烧结热平衡计算.docx

1、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

2、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qiqi=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+25.8H S2+85.7CH；+152C2HS6+56H2+14

3、3。24+ )式中COs、Hs2 煤气中各湿成分体积含量%可按下式计算ZsZggmWord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s s 3B=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

4、或高炉返矿残碳化学热 q5.q5 =4.2 X79.8G5Cg 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-t h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=G 8cskt p 千焦/吨式中csk,tp 铺底料在0-t pC之间的平均比热容及实际温度。(8)化学反应热 q8.q8=Q 8-1 +Q 8-2+Q 8-3 + / 千焦 / 吨1)混合料中硫化物：Q8-i=1.871 M.2Xl65i X GS式中GiS 成品烧结矿残留的硫量，千克/吨；4

5、.2X165i 每千克FeS完成氧化所需热量，千焦/千克FeS;1.871 S换算成FeS的比值。2)氧化亚铁氧化放热 :Q8-2=4.2 X467X1.123 XG；FeO GS式中G1FeO,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 /H i 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=Q 9-1+Q 9-2 千

6、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；3Ck 0tk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=V LK?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+ +q 9 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=4.2 x(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

7、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qi.q i=4.2 X595 Gw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.q 2 = Q 2-i+Q 2-2 千焦 / 吨1)消灰的分解热 Q2-i=4.2 X354Gx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Q 2-2 =G K?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

8、。(3)碳酸盐分解热q3.q 3=Q 3-1+Q 3-2 千焦 / 吨1)熔剂中碳酸盐分解热：Q 3-1 =4.2 X763(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：Q 3-2=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 q 4.q 4=G

9、 BlCskltBl+G B2?Csk2t B2+ 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0t Bi间的平均比热容,千焦/千克C ;tB1、tB2 tB1：各层烧结饼的平均温度,C1）热烧结矿厂：q 4=Q 4-1+Q 4-2+Q 4-3Q 4-1=G 1 csktsk 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；G 1热烧结矿产量 （G 1=1OOO 千克）。Q 4-2=G 7acsk?trf 千焦 /吨中Csk 热返矿在0Ctrf间的平均比热，千焦/

10、千克C；trf 热返矿的平均温度，C；G7a 热返矿量，千克/吨；Q 4-3=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 Q 4-2及烧结矿物理热 Q 4-1。后者包括冷烧结矿物理热 Q 4-1-1、 冷返矿的物理热 Q 4-1-2、铺底料的物理热 Q 4-1-3，冷却废气带走的物理热 Q 4-1-4，其它热损失 Q 4-1-5， 即冷却设备及筛分设备等散热，其计算如下：Q 4-1-1 = Q 1csktsk 千焦/吨式中 Q 1对冷烧结矿厂为 1000 千克；Q 4-1-2 =G 7cCsktLK 千焦 /吨式中 G7c冷返矿量，千克

11、 / 吨Csk 冷返矿从0-1 LK之间的平均比热千焦/千克C。Q 41-1-3 =G8Csktpk 千焦 /吨式中tpk 铺底料(冷筛分处后)的平均温度，C；Q 1-1-4 =VLlCLftLy 千焦 / 吨式中tLf 冷却废气的平均温度，C；Q 4-1-5 =冷却设备及筛分设备等散热。Q 4-1-5 = Q 4-1-( Q 4-1-1 + Q 4-1-2 + Q 4-1-3 + Q 4-1-4) 千焦/吨3)对于机上冷却的烧结矿Q 4-1=( Q 4-1-1 + Q 4-1-2 + Q 4-1-3 + Q 4-1-4 )+ Q 4-3 千焦 /千克式中 Q 4-3机上冷却机冷却带走废气物理

12、热量，按下式计算，Q 4-3 =V L?ck?t L 千焦/吨式中Vl 冷却带废气总量，米3/吨；Ck 冷却废气从0-t lC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 q 5.q 5=Vsfcftf 千焦 /吨式中Vf 烧结废气总量，米3/吨；Cf 烧结湿废气从0-t C间的平均比热容，可按下式计算：Cf=0.01(C CO2?COS2 +c H2O?H2OS +C N2?NS2 + )千焦 / 米 SC式中 COs 2 ,H2Os ,Ns 2废气中相应成分体积含量， %；f f !c CO2、c H2O、c N2废气中相应成分从0-t fc间平均比热

13、容，千焦/米3?ctf 废气的温度，c。(6)化学不完全燃烧热损失 q 6. 按废气中可燃气体含量计算q 6=VSof(30.2COs +25.8HS2 +85.7CHs 4+ )M.2 千焦/吨COs 2、 H2Os 、 N#s 2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(Q dw-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 q 7q 7=4.2 X79.8G iCc 千焦 /吨式中Cc 烧结

14、矿中残留固定碳，(8)主要热损失q 8=Q 8-1+Q 8-2+Q 8-3+千焦/吨1) 点火保温炉表面散热 Q 8-1Q 8-1 =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：Q 8-2= A & tBi tk ad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)；1/4ad=A(tBi-te) 千焦 /米？时？CA 系数，散热面向上 A=2.8,向下A=1.5,垂直A=2.2,当风速 Wf

15、V 5米/秒时,ad=4.2 x(5.3+3.6wf)千焦/米?时？C 5 米/秒时,ad=4.2 x(6.47Wf073)千焦/米？时？C2)出点火保温炉烧结饼表面散热 Q 8-2:Q 8-3 = A i T & t Bi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 Q9.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 ,CAtw(10)烧结台车回车道散热损失q 10.q io=Qx-Q b式中Qx、Qb 烧结

16、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=G ct?C te?t tc+GtB?C tB?t tB 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,ttB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%c 5%(12)热量总支出工q =q 1+q 2+q 3+ q1+ 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 .