烧结热平衡计算 1.docx

1、烧结热平衡计算 1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方法。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，然后以一定的方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、石灰石及矿石分解耗热，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

2、结机热效率等技术经济指标，明确节能方向，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。各项的计算方法如下：(1)煤气点火化学热q1 q1=VdQsDW 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+85.7CHs4+152C2Hs6+56H2

3、Ss+143C2Hs4+)式中 COs、Hs2煤气中各湿成分体积含量%。可按下式计算 ZsZggm式中 Zs,Zg煤气中任意湿成分及对应的干成分的体积含量,%;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B=Vd,cr=0.0l(CcoCOs+CH2Hs2+) 千焦/米3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=Lsncktdk 千焦/吨式中 ck助燃空气0tk间的平均比热容，千焦/米3 tdk助燃空气温度, .(4)固体燃料的化学热q4. q4=GsQyDW 千焦/吨式中 QyDW固体燃料低发

4、热值，千焦/千克。(5)高炉灰或高炉返矿残碳化学热q5. q5 =4.279.8G5Cg千焦/吨式中 Cg残留固定碳,%(6)混合料的物理热q6. q6=Ghchth+Gwcwth 千焦/吨式中 ch、cw干混合料及水在0-th间的平均比热容，千焦/千克;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-tp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：Q8-1=1.8714.2165i G1S式中 G1S成品烧结矿残留的硫量，千克/吨；4.2165i每千克FeS2完

5、成氧化所需热量，千焦/千克FeS2;1.871S换算成FeS2的比值。2)氧化亚铁氧化放热:Q8-2=4.24671.123 G1FeOG1S式中G1FeO,G1S烧结矿中残留的FeO,S量，千克/吨；4.2467,1.123每千克FeO氧化成Fe2O3的放热量及硫换算成FeO的系数(72/64.2)3)成渣热：Q8-3= G5Hi Pi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=Vykcktk

6、 千焦/吨式中 tk空气温度；ck0tk间空气的平均比热容，千焦/米3.2)烧结过程漏风物理热：Q9-2=VLKCKtk 千焦/吨式中 VLK烧结机漏入空气量。(10)收入总热量。Q=q1+q2+q9 千焦( 吨此外，热平衡计算方法中的固体燃料燃烧放热按下式计算：q4=4.2(0.8C7986+0.2C2340) 千焦/吨式中 C固体燃料中含碳量，千克/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、石灰石及矿石分解耗热，

7、烧结矿物理热及其它热损失。(1)混合料物理水蒸发热q1. q1=4.2595 Gw式中 Gw混合料含水量，千克/吨；4.2595水在100下的汽化热，千焦/千克。(2)结晶水分解热q2. q2=Q2-1+Q2-2 千焦/吨1)消石灰的分解热 Q2-1=4.2354Gxx:式中 4.2354消石灰分解热，千焦/千克； Gx消石灰用量，千克/吨； x消石灰中实际Ca(OH)2量，%。2)含水矿物的分解热Q2-2=GKRwqw: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

8、碳酸盐分解热：Q3-1=4.2763(G3CaO+G4CaO)+4.2602(G3MgO+G-4MgO)千焦/吨式中 4.2763,4.2602为CaO3及MgCO3的分解热，千焦/千克CaO,MgO; CaO、MgO为石灰石中含CaO、MgO量，%； CaO、MgO为白云石中含CaO、MgO量，%。2)矿石为菱铁矿时的分解热： Q3-2=4.2154.6GksmFeCO3 千焦/吨式中4.2154.6每千克菱铁矿(FeCO3)的分解 千焦/千克FeCO3(4)烧结饼物理热q4. q4=GBlcskltBl+GB2csk2tB2+GBncskntBn 千焦/吨式中 GBl,GB2每层烧结饼量，

9、千克/吨； csk1,csk2各层烧结饼在各层平均温度tB1、tB2tB2时在0tBi间的平均比热容，千焦/千克; tB1、tB2tB1:各层烧结饼的平均温度,。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0-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=1000千克）。 Q4-2=G7acsktrf 千焦/吨 式中 csk热返矿在0trf间的平均比热，千焦/千克； trf热返矿的平均温度，； 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

10、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-tLK之间的平均比热千焦/千克。Q4-1-3=G8Csktpk 千焦/吨式中 tpk铺底料(冷筛分处后)的平均温度，； Q4-1-4=VL1CLftLy 千焦/吨式中 tL

11、f冷却废气的平均温度，； 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=VLcktL 千焦/吨式中 VL冷却带废气总量，米3/吨； ck冷却废气从0-tL间的平均比热容，千焦/米3； tL冷却废气的温度，。(5)烧结废气带出的物理热q5. q5=Vsfcftf 千焦/吨式中 Vsf烧结废气总量，米3/吨；

12、cf烧结湿废气从0-tf间的平均比热容，可按下式计算：cf=0.01(cCO2COs2+cH2OH2Os+cN2NS2+) 千焦/米3式中 COs2,H2Os,Ns2废气中相应成分体积含量，%； cCO2、cH2O、cN2废气中相应成分从0-tf间平均比热容，千焦/米3 tf废气的温度，。(6)化学不完全燃烧热损失q6.按废气中可燃气体含量计算q6=Vsof(30.2COs+25.8Hs2+85.7CHs4+)4.2 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q6=G6(Qdw-81.0Cfg)4.2+Vsf(30.2COS)4.2

13、千焦/吨式中 cfg固体燃料中分析基固定碳含量，%； 81.04.2用无烟煤时碳的发热量，用焦粉时为79.84.2(7)烧结矿残碳化学损失q7 q7=4.279.8G1Cc 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Q8-1Q8-1=TPA1q1+TPA2q2+ TPAnqn 式中 计算散热时间，按=小时计；P烧结机台时产量，吨/时；A1An点火保温炉各表面积，米2；q1qn各散热面综合散热系数，按下式计算：Q8-2= Aa tBi tk ad式中 a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，；

14、tk环境温度(te);ad=A(tBi-te)1/4 千焦/米时A系数，散热面向上A=2.8,向下A=1.5,垂直A=2.2,当风速Wf5米/秒时,ad=4.2(5.3+3.6wf) 千焦/米时5米/秒时,ad=4.2(6.47Wf0.73) 千焦/米时2)出点火保温炉烧结饼表面散热Q8-2:Q8-3= AiPb tBi式中 b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；计算时间小时；P烧结机台时产量，吨/时。(9)冷却水带走物理热Q9. q9=GWLcWLtw 千焦/吨式中 GwL点火炉冷却水耗量，千克/吨；tw冷却水出口及进口温度差,。(10)烧

15、结台车回车道散热损失q10.q10=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=Gtcctcttc+GtBctBttB 千焦/吨QB=Gctctcttc+GtBctBttB 千焦/吨式中 Gtc,GtB1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ttc,ttB为卸矿和布料处台车车体和台车箅条温度，。(11)差值q=q-q 千焦/吨允许相对误差规定为5%,即q/q100%5%(12)热量总支出q=q1+q2+q3+q10+q 千焦/吨3. 热量收入和热量支出平衡若Q=Q,则热量收入和热量支出平衡。参考文献：1 杨双平.冶金课程工艺设计计算(炼铁部分).冶金工业出版社.2刘竹，李永清，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 王筱留. 钢铁冶金学.冶金工业出版社.5周传典. 高炉炼铁生产技术手册. 冶金工业出版社.