煉鐵工藝計算

目 錄煉鐵工藝計算 11.1 原料成分整理 11.2 配料計算 31.3 物料平衡計算 51.4 熱平衡計算 101.5 高溫區(qū)熱平衡計算 141.6 理論焦比計算 16煉鐵工藝計算1.1 原料成分整理1）原料成分整理高爐采用燒結礦、球團礦和澳礦三種礦石冶煉，礦石、石灰石成分已經(jīng)過整理計算如表2.1所列，其混合礦是按三種礦石80:9:11配成。表2.1礦石成分表（%）燒結礦校核球團礦校核生礦校核混合礦硅石石灰石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）燃料成分高爐使用的焦炭及噴吹的煤粉，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%）揮發(fā)分(1.030%)碳（%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4N2H283.88047.01539.7945.8950.7376.1160.3680.0740.1500.4900.1500.0860.150有機物(1.520%)合計 全硫 游離水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合計SiO2Al2O3CaOMgOFeO78.9902.3904.0300.7400.5800.9005.5865.2900.5600.2180.710100.00（3）煉鋼用生鐵，規(guī)定生鐵成分[Si]＝0.45%，[S]=0.03%4）設計焦比K＝400kg煤比M＝130kg5）爐渣堿度R＝（CaO-1.473F2）/SiO2=1.056）元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率，如表2.4所列。7）選取鐵的直接還原度rd=0.45/，氫的利用率為ηH235%。8）鼓風濕度測定為12.5g/m3（濕風）9）熱風溫度為1100℃（10）高爐使用冷料，爐頂溫度為 200℃。表2.4元素分配率表項目FeMnPS生鐵0.9970.51.0爐渣0.0030.50煤氣0000.051.2 配料計算1）噸鐵礦石用量計算燃料帶人鐵量Fe.f.4000.135700.06116560.00368561300.00710563.43Fef728872kg計算礦石用量A100095.70.730.450.031003.430.997A55.250.680.061.030.651714.02kg0.9970.5（2）生鐵成分計算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生鐵成分表FeSiMnPSC∑94.670.450.510.100.034.15100.00（3）熔劑用量計算礦石、燃料帶人的 CaO量1714.020.08514000.135700.058951300.005601714.02560.006978141.30kg礦石、燃料帶入的SiO2量（要扣除還原Si消耗的）1714.020.06474000.135700.470151300.05586100.456028134.04kg由于134.04 1.05 141.30 0.558 0，說明爐料中 CaO的含量較多，應該在爐料中配加酸性熔劑硅石。石灰石的有效熔劑性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）渣量及爐渣成分計算爐料帶入的各種爐渣組分的數(shù)量為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可以近似認為K2O、Na2O、CaF2和RxOy全部進入爐渣，則渣中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生鐵爐料帶入的硫量（硫負荷）S1714.020.00054000.007891300.00584.77kg進入生鐵的硫量：10000.00030.3kg進入煤氣的硫量：4.770.050.24kg進入渣中的硫量：4.770.30.244.43kg表2.6爐渣組成表項目CaOSiO2MgOAl2O3K2ONa2OMnOFeOCaF2RxOyS/2∑數(shù)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爐渣性能校核：爐渣實際堿度R＝141.03/134.04＝1.05（與規(guī)定堿度相符）爐渣脫硫之硫的分配系數(shù) Ls 2 0.3/0.03 20。1.3 物料平衡計算對于煉鐵設計的工藝計算，直接還原度rd及氫的利用率等指標是已知的， 它們在前回已經(jīng)結出。這里還假定入爐碳量的 1％與氫反應生成 CH4。按鼓風濕度的轉換公式，對于本例鼓風濕度應為0.0012412.5 0.0155即1.55%（1）鼓風量的計算每噸生鐵的各項耗碳是：燃料帶入的可燃碳量 Cf：C4000.838801300.78990438.21kgf生成CH4耗碳：CCH4438.210.014.38kg生鐵滲碳Cc：C4.151041.50kgC氧化碳量Co：C438.214.3841.50392.13kgO其他因素直接還原耗碳：Cda 10 0.45 24/28 0.51 12/55 0.10 60/62 4.38 12/32 7.58kg鐵的直接還原耗碳：CdFe946.70.4512/5691.29kg風口前燃燒碳量Cb：Cb392.137.5891.29293.26kg風口碳量所占比例為CC293.26/438.2166.92kgb/f鼓風含氧量：O2b0.210.290.01550.2145kg因此，每噸生鐵的鼓風量Vb293.26/241300.040300.009016/18/3222.4/0.21451300.14kg鼓風密度：b1.2880.4840.01551.280每噸生鐵的鼓風質量：Gb1300.141.2801664.18kg（2）煤氣組分及煤氣量計算1）CH4V4000.001522.4/164.383CH42）H2鼓風濕分分解的氫1300.140.0155320.46m燃料帶入的氫4000.001500.005001300.023900.009002/1822.4/268.883m入爐總氫量：H220.4668.88389.34m生成CH4耗氫4.38222.4/12316.35m設定有35％的氫參加還原，還原氫量為H89.340.3532,r31.27m進入煤氣的氫量為VH289.3416.3531.2741.723m高爐中氫的還原度（假定還原氫均參與浮士體的還原）31.2756ri(H2)0.08322.4946.73）CO2焦炭帶入的CO24000.0015022.4/440.31m3由于礦石和熔劑均不帶入CO2，則由爐料帶入的3CO2即為焦炭帶入的CO20.31m高級氧化鐵還原生成的CO21714.020.716222.4/160171.863m礦石中MnO2還原成MnO生成的CO231714.02 0.0001 22.4/87 0.04m由FeO還原成Fe生成的CO2946.710.450.083322.4/56176.84m因還原共生成CO2171.860.04176.84348.743m煤氣中的CO2總量VCO2345.500.31345.81m34）CO風口前燃燒碳生成的CO293.2622.4/12547.423m鐵直接還原生成的CO91.29322.4/12170.41m其他直接還原生成的CO7.5822.4/12314.15m上列三項CO量547.42170.4114.153731.98m焦炭揮發(fā)分帶入的CO4000.0049022.4/281.57m3扣除間接還原消耗的 CO后，進入煤氣中的 CO總量為VCO1.57731.98345.81387.743m5） N2鼓風帶入的 N21300.140.7910.0155 1011.19m3焦炭、煤粉帶入的N2 400 0.00086 0.00249 130 0.00740 22.4/28煤氣中N2總量V1011.191.841013.033N2將上列計算結果列表，求出煤氣（干）總量及煤氣成分。

31.84m表2.7煤氣組成表項目CO2COH2CH4N2∑體積/m3345.81387.7441.729.021013.031797.32含量/%19.2421.572.320.5056.36100.00煤氣與鼓風的體積比為Vg/Vb1797.32/1300.141.382煤氣密度：g0.1924440.23220.5722280.023620.005216/22.41.389kg每噸生鐵的煤氣質量：Gg 1797.32 1.389 2488.14kg（3）煤氣中水量計算還原生成的H2O 31.27 18/22.4 25.13kg焦炭帶入的游離水 400/1 0.037 0.037 14.25kg進入煤氣的H2O總量 25.13 14.25 39.38kg4）考慮爐料的機械損失，實際入爐量：礦石量＝1714.021.031765.44kg焦炭量＝ 400 14.25 1.02 422.54kg硅石量＝0.6421.010.648kg因此，機械損失（含爐塵）量為1765.44 1714.02 422.54 414.25 0.648 0.642 59.73kg5）列物料平衡表，計算物料平衡誤差。表2.8物料平衡表物料收入物料支出項目數(shù)量/kg項目數(shù)量/kg礦石1765.44生鐵1000.00焦炭422.54爐渣393.59煤粉130煤氣2488.14硅石0.648煤氣中水39.38鼓風1664.18爐襯59.73總計3982.81總計3980.84物料平衡誤差：絕對誤差3982.813980.841.97kg相對誤差 1.97/3982.81 0.05%1.4 熱平衡計算（1）熱收入1）風口前碳素燃燒放熱由物料平衡算得風口前燃燒碳量 345.81kg，碳素燃燒放熱Q14.182340345.813382436.77kJS2）鼓風帶入物理熱查表可知1100℃時，干空氣比焓為 375.1kcal/m3，水蒸氣比焓為457.6kcal/m3。每噸生鐵的風量為1300.14m3，噴吹煤粉用的壓縮空氣數(shù)量很少（大約15—30kg/kg（空氣）），這里就不予考慮了，因而鼓風帶入的物理熱為QS2 4.18 1300.14 375.1 1 0.0155 457.6 0.0155 2045484.39kJ3）CH4生成熱QS3 4.18 1124 4.54 16/12 28440.50kJ4）成渣熱Q4.182700.6420.001650.000761714.020.050.001060.00135S4以上四項熱收入總和為QS3382436.772045484.3928440.501.875456363.53kJ（2）熱支出1）鐵及其他元素還原耗熱①鐵的還原耗熱由前面計算已知，rd=0.45，ri(H2)=0.083，ri(CO)=0.466，1t生鐵的還原鐵量 946.7kg，按氫均參加FeO的還原考慮，這一項耗熱的計算是燒結礦中以硅酸鐵形態(tài)存在的 FeO量為'1714.020.850.086170.225.11kgFeO硅球團礦中以硅酸鐵形態(tài)存在的 FeO量為''1714.020.100.024710.20.85FeO硅以Fe3O4形態(tài)存在的FeO量則為FeO磁1714.020.074225.110.85101.22kg以Fe3O4形態(tài)存在的Fe2O3量為Fe2O3磁101.22160/72224.93kg因此，礦石帶入的 Fe3O4量為Fe3O4 101.22 224.93 326.15kg礦石帶入的赤鐵礦量為Fe2O3礦1714.020.7162224.931002.65kg硅石帶入的赤鐵礦量為Fe2O3硅0.6420.015470.01kg因此，礦石和硅石共帶入赤鐵礦量為Fe2O3 1002.65 0.01 1002.66kg燃料帶入的以硅酸鐵形態(tài)存在的 FeO為FeO燃4000.135700.061161300.007104.12kg進渣的FeO量 3.66kg需分解的硅酸鐵中的 FeO總量為FeO25.114.120.853.66kg硅26.42按氫均參加FeO的還原考慮，這一項耗熱的計算為Qd1,14.1878.826.423.31002.65112/16029.7326.15168/232649.1946.70.45118.2946.70.08458946.70.4661137095.07kJ②其他元素的還原耗熱Qd1,2 4.18 10 1248 0.58 5360 0.45 6275 0.11159930.56kJ因此，還原耗熱為Qd1 Qd1,1 Qd1,2 1137095.07 159930.561297025.63kJ2）脫硫耗熱Qd2 4.18 1139 4.42 21043.71kJ3）水分分解耗熱Q4.1825801300.140.015532111300.00900d3238726.71kJ4）游離水蒸發(fā)耗熱Qd4 4.18 620 14.25 36930.30kJ5）噴吹煤粉分解耗熱Qd54.18250130156750.00kJ6）鐵水帶走熱量Qd6 4.18 280 1000 1170400.00kJ7）爐渣帶走熱量Qd7 4.18 420 448.05 786596.58kJ8）煤氣帶走熱量當爐頂溫度200℃時，查表可知各氣體組分的比焓是（ kcal/m3）表2.9各氣體組分的比焓CO2 CO H2 CH4 N2 H2O85.4 62.8 62.2 87.4 62.6 72.8干煤氣帶走的熱量：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煤氣中水蒸氣帶走熱量：Qd8,2 4.18 72.8 31.27 14.25 22.4/18 72.8 365058.46kJ爐塵帶走熱量：Qd8,3 4.18 0.17 200 59.738488.83kJ因此，煤氣帶走熱量為QQQQ500685.625058.468488.83d8d8,1d8,2d8,3514232.91kJ9）熱損失上列9項熱支出總和為Q4221696.84kJd表2.10熱平衡表熱收入熱支出項目kJ%項目kJ%碳素燃燒熱3382436.7761.99氧化物還原熱1297025.6323.77鼓風物理熱2045484.3937.48脫硫耗熱21043.710.38CH4生成熱28440.500.52水分分解熱238726.714.48成渣熱1.870.001游離水蒸發(fā)熱36930.300.69爐料物理熱00噴吹物分解熱156750.002.88鐵水帶走熱量1170400.0021.56爐渣帶走熱量786596.5814.42煤氣帶走熱量500685.629.18熱損失1234666.6922.64總計5456363.53100.00總計5456363.53100.00高爐熱損失：QQ-Q5456363.534221696.841234666.69kJ失sd熱損失所占比例：Q失/Qs 1234666.69/5456363.53 22.63%（3）列熱平衡表1.5 高溫區(qū)熱平衡計算以950℃為高溫區(qū)界限溫度，進行高溫區(qū)熱平衡計算：（1）高溫區(qū)熱收入1）風口前碳素燃燒放熱由物料平衡計算已知風口前燃燒碳量為 Cb=345.81kg，所以這一項放熱為：QhS14.182340345.813382436.77kJ2）鼓風帶入的有效熱量已知Vb＝1300.14m3， ＝0.0155。H2O3。風中濕分V1300.140.015520.15m風溫1100℃時，于空氣比焓為375.1kal/m3，水蒸氣比焓為457.6kca1/rn3；界限溫度950℃時，它們的比焓分別為 319.7kcal/m3，386.6kcal/m3。噴吹煤粉的壓縮空氣的影響不予考慮。在扣除濕分分解耗熱后，鼓風帶給高溫區(qū)的熱量為Q4.18｛1300.1410.0155375.1319.70.0155457.6386.6hs220.15 2580｝85074.66kJ3）高溫區(qū)的熱收入Qhs Qhs1 Qhs2 3382436.77 85074.66 3467511.43kJ燃燒每千克碳素的有效熱量qC 3467511.43/345.81 10027.22kJ/kgC2406.87kcal/kgC（2）高溫區(qū)熱支出1）鐵及合金元素直接還原耗熱已知1t生鐵的還原鐵量，直接還原度rd0.45r0.083，高溫區(qū)內(nèi)946.7kg，iH2直接還原耗熱為Q4.18946.7649.10.45118.20.083124800.58536000.4562750hd11355100.84kJ2）鐵水帶走熱量（界限溫度 950℃時生鐵比焓為150kcal/kg）Qhd24.182801501000543400.00kJ3）爐渣帶走熱量（爐渣在950℃時比焓為220kcal/kg）Qhd3459329041.24kJ4）煤粉升溫及分解耗熱（煤粉在950℃時比焓為345kcal/kg）Q4.18345250130323323.00kJhd45）高溫區(qū)熱損失表2.11高溫區(qū)熱平衡表熱收入熱支出項目kJ%項目kJ%碳素燃燒熱3382436.7797.55直接還原耗熱1355100.8439.08鼓風有效熱 85074.66 2.45 鐵水帶走熱量 543400.00 15.67爐渣帶走熱量329041.249.49煤粉升溫分解熱323323.009.32高溫區(qū)熱損失916646.3526.44總計3467511.43100.00總計3467511.43100.00hd5hshd1hd2hd3hd4916646.35kJQQQQQQ由全爐熱平衡（第二種）計算得到全爐熱損失為： 1234666.69kJ則高溫區(qū)熱損失所占的比例為 916646.35/1234666.69 74.24%（3）高溫區(qū)熱平衡表，見表 2.11。1.6 理論焦比計算由配料及物料平衡計算已經(jīng)算出：鼓風濕度 0.0155（