16.2 Тепловой баланс плавки

Приход тепла

1. Теплота реакции сгорания части углерода кокса в СО₂ подсчитывается по реакции С + О₂ = СО₂ + 94052 ккал. Сгорает 10,92 кг С, выделяется тепла 7838•10,92=85591 ккал.

2. Теплота реакции сгорания части углерода в СО подсчитывается по реакции С + 0,5 О₂ = СО + 26416 ккал. Сгорает 5,46 кг С, выделяется тепла 5,46•2201,3=12019,1 ккал.

3. Теплота реакции сгорания водорода подсчитывается по реакции Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О пар + 57870. Сгорает 0,168 кг, выделяется тепла 28935•0,168=4861,0 ккал.

4. Теплота сгорания серы подсчитывается: по реакции S + О₂ = SO₂ + 70000. Сгорает 0,660 кг S, выделяется тепла 0,660•2187=1443,4 ккал. Итого выделяется тепла при горении 103914 ккал.

5. Теплота шлакообразования:

а) образование Ca₂SiО₄ дает 271,8•16,302=4420 ккал;

б) образование Fe₂SiО₄ 154,4•19,789=3500 ккал;

в) образование MgSiO₃ 271,8•10,12=2750,0 ккал. Всего выделяется тепла при шлакообразовании 10670 ккал.

6. Вносится дутьем при 20⁰С 129,2•0,24•20=620,20 ккал.

7. Физическое тепло, вносимое шихтой и коксом при 20⁰С:

(100+12,44+17,4)•0,25•20=649,0 ккал и 21•0,534•20=224,28 ккал. Общий приход тепла 116077,5 ккал.

Расход тепла

1. Разложение известняка: СаСО₃ = СаО + СО₂ – 42498 ккал. На образование на 1 кг СаО расходуется 757,54 ккал, а на 9,684 кг СаО потребуется 9,684•757,54=7332,6 ккал.

2. Дегидратация гипса: CaSO₄•2H₂O = CaSO₄ + 2Н₂О – 4740 ккал. Отсюда по расчету на 1 кг СаО приходится 84,7 ккал*. Следовательно, на 3,48 кг СаО расходуется тепла 3,48•84,7=294,7 ккал.

3. Диссоциация гипса по конечному уравнению CaSO₄ = CaS + 2О₂ – 228360 кал. Отсюда находим, что на 1 кг СаО приходится 4077 ккал*. Расходуется тепла 3,48•4077=14187,9 ккал.

* См. состав гипса

4. Восстановление Fe₃O₄ по реакции Fe₃O₄ + СО = 3FeO + СО₂ – 8264 ккал. На 1 кг железа приходится 49,4 ккал. Расходуется тепла 20,0•49,4=988 ккал.

5. Сульфидирование железа по реакции FeO + CaS = FeS + СаО – 6573 ккал. На 1 кг железа штейна расходуется 297 ккал. Расходуется тепла 3,48•297=1033,6 ккал. При неполном сульфидировании около 300 ккал.

6. Сульфидирование никеля по реакции 3NiO +3CaS = Ni₃S₂ + ЗСаО + 0,5S₂ – 32040 ккал. На 1 кг никеля в штейне расходуется 191,7 ккал или 0,96•191,7=184,0 ккал.

7. Тепло, уносимое газами. Температуру отходящих газов принимаем равной 400⁰С, теплоемкость газов берем по таблице 19, но в расчете на 1 кг.

Тогда унос тепла газами составит, ккал:

СО 12,74•0,245•400=1248,5; СО₂ 47,65•0,228•400=4345,7;

О₂ 1,320•0,157•400=83,0; Н₂О 4,524•0,459•400=875,1;

N 93,60•0,244•400=9172,9; О₂ 4,58•0,228•400=417,7.

Итого 16142,9 ккал (~16500).

.По данным практики, расход воды на 1 м² сечения печи в области фурм составляет 600 м³/(м²•сут) при удельной производительности 40 т/(м²-сут) агломерата. На 100 кг агломерата расходуется 1500 л. При перепаде температуры воды, подаваемой в кессоны и вытекающей из них, равном 15⁰С, расход тепла составляет 1500•15=22500 ккал. Пример расчета данной статьи теплового баланса в случае применения испарительного охлаждения приведен ниже.

8. Тепло, уносимое шлаком. Энтальпия его 325 ккал/кг.

100,64•325=32695,0 ккал.

9. Тепло, уносимое штейном. Энтальпия 225 ккал/кг. 6•225=1350 ккал.

10. Тепло на испарение влаги шихты (1,4+2,912)•586=2526,8 ккал. Расход тепла по подсчитанным статьям составляет 99245,5 ккал.

11. Потери тепла на лучеиспускание, а также другие неучтенные потери определяем по разности, т.е. 116077,5–99245,5=16832,0 ккал.

Полученные данные сводим в таблицу 45.

ТАБЛИЦА 45. Тепловой баланс плавки (на 100 кг агломерата)

Приход тепла			Расход тепла
Статьи баланса	ккал	%	Статьи баланса	ккал	%
Горение кокса Шлакообразование Физическое тепло: дутья шихты и кокса	103914,0 10670,0 620,2 873,3	89,52 9,2 0,53 0,75	Штейн Шлак Эндотермические реакции Газы Испарение влаги шихты Охлаждающая вода Лучеиспускание и другие потери	1350,0 32695,0 24964,1 16142,9 2526,8 22500,0 16832,0	1,16 28,06 21,31 13,65* 2,17 19,30 14,35*
Всего	116077,5	100	Всего	116077,5	100

* В заводских условиях эти цифры на 5–8% больше, вследствие чего потери лучеиспусканием меньше (около 5%).

Подсчет показывает, что на 1 кг агломерата расходуется 1160,8 ккал тепла.