高爐冶煉物料平衡計算

高爐冶煉綜共計算1.1概括組建煉鐵車間（廠）或新建高爐，都必定依照產(chǎn)量以與原料和燃料條件作為高爐冶煉綜共計算包括配料計算、物料平衡計算和熱平衡計算。從計算中獲得原料、燃料耗資量與鼓風(fēng)耗資量等，獲得冶煉主要產(chǎn)品（除生鐵以外）煤氣與爐渣產(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。計算以前，第一必定確定主要工藝技術(shù)參數(shù)。關(guān)于一種新的工業(yè)生產(chǎn)裝置，應(yīng)經(jīng)過實驗室研究、半工業(yè)性試驗、致使于工業(yè)性試驗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，計算用基本工藝技術(shù)參數(shù)確實定，除特別礦源應(yīng)作冶煉基礎(chǔ)研究外，一般情況下都是聯(lián)合地域條件、地域高爐冶煉情況予以剖析確定。好似冶煉強度、焦比、有效容積利用系數(shù)等。計算用的各樣原料、燃料以與協(xié)助資料等必定作工業(yè)全剖析，而且將各樣成分之總和換算成100％，元素含量和化合物含量要相吻合。將依照確定的工藝技術(shù)參數(shù)、原燃料成分計算出單位產(chǎn)品的原料、燃料以與協(xié)助資料的耗資量，以與主、副產(chǎn)品成分和產(chǎn)量等，供車間設(shè)計使用。配料計算也是物料平衡和熱平衡計算的基礎(chǔ)。依照質(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。物料平衡計算能夠考證配料計算可否正確無誤，也是熱平衡計算的基礎(chǔ)。物料平衡計算結(jié)果的相對誤差不應(yīng)大于0.25％。常用的熱平衡計算方法有兩種。第一種是依照熱化學(xué)的蓋斯定律，即按入爐物料的初態(tài)和出爐物料的終態(tài)計算，而不考慮爐實質(zhì)反響過程。此法又稱總熱平衡法。它的不足是沒有反響出高爐冶煉過程中放熱反響和吸熱反響所發(fā)生的詳細(xì)空間地點，這種方法比較簡易，計算結(jié)果能夠判斷高爐冶煉熱工收效，檢查配料計算各工藝技術(shù)參數(shù)選用可否合理，它是經(jīng)常采用的一種計算方法。第二種是地域熱平衡法。這種方法以高爐局部地域為研究對象，常將高爐下部直接還原地域進(jìn)行熱平衡計算，計算其中熱量的產(chǎn)生和耗資項目，這比較正確地反響高爐下部實質(zhì)情況，可判斷爐下部熱量利用情況，以便采用相應(yīng)的技術(shù)舉措。該計算比較復(fù)雜。要從冶煉現(xiàn)場測取大量工藝數(shù)據(jù)方可進(jìn)行。1.2配料計算.設(shè)定原料條件1、礦石成分：表1-1原料成分，%原Fe2OAl2OMgMn燒損FeMnPSFeOSiO2CaOOOP2O5FeSΣ料33H2OCO2燒58.30.0312.569.32.010.030.08100.0結(jié)0.030.035.821.548.540.0751458930礦球64.50.030.030.0085.20.520.040.080.00100.0團(tuán)6.245.131.371.363373462480礦1/12混59.50.030.030.0211.272.5100.0合5.681.517.101.720.040.070.079125830礦石0.000.0351.00.070.00100.0灰1.800.061.101.261.960.090.890.101.0642.43163820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)的比率為80：202、焦炭成分：表1-2焦炭成分，%灰分（12.64）揮發(fā)份（0.58）有機物（1.42）游C固SiOAl2OCaMgFeCOCOCH4H2N2H2N2SΣ離23OOO2水85.37.34.260.50.120.40.20.10.020.030.110.30.20.7100.04.1621319578679073、噴吹燃料成分：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+0.3Mn某元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分派率（%）見表1-5表1-5元素分派率分，%FeMnSP生鐵99.750—100爐渣0.350—0爐氣50二.冶煉參數(shù)參照：燃料耗資量（kg/t生鐵）：焦炭360（干）375（濕）煤粉150kg/t生鐵鼓風(fēng)濕度12g/m322.4相對濕度φ=×=1.493%100018風(fēng)溫1100℃爐塵量20kg/t生鐵2/12入爐熟料溫度80℃爐頂煤氣溫度200℃焦炭冶煉強度0.98t/（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燃第一計算20kg爐塵中的焦粉量：G焦粉=G塵C%塵/C%焦=20×11.95/85.36=2.80kg高爐參加反響的焦炭量為：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）進(jìn)入爐渣中的鐵量GFe渣=1000Fe%生鐵×0.3%99.7%0.3=952.3×=2.865kg99.7式中0.3%、99.7%——分別為鐵在爐渣和生鐵中的分派比（3）需要由鐵礦石帶入的鐵量為：GFe礦=1000Fe%生鐵+GFe渣-GFe燃=952.9kg（4）冶煉1t生鐵的鐵礦石需要量：G礦=GFe礦/Fe%礦=952.9=1599.09kg59%考慮到爐塵吹出量，入爐鐵礦石量為：G/礦=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-RSiO2%熔劑×1.96)%=48.87%(3)原料、燃料帶有的CaO量GCaO鐵礦石帶入的CaO量為：3/12GCaO礦=G礦CaO%礦=1599.09×7.10%=113.54kg焦炭帶入的CaO量為：GCaO焦=G焦CaO%焦=357.2×0.51%=1.82kg煤粉帶入的CaO量為：GCaO煤=G煤CaO%煤=150×0.73%=1.10kg故GCaO=GCaO礦+GCaO焦+GCaO煤=113.54+1.82+1.10=116.46kg（4）原料、燃料帶入的SiO2量GSiO2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：GSiO2焦=G焦SiO2%焦=357.2×7.32%=26.15kg煤粉帶入的SiO2量為：GSiO2煤=G煤SiO2%煤=150×7.31%=10.97kg硅素復(fù)原耗資的SiO2量為：60GSiO2還=1000Si%生鐵=11.79kg故GSiO2=GSiO2礦+GSiO2焦+GSiO2煤-GSiO2還90.83+26.15+10.97-11.79=116.16kg熔劑（石灰石）需要量為：G熔=（RGSiO2-GCaO）/CaO有效=（1.10×）/48.87%=23.16kg原料、燃料帶入的成分見下表1-6表1-6每噸生鐵帶入的相關(guān)物質(zhì)的量原SiOCaOAl2O3MgOMnOS數(shù)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礦焦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）爐渣中CaO的量GCaO渣由上表：GCaO渣=128.28kg（2）爐渣中SiO2的量GSiO2渣由上表：GSiO2渣=128.40-GSiO2還=128.40-11.79=116.61kg（3）爐渣中Al2O3的量GAl2O3渣由上表：GAl2O3渣=49.44kg（4）爐渣中MgO的量GMgO渣由上表：GMgO渣=28.62kg（5）爐渣中MnO的量GMnO渣GMnO渣=0.66×50%=0.33kg50%——錳元素在爐渣中的分派率（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72故GFeO渣=2.865×=3.68kg567）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故GS渣=GS-GS生鐵-GS煤氣=2.72kg5/12爐渣成分見下表1-7表1-7組元CaOSiO223MgOMnOFeOS/2ΣCaO/AlOSiO2kg128.28116.6149.4428.620.333.681.36328.32%39.0735.5215.068.720.11.120.41100.001.101）生鐵含[P]按原料帶入的磷全部進(jìn)入生鐵計算鐵礦石帶入的P量為：GP礦=G礦P%礦=1599.09×0.032%=0.51kg石灰石帶入的P量為：GP熔=G熔P%熔=23.16×0.001%=0.0002kg故[P]=（0.51+0.0002）×1=0.051%1000（2）生鐵含[Mn]按原料帶入的錳有50%進(jìn)入生鐵計算故[Mn]=0.66×50%×55×1=0.026%711000（3）生鐵含[C][C]=[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，%[Fe][Si][Mn][P][S][C]95.230.550.0260.0510.0264.1171.3物料平衡計算（1）風(fēng)口前焚燒的碳量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=1000[C]%=1000×4.117%=41.17kg3）生成甲烷的碳量為：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）直接復(fù)原耗資的碳量GC直錳復(fù)原耗資的碳量：G=1000[Mn]%12×12=0.06kg錳×C55=10000.026%556/12硅復(fù)原耗資的碳量：GC硅1000[Si]%24=1000×0.55%×24=4.71kg2828磷復(fù)原耗資的碳量：GC磷1000[P]%60×60=0.49kg-×=10000.051%鐵直接復(fù)原耗資的碳量：626212/GC鐵直=1000[Fe]%rd56rd/=rd-rH2rd一般為0.4~0.5，本計算取0.45。rH2=56222%煤+2(V風(fēng)/φ18+G煤2H2[G焦(H%焦揮發(fā)+H%焦有機)+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，本計算取0.35；H2——氫在高爐的利用率，一般為α——被利用氫襟懷中，參加復(fù)原FeO的百重量，一般為0.85~1.0，取0.9；V風(fēng)/——設(shè)定的每噸生鐵耗風(fēng)量，本計算取1200m3。12GC鐵直=1000×95.23%××0.39=79.59kg56故GC直=GC錳+GC硅+GC磷+GC鐵直=0.06+4.71+0.49+79.59=84.85kg風(fēng)口前焚燒的碳量為：GC燃=GC總-GC生鐵-GC甲烷-GC直=291.29kg（2）計算鼓風(fēng)量V風(fēng)1）鼓風(fēng)中氧的濃度：N=21%(1-φ)+0.5φ=21%(1-1.493%)+0.51×.493%=21.43%2)GC燃焚燒需要氧的體積為：VO2=GC燃

22.421222.4=291.29×2127/12=271.87m33）煤粉帶入氧的體積為：1622.4VO2煤=G煤（O%煤+H2O%煤）=150（2.32%+0.85%16）×22.41832=3.23m34）需鼓風(fēng)供給氧的體積為：VO2風(fēng)=VO2-VO2煤271.87-3.23=268.64m3故V風(fēng)=VO2風(fēng)/N=268.64=1253.57m321.43%（1）甲烷的體積VCH41）由燃料碳素生成的甲烷量為：22.422.4VCH4碳=GC甲烷=4.22×=7.88m312122）焦炭揮發(fā)分中的甲烷量為：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）氫氣的體積VH21）由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的氫量為：VH2分=V風(fēng)φ=1253.57×1.493%=18.72m32）焦炭揮發(fā)分與有機物中的氫量為：22.4VH2焦=G焦（H2%焦揮發(fā)+H2%焦有機）222.4=357.2（0.037%+0.36%）=15.88m33）煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：OVH2煤=G煤（H2%煤+H2O%煤2）22.4182=150（2.28%+0.85%×2）22.4182=39.89m34）爐缸煤氣中氫的總產(chǎn)量為：VH2總=VH2分+VH2焦+VH2煤8/12=18.72+15.88+39.8935）生成甲烷耗資的氫量為：VH2烷=2VCH4=2×8.10=16.02m36）參加間接反響耗資的氫量為：VH2間=VH2總ηH2=74.04×0.35=25.91m3故VH2=VH2總-VH2烷-VH2間=32.11m3（3）二氧化碳的體積VCO2/1）由CO復(fù)原Fe2O3為FeO生成的CO2VCO2還=1599.09×72.53%=1159.82kg參加復(fù)原Fe2O3為FeO的氫襟懷為：GH2還=VH2總ηH2（1-α）

222.42=74.04×0.35×（1-0.9）×=0.23kg由氫氣復(fù)原Fe2O3的質(zhì)量為：GFe2/O3=GH2還1602160=18.4kg=0.23×2由CO復(fù)原Fe2O3的質(zhì)量為：G//Fe2O3=GFe2O3-G/Fe2O3=1141.42kg故VCO/2還=G//Fe2O322.416022.4=1141.42×160=159.80m32）由CO復(fù)原FeO為Fe生成的CO2量為：9/12//22.4VCO2還=1000[Fe]%[1-rd/-rH2]22.4=1000×95.23%(1-0.39-0.06)=209.51m33）石灰石分解產(chǎn)生的CO2量為：VCO2分=G熔CO2%熔

22.44422.4=23.16×42.43%×=5.00m34）焦炭揮發(fā)分中的CO2量為：22.4VCO2揮=G焦CO2%焦4422.4=357.2×0.91%×=0.35m3故VCO2=V/CO2還+VCO//2還+VCO2分+VCO2揮=159.80+209.51+5.00+0.35374.66m3（4）一氧化碳的體積VCO1）風(fēng)口前碳素焚燒生成的CO量為：VCO燃=GC燃22.4=291.29×22.4=543.74m312122）直接復(fù)原生成的CO量為：VCO直=GC直22.4=84.85×22.4=158.39m312123）焦炭揮發(fā)分中的CO量為：VCO揮=G焦CO%焦22.4=357.2×0.21%×22.4=0.60m328284）間接復(fù)原耗資的CO量為：///3VCO間=VCO2還+VCO2還=159.80+209.51=369.31m故VCO=VCO燃+VCO直+VCO揮-VCO間=334.42m3（5）氮氣的體積VN21）鼓風(fēng)帶入的氮襟懷為：VN2風(fēng)=V風(fēng)（1-φ）N2%風(fēng)=1253.57（1-1.493%）79%310/122）焦炭帶入的氮襟懷為：22.4VN2焦=G焦（N2%焦揮發(fā)+N2%焦有機）22.4=357.2（0.118%+0.27%）=1.11m33）煤粉帶入的氮襟懷為：VN2煤=G煤N2%煤

22.42822.4=150×0.52%×=0.62m3故VN2=VN2風(fēng)+VN2焦+VN2煤3=975.53+1.11+0.62=977.26m煤氣成分見下表1-9表1-9煤襟懷與成分成分CO2CON2H2CH4Σ體積，m3374.66334.42977.2632.118.011726.46%21.7019.3