烧结热平衡计算.docx
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烧结热平衡计算
设计题目：
烧结热平衡计算
设计原理:
烧结是粉料造块最重要的工艺法。
烧结是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。
烧结过程的热量收入有煤气的化学热及物理热，点火助燃风的物理热，固体燃料燃烧的化学热，返回料的化学热，混合料、铺底料及烧结空气的物理热和烧结过程的化学反应热。
烧结过程的热支出包括混合料物理水蒸发耗热，化合水、灰及矿分解耗热，烧结矿物理热及其它热损失。
为了评价烧结机的热利用水平，确定烧结机热效率等技术经济指标，明确节能向，必须进行烧结过程的热平衡计算。
设计过程:
烧结热平衡计算主要以下几个步骤组成：
热量收入项的计算，热量支出项预算，热量收入和热量支出平衡。
1.热量收入项的计算
烧结过程的热量收入有煤气的化学热及物理热，点火助燃风的物理热，固体燃料燃烧的化学热,
返回料的化学热，混合料、铺底料及烧结空气的物理热和烧结过程的化学反应热。
各项的计算法如下：
（1）煤气点火化学热qi
qi=VdQ；w千焦/吨
式中Vd煤气消耗量，米3/吨烧结矿；
Q3dw湿煤气低发热值，千焦/米3；
Qsdw=4.2$30.3CO3+25.8HS2+85.7CH；+152C2HS6+56H2§+143。
2『4+•…•）•
式中COs、Hs2煤气中各湿成分体积含量%可按下式计算
ZsZggm
Word资料
gm干煤气中水分的含量，克/米3。
（2）煤气点火物理热q2.
q2=BCrtr千焦/吨
ss3
B=Vd,cr=O.OI（Cco?
CO+CH2?
H2+•••••）•千焦/米？
C
式中Cco,CH2湿煤气中CO,H2……等成分的平均比热容。
（3）点火助燃及保温带入热量q3.
q3=Lsn?
ck?
tdk千焦/吨
式中Ck助燃空气0—tkC间的平均比热容，千焦/米七
tdk助燃空气温度,C.
（4）固体燃料的化学热q4.
q4=Gs?
QyDW千焦/吨式中QyDw固体燃料低发热值，千焦/千克。
（5）高炉灰或高炉返矿残碳化学热q5.
q5=4.2X79.8G5Cg千焦/吨
式中Cg残留固定碳,%
（6）混合料的物理热q6.
q6=Gh?
ch?
th+Gw?
cw?
th千焦/吨
式中o、cw干混合料及水在0---th间的平均比热容，千焦/千克？
C;
th混合料的温度。
（7）铺底料带入物理热q7.
q7=G8csktp千焦/吨
式中csk,tp铺底料在0---tpC之间的平均比热容及实际温度。
（8）化学反应热q8.
q8=Q8-1+Q8-2+Q8-3+/千焦/吨
1）混合料中硫化物：
Q8-i=1.871M.2Xl65iXG'S
式中G'iS'成品烧结矿残留的硫量，千克/吨；
4.2X165i每千克FeS完成氧化所需热量，千焦/千克FeS;
1.871S换算成FeS的比值。
2）氧化亚铁氧化放热:
Q8-2=4.2X467X1.123XG；FeO'G'S
式中G‘1FeO',G1S'烧结矿中残留的FeO,S量，千克/吨；
4.2X467,1.123每千克FeO氧化成FqOs的放热量及硫换算成FeO的系数（72/64.2）
3）成渣热：
Q8-3=G5/HiPi
式中G5高炉返矿量，千克/吨；
/Hi生成某种矿物的放热量，千焦/千克矿物；
Pi生成某种矿物的含量，％
成渣热一般可估计为总热量收入的3%。
（9）烧结过程中空气带入物理热q9.
q9=Q9-1+Q9-2千焦/吨
1）烧结用空气带入物理热：
Q9-i=Vyk?
ck?
tk千焦/吨
式中tk空气温度；
3
Ck0〜tk间空气的平均比热容，千焦/米？
°C.
2）烧结过程漏风物理热：
Q9-2=VLK?
CK?
tk千焦/吨
式中Vl烧结机漏入空气量
（10）收入总热量。
3Q=qi+q2+••…+q9千焦（吨
此外，热平衡计算法中的固体燃料燃烧放热按下式计算：
q4=4.2x（0.8C?
7986+0.2C?
2340）千焦/吨
此时不应再计算废气带出的化学热。
此外除了点火煤气固体燃料的化学热及烧结过程的化学反应放热外，其它放热量都很少，因而在一
般烧结热平衡计算中都忽略不计。
2.热量支出项预算烧结过程的热支出包括混合料物理水蒸发耗热，化合水、灰及矿分解耗热，烧结矿物理热及其它热
损失。
（1）混合料物理水蒸发热q'i.
q'i=4.2X595Gw
式中Gw混合料含水量，千克/吨；
4.2X595水在100C下的汽化热，千焦/千克。
（2）结晶水分解热q2.
q2=Q‘2-i+Q2-2千焦/吨
1）消灰的分解热Q2-i=4.2X354Gx妝：
式中4.2X354消灰分解热，千焦/千克；
Gx消灰用量，千克/吨；
依消灰中实际Ca（0H）2量，％。
2）含水矿物的分解热
Q2-2=GK?
Rw?
qw:
式中Gk含水矿物的质量，千克/吨；
Rw含水矿结晶水含量，％;
qw每千克结晶水分解热，千焦/千克水。
（3）碳酸盐分解热q3.
q3=Q3-1+Q3-2千焦/吨
1）熔剂中碳酸盐分解热：
Q3-1=4.2X763（G3?
CaO+G4?
CaO）+4.2«02（G3MgO+G\-4MgO'）千焦/吨
式中4.2X763,4.2X602为CaO3及MgCOs的分解热，千焦/千克CaO,MgO;
CaO、MgO为灰中含CaO、MgO量，%；
CaO'、MgO'为白云中含CaO、MgO量，%
2）矿为菱铁矿时的分解热：
Q3-2=4.2X154.6Gks?
mFeCO3千焦/吨
式中4.2X154.6每千克菱铁矿（FeCQ）的分解千焦/千克FeCQ
（4）烧结饼物理热q4.
q4=GBlCskltBl+GB2?
Csk2tB2+GBn?
>kntBn千焦/吨
式中GB,GB2每层烧结饼量，千克/吨；
Csk1,Csk2各层烧结饼在各层平均温度tB1、tB2•…他2时在0〜tBi间的平均比热容,
千焦/千克°C;
tB1、tB2tB1：
各层烧结饼的平均温度,C
1）热烧结矿厂：
q4=Q4-1+Q4-2+Q4-3
Q4-1=G1csktsk千焦/吨
式中Csk温度从O---tsk间烧结矿的平均比热容；
tsk烧结矿平均温度；
G1———热烧结矿产量（G1=1OOO千克）。
Q4-2=G7acsk?
trf千焦/吨
中Csk热返矿在0C〜trf间的平均比热，千焦/千克C；
trf热返矿的平均温度，C；
G7a热返矿量，千克/吨；
Q4-3=其它热损包括机尾破碎筛分设备散热和炉尘。
废气带走热。
2）冷烧结矿厂：
烧结饼的物理热包括热返矿的物理热Q4-2及烧结矿物理热Q4-1。
后者包括冷烧结矿物理热Q4-1-1、冷返矿的物理热Q4-1-2、铺底料的物理热Q4-1-3，冷却废气带走的物理热Q4-1-4，其它热损失Q4-1-5，即冷却设备及筛分设备等散热，其计算如下：
Q4-1-1=Q1csktsk千焦/吨
式中Q1———对冷烧结矿厂为1000千克；
Q4-1-2=G7cCsktLK千焦/吨
式中G7c
冷返矿量，千克/吨
Csk冷返矿从0---1LK之间的平均比热千焦/千克°C。
Q41-1-3=G8Csktpk千焦/吨
式中tpk铺底料（冷筛分处后）的平均温度，C；
Q1-1-4=VLlCLftLy千焦/吨
式中tLf冷却废气的平均温度，C；
Q4-1-5=冷却设备及筛分设备等散热。
Q4-1-5=Q4-1-（Q4-1-1+Q4-1-2+Q4-1-3+Q4-1-4）千焦/吨
3）对于机上冷却的烧结矿
Q4-1=（Q4-1-1+Q4-1-2+Q4-1-3+Q4-1-4）+Q4-3千焦/千克
式中Q4-3———机上冷却机冷却带走废气物理热量，按下式计算，
Q4-3=VL?
ck?
tL千焦/吨
式中Vl冷却带废气总量，米3/吨；
Ck冷却废气从0---tlC间的平均比热容，千焦/米3C；
tL冷却废气的温度，C。
（5）烧结废气带出的物理热q5.
q5=Vsfcftf千焦/吨
式中Vf烧结废气总量，米3/吨；
Cf烧结湿废气从0---tC间的平均比热容，可按下式计算：
Cf=0.01（CCO2?
COS2+c‘H2O?
H2OS'+C‘N2?
NS2+）千焦/米SC
式中COs2,H2Os,Ns2———废气中相应成分体积含量，%；
ff!
cCO2、cH2O、cN2
废气中相应成分从0---tfc间平均比热容，千焦/米3?
c
tf废气的温度，c。
（6）化学不完全燃烧热损失q6.按废气中可燃气体含量计算
q‘6=VSof（30.2COs'+25.8HS2'+85.7CHs4+•…）・M.2千焦/吨
COs2、H2Os、N#s2———废气中相应成分体积含量，%；
按固体燃料的挥发分和废气中CO含量计算
q‘6=G6（Qdw-81.0Cfg）M.2+Vsf（30.2COS'）X4.2千焦/吨
式中cfg固体燃料中分析基固定碳含量，%
81.0M.2用无烟煤时碳的发热量，用焦粉时为79.8M.2
（7）烧结矿残碳化学损失q7
q7=4.2X79.8GiCc千焦/吨
式中Cc烧结矿中残留固定碳，％
（8）主要热损失q8=Q8-1+Q8-2+Q8-3+……千焦/吨
1）点火保温炉表面散热Q8-1
Q8-1=TPAg计TPA?
q2++TPAnqn
式中T计算散热时间，按!
=I小时计；
P烧结机台时产量，吨/时；
A1…•An点火保温炉各表面积，米2；
q1---qn各散热面综合散热系数，按下式计算：
Q8-2=A&tBitkad
式中&点火保温炉各表面的黑度；
tBi点火保温炉每个散热面的平均温度，C；
tk环境温度（te）；
1/4
ad=A（tBi-te）千焦/米？
时？
C
A系数，散热面向上A=2.8,向下A=1.5,垂直A=2.2,
当风速WfV5米/秒时,ad=4.2x（5.3+3.6wf）千焦/米?
时？
C>5米/秒时,ad=4.2x（6.47Wf0'73）千焦/米？
时？
°C
2）出点火保温炉烧结饼表面散热Q8-2:
Q‘8-3=AiT&tBi
式中&烧结饼表面黑度（测定值）；
tBi某一段烧结饼表面平均温度；
Ai某一段烧结饼表面积，米2；
T计算时间I小时；
P烧结机台时产量，吨/时。
（9）冷却水带走物理热Q‘9.
q‘9=GwlXcwlX血千焦/吨
式中GwL点火炉冷却水耗量，千克/吨；
冷却水出口及进口温度差,C
Atw'
（10）烧结台车回车道散热损失q10.
q'io=Qx-Qb
式中Qx、Qb烧结台车在卸矿处及布料处的物理热，按下式计算：
Qx=Gtc?
ctc?
ttc+GtB?
ctB?
ttB千焦/吨
Qb=Gct?
Cte?
t'tc+GtB?
CtB?
ttB千焦/吨
式中Gtc,GtB———1吨烧结矿需要通过的台车车体和台车箅条的质量，千克/吨ttc,ttB和t'tc,t'tB为卸矿和布料处台车车体和台车算条温度，C。
（11）差值Aq=国-苗’千焦/吨
允相对误差规定为±5%即,
|Aq/苗|x100%c5%
（12）热量总支出工q=q'1+q2+q'3+••…q‘1°+Aq千焦/吨
3.热量收入和热量支出平衡
若Q刃：
则热量收入和热量支出平衡。
参考文献：
[1]双平.《冶金课程工艺设计计算（炼铁部分）》.冶金工业出版社
[2]竹，永清，高泽平.《炼铁原料》.化学工业出版社.
[3]袁熙志.《冶金工业过程设计》.冶金工业出版社.
[4]筱留.《钢铁冶金学》.冶金工业出版社.
[5]传典.《高炉炼铁生产技术手册》.冶金工业出版社.
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