【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 em —— 生鐵含鐵量， kg 渣)(Fem —— 進(jìn)入爐渣的鐵， kg 根據(jù)表 和 鐵平衡關(guān)系式得： 焦炭帶入 Fe 量 = )88 (360 ????? kg 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 煤粉帶入 Fe 量 = 72560 04 60 ???kg 進(jìn)入渣中 Fe 量 = ??kg 需要混合礦量 = ????kg 表 冶煉每噸生鐵爐料的實(shí)際用量 名稱 干料用 量 kg 機(jī)械損失 % 水分 % 實(shí)際用 量 kg 混合礦 — 焦炭 360 煤粉 160 — — 160 合計(jì) — — 終渣成分及渣量計(jì)算 （ 1）終渣 S 含量 爐料全部含 S 量 =+360+160= 進(jìn)入生鐵的 S 量 = 進(jìn)入煤氣的 S 量 == 進(jìn)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(jì) 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(zhì)量差為S/2，為了質(zhì)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(yàn)爐渣物理性質(zhì)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(shù)學(xué)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(jì) 95 100 校驗(yàn)結(jié)果與生鐵成分的誤差很小，表明原定生鐵成分恰當(dāng)。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 通 3 高爐物料平衡計(jì)算 高爐物料平衡計(jì)算的意義 過(guò)高爐配料計(jì)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(yíng)所不可缺少的參數(shù)。而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的高爐物料平衡計(jì)算，則要確定單位生鐵的全部物質(zhì)收入與支出，即計(jì)算單位生鐵鼓風(fēng)數(shù)量與全部產(chǎn)品的數(shù)量，使物質(zhì)收入與支出平衡。這種計(jì)算為工廠的總體設(shè)計(jì)、設(shè)備容量與運(yùn)輸力的確定及制定生產(chǎn)管理與經(jīng)營(yíng)制度提供科學(xué)依據(jù) ，是高爐與各種附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)及高爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)的各種工作所不可缺少的參數(shù)。 高爐物料平衡計(jì)算的內(nèi)容 物料平衡是建立在物質(zhì)不滅定律的基礎(chǔ)上，以配料計(jì)算為依據(jù)編算的。計(jì)算內(nèi)容包括：風(fēng)量、煤氣量，并列出收支平衡表。物料平衡有助于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，深入了解冶煉過(guò)程的物理化學(xué)反應(yīng)，檢查配料計(jì)算的正確性。校驗(yàn)高爐冷風(fēng)流量，核定煤氣成分和煤氣數(shù)量，并能檢查現(xiàn)場(chǎng)爐料稱量的準(zhǔn)確性，為熱平衡及燃料消耗計(jì)算打基礎(chǔ)。 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(fēng)濕度， f=%； 5) 本次計(jì)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(yīng)生成 CH4。 上述 1， 2， 3 原條件已經(jīng)由配料計(jì)算給出，本例 僅 假定其余各項(xiàng)未知條件，分別為鼓風(fēng)濕度 f=%（ 12g/m3 ），富氧率 %，氧氣濃度 98%。 根據(jù)碳平衡計(jì)算風(fēng)量 (1) 風(fēng)口前燃燒的碳量 C 風(fēng) 根據(jù)碳平衡得： mC 風(fēng) =∑mC 燃 ω（ C） 103 ∑mC 直 mCCH4 式中 mC 風(fēng) ──風(fēng)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(jìn)行計(jì)算： 燃料帶入的 C=m(C)J+m(C)M=360+160= 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(fēng)口前燃燒的 C 量 == kg，占入爐總碳量的%(即 ）。 (2)風(fēng)量計(jì)算（ V 風(fēng) ） 根據(jù)氧平衡可得： 3c）CmV 2o風(fēng)燃風(fēng) ? ????? ? （ 其中 3222 .41816O)V (HV (O )Q M2Mo 2 ??????? ??? ）（ 式中 ? ??? 0 . 9 3 3cm (C ) 風(fēng)燃 ──風(fēng)口前燃燒的 C 所需氧量（ m179。），(? 燃)m(C 為燃燒帶入 C 量， 風(fēng)c? 為 C 在風(fēng)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(fēng)含氧濃度（ f 為鼓風(fēng)濕度） [2]。 據(jù)原料供應(yīng)情況，本高爐僅噴煤，將上式分別進(jìn)行計(jì)算： 鼓風(fēng)含氧濃度 =+= m3/ m3 風(fēng)口前 C 燃燒所需氧量 =? ? = 燃料帶入氧量 =160（ +1816 ） =179。 每噸生鐵鼓風(fēng)量 = ? = m3 煤氣成分及數(shù)量計(jì)算 (1) 計(jì)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(jìn)入煤氣的 CH4量 =+= m3 (2)入爐總 H2量 =鼓風(fēng)帶入 H2+焦炭帶入 H2+煤粉帶入 H2 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 11 即 H2 的總量 =+360 （ + ） +160（ +18 ?） = m3 設(shè)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(jìn)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(yīng)，相當(dāng)于同體積的 CO2所參加的反應(yīng)，所以 CO2的生成量中應(yīng)該減去 ，總計(jì)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(fēng)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(fēng) VVV ?? =()+360 +160 = m3 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 12 表 煤氣組成 成分 CO2 CO N2 H2 CH4 總計(jì) Vg/ V 風(fēng) M3 % 編制物料平衡表 （ 1）計(jì)算鼓風(fēng)量： 1 m3鼓風(fēng)質(zhì)量 = ???????= kg/ m3 全部鼓風(fēng)質(zhì)量 == （ 2）計(jì)算煤氣的質(zhì)量 3 ??????????煤氣的質(zhì)量 = kg/ m3 全部煤氣質(zhì)量 == kg （ 3）水分計(jì)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(zhì)量 =++= kg （ 4）爐料機(jī)械損失 == 表 物料平衡表 序號(hào) 收入項(xiàng) Kg 序號(hào) 支出項(xiàng) Kg 1 原燃料 1 生鐵 2 鼓風(fēng) 2 爐渣 — — 3 煤氣 — — 4 水分 — — 5 爐塵 共計(jì) 共計(jì) 據(jù)對(duì)誤差 — 相對(duì)誤差 % 一般要求物料計(jì)算的相對(duì)誤差應(yīng)在 %以下，故本計(jì)算符合要求。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 4 高爐熱平衡計(jì)算 熱平衡計(jì)算的目的 熱平衡計(jì)算的目的是為了了解高爐熱量供應(yīng)和消耗的狀況，掌握高爐內(nèi)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(guò)計(jì)算調(diào)查高爐冶煉過(guò)程中單位生鐵的熱量收入與熱量支出，說(shuō)明熱量收支各項(xiàng)對(duì)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(dá)到使高爐冶煉過(guò)程處于能耗最低和效率最高的最佳運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)還可以繪制熱平計(jì)算表研究高爐冶煉過(guò)程的基本方法 [2]。 熱平衡計(jì)算方法 熱平衡計(jì)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(yīng)等于中位個(gè)鐵各項(xiàng)熱消耗總和。熱平衡計(jì)算采用差值法，即熱損失是以總的熱量收入減去各項(xiàng)熱量的消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項(xiàng)，所以熱平衡表面上沒(méi)有誤差，因?yàn)橐磺姓`差都集中掩蓋在所有熱損失之中。 根據(jù)計(jì)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(gè)高爐作為研究對(duì)象、計(jì)算它的 各項(xiàng)熱收入與支出，用來(lái)分析高爐冶煉過(guò)程令的能量利用情況。而區(qū)域熱平衡是把高爐的某一個(gè)區(qū)域作為研究對(duì)象，計(jì)算和分析這個(gè)區(qū)域內(nèi)的能量利用情況。雖然計(jì)算熱平衡的部位與方法不向，但計(jì)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(biāo)。理論上可以以把高爐內(nèi)的任何一個(gè)部位當(dāng)作區(qū)域熱平衡的計(jì)算對(duì)象，但由于決定向爐冶煉能耗指標(biāo)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(jìn)行計(jì)算。 本例采用第一熱平衡法計(jì)算進(jìn)行熱平衡計(jì)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(nèi)的實(shí)際反 應(yīng)過(guò)程．耍以物料最初與最終狀態(tài)所具有的熱力學(xué)參數(shù)為依據(jù)，確定高爐內(nèi)的過(guò)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(shí)放出的熱量 )、熱風(fēng)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(yīng)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(xiàng)。這種熱平衡計(jì)算法中，把焦炭和噴吹的燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量當(dāng)作熱收入。而實(shí)際上高爐冶煉過(guò)程中有相當(dāng)一部分 C 并沒(méi)有完全燃燒，以 CO 的形態(tài)離 開(kāi)了高爐。還有一部分進(jìn)入生鐵中和爐守中的 C 則完全權(quán)有燃燒，因此，必須把爐頂煤氣與未燃燒 C 的熱值當(dāng)作熱支出來(lái)處理。另湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 14 外，這種計(jì)算中，把爐內(nèi)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(dāng)作熱收入項(xiàng)。而把氧化物的分解吸熱當(dāng)作熱支出項(xiàng)。這就不符實(shí)際地夸大熱量收入與支出從邑，熱平衡總量中各項(xiàng)所占比例失真，難以通地?zé)崞胶饪偭颗c各項(xiàng)的比例來(lái)直觀地判斷爐內(nèi)能量利用情況及各種因素對(duì)冶煉指標(biāo)的影響。同時(shí)，在熱平衡計(jì)算中看不出爐內(nèi)各熱效應(yīng)的作用，這也是此種熱平徹計(jì)算法們?nèi)秉c(diǎn) [2]。 熱平衡計(jì)算過(guò)程 需要補(bǔ)充的原始條件： 鼓風(fēng)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(fēng)帶入熱 1100 ℃ 時(shí)干空氣 的比熱容為 ℃ ，水蒸氣的比熱為 kJ/ m3℃ ,熱風(fēng)帶入熱 =[()