高爐冶煉物料平衡計(jì)算

1、咼爐冶煉綜合計(jì)算1.1概述組建煉鐵車間（廠）或新建高爐，都必須依據(jù)產(chǎn)量以及原料和燃料條件作為 高爐冶煉綜合計(jì)算包括配料計(jì)算、物料平衡計(jì)算和熱平衡計(jì)算。從計(jì)算中得到原 料、燃料消耗量及鼓風(fēng)消耗量等，得到冶煉主要產(chǎn)品（除生鐵以外）煤氣及爐渣 產(chǎn)生量等基本參數(shù)。以這些參數(shù)為基礎(chǔ)作煉鐵車間（廠）或高爐設(shè)計(jì)。計(jì)算之前，首先必須確定主要工藝技術(shù)參數(shù)。對(duì)于一種新的工業(yè)生產(chǎn)裝置， 應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)室研究、半工業(yè)性試驗(yàn)、以致于工業(yè)性試驗(yàn)等一系列研究來確定基本 工藝技術(shù)參數(shù)。高爐煉鐵工藝已有200余年的歷史，技術(shù)基本成熟，計(jì)算用基本 工藝技術(shù)參數(shù)的確定，除特殊礦源應(yīng)作冶煉基礎(chǔ)研究外，一般情況下都是結(jié)合地 區(qū)條件、地區(qū)高

2、爐冶煉情況予以分析確定。例如冶煉強(qiáng)度、焦比、有效容積利用 系數(shù)等。計(jì)算用的各種原料、燃料以及輔助材料等必須作工業(yè)全分析， 而且將各種成 分之總和換算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。將依據(jù)確定的工藝技術(shù)參數(shù)、原燃料成分計(jì)算出單位產(chǎn)品的原料、 燃料以及 輔助材料的消耗量，以及主、副產(chǎn)品成分和產(chǎn)量等，供車間設(shè)計(jì)使用。配料計(jì)算 也是物料平衡和熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，投入高爐物料的質(zhì)量總和應(yīng)等于高爐排出物料的質(zhì)量總 和。物料平衡計(jì)算可以驗(yàn)證配料計(jì)算是否準(zhǔn)確無誤，也是熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。物料平衡計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差不應(yīng)大于0.25%。常用的熱平衡計(jì)算方法有兩種。第一種是根據(jù)熱化學(xué)的蓋斯定

3、律，即按入爐 物料的初態(tài)和出爐物料的終態(tài)計(jì)算，而不考慮爐內(nèi)實(shí)際反應(yīng)過程。此法又稱總熱 平衡法。它的不足是沒有反應(yīng)出高爐冶煉過程中放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)所發(fā)生的具 體空間位置，這種方法比較簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果可以判斷高爐冶煉熱工效果， 檢查配 料計(jì)算各工藝技術(shù)參數(shù)選取是否合理，它是經(jīng)常米用的一種計(jì)算方法。第二種是區(qū)域熱平衡法。這種方法以高爐局部區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，常將高爐下部直接還原區(qū)域進(jìn)行熱平衡計(jì)算，計(jì)算其中熱量的產(chǎn)生和消耗項(xiàng)目，這比較準(zhǔn)確地反應(yīng)高爐下部實(shí)際情況，可判斷爐內(nèi)下部熱量利用情況，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施。該計(jì)算比較復(fù)雜。要從冶煉現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取大量工藝數(shù)據(jù)方可進(jìn)行。1.2配料計(jì)算一.設(shè)定原料條件1、礦石成

4、分：表1-1原料成分，%原料FeMnPSFeOFe2O3SiO2AI2O3CaOMgOMnOP2O5FeS燒損h2oCO2燒58.30.0312.569.32.010.030.08100.0結(jié)50.0310.03455.821.548.54890.0730礦球64.50.030.030.0085.20.520.040.080.00100.0團(tuán)33736.2445.131.371.3662480礦混合礦59.590.0310.0320.02511.2872.535.681.517.101.720.040.070.07100.00石灰0.000.0351.00.070.00100.01.800.0

5、6161.101.261.960.0930.8980.1021.0642.430石爐42.20.220.020.0815.642.715.81.338.731.290.280.060.221.96C=11.9100.0塵16306067750燒結(jié)與球團(tuán)的比例為80: 202、焦炭成分：表1-2焦炭成分，%C固灰分（12.64）揮發(fā)份（0.58）有機(jī)物（1.42）游離水SiO2AI2O3CaOMgOFeOCOCO2CH4H2n2H2n2S85.37.34.260.50.120.40.20.10.020.030.110.30.20.7100.04.1621319578679073、噴吹燃料成分:表

6、1-3煤粉成分，%燃 料CHNSOH2O灰分SiO2Al 2O3CaOMgOFeO煤 粉77.752.280.520.302.320.857.316.700.730.320.92100.004預(yù)定生鐵成分:表1-4預(yù)定生鐵成分，%FeSiMnPSC95.230.550.030.0340.0264.13其中Si、S由生鐵質(zhì)量要求定，Mn、P由原料條件定，C參照下式定，其余 為Fe。C=4.3-0.27Si-0.329P-0.032S+0.3 Mn某元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分配率（）見表1-5表1-5元素分配率分，%FeMnSP生鐵99.750一100爐渣0.350一0爐氣50.冶煉參數(shù)參考：燃

7、料消耗量（kg/t 生鐵）：焦炭360 （干）375 （濕）煤粉150 kg/t 生鐵鼓風(fēng)濕度12g/ m3相對(duì)濕度1222 .4（=X=1.493%1000 18風(fēng)溫1100C爐塵量20 kg/t生鐵入爐熟料溫度80C爐頂煤氣溫度 200 C焦炭冶煉強(qiáng)度 0.98 t/ ( m3 d)高爐有效容積利用系數(shù) 2.7t/ (m3 d)爐渣堿度R=1.10(1)燃料帶入的鐵量GFe燃首先計(jì)算20kg爐塵中的焦粉量:G 焦粉=G 塵 C% 塵 /C% 焦=20X11.95/85.36=2.80kg高爐內(nèi)參加反應(yīng)的焦炭量為:G 焦=360- G 焦粉=360-2.80=357.2kgG Fe燃FeO%

8、 焦56 + G 煤FeO%煤7256725656=357.2 ®.43%X +150X).92%X7272=2.27kg(2) 進(jìn)入爐渣中的鐵量0.3%G Fe 渣=1000Fe%生鐵 X-99 .7%=952.3=2.865kg99 .7式中 0.3%、99.7%分別為鐵在爐渣和生鐵中的分配比(3) 需要由鐵礦石帶入的鐵量為：Gf。礦=1000 Fe% 生鐵+ G Fe 渣Fe燃=952.3+2.856-2.27=952.9kg(4) 冶煉1t生鐵的鐵礦石需要量：952 .9G 礦=G Fe礦 / Fe%礦=1599.09kg59 .59 %考慮到爐塵吹出量，入爐鐵礦石量為：G礦

9、=G 礦 + G塵-G 焦粉 =1599.09+20-2.80=1616.29kg(1) 設(shè)定爐渣堿度R=CaO/SiO2=1.10(2) 石灰石的有效溶劑性CaO有效=CaO%熔劑-R SiO2% 熔劑=(51.03-1.10 1.X6)% =48.87%(3) 原料、燃料帶有的CaO量G鐵礦石帶入的CaO量為：Gcao 礦=G 礦 CaO%礦=1599.09 來10%=11354kg 焦炭帶入的CaO量為：G CaO 焦=G 焦 CaO%焦=357.2 0.51%=1.82kg煤粉帶入的CaO量為：G CaO 煤=G 煤 CaO%煤=150 0.73%=1.10kgGcaOG CaO 礦C

10、aO焦CaO煤20=113.54+1.82+1.10=116.46kg(4) 原料、燃料帶入的SiO2量Gsd鐵礦石帶入的SiO2量為：GsiO2 礦=G 礦 SiO2%礦=1599.09 5.68%=90.83kg焦炭帶入的SiO2量為：Gsq2 焦=G 焦 SiO2% 焦=357.2 7.32%=26.15kg煤粉帶入的SiO2量為：Gsq2 煤=G煤 SiO2%煤=150>7.31%=10.97kg硅素還原消耗的SiO2量為：60Gsd 還=1000Si%生鐵 一=11.79kg28故 GSiO2 = G SiO2 礦 +G so2 焦 +G so2 煤 _G sq2 還 90.8

11、3+26.15+10.97-11.79=116.16kg熔劑(石灰石)需要量為:SiO2-G CaO)/ CaO有效=(1.10 116.16-116.46) /48.87% =23.16kg原料、燃料帶入的成分見下表1-6表1-6每噸生鐵帶入的有關(guān)物質(zhì)的量原燃料數(shù)量kgSiO2CaOAl 2O3MgOMnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg混合1599.05.690.837.10113.51.524.11.727.50.040.60.020.40礦984152045隹7.34.215.20.1炭357.2226.150.511.826220.430.792.82石1.951.00.00.

12、80.070.00.030.00灰23.1660.45311.8290.0290.218268石煤 粉1507.3110.970.731.106.7010.050.320.480.300.45128.40128.2849.4428.620.663.138(1)爐渣中CaO的量GCaO渣由上表：Gca。渣=128.28kg(2)爐渣中SiO2的量Gsq2渣由上表：Gsd 渣=128.40- Gsd 還=128.40-11.79=116.61kg(3)爐渣中AI2O3 的量 G a|2o3 渣由上表：Gai2。3 渣=49.44kg(4)爐渣中MgO的量Gmg。渣由上表：GMgO 渣=28.62k

13、g(5)爐渣中MnO的量GMnO渣Gm“。渣=0.66 g0%=0.33kg50%錳元素在爐渣中的分配率(6)爐渣中FeO的量GFeO渣進(jìn)入渣中的鐵量為：Fe渣=2.865kg，并以FeO形式存在故 Gf°o 渣=2.865 x2 =3.68kg56(7)爐渣中S的量Gs渣原燃料帶入的總S量為：Gs=3.138kg (見表3-6)進(jìn)入生鐵的S量為：Gs生鐵=1000S%生鐵=1000>0.026%=0.26kg進(jìn)入煤氣中的 S 量為：Gs煤氣 = Gs5%=3.138>0.05=0.157kg=G S -G S生鐵-GS煤氣=3.138-0.26-0.157=2.72kg

14、爐渣成分見下表1-7表1-7組元CaOSiO2Al 2O3MgOMnOFeOS/2CaO/SiO2kg128.28116.6149.4428.620.333.681.36328.32%39.0735.5215.068.720.11.120.41100.001.10(1)生鐵含P按原料帶入的磷全部進(jìn)入生鐵計(jì)算鐵礦石帶入的P量為：Gp礦=G礦 P%礦=1599.09 &032%=0.51kg 石灰石帶入的P量為：G p 熔=G 熔 P%熔=23.16 0.001%=0.0002kg1故 P= (0.51+0.0002) X-=0.051%1000(2) 生鐵含Mn按原料帶入的錳有50%進(jìn)入

15、生鐵計(jì)算551故Mn=0.66 >50% X-=0.026%711000(3) 生鐵含CC=100-(95.23+0.55+0.026+0.051+0.026)%=4.117% 校核后的生鐵成分()見下表1-8表1-8 校核后的生鐵成分，%FeSiMnPSC95.230.550.0260.0510.0264.1171.3物料平衡計(jì)算(1) 風(fēng)口前燃燒的碳量Gc燃1) Gc總=G焦C%焦+ G煤C%煤=357.2 85.36%+150>77.75%=421.53kg2) 溶入生鐵中的碳量為：Gc生鐵=1000C%=1000 >4.117%=41.17kg3) 生成甲烷的碳量為：

16、燃料帶入的總碳量有1%1.5%與氫化合生成甲烷，本例去1%。Gc 甲烷=1% Gc 總=0.01 >421.53=4.22kg4) 直接還原消耗的碳量Gc直1212錳還原消耗的碳量：Gc錳=1000Mn% 一 =1000>0.026%X =0.06kg55552424硅還原消耗的碳量：Gc 硅 1000Si%=1000X).55%X =4.71kg2828磷還原消耗的碳量：Gc 磷 1000P% 60 =1000X).051% X60 =0.49kg-6262鐵直接還原消耗的碳量：12 /Gc 鐵直=1000Fe% M56rd / = rd-r 比rd 一般為0.40.5,本計(jì)算取

17、0.45。56r H2 = G焦(H2%焦揮發(fā)+ H2%焦有機(jī)22)+ G煤H2%煤+(V風(fēng)18+22 .4G煤H218(1200 1.493% X +22 .4O % 煤)n a /(1000Fe%)5622357.2(0.037%+ 0.36%)+ 150 >2.28%+ 18150>0.85 %) 05 09(100095.23%)=0.06式中n2氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為 0.30.5,本計(jì)算取0.35;a被利用氫氣量中，參加還原 FeO的百分量，一般為0.851.0，取0.9;V風(fēng) 設(shè)定的每噸生鐵耗風(fēng)量，本計(jì)算取1200m3。Gc 鐵直=1000 >95.23%

18、X>0.39=79.59kg56G C直=G C錳+ G c硅+G c磷+Gc鐵直=0.06+4.71+0.49+79.59=84.85kg風(fēng)口前燃燒的碳量為：G c總-G c生鐵-G c甲烷-G c直=421.53-41.17-4.22-84.85=291.29kg(2) 計(jì)算鼓風(fēng)量V風(fēng)1) 鼓風(fēng)中氧的濃度：N=21%(1-© )+0.5 ©=21%(1-1.493%)+0.5 1493% =21.43%2) Gc燃燃燒需要氧的體積為：O222 .42 1222 4 =291.29 乂2 X123=271.87 m22 4=150 （2.28%+0.85%X） 18

19、 2 =39.89 m33）煤粉帶入氧的體積為:O2煤=G煤16（0% 煤 + H2 O % 煤）1822 .4321622 4=150 （2.32%+ 0.85 % ） X18323=3.23 m34）需鼓風(fēng)供給氧的體積為：V 02 風(fēng)=V 02 -V 02 煤 271.87-3.23=268.64 n?故 V 風(fēng)=Vo2 風(fēng) /N= 268 ® =1253.57 n?21.43%（1）甲烷的體積VCH41）由燃料碳素生成的甲烷量為:CH4G c甲烷22 .41222 43=4.22 X =7.88 m122）焦炭揮發(fā)分中的甲烷量為:CH4=G焦CH4% 焦22 .41622 .4

20、 =357.2 X.025%X163=0.125 m3故 Vch4 = Vch4 碳 +V CH4 焦 7.88+0.125=8.01 m3（2）氫氣的體積H21）由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的氫量為:比分=V 風(fēng)忻1253.57 1.493%=18.72 m32）焦炭揮發(fā)分及有機(jī)物中的氫量為:V H2焦=G焦（H2%焦揮發(fā)+ H2%焦有機(jī)）22 .422 .4 =357.2 （0.037%+0.36%）-23=15.88 m3）煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：0222 4Vh2 煤=G 煤 （ h2% 煤 + H2 0 %煤）-18 24）爐缸煤氣中氫的總產(chǎn)量為:V H2總=V比分+V H2焦+V H2煤=1

21、8.72+15.88+39.893=74.04 m5）生成甲烷消耗的氫量為：3VH2 烷=2V CH4 =2X8.10=16.02 m36）參加間接反應(yīng)消耗的氫量為:V H2 間=V H2 總 n23=74.04 X.35=25.91 m3H2=VH2-VH2烷-VH2間=74.04-16.02-25.913=32.11 m3(3) 二氧化碳的體積Vc°21）由CO還原Fe2O3為FeO生成的CO2vCoG Fe 2O3 = G 礦 Fe2O3% 礦=1599.09 72.53%=1159.82kg參加還原Fe2O3為FeO的氫氣量為:2Gh2 還=V H2 總叩2( 1-久)-22

22、 .4=74.04 0.35 (1-0.9)2X22 .4=0.23kg由氫氣還原F62O3的質(zhì)量為:/Fe 2O 3=Gh2 還1602=0.23 X =18.4kg2由CO還原Fe2O3的質(zhì)量為:/Fe 2O 3G Fe 2 O3/Fe 2O 3=1159.82-18.4 =1141.42kgVCo/Fe 2O 322 .416022 .4=1141.421603=159.80 m2）由CO還原FeO為Fe生成的CO2量為:/CO 2還22 4VCo2還=1000Fe%1-rd/-rH2 22 .45656=1000 >95.23%（1-0.39-0.06）3=209.51 m3）石

23、灰石分解產(chǎn)生的CO2量為:V CO2 分=G熔CO2%熔22 .44422 4 =23.16 官2.43% X443=5.00 m34）焦炭揮發(fā)分中的CO2量為:V CO2=V/CO 2還+VCO 2還+ V CO2 分+ V CO2=357.222 4g91%x .44V co2 揮=G 焦 CO2% 焦22 .4443=0.35 m3=159.80+209.51+5.00+0.353374.66 m3（4）一氧化碳的體積 Vc。1）風(fēng)口前碳素燃燒生成的CO量為：22 422 43Vco 燃=Gc燃 =291.29 x=543.74 m312122）直接還原生成的CO量為：22 422 43

24、VCO 直=GC直 =84.85 X=158.39 m312123）焦炭揮發(fā)分中的CO量為：22 422 43Vco 揮=G焦 CO%焦=357.2 >0.21%X=0.60 m28 284）間接還原消耗的CO量為：Vco 間=V Co 2還 +V Co 2還=159.80+209.51=369.31 n?Vco=VCO燃+V CO 直3+V co 揮-V co 間=334.42 m（5）氮?dú)獾捏w積V 1）鼓風(fēng)帶入的氮?dú)饬繛椋篤 N 2 風(fēng)=V 風(fēng)（1-® N2% 風(fēng)=1253.57 (1-1.493%) 79%3=975.53 m32) 焦炭帶入的氮?dú)饬繛椋?G（N2% 焦揮發(fā) + N2% 焦有機(jī)）22 .42822 .4=357.2 (0.118%+0.27%)28=1.11 m33) 煤粉帶入的氮?dú)饬繛椋?2 .4V N 2煤=G煤N2%煤2822 4=150 >0.52% X28=0.62 m3+VVn2=V3=975.53+1.11+0.62=977.26 m煤氣成分見下表1-9表1-9煤氣量及成分成分CO2CON2H2CH4體積，m3374.66334.42977.2632.118.011726.46%21.7019.3756.601.860.471