高炉炼铁计算

高炉炼铁计算

炼铁工艺计算

2 物料平衡计算

物料平衡计算是炼铁工艺计算中的重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。物料平衡计算包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算。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，并为热平衡计算做准备。

2.1 物料平衡计算的准备

进行物料衡算应具备以下资料：

各种物料的全分析成分，各种物料的实际用量； 生铁成分、炉渣成分和数量； 鼓风含氧量及鼓风湿度等。

2.2 物料平衡计算内容与方法

2.2.1 鼓风量的计算

对于炼铁设计，作物料平衡计算时，应首先计算每吨生铁的鼓风量。每吨生铁的鼓风量用Vb

（m3，一般均为标准立方米）表示，它是由风口前燃烧碳量与鼓风含氧量计算的。

（1）风口前燃烧碳量Cb的计算

1

高炉炼铁计算

由碳素平衡图（图2-4）可知

Cb?CO?Cda?CdFe （kg/t，下同） （2-1）

式中 CO——氧化碳量，kg/t；

Cda——合金元素还原耗碳，kg/t； CdFe——铁的直接还原耗碳，kg/t。

要计算风口前燃烧碳量Cb，则需先计算式中其他各项碳量，它们的计算是 1）氧化碳量CO计算

CO?Cf?CC?CCH4

?K?CK?M?CM?10?C??CCH4 （2-2）

式中，CC为生铁渗碳量，由生铁成分计算；CCH4为生成CH4碳量，按燃料带入碳量Cf的0.5% ~ 1.2%取值计算；在作炼铁设计时，选定的焦比K是参加炉内冶炼过程的实际数值，进入炉尘的碳量不包括在内。

2）合金元素还原耗碳Cda的计算

Cda?10??[Si]?24/28?[Mn]?12/55?[P]?60/62?[Ti]?24/48?[V]?60/102??12???CO2???/44?12?U?(S)/32

?Si??2.182?Mn??9.677?P??5?Ti??5.882?V??0.273???CO2????0.375?U?(S)?8.571

2

高炉炼铁计算

式中 ?Si?，?Mn?，[P]，[Ti]，[V]——生铁中相应元素含量，%； Φ ——每吨生铁的石灰石用量，kg； CO2?——石灰石中CO2含量；

?——石灰石在高温区分解率，通常取α = 0.5；

U—— 每吨生铁的渣量，kg； ?S?——渣中硫含量。

如果生铁中还含有其他直接还原的合金元素，那么应在Cda式中加上所消耗的化学当量的碳。 3）铁直接还原耗碳CdFe的计算

CdFe=12×Fe.r×rd/56 （2-4）

式中，Fe.r为冶炼每吨生铁的还原铁量，kg。如果高炉冶炼不加废铁，Fe.r=10 [Fe]；如果加入废铁，则Fe.r=10 [Fe] – Fe料，其中Fe料为废铁用量，kg/t。废铁已属金属铁，在高炉内不需还原。 由上面各式可以看出，风口前燃烧的碳量主要取决于燃料比和直接还原度，一般C b约占入炉碳量的70%~80%。

（2）鼓风量的Vb计算

根据风口前碳素燃烧反应2C + O2 = 2CO，由燃烧碳量（Cb）及鼓风的含氧量（O2b），可以计算出1t生铁的鼓风量Vb

Vb?22.?4Cb3

?0.93?3CbO/2b （m/t） （2-5）

24?O2b式中，0.933为燃烧1kg碳素所需要的氧量（m3），在工艺计算中这是个常用的数据。鼓风含氧量可按下式计算：

O2b=0.21+0.29×?+(a－0.21)×W

式中 ?——鼓风湿度，用体积小数表示； W——1 m3鼓风中兑入的富氧气体量，m3； a——富氧气体氧的纯度。

“(a－0.21)×W就是所谓的富氧率”。

当高炉喷吹燃料时，由于煤粉中常含有少量有机物氧素及水分，在风口区热分解，分解出的氧

3

高炉炼铁计算

亦能燃烧碳素。因此，在精确计算时不能忽略这部分氧的影响，这时鼓风量应按下式计算

Vb?0.933Cb?O喷O2b （2-6）

式中，O喷为冶炼每吨生铁由煤粉带入的氧量（m3），它的计算是

O喷?22.4M??OM?H2OM?16/18?/32 （2-7） 式中，OM为煤粉中含氧量；H2OM为煤粉水分含量。 （3）鼓风质量Gb的计算

过去多以物料重量进行物料衡算，列物料平衡表，这不符合现行规范，应予以改正。每吨生铁的鼓风质量应为

Gb?Vb??b （kg） （2-8） 式中，?b为标准状况下的鼓风密度（kg/m3），它要由鼓风成分及其分子量去计算。

2.2.2 煤气量及煤气成分的计算

组成炉顶煤气的有CO2、CO、N2、H2、CH4五种组分，要计算冶炼每吨生铁的高炉煤气量，就需要明确这些组分的来源及其数量的计算。

（1）煤气级成数量的计算 1）CH4

CH4的来源有二：一是焦炭挥发分中含有CH4，它和挥发分中其他成分一样，在高炉上部析出进入煤气（不要计入煤粉的CH4）；另一是由高炉中碳素同煤气中氢化合生成。这后部分CH4数量按生成CH4的碳量计算（现在也有认为没有碳素生成CH4的）。因此，每吨生铁煤气中CH4量的计算是：

VCH4?22.4K?CH4/16?22.4CCH4/12 （m3/t） （2-9） 式中 CH4——焦炭中CH4的含量。

2）H2

高炉中氢的来源有：

①燃料带入的，其中包括焦炭挥发分和有机物中的氢（可按焦炭氢元素分析计算）、喷吹燃料的氢和所含水分中的氢；

4