铁的物料计算

第二章 物料平衡及热平衡计算

1原始条件

1.1 原燃料条件

原燃料是高炉冶炼的基础。为了使高炉实现高产、优质、低耗、低成本，就必须实行精料方针。精料是多快好省地发展冶金工业的重要技术政策。精料的主要措施有：提高铁矿石含铁量，增加自熔性烧结矿和球团矿使用率，缩小粒度、筛选粉矿，减少成分波动，以及提高原、燃料强度等。

炼铁所需原料包括铁矿石（天然铁矿石、烧结矿和球团矿）、锰矿石、熔剂及辅助原料等。原料条件见表1，高炉使用的主要燃料是焦炭。高炉喷吹用的燃料有重油、煤、天然煤气等。计算原始数据如下：

表1-1 烧结矿化学成分（%）

试样 TFe FeO CaO MgO SiO2 Al2O3 S Mn P 烧损

烧结矿 57.75 7.03 8.46 3.02 4.64 1.53 0.019 0.10 0.06

球团矿 64.72 0.25 0.32 0.82 10.01 1.64 0.007 0.12 0.05

澳矿 65.80 2.57 0.21 0.11 2.04 1.04 0.006 0.07 0.02 2.46

石灰石 1.35 51.21 0.84 0.82 0.85

炉尘 39.79 10.67 5.83 4.03 6.15 1.05 0.12 0.07 0.13 C=24.87

焦碳灰分 4.35 3.62 1.01 51.89 38.01

煤灰分 2.23 3.88 1.31 58.48 31.42

表1-2 燃料工业分析（一）

种类 FCd Ad Vd Std H2O

焦碳 85.85 12.76 1.39 0.69 4.12

煤粉 72.63 10.93 12.44 0.47

表1-3 燃料工业分析（二）

挥发分 CO2 CO CH4 H2 N2 O2 ∑

焦碳 23.02 22.45 3.88 20.29 30.36 100

煤粉 3.69 13.42 6.89 43.17 14.74 18.09

100

表1-4 预定铁水成分（%）

Fe Si Mn S P C

94.516 0.48 0.03 0.026 0.098 4.85

另：烧结矿：球团矿：澳矿=70：10：20

1.2主要技术经济指标

1. 高炉有效容积利用系数(V)：

高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜1m³有效容积的生铁产量。可用下式表示：

有VPv

式中 v---高炉有效容积利用系数，吨铁/米3·昼夜

P---高炉每昼夜的生铁产量，吨铁/昼夜

有V---高炉有效容积，米3

V是高炉冶炼的一个重要指标，本设计v =2.0 dmt3/。

2. 焦比（K）：

焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦量。可用下式表示：

PQKK

式中 K---高炉焦比，千克/吨铁

P---高炉每昼夜的生铁产量，吨铁/昼夜

KQ---高炉每昼夜消耗焦炭量，千克/昼夜

焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当高炉采用喷吹燃料时，计算叫必须考虑喷吹物的焦炭置换量。 本设计的焦比为360 tKg/ 。

3. 煤比（Y）：

冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计煤比为150 tKg/ 。

4. 冶炼强度（I）和燃烧强度（i）： 高炉冶炼强度是每昼夜13m有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗量与有V的比值,本设计I =0.95 dmt3/。燃烧强度既每小时每2m炉缸截面积所燃烧的焦炭数量。本设计 i =1.10 dmt3/ 。

5. 炉尘重量：20kg

6. 鼓风湿度：1.5%

7. 炉渣碱度：R=1.1

8. 还原度：rd=0.45

2 工艺计算

2.1 配料计算

2.1.1 原燃料成分的整理

试样TFe Fe2O3 FeO P Mn SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO2MnO P2O5 S/2 烧损∑烧结矿57.7574.697.030.060.14.641.538.463.020.130.140.0199.65校核57.9574.957.054.661.548.493.030.130.140.01100球团矿64.7292.180.250.050.1210.041.640.320.820.150.110.0035105.51校核61.3487.370.249.521.550.30.770.140.10.004100澳矿65.891.142.570.020.072.041.040.210.110.110.052.4699.74校核65.9791.382.582.041.040.210.110.110.052.47100石灰石1.351.930.820.8551.210.8441.1696.81校核1.391.990.850.8852.90.8742.52100炉尘39.7944.9910.670.130.076.151.055.834.030.090.30.0698.04校核40.5915.8910.886.271.075.954.110.090.310.06100复合矿59.4978.665.74.751.476.432.370.130.120.010.37100表2-1 烧结矿化学成分及其校核（%） SiO2Al2O3CaOMgOFeOTFe焦灰分52.8938.013.621.015.474.35煤灰分58.4831.423.881.314.912.33表2-2 灰分成分

2.1.2 预定铁水成分(%)

FeSiMnSPC94.5160.480.030.0260.0984.85表2-3 预定生铁成分 2.1.3 原燃料的消耗

设生产每吨生铁所用的复合矿和石灰石分别为X、YtKg/铁，其中:焦比360tKg/，煤比150tKg/，鼓风湿度1.5%，直接还原度d=0.45，炉尘发生量20tKg/，炉渣碱度1.1。

根据全Fe平衡方程得：

Fe铁+ Fe渣＝ Fe矿+Fe焦+ Fe煤+ Fe熔剂- Fe尘

945.16＋945.16×＋20×0.4059＝0.5949X ＋

360×0.1276×0.0435＋150×0.1093×0.0233 + 0.0139Y

根据碱度的平衡：

CaO矿+ CaO焦+ CaO 煤+CaO熔剂- CaO尘

R＝—————————————————————

SiO2矿+ SiO2焦+ SiO2 煤+ SiO2熔剂- SiO2尘- SiO2还

联立两式得：X=1634.61kg/t

Y=6.87kg/t

则，烧结矿1225.96kg/t，球团矿163.46kg/t，澳矿245.19kg/t

2.1.4 渣量及炉渣成分的计算

1) CaO量：GCaO渣=CaO矿+CaO焦+CaO煤+CaO熔剂－CaO尘

=0.0643×1570.45+0.5290×7.59+360×0.1276×0.0362

+150×0.1093×0.0388－20×0.0595

=109.85kg

2) SiO2量：GSiO2量=SiO2矿+SiO2熔剂+SiO2焦+SiO2煤－SiO2尘－SiO2还

=0.0475×1570.45+0.0085×7.59+360×0.1276×0.5289+150×0.1093×0.5848－20×0.0627－4.8×

=99.59kg

3) FeO量：GFeO渣= Fe渣 × = 945.16 × ×

=3.66kg 1.128608.40627.0205848.01093.00518925.01276.03600085.00475.00595.020388.01093.00150362.01276.0360529.00643.0YXYX2860997.0003.056724) MgO量：GMgO渣=MgO矿+MgO熔剂+MgO焦+MgO煤－MgO尘

=1643.61×0.0237+6.87×0.0087+360×0.1276×0.0101+150×0.1093×0.0131－20×0.0411

=38.66kg

5) Al2O3量：G Al2O3渣=Al2O3矿+Al2O3熔剂+Al2O3焦+Al2O3煤－Al2O3尘

=1643.61×0.0147+6.87×0.0088+360×0.1276×0.3801+150×

0.1093×0.3142－20×0.0107

=46.49kg

6) MnO量：GMnO渣=0.5×(MnO矿－MnO尘)=(1643.61×0.0013－20×0.0009)×0.5

=1.05kg

7) 炉渣S含量

进入高炉的S：S矿+S焦+S煤=0.000187×1643.61+360×0.0069+150×0.0047=3.52kg

进入炉尘的S：20×0.0012=0.02kg

进入煤气的S：3.52×0.05=0.176kg

进入生铁的S：0.26kg

进入炉渣的S：GS渣=3.52－0.02－0.176－0.26 =3.064kg

计算结果如下

表2-4 炉渣成分

CaO SiO2 FeO MgO Al2O3 MnO S/2 Σ

重量(kg/t) 109.85 99.59 3.66 38.66 46.49 1.05 1.532 300.83

配比(%) 36.52 33.19 1.22 12.85 15.45 0.35 0.51

100

2.1.5生铁成分的校对

需要矫正的：[Mn]=1.05× × =0.082

[P]=(1634.61×0.0012－20×0.0031)× × =0.083

则 [C]=100－94.516－0.48－0.026－0.082－0.083=4.81

不需矫正的：[S]=0.026% [Si]=0.48% [Fe]=94.516%

表2-5 生铁成分表(%)

P S Mn Fe C Si

重量% 0.098 0.026 0.03 94.516 485 0.48 14262100010071551000100