4烧结（球团）生产过程计算

1、第 四 章烧结球团生产过程计算4、烧结球团生产过程计算概述4.1 计算的目的、内容及原那么4.2 配料计算 4.3 烧结物料平衡与热平衡4.4 竖炉球团物料平衡与热平衡 4.5 链篦机回转窑球团物料平衡与热平衡 思考题概述重点：1掌握配料计算方法； 2掌握物料平衡计算方法； 3掌握热平衡计算方法。难点：热平衡计算目的和要求：掌握各种配料计算方法和物热平衡计算方法，为课程设计、毕业设计的生产过程计算以及毕业论文的烧结配料计算奠定根底。授课特点：以生产数据为根底，进行配料计算、物料平衡计算和热平衡计算，介绍各种参数选取方法，同时介绍课程设计、毕业设计以及烧结试验过程配料计算中经常出现的问题，从而帮

2、助学生掌握各种计算方法。 4.1.1 目的1保证产品质量；(烧结矿化学成分：配料计算、水分、焦炭) 质量：R; 燃料FeO强度、复原性2合理选择设备配料计算、物料平衡计算、热平衡计算是设备选择的根底3了解和控制生产操作过程 热平衡：了解热量消耗，便于节能 配料计算：了解产品质量、本钱等 物料平衡：原料需要量4核算经济效益：烧结矿本钱4.1 计算的目的、内容及原那么4.1.2内容： 配料计算 物料平衡计算 热平衡计算1配料计算：以原料化学成分、年供给量及产品质量的要求为依据进行原料配比计算。作用： 保证产品化学成分稳定R、TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等； 管理生产的需要原料供给量

3、、原料本钱等； 其它计算的根底；物料平衡、热平衡、设备选择计算等2物料平衡计算：遵循物质不灭定律，即进入烧结过程的物料总重要必须等于该过程排出的各种产物的总重量。作用 确定各工序处理的物料量；熔剂燃料破碎、各配料量、混合料、烧结矿等 中间物料的组成； 产品及“三废物质的数量及组成废气-烟气SO2浓度、废水、废渣3热平衡计算根据能量导恒定律，进入烧结机系统的热量应等于烧结机支出的热量。研究热量的供给和分配状况。作用： 评价烧结机的热效率水平；从热耗角度，煤应供给多少，通过考察热利用水平，改进烧结机热工操作制度与设备结构 热工设备结构的设计和改造；点火炉煤气耗热量、带冷机带走热量、固体燃耗 使热工

4、设备在最正确条件，到达高产优质。4.1.3 原那么1热平衡计算时，基准温度为0；2以单位质量成品矿需要的物料和热量为单位，如kg/ (hg/100kg.s)3固体或气体燃料发热值，使用低位发热值； 固体或点火用气体、液体燃料：应用基低位发热值； 煤气：湿煤气低位发热量 应用什么样的燃料，就采用它的值4国际统一单位质量：kg、t；力：N；压力：Pa；热量：J KJ NJ GJ4.2 配料计算4.2.1 依据和原那么1依据 原料化学成分 烧结矿质量要求TFe、R、P、S 原料供给情况或试验结果经济效益本钱最低2原那么 原料除烧损、90%S脱S率为90%外，其余全部进入烧结矿； 燃料的灰分进入烧结矿

5、； TFe、CaO、SiO2、MgO、Al2O3在烧结过程中不变化质量； 不考虑机械损失；FeO氧化，MnO发生反响4.2.2 计算的工程及公式1碱度确实定与计算1 碱度确实定烧结矿碱度是根据高炉冶炼时规定的炉渣碱度来确定的。 高碱度烧结矿+块矿 高炉炉料结构 高碱度烧结矿+酸性球团矿* 自熔性烧结矿100% 酸性球团矿+石灰石注：a. 块矿复原性不如酸性球团矿R=0.80.9b. 自熔性烧结矿R=1.21.3强度差2表示方法二元碱度：R=CaO/SiO2 三元碱度：R=(CaO+MgO)/ SiO2四元碱度： R=(CaO+MgO)/(SiO2 +Al2O3)因为我国烧结厂原料中MgO、Al

6、2O3含量较稳定，一般考虑二元碱度。用白云石、轻烧氧化镁，如何计算？成份TFeFeOCaOSiO2MgOSR%58.6899.765.202.230.0151.88（倍） 成分TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOIgSPH2O澳矿61.820.523.572.130.20.43.50.0310.0487.98卡拉斯加粉63.260.533.571.350.120.0562.390.020.0338.14大石河矿66.2127.56.570.80.250.4-1.80.1250.058.92地方铁矿66.525.035.51.30.250.4-1.80.250.038.62除尘灰50.50

7、.346.68211.722.3410.0150.0352生石灰0.950.481.360.8188.711.83200.210白云石1.230.502.12234.7821.454400.0031无烟煤2.1651.567.802.72.110.6982.840.70.0615.23计算思路 含铁：Fe矿，%混合矿 CaO：CaO矿，% SiO2：SiO2矿，%焦炭灰分 CaO：CaO焦，% SiO2：SiO2焦，%生 铁 铁：Fe铁，% Si：Si铁，%高炉炉渣R=1.2 焦比K-Kg/100kg生铁计算：高炉炉料R 100%自熔性烧结矿 不考虑生铁带走Si 从炉渣中带走 考虑生铁带走Si

8、 * 不考虑生铁带走Si 生产100kg生铁所需矿石量G矿 kg 混合矿和焦炭带入高炉炉渣中的SiO2量，kg 混合矿和焦炭带入高炉炉渣的CaO量，kg炉渣碱度： 混合矿碱度： 中和焦炭灰分中的酸性造渣物需补充的CaO * 考虑生铁带走Si 生产100kg生铁需混合矿量G矿，kg SiSiO2 混合矿及焦炭带入高炉炉渣中CaO量 ，kg 混合矿、焦炭带入；高炉炉渣及生铁带走中的SiO2量，kg 例：高炉炉渣R=1.2，焦比K=57.5kg/100kg生铁焦炭灰分11.38%，CaO=5.32%，SiO2=45.12%生铁：Fe生=94%，Si铁=0.7%高炉炉料：烧结矿80%，TFe 53%，

9、 SiO2 9.47% 球团矿20%，TFe 60%， SiO2 6.54%，CaO 0.85%求：烧结矿R 不考虑生铁带走Si通过此例，使掌握烧结矿、球团矿碱度确实定方法 4.2.3 计算方法 1经验配料法现场1特点 快 误差大经验2思路 设置配料比根据原料种类和化学成分、烧结矿化学成分指标例：铁矿72%，生石灰 1.5% 石灰石10% 白云石7% 焦粉5.7% 验证烧结矿化学成分化验结果 调整 (上一个班的生产情况、现在的生产情况、再估计一个配料比进行验算,调整 确准当验算结果与烧结矿质量指标相符合，确定为最终的配料比 2简单理论配料计算1 特点 准确 快 适用于少量原料种类32步骤 假设

10、生产100kg烧结矿需要的各种原料用量铁矿：x kg 铁矿；y kg 石灰石；z kg 高炉灰；m kg生石灰； n kg焦炭 原料的烧残率，% 列平衡方程a. 铁平衡方程b. 碱度平衡方程 c. 氧平衡方程失氧： 得氧： 注意：如何编程序？ 3线性规划法 1定义线性规划法：在满足一组约束条件下，寻求一组变量x1，x2，xn的值，使目标函数到达极大值或极小值。如果约束条件和目标函数都是线性，那么称为线性规划。线性规划数学模型由三局部构成：变量：也称为未知数，用x1，x2xn表示非负约束条件：实现系统目标的限制因素，它涉及到企业内部条件和外部环境、= 如： 资源的限制、方案指标、产品质量要求、市

11、场销售状况等。目标函数：是决策者要到达的最优目标与变量之间关系的数学模型，是一个极值问题。2 特点 快； 准确 考虑了经济技术指标 适合于各原料种类 有利于自动化3计算原那么 把要配入的几种原料的配入量设为待求变量； xj配矿量，kg/100kg-s用这几种原料中分别含有的TFe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等化学成分及铁氧化物在烧结过程中的氧平衡方程构成的约束条件系数矩阵 将烧结矿成份的要求值作为约束条件左端限制常数向量 以配料本钱最低来衡量方案优劣。这样，便可取这几种原料的价格作为目标函数的价格系数向量 TFeFeOCaOMgOAl2O3SR565778101122.51.5330

12、 X310 目标函数：X1300kg/t-s X3100kg/t-s X1+X2+X3700kg/t-s X4=3050kg/t-s X760kg/t-s X10=5070kg/t-s 约束方程X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10配矿量/kg/100kgs303.57636.4257.04162.210.78.3796.9配比 %25.813.0831.344.306.065.161.899.217.215.94 配 比 t 元/t-s元/100kg-s 5烧结矿化学成分 烧结矿产量计算*简易法，即不考虑在烧结过程中FeO的变化式中：Ig某种原料的烧损，%；S某种原料的含S量，%*考虑F

13、eO变化*FeO与烧结过程氧化复原反响有关，所以不能简单计算烧结矿化学成分预算*Fe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3不变4.3.1 物料平衡 4.3.2 热平衡 4.3 烧结物料平衡与热平衡 成品烧结矿 返矿量支出局部 铺底料量 废气量点火、烧结、分解 机械损失 各种原料用量 返矿量 铺底料量收入局部 混合料水分 点火煤气量 点火空气量 烧结空气量包括漏风4.3.1 物料平衡哈默 利矿戈德头斯矿里奥多西矿姑山 精矿安庆 精矿纽曼山精矿生石灰石灰石白云石焦粉符号G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10重量/kg.t-130035.76364.245070.41602210783.7969

14、1收入局部1各种原料用量通过配料计算得到单位质量烧结矿所需各种原料量G料kg/t-s2 返矿量 G返 f返矿配比，%，根据生产实践或烧结试验确定，一般为30%35%左右， 外配40% (返矿的作用？) 3铺底料 G铺 一般为成品烧结矿的10%15%，厚料层烧结时取低值。铺底料高度一般为20-40mm 例如：混合料适宜水为8% 4）混合料水量 G水 适宜水7%8% 5）点火煤气量 G煤气 式中：Q点火点火所需热量，KJ/t 125400KJ/t-s q煤气煤气发热值，KJ/m3 点火煤气密度，kg/m3 化学组成CO2COH2CH4CmHnO2N2密度/kg.m-3发热值/KJ.m-3%3.41

15、0.453243.00.65.60.4719258煤气化学组成及发热值 0.104 Lco x1 X13 b. H2燃烧需氧量LH2和产生水量y16点火空气量G点空 以1m3煤气为单位计算化学反响所需空气量燃烧需氧量LCO和产生的CO2量X1 0.53 LH2 y1 c. CH4燃烧需气量LCH4和产生的CO2量X2和水量y2 0.03 LC2H2 X3 y3LC2H2=0.032.5=0.075m3 1m3煤气燃烧所需空气量L0 考虑空气过剩系数 0 则 d. C2H2燃烧需氧量LC2H2和产生的CO2量X3及水量y30.24 LCH4 x2 y2 点火所需空气量G点空点火烟气组 CO2CO

16、、CH4、C2H2+煤气中CO2 H2OH2、CH4、C2H2+煤气中的H2O N2 O2 a.二氧化碳 b.水蒸汽量 c. N2量 d.剩余的O2量 点火烟气组成 成 份CO2H2ON2O2总计体积/m32.8526.77230.0692.25641.949%6.79916.14371.6805.378100.007烧结过程所需空气量 固定碳燃烧所需氧量及CO2量 12 32 44 x1 焦粉工业分析和元素分析 项目工业分析元素分析WyCyVyAyCyNy HyOySy%5.4876.03.4815.0477.040.910.770.640.12 硫氧化物需氧量x2及产生SO2量 烧结矿中的

17、硫多以FeS2形式存在，故首先将铁矿石中的S换算成FeS2。烧结过程脱S率90%2S + Fe=FeS2 y=x120/64=1.875x64 56 120 x y原料种类哈默斯利矿艾德沃斯矿里奥多矿姑山精矿安庆纽曼山含S量/ %0.0160.0040.009 0.0272.1610.013带入S/ kg0.0480.0010.0330.0141.5210.0081.62换算FeS/ kg(1.875)0.0900.0020.0620.0262.8520 .0153.047各种原料带入的S及FeS2量 120 32 64 1kg x y x=0.733 1kg FeS2氧化需氧0.733kg

18、y=1.607 1kg FeS2氧化产生SO2 1.067kg FeO氧化需氧量x3 2S-FeS2-FeO 32 72 y=1.125x x y 烧结过程化学反应所需的总氧量为：烧结矿所需的空气量Gsk为：空气过剩系数，1.26 0.232空气中氧气重量百分比其中空气带入的N2： 剩余O2 ：8烧结过程漏入空气量 G漏风漏风率为30%40%，取40%其中：O2量 N2量 9碳酸盐分解产生的CO2 100 56 44 1kg x 84 40 44 1kg y 74 56 18 1kg x 10消石灰分解产生H2O 11烧结废气组成计算 a点火烟气; b烧结过程产生气体; c漏入空气 烧结物料平

19、衡表收入支出符号项目质量，kg/t%符号项目质量，kg/t%G1G2G3 a.C+O2CO2固定碳燃烧 化学热 b.点火煤气燃烧热 c.化学反响热：FeOFe2O3 FeSFe2O3热收入 a.混合料带入热量预热5060 b.点火煤气带入热量 物理热 c.点火空气带入热量 d.烧结空气带入热量 e.铺底料带入热量4.3.2 热平衡 废气带走热 化学反应吸热如MgCO3、CaCO3分解吸热 烧结饼带走热量 炭燃烧不完全损失的热量 烧结矿残炭 设备散热，辐射热热支出 混合料带入热量 铺底料 固定炭燃烧 高炉灰或高炉返矿 残炭 点火煤气带入热量 点火空气带入热量 点火煤气燃烧热 烧结过程空气 化学反

20、应热（硫化物、 氧化物放热，成渣热） 热收入1 热收入 1混合料带入的物理热以混合料预热50为准 3）固体燃料的化学热Q3 在烧结过程中，固定碳发生的反应：C+O2=CO22C+O2=2COC+CO2=2CO2CO+O2=2CO2 过去采用的固定碳燃烧收入热量计算方法是：将固定碳80%完全燃烧，20%不完全燃烧的总热值作为热收入。显然这种计算方法不合理。 设计规定，以固体燃料的应用基低发热量为收入热量，而以挥发份和固定碳的不完全燃烧的热损失作为支出热量计算。 2）铺底料带入的热式中： 固体燃料中各元素含量，% 固体燃料物理水，% 固定碳发热值，焦碳79.8，无烟煤81。 4）高炉灰或高炉返矿残

21、炭的化学热量Q4 气体燃料从0t间的平均 比热，KJ/m3 式中： 煤气中相应成分平均比热，KJ/m3 煤气中各成分湿基体积含量，% 煤气中水分的体积含量，可按下式计算：5）点火煤气带入的物理热 7点炽热量Q7点火燃料的化学热 设计过程中单位烧结矿点炽热量根据烧结试验或同类型烧结厂的生产数据决定8烧结过程空气带入的物理热6点火助燃空气带入的物理热Q3 FeO氧化放热Q9.2 1kg FeO完全氧化放出热量，KJ/kg 1952.06 KJ/kg 9）化学反应放热 硫化物氧化放热 Q9.11kg FeS2完全氧化放出的热量，KJ/kg 6901.18KJ/kg. 成渣化学热 a. 有矿相鉴定：

22、Hi-生成i种矿物的放热量，KJ/kg Pi-生成i种矿物的质量百分比，% b. 无矿相鉴定时： 1）混合料水分蒸发热 单位质量水分的蒸发热，为2481.1 KJ/kg 2）消石灰分解吸热 消石灰分解1kg CaO所需热量，KJ/kg 19.551KJ/kg 3）碳酸盐分解吸热（2）热支出 碳酸盐分解1kg CaO所吸的热量 31.893 KJ/kg 碳酸盐分解1kg MgO所吸的热量 25.164KJ/kg 4）废气带走的物理热 5）烧结饼带走的热量6）固体燃料不完全燃烧损失热量 注：33858Cy考虑了不完全燃烧的因素，固定碳燃烧实际放热 12633.6-1m3CO燃烧放出的热量，KJ/m

23、3 7）烧结矿残炭损失的化学热 33356.4-1kg残炭放出热量，KJ/kg, Cc-烧结矿中残炭含量，% 0.17%烧结总热量支出为： 8) 烧结机热损失为：符号项目热量/KJ.T-1%符号项目热量/KJ.T-1%Q1点火燃料化学热1254005.74水分蒸发吸热359067.6016.45Q2点火燃料物理热217.830.01石灰石分解吸热186719.798.55Q3点火助燃空气物理热1222.010.06白云石分解吸热127543.985.84Q4固体燃料的化学热1919589.2083.97烧结矿带走的物理热890198.2140.78Q5混合料带入的物理热104168.144.7

24、7废气带走的物理热277380.0612.70Q6铺底料带入的物理热83860.38化学不完全燃烧损失的热70650.413.24Q7烧结过程中空气带入的物理热33365.251.53烧结矿残炭损失的热56705.882.60Q8化学反应放出的热9202.860.42其它热损失214879.649.84合 计：2183145.571003热平衡表 4.4 竖炉球团物料平衡与热平衡 成品球团矿 烧损 水蒸汽 球团返矿 干混合料收入局部 生球水分 FeO增重4.4.1 物料平衡支出局部原料用量及配比甲精矿乙精矿膨润土符号G1.1G1.2G1.3重量/kg.t-1941.91112.0019.40球

25、团返矿为球团成品矿的9%，送烧结车间。竖炉排放的球团矿温度为500，FeO为1.5%，脱硫量为95%，煤气消耗量210m3/t，助燃空气150m3/t，冷却空气762m3/t，冷却水4093kg/t，排出水的温度36.7 ，每吨球团废气量2600m3/t，废气温度1001物料收入局部 干混合料 成品球团矿收入 水 支出 烧损 FeO氧化增重 水蒸汽 球团返矿1干混合料 2生球含水量：适宜水份为干混合料9.5% 注：以1t成品球团进行计算！ 原料以干基计算3FeO氧化增重：物料总收入2物料支出局部1成品球团矿 2烧损3水蒸汽4球团返矿物料支出竖炉球团物料平衡表 支 出符号物料名称质量kg/t%成

26、品球团矿100083.38烧损7.980.67水蒸汽101.968.50球团返矿90.007.50计算误差-0.58-0.051199.36100G1.2G1.3G1.1G1 G2G3G4G5收 入符号物料名称质量kg/t甲精矿941.91乙精矿112.009.34膨润土19.401.62G2生球带入水101.968.50G3FeO氧化增重2.011119.361004.4.2 热平衡 a.点火煤气燃烧热Q1 化学热 b.化学反应热：FeOFe2O3 Q4 FeSFe2O3 Q5 c. 成渣热Q6：总热量的2%热收入 a.点火空气带入热量Q2 物理热 b.生球带入热量Q3（温度25） 球团矿成品及返矿带走的热量 废气带走的热量 水蒸发的热量 冷却水带走的热量 设备散热，辐射热 热支出1热收入1煤气燃烧放热Q1 煤气低位热值，32空气带入热量Q2CkKJ/m3. t空气温度，253生球带入的物理热Q34FeO氧化放热Q45硫氧化放热Q56成