Материальный и тепловой балансы процесса

металлизации железорудных материалов в шахтной печи

Исходные данные. В качестве сырья выбраны окатыши сле­дующего состава. Химический состав окисленных железорудных ока­тышей (% по массе): 68,00 Fe; 96,59 Fe203; 0,50 FeO; 2,49 Si02; 0,08 A1203; 0,20 CaO; 0,06 MgO; 0,04 MnO; 0,02 P205; 0,02 S03; X = 100,0.

Определяем состав металлизованных окатышей. Задаемся величи­ной степени металлизации riMeT (колеблется чаще всего в пределах 85—95%). Принято riMer = 90%. Тогда при переработке 100 кг окислен­ных окатышей образуется металлического железа 68 0,9 = 61,2 кг (принято допущение об отсутствии трехвалентного железа): (68-61,2)-(72/56) = 8,74 кг.

Остается: 2,49 кг Si02; 0,08 кг А1203; 0,20 кг СаО; 0,06 кг MgO; 0,04 кг МпО; 0,02 кг P2Os: 0,02 кг S03. Масса металлизованных окаты­шей 72,85 кг.

Состав металлизованных окатышей, %[i]: 93,33 Fe; 84,00 FeMeT; 12,OOFeO; 3,42 SiO; 0,11

A1203; 0,27 CaO; 0,08 MgO; 0,06 MnO; 0,03 P205; 0,03 S03; £ =100.

Расход окисленных окатышей на единицу металлизованного сырья у = 100:72,85 = 1,37 кг/кг.

Задаемся составом восстановительного газа (определяется расче­том конверсии природного газа или, исходя из производственных дан­ных, в данном расчете принят состав газа углекислотной конверсии).

Состав восстановительного газа, % по объему: 1,90 СН4; 33,60 СО; 2,50 С02; 54,10 Н2; 5,30 Н20; 2,60 N2; I = 100.

Степень использования восстановительной способности газа т)г Принимаем т]со = г]Н2 - т]г (колеблется чаще всего в интервале 0,3—0,4). В расчете принято г|г = 0,35.

Температура колошникового газа tK г изменяется в пределах 200—400 °С. Задаемся /кг=300 °С. Температура восстановительного га­за /вг зависит от условий процесса и изменяется от 700 до 1000 °С. В расчете принято tB г = 760 °С. Теплоемкость компонентов восстано­вительного и колошникового газов приведена в табл. 4.21 и 4.22.

Определение расхода восстановительного газа

Расчет ведется на 100 кг металлизованных окатышей.

требуется два объема СО или Н2. С уче­том степени участия газа-восстановителя в восстановительном про­цессе г)г:

VC0+h2= 2voJ\= 2-26,03/0,35 = 148,74 нм3.

Теплоемкость компонентов газов (числитель – ккал/н ,

Знаменатель – кДж/ )

Компонент	Восстановительный газ (760ᵒС)	Колошниковый газ(300ᵒС)
C CO	0,5069/2,1188 0,3296/1,3777 0,132/1,3092 0,5931/2,4792 0,3251/1,3589 0,3967/1,6582	0,4452/1,8609 0,3148/1,3159 0,3108/1,2991 0,4510/1,8852 0,3124/1,3058 0,3687/1,5412

Состав восстановительного газа, % по объему/ н /кг

Компонент	Состав газа	Компонент	Состав газа
CO C	33,60/56,90/71,24 2,50/4,24/8,32 54,10/91,75/8,19		5,30/8,99/7,22 2,60/4,41/5,51 1,90/3,22/2,30 100/169,60/102,5

Расход восстановительного газа ·100=169,60 н

Расчет состава колошникового газа (табл.4.24)

Количество водорода, переходящего в колошниковый газ,

Израсходовано водорода на восстановление и перешло в

Таблица 4,24

Состав колошникового газа, н /кг/% по объему

Компонент	Состав газа	Компонент	Состав газа
	37,05/46,31/21,85 24,18/47,50/14,26 59,64/5,33/35,17		41,10/32,88/24,33 4,41/5,51/2,60 3,22/2,30/1,90 169,60/139,83/100,00

Количество водяных паров в колошниковом газе:

Объем кислорода кислорода,отнятого от оксидов железа водородом:

Объем кислорода, отнятого от оксидов железа оксидом углерода:

Объем оксида углерода, израсходованного на восстановление:

Количество оксида углерода, переходящего в колошниковый газ:

Количество диоксида углерода, переходящего в колошниковый газ:

Количество азота в колошниковом газе:

Количество метана в колошниковом газе:

Проверка степени использования восстановительной способности газа

Материальный баланс процесса

Поступило в печь: Получено в печи:

Окисленные окатыши 137 кг Металлизованные окатыши 100кг

Восстановительный газ 102,75 кг Колошниковый газ 139,83 кг

Итого 239,75 кг Итого 239,83 кг

Невязка баланса: (139,83-139,750)·100/139,89=0,05%

Допускается невязка до 0,3%

Тепловой баланс процесса

Приход тепла

Тепло восстановительного газа:

Где С-теплоемкость i-го компонента газа; m-концентрация i-го компонента газа.

Расход тепла

Физическое тепло металлизованных окатышей Q=100 .

Обычно температура металлизованных окатышей на выходе из зоны восстановления на 10-40ᵒС ниже температуры восстановительного газа. Принимаем =750C.

Теплоемкость металлических железа

Для 750 °С – d

С_р = 17,49 + 24,77– 10^–3·1023 = 42,83 или 42,83/56 = 0,7648 кДж/(кг·К) = 0,183 ккал/(кг·°С);

Q_m.o= 100·0,183–750 =13725 ккал или 57,37 МДж.

Расход тепла на восстановление оксидов

Тепловые эффекты реакций восстановления:

Fe₂O₃+ СО = 2FеО + СO₂– 370 ккал (1547 кДж) или

23 ккал/кгO₂ (97 кДж/кг 0₂);

Fe₂O₃+ Н₂ = 2FеО + Н₂O–10240 ккал (42803 кДж) или

640 ккал/кг O₂ (2675 кДж/кг O₂);

FeO + СО = Fе + СO₂+ 3250 ккал (13585 кДж) или

203 ккал/кг O₂ (848 кДж/кг 0₂);

FeO + Н₂= Fе + Н₂O– 6620 ккал (27670 кДж) или

413 ккал/кг O₂ (1729 кДж/кг 0₂).

Количество кислорода, отнимаемого от шихты при восстановле­нии Fe₂0₃до FeO, равно одной трети всего поступающего кислорода, связанного с трехвалентным железом:

Fe₂O₃→ FeO =(48/160)·96,59·1,37·1/3=13,232 кг.

Количество кислорода, отнимаемого от шихта при восстановле­нии FeO до Fe:

M_Ош^FeO→Fe=M_Ош–M_Ош^{Fe2O3→ FeO}= 37,185 –13,232 = 23,953 кг.

Доли СО и Н₂ в сумме восстановителей (СО + Н₂) в восстанови­тельном газе:

% СО = (СО_{в г})/(СО_{в г} + Н_{2 в г}) = 33,60/(33,60 + 54,10)100 = 38,31%;

% Н₂ = Н_{2 вг}/(СО_вг + Н_2вг) = 54,10/(33,60 + 54,10)100 = 61,69%.

Количество кислорода оксидов железа, отнимаемого СО и Н₂ при восстановлении Fе₂О₃до FeO (принято допущение о том, что количе­ство отнимаемого кислорода пропорционально доле данного восста­новителя):

O_2CO= 13,232·0,3831 = 5,069 кг;

O_2H2= 13,232·0,6169 = 8,163 кг.

Количество кислорода оксидов железа, отнимаемого СО и Н₂ при восстановлении FеО до Fе:

O_2СО = 23,953·0,3831 = 9,176 кг;

O_2Н2⁼ 23,953·0,6169 = 14,777 кг.

Расход тепла на восстановление Fe₂O₃до FеО:

Q_CO^{Fe2O3→ FeO}= 5,069·23 = 117 ккал (489 кДж);

Q_H2^{Fe2O3→ FeO} = 8,163·640 = 5224 ккал (21836 кДж);

Q^{Fe2O3→ FeO}= 117 + 5224 = 5341 ккал (22325 кДж).

Расход тепла на восстановление FеО до Fе:

Q_CO^FeO→Fe= 9,176(–203) = –1863 ккал (7787 кДж);

Q_H2^{FeO→ Fe}= 14,777·413 = 6103 ккал (25511 кДж);

Q^{FeO→ Fe}= 6103–1863 = 4240 ккал (17723 кДж).

Расход тепла на процесс восстановления:

Q_энд.р = 5341 + 4240 = 9581кккал(40049кДж)

Тепло колошникового газа Q_к.г= V_к.гC_рк.г.t_к.гПо аналогии:

C_к.г = 0,3148·0,2185 + 0,4452·0,1426 + 0,3108·0,3577 +0,3687·0,2423 + +0,3124·0,026 + 0,451·0,019 = 0,3475; Q_к.г=169,6·0,3475·300 = 17681 ккал (73907 кДж).

Общий расход тепла

Q_расх = Q_m.o + Q_энд.р + Q_к.г = 13725 + 9581 + 17681 = 40987 ккал (171326 кДж),

Оценкой точности расчета теплового баланса является величина тепловых потерь, в которую входит и невязка расчета:

Q_пот = Q_в.г–Q_расх = 43000–40987 = 2013 ккал (8414 кДж) или (2013/43000)100 = 4,68%,

что находится в пределах допустимого (4–10%). В случае завышения величины потерь следует повысить температуру колошникового газа. Если потери меньше допустимых или составляют отрицательную ве­личину, следует снизить температуру колошникового газа (в пределах 200–400 °С) или увеличить количество восстановительного газа. В этом случае степень использования восстановительного газа понизится.

Тепловой баланс процесса(на 100 кг металлизованных окатышей)

Дата добавления: 2015-08-20