高炉物料平衡计算课程设计

1、攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要2000m3高炉炼铁物料平衡计算1 摘 要物料平衡计算是炼铁工艺计算中重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。整个物料平衡计算有配料计算和物料衡算两部分构成。在配料计算过程中，进行了原料和燃料的全分析，渣铁成分及含量分析；在物料衡算过程中计算了包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算，并制作物料平衡表。物料衡算有助于对高炉过程进行全面定量的分析和深入研究，并为热平衡计算作准备。1关键词：物料平衡 配料计算 物料衡算 物料平衡表2 物料平衡的计算2.1 配料计算由于物料平衡计算是在配料计算的基础上进行的，故欲进行物料平衡的计算，就得先进行配料计算。

2、而配料计算的基本原则是要满足质量守恒定律，即加入炉内的炉料中的各种元素和化合物的总和应等于高炉产品中各元素和化合物的总和。为进行配料计算，需收集和整理一些资料，包括：1、需要原料和燃料的全分析数据，并折算成100%；2、生铁品种及其成分；3、确定矿石配比；4、确定焦比；5、各种元素在生铁、炉渣和煤气间的分配率；6、炉渣成分，即选定合适的炉渣碱度。【2】2.11 确定原始条件原始条件包括1攀枝花学院本科课程设计（论文） 确定原始条件（1） 原料的主要成分见表1 。表1 原料主要成分（%）3 成分原料TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSPFe2O3烧损烧结矿53.469.6911.8

3、68.612.021.700.620.0230.041球团矿62.520.500.493.540.120.432.390.0100.035天然矿59.407.131.917.120.521.181.050.2100.023混合矿55.877.608.597.451.491.391.020.0390.03866.201.15石灰石0.630.81454.021.380.370.270.010.00445.43（2）焦炭成分及焦炭灰分、挥发分和有机物见表2至表4 。表2 焦炭成分(%)灰分水分挥发分有机物S固定碳TFe13.504.000.90.70.5084.00.9焦炭中的水分是在打水熄焦时渗

4、入得，通常为2%6%.4表3 焦炭灰分（%）Fe2O3SiO2CaOMgOAl2O3MnOP2O59.3054.004.341.1025.640.393.68表4 焦炭挥发分和有机物含量（%）成 分CO2 COCH4H2N2S挥发物0.340.340.020.050.15有机物0.30.30.12攀枝花学院本科课程设计（论文） 计 算(3)煤粉成分见表5表5 煤粉成分（%）CH2N2O2H2OS灰分 16.23SiO2AL2O3CaOMgOFeO74.474.210.423.370.80.58.764.060.620.352.44（4）炼钢生铁成分见表6 。表6 炼钢生铁成分（%）SiMnSP

5、CFe0.300.670.030.164.0794.77（5）配矿比：烧结矿70%，球团矿20%，天然矿10%。（6）元素分配率见表7。表7 各种元素的分配率（%）FeMnPS生铁99.5501003炉渣0.550082煤气00015 （7）炉渣碱度 R = CaO/SiO2 = 1.04 。（8）焦比为450 /t，煤比为90 /t 。52.1.2 计算以1000Kg生铁作为计算单位，进行计算：(1) 根据铁平衡求矿石需求量：焦炭带入的铁量：4500.009 = 4.05 煤粉带入的铁量：900.0244（5672）=1.708 3进入炉渣的铁量：947.7（0.0050.995）= 4.7

6、6 Kg需要混合矿量：（947.7-4.05-1.708+4.76）0.5587 =1694.47 Kg（2）根据碱度平衡求石灰石用量：混合矿带入的CaO量：1694.470.0859 = 145.55 焦炭带入的CaO量：4500.13500.0434 =2.64煤粉带入的CaO量：900.0062 = 0.57 共带入的CaO量：145.55 + 2.64 +0.57 =148.76 混合矿带入的SiO2量：1694.470.0745 = 126.24 焦炭带入的SiO2量：4500.13500.5400 = 32.81 煤粉带入的SiO2量: 900.0876 = 7.88 共带入的Si

7、O2量：126.24 + 32.81 + 7.88 = 166.93 还原Si消耗的SiO2量：3(6028)= 6.43 石灰石用量：(166.93-6.43)1.04-148.76/(0.5402-0.01381.04)=34.53 考虑到机械损失及水分，则每吨生铁的原料实际用量列于表8表8 每吨生铁的实际用量名称干料用量/机械损失/%水分/%实际用量/混合料1694.4731745.30石灰石34.53134.88焦炭45024477.00合计2179.362257.18（3）终渣成分：1）终渣S量:炉料全部含S量:1694.470.00039 + 4500.005 + 900.005

8、+ 34.530.0001 =3.36 Kg进入生铁S量： 0.3 Kg进入煤气S量: 3.360.15 = 0.504 Kg进入炉渣S量：3.36-0.3-0.504 = 2.556 Kg由于分析得到的二价钙离子都折算成CaO，而其中一部分钙离子以CaS形4式存在，CaS与CaO之重量差为S/2，为了重量平衡钙离子仍以CaO存在计算，而S则只算S/2。2)终渣FeO量：4.76(72/56) = 6.12 Kg3)终渣MnO量：1694.470.01020.5 = 8.64 Kg4)终渣SiO2量：166.93-6.43 = 160.50 Kg5)终渣CaO量：148.76+34.530.5

9、402 = 167.41 Kg6)终渣Al2O3量：1694.470.0139 + 4500.1350.2564 + 900.0406 + 34.530.0027 = 44.88 Kg7)终渣MgO量：1694.470.0149 + 4500.1350.0111 + 900.0035 +34.530.0037 = 26.38 Kg终渣成分见表9 。表9 终渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2R160.5044.88167.4126.388.646.121.278415.21%38.6610.8140.326.352.081.470.311.04（4）生铁成分校核：1）生铁

10、含量：1694.470.00038 + 4500.1350.036862/142 + 34.530.00004 = 1.62 Kg1.62/1000 =0.16%2)生铁含S量：0.03%3）生铁含Si量：0.3%4）生铁含Mn量：8.640.5/0.555/71100/1000 =0.67%5）生铁含Fe量：94.77%6）生铁含C量：100% -0.03% -0.3% -94.77%- 0.67% - 0.16% =4.07%最终生铁成分列于表10表10 最终生铁成分（%）SiMnSPCFe0.300.670.030.164.0794.77100.005攀枝花学院本科课程设计（论文） 物料

11、衡算校验结果与原设生铁成分相符合。2.2. 物料平衡高炉物料衡算分两种情况，一是生产高炉的，另一种是设计高炉的，它们计算的内容、方法和程序有所不同。但计算原理是一样的。6本课题做的是炼铁设计时的物料衡算方法。是在前面配料计算的基础上进行的。2.2.1 原始条件的确定原始条件为：7（1）选择确定直接还原度：可根据煤气成分来计算，但较复杂，故这里直接选定直接还原度rd = 0.45 。（2）鼓风湿度f：这里取大自然湿度为0.012 Kg/,f =1.5% 。（3）假定入炉碳量0.5%的碳与H2反应生成CH4（纯焦冶炼可取0.5%1.0%,喷吹燃料时可取1.2%）。2.2.2 物料衡算物料平衡计算步

12、骤为：（1） 风口前燃烧的碳量：焦炭带入固定碳量：4500.84 = 378.00 Kg煤粉带入固定碳量：900.7447 = 67.02 Kg共计燃烧碳量: 378.00 + 67.02 = 445.02 Kg生成CH4的碳量：445.020.012 = 5.34 Kg熔于生铁的碳量：0.04071000 =40.70 Kg还原Mn消耗的碳量：0.0067100012/55 = 1.46 Kg还原Si消耗的碳量：0.003100024/28 = 2.57 Kg还原P消耗的碳量：0.0016100060/62 = 1.55 Kg还原Fe消耗的碳量：0.947710000.4512/56 = 9

13、1.39 Kg直接还原消耗的碳量：1.46 + 2.57 + 1.55 +91.39 = 96.97 Kg风口前燃烧碳量：C风 = 445.02 5.34 -40.07 96.97 = 302.64 KgC风占入炉总碳量的百分数：302.64/445.02100% = 68.01%6（2）根据碳平衡计算风量：鼓风中氧的浓度：0.210.985 + 0.50.015 = 0.2144 /风口前燃烧碳素需要氧量：（302.6422.4）/（212）= 282.46 煤粉可供给：90（0.0337/32 + 0.008/36）22.4 = 2.57 则每吨生铁鼓风量：V风 =（282.46-2.57

14、）/0.2144 = 1305.46 （3）计算煤气各组分的体积和成分：1）CH4的体积:由燃烧碳素生成CH4：5.3422.4/12 = 9.97 焦炭挥发分含CH4：4500.000222.4/16 =0.13 进入煤气的CH4：9.97+0.13 = 10.10 2）H2体积：由鼓风中水分分解出的H2：1305.460.015 = 19.58 焦炭挥发分及有机物的H2量：450(0.0005+0.003)22.4/2 = 17.64 煤粉分解出得H2量：90(0.0421+0.008/18)22.4/2 =42.89 入炉总H2量：19.58+17.64+42.89 =80.11 在喷吹

15、条件下参加还原反应的H2量为入炉总H2量40%8，即：80.110.4 = 32.04 生成CH4的H2量：9.972 = 19.94 进入煤气的H2量:80.11-32.04-19.94 = 28.13 3) CO2体积：由Fe2O3还原FeO所生成的CO2：1694.470.66222.4/160 = 157.04由FeO还原Fe所生成的CO2：947.70(1-0.45)22.4/87 =208.49由MnO2还原MnO所生成的CO2：1694.47(0.010287/103)22.4/87=3.76另外，H2还参加还原反应，即相当于同体积的CO参加反应，所以CO2生成量中应减去32.0

16、4总计间接还原生成CO2量：157.04+208.49+3.76-32.04 =337.25石灰石分解出的CO2量：34.530.454322.4/44 = 7.99焦炭挥发分的CO2量：4500.003422.4/44 = 0.78混合矿分解出的CO2量：1694.470.011522.4/44 = 9.92煤气中总CO2量：337.25+7.99+0.78+9.92 = 355.9474)CO体积：风口前碳素燃烧生成的CO量：302.6422.4/12 = 564.93各种元素直接还原生成的CO量：96.9722.4/12 = 181.01焦炭挥发分中的CO量：4500.003422.4/

17、12 = 2.86间接还原消耗CO量为337.25kg。则煤气中总CO量：564.93+181.01+2.86-337.25 =411.555）N2体积：鼓风中带入的N2量：1305.46(1-0.015)0.79 = 1015.84焦炭带人的N2量：4500.004522.4/28 = 1.62煤粉带入的N2量：900.004222.4/28 = 0.31煤气中总N2量：1015.84+1.62+0.31 = 1017.77根据计算，列出煤气成分表11。表11 煤气成分成 分CO2CON2H2CH4总计体积/355.94411.551017.7728.1310.101823.49%19.52

18、22.5755.811.540.55100（4）计算物料重量和编制平衡表：1）计算鼓风重量：1鼓风重量：（0.210.98532 + 0.790.98528 + 0.01518）/22.4 = 1.28 Kg/全部鼓风重量：1305.461.28 = 1670.99Kg2)计算煤气的重量：1的重量：（0.195244 + 0.225728 + 0.552628 +0.01542 + 0.005516）/22.4 = 1.36Kg/全部煤气重量：1823.491.36 = 2479.95Kg3）计算水分重量：8攀枝花学院本科课程设计（论文） 结 语炉料带入的水分：4500.04 =18.00KgH2还原生成的水分：32.0418/22.4 = 25.75Kg总计水分重量：18.00 + 25.75 = 43.75Kg4)计算炉料机械损失：2257.18 -2179.36 - 18.00 = 59.82Kg根据上述计算，列出物料平衡表12 。表12 物料平衡序号收入项/Kg支出项/Kg绝对误差/Kg相对误差/%1原料2257.18生铁1000.009.440.232鼓风1670.99炉渣415.213煤粉90.00煤气2479.954水分53.75