高爐物料平衡計算課程設計

1、攀枝花學院本科課程設計（論文） 摘要2000m3高爐煉鐵物料平衡計算1 摘 要物料平衡計算是煉鐵工藝計算中重要組成部分，它是在配料計算的基礎上進行的。整個物料平衡計算有配料計算和物料衡算兩部分構成。在配料計算過程中，進行了原料和燃料的全分析，渣鐵成分及含量分析；在物料衡算過程中計算了包括鼓風量、煤氣量以及物料收支總量等項內容的計算，并制作物料平衡表。物料衡算有助于對高爐過程進行全面定量的分析和深入研究，并為熱平衡計算作準備。1關鍵詞：物料平衡 配料計算 物料衡算 物料平衡表2 物料平衡的計算2.1 配料計算由于物料平衡計算是在配料計算的基礎上進行的，故欲進行物料平衡的計算，就得先進行配料計算。

2、而配料計算的基本原則是要滿足質量守恒定律，即加入爐內的爐料中的各種元素和化合物的總和應等于高爐產品中各元素和化合物的總和。為進行配料計算，需收集和整理一些資料，包括：1、需要原料和燃料的全分析數據，并折算成100%；2、生鐵品種及其成分；3、確定礦石配比；4、確定焦比；5、各種元素在生鐵、爐渣和煤氣間的分配率；6、爐渣成分，即選定合適的爐渣堿度?！?】2.11 確定原始條件原始條件包括1攀枝花學院本科課程設計（論文） 確定原始條件（1） 原料的主要成分見表1 。表1 原料主要成分（%）3 成分原料TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSPFe2O3燒損燒結礦53.469.6911.8

3、68.612.021.700.620.0230.041球團礦62.520.500.493.540.120.432.390.0100.035天然礦59.407.131.917.120.521.181.050.2100.023混合礦55.877.608.597.451.491.391.020.0390.03866.201.15石灰石0.630.81454.021.380.370.270.010.00445.43（2）焦炭成分及焦炭灰分、揮發(fā)分和有機物見表2至表4 。表2 焦炭成分(%)灰分水分揮發(fā)分有機物S固定碳TFe13.504.000.90.70.5084.00.9焦炭中的水分是在打水熄焦時滲

4、入得，通常為2%6%.4表3 焦炭灰分（%）Fe2O3SiO2CaOMgOAl2O3MnOP2O59.3054.004.341.1025.640.393.68表4 焦炭揮發(fā)分和有機物含量（%）成 分CO2 COCH4H2N2S揮發(fā)物0.340.340.020.050.15有機物0.30.30.12攀枝花學院本科課程設計（論文） 計 算(3)煤粉成分見表5表5 煤粉成分（%）CH2N2O2H2OS灰分 16.23SiO2AL2O3CaOMgOFeO74.474.210.423.370.80.58.764.060.620.352.44（4）煉鋼生鐵成分見表6 。表6 煉鋼生鐵成分（%）SiMnSP

5、CFe0.300.670.030.164.0794.77（5）配礦比：燒結礦70%，球團礦20%，天然礦10%。（6）元素分配率見表7。表7 各種元素的分配率（%）FeMnPS生鐵99.5501003爐渣0.550082煤氣00015 （7）爐渣堿度 R = CaO/SiO2 = 1.04 。（8）焦比為450 /t，煤比為90 /t 。52.1.2 計算以1000Kg生鐵作為計算單位，進行計算：(1) 根據鐵平衡求礦石需求量：焦炭帶入的鐵量：450×0.009 = 4.05 煤粉帶入的鐵量：90×0.0244×（56÷72）=1.708 3進入爐渣的鐵

6、量：947.7×（0.005÷0.995）= 4.76 Kg需要混合礦量：（947.7-4.05-1.708+4.76）÷0.5587 =1694.47 Kg（2）根據堿度平衡求石灰石用量：混合礦帶入的CaO量：1694.47×0.0859 = 145.55 焦炭帶入的CaO量：450×0.1350×0.0434 =2.64煤粉帶入的CaO量：90×0.0062 = 0.57 共帶入的CaO量：145.55 + 2.64 +0.57 =148.76 混合礦帶入的SiO2量：1694.47×0.0745 = 126.

7、24 焦炭帶入的SiO2量：450×0.1350×0.5400 = 32.81 煤粉帶入的SiO2量: 90×0.0876 = 7.88 共帶入的SiO2量：126.24 + 32.81 + 7.88 = 166.93 還原Si消耗的SiO2量：3×(60÷28)= 6.43 石灰石用量：(166.93-6.43)×1.04-148.76/(0.5402-0.0138×1.04)=34.53 考慮到機械損失及水分，則每噸生鐵的原料實際用量列于表8表8 每噸生鐵的實際用量名稱干料用量/機械損失/%水分/%實際用量/混合料169

8、4.4731745.30石灰石34.53134.88焦炭45024477.00合計2179.362257.18（3）終渣成分：1）終渣S量:爐料全部含S量:1694.47×0.00039 + 450×0.005 + 90×0.005 + 34.53×0.0001 =3.36 Kg進入生鐵S量： 0.3 Kg進入煤氣S量: 3.36×0.15 = 0.504 Kg進入爐渣S量：3.36-0.3-0.504 = 2.556 Kg由于分析得到的二價鈣離子都折算成CaO，而其中一部分鈣離子以CaS形4式存在，CaS與CaO之重量差為S/2，為了重量平衡

9、鈣離子仍以CaO存在計算，而S則只算S/2。2)終渣FeO量：4.76×(72/56) = 6.12 Kg3)終渣MnO量：1694.47×0.0102×0.5 = 8.64 Kg4)終渣SiO2量：166.93-6.43 = 160.50 Kg5)終渣CaO量：148.76+34.53×0.5402 = 167.41 Kg6)終渣Al2O3量：1694.47×0.0139 + 450×0.135×0.2564 + 90×0.0406 + 34.53×0.0027 = 44.88 Kg7)終渣MgO量：1

10、694.47×0.0149 + 450×0.135×0.0111 + 90×0.0035 +34.53×0.0037 = 26.38 Kg終渣成分見表9 。表9 終渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2R160.5044.88167.4126.388.646.121.278415.21%38.6610.8140.326.352.081.470.311.04（4）生鐵成分校核：1）生鐵含量：1694.47×0.00038 + 450×0.135×0.0368×62/142 + 34.53

11、×0.00004 = 1.62 Kg1.62/1000 =0.16%2)生鐵含S量：0.03%3）生鐵含Si量：0.3%4）生鐵含Mn量：8.64×0.5/0.5×55/71×100/1000 =0.67%5）生鐵含Fe量：94.77%6）生鐵含C量：100% -0.03% -0.3% -94.77%- 0.67% - 0.16% =4.07%最終生鐵成分列于表10表10 最終生鐵成分（%）SiMnSPCFe0.300.670.030.164.0794.77100.005攀枝花學院本科課程設計（論文） 物料衡算校驗結果與原設生鐵成分相符合。2.2. 物料

12、平衡高爐物料衡算分兩種情況，一是生產高爐的，另一種是設計高爐的，它們計算的內容、方法和程序有所不同。但計算原理是一樣的。6本課題做的是煉鐵設計時的物料衡算方法。是在前面配料計算的基礎上進行的。2.2.1 原始條件的確定原始條件為：7（1）選擇確定直接還原度：可根據煤氣成分來計算，但較復雜，故這里直接選定直接還原度rd = 0.45 。（2）鼓風濕度f：這里取大自然濕度為0.012 Kg/,f =1.5% 。（3）假定入爐碳量0.5%的碳與H2反應生成CH4（純焦冶煉可取0.5%1.0%,噴吹燃料時可取1.2%）。2.2.2 物料衡算物料平衡計算步驟為：（1） 風口前燃燒的碳量：焦炭帶入固定碳量

13、：450×0.84 = 378.00 Kg煤粉帶入固定碳量：90×0.7447 = 67.02 Kg共計燃燒碳量: 378.00 + 67.02 = 445.02 Kg生成CH4的碳量：445.02×0.012 = 5.34 Kg熔于生鐵的碳量：0.0407×1000 =40.70 Kg還原Mn消耗的碳量：0.0067×1000×12/55 = 1.46 Kg還原Si消耗的碳量：0.003×1000×24/28 = 2.57 Kg還原P消耗的碳量：0.0016×1000×60/62 = 1.55

14、 Kg還原Fe消耗的碳量：0.9477×1000×0.45×12/56 = 91.39 Kg直接還原消耗的碳量：1.46 + 2.57 + 1.55 +91.39 = 96.97 Kg風口前燃燒碳量：C風 = 445.02 5.34 -40.07 96.97 = 302.64 KgC風占入爐總碳量的百分數：302.64/445.02×100% = 68.01%6（2）根據碳平衡計算風量：鼓風中氧的濃度：0.21×0.985 + 0.5×0.015 = 0.2144 /風口前燃燒碳素需要氧量：（302.64×22.4）/（2&

15、#215;12）= 282.46 煤粉可供給：90×（0.0337/32 + 0.008/36）×22.4 = 2.57 則每噸生鐵鼓風量：V風 =（282.46-2.57）/0.2144 = 1305.46 （3）計算煤氣各組分的體積和成分：1）CH4的體積:由燃燒碳素生成CH4：5.34×22.4/12 = 9.97 焦炭揮發(fā)分含CH4：450×0.0002×22.4/16 =0.13 進入煤氣的CH4：9.97+0.13 = 10.10 2）H2體積：由鼓風中水分分解出的H2：1305.46×0.015 = 19.58 焦炭揮發(fā)

16、分及有機物的H2量：450×(0.0005+0.003)×22.4/2 = 17.64 煤粉分解出得H2量：90×(0.0421+0.008/18)×22.4/2 =42.89 入爐總H2量：19.58+17.64+42.89 =80.11 在噴吹條件下參加還原反應的H2量為入爐總H2量40%8，即：80.11×0.4 = 32.04 生成CH4的H2量：9.97×2 = 19.94 進入煤氣的H2量:80.11-32.04-19.94 = 28.13 3) CO2體積：由Fe2O3還原FeO所生成的CO2：1694.47×

17、0.662×22.4/160 = 157.04由FeO還原Fe所生成的CO2：947.70×(1-0.45)×22.4/87 =208.49由MnO2還原MnO所生成的CO2：1694.47×(0.0102×87/103)×22.4/87=3.76另外，H2還參加還原反應，即相當于同體積的CO參加反應，所以CO2生成量中應減去32.04總計間接還原生成CO2量：157.04+208.49+3.76-32.04 =337.25石灰石分解出的CO2量：34.53×0.4543×22.4/44 = 7.99焦炭揮發(fā)分的C

18、O2量：450×0.0034×22.4/44 = 0.78混合礦分解出的CO2量：1694.47×0.0115×22.4/44 = 9.92煤氣中總CO2量：337.25+7.99+0.78+9.92 = 355.9474)CO體積：風口前碳素燃燒生成的CO量：302.64×22.4/12 = 564.93各種元素直接還原生成的CO量：96.97×22.4/12 = 181.01焦炭揮發(fā)分中的CO量：450×0.0034×22.4/12 = 2.86間接還原消耗CO量為337.25kg。則煤氣中總CO量：564.9

19、3+181.01+2.86-337.25 =411.555）N2體積：鼓風中帶入的N2量：1305.46×(1-0.015)×0.79 = 1015.84焦炭帶人的N2量：450×0.0045×22.4/28 = 1.62煤粉帶入的N2量：90×0.0042×22.4/28 = 0.31煤氣中總N2量：1015.84+1.62+0.31 = 1017.77根據計算，列出煤氣成分表11。表11 煤氣成分成 分CO2CON2H2CH4總計體積/355.94411.551017.7728.1310.101823.49%19.5222.575

20、5.811.540.55100（4）計算物料重量和編制平衡表：1）計算鼓風重量：1鼓風重量：（0.21×0.985×32 + 0.79×0.985×28 + 0.015×18）/22.4 = 1.28 Kg/全部鼓風重量：1305.46×1.28 = 1670.99Kg2)計算煤氣的重量：1的重量：（0.1952×44 + 0.2257×28 + 0.5526×28 +0.0154×2 + 0.0055×16）/22.4 = 1.36Kg/全部煤氣重量：1823.49×1.36 = 2479.95Kg3）計算水分重量：8攀枝花學院本科課程設計（論文） 結 語爐料帶入的水分：450×0.04 =18.00KgH2還原生成的水分：32.04×18/22.4 = 25.75Kg總計水分重量：18.00 + 25.75 = 43.75Kg4)計算爐料機械損失：2257.18 -2179.36 - 18.00 = 59.82Kg根據上述計算，列出物料平衡表12 。表12 物料平衡序號收入項/Kg支出項/Kg絕對誤差/Kg相對誤差/%1原