高炉冶炼物料平衡计算

高炉冶炼综共计算1.1概括组建炼铁车间（厂）或新建高炉，都必定依照产量以与原料和燃料条件作为高炉冶炼综共计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中获得原料、燃料耗资量与鼓风耗资量等，获得冶炼主要产品（除生铁以外）煤气与炉渣产生量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间（厂）或高炉设计。计算以前，第一必定确定主要工艺技术参数。关于一种新的工业生产装置，应经过实验室研究、半工业性试验、致使于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工艺已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺技术参数确实定，除特别矿源应作冶炼基础研究外，一般情况下都是联合地域条件、地域高炉冶炼情况予以剖析确定。好似冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。计算用的各样原料、燃料以与协助资料等必定作工业全剖析，而且将各样成分之总和换算成100％，元素含量和化合物含量要相吻合。将依照确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以与协助资料的耗资量，以与主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依照质量守恒定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算能够考证配料计算可否正确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.25％。常用的热平衡计算方法有两种。第一种是依照热化学的盖斯定律，即按入炉物料的初态和出炉物料的终态计算，而不考虑炉实质反响过程。此法又称总热平衡法。它的不足是没有反响出高炉冶炼过程中放热反响和吸热反响所发生的详细空间地点，这种方法比较简易，计算结果能够判断高炉冶炼热工收效，检查配料计算各工艺技术参数选用可否合理，它是经常采用的一种计算方法。第二种是地域热平衡法。这种方法以高炉局部地域为研究对象，常将高炉下部直接还原地域进行热平衡计算，计算其中热量的产生和耗资项目，这比较正确地反响高炉下部实质情况，可判断炉下部热量利用情况，以便采用相应的技术举措。该计算比较复杂。要从冶炼现场测取大量工艺数据方可进行。1.2配料计算.设定原料条件1、矿石成分：表1-1原料成分，%原Fe2OAl2OMgMn烧损FeMnPSFeOSiO2CaOOOP2O5FeSΣ料33H2OCO2烧58.30.0312.569.32.010.030.08100.0结0.030.035.821.548.540.0751458930矿球64.50.030.030.0085.20.520.040.080.00100.0团6.245.131.371.363373462480矿1/12混59.50.030.030.0211.272.5100.0合5.681.517.101.720.040.070.079125830矿石0.000.0351.00.070.00100.0灰1.800.061.101.261.960.090.890.101.0642.43163820石炉42.20.220.020.0815.642.715.81.338.731.290.280.060.221.96C=11.9100.0尘16306067750烧结与球团的比率为80：202、焦炭成分：表1-2焦炭成分，%灰分（12.64）挥发份（0.58）有机物（1.42）游C固SiOAl2OCaMgFeCOCOCH4H2N2H2N2SΣ离23OOO2水85.37.34.260.50.120.40.20.10.020.030.110.30.20.7100.04.1621319578679073、喷吹燃料成分：表1-3煤粉成分，%燃CHNSOH2O灰分Σ料SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤77.752.280.520.302.320.857.316.700.730.320.92100.00粉预定生铁成分：表1-4预定生铁成分，%FeSiMnPSC95.230.550.030.0340.0264.13其中Si、S由生铁质量要求定，Mn、P由原料条件定，C参照下式定，其余为Fe。C=4.3-0.27Si-0.329P-0.032S+0.3Mn某元素在生铁、炉渣、炉气中的分派率（%）见表1-5表1-5元素分派率分，%FeMnSP生铁99.750—100炉渣0.350—0炉气50二.冶炼参数参照：燃料耗资量（kg/t生铁）：焦炭360（干）375（湿）煤粉150kg/t生铁鼓风湿度12g/m322.4相对湿度φ=×=1.493%100018风温1100℃炉尘量20kg/t生铁2/12入炉熟料温度80℃炉顶煤气温度200℃焦炭冶炼强度0.98t/（m3·d）高炉有效容积利用系数2.7t/（m3·d）炉渣碱度R=1.10（1）燃料带入的铁量GFe燃第一计算20kg炉尘中的焦粉量：G焦粉=G尘C%尘/C%焦=20×11.95/85.36=2.80kg高炉参加反响的焦炭量为：G焦=360-G焦粉=360-2.80=357.2kg故GFe燃=G焦FeO%焦56+G煤FeO%煤567272=357.2×0.43%×56+150×0.92%×567272=2.27kg（2）进入炉渣中的铁量GFe渣=1000Fe%生铁×0.3%99.7%0.3=952.3×=2.865kg99.7式中0.3%、99.7%——分别为铁在炉渣和生铁中的分派比（3）需要由铁矿石带入的铁量为：GFe矿=1000Fe%生铁+GFe渣-GFe燃=952.9kg（4）冶炼1t生铁的铁矿石需要量：G矿=GFe矿/Fe%矿=952.9=1599.09kg59%考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：G/矿=G矿+G尘-G焦粉=1599.09+20-2.80=1616.29kg（1）设定炉渣碱度R=CaO/SiO2=1.10（2）石灰石的有效溶剂性CaO有效=CaO%熔剂-RSiO2%熔剂×1.96)%=48.87%(3)原料、燃料带有的CaO量GCaO铁矿石带入的CaO量为：3/12GCaO矿=G矿CaO%矿=1599.09×7.10%=113.54kg焦炭带入的CaO量为：GCaO焦=G焦CaO%焦=357.2×0.51%=1.82kg煤粉带入的CaO量为：GCaO煤=G煤CaO%煤=150×0.73%=1.10kg故GCaO=GCaO矿+GCaO焦+GCaO煤=113.54+1.82+1.10=116.46kg（4）原料、燃料带入的SiO2量GSiO2铁矿石带入的SiO2量为：GSiO2矿=G矿SiO2%矿=1599.09×5.68%=90.83kg焦炭带入的SiO2量为：GSiO2焦=G焦SiO2%焦=357.2×7.32%=26.15kg煤粉带入的SiO2量为：GSiO2煤=G煤SiO2%煤=150×7.31%=10.97kg硅素复原耗资的SiO2量为：60GSiO2还=1000Si%生铁=11.79kg故GSiO2=GSiO2矿+GSiO2焦+GSiO2煤-GSiO2还90.83+26.15+10.97-11.79=116.16kg熔剂（石灰石）需要量为：G熔=（RGSiO2-GCaO）/CaO有效=（1.10×）/48.87%=23.16kg原料、燃料带入的成分见下表1-6表1-6每吨生铁带入的相关物质的量原SiOCaOAl2O3MgOMnOS数量2燃kg%kg%kg%kg%kg%kg%kg料混1599.05.6113.51.524.11.727.50.60.02合90.837.100.040.40984152045矿焦357.27.326.150.511.824.215.20.10.430.792.82炭2622石23.161.90.4551.011.820.00.020.80.210.070.00.030.00灰639982684/12石煤7.30.731.106.710.00.30.300.4515010.97050.48粉12Σ128.4128.249.428.60.63.13084268（1）炉渣中CaO的量GCaO渣由上表：GCaO渣=128.28kg（2）炉渣中SiO2的量GSiO2渣由上表：GSiO2渣=128.40-GSiO2还=128.40-11.79=116.61kg（3）炉渣中Al2O3的量GAl2O3渣由上表：GAl2O3渣=49.44kg（4）炉渣中MgO的量GMgO渣由上表：GMgO渣=28.62kg（5）炉渣中MnO的量GMnO渣GMnO渣=0.66×50%=0.33kg50%——锰元素在炉渣中的分派率（6）炉渣中FeO的量GFeO渣进入渣中的铁量为：Fe渣=2.865kg，并以FeO形式存在72故GFeO渣=2.865×=3.68kg567）炉渣中S的量GS渣原燃料带入的总S量为：GS=3.138kg（见表3-6）进入生铁的S量为：GS生铁=1000S%生铁=1000×0.026%=0.26kg进入煤气中的S量为：GS煤气=GS5%=3.138×0.05=0.157kg故GS渣=GS-GS生铁-GS煤气=2.72kg5/12炉渣成分见下表1-7表1-7组元CaOSiO223MgOMnOFeOS/2ΣCaO/AlOSiO2kg128.28116.6149.4428.620.333.681.36328.32%39.0735.5215.068.720.11.120.41100.001.101）生铁含[P]按原料带入的磷全部进入生铁计算铁矿石带入的P量为：GP矿=G矿P%矿=1599.09×0.032%=0.51kg石灰石带入的P量为：GP熔=G熔P%熔=23.16×0.001%=0.0002kg故[P]=（0.51+0.0002）×1=0.051%1000（2）生铁含[Mn]按原料带入的锰有50%进入生铁计算故[Mn]=0.66×50%×55×1=0.026%711000（3）生铁含[C][C]=[100-(95.23+0.55+0.026+0.051+0.026)]%=4.117%校核后的生铁成分（%）见下表1-8表1-8校核后的生铁成分，%[Fe][Si][Mn][P][S][C]95.230.550.0260.0510.0264.1171.3物料平衡计算（1）风口前焚烧的碳量GC燃1）GC总=G焦C%焦+G煤C%煤=357.2×85.36%+150×77.75%=421.53kg2）溶入生铁中的碳量为：GC生铁=1000[C]%=1000×4.117%=41.17kg3）生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量有1%~1.5%与氢化合生成甲烷，本例去1%。GC甲烷=1%GC总=0.01×421.53=4.22kg4）直接复原耗资的碳量GC直锰复原耗资的碳量：G=1000[Mn]%12×12=0.06kg锰×C55=10000.026%556/12硅复原耗资的碳量：GC硅1000[Si]%24=1000×0.55%×24=4.71kg2828磷复原耗资的碳量：GC磷1000[P]%60×60=0.49kg-×=10000.051%铁直接复原耗资的碳量：626212/GC铁直=1000[Fe]%rd56rd/=rd-rH2rd一般为0.4~0.5，本计算取0.45。rH2=56222%煤+2(V风/φ18+G煤2H2[G焦(H%焦挥发+H%焦有机)+G煤H1822.4HO%煤)]×η2α/(1000[Fe]%)=56[357.2(0.037%+0.36%)+1502.×28%+2218(1200×1.493%×18+150×0.85%)]0×.35×0.9/(100095.23%)=0.0622.4式中η0.3~0.5，本计算取0.35；H2——氢在高炉的利用率，一般为α——被利用氢襟怀中，参加复原FeO的百重量，一般为0.85~1.0，取0.9；V风/——设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3。12GC铁直=1000×95.23%××0.39=79.59kg56故GC直=GC锰+GC硅+GC磷+GC铁直=0.06+4.71+0.49+79.59=84.85kg风口前焚烧的碳量为：GC燃=GC总-GC生铁-GC甲烷-GC直=291.29kg（2）计算鼓风量V风1）鼓风中氧的浓度：N=21%(1-φ)+0.5φ=21%(1-1.493%)+0.51×.493%=21.43%2)GC燃焚烧需要氧的体积为：VO2=GC燃

22.421222.4=291.29×2127/12=271.87m33）煤粉带入氧的体积为：1622.4VO2煤=G煤（O%煤+H2O%煤）=150（2.32%+0.85%16）×22.41832=3.23m34）需鼓风供给氧的体积为：VO2风=VO2-VO2煤271.87-3.23=268.64m3故V风=VO2风/N=268.64=1253.57m321.43%（1）甲烷的体积VCH41）由燃料碳素生成的甲烷量为：22.422.4VCH4碳=GC甲烷=4.22×=7.88m312122）焦炭挥发分中的甲烷量为：22.4VCH4焦=G焦CH4%焦1622.4=357.2×0.025%×=0.125m3故VCH4=VCH4碳+VCH4焦7.88+0.125=8.01m3（2）氢气的体积VH21）由鼓风中水分分解产生的氢量为：VH2分=V风φ=1253.57×1.493%=18.72m32）焦炭挥发分与有机物中的氢量为：22.4VH2焦=G焦（H2%焦挥发+H2%焦有机）222.4=357.2（0.037%+0.36%）=15.88m33）煤粉分解产生的氢量为：OVH2煤=G煤（H2%煤+H2O%煤2）22.4182=150（2.28%+0.85%×2）22.4182=39.89m34）炉缸煤气中氢的总产量为：VH2总=VH2分+VH2焦+VH2煤8/12=18.72+15.88+39.8935）生成甲烷耗资的氢量为：VH2烷=2VCH4=2×8.10=16.02m36）参加间接反响耗资的氢量为：VH2间=VH2总ηH2=74.04×0.35=25.91m3故VH2=VH2总-VH2烷-VH2间=32.11m3（3）二氧化碳的体积VCO2/1）由CO复原Fe2O3为FeO生成的CO2VCO2还=1599.09×72.53%=1159.82kg参加复原Fe2O3为FeO的氢襟怀为：GH2还=VH2总ηH2（1-α）

222.42=74.04×0.35×（1-0.9）×=0.23kg由氢气复原Fe2O3的质量为：GFe2/O3=GH2还1602160=18.4kg=0.23×2由CO复原Fe2O3的质量为：G//Fe2O3=GFe2O3-G/Fe2O3=1141.42kg故VCO/2还=G//Fe2O322.416022.4=1141.42×160=159.80m32）由CO复原FeO为Fe生成的CO2量为：9/12//22.4VCO2还=1000[Fe]%[1-rd/-rH2]22.4=1000×95.23%(1-0.39-0.06)=209.51m33）石灰石分解产生的CO2量为：VCO2分=G熔CO2%熔

22.44422.4=23.16×42.43%×=5.00m34）焦炭挥发分中的CO2量为：22.4VCO2挥=G焦CO2%焦4422.4=357.2×0.91%×=0.35m3故VCO2=V/CO2还+VCO//2还+VCO2分+VCO2挥=159.80+209.51+5.00+0.35374.66m3（4）一氧化碳的体积VCO1）风口前碳素焚烧生成的CO量为：VCO燃=GC燃22.4=291.29×22.4=543.74m312122）直接复原生成的CO量为：VCO直=GC直22.4=84.85×22.4=158.39m312123）焦炭挥发分中的CO量为：VCO挥=G焦CO%焦22.4=357.2×0.21%×22.4=0.60m328284）间接复原耗资的CO量为：///3VCO间=VCO2还+VCO2还=159.80+209.51=369.31m故VCO=VCO燃+VCO直+VCO挥-VCO间=334.42m3（5）氮气的体积VN21）鼓风带入的氮襟怀为：VN2风=V风（1-φ）N2%风=1253.57（1-1.493%）79%310/122）焦炭带入的氮襟怀为：22.4VN2焦=G焦（N2%焦挥发+N2%焦有机）22.4=357.2（0.118%+0.27%）=1.11m33）煤粉带入的氮襟怀为：VN2煤=G煤N2%煤

22.42822.4=150×0.52%×=0.62m3故VN2=VN2风+VN2焦+VN2煤3=975.53+1.11+0.62=977.26m煤气成分见下表1-9表1-9煤襟怀与成分成分CO2CON2H2CH4Σ体积，m3374.66334.42977.2632.118.011726.46%21.7019.3