1.4. Складаємо рівняння матеріального балансу

Т_x·x + Т_y·y + Т_z·z – ΔО₂ = 100,

де Т_x - вихід твердого продукту з залізорудної суміші;

Т_y - вихід твердого продукту з флюсової суміші;

Т_z - вихід твердого продукту з коксику;

ΔО₂ - звільнення (зв’язування) О₂ в результаті окиснювально-

відновлювальних реакцій, кг/ 100 кг агломерату;

x, y, z - витрата рудної суміші, флюсової суміші, коксику,

кг/100 кг агломерату.

1.4.1. Визначаємо вихід твердого продукту з залізорудної суміші

Т_x = (100 – 0,6·(SO₃)_x – ( C_нел.)_x – (ППП)_x)·0,01,

де 0,6 – коефіцієнт вигорання SO₃;

(SO₃)_x,( C_нел.)_x,(ППП)_x - вміст SO₃, C_нел.,ППП в залізорудній суміші, %.

Т_x = (100 – 0,6·0,521 – 0,28 – 0,68)·0,01=0,987.

1.4.2. Визначаємо вихід твердого продукту з флюсової суміші

Т_y = (100 – (ППП)_y)·0,01,

де (ППП)_y – вміст СО₂ (ППП) в флюсовій суміші, %.

Т_y = (100 – 43,87)·0,01=0,56.

1.4.3. Визначаємо вихід твердого продукту з коксику

Т_z = 15,60 ·0,01=0,156,

де 15,60 - вміст золи у коксику, %.

1.4.4. Визначаємо ΔО₂ в результаті окиснювально-відновлювальних реакцій

(Прийнято, що поправка враховується в рівнянні матеріального балансу тоді, коли різниця FeO_агл. та FeO шихтових матеріалів перевищує 0,5 кг).

ΔО₂ = 1/9 ·[FeO_агл. – x ·(FeO)_x·0,01], (кг/100 кг агломерату),

де FeO_агл. - вміст FeO в агломераті, %;

(FeO)_x - вміст FeO в залізорудній суміші, %.

ΔО₂ = 1/9 ·[13,7 – x ·16,99 ·0,01]=1,52 – 0,017x.

1.4.5. Рівняння матеріального балансу ( з урахуванням ΔО₂)

0,987x + 0,56y + 0,156z – 101,52 = 0.

1.5. Складаємо рівняння теплового балансу

1.5.1. Розрахунок теплоти згорання твердого палива в СО₂ та СО.

Теплота згорання вуглецю шихти визначається з урахуванням співвідношення СО₂/СО в газах, що видаляються. Приймаємо, що це співвідношення дорівнює 4, тобто СО₂/СО = 0,8/0,2 = 4.

Для такого співвідношення формула розрахунку має вигляд

q_c = 0,8С_ш·33411 + 0,2С_ш·9797 (кДж/100 кг агломерату),

де С_ш = (С_{кокс. дріб’яз.}·0,01)·z;

33411 та 9797 - теплота горіння С відповідно до СО₂ та СО (кДж/1 кг С);

С_{кокс. дріб’яз.} - вміст вуглецю в коксовому дріб’язку, %.

С_ш=(82,04·0,01)·z=0,8204z;

q_c = 0,8·0,8204z ·33411 + 0,2·0,8204z ·9797 =23536,32 z

(кДж/100 кг агломерату).

1.5.2. Визначаємо теплоту запалювання шихти полум’ям газового горну

Теплоту запалювання шихти полум’ям газового горну (q_зап.)приймаємо на основі досвіду

q_зап. = 15000 (кДж/100 кг агломерату).

1.5.3. Визначаємо теплоту шихти

q_ш = 1,05·t_ш (маса шихти + маса звороту),

де 1,05 кДж/(кг·град) – питома теплоємність шихти;

t_ш - температура шихти.

При температурі шихти 60 ºС та 40 % звороту ця стаття балансу отримує наступні значення

q_ш = 1,05·60·(x + y + z + 40) = 63x+63y+63z+2520 (кДж/100 кг агломерату).

1.5.4. Визначаємо теплоту горіння сульфідів

q_s= 0,95·0,01·z·9278· S_орг.,

де 0,95 - коефіцієнт вигорання S_орг.;

9278 - тепловий ефект реакції горіння S_орг., кДж/кг S;

S_орг. - вміст сірки в коксовому дріб’язку, %.

q_s= 0,95·0,01·z·9278·1,09 =96,07 z (кДж/100 кг агломерату).

1.5.5. Визначаємо теплоту повітря, що подається до аглострічки

q_пов. = с_пов.·t_пов.·v_пов.,

де t_пов. - температура повітря (приймаємо, що повітря подається до

стрічки з температурою 25 ºС);

с_пов. - теплоємкість повітря (C_p = 1,30 кДж/м³·град);

v_пов. - об’єм повітря, м³.

1.5.5.1. Для прийнятого співвідношення СО₂/СО = 4 потреба у кисню для горіння вуглецю визначається наступним чином

О_{2 с} = 2,4· С_ш = 2,4 ·82,04 ·0,01·z =1,97z (кг).

1.5.5.2. Виділяється кисню шихтою при термічній дисоціації та відновлення окислів заліза

O_т.д. = 1/9(FeO_агл. – ), (кг);O_т.д. =1,52 – 0,017x (кг).

1.5.5.3. Необхідно кисню для окислення S_орг.

О_Sорг. = 0,95S_орг·0,01 z,

де S_орг - вміст сірки в коксовому дріб’язку, %;

0,95 - коефіцієнт вигорання органічної сірки.

О_Sорг. = 0,95·1,09·0,01·z =0,01z (кг).

1.5.5.4. Виділяється кисню шихтою та використовується при горінні вуглецю

О_ш = O_т.д. – О_Sорг.= 1,52 – 0,017x – 0,01z (кг).

1.5.5.5. Потреба в кисні становить (кг/100 кг агломерату)

= О_{2 с} – О_ш = 1,98z + 0,017x – 1,52.

1.5.5.6. Потреба в кисні з урахуванням коефіцієнта надлишку повітря

= 1,2 ;

= 2,376z +0,020x – 1,824 (кг/100 кг агломерату).

1.5.5.7. Перейдемо від маси кисню до його об’єму

(м³ О₂/100 кг агломерату);

·(2,376z +0,020x – 1,824)= 1,66 z +0,014x – 1,28

(м³ О₂/100 кг агломерату).

1.5.5.8. Визначаємо об’єм азоту повітря

·= 6,24z +0,053x – 4,82 (м³ N₂/100 кг агломерату).

1.5.5.9. Визначаємо повний об’єм сухого повітря

;

=7,9z +0,067x – 5,56 (м³ /100 кг агломерату).

1.5.5.10. Визначаємо об’єм водяного пару (при вологості 1 %)

= 0,080z + 0,001x – 0,06

(м³ H₂O/100 кг агломерату).

1.5.5.11. Визначаємо повний об’єм вологого повітря

v_пов. = +=7,98z + 0,068x – 5,62 (м³ /100 кг агломерату).

1.5.5.12. Теплота повітря, що подається до агломераційної стрічки становить

q_пов. =1,30 ·25·(7,98z + 0,068x – 5,62)=259,35z +2,2x –182,62 (кДж/100 кг агломерату).

1.5.6. Визначаємо теплоту випаровування гігроскопічної вологи

q_гігр. = Н₂О_гігр.·2258 (кДж/100 кг агломерату),

де Н₂О_гігр.- середня оптимальна вологість при укладанні на стрічку.

Приймаємо Н₂О_гігр.= 9,5 %.

q_гігр. = 9,5·2258=21451 (кДж/100 кг агломерату).

1.5.7. Визначаємо теплоту дисоціації карбонатів шихти

q_карб.=40,44(·x + ·y) + 23,11(·x +·y),

де 40,44 та 23,11 - теплові ефекти розкладання карбонатів Са та Mg відповідно в перерахунку на 1 кг CО₂, що виділився в ході процесу, кДж/кг СО₂;

,- вміст СО₂ в СаСО₃ та MgСО₃ залізорудної суміші, %;

,-вміст СО₂ в СаСО₃ та MgСО₃ флюсової суміші, %.

= ППП_з.с.·СаО_з.с./(СаО_з.с.+MgO_з.с.)=0,41 %,

де ППП_з.с – вміст ППП в залізорудній суміші, %;

СаО_з.с. – вміст СаО в залізорудній суміші, %;

MgO_з.с. – вміст MgO в залізорудній суміші, %.

Аналогічно розраховуємо , ,.

q_карб.=40,44 (0,41 ·x +35,18·y) + 23,11 (0,26·x +8,69·y) = 22,59x +1623,54y (кДж/100 кг агломерату).

1.5.8. Розрахунок ентальпії газів, що відходять.

1.5.8.1. Визначаємо витрату газу на заживання палива аглошихти.

Приймаємо, що горн агломераційної машини опалюється сумішшю коксового та доменного газів з теплотою згорання суміші 7500 кДж/нм³. При витраті тепла на запалювання агломерату – 15000 кДж/100 кг агломерату, витрата газової суміші при повному згоранні становитиме

15000/7500 = 2 м³/100 кг агломерату.

1.5.8.2. Визначаємо об’єм летючих коксику.

Приймаємо, що всі летючі речовини складаються з метану - СН₄ .

V_лет. = 0,0127·z·= 0,018z (м³/100 кг агломерату),

де 0,0127 - вміст летючих у коксику.

1.5.8.3. Визначаємо об’єм надмірного кисню в газах що видаляються.

Приймаємо, що при коефіцієнті надлишку повітря не використовується у процесі горіння 1/6 частина кисню повітря.

(м³ О₂/100 кг агломерату).

Розрахунок виконано в п. 3.5.5.7.

=(1,66 z +0,014x – 1,28)/6=0,213z +0,0023x – 0,213

(м³ О₂/100 кг агломерату).

1.5.8.4. Об’єм азоту, що переходить у гази, що відходять розраховано у п.3.5.5.8.

=6,24z +0,053x – 4,82 (м³ N₂/100 кг агломерату).

1.5.8.5. Визначаємо об’єм SO₂ в газах, що відходять

=0,0109 ··z =0,004 z (м³ SO₂/100 кг агломерату).

1.5.8.6. Визначаємо об’єм СО₂ в газах, що відходять.

1.5.8.6.1. Об’єм СО₂, що утворюється при горінні вуглецю шихти

= 1,493· С_ш =1,493 ·82,04 ·0,01 ·z =1,22 z

(м³ СО₂/100 кг агломерату).

1.5.8.6.2. Об’єм СО₂, що утворюється при дисоціації карбонатів шихти СаСО₃ та MgСО₃.

0,68 ·0,01·x·+ 43,87 ·0,01·y·=0,003x +0,22 y

(м³ СО₂/100 кг агломерату).

1.5.8.6.3. Сумарний об’єм СО₂.

=+= 0,003 x +0,22 y +1,22 z

(м³ СО₂/100 кг агломерату).

1.5.8.7. Об’єм CO, що утворюється при горінні вуглецю шихти

= 0,446 · С_ш = 0,466 ·82,04 ·0,01 ·z =0,37 z (м³ СО/100 кг агломерату).

1.5.8.8. Визначаємо кількість водяного пару повітря з урахуванням гігроскопічної вологи

= + Н₂О_гігр.·22,4/18 (м³ Н₂О/100 кг агломерату),

де - об’єм водяного пару в повітрі визначено в п. 3.5.5.10;

Н₂О_гігр. - маса гігроскопічної вологи (кг Н₂О/100 кг агломерату).

При прийнятій вологості шихти (9,5%) - Н₂О_гігр.=9,5 (кг Н₂О/100 кг агломерату).

= 0,080z + 0,001x – 0,06 +9,5 ·22,4/18 = 0,080z + 0,001x+11,79

(м³ Н₂О/100 кг агломерату).

1.5.8.9. Загальний об’єм газів, що відсмоктуються

+ ;

= 0,058 x + 0,22 y + 7,842 z +8,757 (м³ /100 кг агломерату).

1.5.8.10. Приймаємо величину шкідливих прососів рівною 50 %, тоді об’єм газів, що відсмоктуються буде вдвічі більшим

=2· =0,116 x+0,44 y+ 15,684 z + 17,59 (м³ /100 кг агломерату).

1.5.8.11. Приймаємо температуру газів, що відходять - t_{газ. відх.} =150 ºС (питома теплоємність 1,36 кДж/м³·град).

Тоді ентальпія газів, що відходять дорівнює

q_{газ. відх.} =150 ·1,36 · =150 ·1,36 ·(0,116x + 0,44 y + 15,684 z + +17,59)=23,664 x +89,76 y +3199,536 z +4221,6

(кДж/100 кг агломерату).

1.5.9. Тепловміст пірога агломерату

Приймаємо тепловміст пірога готового агломерату рівним 40000 кДж/100 кг агломерату. Окрім 100 кг годного агломерату отримуємо 40 кг повернення (коефіцієнт 1,4 в розрахунку).

Тоді q_п = 40000 ·1,4 = 56000 (кДж/100 кг агломерату+40 кг звороту).

1.5.10. Теплоту утворення силікатів та феритів приймаємо рівною 3%

α = 0,03.

1.5.11. Теплові витрати приймаємо рівними 10 %

С = 0,1.

1.5.12. Рівняння теплового балансу

(65,2x + 63,0 y + 23695,39 z + 17337,35)/(1-0,03) = (68,844 x + 1713,3 y + +3199,536 z +81672,6)/(1-0,1);

-9,27 x – 1838,72 y +20873,2z – 88963,77 = 0.

1.6. Вирішуємо систему трьох рівнянь з трьома невідомими (x, y, z)

14,21·x – 50,64·y + 15,38·z = 0;

0,987x + 0,56y + 0,156z – 101,52 = 0;

-9,27 x – 1838,72 y + 20873,2 z – 71090,21 = 0.

1.6.1. Витрата рудної суміші x = 87,12 (кг /100 кг агломерату).

1.6.2. Витрата флюсової суміші y = 26,18 (кг /100 кг агломерату).

1.6.3. Витрата коксику z = 5,70(кг /100 кг агломерату).

1.6.4. Витрата компонентів рудної суміші

1.6.4.1. Залізорудний концентрат 87,12·0,58 = 50,53(кг/100 кг агломерату).

1.6.4.2. Залізна руда 87,12·0,38 = 33,11(кг/100 кг агломерату).

1.6.4.3. Колошниковий пил 87,12·0,04 =3,48(кг /100 кг агломерату).

Взагалі 87,12 (кг /100 кг агломерату).

1.6.5. Витрата компонентів флюсової суміші

1.6.5.1. Звичайний вапняк 26,18·0,5 = 13,09(кг/100 кг агломерату).

1.6.5.2. Доломітизований вапняк 26,18·0,5 =13 09,(кг/100 кг агломерату).

Взагалі 26,18 (кг /100 кг агломерату).