炼铁工艺计算

目 录炼铁工艺计算 11.1 原料成分整理 11.2 配料计算 31.3 物料平衡计算 51.4 热平衡计算 101.5 高温区热平衡计算 141.6 理论焦比计算 16炼铁工艺计算1.1 原料成分整理1）原料成分整理高炉采用烧结矿、球团矿和澳矿三种矿石冶炼，矿石、石灰石成分已经过整理计算如表2.1所列，其混合矿是按三种矿石80:9:11配成。表2.1矿石成分表（%）烧结矿校核球团矿校核生矿校核混合矿硅石石灰石TFe53.253.30761.162.91765.3567.01655.2501.0830Mn0.780.7820.040.0410.1650.1750.65000P0.0680.0680.0240.0250.0480.0510.06000.005S0.060.060.030.0310.0210.0220.05000.03F0.4040.4050.0560.0580.0290.0310.33000FeO8.68.6172.42.4711.861.9687.42000Fe2O366.44466.57884.61987.13588.43393.55171.6201.547CaO11.5611.5830.820.8440.10.1068.5100.16556SiO26.656.6638.158.3922.7182.8756.470960.39MgO2.282.2850.1080.1110.1280.1351.8800.0760.09Al2O30.4890.490.3870.3990.8070.8540.5202.2120.17RxOy0.980.9820.030.031000.80000K2O0.2890.290.10.1030.0130.0140.25000Na2O0.350.3510.1930.199000.30000CO2000000043.283MnO1.0071.0090.0520.0540.830MnO20.2610.2760.010FeS0.1650.1650.0830.0850.150FeS20.0390.0410.0000.056P2O50.1560.1560.0550.0570.110.1160.1400.011CaF20.8290.8310.1150.1180.060.0630.690∑99.79910097.11210094.529100100100100（2）燃料成分高炉使用的焦炭及喷吹的煤粉，其成分如表2.2、表2.3所列表2.2焦炭成分表固定灰份（13.570%）挥发分(1.030%)碳（%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4N2H283.88047.01539.7945.8950.7376.1160.3680.0740.1500.4900.1500.0860.150有机物(1.520%)合计 全硫 游离水H N S0.500 0.249 0.771 100.00 0.789 3.700表2.3煤粉成分表灰份（12.370%）CHONSH2O合计SiO2Al2O3CaOMgOFeO78.9902.3904.0300.7400.5800.9005.5865.2900.5600.2180.710100.00（3）炼钢用生铁，规定生铁成分[Si]＝0.45%，[S]=0.03%4）设计焦比K＝400kg煤比M＝130kg5）炉渣碱度R＝（CaO-1.473F2）/SiO2=1.056）元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率，如表2.4所列。7）选取铁的直接还原度rd=0.45/，氢的利用率为ηH235%。8）鼓风湿度测定为12.5g/m3（湿风）9）热风温度为1100℃（10）高炉使用冷料，炉顶温度为 200℃。表2.4元素分配率表项目FeMnPS生铁0.9970.51.0炉渣0.0030.50煤气0000.051.2 配料计算1）吨铁矿石用量计算燃料带人铁量Fe.f.4000.135700.06116560.00368561300.00710563.43Fef728872kg计算矿石用量A100095.70.730.450.031003.430.997A55.250.680.061.030.651714.02kg0.9970.5（2）生铁成分计算Fe1714.020.55253.430.997/1094.76%P1714.020.00064000.1357062/100.10%0.00074142Mn1721.430.006780.5/100.51%C10094.760.100.510.450.034.15%表2.5生铁成分表FeSiMnPSC∑94.670.450.510.100.034.15100.00（3）熔剂用量计算矿石、燃料带人的 CaO量1714.020.08514000.135700.058951300.005601714.02560.006978141.30kg矿石、燃料带入的SiO2量（要扣除还原Si消耗的）1714.020.06474000.135700.470151300.05586100.456028134.04kg由于134.04 1.05 141.30 0.558 0，说明炉料中 CaO的含量较多，应该在炉料中配加酸性熔剂硅石。石灰石的有效熔剂性CaO有效 56.00 -1.05 96.00 -44.80%硅石用量134.04 1.05 141.30/-0.4480 0.642kg4）渣量及炉渣成分计算炉料带入的各种炉渣组分的数量为CaO141.030.6420.00165141.03kgSiO2134.040.6420.96000134.58kgMgO1714.020.01884000.135700.007371300.002180.6420.0007632.91kgAl2O31714.020.00524000.135700.397941300.05290.6420.0221237.40kg渣中MnO量1714.020.00650.571/557.19kg渣中FeO量946.70.003/0.99772/563.66kg可以近似认为K2O、Na2O、CaF2和RxOy全部进入炉渣，则渣中K2O量1714.020.00254.29kg渣中Na2O量1714.020.00305.14kg渣中CaF2量1714.020.006911.83kg渣中RxOy量1714.020.008013.71kg1t生铁炉料带入的硫量（硫负荷）S1714.020.00054000.007891300.00584.77kg进入生铁的硫量：10000.00030.3kg进入煤气的硫量：4.770.050.24kg进入渣中的硫量：4.770.30.244.43kg表2.6炉渣组成表项目CaOSiO2MgOAl2O3K2ONa2OMnOFeOCaF2RxOyS/2∑数量/kg141.03134.0432.9137.404.295.147.193.6611.8313.712.39393.59含量/kg35.8334.068.369.501.251.311.830.933.013.480.74100.00炉渣性能校核：炉渣实际碱度R＝141.03/134.04＝1.05（与规定碱度相符）炉渣脱硫之硫的分配系数 Ls 2 0.3/0.03 20。1.3 物料平衡计算对于炼铁设计的工艺计算，直接还原度rd及氢的利用率等指标是已知的， 它们在前回已经结出。这里还假定入炉碳量的 1％与氢反应生成 CH4。按鼓风湿度的转换公式，对于本例鼓风湿度应为0.0012412.5 0.0155即1.55%（1）鼓风量的计算每吨生铁的各项耗碳是：燃料带入的可燃碳量 Cf：C4000.838801300.78990438.21kgf生成CH4耗碳：CCH4438.210.014.38kg生铁渗碳Cc：C4.151041.50kgC氧化碳量Co：C438.214.3841.50392.13kgO其他因素直接还原耗碳：Cda 10 0.45 24/28 0.51 12/55 0.10 60/62 4.38 12/32 7.58kg铁的直接还原耗碳：CdFe946.70.4512/5691.29kg风口前燃烧碳量Cb：Cb392.137.5891.29293.26kg风口碳量所占比例为CC293.26/438.2166.92kgb/f鼓风含氧量：O2b0.210.290.01550.2145kg因此，每吨生铁的鼓风量Vb293.26/241300.040300.009016/18/3222.4/0.21451300.14kg鼓风密度：b1.2880.4840.01551.280每吨生铁的鼓风质量：Gb1300.141.2801664.18kg（2）煤气组分及煤气量计算1）CH4V4000.001522.4/164.383CH42）H2鼓风湿分分解的氢1300.140.0155320.46m燃料带入的氢4000.001500.005001300.023900.009002/1822.4/268.883m入炉总氢量：H220.4668.88389.34m生成CH4耗氢4.38222.4/12316.35m设定有35％的氢参加还原，还原氢量为H89.340.3532,r31.27m进入煤气的氢量为VH289.3416.3531.2741.723m高炉中氢的还原度（假定还原氢均参与浮士体的还原）31.2756ri(H2)0.08322.4946.73）CO2焦炭带入的CO24000.0015022.4/440.31m3由于矿石和熔剂均不带入CO2，则由炉料带入的3CO2即为焦炭带入的CO20.31m高级氧化铁还原生成的CO21714.020.716222.4/160171.863m矿石中MnO2还原成MnO生成的CO231714.02 0.0001 22.4/87 0.04m由FeO还原成Fe生成的CO2946.710.450.083322.4/56176.84m因还原共生成CO2171.860.04176.84348.743m煤气中的CO2总量VCO2345.500.31345.81m34）CO风口前燃烧碳生成的CO293.2622.4/12547.423m铁直接还原生成的CO91.29322.4/12170.41m其他直接还原生成的CO7.5822.4/12314.15m上列三项CO量547.42170.4114.153731.98m焦炭挥发分带入的CO4000.0049022.4/281.57m3扣除间接还原消耗的 CO后，进入煤气中的 CO总量为VCO1.57731.98345.81387.743m5） N2鼓风带入的 N21300.140.7910.0155 1011.19m3焦炭、煤粉带入的N2 400 0.00086 0.00249 130 0.00740 22.4/28煤气中N2总量V1011.191.841013.033N2将上列计算结果列表，求出煤气（干）总量及煤气成分。

31.84m表2.7煤气组成表项目CO2COH2CH4N2∑体积/m3345.81387.7441.729.021013.031797.32含量/%19.2421.572.320.5056.36100.00煤气与鼓风的体积比为Vg/Vb1797.32/1300.141.382煤气密度：g0.1924440.23220.5722280.023620.005216/22.41.389kg每吨生铁的煤气质量：Gg 1797.32 1.389 2488.14kg（3）煤气中水量计算还原生成的H2O 31.27 18/22.4 25.13kg焦炭带入的游离水 400/1 0.037 0.037 14.25kg进入煤气的H2O总量 25.13 14.25 39.38kg4）考虑炉料的机械损失，实际入炉量：矿石量＝1714.021.031765.44kg焦炭量＝ 400 14.25 1.02 422.54kg硅石量＝0.6421.010.648kg因此，机械损失（含炉尘）量为1765.44 1714.02 422.54 414.25 0.648 0.642 59.73kg5）列物料平衡表，计算物料平衡误差。表2.8物料平衡表物料收入物料支出项目数量/kg项目数量/kg矿石1765.44生铁1000.00焦炭422.54炉渣393.59煤粉130煤气2488.14硅石0.648煤气中水39.38鼓风1664.18炉衬59.73总计3982.81总计3980.84物料平衡误差：绝对误差3982.813980.841.97kg相对误差 1.97/3982.81 0.05%1.4 热平衡计算（1）热收入1）风口前碳素燃烧放热由物料平衡算得风口前燃烧碳量 345.81kg，碳素燃烧放热Q14.182340345.813382436.77kJS2）鼓风带入物理热查表可知1100℃时，干空气比焓为 375.1kcal/m3，水蒸气比焓为457.6kcal/m3。每吨生铁的风量为1300.14m3，喷吹煤粉用的压缩空气数量很少（大约15—30kg/kg（空气）），这里就不予考虑了，因而鼓风带入的物理热为QS2 4.18 1300.14 375.1 1 0.0155 457.6 0.0155 2045484.39kJ3）CH4生成热QS3 4.18 1124 4.54 16/12 28440.50kJ4）成渣热Q4.182700.6420.001650.000761714.020.050.001060.00135S4以上四项热收入总和为QS3382436.772045484.3928440.501.875456363.53kJ（2）热支出1）铁及其他元素还原耗热①铁的还原耗热由前面计算已知，rd=0.45，ri(H2)=0.083，ri(CO)=0.466，1t生铁的还原铁量 946.7kg，按氢均参加FeO的还原考虑，这一项耗热的计算是烧结矿中以硅酸铁形态存在的 FeO量为'1714.020.850.086170.225.11kgFeO硅球团矿中以硅酸铁形态存在的 FeO量为''1714.020.100.024710.20.85FeO硅以Fe3O4形态存在的FeO量则为FeO磁1714.020.074225.110.85101.22kg以Fe3O4形态存在的Fe2O3量为Fe2O3磁101.22160/72224.93kg因此，矿石带入的 Fe3O4量为Fe3O4 101.22 224.93 326.15kg矿石带入的赤铁矿量为Fe2O3矿1714.020.7162224.931002.65kg硅石带入的赤铁矿量为Fe2O3硅0.6420.015470.01kg因此，矿石和硅石共带入赤铁矿量为Fe2O3 1002.65 0.01 1002.66kg燃料带入的以硅酸铁形态存在的 FeO为FeO燃4000.135700.061161300.007104.12kg进渣的FeO量 3.66kg需分解的硅酸铁中的 FeO总量为FeO25.114.120.853.66kg硅26.42按氢均参加FeO的还原考虑，这一项耗热的计算为Qd1,14.1878.826.423.31002.65112/16029.7326.15168/232649.1946.70.45118.2946.70.08458946.70.4661137095.07kJ②其他元素的还原耗热Qd1,2 4.18 10 1248 0.58 5360 0.45 6275 0.11159930.56kJ因此，还原耗热为Qd1 Qd1,1 Qd1,2 1137095.07 159930.561297025.63kJ2）脱硫耗热Qd2 4.18 1139 4.42 21043.71kJ3）水分分解耗热Q4.1825801300.140.015532111300.00900d3238726.71kJ4）游离水蒸发耗热Qd4 4.18 620 14.25 36930.30kJ5）喷吹煤粉分解耗热Qd54.18250130156750.00kJ6）铁水带走热量Qd6 4.18 280 1000 1170400.00kJ7）炉渣带走热量Qd7 4.18 420 448.05 786596.58kJ8）煤气带走热量当炉顶温度200℃时，查表可知各气体组分的比焓是（ kcal/m3）表2.9各气体组分的比焓CO2 CO H2 CH4 N2 H2O85.4 62.8 62.2 87.4 62.6 72.8干煤气带走的热量：Qd8,1 4.18 85.4 345.81 62.8 387.74 62.2 41.72 87.4 9.02 62.6 1013.500685.62kJ煤气中水蒸气带走热量：Qd8,2 4.18 72.8 31.27 14.25 22.4/18 72.8 365058.46kJ炉尘带走热量：Qd8,3 4.18 0.17 200 59.738488.83kJ因此，煤气带走热量为QQQQ500685.625058.468488.83d8d8,1d8,2d8,3514232.91kJ9）热损失上列9项热支出总和为Q4221696.84kJd表2.10热平衡表热收入热支出项目kJ%项目kJ%碳素燃烧热3382436.7761.99氧化物还原热1297025.6323.77鼓风物理热2045484.3937.48脱硫耗热21043.710.38CH4生成热28440.500.52水分分解热238726.714.48成渣热1.870.001游离水蒸发热36930.300.69炉料物理热00喷吹物分解热156750.002.88铁水带走热量1170400.0021.56炉渣带走热量786596.5814.42煤气带走热量500685.629.18热损失1234666.6922.64总计5456363.53100.00总计5456363.53100.00高炉热损失：QQ-Q5456363.534221696.841234666.69kJ失sd热损失所占比例：Q失/Qs 1234666.69/5456363.53 22.63%（3）列热平衡表1.5 高温区热平衡计算以950℃为高温区界限温度，进行高温区热平衡计算：（1）高温区热收入1）风口前碳素燃烧放热由物料平衡计算已知风口前燃烧碳量为 Cb=345.81kg，所以这一项放热为：QhS14.182340345.813382436.77kJ2）鼓风带入的有效热量已知Vb＝1300.14m3， ＝0.0155。H2O3。风中湿分V1300.140.015520.15m风温1100℃时，于空气比焓为375.1kal/m3，水蒸气比焓为457.6kca1/rn3；界限温度950℃时，它们的比焓分别为 319.7kcal/m3，386.6kcal/m3。喷吹煤粉的压缩空气的影响不予考虑。在扣除湿分分解耗热后，鼓风带给高温区的热量为Q4.18｛1300.1410.0155375.1319.70.0155457.6386.6hs220.15 2580｝85074.66kJ3）高温区的热收入Qhs Qhs1 Qhs2 3382436.77 85074.66 3467511.43kJ燃烧每千克碳素的有效热量qC 3467511.43/345.81 10027.22kJ/kgC2406.87kcal/kgC（2）高温区热支出1）铁及合金元素直接还原耗热已知1t生铁的还原铁量，直接还原度rd0.45r0.083，高温区内946.7kg，iH2直接还原耗热为Q4.18946.7649.10.45118.20.083124800.58536000.4562750hd11355100.84kJ2）铁水带走热量（界限温度 950℃时生铁比焓为150kcal/kg）Qhd24.182801501000543400.00kJ3）炉渣带走热量（炉渣在950℃时比焓为220kcal/kg）Qhd3459329041.24kJ4）煤粉升温及分解耗热（煤粉在950℃时比焓为345kcal/kg）Q4.18345250130323323.00kJhd45）高温区热损失表2.11高温区热平衡表热收入热支出项目kJ%项目kJ%碳素燃烧热3382436.7797.55直接还原耗热1355100.8439.08鼓风有效热 85074.66 2.45 铁水带走热量 543400.00 15.67炉渣带走热量329041.249.49煤粉升温分解热323323.009.32高温区热损失916646.3526.44总计3467511.43100.00总计3467511.43100.00hd5hshd1hd2hd3hd4916646.35kJQQQQQQ由全炉热平衡（第二种）计算得到全炉热损失为： 1234666.69kJ则高温区热损失所占的比例为 916646.35/1234666.69 74.24%（3）高温区热平衡表，见表 2.11。1.6 理论焦比计算由配料及物料平衡计算已经算出：鼓风湿度 0.0155（