1、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.12.炼铁配料 .12.1.原料计算 .12.2计算矿石需要量 .42.3炉渣成分的计算 .42.4校核生铁成分 .73.物料平衡计算 .73.1原始物料 .73.2计算风量 .83.3炉顶煤气成分及数量的计算 .103.4编制物料平衡表 .134.热平衡计算 .144.1.原始资料 .144.2热量收入 .154.3热量支出 .164.4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
2、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
3、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，
4、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 12.1.2. 燃料成分，见表 2,32.1.3. 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FeMnPSFeOFe2O3SiO2Al 2O3CaO料烧结53.940.0300.0310.03012.5469.355.821.548.54矿球团58.940.0330.0370.0036.2484.995.131.371.36矿天然55.081.1700.0390.0489.8974.335
5、.410.800.62矿混合54.500.0850.0310.02511.7871.165.731.497.43矿续表 1MgO MnO P2O5 FeS 烧损 原料烧结矿 2.018 0.039 0.07 0.083 - 100.00球团矿 0.526 0.042 0.084 0.008 0.25 100.00天然矿 1.21 1.51 0.089 0.131 6.01 100.00混合矿 1.83 0.11 0.07 0.08 0.32 100.00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 ）SiO2Al 2 O3CaO
6、MgO FeOCOCO2CH4H2N285.367.324.260.510.120.430.210.190.0250.0370.118续表 2有机物（ 1.42 ） 游离水H2 N2 S0.36 0.27 0.79 100.00 4.17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CHNSOH2O料煤77.752.280.520.302.320.85粉续表 3燃灰分料2Al2 3CaOMgOFeOSiOO煤7.316.700.730.320.92100.00粉表 4 生铁成分，（%）FeSiMnPSC95.23 0.550.03 0.0340.0264.13其中
7、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， （%）-FeMnSP生铁99.750100炉渣0.3500炉气0050燃料消耗量（ kg/t 生铁）：焦炭345（干）360（湿）煤粉140 kg/t生铁鼓风湿度 12g/m3相对湿度 = 12 22.4 =1.493%1250100018风温炉尘量20 kg/t生铁入炉熟料温度80炉顶煤气温度2003焦炭冶炼强度0.98 t/（ md）高炉有效容积利用系数2.63t/ （md）炉渣碱度 R=1.10高炉物料
8、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+1400.92% 56=2.16kg72722.2.2 进入炉渣中的铁量G=1000Fe% 0.3%Fe渣生铁99.7%=952.3 0.3 =2.865kg99.7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 =1000 Fe%生铁 + G Fe渣 - G Fe燃=952.3+2.865-2.16=953.01kg2.2.4 冶炼 1t 生铁
9、的铁矿石需要量：G矿 = G Fe矿 / Fe% 矿 =953.01/54.50%=1748.64kg2.3 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AlO原SiOCaO322燃数量 kg%kg%kg%kg料混合1748.645.73100.207.43129.921.4926.05矿焦3457.3225.250.511.764.2614.70炭煤1407.3110.230.731.026.709.38粉-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MgOMnOS%kg%kg%kg混合矿1.8332.000
10、.111.920.0250.44焦炭0.120.41-0.792.73煤粉0.320.45-0.300.42-32.68-1.92-3.582.3.1 炉渣中 CaO的量 GCaO渣由上表： G CaO渣 =132.71kg ；2.3.2 炉渣中 SiO2 的量 GSiO2 渣由上表： G SiO2 渣 =135.69kg ；2.3.3 炉渣中 Al 2O3 的量 GAl2O3 渣由上表： G Al2O3 渣 =50.13kg ；2.3.4 炉渣中 MgO的量 GMgO 渣由上表： G MgO 渣 =32.68kg ；2.3.5 炉渣中 MnO的量 GMnO 渣G MnO 渣 =1.92 50
11、%=0.96kg50%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 G FeO渣 =2.865 72 =3.68kg562.3.7 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 = GS 5%=3.580.05=0.179kg式中 5%硫在煤气中的分配比；故GS渣
12、 = GS -G S生铁 -G S煤气=3.58-0.26-0.179=3.14kg炉渣成分见下表 7CaOSiOAl O表 7 炉渣成分，（%）S/2CaO/ SiO组元MgOMnOFeO2232kg132.71135.6950.1332.860.963.681.57357.60-%37.1137.9414.029.190.271.030.44100.000.98将 CaO、SiO2、Al 2O3、 MgO四元组成换算成 100%，见下表 8。表 8 四元炉渣成分CaOSiOAl OMgO22337.1337.9614.029.1498.2537.7938.6414.279.30100.00
13、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%=0.54kgGP矿 = G 矿 P% =1748.641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%71 10002.4.3 生铁含 CC= 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，（%）FeSiMnPSC95.230.
14、550.0750.0540.0264.065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3.2.1.1 G C总G= G焦C%+G煤C%C总焦煤=345 85.36%+140 77.75%=403.34kg3.2.1.2 溶入生铁中的碳量
15、为：GC生铁 =1000C%=10004.065%=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=4.03kgC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=1000Mn%12 =1000 0.07% 12 =0.15kg5555硅还原消耗的碳量： GC硅 1000Si% 24 =10000.55%24 =4.71kg2828磷还原消耗的碳量： G1000P% 60 =10000.054%60 =0.52kgC磷6
16、262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 =1000Fe%12 r d /56r d / = rd-r H2 =0.46-0.06=0.4r d 一般为 0.40.5 ，本计算取 0.46 。r H2 =56G焦(H2%+ H2%)+ G 煤 H2%煤 + 2 (V 风/ 18 + G煤 H2 O %煤 ) H22焦挥发焦有机1822.4/(1000Fe%)=56 345(0.037%+ 0.36%)+ 1402.28%+ 2(1200 1.493% 18+21822.4140 0.85 %)0.35 0.9/(1000 95.23%)= 0.06式中H2
17、氢在高炉内的利用率，一般为0.30.5 ，本计算取0.35 ；被利用氢气量中， 参加还原 FeO的百分量，一般为 0.851.0 ，取 0.9 ；V风/ 设定的每吨生铁耗风量，本计算取31200m。G=100095.23% 12 0.4=102.05kgC铁直56故GC直 = G C锰 + G C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 = G C总 -GC生铁 -GC甲烷 -GC直=403.34-40.65-4.03-107.43=251.22kg3.2.2 计算鼓风量 V风3.2.2.1 鼓风中氧的浓度 NN=21 %
18、( 1- )+0.5 =21 %( 1-1.493%)+0.5 1.493%=21.43 %3.2.2.2 G C燃 燃烧需要氧的体积为：22.4VO2= GC燃2 12=251.22 22.4212=234.47 m3.2.2.3 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 ） 22.4O2 煤煤煤煤 1832=140（2.32%+ 0.85 % 16） 22.4=3.01 m 318323.2.2.4 需鼓风供给氧的体积为：VO2风 = V O2 -V O2煤 =234.47-3.01=231.46 m 3故V风 = V O2 风 /N=
19、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 VCH43.3.1.1 由燃料碳素生成的甲烷量为：VCH4碳 = G C甲烷22.4 =4.03 22.4 =7.53 m 312123.3.1.2 焦炭挥发分中的甲烷量为：VCH4焦 =G焦 CH4 %焦22.416=3450.025% 22.4=0.121 m316故 V CH4 = V CH4碳 +VCH4焦 =7.53+0.121=7.65 m 33.3.2 氢气的体积 VH23.3.2.1 由鼓风中水分分解产生的氢量为：3VH2 分 = V 风 =1079.921.493%=17.45 m3.3.2.2 焦炭挥发分及有机物中的氢量为：22.4VH2 焦 = G 焦 （H2%焦挥发 + H2%焦有机 ）=345（0.037%+0.36%） 22.42=15.34 m33.3.2.3 煤粉分解产生的氢量为：
