烧结热平衡计算

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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q1

q1=V d Q s DW 千焦/吨

式中V d———煤气消耗量，米3/吨烧结矿；

Q3DW———湿煤气低发热值，千焦/米3；

Q s DW=4.2×(30.3CO3+25.8H s2+85.7CH s4+152C2H s6+56H2S s+143C2H s4+……)

式中CO s、H s2———煤气中各湿成分体积含量%。可按下式计算

Z s Z g gm

式中Z s,Z g———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=BC r t r千焦/吨

B=V d,c r=0.0l(C co•CO s+C H2•H s2+……) 千焦/米3•℃式中C co,C H2———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=L s n•c k•t dk千焦/吨

式中c k———助燃空气0—t k℃间的平均比热容，千焦/米3℃

t dk———助燃空气温度, ℃.

(4)固体燃料的化学热q4.

q4=G s•Q y DW千焦/吨

式中Q y DW———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 =4.2×79.8G5C g千焦/吨

式中C g———残留固定碳,%

(6)混合料的物理热q6.

q6=G h•c h•t h+G w•c w•t h千焦/吨

式中c h、c w———干混合料及水在0---t h间的平均比热容，千焦/千克•℃;

t h———混合料的温度。

(7)铺底料带入物理热q7.

q7=G8c sk t p千焦/吨

式中c sk,t p———铺底料在0---t p℃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=1.871×4.2×165i×G′1S′

式中G′1S′———成品烧结矿残留的硫量，千克/吨；

4.2×165i———每千克FeS2完成氧化所需热量，千焦/千克FeS2;

1.871———S换算成FeS2的比值。

2)氧化亚铁氧化放热:

Q8-2=4.2×467×1.123 ×G′1FeO′×G′1S′

式中G′1FeO′,G′1S′———烧结矿中残留的FeO,S量，千克/吨；

4.2×467,1.123———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= G5ΔH i P i

式中G5———高炉返矿量，千克/吨；

ΔH i———生成某种矿物的放热量，千焦/千克矿物；

P i———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=V yk•c k•t k 千焦/吨

式中t k———空气温度；

c k———0～t k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=V LK•C K•t k千焦/吨

式中V LK———烧结机漏入空气量。

(10)收入总热量。

ΣQ=q1+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=4.2×(0.8C•7986+0.2C•2340) 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、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′1.

q′1=4.2×595 Gw

式中Gw———混合料含水量，千克/吨；

4.2×595———水在100℃下的汽化热，千焦/千克。

(2)结晶水分解热q′2.

q′2=Q′2-1+Q′2-2千焦/吨

1)消灰的分解热Q′2-1=4.2×354G xβx:

式中4.2×354———消灰分解热，千焦/千克；

G x———消灰用量，千克/吨；

βx———消灰中实际Ca(OH)2量，%。

2)含水矿物的分解热