Расчёт агломерационной шихты

	Железная руда	Железорудный концентрат	Смесь	Известняк	Коксик	Антрацитовый штыб	Топливная смесь	Возврат
FeO	18,660	26,700	25,092	0,000	0,000	0,000	0,000	12,000
Fe2O3	43,800	54,830	52,624	1,150	7,700	1,960	6,839	68,000
MnO	0,620	0,700	0,684	0,000	0,370	0,170	0,340	0,100
SiO2	13,390	10,050	10,718	1,500	5,420	7,210	5,689	8,000
Al2O3	5,370	2,200	2,834	0,500	2,170	3,080	2,307	0,160
CaO	5,910	2,400	3,102	52,000	0,440	1,110	0,541	11,150
MgO	4,550	1,700	2,270	3,500	0,280	0,390	0,297	0,440
FeS	0,000	0,000	0,000	0,000	0,710	0,000	0,604	0,000
FeS2	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,390	0,059	0,000
SO3	0,210	0,750	0,642	0,120	0,400	0,310	0,387	0,000
P2O5	0,020	0,070	0,060	0,030	0,020	0,020	0,020	0,070
CO2	7,470	0,600	1,974	41,200	0,000	0,000	0,000	0,080
Sорг	0,000	0,000	0,000	0,000	1,440	0,270	1,265	0,000
Cнел	0,000	0,000	0,000	0,000	78,770	77,030	78,509	0,000
Vc	0,000	0,000	0,000	0,000	2,280	8,060	3,147	0,000
Сумма	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00
Feобщ			56,35	0,81	5,84	1,55	5,20	56,93
Mnобщ			0,53	0,00	0,29	0,13	0,26	0,08
Pобщ			0,03	0,01	0,01	0,01	0,01	0,03
Sобщ			0,26	0,05	1,86	0,60	1,67	0,00

1.1 Химический состав компонентов агломерационной шихты, % (масс) и рассчитанные содержания Feобщ, Mnобщ,Oобщ и Sобщ

 

1.2 Составление  первого уравнения по балансу  основности шихты и агломерата.

Уравнение баланса основности шихты и агломерата в общем виде:

• , , , - содержание СаО в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках,
• , , , - содержание MgO в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, %
• , , , -  содержание в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, %
• , , , - содержание в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, %
• М – расход добавок, кг/100 кг агл.
• X, Y, Z – расходы руды, известняка и топлива при агломерации, кг/100 кг агл.

 

 

1.3 Составление  второго уравнения по материальному  балансу агломерации, кг/100 кг агл.

Формула Базанова-Малкина:

d = С_нел+V_лет+Н₂О_гидр+СО₂+0,95 · (S_орг+S_FeS+S_FeS2)+0,6 · SO₃ –O_{окисл.Fe}  (кг/100 кг компонента шихты)

В этой формуле введен раздельный учет удаления различных видов серы, а также учет массы кислорода, перешедшего в агломерат из газовой  фазы при окислении сульфидов  железа по реакциям:

4 FeS₂ + 11 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8 SО₂;

4 FeS + 7 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 4 SО₂;

4 Fe + 3 O₃ = 2 Fe₂O₃

Уравнение материального баланса  спекания имеет следующий вид:

Потери массы (d) компонентов шихты при спекании, кг/100 кг агломерата.

Параметр	Рудная смесь	Топливная смесь	Известняк	Возврат
Снелет	0,000	78,509	0,000	0,000
Vлет.топл	0,000	3,147	0,000	0,000
CO2	1,974	0,000	41,200	0,000
0,96Sорг	0,000	1,227	0,000	0,000
0,96SFeS, SFeS2	0,000	0,243	0,000	0,000
0,6SO3	0,372	0,224	0,070	0,000
Кислород на окисление  сульфидов	0,000	-0,427	0,000	0,000
Суммарные потери массы, d кг/100 кг компонентов шихты	2,346	82,923	41,270	0,000

 

Тогда уравнение материального баланса для агломерационной шихты:

 

Так как содержание FeO в  шихте больше чем в агломерате, то процесс в целом имеет окислительный  характер.

 

1.4 Уравнение теплового  баланса агломерации, кДж/100 кг.агл.

Где:

• - теплота горения твердого топлива в СО и СО2
• - теплота воздуха, всасываемого в слой при температуре цеха или нагрева воздуха с охладителя агломерата
• -теплота шихты при температуре цеха или после нагрева
• - теплота горения органической серы и сульфидов
• - теплота зажигания агломерационной шихты пламенем газового горна
• - теплота дополнительного обогрева спекаемого слоя пламенем газового горна
• q_окисл – теплота окисления магнетита шихты до гематита (учитывается в случае, когда количество FeO в шихте больше количества FeO в готовом агломерате);
• q_м – теплота минералообразования при агломерации;
• q_гигр – теплота испарения гигроскопической влаги шихты;
• q_гидр – теплота разложения гидратов и испарения гидратной воды;
• q_карб – теплота диссоциации карбонатов;
• q_дисс – теплота диссоциации оксидов железа и сложных минералов исходной шихты при спекании;
• q_отх.г – теплота газов, отходящих из агломерационной установки;
• q_агл – теплота пирога агломерата;
• q_т.п. – тепловые потери.

 

1.5. Теплота горения углерода в СО и СО₂

Принимается, что степень графитизации углерода коксовой мелочи не превышает 20 % (отн.), и тепловые эффекты горения при этом равны, соответственно:

С +

О₂ = СО + 10104 кДж/кг С;

С + О₂ = СО₂ + 33685 кДж /кг С.

Для случая горения аморфного углерода антрацита и тощего угля тепловые эффекты составят:

С +

О₂ = СО + 10330 кДж/кг С;

С + О₂ = СО₂ + 33911 кДж /кг С.

Таким образом эти тепловые эффекты  составляют, кДж/кг С:

10104*0,85+10330*0,15=10137,9 кДж/кг С

33685*0,85+33911*0,15=33718,9 кДж/кг С

Учитываем теплоту горения в  топливной смеси, углерода колошниковой пыли, чугунного крошья: 

Сш = 0,7851*Z

Принимаем величину отношения (СО₂/СО) равной 4.

Тогда теплота горения углерода составит:

0,8 * 33718,9 + 0,2 * 10137,9 = 29002,7 кДж/кг С

qc = 29002,7*0,7809*Z = 22769,7*Z  кДж/100 кг агл.

 

1.6. Теплота зажигания и дополнительного обогрева спекаемого слоя (q_заж, q_доп.об)

q_заж+q_доп.об= 33500 кДж/100 кг годного агл.

 

1.7. Теплота шихты

q_ш = 60*Х + 60*Y + 60*Z+ 1500  кДж/100 кг агл

(1500=60*возврат)

 

 

 

1.8. Теплота горения органической серы и сульфидов (q_s)

Горение идет по реакциям:

S_орг + О₂ = SO₂ + 9278 кДж/кг S_орг;

4 FeS₂ + 11 О₂ = 2 Fe₂О₃ + 8 SО₂ + 7014 кДж/кг FeS₂;

4 FeS + 7 О₂ = 2 Fe₂О₃ + 4 SО₂ + 6906 кДж/кг FeS;

SО₂ + 0,5 О₂ = SО₃ + 3092 кДж/кг SО₂.

Степень выгорания серы составляет 95 % (отн.). От 20 до 40 % (отн.) SО₂ догорает затем до SО₃. Теплота горения составит:

qs=171,843*Z кДж/100 кг агломерата

 

1.9. Теплота минералообразования (q_м)

Принимаем q_м= 20000 кДж/100 кг годного агл

 

1.10. Теплота окисления FeO до Fe₂O₃

Концентрация FeO в шихте больше концентрации FeO в агломерате. FeO окисляется до Fe₂O_3.

=18226*(0,01*23,794*X - 15)/9= 481,855*Х - 30376,667 кДж/100 кг годного агл.

 

1.11. Теплота всасываемого  в слой воздуха, кДж/100 кг агломерата

(СО : СО2)отх	4
Реакции горения углерода шихты	0,8 Сш + 0,8 О2 = 0,8 СО2 0,2 Сш + 0,1 О2 = 0,2 СО
Требуется кислорода (кг) для окисления  Сш до:
СО	(16/12)·0,2·Сш = 0,267·Сш
СО2	(32/12)·0,8·Сш = 2,133·Сш
Всего требуется кислорода, кг	2,40·Сш

 

 

 

 

 

Расчет потребности рудной части шихты в кислороде или  его количества, выделяемого шихтой.

Статья баланса кислорода	Результаты расчета
Выделяется шихтой при термическом окислении и  восстановлении оксидов железа	1/9*(14,5-12,02*X*0,01-20*0,1550)
Требуется кислорода на окисление Sорг на 30 % в SO3 и на 70 % в SO2 по реакции: 20·Sорг+23·O2 = 14·SO2 + 6·SO3	0,0141*Z
Требуется кислорода на окисление FeS и FeS2 до Fe2O3 (SO2  : SO3 = 7 : 3) по реакциям: 10·FeS+19·O2 = 5·Fe2O3+7·SO2 + 3·SO3 20·FeS2 + 61·O2 = 10·Fe2O3+28· SO2+12·SO3	0,0129*Z
Всего потребляется кислорода шихтой	1,4-0,0279*Х –  0,027*Z

 

• Потребность в кислороде воздуха:

2,40·С_ш-1,4+ 0,0279*X – 0,027*Z

• Требуется кислорода воздуха с учетом коэффициента избытка воздуха a_№=1,5:

3,6·С_ш-2,1 + 0,0418*X + 0,0404*Z

• Переход от веса воздуха к его объему ведется по формуле:

2,52 Cш – 1,47 + 0,0293*X + 0,0283*Z

• Аналогично для азота, объем которого в 3,7619 раза больше объема кислорода, м³:

9,4800·С_ш- 5,53 + 0,1101*X +  0,1065*Z

• Полный объем сухого воздуха:

12,1200·С_ш – 7,07 + 0,1408*X + 0,1361*Z

• Объем водяных паров воздуха (1 % (объемн.)):

0,1200 С_ш- 0,07+ 0,0014* X + 0, 0013*Z

• Полный объем влажного воздуха:

12,1200С_ш – 7,07 + 0,1408* X + 0,1361*Z

• Теплота воздуха qвозд всасываемого в спекаемый слой при 25С:

 

q_возд =4,5617745*X + 312,7061*Z– 229,07

 

 

1.12. Энтальпия отходящих  газов (qотх.г)

 

Расчет этой статьи баланса  начнем с определения количества отходящих газов агломерационной  установки. Зажигательный горн агломерационной  машины отапливается смесью коксового, % (объемн.): СО₂ – 4, СО – 6, СН₄ – 26, Н₂ – 50, N₂ – 80, Н₂О – 6 и доменного, % (объемн.): СО₂ – 12, СО – 27, Н₂ – 3, N₂ – 55, Н₂О – 3), взятых в соотношении 0,28 : 0,72. Теплота сгорания газовой смеси, % (объемн.): СО₂ – 9,7, СО – 20,4, СН₄ – 8, Н₂ – 16,1, N₂ – 42, Н₂О – 3,8 достигает 7536 кДж/м³ газовой смеси. Так как на 100 кг годного агломерата при зажигании и дополнительном обогреве спекаемого слоя по условию необходимо 33500 кДж, расход газовой смеси при a=1 составит: 33500/7536 = 4,44 м³/100 кг годного агломерата.