【正文】 生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定爐渣堿度 R，然后根據(jù)堿度平衡求出 a,b,c。 其中 a＋ b＋ c=1 ][ 2222 SiQSi OQKSi OQKc Si ObS i OaS i O CaOQKCaOQKc CaObCa OaCa OR ????? ????? 煤煤焦焦球燒礦煤煤焦焦球燒礦 如果假設(shè)焦、煤帶入的鐵和進(jìn)入爐渣和爐塵的鐵相等，既有 ][ Fe c F ebF eaF eQ 球燒生 ??? 本設(shè)計(jì)選定 R=，計(jì)算得生鐵礦，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的配比為 8:76:16，按比例得到混合礦的成分，見(jiàn)表 21。 5 根據(jù)鐵平衡求鐵礦石需要量 （ 1）燃料帶入的鐵量： 進(jìn)入爐塵的焦炭量 =G 塵 C 塵 /C 焦 =20 ／ = kg %為爐塵中炭的燒損量。 高爐內(nèi)參加反應(yīng)的焦炭量為 G 焦 =340－ = kg 故焦，煤帶入的鐵 GFe 燃 =（ %＋ 180 %） 56／ 72= kg （ 2） 進(jìn)入爐渣中的鐵量 GFe 渣 =% 1000 %／ %= kg （ 3） 需要由鐵礦石帶入的鐵量 G 礦 =1000[Fe] ＋ GFe 渣 － GFe 燃 =＋ － = kg （ 4） 冶煉 1t生鐵的礦石需要量 G 礦 =G 礦 ／ Fe 礦 =／ %= kg 考慮到爐塵吹出量，入爐礦石量為 G 礦入 =＋ 20－ = kg 渣量及爐渣成分計(jì)算 ∑ CaO=340 ＋ 180 ＋ = kg ∑ SiO2=340 ＋ 180 ＋ － = kg ∑ Al2O3=340 ＋ 180 ＋ = kg ∑ MgO=340 ＋ 180 ＋ = kg 渣中 MnO 量 = = kg 渣中 FeO 量 = %／ % 72／ 56= kg 每噸生鐵含硫量 =340 ＋ 180 ＋ = kg 進(jìn) 入生鐵中的硫 =1000 = kg 進(jìn)入煤氣中的硫 = = kg 進(jìn)入渣中的硫 =－ － = kg 表 26 爐渣成分 組元 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S／ 2 ∑ R kg % 100 校核生鐵成分 [S]=%； LS=2 ／ = [Si]=49% [P]= 1／ 1000=% [Mn]= 55／ 71 1／ 1000=% [Fe]=% [C]=100%－ %－ %－ %－ %=% 6 表 27 校核后生鐵成分 % Fe Si Mn P S C 物料平衡計(jì)算 風(fēng)量計(jì)算 (1) 燃料帶入總 C量 GC總 =G焦 C焦 ＋ G煤 C煤 = %＋ 180 %＋ 30 %= kg (2) 溶入生鐵中的 C量 GC 生鐵 =1000 %= kg (3) 生成甲烷 的 C量 GC 甲烷 =% = kg (4) 直接還原消耗的 C量 1) 錳還原消耗的 C 量 GC 錳 =1000 % 12／ 55= kg 2）磷還原消耗的 C 量 GC 磷 =1000 % 60／ 62= kg 3）硅還原消耗的 C 量 GC 硅 =1000 % 24／ 28= kg 4）鐵直接還原消耗的 C 量 GC 鐵直 =1000 % 12／ 56 = kg 故 GC 直 =＋ ＋ ＋ = kg 風(fēng)口前燃燒的 C量 =－ － － = kg (5) 計(jì)算鼓風(fēng)量 V 風(fēng) 1) 鼓風(fēng)中的氧濃度 =21%（ 1－ %）＋ %=% 2) GC 燃 燃燒需要的氧為 Vo2= ／ 24= m3 3) 煤粉帶入氧量 Vo2=180 (%＋ % 16／ 18) ／ 32= m3 4) 重油帶入氧量 Vo2=30（ %＋ % 16／ 18） = m3 (6) 需鼓風(fēng)供給的體積 Vo2風(fēng) =－ － = m3 故 V 風(fēng) =／ %= m3 爐頂煤氣成分及數(shù)量計(jì)算 (1) 甲烷的體積 VCH4 1) 由燃料碳生成的 CH4量 VCH4= ／ 12= m3 2) 焦炭揮發(fā)分中的 CH4量 VCH4= ％ ／ 16= m3 故 VCH4=＋ = m3 (2) 氫的體積 VH2 1) 由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的 H2量 = ％ = m3 2) 焦炭揮發(fā)分及有機(jī)物中 H2量 = （ ％ ＋ ％ ） ／ 2= m3 3) 煤粉分解產(chǎn)生的 H2量 =180﹙ ％＋ ％ 2／ 18﹚ ／ 2= m3 4) 重油分解產(chǎn)生的 H2量 =30﹙ ％＋ ％ 2／ 18﹚ ／ 2= m3 5) 爐缸煤氣中 H2的總量 =＋ ＋ ＋ = m3 7 6) 生成甲烷消耗的 H2量 = 2=17 m3 7) 參加間接還原消耗的 H2量 = = m3 故 VH2=－ 17－ = m3 (3) 二氧化碳的體積 VCO2 1) 由礦石帶入的 Fe2O3的量 = ％ = kg 參加還原 Fe2O3為 FeO 的氫氣量 = ﹙ 1－ ﹚ 2／ = kg 由氫還原的 Fe2O3的量 = 160／ 2= kg 由 CO還原的 Fe2O3的量 =－ = kg 故 VCO2 還 = ／ 160= m3 2) CO還原 FeO 為 Fe 生成 CO2的量 =1000 ％﹙ 1－ － ﹚ ／ 56= m3 3) 焦炭揮發(fā)分中 CO2量 = ％ ／ 44= m3 故 VCO2=＋ ＋ = m3 (4) 一氧化碳的體積 VCO 1) 風(fēng)口前炭燃燒生 成 CO量 =GC 燃 ／ 12= ／ 22= m3 2) 直接還原生成 CO量 =GC 直 ／ 12= ／ 12= m3 3) 焦炭揮發(fā)分中的 CO 量 = ％ ／ 28= m3 4) 間接還原消耗的 CO 量 =＋ = m3 故 VCO=＋ ＋ － = m3 由以上計(jì)算結(jié)果得煤氣成分表，見(jiàn)表 28。 表 28 煤氣成分表 成分 CO2 CO N2 H2 CH4 ∑ 體積 ％ 編制物料平衡表 （ 1）鼓風(fēng)質(zhì)量的計(jì)算， 1m3鼓風(fēng) 的 質(zhì)量為 ????? ???? 1828)1()1(風(fēng)? kg/m3 鼓風(fēng)的質(zhì)量為 G 風(fēng) = = kg （ 2）煤氣質(zhì) 量的計(jì)算， 1m3煤氣的質(zhì)量為 ?????? %16%2%28%28%44 4222 CHHNCOCO煤氣? kg/m3 煤氣的質(zhì)量為 G 煤氣 = = kg （ 3）煤氣中的水分 GH2O 1) 焦炭帶入的水分量 = 4％ = kg 8 2) 氫氣參加還原生成的水分量 =VH2間 ?= 2／ 18／ 2= kg 故 GH2O=＋ = kg 由以 上計(jì)算結(jié)果編制物料平衡表，見(jiàn)表 29。 表 29 物料平衡表 收入項(xiàng) kg % 支出項(xiàng) kg % 鐵礦石 生鐵 焦炭 爐渣 鼓風(fēng) 煤氣 煤粉 煤氣中水分 重油 爐塵 總計(jì) 總計(jì) 相對(duì)誤 差 = ? 100％ =％＜ ％ 熱平衡計(jì)算 高爐熱平衡是按照能量守恒定律以物料平衡為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算的。通過(guò)熱平衡計(jì)算可以了解冶煉過(guò)程的能量利用情況，找出改善熱量利用焦比的途徑，指導(dǎo)高爐生產(chǎn)。以 1t生鐵作業(yè)為計(jì)算單位。 計(jì)算熱量收人 Q 收 （ 1）碳氧化放熱 QC 1）碳氧化為 CO2放出的熱量 QCO2 碳氧化產(chǎn)生的 CO2的體積為： VCO2 氧化 =VCO2煤氣 － VCO2=－ = m3 QCO2= VCO2 氧化 = 12／ = kJ 式中 —— C氧化為 CO2放熱， kJ/kg。 2） 碳氧化為 CO放出的熱量 QCO VCO氧化 = VCO煤氣 － VCO 揮 =－ = m3 QCO= VCO氧化 = 12／ = kJ 9 式中 —— C氧化為 CO2放熱， kJ/kg。 故 QC= QCO2＋ QCO=＋ = kJ （ 2）鼓風(fēng)帶入的熱量 Q 風(fēng) Q 風(fēng) =（ V 風(fēng) － V 風(fēng) Φ ） Q 空氣 ＋ V 風(fēng) Φ Q 水汽 =﹙ 1－ ％﹚ ＋ ％ = kJ 式中 Q 空氣 —— 在 1250℃ 下空氣的熱容量，其值為 kJ/kg； Q 水汽 —— 在 1250℃ 下空氣的熱容量，其值為 kJ/kg。 （ 3） 氫氧化為水放熱 QH2O=GH2O 還 = = kJ 式中 —— H2氧化為水放熱， kJ/kg。 （ 4）甲烷生成熱 QCH4=VCH4碳 = 16／ = kJ 式中 —— 甲烷生成熱， kJ/kg。 （ 5）爐料物理熱 80℃ 冷燒結(jié)礦比熱容為 kJ/(kg℃ )。 Q 物 =G 礦 80= 80= kJ 熱量總收入： Q 收 =QC＋ Q 風(fēng) ＋ QH2O＋ QCH4 ＋ Q 物 =＋ ＋ ＋＋ = kJ 熱量支出 Q 支出 （ 1）氧化物分解吸熱 Q 氧化物分解 1）假設(shè)焦炭和煤粉中的 FeO 全以 硅酸鐵 形態(tài)存在，熔劑性燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，可以考慮其中有 20％ FeO 以硅酸鐵形態(tài)存在，其余以 Fe2O3形態(tài)存在。因此： GFeO 硅酸鐵 = ％ 20％＋ 340 ％＋ 180 ％ = kg GFeO 磁鐵 礦 = ％ 80％ = kg GFe2O3磁鐵礦 = 160／ 72= kg GFe2O3自由 = － = kg 故 GFe3O4=＋ = kg 依據(jù)每公斤鐵氧化物分解熱即可算出總的分解熱。 QFeO 硅酸鐵 = = kJ QFe3O4= = kJ QFe2O3= = kJ Q 鐵氧化物總分解 =＋ ＋ = kJ 式中 、 、 —— 分別為 FeSiO Fe3O Fe2O3分解熱， kJ/kg。 2） 錳氧化物分解吸熱 Q 錳氧分 =％ 1000 = kJ 式中 —— 由 MnO 分解產(chǎn)生 1kg 錳吸收的熱量， kJ。 3）硅氧化物分解吸熱 Q 硅氧分 =％ 1000 = kJ 式中 —— 由 SiO2分解產(chǎn)生 1kg 硅吸收的熱量， kJ。 4）磷酸鹽分解吸熱 Q 磷鹽分 =％ 1000 = kJ 式中 —— 由 Ca3(PO4)2分解產(chǎn)生 1kg 磷吸收的熱量， kJ。 10 所以， Q 氧化物分解 = Q 鐵氧化物總分解 ＋ Q 錳氧分 ＋ Q 硅氧分 ＋ Q 磷鹽分 =＋ ＋＋ = kJ （ 2）脫硫吸熱 由于 CaO脫硫耗熱為 kJ/ kg S， MgO脫硫耗熱 為 kJ/ kg S，二者差別很大，故取其渣中成分比例 :≈ :1 來(lái)計(jì)算平均脫硫耗熱。 1kg 硫的平均耗熱 = ／ ＋ 1／ = kJ Q 脫硫 = = kJ （ 3）爐料游離水蒸發(fā)吸熱 Q 汽 =G 焦 H2O 2862= 4％ 2862= kJ 式中 2862—— 1kg 水由 0℃ 變?yōu)?100℃ 水汽吸熱， kJ。 （ 4）鐵水帶走的熱 Q 鐵水 Q 鐵水 =1000 1214=1214000 kJ 式中 1214—— 鐵水熱容量， kJ/ kg。 （ 5） 爐渣帶走的熱 Q 渣 Q 渣 = 1800= kJ 式中 1800—— 爐渣熱容量， kJ/ kg。 （ 6）噴吹物分解吸熱 Q 噴分 =180 ＋ 30 1676=261294 kJ 式中 —— 煤粉分解熱， kJ/ kg； 1676—— 重油分解熱， kJ/ kg。 （ 7）爐頂煤氣帶走的熱量 Q 煤氣 從常溫到 200℃ 之間，各氣體平均比熱容數(shù)據(jù)見(jiàn)表 210。 表 210 煤氣成分平均比熱容 單位： 200 kJ /(m3℃ ) N2 CO2 CO H2 CH4 H2O 1） 干煤氣帶走的熱量 Q 煤氣干 Q 煤氣干 = ＋ ＋ ＋ ＋ = kJ 2）煤氣中水汽帶走的熱量 Q 水 Q 水 = GH2O (200－ 100)= (200－100)= kJ 所以 Q 煤氣 =＋ = kJ （ 8）水分分解吸熱 Q 水分 Q 水分 =（ V 風(fēng) Φ ＋ G 煤 H2O＋ 30 3％ ） =( ％ 18/24＋ 180 ％＋ 30 3％ ) = kJ 式中 —— 水分分解吸熱