高炉物料平衡和热平衡的计算总结.docx
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高炉物料平衡和热平衡的计算总结
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)
1.
概述
........................................................................................
1
2.
炼铁配料................................................................................
1
2.1.原料计算........................................................................
1
2.2
计算矿石需要量............................................................
4
2.3
炉渣成分的计算............................................................
4
2.4
校核生铁成分................................................................
7
3.
物料平衡计算........................................................................
7
3.1
原始物料.......................................................................
7
3.2
计算风量........................................................................
8
3.3
炉顶煤气成分及数量的计算......................................
10
3.4
编制物料平衡表.........................................................
13
4.
热平衡计算..........................................................................
14
4.1.原始资料......................................................................
14
4.2
热量收入.....................................................................
15
4.3
热量支出......................................................................
16
4.4
热平衡表.....................................................................
19
参考文献...................................................................................
19
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第0页
高炉物料平衡和及平衡的计算
1.概述
在计算物料平衡和热平衡之前,首先必须确定主要工艺技术参数。
对于一种新的工业生产装置,应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。
高炉炼铁工艺已有200余年的历史,技术基本成熟,计算用基本工艺技术参数的确定,除特殊矿源应作冶炼基础研究外,一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。
例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系
数等。
计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须作工业全分析,而且将各种成分之总和换算成100%,元素含量和化合物含量要相吻合。
配料计算是高炉操作的重要依据,也是检查能量利用状况的计算基础。
配料计算的目的,在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和溶剂的用量,以配置合适的炉渣成分和获得合格的生铁。
通常以一吨生铁的原料用量为基础进行计算。
物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上,以配料计算为依据编算的。
计算内容包括风量、煤气量、并列出收支平衡表。
物料平衡有助于检验设计的合理性,深入了
解冶炼过程的物理化学反应,检查配料计算的正确性,校核高炉冷风流量,核定煤气成分和煤气数量,并能检查现场炉料称量的准确性,为热平衡及燃料消耗计算打基础。
热平衡计算的基础是能量守恒定律,即供应高炉的热量应等于各项热量的消耗;
而依据是配料计算和物料平衡计算所得的有关数据。
热平衡计算采用差值法,即热量损失是以总的热量收入,减去各项热量消耗而得到的,即把热量损失作为平衡项,所以热平衡表面上没有误差,因为一切误差都集中掩盖在热损失之重。
2.炼铁配料
2.1.原料计算
2.1.1.原料成分,见表1
2.1.2.燃料成分,见表2,3
2.1.3.确定冶炼条件
2.1.4.预定生铁成分(%),见表4
表1原料成分,(%)
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第1页
原
Fe
Mn
P
S
FeO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
CaO
料
烧
结
53.94
0.030
0.031
0.030
12.54
69.35
5.82
1.54
8.54
矿
球
团
58.94
0.033
0.037
0.003
6.24
84.99
5.13
1.37
1.36
矿
天
然
55.08
1.170
0.039
0.048
9.89
74.33
5.41
0.80
0.62
矿
混
合
54.50
0.085
0.031
0.025
11.78
71.16
5.73
1.49
7.43
矿
续表1
MgOMnOP2O5FeS烧损Σ
原料
烧结矿2.0180.0390.070.083--100.00
球团矿0.5260.0420.0840.0080.25100.00
天然矿1.211.510.0890.1316.01100.00
混合矿1.830.110.070.080.32100.00
烧结:
球团:
天然=85:
10:
5
表2焦炭成分,(%)
C固
灰分(12.64)
挥发份(0.58)
SiO2
Al2O3
CaO
MgOFeO
CO
CO2
CH4
H2
N2
85.36
7.32
4.26
0.51
0.12
0.43
0.21
0.19
0.025
0.037
0.118
续表2
有机物(1.42)
Σ游离水
H2N2S
0.360.270.79100.004.17
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)
第2
页
表3喷吹煤粉成分,(%)
燃
C
H
N
S
O
H2O
料
煤
77.75
2.28
0.52
0.30
2.32
0.85
粉
续表3
燃
灰分
Σ
料
2
Al
23
CaO
MgO
FeO
SiO
O
煤
7.31
6.70
0.73
0.32
0.92
100.00
粉
表4生铁成分,(%)
Fe
Si
Mn
P
S
C
95.230.55
0.030.034
0.026
4.13
其中Si、S由生铁质量要求定,Mn、P由原料条件定,C参照下式定,其余为Fe。
C=4.3-0.27Si-0.329P-0.032S+0.3Mn
表5生铁、炉渣、没棋的分配率,(%)
--
Fe
Mn
S
P
生铁
99.7
50
100
炉渣
0.3
50
0
炉气
0
0
5
0
燃料消耗量(kg/t生铁):
焦炭
345
(干)
360
(湿)
煤粉
140kg/t
生铁
鼓风湿度12g/
m3
相对湿度φ=12
×22.4=1.493%
1250
1000
18
风温
℃
炉尘量
20kg/t
生铁
入炉熟料温度
80
℃
炉顶煤气温度
200
℃
3
焦炭冶炼强度
0.98t/
(m·d)
高炉有效容积利用系数
2.6
3
t/(m·d)
炉渣碱度R=1.10
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第3页
2.2计算矿石需要量G矿
2.2.1燃料带入的铁量GFe燃
GFe燃
=G焦FeO%
56
+G
煤
FeO%
56
焦
72
煤
72
=345
×0.43%×56
+140×0.92%×56
=2.16kg
72
72
2.2.2进入炉渣中的铁量
G
=1000Fe%×0.3%
Fe渣
生铁
99.7%
=952.3×0.3=2.865kg
99.7
式中0.3%、99.7%——分别为铁在炉渣和生铁中的分配比
2.2.3需要由铁矿石带入的铁量为:
GFe矿=1000Fe%生铁+GFe渣-GFe燃
=952.3+2.865-2.16
=953.01kg
2.2.4冶炼1t生铁的铁矿石需要量:
G矿=GFe矿/Fe%矿=953.01/54.50%=1748.64kg
2.3炉渣成分的计算
原料、燃料带入的成分见下表
6
表6
每吨生铁带入的有关物质的量
Al
O
原
SiO
CaO
3
2
2
燃
数量kg
%
kg
%
kg
%
kg
料
混
合
1748.64
5.73
100.20
7.43
129.92
1.49
26.05
矿
焦
345
7.32
25.25
0.51
1.76
4.26
14.70
炭
煤
140
7.31
10.23
0.73
1.02
6.70
9.38
粉
Σ
--
--
135.69
--
132.71
--
50.13
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第4页
续表6
原燃料
MgO
MnO
S
%
kg
%
kg
%
kg
混合矿
1.83
32.00
0.11
1.92
0.025
0.44
焦炭
0.12
0.41
--
--
0.79
2.73
煤粉
0.32
0.45
--
--
0.30
0.42
Σ
--
32.68
--
1.92
--
3.58
2.3.1炉渣中CaO的量GCaO渣
由上表:
GCaO渣=132.71kg;
2.3.2炉渣中SiO2的量GSiO2渣
由上表:
GSiO2渣=135.69kg;
2.3.3炉渣中Al2O3的量GAl2O3渣
由上表:
GAl2O3渣=50.13kg;
2.3.4炉渣中MgO的量GMgO渣
由上表:
GMgO渣=32.68kg;
2.3.5炉渣中MnO的量GMnO渣
GMnO渣=1.92×50%=0.96kg
50%——锰元素在炉渣中的分配率;
2.3.6炉渣中FeO的量GFeO渣
进入渣中的铁量为:
Fe渣=2.865kg,并以FeO形式存在故GFeO渣=2.865×72=3.68kg
56
2.3.7炉渣中S的量GS渣
原燃料带入的总S量为:
GS=3.58kg
(见表6);
进入生铁的
S
量为:
生铁
×
0.026%=0.26kg
;
GS生铁=1000S%
=1000
式中0.026%——硫在生铁成分中的百分比。
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第5页
进入煤气中的S量为:
GS煤气=GS5%=3.58×0.05=0.179kg
式中5%——硫在煤气中的分配比;
故
GS渣=GS-GS生铁-GS煤气
=3.58-0.26-0.179
=3.14kg
炉渣成分见下表7
CaO
SiO
AlO
表7炉渣成分,(%)
S/2
CaO/SiO
组元
MgO
MnO
FeO
Σ
2
2
3
2
kg
132.71
135.69
50.13
32.86
0.96
3.68
1.57
357.60
--
%
37.11
37.94
14.02
9.19
0.27
1.03
0.44
100.00
0.98
将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%,见下表8。
表8四元炉渣成分
CaO
SiO
AlO
MgO
Σ
2
2
3
37.13
37.96
14.02
9.14
98.25
37.79
38.64
14.27
9.30
100.00
2.4校核生铁成分
2.4.1生铁含[P]
按原料带入的磷全部进入生铁计算
铁矿石带入的
P
量为:
矿
×
0.031%=0.54kg
GP矿=G矿P%=1748.64
1
故[P]=0.54×1000=0.054%
2.4.2生铁含[Mn]
按原料带入的锰有50%进入生铁计算,原料工带入GMnO为0.64kg,见表6;
故[Mn]=1.92×50%×55×1=0.075%
711000
2.4.3生铁含[C]
[C]=[100-(95.23+0.55+0.026+0.054+0.075)]%=4.065%校核后的生铁成分(%)见下表9
表9
校核后的生铁成分
,(%)
[Fe]
[Si]
[Mn]
[P]
[S]
[C]
95.23
0.55
0.075
0.054
0.026
4.065
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)第6页
3.物料平衡计算
3.1原始物料
3.1.1原料全分析并校正为100%
3.1.2生铁全分析
3.1.3各种原料消耗量
3.1.4鼓风湿度
3.1.5铁的直接还原度
3.1.6假定焦炭和喷吹物含C总量的1.0%与H2反应生成CH4,(全焦冶炼
可选0.5%~1.0%的C与H2生成CH4)。
3.2计算风量
3.2.1风口前燃烧的碳量GC燃
3.2.1.1GC总
G
=G
焦
C%+G
煤
C%
C总
焦
煤
=345×85.36%+140×77.75%
=403.34kg
3.2.1.2溶入生铁中的碳量为:
GC生铁=1000[C]%=1000×4.065%=40.65kg
式中4.065%——碳在校核后的生铁中的百分比。
3.2.1.3生成甲烷的碳量为:
燃料带入的总碳量有1%~1.5%与氢化合生成甲烷,本例去1%。
G
=1%G
=0.01×403.34=4.03kg
C甲烷
C总
3.2.1.4直接还原消耗的碳量GC直
锰还原消耗的碳量:
GC锰
=1000[Mn]%12=1000×0.07%×12=0.15kg
55
55
硅还原消耗的碳量:
GC硅1000[Si]%24=1000×0.55%×
24=4.71kg
28
28
磷还原消耗的碳量:
G
1000[P]%60=1000×0.054%×
60=0.52kg
C磷
62
62
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)
第7
页
铁直接还原消耗的碳量:
GC铁直=1000[Fe]%
12rd/
56
rd/=r
d-rH2=0.46-0.06=0.4
rd一般为0.4~0.5,本计算取0.46。
rH2=
56[G焦
(H2%
+H2%
)+G煤H2%煤+2(V风/φ18+G
煤H2O%煤)]×ηH2
2
焦挥发
焦有机
18
22.4
α/(1000[Fe]%)
=
56[
345(0.037%+0.36%)+140×2.28%+2
(1200×1.493%×18
+
2
18
22.4
140×0.85%)]
×0.35×0.9/(1000×95.23%)
=0.06
式中
ηH2——氢在高炉内的利用率,一般为
0.3~0.5,本计算取
0.35;
α——被利用氢气量中,参加还原FeO的百分量,一般为0.85~1.0,取0.9;
V风/——设定的每吨生铁耗风量,本计算取
3
1200m。
G
=1000×95.23%×12×0.4=102.05kg
C铁直
56
故
GC直=GC锰+GC硅+GC磷+GC铁直
=0.15+4.71+0.52+102.05
=107.43kg
风口前燃烧的碳量为:
GC燃=GC总-GC生铁-GC甲烷-GC直
=403.34-40.65-4.03-107.43
=251.22kg
3.2.2计算鼓风量V风
3.2.2.1鼓风中氧的浓度N
N=21%(1-φ)+0.5φ
=21%(1-1.493%)+0.5×1.493%
=21.43%
3.2.2.2GC燃燃烧需要氧的体积为:
22.4
VO2=GC燃
212
=251.22
×22.4
2
12
=234.47m
3.2.2.3煤粉带入氧的体积为:
3
高炉物料平衡和热平衡的计算(论文)
第8
页
V
=G(O%+H2O%
16)22.4
O2煤
煤
煤
煤18
32
=140
(2.32%+0.85%16
)×22.4
=3.01m3
18
32
3.2.2.4需鼓风供给氧的体积为:
VO2风=VO2-VO2煤=234.47-3.01=231.46m3
故
V风=VO2风/N=231.46/21.43%=1079.92m3
式中21.43%——鼓风中氧的浓度。
3.3炉顶煤气成分及数量的计算
3.3.1甲烷的体积VCH4
3.3.1.1由燃料碳素生成的甲烷量为:
VCH4碳=GC甲烷
22.4=4.03×22.4=7.53m3
12
12
3.3.1.2焦炭挥发分中的甲烷量为:
VCH4焦=G焦CH4%焦
22.4
16
=345
×0.025%×22.4
=0.121m3
16
故VCH4=VCH4碳+VCH4焦=7.53+0.121=7.65m3
3.3.2氢气的体积VH2
3.3.2.1由鼓风中水分分解产生的氢量为:
3
VH2分=V风φ=1079.92×1.493%=17.45m
3.3.2.2焦炭挥发分及有机物中的氢量为:
22.4
VH2焦=G焦(H2%焦挥发+H2%焦有机)
=345(0.037%+0.36%)22.4
2
=15.34m3
3.3.2.3煤粉分解产生的氢量为:
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