高爐物料平衡和熱平衡的計(jì)算

1、高爐物料平衡和熱平衡的計(jì)算（論文） 目錄1. 概述12. 煉鐵配料12.1.原料計(jì)算12.2計(jì)算礦石需要量42.3爐渣成分的計(jì)算42.4校核生鐵成分73. 物料平衡計(jì)算73.1 原始物料73.2計(jì)算風(fēng)量83.3爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算103.4 編制物料平衡表134. 熱平衡計(jì)算144.1.原始資料144.2 熱量收入154.3熱量支出164.4 熱平衡表19參考文獻(xiàn)19高爐物料平衡和熱平衡的計(jì)算（論文） 第 17 頁高爐物料平衡和及平衡的計(jì)算1. 概述在計(jì)算物料平衡和熱平衡之前，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

2、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(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)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。配料計(jì)算是高爐操作的重要依據(jù)，也是檢查能量利用狀況的計(jì)算基礎(chǔ)。配料計(jì)算的目的，在于根據(jù)已知的原料條件和冶煉要求來決定礦石和溶劑的用量，以配置合適的爐渣成分和獲得合格的生鐵。通常以一噸生鐵的原料用量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。物料平衡是建立在物質(zhì)不滅定律的基礎(chǔ)上，

3、以配料計(jì)算為依據(jù)編算的。計(jì)算內(nèi)容包括風(fēng)量、煤氣量、并列出收支平衡表。物料平衡有助于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，深入了解冶煉過程的物理化學(xué)反應(yīng)，檢查配料計(jì)算的正確性，校核高爐冷風(fēng)流量，核定煤氣成分和煤氣數(shù)量，并能檢查現(xiàn)場(chǎng)爐料稱量的準(zhǔn)確性，為熱平衡及燃料消耗計(jì)算打基礎(chǔ)。熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)是能量守恒定律，即供應(yīng)高爐的熱量應(yīng)等于各項(xiàng)熱量的消耗；而依據(jù)是配料計(jì)算和物料平衡計(jì)算所得的有關(guān)數(shù)據(jù)。熱平衡計(jì)算采用差值法，即熱量損失是以總的熱量收入，減去各項(xiàng)熱量消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項(xiàng)，所以熱平衡表面上沒有誤差，因?yàn)橐磺姓`差都集中掩蓋在熱損失之重。2. 煉鐵配料2.1. 原料計(jì)算2.1.1. 原料成分，見表12.

4、1.2. 燃料成分，見表2,32.1.3. 確定冶煉條件2.1.4. 預(yù)定生鐵成分（%），見表4表1原料成分，（%）原料FeMnPSFeOFe2O3SiO2Al2O3CaO燒結(jié)礦53.940.0300.0310.03012.5469.355.821.548.54球團(tuán)礦58.940.0330.0370.0036.2484.995.131.371.36天然礦55.081.1700.0390.0489.8974.335.410.800.62混合礦54.500.0850.0310.02511.7871.165.731.497.43續(xù)表1原料MgOMnOP2O5FeS燒損燒結(jié)礦2.0180.0390.0

5、70.083-100.00球團(tuán)礦0.5260.0420.0840.0080.25100.00天然礦1.211.510.0890.1316.01100.00混合礦1.830.110.070.080.32100.00燒結(jié):球團(tuán):天然=85:10:5表2焦炭成分，（%）C灰分（12.64）揮發(fā)份（0.58）SiO2Al2O3CaOMgOFeOCOCO2CH4H2N285.367.324.260.510.120.430.210.190.0250.0370.118續(xù)表2有機(jī)物（1.42）游離水H2N2S0.360.270.79100.004.17表3噴吹煤粉成分，（%）燃料CHNSOH2O煤粉77.75

6、2.280.520.302.320.85續(xù)表3燃料灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉7.316.700.730.320.92100.00表4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表5生鐵、爐渣、沒棋的分配率，（%）-FeMnSP生鐵99.750100爐渣0.3500爐氣0050燃料消耗量（kg/t生鐵）：焦炭 345（干） 360（濕）煤粉 140 kg/t生鐵鼓風(fēng)濕度 12g/ m3相對(duì)濕度

7、=×=1.493%風(fēng)溫 1250爐塵量 20 kg/t生鐵入爐熟料溫度 80爐頂煤氣溫度 200焦炭冶煉強(qiáng)度 0.98 t/（m3·d）高爐有效容積利用系數(shù) 2.6 t/（m3·d）爐渣堿度 R=1.102.2 計(jì)算礦石需要量G2.2.1 燃料帶入的鐵量GG= GFeO%+ GFeO% =345×0.43%×+140×0.92%×=2.16kg2.2.2 進(jìn)入爐渣中的鐵量G=1000Fe%× =952.3×=2.865kg式中 0.3%、99.7%分別為鐵在爐渣和生鐵中的分配比2.2.3 需要由鐵礦石帶入

8、的鐵量為：G=1000 Fe%+ G- G=952.3+2.865-2.16=953.01kg2.2.4 冶煉1t生鐵的鐵礦石需要量：G= G/ Fe%=953.01/54.50%=1748.64kg2.3 爐渣成分的計(jì)算原料、燃料帶入的成分見下表6表6 每噸生鐵帶入的有關(guān)物質(zhì)的量原燃料數(shù)量kgSiO2CaOAl2O3%kg%kg%kg混合礦1748.645.73100.207.43129.921.4926.05焦炭3457.3225.250.511.764.2614.70煤粉1407.3110.230.731.026.709.38-135.69-132.71-50.13續(xù)表6原燃料MgOMn

9、OS%kg%kg%kg混合礦1.8332.000.111.920.0250.44焦炭0.120.41-0.792.73煤粉0.320.45-0.300.42-32.68-1.92-3.582.3.1 爐渣中CaO的量G由上表： G=132.71kg；2.3.2 爐渣中SiO2的量G由上表： G=135.69kg；2.3.3 爐渣中Al2O3的量G由上表： G=50.13kg；2.3.4 爐渣中MgO的量G由上表： G=32.68kg；2.3.5 爐渣中MnO的量G G=1.92×50%=0.96kg50%錳元素在爐渣中的分配率；2.3.6 爐渣中FeO的量G進(jìn)入渣中的鐵量為：Fe=2

10、.865kg ，并以FeO形式存在故 G=2.865×=3.68kg2.3.7 爐渣中S的量G原燃料帶入的總S量為：G=3.58kg （見表6）；進(jìn)入生鐵的S量為：G=1000S%=1000×0.026%=0.26kg；式中0.026%硫在生鐵成分中的百分比。進(jìn)入煤氣中的S量為：G= G5%=3.58×0.05=0.179kg式中5%硫在煤氣中的分配比；故G= G-G-G =3.58-0.26-0.179 =3.14kg爐渣成分見下表7表7爐渣成分，（%）組元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS/2CaO/ SiO2kg132.71 135.69 50.1

11、3 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將CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元組成換算成100%，見下表8。表8 四元爐渣成分CaOSiO2Al2O3MgO37.1337.9614.029.1498.2537.7938.6414.279.30100.002.4 校核生鐵成分2.4.1 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：G= GP%=1748.64×0.031%=0.54kg故 P=0.54×=0.054%2.4.2 生鐵含M

12、n 按原料帶入的錳有50%進(jìn)入生鐵計(jì)算,原料工帶入GMnO為0.64kg,見表6；故 Mn=1.92×50%××=0.075%2.4.3 生鐵含C C= 100-(95.23+0.55+0.026+0.054+0.075) %=4.065%校核后的生鐵成分（%）見下表9表9 校核后的生鐵成分 ，（%）FeSiMnPSC95.230.550.0750.0540.0264.0653.物料平衡計(jì)算3.1 原始物料3.1.1 原料全分析并校正為100%3.1.2 生鐵全分析3.1.3 各種原料消耗量3.1.4 鼓風(fēng)濕度3.1.5 鐵的直接還原度3.1.6 假定焦炭和噴吹物

13、含C總量的1.0%與H2反應(yīng)生成CH4，（全焦冶煉可選0.5%1.0%的C與H2生成CH4）。3.2 計(jì)算風(fēng)量3.2.1 風(fēng)口前燃燒的碳量G3.2.1.1 GG= GC%+ GC% =345×85.36%+140×77.75%=403.34kg3.2.1.2 溶入生鐵中的碳量為：G=1000C%=1000×4.065%=40.65kg式中4.065%碳在校核后的生鐵中的百分比。3.2.1.3 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%。G=1% G=0.01×403.34=4.03kg3.2.1.4 直接還原消耗的碳量G

14、錳還原消耗的碳量：G=1000Mn%=1000×0.07%×=0.15kg硅還原消耗的碳量：G1000Si%=1000×0.55%×=4.71kg磷還原消耗的碳量：G1000P%=1000×0.054%×=0.52kg鐵直接還原消耗的碳量： G=1000Fe% rdrd= rd-r=0.46-0.06=0.4rd一般為0.40.5，本計(jì)算取0.46。r= G( H2%+ H2%)+ GH2%+(V+ GH2 O %)×H2/(1000Fe%) = 345(0.037%+ 0.36%)+ 140×2.28%+ (12

15、00×1.493%×+ 140×0.85 %)×0.35×0.9/(1000×95.23%) = 0.06式中 H2氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為0.30.5，本計(jì)算取0.35； 被利用氫氣量中，參加還原FeO的百分量，一般為0.851.0，取0.9；V設(shè)定的每噸生鐵耗風(fēng)量，本計(jì)算取1200m3。G=1000×95.23%××0.4=102.05kg故G= G+ G+G+G =0.15+4.71+0.52+102.05=107.43kg風(fēng)口前燃燒的碳量為：G= G-G-G-G =403.34-40.65-4.

16、03-107.43=251.22kg3.2.2 計(jì)算鼓風(fēng)量V3.2.2.1 鼓風(fēng)中氧的濃度NN=21 %( 1-)+0.5 =21 %( 1-1.493%)+0.5×1.493%=21.43 %3.2.2.2 G燃燒需要氧的體積為：V= G =251.22× =234.47 m33.2.2.3 煤粉帶入氧的體積為：V=G（O%+ H2 O %） =140（2.32%+ 0.85 %）×=3.01 m33.2.2.4 需鼓風(fēng)供給氧的體積為：V= V-V=234.47-3.01=231.46 m3故 V= V/N=231.46/21.43%=1079.92m3式中21

17、.43%鼓風(fēng)中氧的濃度。3.3 爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算3.3.1 甲烷的體積V3.3.1.1 由燃料碳素生成的甲烷量為：V= G=4.03×=7.53 m33.3.1.2 焦炭揮發(fā)分中的甲烷量為：V=GCH% =345×0.025%×=0.121 m3故 V= V+V=7.53+0.121=7.65 m33.3.2 氫氣的體積V3.3.2.1 由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的氫量為：V= V=1079.92×1.493%=17.45 m33.3.2.2 焦炭揮發(fā)分及有機(jī)物中的氫量為： V= G（H2%+ H2%）=345（0.037%+0.36%）=15.34

18、m33.3.2.3 煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：OV= G（H2%+ H2 O %） =140（2.28%+0.85%×）=30.63 m33.3.2.4 爐缸煤氣中氫的總產(chǎn)量為：V= V+V+V =17.45+15.34+30.63 =63.42 m33.3.2.5 生成甲烷消耗的氫量為：V=2V=2×7.65=15.3 m33.3.2.6 參加間接反應(yīng)消耗的氫量為：V=VH2 =70.02×0.35=22.2 m3故 V =V-V-V=63.42-15.3-22.2=25.92 m33.3.3 二氧化碳的體積V3.3.3.1 由CO還原Fe2O3為FeO生成的CO2

19、 VG= GFe2O3% =1748.64×71.16% =1244.33kg參加還原Fe2O3為FeO的氫氣量為：G= VH2（1-） =63.42×0.4×（1-0.9）×=0.25kg由氫氣還原Fe2O3的質(zhì)量為：G= G =0.25×=20kg由CO還原Fe2O3的質(zhì)量為：G= G- G =1244.33-20=1224.33kg故V= G=1224.33×=171.41 m33.3.3.2 由CO還原FeO為Fe生成的CO2量為：V=1000Fe%1- rd-r =1000×95.23%(1-0.4-0.05) =

20、209.51 m33.3.3.3 焦炭揮發(fā)分中的CO2量為：V= GCO2% =345×0.19%×=0.33 m3 故V=V+V+V =171.41+209.51+0.33=381.30 m33.3.4 一氧化碳的體積 V3.3.4.1 風(fēng)口前碳素燃燒生成的CO量為：V=G=251.22×=468.944 m33.3.4.2 直接還原生成的CO量為：V= G=87.01×=162.42 m33.3.4.3 焦炭揮發(fā)分中的CO量為：V= GCO%=345×0.21%×=0.58 m33.3.4.4 間接還原消耗的CO量為：V= V+V

21、=171.74+205.7=377.44 m3故 V=V+V+V-V =468.944+162.42+0.58-377.44=308.15 m33.3.5氮?dú)獾捏w積V3.3.5.1 鼓風(fēng)帶入的氮?dú)饬繛椋篤= V（1-）N2% =1079.92（1-1.493%）79%=840.4 m33.3.5.2 焦炭帶入的氮?dú)饬繛椋篤=G（N2%+ N2%） =345（0.118%+0.27%）=1.07 m33.3.5.3 煤粉帶入的氮?dú)饬繛椋篤=GN2% =140×0.52%×=0.58 m3故V=V+V+V =840.4+1.07+0.58=842.05 m3煤氣成分見下表10表

22、10煤氣量及成分成分CO2CON2H2CH4體積，m3381.30308.15842.0525.927.651565.07%24.3619.6953.801.660.49100.003.4 編制物料平衡表3.4.1 鼓風(fēng)質(zhì)量的計(jì)算1 m3鼓風(fēng)的質(zhì)量為：r=0.21（1-）32+0.79（1-）28+18/22.4 =0.21×0.985×32+0.79×0.985×28+18×0.01493/22.4=1.28kg/ m3鼓風(fēng)的質(zhì)量為：G=Vr=1079.92×1.28=1382.59kg3.4.2 煤氣質(zhì)量的計(jì)算1 m3煤氣的質(zhì)量為

23、：r=（44 CO2%+28 CO %+28 N2%+2 H2%+16 CH4%）/22.4 =（44×0.2518+28×0.1904+28×0.5337+2×0.0191+16×0.005）/22.4=1.405 kg/ m3煤氣的質(zhì)量為：G=Vr =1565.07×1.405 =2194.51kg3.4.3 煤氣中的水分3.4.3.1 焦炭帶入的水分G=GH2O%=345×4.17%=14.39kg3.4.3.2 氫氣參加還原生成的水分為：G= V××0.417 =68.7××0

24、.417=23.02kg故G= G +G =14.39+23.02=37.41kg物料平衡列表11表11物料平衡表入相kg%混合礦1748.6448.36焦炭3459.54鼓風(fēng)1382.5938.23煤粉1403.87總計(jì)3616.23100.00出相kg%生鐵100027.70爐渣357.609.91爐氣（干）2194.5160.80煤氣中水37.411.04總計(jì)3609.52100.00相對(duì)誤差=（3616.233609.52）/3674.47=0.19%0.3%所以計(jì)算結(jié)果符合要求。4.熱平衡計(jì)算4.1 原始資料物料的入爐溫度熱風(fēng)溫度，輸送煤粉的載氣溫度，爐頂溫度，渣、鐵液溫度各種冷卻介

25、質(zhì)耗量及出、入爐溫度和有關(guān)參數(shù)4.2 熱量收入Q入4.2.1 碳的氧化熱Q14.2.1.1碳素氧化為CO2放出的熱量Q1-1碳素氧化產(chǎn)生CO2的體積V：V= V- V=381.30-0.33=380.97 m3Q1-1= V×33410.66=380.97××33410.66=6818817 kJ式中 33410.66C氧化為CO2放熱，kJ/kg4.2.1.2 碳素氧化為CO放出的熱量Q1-2碳素氧化產(chǎn)生CO的體積V：V= V- V=308.15-0.58=291.97 m3Q1-2= V×9797.11=291.97××9797.

26、11=1614183 kJ式中 9797.11C氧化為CO放熱，kJ/kg故 Q1= Q1-1+ Q1-2=6818817+1614183=8432999.88 kJ4.2.2 鼓風(fēng)帶入熱Q2Q2= (V- V) Q空氣+ V Q水汽 =(1079.92-1079.92×0.01493)×1755.82+1079.92×0.01493×2161.6 = 1902688.65 kJ式中 Q空氣在1250下空氣的熱容量，其值為1755.82kJ/kg Q水汽在1250下水汽的熱容量，其值為2161.6kJ/kg4.2.3 H2氧化放熱Q3Q3 = G

27、5;13454.09=19.70×13454.09=296958.93 kJ式中 13454.09H2氧化為H2O放熱，kJ/kg4.2.4CH4生成熱Q4Q4= V×4709.56=7.64××4709.56=19623.76 kJ式中 4709.56甲烷生成熱，kJ/kg4.2.5 爐料物理熱Q5Q5= G×1.0×80=1748.64×1.0×80=139891.36 kJ式中 1.080時(shí)混合礦的比熱容，kJ/(kg·)4.2.6 熱量總收入Q入Q入 = Q1 +Q2 +Q3 + Q4 +Q5=8

28、432999.88+1902688.65+296958.93 +19623.76 +139891.20=10792162.58 kJ4.3 熱量支出q支4.3.1 氧化物分解吸熱q14.3.1.1鐵氧化物分解吸熱q1-1：由于原料中含有溶劑型燒結(jié)礦，可以考慮其中有20%FeO以硅酸鹽形式存在，其余以Fe3O4形式存在。因此：G= G×85%FeO%×20%=1748.64×0.85×12.54%×20%=37.28kgG= GFeO%- G=1748.64×11.78%-37.28=168.71kgG= G×=168.71&

29、#215;=374.92 kgG= GFe2O3%- G=1748.64×71.16%-374.92 =869.42kgG= G+ G=168.71+374.92 =543.63kg故q= G×4087.52=37.28×4075.22=152372.7 kJq= G×5156.69=869.42×5156.69=4483314 kJq= G×4803.33=543.62×4803.33=2611230 kJ式中 4087.52、4803.33、5156.69分別為FeSiO4、Fe3O4、Fe2O3分解熱，kJ/kg故q1

30、-1=q+q+q=152372.7+4483314+2611230=7246917 kJ4.3.1.2 錳氧化物分解吸熱q1-2：q1-2=1000Mn%×7366.02=1000×0.075%×7366.02=5524.515 kJ式中 7366.02由MnO分解產(chǎn)生1kgMn吸收的熱量，kJ4.3.1.3 硅氧化物分解吸熱q1-3：q1-3=1000Si%×31102.37=1000×0.55%×31102.37=171063.04 kJ式中 31102.37由SiO2分解產(chǎn)生1kg硅吸收的熱量，kJ4.3.1.4 磷酸鹽分解吸熱

31、q1-4：q1-4 =1000P%×35782.6=1000×0.054%×35782.6=19322.60 kJ式中 35782.6由Ca3(PO4)2分解產(chǎn)生1kg磷吸收的熱量，kJ故q1= q1-1+ q1-2+ q1-3+q1-4 =7246917+5524.515+171063.04+19322.60 =7442827.16 kJ4.3.2 脫硫吸熱q2q2= G×8359.05=3.14×8359.05=26276.90 kJ式中 8359.05假定燒結(jié)礦中硫以FeS形式存在，1kg硫吸收的值，kJ4.3.3 水分分解熱q3q3=

32、(V+ GH2O%煤) ×13454.1=(1079.92×0.01493×+140×0.85%) ×13454.1=190362.56 kJ式中 13454.1水分解吸熱，kJ4.3.4 游離水蒸發(fā)吸熱q4q4= GH2O%焦×2682=345×4.17%×2682=38584.59 kJ式中 26821kg水由0變?yōu)?00水汽吸熱，kJ4.3.5 生鐵帶走熱q5q5=1000×1173=1173000 kJ式中 1173鐵水熱容量，kJ4.3.6 噴吹物分解熱q6q6= G×1048=140

33、×1256.1=175854.00 kJ式中 1256.1煤粉分解熱，kJ4.3.7 爐渣帶走熱q7q7= G×1760=357.60×1760=629380.27 kJ式中 1760爐渣熱容量，kJ4.3.8 煤氣帶走熱q8從常溫到200之間，各種氣體的平均比熱容Cp如下：表12平均比熱容Cp ，kJ/( m3·)成分CO2CON2H2CH4H2OCp1.7871.3131.3131.3021.821.5194.3.8.1 干煤氣帶走熱量：q8-1= G ( + )×200=1565.07×(1.302×0.0166+1.787×0.2436+1.313×0.1964+1.313×