高炉物料平衡和热平衡的计算.总结

1、高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）目录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。 对于一种新的工业生产装置， 应通过实验

2、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。

3、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

4、为一切误差都集中掩盖在热损失之重。2. 炼铁配料2.1.原料计算原料成分，见表1燃料成分，见表2,3确定冶炼条件预定生铁成分（ %），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55.081.1700.0390.0489.8974.335.410.800.62矿混合54.500.0850.0310.02511.7871.165.

5、731.497.43矿续表 1MgOMnOP2O5FeS烧损原料烧结矿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 ）SiO2Al 2 O3CaOMgO FeOCOCO2CH4H2N285.367.324.260.510.120.430.210.190.0250.0370.118续表 2有机物（

6、 1.42 ）游离水H2N2S0.360.270.79100.004.17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，（%）FeSiMnPSC95.230.550.030.0340.0264.13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

7、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/（ m·d）高炉有效容积利用系数2.63t/ （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矿燃料带入的铁量GFe燃GFe燃= G焦 FeO%56+ G煤FeO%56焦7

8、2煤72=345× 0.43%× 56+140×0.92%× 56=2.16kg7272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=953.01kg冶炼 1t 生铁的铁矿石需要量：G矿 = G Fe矿 / Fe% 矿 =953.01/54.50%=1748.64kg2.3炉渣成分的计

9、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1.8332.000.111.920.0250.44焦炭0.120.41-0.792.73煤粉0.320.45-0.300.42-32.68-1.

10、92-3.58炉渣中 CaO的量 GCaO渣由上表：GCaO渣 =132.71kg ；炉渣中 SiO2 的量 GSiO2 渣由上表：GSiO2 渣 =135.69kg ；炉渣中 Al 2O3 的量 GAl2O3 渣由上表：GAl2O3 渣 =50.13kg ；炉渣中 MgO的量 GMgO 渣由上表：GMgO 渣 =32.68kg ；炉渣中 MnO的量 GMnO 渣GMnO 渣 =1.92 ×50%=0.96kg50%锰元素在炉渣中的分配率；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 ×

11、72 =3.68kg56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%=3.58×0.05=0.179kg式中 5%硫在煤气中的分配比；故GS渣 = 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MgOMnO

12、FeO2232kg132.71135.6950.1332.860.963.681.57357.60-%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 OMgO22337.1337.9614.029.1498.2537.7938.6414.279.30100.002.4校核生铁成分生铁含 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

13、15; 1000 =0.054%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 1000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，（%）FeSiMnPSC95.230.550.0750.0540.0264.065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原始物料原料全分析并校正为100%生铁全分析各种原料

14、消耗量鼓风湿度铁的直接还原度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计算风量风口前燃烧的碳量GC燃G C总G= G焦C%+G煤C%C总焦煤=345× 85.36%+140× 77.75%=403.34kg溶入生铁中的碳量为：GC生铁 =1000C%=1000×4.065%=40.65kg式中 4.065%碳在校核后的生铁中的百分比。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

15、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 =1000×0.55%×24 =4.71kg2828磷还原消耗的碳量： G1000P% 60 =1000×0.054%×60 =0.52kgC磷6262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

16、 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%)+ 140×2.28%+ 2(1200 × 1.493%× 18+21822.4140× 0.85 %)×0.35 ×0.9/(1000 ×95.23%)= 0.06式中H2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

17、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=1000×95.23%× 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=251.22kg计算鼓风量 V风鼓风中氧的浓度NN=21 %( 1- )+0.5 =21 %( 1-1.493%)+0.5×1.493

18、%=21.43 %C燃 燃烧需要氧的体积为：22.4VO2= GC燃212=251.22× 22.4212=234.47 m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 31832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=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

19、的计算甲烷的体积 VCH4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 31212焦炭挥发分中的甲烷量为：VCH4焦 =G焦 CH4 %焦22.416=345×0.025%× 22.4=0.121 m316故 V CH4 = V CH4碳 +VCH4焦 =7.53+0.121=7.65 m 3氢气的体积 VH2由鼓风中水分分解产生的氢量为：3VH2 分 = V 风 =1079.92×1.493%=17.45 m焦炭挥发分及有机物中的氢量为：22.4VH2 焦 = G 焦 （H2%焦挥发 + H2%

20、焦有机 ）=345（0.037%+0.36%） 22.42=15.34 m3煤粉分解产生的氢量为：OVH2煤 = G 煤 （H2%煤 + H2 O %煤 2 ） 22.4182=140 （2.28%+0.85%× 2 ） 22.4182=30.63 m3高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第 9页炉缸煤气中氢的总产量为：VH2 总 = V H2 分 +VH2 焦 +VH2 煤=17.45+15.34+30.633生成甲烷消耗的氢量为：VH2 烷 =2VCH4 =2×7.65=15.3 m 3参加间接反应消耗的氢量为：VH2 间 =VH2 总 H2=70.02× 0.

21、35=22.2 m 3故 VH2=VH2总 -VH2 烷 -V H2 间 =63.42-15.3-22.2=25.92 m3二氧化碳的体积VCO2由 CO还原 Fe2O3 为 FeO生成的 CO2 VCO/ 2 还GFe 2O 3 = G 矿 Fe2O3%矿=1748.64×71.16%=1244.33kg参加还原 Fe2O3 为 FeO的氢气量为：GH2还 = V H2总H2（1- ）222.42=63.42× 0.4 ×（ 1-0.9 ）×22.4=0.25kg由氢气还原 Fe2O3 的质量为：G/= GH2还160Fe 2O 32=0.25

22、5; 160 =20kg223的质量为：由 CO还原 Fe OG/Fe 2O 3 = G Fe 2O 3 - G /Fe 2O 3=1244.33-20=1224.33kg故 VCO/ 2还 = G /Fe2 O3 22.4 =1224.33× 22.4 =171.41 m31601603.3.3.2 由 CO还原 FeO为 Fe 生成的 CO2量为：V/=1000Fe%1- r d / -rH2 22.4CO 2还56=100022.4×95.23%(1-0.4-0.05)56=209.51 m 3高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第10页焦炭挥发分中的CO2量为：22.

23、4VCO2挥 = G 焦 CO2%焦22.4=345×0.19%×=0.33 m 3故VCO2 =VCO/ 2还 +V/CO2 还 +VCO2 挥=171.41+209.51+0.3333.3.4一氧化碳的体积 V CO3.3.4.1风口前碳素燃烧生成的CO量为：V=G22.4 =251.22× 22.4 =468.944 m3CO燃C燃12123.3.4.2直接还原生成的CO量为：VCO直= GC直22.4 =87.01 × 22.4 =162.42 m312123.3.4.3焦炭挥发分中的 CO量为：× 22.4VCO挥 = G焦22 .4

24、×=0.58 m3焦 CO%28=3450.21%283.3.4.4间接还原消耗的 CO量为：VCO间 = V CO/2 还 +VCO/2还 =171.74+205.7=377.44 m 3故VCO =VCO燃 +VCO直 +VCO挥 -V CO 间=468.944+162.42+0.58-377.443氮气的体积 VN 2鼓风带入的氮气量为：VN2风= V风（1-） 2 风N %=1079.92（ 1-1.493%）79%3焦炭带入的氮气量为：VN2焦 =G焦（2焦挥发2%焦有机） 22.4N %+ N2822.4=345 （ 0.118%+0.27%）=1.07 m 3高炉物料平

25、衡和热平衡的计算（论文）第11页煤粉带入的氮气量为：VN2煤=G煤 N2%煤22.428=140× 0.52%× 22.4=0.58 m328故VN2 =VN2风 +VN 2焦 +VN2煤=840.4+1.07+0.58=842.05 m3煤气成分见下表 10表 10 煤气量及成分成分COCONHCH22243381.30308.15842.0525.927.651565.07体积， m%24.3619.6953.801.660.49100.003.4编制物料平衡表鼓风质量的计算1 m3 鼓风的质量为：r 风 =0.21 （ 1- ） 32+0.79（ 1- ）28+18/

26、22.4=0.21 × 0.985 ×32+0.79 ×0.985 × 28+18×0.01493/22.4 =1.28kg/ m 3鼓风的质量为：G风 =V风 r 风 =1079.92×1.28=1382.59kg煤气质量的计算1 m3 煤气的质量为：r 气 =（ 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/

27、m煤气的质量为：3G气 =V气 r 气=1565.07× 1.405=2194.51kg高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第12页煤气中的水分焦炭带入的水分GH 2O焦=G焦 HO% =345× 4.17%=14.39kg2焦氢气参加还原生成的水分为：G= VH22× 18 ×0.417H 2O还间222.4=68.7×2× 180.41722.42=23.02kg故GH 2O = GH 2O焦+GH 2O还=14.39+23.02=37.41kg物料平衡列表 11表 11 物料平衡表入相kg%混合矿1748.6448.36焦炭345

28、9.54鼓风1382.5938.23煤粉1403.87总计3616.23100.00出相kg%生铁100027.70炉渣357.609.91炉气（干）2194.5160.80煤气中水37.411.04总计3609.52100.00相对误差 =（3616.23 3609.52 ）/3674.47=0.19% 0.3%所以计算结果符合要求。4. 热平衡计算4.1原始资料物料的入炉温度热风温度，输送煤粉的载气温度，炉顶温度，渣、铁液温度各种冷却介质耗量及出、入炉温度和有关参数高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第13页4.2热量收入 Q入碳的氧化热 Q1碳素氧化为 CO2放出的热量 Q1-1碳素氧化产

29、生CO2的体积 VCO2 氧化 ：VCO2 氧化 = V CO2 煤气 - V CO2挥 =381.30-0.33=380.97 m 3Q= V CO2氧化12×33410.66=380.97×12×33410.66=6818817 kJ1-122.422.4式中33410.66 C 氧化为 CO2放热， kJ/kg4.2.1.2 碳素氧化为 CO放出的热量 Q1-2碳素氧化产生 CO的体积 VCO氧化 ：VCO氧化 = V CO煤气 - V CO挥 =308.15-0.58=291.97 m 3Q1-2 = V CO氧化12 × 9797.11=291

30、.97 × 12 ×9797.11=1614183 kJ22.422.4式中9797.11 C 氧化为 CO放热， kJ/kg故 Q 1= Q1-1 + Q1-2 =6818817+1614183=8432999.88 kJ鼓风带入热 Q2Q2= (V 风 - V 风 ) Q 空气 + V 风 Q 水汽=(1079.92-1079.92 ×0.01493 ) × 1755.82+1079.92 ×0.01493 ×2161.6 = 1902688.65 kJ式中Q空气在 1250 下空气的热容量，其值为1755.82kJ/kgQ 水汽

31、在 1250 下水汽的热容量，其值为 2161.6kJ/kg2 氧化放热 Q3Q3 = G H 2O还 ×13454.09=19.70 × 13454.09=296958.93 kJ式中 13454.09 H 氧化为 HO放热， kJ/kg224.2.4CH 4 生成热 Q4Q4= V CH4碳12×4709.56=7.64 × 12 × 4709.56=19623.76 kJ22 .422.4式中 4709.56甲烷生成热， kJ/kg炉料物理热 Q5Q5= G 矿 ×1.0 ×80=1748.64×1.0 &#

32、215;80=139891.36 kJ式中1.0 80时混合矿的比热容， kJ/(kg · )高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第14页热量总收入 Q入Q入 =Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=8432999.88+1902688.65+296958.93 +19623.76 +139891.20=10792162.58 kJ4.3热量支出 q 支氧化物分解吸热q1铁氧化物分解吸热q1-1 ：由于原料中含有溶剂型烧结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸盐形式存在，其余以Fe3O4 形式存在。因此：GFeO硅 = G矿 ×85%FeO%×20%=1748.64×

33、; 0.85 × 12.54%×20%=37.28kg烧G= G矿FeO% - GFeO 硅=1748.64×11.78%-37.28=168.71kgFeO磁矿GFe O 磁 = G FeO磁 × 160 =168.71× 160 =374.92 kg237272GFe2O 3游 = G 矿 Fe O%矿 - GFe 2O3磁 =1748.64×71.16%-374.92 =869.42kg23GFe O4= G FeO磁 + G Fe O 磁 =168.71+374.92 =543.63kg323故q FeO硅 = G FeO硅

34、× 4087.52=37.28 × 4075.22=152372.7 kJq Fe 2O3游 = G Fe2O 3游 ×5156.69=869.42 × 5156.69=4483314 kJq Fe3O4 = G Fe3O 4 × 4803.33=543.62 ×4803.33=2611230 kJ式中4087.52、 4803.33 、 5156.69 分别为 FeSiO4、Fe3 O4、Fe2O3 分解热， kJ/kg故 q1-1 =q FeO硅 +q Fe3O4 +q Fe2O3游 =152372.7+4483314+26112

35、30=7246917 kJ锰氧化物分解吸热q1-2 ：q1-2 =1000Mn%× 7366.02=1000× 0.075%×7366.02=5524.515 kJ 式中 7366.02 由 MnO分解产生 1kgMn吸收的热量，硅氧化物分解吸热 q1-3 ：q1-3 =1000Si% ×31102.37=1000× 0.55%×31102.37=171063.04 kJ 式中 31102.37 由 SiO2 分解产生 1kg 硅吸收的热量， kJ磷酸盐分解吸热q1-4 ：q1-4 =1000P%×35782.6=1000&

36、#215; 0.054%×35782.6=19322.60 kJ 式中 35782.6 由 Ca3(PO4 ) 2 分解产生 1kg 磷吸收的热量， kJ故q1= q 1-1 + q 1-2 + q 1-3 +q1-4=7246917+5524.515+171063.04+19322.60=7442827.16 kJ高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第15页脱硫吸热 q2q2= G S渣 ×8359.05=3.14 × 8359.05=26276.90 kJ式中8359.05假定烧结矿中硫以FeS形式存在， 1kg 硫吸收的值， kJ水分分解热 q318q3= (

37、V 风 + G 煤 H2O%煤)×13454.118=(1079.92 ×0.01493 ×+140× 0.85%) × 13454.1=190362.56 kJ式中13454.1水分解吸热， kJ游离水蒸发吸热q4q4= G 焦 H2O%焦× 2682=345×4.17%×2682=38584.59 kJ式中2682 1kg 水由 0变为 100水汽吸热， kJ生铁带走热 q5q5 =1000×1173=1173000 kJ式中1173 铁水热容量， kJ喷吹物分解热 q6q6= G 煤 ×

38、1048=140×1256.1=175854.00 kJ式中1256.1煤粉分解热， kJ炉渣带走热 q7q7 = G 渣 ×1760=357.60× 1760=629380.27 kJ式中1760 炉渣热容量， kJ煤气带走热 q8从常温到 200之间，各种气体的平均比热容Cp 如下：表 12 平均比热容 Cp ，kJ/( m 3· )成分CO2CON2H2CH4H2OCp1.7871.3131.3131.3021.821.519高炉物料平衡和热平衡的计算（论文）第 16页4.3.8.1干煤气带走热量：q8-1 = G 气 ( 1.278VH 2 1.777VCO21.284VCO1.284VN 2 + 1.610VCH 4 ) × 200=×(1.302 × 0.0166+1.787