которого

был учтен ранее, при подсчете прихода тепла):

1) q

дисс

= 18226·(17 – 7,02·Х/100 – 3,90·8/100) / 9 = 98740,579 –

142,1628·Х кДж/100кг агломерата.

4.14 Тепловые потери /q

т.п.

Величина тепловых потерь, определенная экспериментально на

действующих аглолентах, колеблется от 209200 до 334720 кДж/т

агломерата, что составляет 7 – 11% от общего расхода тепла на спекание.

Принимаем величину тепловых потерь, кДж/100кг агломерата: 1) 30000; 2)

25000.

Уравнение теплового баланса процесса агломерации:

1) 347,93·Х + 1758,5604·Y – 20426,9515·Z + 124144,784 = 0;

2) – 456,1199·Х + 1699,0081·Y – 20033,3175·Z + 112724,7271 = 0.

Решение систем трех уравнений, составленных по материальному

балансу спекания, балансу основности агломерата и тепловому балансу

агломерации, дает следующие корни, кг/100кг агломерата:

1) 0,8544·Х + 0,5712·Y + 0,1452·Z = 93,857;

14,244·Х – 52,388·Y + 11,302·Z = – 7,2;

347,93·Х +1758,5604·Y– 20426,9515·Z= – 124144,784

Х = 90,2394; Y = 26,8133; Z = 9,9229.

2) 1,0235·Х + 0,5602·Y + 0,1475·Z = 96,1462;

14,644·Х – 49,22·Y + 10,956·Z = 506,76;

– 456,1199·Х+1699,0081·Y – 20033,3175·Z + 112724,7271 = 0

Х = 84,4731; Y = 15,9624; Z = 5,0573.

Проверка количества и основности агломерата на примере расчета

шихты №1 (проверка на 100 кг агомерата), кг:

агл

= 0,46957·90,2394 + 26,8133·0,00574 + 9,9229·0,02006 + 0,68834·8

= 48,2333;

агл

= 0,0124·90,2394 + 9,9229·0,00155·8·0,00387 = 1,1654;

(FeS

)

агл

= 9,9229·0,0008·0,05 = 0,0004;

(FeS)

агл

= 9,9229·0,002·0,5 = 0,0010;

орг

)

агл

= 9,9229·0,003·0,05 = 0,0015;

(SО

)

агл

= 0,4·90,2394·0,0014 + 0,4·26,8133·0,002 + 9,9229·0,4·0,0023 +

8·0,4·0,0006 = 0,0829;

агл

= 90,2394·0,00035 + 25,8133·0,00017·9,9229·0,00009 + 8·0,00017 =

0,0469;

 

226,1317778,0FeO778,0Fe

FeO



;

0006,00010,0636,0FeS636,0Fe

)FeS(



;

0002,00004,0467,0FeS467,0Fe

2)FeS(





232

FeSFeSFeOагл)OFe(

FeFeFeFeFe

48,2333 – 13,226 – 0,0006 –

0,0002 = 35,0065;

OFe

)агл(

FeOFe 

/0,7 = 50,0092;



)агл(

0,0469/ 0,437 = 0,1073;

аглагл

MnMnO 

/0,775 = 1,1654/0,7 = 1,5037.

5 Материальный и тепловой балансы спекания агломерата

Результаты расчетов сведены в таблице 6.

Материальный и тепловой балансы спекания (таблица 7 и 8).

КПД углерода и КПД тепла при агломерации шихты №1:

КПД

= (

COCOC



COC



)·100 = (27834/33730)100 = 82,52%;

КПД

тепла

= (Q

полезн

общ

)·100 = (22586,0 + 34169,3 + 56869,7 + 15911,9 +

92300,0)·100/294427,6 = 75,8%

Таблица 6 – Расход компонентов шихты и состав агломерата

Компонен

т шихты

Расход,

кг/100 кг

агломер

ата

FeO+Fe

+S+

FeS+FeS

+SO

+ P

+MnО,кг

SiO

% кг % кг

Рудная

смесь

90,2394 – 9,49 8,5637 3,37 3,0411

Известняк 26,8133 – 1,18 0,3164 0,40 0,1072

Топливна

я смесь

9,9229 – 6,25 0,6202 3,18 0,3155

Окалина 8,000 – 0,85 0,0680 0,15 0,0120

Всего 68,7060 100 9,5683 3,4758

продолжение таблицы 6

Компонент

шихты

CaO MgO Всего, кг

% кг % кг

Рудная

смесь

1,01 0,9114 2,75 2,4816

Известняк 52,0 13,9429 2,60 0,6971

Топливная

смесь

1,31 0,1300 0,59 0,0585

Окалина 0,40 0,0320 0,10 0,0008

Всего 15,0163 3,2380 100,0044

Теплота готового пирога агломерата включена в полезный расход тепла.

Реальный расход топливной смеси с учетом ее неполного сгорания

при агломерации (агломерат содержит обычно 0,3 – 0,35% С) составит 9,9 +

0,4 =10,3 кг/100 кг агломерата.

Проверка основности агломерата В =

4758.35683.9

2380.30163.15



= 1,39943.

Ошибка равна 0,00057, т.е. 0,06% (отн.)

Ошибка расчета по массе агломерата, определенной в таблице,

составляет 0,0044 кг, или 0,005% (отн.)

Таблица 7 – Материальный баланс спекания шихты №1 (на 100 кг

агломерата)

Статья расхода кг Статья прихода кг

1. Рудная смесь 90,2394 1. Агломерат 100,0000

2. Известняк 26,8133

2. Отходящие газы

(без учета вред)

154,0347

3. Топливная смесь 9,9229 3. Возврат 42,0000

4. Окалина 8,000

5. Гигроскопическая

влага шихты

10,000

6. Газ в горны

(плотность 1,074 кг/

)

4,7695

7. Влажный воздух в

горны и в спекаемый

слой (плотность

1,2879 кг/м

)

104,4866

8. Возврат 42,000

Всего 295,9317 Всего 296,0347

Невязка 0,103 кг, или 0,1% (отн)

Таблица 8 – Тепловой баланс спекания шихты №1 (на 100кг

агломерата)

Приход тепла кДж % Расход тепла кДж %

1.Теплота горения

твердого топлива

227915,

77,5

1.Теплота

испарения

гигроскопической

влаги

22586 7,7

2.Теплота горения

серы и сульфидов

480,5 0,2

2.Теплота

диссоциации

гидратов и

испарения

гидратной воды

34169,3 11,6

3.Теплота

зажигания и

дополнительного

обогрева спек. слоя

33500,0 11,4

3.Теплота

разложения

карбонатов

56869,7 19,3

4.Теплота шихты 10138,0 3,4

4.Теплота

диссоциации

оксидов

15911,9 5,4

5.Теплота

всасываемого в

слой воздуха

2393,5 0,8

5.Теплота

отходящих газов

42590,7 14,5

6.Теплота

минералообразован

ия

20000,0 6,7

6.Теплота готового

пирога агломерата

92300,0 31,3

7.Тепловые потери 30000,0 10,2

Всего

294427,

100,0 Всего 294427,6 100,0

Список рекомендуемой литературы

1. Металлургия чугуна. / Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н.

и др. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004 – 768 с.

2. Доменное производство. Справочник / под ред. Е.Ф. Вегмана. М.:

Металлургия, 1989. – 496 с.

3. Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика. М.: Металлургия,

1984. – 256 с.

4. Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. М.:

Металлургия, 1986. – 263 с.

Приложение А1 – Варианты заданий (состав рудной и топливной

части шихты)

Вариант Рудная часть шихты Топливная часть шихты

80% Оленегорского конц. + 20%

Оленегорской руды

80% коксовой мелочи +

20% антрацитового штыба

80% Костомукшского конц. + 20%

Ковдорской руды

90% коксовой мелочи +

10% антрацитового штыба

80% Костомукшского концентрата +

20% Костомукшской руды

85% коксовой мелочи +

15% антрацитового штыба

50% Лебединской аглоруды + 50%

конц. КМА-руда

75% коксовой мелочи +

25% антрацитового штыба

90% конц. КМА-руда + 10% руды

ОФ№2 (КМА-руда)

70% коксовой мелочи +

30% антрацитового штыба

60% Стойленской аглоруды + 40%

Михайловской аглоруды

80% коксовой мелочи +

20% антрацитового штыба

80% Стойленской аглоруды + 20%

Михайловского конц.

85% коксовой мелочи +

15% антрацитового штыба

90% Лебединского конц. + 10%

руды ОФ№1 (КМА-руда)

90% коксовой мелочи +

10% антрацитового штыба

10% Лебединского жел. кварцита +

90% Лебединского конц.

70% коксовой мелочи +

30% антрацитового штыба

70% Михайловской аглоруды + 30%

Стойленского конц.

75% коксовой мелочи +

25% антрацитового штыба

50% Яковслевской руды + 50%

Михайловского конц.

80% коксовой мелочи +

20% антрацитового штыба

50% Криворожской руды +

50%Яковлевской руды

85% коксовой мелочи +

15% антрацитового штыба

10% Бакальского сидерита + 90%

Стойленского конц.

90% коксовой мелочи +

10% антрацитового штыба

30% Бакальского бурого железняка

+ 70% Костомукшского конц.

95% коксовой мелочи + 5%

антрацитового штыба

40% Криворожской магн. руды +

60% Михайловского конц.

100% коксовой мелочи

30% Серовской руды + 70% конц.

ССГОК

75% коксовой мелочи +

25% антрацитового штыба

25% Лебяжинского магн. железняка +

75% конц. ССГОК

80% коксовой мелочи +

20% антрацитового штыба

40% Соколовская руда + 60%

Лисаковский конц

85% коксовой мелочи +

15% антрацитового штыба

10% Атасуйской руды + 90%

Качканарского конц.

90% коксовой мелочи +

10% антрацитового штыба

30% Соколовской руды + 70%

Качканарского конц.

95% коксовой мелочи + 5%

антрацитового штыба