高爐冶煉物料平衡計(jì)算

1、v1.0可編輯可修改高爐冶煉綜合計(jì)算概述組建煉鐵車間（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20僚年的歷史，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)

2、條件、地區(qū)高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。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

3、蓋斯定律，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)常采用的一種計(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11v1.0可編輯可修改原區(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)場測(cè)取大量工藝數(shù)據(jù)方可進(jìn)行。配料計(jì)算一

4、.設(shè)定原料條件1、礦石成分：表1-1原料成分，原料FeMnPSFeOFeQSiO2Al 2O3CaOMgOMnOP2QFeS燒損2H2OCO燒結(jié)礦球團(tuán)礦混合礦石灰石爐塵C=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（）揮發(fā)份（）有機(jī)物（）2游離水SiO2Al 2O3CaOMgOFeOCOCOCHH2N2HbNbS3、噴吹燃料成分:表1-3煤粉成分，燃料CHNSOH2O灰分2SiO2Al 2O3CaOMgOFeO煤粉4預(yù)定生鐵成分:22v1.0可編輯可修改表1-4預(yù)定生鐵成分，%FeSiMnPSC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

5、為Fe。CB元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分配率（為見表1-5表1-5元素分配率分，%FeMnSP生鐵50一100爐渣50一0爐氣50.冶煉參數(shù)參考：燃料消耗量（kg/t生鐵）：焦炭 360（干）375（濕）煤粉 150 kg/t 生鐵鼓風(fēng)濕度12g/ m31222 4相對(duì)濕度小=上x 224 =%100018風(fēng)溫 1100 C爐塵量 20 kg/t 生鐵入爐熟料溫度80 C爐頂煤氣溫度 200 C焦炭冶煉強(qiáng)度t/（m3 d）高爐有效容積利用系數(shù)t/ （n3d）爐渣堿度R=（1）燃料帶入的鐵量GFe燃首先計(jì)算20kg爐塵中的焦粉量:34v1.0可編輯可修改G焦粉=3 C漁 £海=20X

6、=2.80kg局爐內(nèi)參加反應(yīng)的焦炭量為:G焦二360- G 焦粉=357.2kg5656故 G Fe燃=G焦 FeO% 52 + G煤 Fe。% 竟5656=X%X 56+150X %X 567272=2.27kg(2)進(jìn)入爐渣中的鐵量Ge港=1000Fe%鐵 x 義3%一99.7%0 3 一一=X =2.865kg99.7式中%、%-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:Ge 礦=1000 Fe%n+ + GFe渣-G Fe燃=+=952.9kg(4)冶煉1t生鐵的鐵礦石需要量：952 9Gr = GFe礦 / Fe% 礦=52 =1599.09kg 59.59%考慮

7、到爐塵吹出量，入爐鐵礦石量為：G礦= G 礦 + G塵-G 焦分=+=1616.29kg(1)設(shè)定爐渣堿度R=Ca。/ SiO2二(2)石灰石的有效溶劑性Ca0r效=Ca。%劑-R SiO2猊劑= 原料、燃料帶有的Ca。量Gcao鐵礦石帶入的Ca。量為：GCa。礦=Gr CaO% = x %=113.54kg焦炭帶入的Ca。量為：45v1.0可編輯可修改GcaoB = G 焦 CaO% =x%=1.82kg煤粉帶入的CaO量為：Gcao煤=6某 CaO% =150X %=1.10kg故G CaO = G CaO礦 + G CaO焦 + G CaO煤=+=116.46kg(4)原料、燃料帶入的S

8、iO2量Gsq2鐵礦石帶入的SiO2量為：GsiO2礦=G 礦 SiO2%r =x %=90.83kg焦炭帶入的SiO2量為：GsiO2焦=G焦 SiO2%B =x %=26.15kg煤粉帶入的SiO2量為：GsiO2煤=G煤 SiO2%某=150X %=10.97kg硅素還原消耗的SiO2量為：GsiO2還=1000Si溝鐵 60=11.79kg28故G s = GsiO2礦+GSiO2焦+siO2煤SiO2還+ + 116.16kg熔劑(石灰石)需要量為:G>= (R GsiO2- G Ca。)/ CaO有效=(x) /%=23.16kg原料、燃料帶入的成分見下表1-6表1-6每噸生

9、鐵帶入的有關(guān)物質(zhì)的量原燃料數(shù)量kgSiO2CaOAI2QMgOMnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg混55v1.0可編輯可修改合礦隹 J '、炭石灰石煤粉1502(1)爐渣中CaO的量Gcao渣由上表：G cao渣=128.28kg(2)爐渣中SiO2的量Gsq2渣由上表：G $。2渣=GsiO2還=116.61kg (3)爐渣中 A12Q 的量 GA12O3渣由上表：G A12O3 渣=49.44kg(4)爐渣中MgO勺量GMgO渣由上表：G Mg。渣=28.62kg(5)爐渣中MnO勺量Gmo渣G 乂股渣=X50%=0.33kg50% 鈕元素在爐渣中的分配率(6)爐渣中FeO

10、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 一故 G FeO渣=x=3.68kg56(7)爐渣中S的量Gs渣67v1.0可編輯可修改原燃料帶入的總S量為：GS=3.138kg(見表3-6)進(jìn)入生鐵的 S 量為：Gsh=1000S%車=1000X %=0.26kg進(jìn)入煤氣中的S量為：GsB氣=Gs5%=< =0.157kg故 G 5渣=Gs-G S生鐵-G S煤氣=2.72kg爐渣成分見下表1-7表1-7組元CaOSiO2Al 2O3MgOMnOFeOS/22CaO/ SiO2kg%(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

11、=G 礦 P% =x%=0.51kg石灰石帶入的P量為：Gp熔=G 熔 P%| =X %=0.0002kg故P=(+) X =%1000(2)生鐵含Mn按原料帶入的銳有50%S入生鐵計(jì)算551故Mn= X50%X 55x1=%(3)生鐵含CC=100-+%=%校核后的生鐵成分(%»見下表1-8表1-8 校核后的生鐵成分，%FeSiMnPSC物料平衡計(jì)算78v1.0可編輯可修改(1)風(fēng)口前燃燒的碳量Gc燃1) g= g 焦 C% + G 煤 C%M= X%+15(X %=421.53kg2)溶入生鐵中的碳量為：Gc生鐵=1000C%=1000X %=41.17kg3)生成甲烷的碳量為：

12、燃料帶入的總碳量有1%f氫化合生成甲烷，本例去1%Gc 甲烷=1% G 總, = X=4.22kg4)直接還原消耗的碳量Gc直89鈕還原消耗的碳量:硅還原消耗的碳量:磷還原消耗的碳量:“12” 12Gc鎰=1000Mn%, =1000X %x 一 =0.06kg5555Gc硅 1000Si% 4=1000X %X 24 =4.71kg2828Gc磷 1000F%60 =1000X %X 60 =0.49kg-6262鐵直接還原消耗的碳量:Gc鐵直=1000Fe% 12 r d 56rd/= r d-r H22284 + G 煤 H口一般為,本計(jì)算取r H2 = 56G焦(H%焦揮發(fā)+H2%焦有

13、機(jī))+G煤H2%煤+11(V/風(fēng)O % ) Xth2 a /(1000Fe%)1822.4= 56 %+ %)+ 150 X %+2 (1200 X %X 工 + 150 X %) X X %)式中“H2氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為，本計(jì)算取;f被利用氫氣量中，參加還原 FeO的百分量，一般為,取;V風(fēng) 設(shè)定的每噸生鐵耗風(fēng)量，本計(jì)算取 1200吊。v1.0可編輯可修改12 一Gc鐵直=1000X %X X =79.59kg故G c直=G c鎰+ G c硅+Gc磷+gc鐵直=84.85kg風(fēng)口前燃燒的碳量為:Gc燃=G C總-G C生鐵-G C甲烷-G C直=291.29kg (2)計(jì)算鼓風(fēng)量V風(fēng)

14、 1)鼓風(fēng)中氧的濃度：N=21%(1-i>)+小X%=21%)+ =%1002) Gc 燃燃燒需要氧的體積為:224Vo2= Gc燃三42 12, 乂 22.4 =2 12=271.87 m 33)煤粉帶入氧的體積為:VO2« =G« (0腺 + H2 O % 煤-)18,16、22 4= 150(%+ %16) X 224=3.23 m 322.4324)需鼓風(fēng)供給氧的體積為:VO2鳳= 02 02煤268.64 故V風(fēng)=VO?風(fēng)砧黑3=1253.57 m3(1)甲烷的體積Vch41)由燃料碳素生成的甲烷量為:VCH4碳=Gc甲烷22.4 、, 22.43=X =7

15、.88 m12122)焦炭揮發(fā)分中的甲烷量為:v1.0可編輯可修改一c， 22.4VCH4 焦=6 CH4%i 丁1622 4=X%x 163=0.125 m故 V CH4 = V CH4碳 +CH4焦 +=8.01 m（2）氫氣的體積VH21）由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的氫量為:3VH2分=V風(fēng)小=x %=18.72 m 2）焦炭揮發(fā)分及有機(jī)物中的氫量為:1011Vh2焦=G焦（H%揮發(fā)+電海有機(jī)）22.4224=(%+% 2=15.88 m 3 3）煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：O22.42- 2、Vh2煤=G煤(H%, + H2 O %煤-2)18,2、 22 4= 150(%+% 2)軍=39.89

16、 m 3 4）爐缸煤氣中氫的總產(chǎn)量為:VH2總=V H2 分 +VH2 焦 +VH2 煤=+3=74.04 m 35）生成甲烷消耗的氫量為：Vh2 烷=2Vch4=2X =16.02 m36）參加間接反應(yīng)消耗的氫量為:VH2間=VH2總列H2=X =25.91 m3v1.0可編輯可修改故 V H2 =Vh2 總 "HZ 烷”HZ 間=32.11 m(3)二氧化碳的體積Vco2 1)由CO®原Fe2Q為FeO生成的CO 7"GFe2O3 = G 礦 FeQ%x%=1159.82kg參加還原FeO為FeO的氫氣量為:GH2還2=VH2總”H2 (1 OC ) 2242

17、2.4()x3=0.23kg由氫氣還原FeQ的質(zhì)量為:GFe2O3 = G H2還16021111160 x =18.4kg由CO還原FeQ的質(zhì)量為:GFe2O3 = G Fe2O3- G Fe2O3=1141.42kg故 V CO2還=G Fe2O3160, x 22.4 =160=159.80 m2)由CO®原FeO為Fe生成的CO量為:VC02 還=1000Fe%1-rd/-r H2醫(yī)45622 4= 1000X% 22456=209.51 mv1.0可編輯可修改3）石灰石分解產(chǎn)生的CO量為:22.4VCO2分=Gfe CO4 4422.4= X%X 44=5.00 m 3 4

18、）焦炭揮發(fā)分中的CO量為:_22.4VcO2 揮= G 隹 C(2%B 4422 4= X%X44=0.35 m 3故 V CO2 = V 82還 +VCO 2 還 +VCO2 分 +VCO2 揮=+374.66 m 3(4) 一氧化碳的體積Vco1）風(fēng)口前碳素燃燒生成的CO量為:1213VCO燃二GC燃22.4=入22.43=543.74 m12122）直接還原生成的CO量為:_22 422 43VCO百=GCw 24 =x 24 =158.39 m312123）焦炭揮發(fā)分中的CO量為: 224_ 22 43VCO揮=G隹 CO% 224=x%x 224=0.60 m328284)間接還原消耗的CC量為：/3%。間=VCO2還 +VCO2 還=+ =369.31 m故 V co =Vco燃 +Vco直 +Vco揮-V co間=334.42 m（5）氮?dú)獾捏w積Vn21）鼓風(fēng)帶入的氮?dú)饬繛?VN2風(fēng)=V 風(fēng)（1-?。㎞2%Mv1.0可編輯可修改=（% 79%3=975.53 m m3鼓風(fēng)的質(zhì)量為: 風(fēng)=（1-（|） 32+ （1-?。?8+18（）/=X X32+X X 28+18X / =1.28kg/ m 3鼓風(fēng)的質(zhì)量為： G風(fēng)=丫風(fēng)風(fēng)=乂 =1604.57kg(2)煤氣質(zhì)量的計(jì)算2)焦炭帶入的氮?dú)饬繛?2