矿热电石炉内物料的热平衡、物料分解计算方式及公式

矿热炉熔炼过程复杂，其工艺计算也很麻烦，要根据产品大纲、原料成分、操作工艺特点等具体进行。近期将分别列举矿热炉在无渣法、少渣法、有渣法和共生矿冶炼过程的配料、物料平衡和热平衡等的工艺计算过程。

本文主要内容有电石炉的平衡、热平衡、碳的平衡、氧化钙的平衡、碳酸钙的分解、水分的蒸发及分解的计算方式和计算公式。

电石炉的物料平衡及热平衡

1、工况测定

A 操作情况

电石炉容量：20MV·A;

平均功率：14500~15000kW;

平均二次电压：146V;

平均操作电流：64400A;

电极工作长度：1000mm;

平均投料配比：68(加副石灰后为63);

平均出炉时间：60min/炉;

出炉电石量：191.195t/48h(相当标准电石186.096t/48h);

测定时间：48h;

环境温度(作基准温度)：21℃。

B 物料分析

(1)石灰的总投料量为174734kg，其组成见表1。

表1石灰的组成

(2)焦炭的总投料量为110982kg，其组成见表2。

表2 焦炭的组成

(3)电极糊的总投料量为4129kg，其组成见表3。

表3 电极糊的组成

(4)电石总产量为191195kg，其组成见表4。

表4电石的组成

(5)炉气的组成见表5。

表5 炉气的组成

(6)炉气中粉尘总量11976kg，其组成见表6。

表6 炉气粉尘的组成

2、体系的划分及模型

A供入体系的能量

(1)电热Q0。

(2)漏入炉内的空气与一氧化碳燃烧后供入的热量Qco.

(3)所有物料均在环境温度下投入，因此无显热供入。

B排出体系的能量

排出体系的能量，共五项：

(1)电石生成热Q生;

(2)电石显热Q₁;

(3)电石相变热Q₂;

(4)副反应吸热Q₃;

(5)各项损失的热量Q₄~Q₈。

C 体系的模型

体系模型如图1所示。

图1 电石炉热平衡的体系模型

物料平衡计算

1、碳的平衡

A 碳元素总收入量

焦炭和电极糊带入的碳量

110982×84.81%+4129×82.37%=97525kg

B 碳元素总支出量

生成电石消耗碳量(按反应式CaO+3C===CaC2+CO计算)：

随炉气逸出损失碳量(由炉气含尘量计算)：

11976×26.61%=3187kg

料仓除尘带走碳量(由一周卸灰量推算)：14kg。

电石中含游离碳量：

191195×3.31%=6329kg

碳支出小计：93589kg。

其他副反应消耗碳量(收支相抵后)：3936kg。

副产CO气体：

2、氧化钙的平衡

A CaO的收入量

(1)由焦炭中吸收：

110982×0.69%=766kg

(2)由电极糊中收入：

4129×0.58%=24kg

(3)由石灰中收人：

174734×88.64%=154884kg

CaO收入合计：l55674kg。

B CaO的支出量

(1)生成电石消耗：

(2)随炉气逸出损失：

11976×0.3759=4502kg

(3)料仓除尘带走损失(由一周用量推算)：300kg.

(4)电石中残余CaO:

191195×0.1052=20114kg

CaO支出合计：155674kg。

3、碳酸钙的分解

由石灰分析值可知损失量为8.15%,其中2.3%为H₂O、5.85%为CO₂,折算为石灰中CaCO₃的含量为：

则CaCO₃总量为174734×13.29%=23223kg。

CaCO₃的分解反应有：

CaCO₃+C→CaO+2CO①

CaCO₃→CaO+CO₂②

A 由炉气中CO₂含量计算反应式②

用试差法计算，设炉气流量(标态)为1600m³/h(400m³/t),设炉子密封不严，漏入空气(标态)共36.6m³/h(2.3%),则炉气中CO₂总量为：

1600×2.72%×1.977×48=4130kg

漏入空气(标态)有20m³/h(55%)气体中的O₂与CO燃烧生成CO₂,即：

燃烧反应的O₂量为：

20×0.21×1.429×48=288kg

燃烧生成C02的量为：

则有4130-792=3338kgCO₂是由CaCO₃分解而得的。

消耗CaCO₃的量为：

B 计算反应式①

反应式①也可以认为是由反应②形成的CO₂被C还原成CO，即:

C0₂+C====2C0

由前面计算知，被C还原的CO₂量有：

生成CO量为：

多消耗的C量为：

反应①消耗的CaCO₃量为：

反应①与反应②共消耗CaCO₃量为：

15635+7586=23221kg

由以上计算得知CO₂的收支平衡，具体为：收入10218kg,支出10218kg。

4、水分的蒸发和分解

物料收入H₂O为：

174734×2.3%+110982×0.42%+4129×0.75%=4513kg

设有60%(2708kg)直接由炉气排入大气，40%(1805kg)按下式反应(此比例先按炉气中H₂含量粗算)：.

H₂O+C→H₂+C0

则生成CO量为：

生成H₂量为：

消耗C量为：

由以上计算得知水的收支平衡，具体为：收入4513kg，支出4513kg。

明天接着分享挥发分的分解、二氧化硅的还原、炉气流量、物料收支平衡等计算及计算方式。

商务/广告/软文合作

微信 ：18539562181（王小姐）

微信：13608696100（赵小姐）