高炉配料计算

高炉炼铁主要经济技术指标 选定（1） 高炉有效容积利用系数()高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜1m有效容积的生铁产量。可用下式表示：式中： 高炉有效容积利用系数，t /(m3d) 高炉每昼夜的生铁产量，t /d高炉有效容积，m3 是高炉冶炼的一个重要指标，有效容积利用系数愈大，高炉生产率愈高。目前，一般大型高炉超过2.3，一些先进高炉可达到2.9。小型高炉的更高。本设计中取2.7。（2） 焦比（）焦比即 每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量。可用下式表示：K=QKP式中 高炉焦比，kg/t 高炉每昼夜的生铁产量，t /d高炉每昼夜消耗焦炭量，kg/d焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物的焦炭置换量。本设计中取K= 330 kg/t（3） 煤比（）冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计中取煤比为180 .（4） 冶炼强度（）和燃烧强度（）高炉冶炼强度是每昼夜有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗量与的比值, 本设计=1.1 t/m3d。燃烧强度既每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭量。本设计i= 30 t/m2d。（5） 生铁合格率 化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。它是衡量产品质量的指标。（6） 生铁成本生产一吨合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费用的总和，单位为 元/t。（7） 休风率休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数。先进高炉休风率小于1。（8） 高炉一代寿命高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。大型高炉一代寿命为1015年。烧结矿、球团矿、块矿用矿比例（炉料结构）：63:27:10 高炉炼铁综合计算高炉炼铁需要的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷吹燃料)的量是有一定规律的，根据原料成分、产品质量要求和冶炼条件不同可以设计出所需的工艺条件。对于炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要任务，就是计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼预定成分生铁所需要的矿石、熔剂数量。对于生产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说不存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出铁量、理论渣量等，有时因冶炼条件变化需要作变料计算 1。4.1 高炉配料计算配料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和熔剂的用量，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。4.1.1已知条件4.1.1.1 原始数据整理生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不相吻合，加之分析方法不同存在分析误差，以致各种化学组成之和不等于100%。因此，应该先确定元素在原料存在的形态，然后进行核算，使总和为100%。换算为100%方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为100%，或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为100%。调整幅度不大时，以调整Al2O3或MgO为宜。在各种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方法处理。烧结矿分析的S，P，Mn 分别以FeS， P2O5，MnO形态存在。它们的换算为：S存在形式为FeS，换算关系为： w(FeS)=w(S)%P存在形式为P2O5，换算关系为： w(P2O5) =w(P)%Mn存在形式为MnO，换算关系为： w(MnO)=w(Mn)%式中的S，P，Mn等元素皆为分析值（百分含量），当要计算Fe2O3时，需要从生铁（TFe）中扣除FeO和FeS中的Fe，再进行换算。w(Fe2O3)= 160/112*(w(Fe)-w(FeO)-w(FeS)%式中的Fe，FeO为分析所得烧结矿的全铁和氧化亚铁的百分含量，FeS为换算所得的硫化亚铁量。若天然矿石中的S以FeS2形态存在，换算式如下：w(FeS2)=w(S)%，式中S为分析所得的百分含量。4.1.1.2 矿石选配在使用混合矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当配比选取。此时，需要注意以下几点：（1） 矿石含P量不应该超过生铁允许含P量，因考虑P全部进入生铁，故需要依据矿石含量事先预算，若某种矿石冶炼含P超标，此种情况下，只能搭配含P更低的矿石冶炼。（2） 冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求。wMn=w(Mn)矿m(Fe)铁/w(Fe)矿式中： wMn生铁含锰量，%； w(Mn)矿混合矿含锰量，%；锰的回收率，一般为0.50.6；m(Fe)铁矿石带入的生铁的铁量，kg/t铁；w(Fe)矿混合矿含铁量，%。（3） 冶炼锰铁时，为保证其含锰量，须检查矿石含铁量是否大于允许范围。w(Fe) 矿=(100-wMn-wC-wSi-wP)/100(wMn/wMn矿)式中：wMn,wSi,wC,wP表示锰铁中该元素含量，%；w(Mn)矿锰矿含锰量，%；w(Fe)矿锰矿允许含铁量，%；锰回收率，通常为0.70.82。（4）适当控制碱金属2。4.1.1.3 冶炼条件确定（1）根据原料条件，国家标准和行业标准等确定生铁成分。C，P元素一般操作不能控制，而Si,Mn,S等元素可以改变操作条件加以控制。（2）各种元素在铁，渣和煤气中的分配比例。按照经验和实际生产数据选取。一般可参考表4-1选。表4-1 常见元素分配率原料FeMnPS生铁0.9970.51.000炉渣0.0030.5煤气0.05（3）炉渣碱度选择，碱度主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利于矾的回收能力，在正常炉钢温度下，要保证流动性和稳定性，因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的MgO含量，若炉料含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求。本设计中取炉渣碱度R=1.1。（4）燃料使用量确定。确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条件，风温水平和生产经验等全面衡定，在有喷吹条件下，力争多喷燃料。本设计假定（1）焦比为330 kg/t，（2）煤粉喷吹量为180 kg/t，（3）炉渣碱度，（4）冶炼强度=1.1 t/m3d，（5）热风温度为1250，鼓风相对湿度为1% ，（6）炉顶煤气温度为400，（7）炉尘吹出量为8 kg/t，（8）直接还原度为 0.45，（9）焦炭与喷吹燃料中总碳量的1.2% 与生成CH。（5）原燃料成分分析，入炉原料成分见表4-2。表 4-2 入炉原料成分（%）物料TFeMnPSCuFe2O3FeOMnOCaO烧结矿55.040.1160.0510.2290.09469.1777.9910.15010.62球团矿65.670.0120.0220.1840.05592.2550.9940.0150.757进口矿56.3730.0530.0270.5310.70378.200.9030.0680.51混合矿58.050.0820.0410.2470.14476.315.3930.1056.946续表4-2物料MgOSiO2Al2O3P2O5Cu2OFeS烧损合计烧结矿2.4055.4011.9980.1160.1060.6291.407100.00球团矿0.1732.5841.2960.0490.0620.5051.31100.00进口矿0.16713.2091.5290.5840.7911.4592.58100.00混合矿1.5795.4211.7620.1450.1630.6791.497100.00其中，烧结矿、球团矿、块矿的比例（炉料结构）：63:27:10。石灰石成分如下表。CaOMgOSiO2AL2O3CO2合计52.572.211.701.8541.67100炉尘成分如下表。TFeMnPSCaOFe2O3FeOMnO43.20.240.0260.4858.344.7715.30.31MgOSiO2Al2O3P2O5FeS H2OC合计1.9913.81.310.060.2431.96711.95100（6）焦炭成分分析见表4-3。表4-3 焦炭成分（%）C挥发份0.927灰份12.632S合计H2COCO2N2CH4SiO2AL2OCaOMgO85.810.0610.3260.3560.1530.0316.3115.2420.8550.2240.631100（7）喷吹物 煤粉的成分见表4-4。 表4-4 喷吹物成分（%）C挥发份 7.142灰份 15.828S水分H2COCH4N2O2SiO2AL2OCaOMgO73.5813.537-0.0780.0493.4789.4385.6860.5670.1370.3033.1464.1.2 计算方法与过程为精确配料，现根据设计的生产要求，先根据生铁成分，然后用理论方法进行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后进行炉渣性能、生铁成分进行校核。4.1.2.1 生铁成分本计算假定为炼钢生铁，其含硅量为0.4，含硫量根据生铁规格和冶炼条件假定为0.03%。 预定的生铁成分如表4-5。表4-5 生铁成分（）成分SiMnSPCFe%0.40.270.030.084.5994.63100.004.1.2.2 计算混合矿量根据以上已知条件，先以1t生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。则：焦炭带入Fe量：0 kg；煤粉带入Fe量：0kg ；进入生铁中Fe量：946.3 kg；进入渣中Fe量： kg；进入炉尘中Fe量： 8 0.432=3.456 kg； 故需要混合矿量： kg。 4.1.2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量：假设石灰石加入量为X kg /t，则：混合矿带入CaO量：16416.946%=113.98 kg焦炭带入CaO 量：3300.855%=2.82 kg煤粉带入CaO量 ：1800.567%=1.02 kg石灰石带入CaO量 ：X52.57%=0.5257X kg炉尘带走的CaO量：8*8.3%=0.664 kg共带入CaO 量：113.98+2.82+1.02+0.5257X-0.664=117.82+0.5257X kg混合矿带入SiO2 量：16415.421%=88.96 kg焦炭带入SiO2 量：3306.311%=20.83 kg煤粉带入SiO2 量：1809.438%=16.99 kg石灰石带入SiO2量 ：X1.70%=0.017X kg炉尘带走的SiO2量：8*13.8%=1.104 kg还原硅所消耗的SiO2量：4*60/28=8.571 kg共带入SiO2 量：88.96+20.83+46.99+0.017X -1.104-8.571=117.105+0.017X kg由于设计的炉渣碱度：，则解得 石灰石加入量为23.00 kg/t。则总CaO量为129.91kg/t，总SiO2量为117.49kg/t。原料消耗总表如表4-6。表4-6 冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表（kg）种类焦炭混合矿石灰石煤粉公斤3301641.0023.001804.1.2.4 终渣成分及渣量计算（1） 终渣S含量炉料全部含S量：16410.247%+3300.631%+1800.303%=6.68kg进入生铁的S量： 10000.03%=0.3kg炉尘带走的S量：80.485%=0.0388 kg煤气带走的S量：6.680.05=0.334 kg故进入炉渣的S量： 6.68-0.3-0.0388-0.334=6.0072 kg（2） 终渣的FeO量：=3.66kg（3） 终渣的MnO量：16410.105%0.5=0.86kg（4） 终渣的SiO2量： =117.49kg（5） 终渣的CaO量： =129.91kg（6） 终渣的Al2O3量：16411.762%+3305.242%+1805.686%+23.00*1.85%-8*1.31%=56.77kg（7） 终渣的MgO量：16411.579%+3300.224%+1800.137%+23.002.21%-81.99%=27.25kg 终渣成分见表4-7。表4-7 终渣成分组元SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS合计CaO/SiO2kg117.4956.77129.9127.250.863.666.0072341.951.1%34.3616.6037.997.970.251.071.76100.00跟据炉渣百分组成，校验炉渣物理性质得：熔化温度为 1350-1450，粘度为0.7 PaS(1400)。该炉渣适合于炼钢铁生产。脱S能力的校核1 ， 计算实际温度T = 80 Si 10 Si2 + 1400 = 1430.4 2 , 计算系数 K = 2.7（1430.4/100） 0.067 ( 1430.4/100)2 24.063=0.849查表：S的理论分配系数（Ls）为：Ls= 1820 （1450条件下），Ls（实际） = K*Ls（理论分配系数）， S = （S (炉料带入)S (挥发)）/（1+（CaO+MgO+SiO+Al2O3重量和）Ls（实际）=（6.68-0.668）/（1+(129.91+27.25+117.49+56.77)*20）=0.00091，计算出的 S 生铁成分中的S =0.03，说明炉渣有足够的脱S能力，其中 S (挥发) = 炉料带入总S量的10%=0.668。4.1.2.6 生铁成分校核计算1) 含P量： （16410.041%-80.026%）/1000=0.067%2) 含S量： 0.03% 3) 含Si量： 0.4%4) 含Mn量：0.86/1000=0.067% 5) 含Fe量： 94.63% 6) 含C量： 100-0.067-0.03-0.4-0.067-94.63=4.806%生铁成分见表4-8。表4-8 实际生铁成分（%）元素FeSiMnPSC合计含量94.630.40.0670.0670.034.806100.00校核结果与生铁预定成分的误差很小，表明原定生铁成分合适。4.2 高炉物料平衡计算通过高炉配料计算确定单位产量生铁所需要的矿石、焦炭、石灰石和喷吹物等数量，这是制定高炉操作制度和生产经营所不可缺少的参数。而在此基础上进行的高炉物料平衡计算，则要确定单位生铁的全部物质收入与支出，即计算单位生铁鼓风数量与全部产品的数量，使物质收入与支出平衡。这种计算为工厂的总体设计、设备容量与运输力的确定及制定生产管理与经营制度提供科学依据，是高炉与各种附属设备的设计及高炉正常运转的各种工作所不可缺少的参数。4.2.1初始条件物料平衡是建立在质量守恒定律的基础上，以配料计算为依据计算的。计算内容包括：风量、煤气量，并列出收支平衡表。物料平衡有助于检验设计的合理性，深入了解冶炼过程的物理化学反应，检查配料计算的正确性。校验高炉冷风流量，核定煤气成分和煤气数量，并能检查现场炉料称量的准确性，为热平衡及燃料消耗计算打基础。计算前准备包括：(1) 原料全分析并校正为100%（表4-1表4-3）；(2) 生铁全分析；（表4-8）；(3) 各种原料消耗量（表4-6）；(4) 鼓风湿度，f =1%；(5) 本次计算选择直接还原度rd =0.45；(6) 设定焦炭和喷吹物含C总量的1.2%与H2 反应生成CH4。4.2.2风量计算(1) 风口前燃烧的碳量 ，根据碳平衡来求：1) 燃料带入的碳量=焦炭带入+煤粉带入-炉尘带走=33085.81%+18073.581%-811.95%=487.13 kg；2) 生成 消耗的碳量=487.131.2%=5.85kg；3) 溶于生铁的碳量=4.806%1000=48.06 kg；4) 直接还原消耗的碳量=还原锰消耗的+还原硅消耗的+还原铁消耗的+还原磷消耗的=0.6712/55+424/28+946.312/560.45+0.6760/62=95.47 kg ；故风口前燃烧的碳量 =487.13-5.85-48.06-95.47=337.75 kg。(2) 风量的计算（），根据氧平衡来求： 鼓风含氧浓度：0.21（1-f）+0.5f=0.21+0.29f=0.21+0.290.01=0.2129风口前碳燃烧所需氧量：337.75315.23m3其中煤粉带入氧量：4.38m则每吨生铁需要鼓风量：=1460.08m34.2.3 炉顶煤气成分及数量计算(1) 量的计算由燃料带入的C生成的量=5.85=10.92 m3焦炭挥发分含量=3300.031%=0.143 m3故进入煤气的量=10.92+0.143=11.063 m3(2) 入炉总H2量的计算鼓风带入H2+焦炭带入H2+煤粉带入H2即入炉的总H2量：1460.080.01+3300.061%+1803.537%=88.161m3设喷吹条件下，一般有40%的H2参加还原，则参加还原的H2量88.1610.4=35.264m3生成的H2量：10.922=21.84m3进入煤气的H2量：88.161-35.264-21.84=61.057 m3(3) 还原金属氧化物生成的CO2 的量的计算由Fe2O3FeO生成CO2的量：164176.31%=175.31 m3由FeOFe生成CO2的量：946.3(1-0.45)=208.186 m3 另外H2参加还原反应，相当于同体积的CO2所参加的反应，所以CO2的生成量中应该减去35.264 m3，故总计间接还原生成的CO2量为：175.31+208.186-35.264=348.232m3各种炉料分解或者带入的CO2量=焦炭挥发分的CO2量+混合矿分解的CO2量石灰石分解的CO2 量3300.356%+023.0041.67%=5.477m3因此，煤气的总CO2量=348.232+5.477=353.709 m3(4) 煤气中总CO的量的计算风口前碳素燃烧生成的CO的量=337.75 m3直接还原生成CO的量=95.47