1.2. Составление первого уравнения по балансу основности шихты и агломерата:

Уравнение баланса основности шихты и агломерата в общем виде:

,

где СаО_р, СаO_и, СаО_к, СаО_доб. - содержание СаО в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, % (масс.);

MgО_р, MgO_и, MgО_к, MgО_доб. - содержание MgО в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, % (масс.);

SiO_{2 р}, SiO_{2 и}, SiO_{2 к}, SiO_{2 доб.} - содержание SiO₂ в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, % (масс.);

Al₂O_{3 р}, Al₂O_{3 и}, Al₂O_{3 к}, Al₂O_{3 доб.} - содержание Al₂O₃ в руде, известняке, коксовой мелочи, в добавках, % (масс.);

М - расход добавок, кг/142 кг агломерата (шихта №1) и 150 кг агломерата (шихта №2);

X, Y, Z - расходы руды, известняка и топлива при агломерации, кг/ 142 кг агл. (шихта №1) и 150 кг агл. (шихта №2);

Данные о содержании СаО, MgО, Al₂O₃, SiO₂ в компонентах шихты находим по табл. 1.

С целью упрощения расчетов принимаем, что состав возврата точно соответствует составу годного агломерата, т.е. имеет основность В. Это позволяет нам не включать возврат в уравнение основности - в него вошли только компоненты свежей шихты, т.е. руда, концентрат, топливо, флюс и окалина.

Аглошихта №1

14,244 · X - 52,388 · Y + 11,302 · Z = -7,2;

Аглошихта №2

14,644 · X - 49,22 · Y + 10,956 · Z = 506,76

После того, как уравнения основности агломерата составлены, следует проверить правильность расстановки знаков в них. Члены уравнения, характеризующие руды, концентраты, окалину, топливную смесь, т.е. компоненты шихты, требующие офлюсования, идут в уравнении со знаком «плюс», а сами флюсы (известняк, известь) - со знаком “минус”.

1.3. Составление второго уравнения по материальному балансу агломерации, кг/100 кг агломерата.

Задача составления такого уравнения была наиболее точно решена И.Л. Малкиным и Ф.М. Базановым в 1955 году (журнал “Сталь”, 1995, №9, с.788-790).

По этой методике при спекании окисленного агломерата сначала подсчитываются потери массы каждого компонента аглошихты при спекании без учета процессов диссоциации и восстановления окислов. Учитывается выгорание из шихты углерода (С_нел.), удаление летучих коксовой мелочи (V_лет.), гидратной влаги (Н₂О_гидр.), углекислоты карбонатов (СО₂), 90-98% (отн.) органической и сульфидной серы, 50-70% (отн.) сульфатной серы:

Формула Базанова-Малкина:

d = С_нелет + V_лет + Н₂О_гидр + СО₂ +0,95 · (S_орг. + S_FeS + S_FeS2) + 0,6 · SO₃ - O _{окисл.Fe} (кг/100 кг компонента шихты);

В этой формуле по сравнению с первоначальным вариантом формулы Базанова-Малкина, нами введен раздельный учет удаления различных видов серы, а также учет массы кислорода, перешедшего в агломерат из газовой фазы при окислении сульфидов железа по реакциям:

4 FeS₂ + 11 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8 SО₂;

4 FeS + 7 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 4 SО₂;

Так как уменьшение массы компонента шихты учитывается со знаком “плюс”, естественно учитывать увеличение его массы при окислении железа со знаком “минус”.

С учетом сказанного, выведем теперь общее уравнение материального баланса процесса спекания. Пусть:

d_x, d_y, d_z, d_m - соответственно потери массы руды, известняка, коксовой мелочи и добавок при спекании (кг/100 кг комп. шихты);

(100 - d_x), (100 - d_y), (100 - d_z), (100 - d_m) - соответственно масса руды, известняка, коксовой мелочи и добавок, переходящая в агломерат (кг/100 кг комп. шихты);

- соответственно масса руды, известняка, коксовой мелочи и добавок, переходящее в агломерат из 1 кг каждого из этих компонентов шихты (кг / 1 кг комп. шихты);

- масса руды, переходящая при спекании в агломерат в расчете на 142 кг агломерата (шихта №1)и 150 кг агломерата (шихта №2);

Общая масса агломерата может быть представлена следующим образом:

,

где В - масса возврата (42 и 50 кг);

Масса агломерата была бы ровна 142 и 150 кг (шихты №1 и №2), если бы были учтены потери кислорода при диссоциации и восстановлении оксидов. По условию, такого рода потери массы в сводном уравнении не учитывались. Поэтому их необходимо учесть отдельно. Очевидно, что вычитая из А массу потерянного при диссоциации и восстановлении кислорода, получим точно 142 и 150 кг агломерата (варианты №1 и №2):

А - О_{дисс. и восс}. = 142 (шихта №1);

А - О_{дисс. и восс}. = 150 (шихта №2);

Остается теперь лишь определить потери кислорода шихтой при спекании.

По реакции

2Fe₂O₃ = 4FeO + О₂

при образовании 4 · 72 = 288 кг оксида железа выделяется 32 кг кислорода. Следовательно, зная содержание оксида железа в готовом агломерате, можно определить и массу выделившегося кислорода.

На 1 кг FeO в агломерате из шихты выделяется

кг О_2.

Остается лишь учесть массу FeO, содержащуюся в компонентах шихты до начала агломерации.

Уравнение материального баланса спекания получается, таким образом, следующую форму (шихта №1):

Уравнение материального баланса спекания для шихты №2:

В таблице 2 подсчитаны потери массы компонентов агломерационных шихт (d_x, d_y, d_z, d_m). Содержание FeO в готовом агломерате было задано (см. раздел “Исходные данные для расчета”). Содержание FeO и др. в компонентах шихты находим в табл. 1. Это позволяет составить уравнение материального баланса спекания.

Уравнение материального баланса для агломерационной шихты №1:

=

0,8544 · Х + 0,57120 · Y + 0,1452 · Z = 93,6349;

Уравнение материального баланса для агломерационной шихты №2:

=

1,0235 · Х + 0,5602 · Y + 0,1475 · Z = 95,8128;

При агломерации, в зависимости от расхода топлива и других факторов, значительное развитие могут получать либо восстановительные, либо окислительные процессы. В случае расчета шихты №1 содержание FeO в агломерате больше, чем в шихте. Если в правую часть уравнения материального баланса агломерации подставить ориентировочное значение Х, которое чаще всего составляет 85 100 кг /100 кг агломерата, то получаем абсолютную потерю кислорода при восстановлении и термической диссоциации (кг О₂ / 100 кг агломерата):

;

Если же содержание FeO в шихте больше, чем в агломерате, и процесс в целом имеет окислительный характер, то подобный подсчет даст отрицательную величину. Для шихты №2 имеем (кг О₂ / 100 кг агломерата):

;

Подобный приблизительный расчет необходимо делать на начальной стадии подведения баланса, так как при восстановительном характере спекания в расходной части теплового баланса учитывается теплота диссоциации оксидов. При окислительном характере процесса теплота окисления магнетита до гематита учитывается в приходной части теплового баланса.