烧结热平衡计算3
攀枝花学院 本科课程设计
[烧结热平衡计算]
学生姓名： 印 小 成 学生学号： [1**********]3 院 （系）： 材料工程学院 年级专业： 2009级冶金工程 指导教师： 张 士 举
二〇一二年六月十五日
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
设计题目：烧结热平衡计算
一、绪论
烧结，是把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。烧结过程的热平衡计算与一般过程的热平衡计算一样，都是热量收入项与热量支出项的平衡，即热量收入项=热量支出项。热效应取决于反应
的初态与末态，而不取决于反应过程，热平衡的计算式依据这样的原则进行的。
二、热平衡计算
表1—1 烧结矿成分表
1、热量收入项的计算
1．1 炭燃烧成CO 、CO ₂所放出的热量（q 1）
设烧结废气中ω（CO ）／ω（CO ₂）=4，即C 的燃烧有80%生成CO ₂，20%生成CO 。在使用无烟煤时，1KG C生成CO 放热10454kj ，生成CO ₂放热34068kj 。使用焦粉时，由于有50%已石墨化，1kg C生成CO 放热9797kj ，生成CO ₂放热33411kj ，因此本次设计中：
q 1=9×0.7548×0.8×34086+9×0.7548×0.2×10454=199446（kj ）
此项热收入一般约占83%～85%。
1．2 点火热量（q 2）
点火热量可根据点火用没气量乘以煤气热值及台时产量计算求得。本设计根据经验，取
q2=16747kj
1．3 空气带人物理热（q 3）
首先计算空气量。
炭素燃烧需要的氧量为：9×0.7548×0.8×22.4／12+9×0.7548×0.2×11.2／12=10.2+1.27=11.47（m ）
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Fe ₂O ₃分解成FeO 放出的氧量为：
Fe ₂O ₃→2 FeO+1／2O 2
即【19-（59.8×0.248-21.4×0.185）】×11.2／144=0.02（m ）
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从硫化物中除去硫也需要氧气。本设计因硫少，故忽略不计。此外，在使用大量高硫矿和轧钢皮时，热收入项中还应考虑他们氧化时所放出的热量。
本次设计所需的空气量为：（11.47-0.02）／0.21=54.6（m ）（设空气为干空气）
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设空气过剩系数为2，则被抽过的空气量为：
54.6×2=109.2（m ）
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设空气温度为20℃，比热容为1.3004kj ／（m ·K ）, 则空气带入热量为：
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q3=109.2×1.3004×20=2840（kJ ）
在使用热风烧结时，应考虑热风带人的物理热。
1.4 烧结料带入量（q 4）
取料温为60℃，烧结料比热容为0.8374kJ ／（m ·K ），烧结料水分为8%。则：
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q 4=122.6×60×0.8374+122.6／0.92×0.08×60×4.1868=8838（kJ ）
1.5 铁、钙硅酸盐的生成热（q 5）
要准确地计算这项热收入，必须知道烧结矿的矿物组成。目前，由于缺乏详细的资料，故仅能根据经验公式计估计。一般此项热量占总热量收入的2%左右。故：
q 5=0.02／0.98×（199446+16747+2840+8838）=4650（kJ ）
2 热量支出项的计算
2.1 碳酸盐分解热(qⅠ)
已知CaCO ₃的分解热(每1kg CaO)为3182kJ ／kg ，MgCO 3的分解热(每1kg MgO)为
2772kJ ／kg 。
所以
qⅠ=（14.10+0.24）×3182+（0.30+2.50）×2772=53398（kJ ）
在烧结菱铁矿时，也应考虑FeCO 3分解热。
2.2 氧化物分解热（q Ⅱ）
包括Fe 、Mn 等高级氧化物（以及其他分解压高的氧化物）分解成低级氧化物（FeO 、MnO ）时吸收的热量。本设计仅计算Fe ₂O ₃的分解热。按反应：
Fe ₂O ₃=2FeO+0.5O2－284912kJ
分解成1kgFeO 吸收1976kJ 。则：
q Ⅱ=0.19×1976=375.4（kJ ）
此项热支出同原料条件有关。在烧结磁铁矿时，此项热耗很少，甚至要考虑FeO 被氧化而放出的热量。在烧结赤铁矿时，此项热耗较大，一般可占30%～35%。这也是烧结赤铁矿粉时燃料用料较高的原因之一。
2.3 烧结矿的热量（q Ⅲ）
设烧结矿的卸矿温度为800℃，比热容为0.84kJ ／（kg ·K ），考虑还有30%的返矿，则烧结矿带走
的热量为：
qⅢ=（100+30）×0.84×800=87360（kJ ）
一般此项热量占25%～35%，熔剂型烧结矿偏低些，非熔剂型烧结矿偏高些。
2.4 结晶水分解热（q Ⅳ）
据测定，结晶水分解吸收热量（每1kg H 2O(晶) ）为2454～2525kJ ／kg 。如果是蒸汽状态则（每1kg H2O(汽) ）为4899～4982kJ ／kg 。本例因原料中无结晶水，故不可计。
2.5 水分蒸发热量（q Ⅴ）
在烧结料含水的条件下，烧结料水分为：
122.6／0.92×0.08=10.7（kg ）2
1kg水从0℃变为0℃的蒸汽时的汽化热为2491kJ 。故总的蒸发热量为：
qⅤ=10.7×2491=2665（kJ ）
2.6 废气带走热量（q Ⅵ）
首先计算废气量
空气带入N 2量=109.2×0.79=86.2（m ）
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燃烧生成CO 2量=9×0.7548×0.8×22.4／12=10.1（m ）
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碳酸盐分解CO ₂量=（26. 4×0.4244+6×0.4952）×22.4／44=7.2（m ）
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总计CO ₂量=10.1+7.2=17.3（m ）
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燃烧生成CO 量=9×0.7548×0.2×22.4／12=2.54（m ）
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空气带入O ₂量=（109. 2－86.2）+0.02－（10.1+0.5×2.54）=11.65（m ）
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水汽体积=10.7×22.4／18=13.3（m ）
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燃烧挥发分的密度同它的成分有关，一般为1.00～1.20kg ／m ，本例取1.10kg ／m ，则挥发分的体积为：
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9×0.0851／1.1=0.70（m ）
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因此废气总体积为
86.20+17.30+2.54+11.65+13.30+0.70=131.69（m ）
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根据实际生成情况，设30%废气为400℃,70%废气为60℃. 另设挥发分成分全为CO ，则得废气成分
33 根据废气成分计算得60℃时，废气的热容为1.373kJ ／（m ·K ）；400℃时为1.457kJ ／（m ·K ）。
因此，废气带走热量为：
qⅥ=131.69×0.7×60×1.373×131.69×0.3×400×1.457=360619(kJ)
2.7 外部热损失（q Ⅶ）
qⅦ=q1—5－q Ⅰ—Ⅵ=（199446+16747+2840+8838+4650）－（53398+375.4+87360+26655+0+30619）=34120（kJ ）
表1—3 烧结过程热量平衡表