【文章內容簡介】 em —— 生鐵含鐵量， kg 渣)(Fem —— 進入爐渣的鐵， kg 根據(jù)表 和 鐵平衡關系式得： 焦炭帶入 Fe 量 = )88 (360 ????? kg 湖南化工職業(yè)技術學院 7 煤粉帶入 Fe 量 = 72560 04 60 ???kg 進入渣中 Fe 量 = ??kg 需要混合礦量 = ????kg 表 冶煉每噸生鐵爐料的實際用量 名稱 干料用 量 kg 機械損失 % 水分 % 實際用 量 kg 混合礦 — 焦炭 360 煤粉 160 — — 160 合計 — — 終渣成分及渣量計算 （ 1）終渣 S 含量 爐料全部含 S 量 =+360+160= 進入生鐵的 S 量 = 進入煤氣的 S 量 == 進入爐渣的 S 量 == （ 2）終渣的 FeO 量 = （ 3）終渣的 MnO 量 = ? （ 4）終渣的 SiO2量 =+360+160= （ 5）終渣的 CaO 量 =+360+160= （ 6）終渣的 Al2O3量 =+360+160= （ 7） 終渣的 MgO 量 =+360+160= 表 終渣成分 成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO FeO S/2① 合計 R Kg % 100 ① 由于分析所得 Ca++都折算成 CaO，但其中一部分 Ca++卻以 CaS 形式存在， CaS 和 CaO 之質量差為S/2，為了質量平衡， Ga++仍以 CaO 存在，而 S 則只算 S/2[2] 爐渣堿度 R =,符合規(guī)定值。根據(jù)爐渣百分組成，校驗爐渣物理性質得：熔化溫度 1400℃ ，粘度 S。該爐渣適合于煉鋼鐵生產(chǎn)。 湖南化工職業(yè)技術學院 8 生鐵成分校核 （ 1)含 P 量 %） 4（166 6. 8610 3 ?????? （ 2)含 S 量 %? ， 0 .0 3 20 .4 7Ls ??? （ 3)含 Si 量 %? （ 4)含 Mn 量 % ???? （ 5)含 Fe 量 =95% （ 6)含 C 量 ==% 表 生鐵成分（ %） Fe Si Mn P S C 合計 95 100 校驗結果與生鐵成分的誤差很小，表明原定生鐵成分恰當。 湖南化工職業(yè)技術學院 9 通 3 高爐物料平衡計算 高爐物料平衡計算的意義 過高爐配料計算確定單位生鐵所需要的礦石、焦炭、石灰石和噴吹物等數(shù)量，這是制定高爐操作制度和生產(chǎn)經(jīng)營所不可缺少的參數(shù)。而在此基礎上進行的高爐物料平衡計算，則要確定單位生鐵的全部物質收入與支出，即計算單位生鐵鼓風數(shù)量與全部產(chǎn)品的數(shù)量，使物質收入與支出平衡。這種計算為工廠的總體設計、設備容量與運輸力的確定及制定生產(chǎn)管理與經(jīng)營制度提供科學依據(jù) ，是高爐與各種附屬設備的設計及高爐正常運轉的各種工作所不可缺少的參數(shù)。 高爐物料平衡計算的內容 物料平衡是建立在物質不滅定律的基礎上，以配料計算為依據(jù)編算的。計算內容包括：風量、煤氣量，并列出收支平衡表。物料平衡有助于檢驗設計的合理性，深入了解冶煉過程的物理化學反應，檢查配料計算的正確性。校驗高爐冷風流量，核定煤氣成分和煤氣數(shù)量，并能檢查現(xiàn)場爐料稱量的準確性，為熱平衡及燃料消耗計算打基礎。 1) 原料全分析并校正為 100%（表 ；表 ；表 ）； 2) 生鐵全分析；（表 ） 3) 各種 原料消耗量（表 ）； 4) 鼓風濕度， f=%； 5) 本次計算選擇直接還原度 rd=； 6) 假定焦炭和噴吹物含 C 總量的 %與 H2 反應生成 CH4。 上述 1， 2， 3 原條件已經(jīng)由配料計算給出，本例 僅 假定其余各項未知條件，分別為鼓風濕度 f=%（ 12g/m3 ），富氧率 %，氧氣濃度 98%。 根據(jù)碳平衡計算風量 (1) 風口前燃燒的碳量 C 風 根據(jù)碳平衡得： mC 風 =∑mC 燃 ω（ C） 103 ∑mC 直 mCCH4 式中 mC 風 ──風口前燃燒 C 量， kg； m(C)──生鐵含 C 量 %； ∑mC 燃 ， ∑mC 直 ， mCCH4 ──分別為燃料帶入 C 量，直接還原耗 C 和生成 CH4 的 C 量，㎏ [2]； 按上式分別進行計算： 燃料帶入的 C=m(C)J+m(C)M=360+160= 湖南化工職業(yè)技術學院 10 溶于生鐵的 C= 直接還原耗碳 =m(C)Mn+m(C)Si+m(C)P+m(C)Fe =5512 +2824 +6260 +955612 = 生成 CH4耗碳 == kg 風口前燃燒的 C 量 == kg，占入爐總碳量的%(即 ）。 (2)風量計算（ V 風 ） 根據(jù)氧平衡可得： 3c）CmV 2o風燃風 ? ????? ? （ 其中 3222 .41816O)V (HV (O )Q M2Mo 2 ??????? ??? ）（ 式中 ? ??? 0 . 9 3 3cm (C ) 風燃 ──風口前燃燒的 C 所需氧量（ m179。），(? 燃)m(C 為燃燒帶入 C 量， 風c? 為 C 在風口前的燃燒率 )； Q2o──為燃料帶入的氧量（ M 為煤粉， V（ O） M， V（ H2O） M為煤帶入的氧和 H2O 量）； +──鼓風含氧濃度（ f 為鼓風濕度） [2]。 據(jù)原料供應情況，本高爐僅噴煤，將上式分別進行計算： 鼓風含氧濃度 =+= m3/ m3 風口前 C 燃燒所需氧量 =? ? = 燃料帶入氧量 =160（ +1816 ） =179。 每噸生鐵鼓風量 = ? = m3 煤氣成分及數(shù)量計算 (1) 計算 CH4量 由燃料帶入的 C 生成 CH4的量 = = m3 焦炭揮發(fā)分含 CH4量 =360 = m3 進入煤氣的 CH4量 =+= m3 (2)入爐總 H2量 =鼓風帶入 H2+焦炭帶入 H2+煤粉帶入 H2 湖南化工職業(yè)技術學院 11 即 H2 的總量 =+360 （ + ） +160（ +18 ?） = m3 設噴吹條件下有 40%的 H2參加還原，則參加還原的 H2== 生成 CH4的 H2量 =2= m3 進入煤氣的 H2量 == m3 2Hir= 950 ?? =%（假定用 H2 還原的鐵氧化物中， 1/3 用于還原Fe2O3， 2/3 用于還原 FeO） (3)由 Fe2O3→FeO 生成 CO2的量 = = m3 由 FeO→Fe 生成 CO2的量 =950（ ） = 由 MnO2→MnO 生成的 CO2的量 = = m3 另外， H2參加還原反應，相當于同體積的 CO2所參加的反應，所以 CO2的生成量中應該減去 ，總計間接還原生成的 CO2量為 ++= 各種爐料分解或者帶入的 CO2 量 =焦炭的 CO2量 +礦石的 CO2 量 =360 + = m3 因此，煤氣的總 CO2量 =+= m3 (4)風口前碳素燃燒生成的 CO= = m3 元素直接還原生成 CO 的量 = = m3 焦炭揮發(fā)分中 CO 的量 =360 = m3 因此，間接還原消耗碳 = 煤氣中總 CO 的量 =++= (5) 總 N2 的量 = 煤焦風 VVV ?? =()+360 +160 = m3 湖南化工職業(yè)技術學院 12 表 煤氣組成 成分 CO2 CO N2 H2 CH4 總計 Vg/ V 風 M3 % 編制物料平衡表 （ 1）計算鼓風量： 1 m3鼓風質量 = ???????= kg/ m3 全部鼓風質量 == （ 2）計算煤氣的質量 3 ??????????煤氣的質量 = kg/ m3 全部煤氣質量 == kg （ 3）水分計算 爐料帶入水分 =360= kg 煤粉帶入水分 =160= kg H2還原生成的水分 = = kg 所以水分的總質量 =++= kg （ 4）爐料機械損失 == 表 物料平衡表 序號 收入項 Kg 序號 支出項 Kg 1 原燃料 1 生鐵 2 鼓風 2 爐渣 — — 3 煤氣 — — 4 水分 — — 5 爐塵 共計 共計 據(jù)對誤差 — 相對誤差 % 一般要求物料計算的相對誤差應在 %以下，故本計算符合要求。 湖南化工職業(yè)技術學院 13 4 高爐熱平衡計算 熱平衡計算的目的 熱平衡計算的目的是為了了解高爐熱量供應和消耗的狀況，掌握高爐內熱能的利用情況，研究改善高爐熱能利用和降低消耗的途徑。通過計算調查高爐冶煉過程中單位生鐵的熱量收入與熱量支出，說明熱量收支各項對高爐冶煉的影響，從而尋找降低熱消耗與提高能量利 用的途徑，達到使高爐冶煉過程處于能耗最低和效率最高的最佳運行狀態(tài)。同時還可以繪制熱平計算表研究高爐冶煉過程的基本方法 [2]。 熱平衡計算方法 熱平衡計算的量論依據(jù)是能量守恒定律，即單位生鐵投入的能量總和應等于中位個鐵各項熱消耗總和。熱平衡計算采用差值法，即熱損失是以總的熱量收入減去各項熱量的消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項，所以熱平衡表面上沒有誤差，因為一切誤差都集中掩蓋在所有熱損失之中。 根據(jù)計算的目的和分析的需要，熱平衡可分為全爐熱平衡與區(qū)域熱平衡。全爐熱平衡是把整個高爐作為研究對象、計算它的 各項熱收入與支出，用來分析高爐冶煉過程令的能量利用情況。而區(qū)域熱平衡是把高爐的某一個區(qū)域作為研究對象，計算和分析這個區(qū)域內的能量利用情況。雖然計算熱平衡的部位與方法不向，但計算的目的都是為尋找降低能耗的途徑和確定一定冶煉條件下的能耗指標。理論上可以以把高爐內的任何一個部位當作區(qū)域熱平衡的計算對象，但由于決定向爐冶煉能耗指標的主要因素存在于高爐下部的高溫區(qū)。因此，常用高爐下部屬溫區(qū)熱平衡進行計算。 本例采用第一熱平衡法計算進行熱平衡計算。 第一種熱平衡法，亦稱熱工法熱平衡。它是根據(jù)羔斯定則，不考慮爐內的實際反 應過程．耍以物料最初與最終狀態(tài)所具有的熱力學參數(shù)為依據(jù)，確定高爐內的過程中所提供和消耗的熱量。它的熱收入規(guī)定為焦炭和噴吹物的熱值 (即全部C 完全燃燒成 CO2 和 H2 全部燃燒成 H2O 時放出的熱量 )、熱風與爐料帶入的物理熱及少量成渣熱。而熱支出為氧化物、硫化物和碳酸鹽的分解熱，噴吹燃料的分解熱，水分分解熱。脫 S 反應耗熱，渣鐵和爐頂煤氣熱焓與熱值，冷卻水代走的熱量和爐體散熱損失等項。這種熱平衡計算法中，把焦炭和噴吹的燃料完全燃燒時放出的熱量當作熱收入。而實際上高爐冶煉過程中有相當一部分 C 并沒有完全燃燒，以 CO 的形態(tài)離 開了高爐。還有一部分進入生鐵中和爐守中的 C 則完全權有燃燒，因此，必須把爐頂煤氣與未燃燒 C 的熱值當作熱支出來處理。另湖南化工職業(yè)技術學院 14 外，這種計算中，把爐內還原反向看成兩步完成的，即硫化物的分解和還原劑的氧化，把還原劑氧化放熱 (即 C 和 CO 的燃燒 )當作熱收入項。而把氧化物的分解吸熱當作熱支出項。這就不符實際地夸大熱量收入與支出從邑，熱平衡總量中各項所占比例失真，難以通地熱平衡總量與各項的比例來直觀地判斷爐內能量利用情況及各種因素對冶煉指標的影響。同時，在熱平衡計算中看不出爐內各熱效應的作用，這也是此種熱平徹計算法們缺點 [2]。 熱平衡計算過程 需要補充的原始條件： 鼓風溫度 1100℃ ；爐頂溫度 200℃ ；入爐礦石溫度為 80℃ 。 熱量收入 （ 1）碳素氧化熱 由 C 氧化 1m179。 成 CO2放熱 ? = KJ/m179。 由 C 氧化成 1m179。 的 CO 放熱 ? =179。 碳素氧化熱 =+() = KJ （ 2）熱風帶入熱 1100 ℃ 時干空氣 的比熱容為 ℃ ，水蒸氣的比熱為 kJ/ m3℃ ,熱風帶入熱 =[()