高炉能量利用计算ppt课件

1、对于消费高炉，为了能对冶炼过程进展全面、定量的深化研对于消费高炉，为了能对冶炼过程进展全面、定量的深化研讨，发现增产、节焦的薄弱环节。提出努力方向和改革措施讨，发现增产、节焦的薄弱环节。提出努力方向和改革措施，也常要进展物料平衡和热平衡计算。，也常要进展物料平衡和热平衡计算。 4.4.1 高炉能量利用计算 4.4.2 高炉操作线图及其运用 高炉物料平衡和热平衡以配料计算为根底，并严厉遵守质量守恒和能量守恒定律。高炉物料平衡和热平衡以配料计算为根底，并严厉遵守质量守恒和能量守恒定律。4.4.1.1 配料计算和物料平衡配料计算和物料平衡配料计算的目的是根据巳知原、燃料成分和冶炼条件来决议矿石、燃料

2、和熔剂配料计算的目的是根据巳知原、燃料成分和冶炼条件来决议矿石、燃料和熔剂的需求量，以获得性能良好的炉渣和符合规格的生铁，并为编制物料平衡和热的需求量，以获得性能良好的炉渣和符合规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好根底。平衡打好根底。配料计算和物料平衡必需具备以下数据：配料计算和物料平衡必需具备以下数据：1各种原料包括喷吹物的全分析各种成分的总和应调整到各种原料包括喷吹物的全分析各种成分的总和应调整到100；2汁算得到或实践所用的各种原料包括喷吹物分量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量；汁算得到或实践所用的各种原料包括喷吹物分量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量；3冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘

3、的成分；冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；4炉顶煤气成分；炉顶煤气成分；5鼓风参数包括富氧程度、湿分等；鼓风参数包括富氧程度、湿分等；6各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。在计算热平衡时，还必需补充风温、炉顶煤气温度、入炉原料温度、冶炼强度等数据。在计算热平衡时，还必需补充风温、炉顶煤气温度、入炉原料温度、冶炼强度等数据。计算前必需将各种原始数据、资料进展整理、按核，减小计算误差。计算前必需将各种原始数据、资料进展整理、按核，减小计算误差。计算以冶炼计算以冶炼1t生铁为基准。根据生铁成分、炉渣碱度和生铁为基准。根据生铁成分、炉渣碱度和F

4、e、Mn及及CaO的平衡，的平衡，分别求出铁矿石锰矿石及熔剂的需求量。这样便可按照它们的化学成分，分别求出其分别求出铁矿石锰矿石及熔剂的需求量。这样便可按照它们的化学成分，分别求出其带入炉内的各种化学组分含量，再根据各种元素在渣、铁、煤气中的分配率，便可求得最带入炉内的各种化学组分含量，再根据各种元素在渣、铁、煤气中的分配率，便可求得最终渣、铁成分。根据相图可初步了解这种炉渣的物理性能能否能满足要求。终渣、铁成分。根据相图可初步了解这种炉渣的物理性能能否能满足要求。为了编制物料平衡必需进展风量和煤气量的计算。为了编制物料平衡必需进展风量和煤气量的计算。计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前

5、被鼓风中的氧所熄灭的碳量计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的氧所熄灭的碳量C风风面对喷吹重油的高炉，可按面对喷吹重油的高炉，可按近似计算相当于炉顶煤气中含近似计算相当于炉顶煤气中含CH406左右得左右得铁的直接复原度铁的直接复原度rd可按阅历选取。可按阅历选取。其次，根据其次，根据C风和氧平衡可计算每吨生铁的鼓风量湿，即风和氧平衡可计算每吨生铁的鼓风量湿，即然后将鼓风体积按下式换算成分量然后将鼓风体积按下式换算成分量于是按收入等于支出的质量守恒定律，可编制出物料平衡表，举例如表于是按收入等于支出的质量守恒定律，可编制出物料平衡表，举例如表4-2所示。所示。假设是对消费高炉进展分

6、析，那么各种原、燃料耗费和炉顶煤气成分为配料计算和风假设是对消费高炉进展分析，那么各种原、燃料耗费和炉顶煤气成分为配料计算和风量的计算可以大为简化。量的计算可以大为简化。相对误差普通应小于相对误差普通应小于0.3%，否那么应检查计算中的错误。，否那么应检查计算中的错误。4.4.1.2 热平衡热平衡经过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降经过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。低焦比的途径。常见的热平衡计算法有两种。第一种是建立在盖斯定律根底上的，即依入炉物料常见的热平衡计算法有两种。第一种是建立在盖斯定律根底上的，即

7、依入炉物料的初态和出炉产物的终态来计算，与炉内实践反映过程无关。第二种是按炉内实的初态和出炉产物的终态来计算，与炉内实践反映过程无关。第二种是按炉内实践反响过程来计算热量耗费。前者比较简便，但不思索实践过程；后者比较实践践反响过程来计算热量耗费。前者比较简便，但不思索实践过程；后者比较实践，但计算较繁琐。此外还有，但计算较繁琐。此外还有“区域热平衡法可根据高炉特定区域，如高炉下部区域热平衡法可根据高炉特定区域，如高炉下部的实践需求来进展。的实践需求来进展。实践消费中多用第一种热平衡法。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热实践消费中多用第一种热平衡法。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热

8、支出项，然后编制出热平衡法。根据能量守恒定律热收入应等于热支出来进展支出项，然后编制出热平衡法。根据能量守恒定律热收入应等于热支出来进展比较和检查。比较和检查。举例如表举例如表43。其中热支出第九项外部热损失系根据热收入总和减去前八项热。其中热支出第九项外部热损失系根据热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数能否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，支出之和得出。关键是看它所占百分数能否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值普通为此值普通为3%-6，铸造生铁普通为，铸造生铁普通为6-10。此值过高，阐明计算有错误。此值过高，阐明计算有错误，或焦比选择不当，应予以检直和调整。假设测试手段

9、齐备，外部热损失也可用，或焦比选择不当，应予以检直和调整。假设测试手段齐备，外部热损失也可用精确实测数据来计算。精确实测数据来计算。由热平衡计算可得高炉热量利用系数由热平衡计算可得高炉热量利用系数Kr：此值普通为此值普通为80-85，个别高达，个别高达90。上例中：。上例中：还可得到碳素利用系数还可得到碳素利用系数Kc：此值普通在此值普通在50-60之间，个别可达之间，个别可达65。1967年，法国学者年，法国学者A里斯持里斯持A.Rist 和和N梅依森梅依森N.Meyssem提提出高炉操作线图简称操作线。该图能直接表达出高炉冶炼过程中出高炉操作线图简称操作线。该图能直接表达出高炉冶炼过程中F

10、eOC体系的变化和高炉各消费目的间的内在联络对分析高炉冶炼全过程甚体系的变化和高炉各消费目的间的内在联络对分析高炉冶炼全过程甚为方便。为方便。4.4.2.1 构成操作线的根本原那么构成操作线的根本原那么高炉冶炼主要反响都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。高炉冶炼主要反响都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。如铁矿石的复原，碳的熄灭和气化等。在这些涉及氧的反响中，氧有三个来源如铁矿石的复原，碳的熄灭和气化等。在这些涉及氧的反响中，氧有三个来源 铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向高温区碳氧高温区

11、碳氧化包括熄灭和气化，最终生成化包括熄灭和气化，最终生成CO；直接复原，铁及其他氧化物中的氧被碳；直接复原，铁及其他氧化物中的氧被碳夺取变成夺取变成CO；间接复原，铁及其他氧化物中的氧被；间接复原，铁及其他氧化物中的氧被CO夺取变成夺取变成CO2。这些生。这些生成或转变成的成或转变成的CO和和CO2，最终都进入煤气。，最终都进入煤气。Rist操作线正是抓住操作线正是抓住“氧的转移这个高炉冶炼最本质的特征来描画高炉过程。氧的转移这个高炉冶炼最本质的特征来描画高炉过程。在物料平衡和热平衡中，常以在物料平衡和热平衡中，常以1t生铁来计算。而操作线那么以生铁来计算。而操作线那么以1个铁原子，个铁原子，

12、实践用实践用1kmolFe，即质量为，即质量为56kg的铁为基准来计算。这样，能更好地反的铁为基准来计算。这样，能更好地反映出化学反响是以原子、分子为单位进展的本质。映出化学反响是以原子、分子为单位进展的本质。例如例如 操作线图系一平面直角坐标操作线图系一平面直角坐标图图412，x轴为氧、碳原于轴为氧、碳原于比，即比，即OC，主要用来表示氧的，主要用来表示氧的去向。去向。y轴为氧、铁原子比，即轴为氧、铁原子比，即OFe，主要用来表示氧的来源。，主要用来表示氧的来源。在在X、Y平面上，线段平面上，线段AB及其投及其投影影X或或x和和Y或或y，代表一种特定类型的氧的迁移。代表一种特定类型的氧的迁移

13、。相应的氧的流量相应的氧的流量no与沿着与沿着x轴的轴的煤气中的碳量煤气中的碳量nc有关，也与沿有关，也与沿着着Y轴的固体炉料中的铁量轴的固体炉料中的铁量nFe有关。有关。线段线段AB的斜率：的斜率： 由于x,y均为正值，所以斜率u亦为正值。斜率等于碳同铁的产物量的比值，即nc/nFe，实践就是用cFe原于比表示的单位原于铁的碳量耗费，也就是以比值分子co原子Fe表示的单位原子铁的复原气体耗费量。 可见，斜率的意义在实践上与焦比或燃料比是完全一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或cFe原子比是一个定值。由于ucFe原子比一定，故oFe与OC原于比或Y与X呈直线关系。 当表示假设干氧的迁移过程时

14、一切的线段都具有同一斜率当表示假设干氧的迁移过程时一切的线段都具有同一斜率u，而且，而且可按一定顺序在斜率为可按一定顺序在斜率为u的同一条直线的同一条直线AE上相互衔接起来，就构成了上相互衔接起来，就构成了操作线图操作线图412，由于是以原子比为计量单位，所以操作线，由于是以原子比为计量单位，所以操作线AE是是一条直线，其斜率一条直线，其斜率ucFe原子比。实践代表了焦比或燃料比。原子比。实践代表了焦比或燃料比。4.4.2.2 操作线图组成操作线图组成取纯碳取纯碳X0和纯铁和纯铁Y0为坐标原点为坐标原点O。引三条垂直线：。引三条垂直线：X0，纯碳，即，纯碳，即Y轴；轴；X1，纯，纯CO气体，这

15、里气体，这里OC1，即，即GF线；线；X2，纯，纯CO2气体，这里气体，这里OC2，即，即HX线线H点对点对X轴的垂线轴的垂线。引两条程度线：引两条程度线：Y0，纯铁，即，纯铁，即X轴；轴；Yy0，即，即y0H线，表示炉料中铁的氧化度线，表示炉料中铁的氧化度OFe原于比。例如原于比。例如，Fe2O3=3/2=1.5, Fe3O4=1.33, FeO=1.0。 在GF线左侧，ox1的区间，为高炉下部c氧化为CO的直接复原区，并用来描画复原性气体的生成。 在GF线右侧，1x2的区间，为CO转化为CO2的直接复原区，并用来描画复原性气体的利用。 在在x轴以上，即轴以上，即oyy0的区间，用来表示炉料

16、中铁氧化物提供的氧，的区间，用来表示炉料中铁氧化物提供的氧，并用以描画整个高炉内铁的复原过程。其中并用以描画整个高炉内铁的复原过程。其中AB部分在部分在y轴上的投影即轴上的投影即yi，为，为用于间接复原，使用于间接复原，使CO转变为转变为CO2的氧，的氧，BC部分在部分在y轴上的投影即轴上的投影即yd，为用，为用于直接复原，使于直接复原，使C变为变为CO的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了复原的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了复原气体的生成，又参与了复原性气体的气体的生成，又参与了复原性气体的 在在x轴以下，坐标平面负的轴以下，坐标平面负的y值一边，阐明除铁的氧化物外，在高炉下部值一

17、边，阐明除铁的氧化物外，在高炉下部炉腹、风口区、炉缸发生作用的其他氧的来源。这些氧只参与复原性气体炉腹、风口区、炉缸发生作用的其他氧的来源。这些氧只参与复原性气体的生成而未参与复原性气体的利用，其中包括碳熄灭、气化、夺取脉石氧化的生成而未参与复原性气体的利用，其中包括碳熄灭、气化、夺取脉石氧化物中的氧而生成的物中的氧而生成的co。如。如CD部分，它在部分，它在y轴上的投影轴上的投影yf，为脉石命，为脉石命Si、Mn、P、S等氧化物直接复原提供的氧；等氧化物直接复原提供的氧；DE部分在部分在y轴上的投影轴上的投影yb，为鼓风中提，为鼓风中提供的氧，用于碳的熄灭和气化。供的氧，用于碳的熄灭和气化。

18、 在yy0部分，即物y0H程度线以上区域，用途很少，但它可阐明在高炉以外，使高炉煤气完全熄灭所需氧的来源，如在热风炉、加热炉、焦炉中运用高炉煤气作燃料进展的熄灭等。沿着操作线沿着操作线AE，可找到各线段及其坐标：，可找到各线段及其坐标： xd、xf、xb分别为铁和脉石中分别为铁和脉石中si、Mn、P等的氧化物直接复原等的氧化物直接复原以及鼓风熄灭碳生成的复原性气体以及鼓风熄灭碳生成的复原性气体CO部分。部分。 显然，显然，xd十十xf十十xb1， Oc1，即上述生成复原性气，即上述生成复原性气体体CO的三部分，共同组成为的三部分，共同组成为100CO的炉腹煤气。的炉腹煤气。 yi、yd、yf、

19、yb分别为间接复原铁氧化物直接复原脉石氧化物Si、Mn、P直接复原和碳在鼓风中熄灭夺取的氧。显然，yi十yd十yf十yby就是冶炼1 kmol Fe，由燃料或复原剂中碳素夺取的总氧量。由此定义的上述变量之间满足下面的关系式：由此定义的上述变量之间满足下面的关系式： 沿操作线入沿操作线入R上特性点的意义及坐标确定如下：上特性点的意义及坐标确定如下：1A点：描画了炉顶煤气情况和炉料中铁的初始氧化度点：描画了炉顶煤气情况和炉料中铁的初始氧化度。XA炉顶煤气中碳的氧化度炉顶煤气中碳的氧化度OC原子比原子比1十十xi式中，式中，CO%、 CO2% 分别为炉顶煤气中分别为炉顶煤气中CO和和CO2的体积百分

20、含的体积百分含量量故炉顶煤气，便可求出故炉顶煤气，便可求出Xd。即炉顶煤气的氧化度或即炉顶煤气的氧化度或CO利用率利用率co。 Ydy0yi十yd炉料中铁的初始氧化度oFe原子比，即铁氧化物直接和间接复原被夺去氧量的总和。 人炉矿石成分，便可分别求出原子氧和原于铁数，从而oFeYA。2 B点：假定铁的直接复原和间接复原不发生重叠，那么点：假定铁的直接复原和间接复原不发生重叠，那么B点为两者的实际分界点为两者的实际分界点。点。 Xb=1=xd+xf+xb 生成生成CO的三个来源的三个来源Yb=yd=铁氧化物直接复原夺取的氧量铁氧化物直接复原夺取的氧量 显然，显然， ri=100=rd 铁的直接复

21、原度铁的直接复原度 rd=yd/y0*100% ri=1-rd 3C点：由铁的氧化物中来的氧和其他来源的氧生成的两个部分复点：由铁的氧化物中来的氧和其他来源的氧生成的两个部分复原性气体原性气体CO的分界点。的分界点。 Xcxf十十xb由脉石氧化物直接复原和鼓风中的氧同碳熄灭生成的复原由脉石氧化物直接复原和鼓风中的氧同碳熄灭生成的复原性气体性气体CO之和。之和。或或 Xc=1-xd，故故 xd=1-Xc=铁的氧化物直接复原生成的铁的氧化物直接复原生成的co部分。部分。Yc=0, 即铁的氧化物复原的终点。即铁的氧化物复原的终点。 4D点：由脉石氧化物提供的氧和鼓风中的氧生成复原性气体点：由脉石氧化

22、物提供的氧和鼓风中的氧生成复原性气体CO的的分界点分界点 XD=xb，由鼓风中的氧同碳熄灭生成的复原性气体，由鼓风中的氧同碳熄灭生成的复原性气体CO部分。部分。xb可根据炉顶或炉腹或煤气中的含氮量按氮平衡原理来计算。可根据炉顶或炉腹或煤气中的含氮量按氮平衡原理来计算。 5 E点：点：XE=0为鼓风所提供的氧为鼓风所提供的氧kmol是对生成复原是对生成复原性气体的第一个奉献。性气体的第一个奉献。 yE=-yfyb为脉石氧化物和鼓风所提供的氧的代数和。作图时为脉石氧化物和鼓风所提供的氧的代数和。作图时yf、yb均应取负值。均应取负值。为鼓风中氧的耗费量即风量原子为鼓风中氧的耗费量即风量原子O单位时

23、间单位时间与与 生铁产量原子生铁产量原子Fe单位时间的比值单位时间的比值 为了坚持产量固定，风量必需与为了坚持产量固定，风量必需与yb成正比。当风量一定时，成正比。当风量一定时，产量与产量与yb成反比。成反比。 操作线把冶炼单位生铁原子数所需风量与操作线把冶炼单位生铁原子数所需风量与yb成正比，成正比，生铁成分以生铁成分以yf代表，铁的直接复原度以代表，铁的直接复原度以yd表示，矿石中铁表示，矿石中铁的氧化度的氧化度YA或或y0，炉顶煤气和，炉顶煤气和CFe焦比，即焦比，即AE线斜率线斜率相互联络并简明定量的表示出来。相互联络并简明定量的表示出来。化学平衡限制要求操作线经过化学平衡限制要求操作

24、线经过W点，但不能超越点，但不能超越W点。这样，经过点。这样，经过W点的操作线点的操作线ALEL就是某一消费条件下的最低实际焦比操作线。就是某一消费条件下的最低实际焦比操作线。 ALEL的斜率的斜率u0就是该条件下的最低实际焦比。就是该条件下的最低实际焦比。热平衡的限制要求操作线热平衡的限制要求操作线AE经过经过UV 上的一个固定点上的一个固定点P。欲到达实际最。欲到达实际最低焦比，操作线低焦比，操作线AE必需经过必需经过W点，也经过点，也经过P点，即理想操作线。点，即理想操作线。但是操作线遭到物料平衡、化学平衡动力学需求和热平衡但是操作线遭到物料平衡、化学平衡动力学需求和热平衡三者的限制。三者的限制。4.4.2.3 操作线的运用操作线的运用 掌握了高炉操作线原理性质以及各线段和特性点的意义，掌握了高炉操作线原理性质以及各线段和特性点的意义，就可用来处置高炉消费问题就可用来处置高炉消费问题 例如，如可以根据特定高炉的矿石成分，炉顶煤气成分，生铁成分例如，如可以根据特定高炉的矿石成分，炉顶煤气成分，生铁成分，风口前熄灭的碳量，并在物料平衡的热平衡计算根底上，选择适宜的，风口前熄灭的碳量，并在物料平衡的热平衡计算根底上，选择适宜的数据组合，如数据组合，如A点及斜率点及斜率，A点及点及D点，或点，或P点及斜率等，便可确定或点及斜率等，便可确定或描画出该高炉的实践操作线并