刘鹏等：基于镍铁治炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 861 Q底=3.6q底F底=3.6kpA/D(L内-1空)F度·(29) 2Ni0+2C+02=2Ni+2C02↑， ③出料炉门散热 Fe,03+C0=2Fe0+C02↑， 出料炉门辐射散热量： Fe0+C0=fe+C02↑， Q孔=20.41(T/100)F乳中k开和 (30) CaC0,=Ca0+C02↑， 出料炉门漏气量： C+C02=2C0↑， V,=3600pu乳√p1+B 2△P1 4C+30,=2C0,+2C0↑ (31) 等化学反应，及经干燥筒后红土矿量和成分计算N0、 出料炉门漏气散热量： Fe,0,、fe0、C的反应量和Ni、fe0、Ca0、Fe、CO、CO2生 Q孔漏=V。C,l气k开a (32) 成量以及生成的焙烧砂量和成分 ④进料炉门散热. 第四步依据矿热炉中发生 进料炉门散热量： NiO+C=Ni+CO↑， Q乳=20.41（T孔100)F孔k开和 (33) Fe0+C=CO↑+Fe, 进料炉门漏气量： Si02+2C=Si+2C0↑， 2AP 1 Cr203+3C=2Cr+3C0↑ ,=3600pF√p1+4 (34) 等化学反应及回转窑焙烧砂量和成分计算出Ni、Fe、 进料炉门漏气散热量： Si、C和C0量，炉渣量和成分，还有产生的镍铁产品 Q孔漏=V。C,l1k开和 (35) 量和成分 式中：F单为计算散热面积，m:a为外表面对空气的 第五步根据对碱度的要求计算熔剂的含量，并 辐射给热系数，W·m2.℃；a对为外表面对空气的对 依据矿热炉中C0含量计算炉气量和成分，再根据回 流给热系数，W·m2℃1：C为导来辐射系数，W· 转窑和矿热炉中C反应量可求无烟煤量. m2,K4;C为实验系数：T和t分别为壁面热力学温 第六步根据干燥筒、回转窑和矿热电炉各自热 度和摄氏温度：T空和【空为空气热力学温度和摄氏温 量守恒，计算干燥筒和回转窑中各自烟煤需要量，进而 度：为炉内温度，℃：9底为炉底单位面积散热损失，W 求出产生的烟气量. m2;F账为炉底的内表面，m2;k为考虑到侧炉墙厚度 能量流计算步骤：同样以12th的镍铁产品为基 础计算 影响的系数：©为炉底形状系数；入为炉底材料的导热 系数，W·m1℃；D为炉底直径或矩形炉底短边的 第一步（干燥筒能量流计算） 输入热量：根据已确定的烟煤量计算烟煤燃烧 长度，m:T为孔口热力学温度，K;F为炉墙上门孔或 热、烟煤带入热量和空气带入热量，由红土矿量计算 缝隙的面积，m2;中为遮蔽系数：k和为每小时内孔口 红土矿带入热量，由红土矿和烟煤中游离水量计算 的散开时间，h·h;u为束流系数；△P为孔或缝附近 水分带入热量，由回转窑产生的烟气量计算烟气带 炉压，Pap气为漏气在t气下的密度，kgm3B为气体 入热量. 的膨胀系数：C,为漏气的平均热容，kJ·(m3.℃)l;t气 输出热量：依据烟煤和红土矿中蒸发水量可计算 为漏气温度，℃ 蒸发水分带走热量，由干燥后红土矿量可计算剩余红 1.4计算步骤 土矿带走热量，由干燥简中产生的烟气量计算烟气带 物质流计算步骤0-Ⅲ：以12th的镍铁产品为 走的热量，由干燥筒炉体结构和尺寸计算热损失. 基础计算. 第二步（回转窑能量流计算） 第一步根据Ni回收率计算含Ni总量，通过红 输入热量：根据已确定的烟煤量计算烟煤燃烧热、 土矿中Ni的成分计算干红土矿总量，再根据含水率计 烟煤带入热量和空气带入热量，由矿热炉炉气量计算 算湿红土矿总量，由红土矿成分质量分数计算各成分 炉气燃烧热和炉气带入热量，由红土矿量计算红土矿 含量. 带入热量，由红土矿、无烟煤和烟煤中游离水量计算水 第二步根据工艺脱水要求计算干燥筒中脱水 分带入热量，由石灰石量计算石灰石带入热量，由无烟 量、剩余红土矿量及其成分，由已确定干燥筒中烟煤量 煤量计算还原煤带入反应热 和回转窑产生的烟气量计算干燥简中生成烟气量 输出热量：依据焙烧砂量可计算焙烧砂带走热量， 第三步依据回转窑中发生 由还原反应公式计算还原反应热网，由无烟煤、烟煤 2Fe00H-→Fe203+H,0, 和红土矿中含水量计算蒸发水带走热量，由回转窑中 (Mg,Fe,Ni)Si2O;(OH)- 产生的烟气量计算烟气带走的热量，由石灰石量计算 (Mg,Fe,Ni)SiO,+(Mg,Fe,Ni),SiO,+2H,O, 石灰石分解吸收热量，由回转窑炉体结构和尺寸计算刘 鹏等: 基于镍铁冶炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 Q底 = 3. 6q底 F底 = 3. 6kφλ/D( t内 － t空 ) F底 ． ( 29) ③出料炉门散热． 出料炉门辐射散热量: Q孔辐 = 20. 41 ( T /100) 4 F孔 k开口 ． ( 30) 出料炉门漏气量: V0 = 3600μF孔 2ΔP 槡ρ气 1 1 + βt气 ． ( 31) 出料炉门漏气散热量: Q孔漏 = V0Ct t气 k开口 ． ( 32) ④进料炉门散热． 进料炉门散热量: Q孔辐 = 20. 41 ( T孔 /100) 4 F孔 k开口 ． ( 33) 进料炉门漏气量: V0 = 3600μF孔 2ΔP 槡ρ气 1 1 + βt气 ． ( 34) 进料炉门漏气散热量: Q孔漏 = V0Ct t气 k开口 ． ( 35) 式中: F壁 为计算散热面积，m2 ; α辐 为外表面对空气的 辐射给热系数，W·m － 2·℃ － 1 ; α对 为外表面对空气的对 流给热系数，W·m － 2·℃ － 1 ; C导 为导来辐射系数，W· m － 2·K － 4 ; C 为实验系数; T壁 和 t壁 分别为壁面热力学温 度和摄氏温度; T空 和 t空 为空气热力学温度和摄氏温 度; t内 为炉内温度，℃ ; q底 为炉底单位面积散热损失，W ·m － 2 ; F底 为炉底的内表面，m2 ; k 为考虑到侧炉墙厚度 影响的系数; φ 为炉底形状系数; λ 为炉底材料的导热 系数，W·m － 1·℃ － 1 ; D 为炉底直径或矩形炉底短边的 长度，m; T孔 为孔口热力学温度，K; F孔 为炉墙上门孔或 缝隙的面积，m2 ;  为遮蔽系数; k开口 为每小时内孔口 的敞开时间，h·h － 1 ; μ 为束流系数; ΔP 为孔或缝附近 炉压，Pa; ρ气 为漏气在 t气 下的密度，kg·m － 3 ; β 为气体 的膨胀系数; Ct为漏气的平均热容，kJ·( m3 ·℃ ) － 1 ; t气 为漏气温度，℃ ． 1. 4 计算步骤 物质流计算步骤［10 － 11］: 以 12 t·h － 1的镍铁产品为 基础计算． 第一步 根据 Ni 回收率计算含 Ni 总量，通过红 土矿中 Ni 的成分计算干红土矿总量，再根据含水率计 算湿红土矿总量，由红土矿成分质量分数计算各成分 含量． 第二步 根据工艺脱水要求计算干燥筒中脱水 量、剩余红土矿量及其成分，由已确定干燥筒中烟煤量 和回转窑产生的烟气量计算干燥筒中生成烟气量． 第三步 依据回转窑中发生 2FeOOH Fe → 2O3 + H2O， ( Mg，Fe，Ni) 3 Si2O5 ( OH) 4→ ( Mg，Fe，Ni) SiO3 + ( Mg，Fe，Ni) 2 SiO4 + 2H2O， 2NiO + 2C + O22Ni + 2CO2↑， Fe2O3 + CO 2FeO + CO  2↑， FeO + CO Fe + CO  2↑， CaCO3CaO + CO2↑， C + CO22CO↑， 4C + 3O22CO2 + 2CO↑ 等化学反应，及经干燥筒后红土矿量和成分计算 NiO、 Fe2O3、FeO、C 的反应量和 Ni、FeO、CaO、Fe、CO、CO2生 成量以及生成的焙烧砂量和成分． 第四步 依据矿热炉中发生 NiO + C Ni + CO  ↑， FeO + C CO  ↑ + Fe， SiO2 + 2C Si + 2CO  ↑， Cr2O3 + 3C 2Cr + 3CO  ↑ 等化学反应及回转窑焙烧砂量和成分计算出 Ni、Fe、 Si、Cr 和 CO 量，炉渣量和成分，还有产生的镍铁产品 量和成分． 第五步 根据对碱度的要求计算熔剂的含量，并 依据矿热炉中 CO 含量计算炉气量和成分，再根据回 转窑和矿热炉中 C 反应量可求无烟煤量． 第六步 根据干燥筒、回转窑和矿热电炉各自热 量守恒，计算干燥筒和回转窑中各自烟煤需要量，进而 求出产生的烟气量． 能量流计算步骤: 同样以 12 t·h － 1的镍铁产品为基 础计算． 第一步( 干燥筒能量流计算) 输入热量: 根据已确定的烟煤量计算烟煤燃烧 热、烟煤带入热量和空气带入热量，由红土矿量计算 红土矿带入热量，由红土矿和烟煤中游离水量计算 水分带入热量，由回转窑产生的烟气量计算烟气带 入热量． 输出热量: 依据烟煤和红土矿中蒸发水量可计算 蒸发水分带走热量，由干燥后红土矿量可计算剩余红 土矿带走热量，由干燥筒中产生的烟气量计算烟气带 走的热量，由干燥筒炉体结构和尺寸计算热损失． 第二步( 回转窑能量流计算) 输入热量: 根据已确定的烟煤量计算烟煤燃烧热、 烟煤带入热量和空气带入热量，由矿热炉炉气量计算 炉气燃烧热和炉气带入热量，由红土矿量计算红土矿 带入热量，由红土矿、无烟煤和烟煤中游离水量计算水 分带入热量，由石灰石量计算石灰石带入热量，由无烟 煤量计算还原煤带入反应热． 输出热量: 依据焙烧砂量可计算焙烧砂带走热量， 由还原反应公式计算还原反应热［12］，由无烟煤、烟煤 和红土矿中含水量计算蒸发水带走热量，由回转窑中 产生的烟气量计算烟气带走的热量，由石灰石量计算 石灰石分解吸收热量，由回转窑炉体结构和尺寸计算 · 168 ·