Файл: Вегман, Е. Ф. Теория и технология агломерации.pdf

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС АГЛОМЕРАЦИИ

Хотя агломерационное производство существует уже более 85 лет, число полных тепловых балансов крупных аглоустановок не так уж велико, что объясняется зна­ чительными трудностями составления такого рода ба­ лансов. Приводим ниже (табл. 37) полный тепловой баланс, выполненный для случая спекания керченской руды на Камыш-бурунской фабрике.

Анализ приходной части теплового баланса показы­ вает, что главным источником тепла является горение углерода, поставляющее 80—90% всего прихода тепла. Более скромное место в балансе занимают теплота за-

жигания (5—10%), горения серы, теплота экзотермиче­ ских реакций (0,5—7%). Подогрев шихты до 60—80° С лишь немного повышает удельный вес этой статьи в об­ щем приходе тепла, но подача к ленте нагретого воздуха или продуктов горения газа (дополнительный обогрев спекаемого слоя, термообработка) существенно меняют структуру приходной части баланса. Сводный тепловой баланс агломерации не учитывает, конечно, регенериро­ ванное тепло, так как он составляется исходя из началь­ ного и конечного состояния системы. Перенос тепла внутри спекаемого слоя в ходе процесса может быть учтен лишь в зональном балансе агломерационного про­ цесса.

Переходя к расходной части баланса, отметим, что распределение тепловых затрат целиком определяется типом спекаемого сырья. Так, при агломерации бурых железняков затраты тепла на разложение гидратов достигают 25—30% от общего расхода тепла. При спе­ кании сидеритов важную роль играют затраты тепла на разложение карбонатов. Отметим, что затраты теп­ ла на диссоциацию окислов могут меняться в особен­ но широких пределах. При спекании магнетитовой ших­ ты, когда содержание FeO в шихте превышает содер­ жание закиси железа в агломерате, вместо затрат тепла на диссоциацию окислов следует в приходной части ба­ ланса учитывать выделение тепла при окислении магне­ тита шихты до гематита. Тепловые потери при агломера­ ции колеблются в пределах от 4. до 15% (меньшие значе­ ния относятся обычно к наиболее крупным агломераци­ онным установкам). Подсчитаем в качестве примера ко­ эффициент полезного действия тепла при агломерации керченских руд, относя к бесполезным затратам тепла энтальпию отходящих газов и тепловые потери всех видов:

ц = [ (827 825—66 400— 100 353 — 12 440) • 100] :

: 827 825 = 78,2%.

МЕТОД РАСЧЕТА РАСХОДА ТОПЛИВА НА СПЕКАНИЕ

Расчет агломерационной шихты ведут с целью опре­ деления такого соотношения между ее компонентами, которое обеспечит получение агломерата заданного ка­

226

чества. В простейшем случае при заданном расходе руды и коксовой мелочи необходимо вычислить только расход известняка (у кг/100 кг агломерата). Расчет сводится при этом к решению одного уравнения с одним неизвестным (уравнение баланса основности шихты). Зная содержание S i02 в руде до и после перешихтовки, легко вычислить и величину поправки к расходу извест­ няка в шихту. На практике это случается при внезап­ ном изменении состава спекаемых руд и концентратов.

Несколько более сложен расчет при совместном оп­ ределении расходов рудной смеси (х кг/100 кг агломера­ та) и известняка (у кг/100 кг агломерата). Расход кок­ совой мелочи задается при этом на основании экспери­ ментальных данных или с учетом реальных расходов топлива на агломерационных фабриках при спекании од­ нотипных руд. Расчет сводится в этом случае к решению системы из двух уравнений с двумя неизвестными (урав­ нения материального баланса спекания и уравнения ба­ ланса основности агломерата). Разновидностью такого рода расчетов является определение состава шихты, со­ стоящей из двух или нескольких сортов руд, концентра­ тов, обеспечивающего получение агломерата заданной основности и с заранее заданным содержанием железа. Расходы двух руд (Х\ и х2 кг/100 кг агломерата) и из­ вестняка (у кг/100 кг агломерата) определяются при этом решением системы из трех уравнений с тремя неиз­ вестными (уравнения материального баланса спекания, баланса основности агломерата, баланса железа при спе­ кании). Расходом коксовой мелочи и здесь приходится задаваться перед началом расчетов.

Полный расчет шихты предусматривает совместное определение расходов рудной смеси (х кг/100 кг агло­ мерата), известняка (у кг/100 кг агломерата) и коксовой мелочи (z кг/100 кг агломерата) при решении трех урав­ нений с тремя неизвестными (уравнения материально­ го баланса спекания, баланса основности агломерата, теплового баланса агломерации). Такой расчет произ­ водится на аглофабрике при переходе на совершенно новую, ранее никогда не спекавшуюся шихту. Равным образом, при проектировании металлургических заводов, когда экспериментальные данные о расходе топлива на спекание отсутствуют, необходимо проводить полный расчет шихты с определением расхода коксовой мелочи из теплового баланса спекания.

Т а б л и ц а 28

Химический состав компонентов агломерационной шихты (на сухую массу, %) и потери массы (d) компонентов шихты

при агломерации (кг/100 кг шихты, или в %)

228

Тепловое уравнение агломерации в той форме, в ко­ торой оно позволяет вычислить в общем виде любую из приходных или расходных статей баланса при неизвест­ ных расходах рудной смеси, известняка и коксовой ме­ лочи, было впервые составлено в 1962—1963 гг. [106, 214]. Ниже приведен практический пример полного рас­ чета агломерационной шихты (на 100 кг агломерата),

выполненный этим методом для случая спекания бакальского бурого железняка (80% рудной смеси) и бакальского сидерита (20% рудной смеси), химические

составы которых вместе с составами известняка и коксо­

жит по условию 17% FeO.

Уравнение баланса основности агломерата в общем виде:

^_(СаОр + MgOp) X ~Г (CaO„-|-MgOH) у-1- (CaOK-|-MgOK) z -f-

“[(Si02)p + (А120з)р] X + [(Si02)„-f (А120 з)) -y+ [(SiOs)K+ “*■

_______ 4~ (СаОдоб + MgO) M______ _

+(A120 3)K]2+ 1(5іО2)д0б-Г(А12Оз)д0б]м

Уравнение материального баланса спекания составим по методу Ф. М. Базанова и И. Л. Малкина [215]. Сум­ ма потерь массы каждого компонента шихты (d) при вы­ горании (Снелет); удалении летучих веществ коксовой мелочи (Глет), гидратной влаги (Н20 Гидр), углекислоты карбонатов (С 02), 95% органической и сульфидной се­ ры, 60% сульфатной серы с учетом некоторого увеличе­ ния массы компонента при окислении железа сульфидов по реакции:

4FeS + 702 = 2Fe20 3 + 4S 0 2

229

подсчитывается по формуле

В подсчитанные таким образом величины потерь мас­ сы компонентов шихты не входят изменения их массы в ходе окислительно-восстановительных реакций. Так как содержание FeO в шихте и в готовом агломерате различ­ но, могут иметь место случаи преимущественной диссо­ циации и восстановления Fe20 3 или преимущественного окисления Fe30 4:

2Fe20 3->-4Fe0 + 0 2 (шихта содержит меньше FeO

в сравнении с агломератом);

4FeO + 0 2->2Fe20 3 (шихта содержит больше FeO

м) определить массу потерянного или полученного в ходе

Если (О) получается при расчете положительным, то имеет место окисление, а если (О) имеет отрицательный знак — восстановление и термическая диссоциация. Это обстоятельство, как будет показано ниже, необходимо учитывать и в уравнении теплового баланса спекания. Из 100 кг компонента шихты переходит в агломерат ( 100—d ) кг, а из 1 кг компонента шихты, соответствен­

но, [(100—й?) : 100] кг. Масса руды, переходящая при спекании в агломерат (в расчете на 100 кг агломерата):

х (100 — cf)/100 (кг/100 кг агломерата),

Аналогичные выражения можно написать и для дру­ гих компонентов шихты. Сводное уравнение материаль­ ного баланса, по Ф. М. Базанову и И. Л. Малкину (на

100кг агломерата):

x( m — dx) i m + г/(100 — dy)/100 +

+ г (100 — с?2)/100+ м (100 — й?м) /100 - 1 /9 [ (FeOarn —

230