烧结球团厂设计第四讲课件.ppt
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- 烧结 球团厂 设计 第四 讲课
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1、第 四 讲烧结(球团)生产过程计算烧结(球团)生产过程计算4、烧结(球团)生产过程计算、烧结(球团)生产过程计算 概述概述 4.1 计算的目的、内容及原则计算的目的、内容及原则 4.2 配料计算配料计算 4.3 烧结物料平衡与热平衡烧结物料平衡与热平衡 思考题思考题概述概述 重点:重点:(1)掌握配料计算方法;(2)掌握物料平衡计算方法;(3)掌握热平衡计算方法。难点:难点:热平衡计算 目的和要求:目的和要求:掌握各种配料计算方法和物热平衡计算方法,为课程设计、毕业设计的生产过程计算以及毕业论文的烧结配料计算奠定基础。授课特点:授课特点:以马鞍山钢铁公司烧结厂(毕业实习基地)的生产数据为基础,
2、进行配料计算、物料平衡计算和热平衡计算,介绍各种参数选取方法,同时介绍课程设计、毕业设计以及烧结试验过程(配料计算)中经常出现的问题,从而帮助学生掌握各种计算方法。4.1 计算的目的、内容及原则计算的目的、内容及原则 4.1.1 目的(1)保证产品质量;(烧结矿化学成分:配料计算、水分、焦炭)(质量:R;燃料FeO强度、还原性)(2)合理选择设备(配料计算、物料平衡计算、热平衡计算是设备选择的基础)热平衡:了解热量消耗,便于节能(3)了解和控制生产操作过程 配料计算:了解产品质量、成本等 物料平衡:原料需要量(4)核算经济效益:烧结矿成本 4.1.2内容:配料计算 物料平衡计算 热平衡计算(1
3、)配料计算:以原料化学成分、年供应量及产品质量的要求为依据进行原料配比计算。作用:保证产品化学成分稳定(R、TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等);管理生产的需要(原料供应量、原料成本等);其它计算的基础;(物料平衡、热平衡、设备选择计算等)(2)物料平衡计算:遵循物质不灭定律,即进入烧结过程的物料总重要必须等于该过程排出的各种产物的总重量。作用 确定各工序处理的物料量;(熔剂燃料破碎、各配料量、混合料、烧结矿等)中间物料的组成;产品及“三废”物质的数量及组成(废气-烟气SO2浓度、废水、废渣)(3)热平衡计算根据能量导恒定律,进入烧结机系统的热量应等于烧结机支出的热量。研究热量的供
4、应和分配状况。作用:评价烧结机的热效率水平;(从热耗角度,煤应供应多少,通过考察热利用水平,改进烧结机热工操作制度与设备结构)热工设备结构的设计和改造;(点火炉煤气耗热量、带冷机带走热量、固体燃耗)使热工设备在最佳条件,达到高产优质。4.1.3 原则(1)热平衡计算时,基准温度为0;(2)以单位质量成品矿需要的物料和热量为单位,如kg/t.s,KJ/t.s (hg/100kg.s)(3)固体或气体燃料发热值,使用低位发热值;固体或点火用气体、液体燃料:应用基低位发热值;煤气:湿煤气低位发热量 (应用什么样的燃料,就采用它的值)(4)国际统一单位(质量:kg、t;力:N;压力:Pa;热量:J K
5、J NJ GJ)4.2 配料计算配料计算 4.2.1 依据和原则(1)依据 原料化学成分 烧结矿质量要求(TFe、R、P、S)原料供应情况或试验结果经济效益(成本最低)(2)原则 原料除烧损、90%S(脱S率为90%)外,其余全部进入烧结矿;燃料的灰分进入烧结矿;(注意:实际计算时的灰分注意:实际计算时的灰分成分)成分)TFe、CaO、SiO2、MgO、Al2O3在烧结过程中不变化(质量);不考虑机械损失;(FeO氧化,MnO发生反应)4.2.2 计算的项目及公式(1)碱度的确定与计算1)碱度的确定烧结矿碱度是根据高炉冶炼时规定的炉渣碱度来确定的。高碱度烧结矿+块矿 高炉炉料结构 高碱度烧结矿
6、+酸性球团矿*自熔性烧结矿(100%)酸性球团矿+石灰石注:a.块矿还原性不如酸性球团矿(R=0.80.9)b.自熔性烧结矿(R=1.21.3)强度差2)表示方法二元碱度:R=CaO/SiO2 三元碱度:R=(CaO+MgO)/SiO2四元碱度:R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)因为我国烧结厂原料中MgO、Al2O3含量较稳定,一般考虑二元碱度。3)计算思路 含铁:Fe矿,%混合矿 CaO:CaO矿,%SiO2:SiO2矿,%焦炭灰分 CaO:CaO焦,%SiO2:SiO2焦,%生 铁 铁:Fe铁,%Si:Si铁,%高炉炉渣R=1.2 焦比K-Kg/100kg生铁计算:高炉炉料R
7、 (100%自熔性烧结矿)不考虑生铁带走Si 考虑生铁带走Si(从炉渣中带走)*不考虑生铁带走Si 生产100kg生铁所需矿石量G矿 kg 混合矿和焦炭带入高炉炉渣中的SiO2量,kg 混合矿和焦炭带入高炉炉渣的CaO量,kg炉渣碱度:矿矿铁FeGFe100100矿铁矿FeFeG100/100/222焦矿矿SiOKSiOGSiO100/100/焦矿矿CaOKCaOGCaO焦矿矿焦矿矿222SiOKSiOGCaOKCaOGSiOCaOR矿焦焦矿矿矿GCaOKSiOKRGSiORCaO22混合矿碱度:矿矿焦焦矿矿焦焦矿矿矿矿222222SiOGCaORSiOKRSiOGCaOKRiOSKRSiOG
8、SiOCaOR矿铁矿焦焦22100)(SiOFeFeCaORSiOKRR中和焦炭灰分中的酸性造渣物需补充的CaO*考虑生铁带走Si 生产100kg生铁需混合矿量G矿,kg100矿生矿FeFeG10014.2100100100222铁焦矿矿SiSiOKSiOGSiO SiSiO228铁Si60 xkgSiSix,14.22860铁铁 混合矿及焦炭带入高炉炉渣中CaO量,kg 混合矿、焦炭带入高炉炉渣及生铁带走中的SiO2量,kg 100100焦矿矿CaOKCaOGCaO铁焦矿矿焦矿矿SiSiOKSiOGCaOKCaOGSiOCaOR14.2100100100100222矿焦铁焦矿矿矿GCaOKS
9、iRSiOKRGSiORCaO21422矿矿焦铁焦矿矿2 21422SiOGCaOKSiRSiOKRGSiORR矿生矿铁焦焦21002142SiOFeFeRSiCaORSiOKR例:高炉炉渣R=1.2,焦比K=57.5kg/100kg生铁焦炭灰分11.38%,CaO=5.32%,SiO2=45.12%生铁:Fe生=94%,Si铁=0.7%高炉炉料:烧结矿80%,TFe 53%,SiO2 9.47%球团矿20%,TFe 60%,SiO2 6.54%,CaO 0.85%求:烧结矿R(不考虑生铁带走Si)(通过此例,使掌握烧结矿、球团矿碱度的确定方法)矿生矿焦焦混22100SiOFeFeCaORSi
10、OKRR54.62.047.98.094100602.0538.032.51138.02.112.451138.05.572.14.12.02.1球烧球烧混22.028.02.08.0SiOSiOCaOCaOR8.02.02.08.022球球烧混烧CaOSiOSiORCaO63.12烧烧SiOCaOR4.2.3 计算方法(1)经验配料法现场1)特点 快 误差大(经验)2)思路 设置配料比(根据原料种类和化学成分、烧结矿化学成分指标)例:铁矿72%,生石灰 1.5%石灰石10%白云石7%焦粉5.7%验证(烧结矿化学成分化验结果)调 调整 (上一个班的生产情况、现在的生产情况、再估计一个配料比进行
11、验算,调整)确准(当验算结果与烧结矿质量指标相符合,确定为最终的配料比)FennFemmFezFezyFeyxFex烧100100/nFenmFemzFezyFeyxFexFe烧(2)简单理论配料计算1)特点 准确 快 适用于少量原料种类(3)2)步骤 假设生产100kg烧结矿需要的各种原料用量铁矿1:x kg 铁矿2:y kg 石灰石:zkg 高炉灰:mkg 焦炭:n kg 原料的烧残率,%列平衡方程a.铁平衡方程b.碱度平衡方程 nSiOmSiOySiOxSiOnCaOnmCaOmzCaOzyCaOyxCaOxRnmyX2222ZSiORCaOySiORCaOxSiORCaOZZyyxx2
12、22nCaOSiORmCaOSiORnnmm22c.氧平衡方程失氧:100/iiFeOQFeOQFeO烧烧FeOO912烧QaQOii1002100/91iiFeOQFeOQ烧烧烧QaQii100nmZyxFeOnFeOmFeOzFeOyFeOxFeO烧100得氧:FeOnanFeOmamFeOzFeOzayFeOyaxFeOanCaOnnSiORmCaOmmSiORzSiORCaOySiORCaOxSiORCaOFenFemFezFeyFexFenmzyxxzzyyxxnmzyx999000010099910022222烧烧nnmmFeOanFeOamFeO9990000100烧zFeOay
13、FeOaxFeOazzyxxy999900009namazayaxanmzyx321zyx333222111cbacbacba3332221111cbdcbdcbd3332221112cdacdacda注意注意:如何编程序?(3)线性规划法 1)定义线性规划法:在满足一组约束条件下,寻求一组变量x1,x2,xn的值,使目标函数达到极大值(或极小值)。如果约束条件和目标函数都是线性,则称为线性规划。线性规划数学模型由三部分构成:1njxxX变量:也称为未知数,用x1,x2xn表示(非负)约束条件:实现系统目标的限制因素,它涉及到企业内部条件和外部环境 (、=)如:资源的限、计划指标、产品质量要求
14、、市场销售状况等。目标函数:是决策者要达到的最优目标与变量之间关系的数学模型,是一个极值问题。2)特点 快;准确 考虑了经济技术指标 适合于各原料种类 有利于自动化3)计算原则 把要配入的几种原料的配入量设为待求变量;xj配矿量,kg/100kg-s nmijaAA 1miaBB njcCC1njjjXCf21min用这几种原料中分别含有的TFe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等化学成分及铁氧化物在烧结过程中的氧平衡方程构成的约束条件系数矩阵 将烧结矿成份的要求值作为约束条件左端限制常数向量 以配料成本最低来衡量方案优劣。这样,便可取这几种原料的价格作为目标函数的价格系数向量 TFeFe
15、OCaOMgOAl2O3SR565778101122.51.5330 X310 目标函数:X1300kg/t-s X3100kg/t-s X1+X2+X3700kg/t-s X4=3050kg/t-s X760kg/t-s X10=5070kg/t-s 约束方程 X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10配矿量配矿量/kg/100kg-s303.57636.4257.04162.210.78.3796.9配比配比%25.813.0831.344.306.065.161.899.217.215.94 配 比 计算结果 成本:317.08元/t 212.33.3minxxf2132.033.0mi
16、nxxf元/t-s 元/100kg-s 5)烧结矿化学成分 烧结矿产量计算*简易法,即不考虑在烧结过程中FeO的变化式中:Ig某种原料的烧损,%;S某种原料的含S量,%*考虑FeO变化SIgQQ9.01烧FeOQQFeOOOQSIgQ烧烧烧91229.01FeOQQFeOQSIgQ烧烧烧919.01烧烧FeOFeOSIgQQ9/9.019TFeaSiO2CaOAl2O3MgOSFeOR565.510.821.6320.0171.91烧结矿化学成分*FeO与烧结过程氧化还原反应有关,所以不能简单计算,%/1.0烧QSQSii,%/)(烧QFeQTFeii烧结矿化学成分预算*Fe、SiO2、CaO
17、、MgO、Al2O3不变4.3.1 4.3.1 物料平衡物料平衡 4.3.2 4.3.2 热平衡热平衡 4.3 烧结物料平衡与热平衡烧结物料平衡与热平衡 成品烧结矿 返矿量支出部分 铺底料量 废气量(点火、烧结、分解)机械损失4.3.1 4.3.1 物料平衡物料平衡 各种原料用量 返矿量 铺底料量收入部分 混合料水分 点火煤气量 点火空气量 烧结空气量(包括漏风)哈哈默默 利利矿矿戈德戈德头斯头斯矿矿里奥里奥多西多西矿矿姑姑山山 精精矿矿安安庆庆 精精矿矿纽曼纽曼山精山精矿矿生生石石灰灰石石灰灰石石白白云云石石焦焦粉粉符符号号G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10重量重量/kg.t-130
18、035.76364.245070.41602210783.7969(1)收入部分 1)各种原料用量 通过配料计算得到单位质量烧结矿所需各种原料量G料=1162.20kg/t-s,%100返料返GGGfffGG100料返tkgG/08.498703020.1162返 3)铺底料 G铺 一般为成品烧结矿的10%15%,厚料层烧结时取低值。(铺底料高度一般为30-40mm)tkgG/100%10100铺 2)返矿量 G返 f返矿配比,%,根据生产实践或烧结试验确定,一般为30%35%左右,外配40%tkgG/37.1448100808.49820.1162水例如:混合料适宜水为8%,%100水返料水
19、GGGGWWWGGG100返料水 4)混合料水量 G水 适宜水7%8%5)点火煤气量 G煤气 煤气点火煤气qQV煤气煤气煤气VGtmV/512.6192581254003煤气tkgG/061.347.0152.6煤气化学化学组成组成CO2COH2CH4CmHnO2N2密 度密 度/k g.m-3发热值发热值/KJ.m-3%3.41 0.453243.00.65.60.4719258式中:Q点火点火所需热量,KJ/t 125400KJ/t-s q煤气煤气发热值,KJ/m3 r 点火煤 气密度,kg/m3 焦炉煤气化学组成及发热值 2221COOCO 0.104 Lco x1 X1=0.104m3
20、 b.H2燃烧需氧量LH2和产生水量y1OHOH22221 0.53 LH2 y1 c.CH4燃烧需气量LCH4和产生的CO2量X2和水量y23265.02153.02mLH3153.0my 3052.021104.0mLco2221COOCO6)点火空气量G点空 以1m3煤气为单位计算化学反应所需空气量a.CO燃烧需氧量LCO和产生的CO2量X1300774.5124.44.1mLLS考虑空气过剩系数0 则 32242124.421.02mLLLLLLOHCCHHCOo0.03 LC2H2 X3 y3LC2H2=0.032.5=0.075m3 1m3煤气燃烧所需空气量Lo 3306.0203
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