5. Уравнение теплового баланса

   1. Требуемый объём дутья

(13)

где V_дут - объём дутья (м³ на кг углерода кокса, сгорающего у фурм)

- содержание О₂ в дутье (в долях единиц)

- влажность дутья м³/м³ сух. дутья

2. Выход фурменного газа

(14)

где V_ф.г. – объём фурменного газа (м³ на кг углерода кокса, сгорающего у фурм).

3. Объём дутья для сжигания 1м³ природного газа

Природный газ состоит из 100% метана (СН₄), который взаимодействует с кислородом по реакции 2СН₄ + О₂ → СО + 4Н₂

(15)

где - объём дутья для сжигания 1м³ природного газа, м³/м³.

4. Выход природного газа

(16)

где - выход природного газа, м³.

5. Энтальпия дутья

(17)

где с_дут – средневзвешенная теплоёмкость дуть;

t_дут – температура дутья;

с_пар – теплоёмкость пара

Теплоёмкость при температуре дутья =1220°С

- кислород (30%) = 1,498

- азот (70%) = 1,412

Средневзвешенная теплоёмкость дутья = 1,438.

6. Теплоотдача кокса, сгораемого у фурм

(18)

где z – внешние потери тепла в области горения;

W_c – теплота сгорания углерода в моноокись СО;

t_к.г. – температура колошникового газа;

с_к.г. – теплоёмкость колошникового газа.

7. Теплоотдача углерода кокса на прямое восстановление

(19)

8. Теплоотдача СО и Н₂ на косвенное восстановление

(20)

где с_СО2 – теплоёмкость СО₂ при 120°С, равная 1,700.

(21)

где с_Н2О – теплоёмкость Н₂О при 120°С, равная 1,490.

9. Теплоотдача вдуваемого природного газа

(22)

где W_ПГ – теплота сгорания природного газа, равная 1525кДж/м³;

с_ПГ∙t_ПГ=i_ПГ – энтальпия природного газа, равная 20кДж/м³.

10. Расход углерода, водорода, СО на прямое и косвенное восстановление, количество углерода, сгораемого у фурм.

Таблица 5

Определение расхода С, Н₂, СО на прямое и косвенное восстановление и определение количества углерода, сгораемого у фурм

	Формула	0,07	0,06	0,00	0,00
1.Кислород из легковосстано-вимых оксидов		0,00	0,00	0,00	0,00
		0,08	0,06	0,00	0,00
Сумма ОЛВО		0,16	0,13	0,00	0,00
2.Кислород из FeO		0,00	0,00	0,00	0,00
3.Кислород из трудновосста-новимых оксидов		0,00	0,00	0,00	0,00
		0,01	0,00	0,00	0,00
		0,00	0,00	0,00	0,00
		0,00	0,00	0,00	0,00
		0,01	0,01	0,00	0,00
Сумма ОТВО		0,25	0,19	0,01	0,00
4.Газифицир. кислород		0,08	0,06	0,00	0,00
5.Кислород прямого восстановления		0,17	0,13	0,00	0,00
6.Кислород косвенного восстановления		0,06	0,04	0,00	0,00
7.Углерод на прямое восстановление		0,17	0,13	0,00	0,00
8.Расход СО на косвенное восстановление		0,07	0,06	0,00	0,00
9.Расход Н2 на косвенное восстановление		0,03	0,02	0,00	0,00
10.Углерод в чугуне		-0,09	-0,07	0,86	0,77
11.Углерод на сгорание у фурм		0,07	0,06	0,00	0,00

11. Тепловой эквивалент компонентов шихты

(23)

где С_ф – количество углерода, сгораемого у фурм;

С_d – количество углерода, расходуемого на прямое восстановление;

СО – количество СО на косвенное восстановление;

Н₂ – количество водорода на косвенное восстановление;

Q₀ – полезный расход тепла;

q₀ – энтальпия газов, выделяющихся из компонентов шихты.

Полезный расход тепла рассчитывается по формуле:

(24)

где q_дис - теплота диссоциации;

i_чуг – энтальпия чгуна;

i_шл – энтальпия шлака;

i_кш – энтальпия компонентов шихты.

(25)

По формуле (25) находим теплоту диссоциации для каждого из компонентов шихты:

Энтальпия чугуна:

(26)

где с_чуг – теплоёмкость чугуна, равная 0,9 кДж/кг∙К;

t_чуг – температура чугуна 1420°С.

Энтальпия шлака:

(27)

где с_шл – теплоёмкость шлака, равная 1,25 кДж/кг∙К;

Δt – разность температур чугуна и шлака, 40°С;

U_кш – удельный выход шлака из компонентов шихты.

Уравнение удельного выхода шлака:

(28)

Для нахождения удельного выхода шлака из каждого компонента шихты воспользуемся следующей формулой:

(29)

Тогда по формуле (27):

Энтальпия компонентов шихты:

(30)

где с_кш – теплоёмкость компонентов шихты;

t_кш – температура компонентов шихты.

По найденным значениям теплоты диссоциации и энтальпии чугуна, шлака, компонентов шихты по формуле (24) определяется полезный расход тепла:

Для расчёта энтальпии газов, выделяющихся из компонентов шихты, необходимо знать состав летучих (или потери при прокаливании). Для приближённых расчётов приемлемо уравнение:

(31)

где l_кш – содержание летучих в компоненте шихты.

В агломерате, окатышах, и железофлюсе, прошедших термообработку, практически нет летучих и потерь при прокаливании, поэтому

Наконец, по формуле (23) находим тепловые эквиваленты компонентов шихты:

12. Тепловой баланс

На основе тепловых эквивалентов компонентов шихты и природного газа составляется уравнение теплового баланса:

Или:

(32)