炼铁作业.docx
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炼铁作业
班级:
冶金0803班
北京科技大学冶金与生态工程学院
计算具体步骤:
1、确定生铁成分：
1）初定矿石消耗量：
a：
混合矿成分：
按给定的条件选取一定的炉料结构，计算混合矿成分；
选取：
烧结矿：
60%，球团矿：
20%，块矿：
20%
所得混合矿中各元素所占比例见EXECL表
b：
计算矿比：
初定生铁成分含Fe94.50%，计算混合矿消耗量：
矿石消耗量
=1574.068kg/t
所以：
烧结矿944.441kg/t球团矿：
314.814kg/t块矿：
314.814kg/t
2）预定生铁成分：
a：
【Si】：
按低硅生铁冶炼要求，初定为0.3-0.5%；本例可取0.35%
b：
【S】：
按一级品生铁考虑，定为0.03%
c：
【Mn】：
求入炉的总量：
Mn1=混合矿带入+焦炭带入+喷吹煤带入
=1574.068*0.1524%*55/71+0+0=1.858kg/t
进入生铁中的锰量：
Mn2=Mn1*0.6=1.115kg/t
转化为生铁中的百分比：
【Mn】=0.1115%
d：
【P】：
求入炉总量即进入生铁中的量（P全部进入生铁）：
P=混合矿带入+焦炭带入+喷吹煤带入
=1574.068*0.054%+0+0=0.850kg/t
转化为生铁中的百分比：
【P】=0.0850%
e：
【C】：
按公式W【C】=1.34+2.54*t-0.35【P】+0.17【Ti】-0.54【S】+0.04【Mn】-0.30【Si】
=1.34+2.54**1500-0.35*0.0850%+0-0.54*0.03%
+0.04*0.1115%-0.30*0.35%
=5.1485
其值在4.5-5.5%之间，符合要求。
f：
【Fe】：
【Fe】=100-0.35-0.03-0.1115-0.0850-5.1485=94.275
3）生铁成分确定：
94.50%-94.275%=0.225%0.01%，以94.275%为初定生铁成分，重新计算。
b`：
计算矿比：
初定生铁成分含Fe94.275%，计算混合矿消耗量：
矿石消耗量
=1570.320kg/t
∴烧结矿942.192kg/t球团矿：
314.064kg/t块矿：
314.064kg/t
2`）预定生铁成分：
a`：
【Si】：
按低硅生铁冶炼要求，初定为0.3-0.5%；本例可取0.35%
b`：
【S】：
按一级品生铁考虑，定为0.03%
c`：
【Mn】：
求入炉的总量：
Mn1=混合矿带入+焦炭带入+喷吹煤带入
=1570.320*0.1524%*55/71+0+0=1.85386kg/t
进入生铁中的锰量：
Mn2=Mn1*0.6=1.112kg/t
转化为生铁中的百分比：
【Mn】=0.1112%
d`：
【P】：
求入炉总量即进入生铁中的量（P全部进入生铁）：
P=混合矿带入+焦炭带入+喷吹煤带入
=1570.320*0.054%+0+0=0.848kg/t【0.058%】
转化为生铁中的百分比：
【P】=0.0848%
e`：
【C】：
按公式W【C】=1.34+2.54*10-3*t-0.35【P】+0.17【Ti】-0.54【S】+0.04【Mn】-0.30【Si】
=1.34+2.54*1500*10-3-0.35*0.0848+0-0.54*0.03
+0.04*0.1112-0.30*0.35
=5.1485【5.0036】
其值在4.5-5.5%之间，符合要求。
f`：
【Fe】：
【Fe】=100-0.35-0.03-0.1112-0.0848-5.1485=94.2755
3`）生铁成分确定：
94.2755%-94.275%=0.0005%<0.01%，
∴预定生铁成分为94.275%
混合矿配比（1570.320kg/t）=60%烧结矿（942.192kg/t）+20%球团矿（314.064kg/t）+20%块矿（314.064kg/t）
可以进入下一步。
最终生铁成分表：
组分
Fe
Si
Mn
P
S
V
Ti
C
……
wt.%
94.275
0.35
0.1112
0.0848
0.03
5.1485
100.000
2.计算熔剂消耗量或校核炉渣碱度是否在预定的范围内：
根据炉中:
CaO|SiO=R2
先不考虑溶剂（即加入的溶剂量为0），校核炉渣碱度是否在预定的范围内。
混合矿带入的CaO=1570.320*6.146%=96.512kg/t；
焦炭带入的CaO=300*0.85%=2.55kg/t；
煤粉带入的CaO=180*0.17%=0.306kg/t；
共带入的CaO=96.512+2.55+0.306=99.368kg/t；
混合矿带入的SiO2=1570.320*4.273%=67.100kg/t；
焦炭带入的SiO2=300*6.14%=18.420kg/t；
煤粉带入的SiO2=180*6.18%=11.124kg/t；
还原消耗的SiO2=1000*0.35%*60/28=7.500kg/t；
共带入的SiO2=67.100+18.420+11.124-7.500=89.144kg/t；
==1.1147
与设定炉渣碱度的相差程度=*100%=7.1%，相差较大，需要加入石灰石Xkg/t
=1.2
即=1.2解得X=14.650kg/t
∴加溶剂石灰石14.650kg/t，可满足碱度要求。
3．渣量及渣成分计算：
1）全部进入渣中的有关成分计算（CaO，MgO，Al2O3，等）：
a.渣中CaO=99.368+14.650*53.52%=107.209kg/t；
b.渣中SiO2=89.144+14.650*1.34%=89.340kg/t；
c.渣中MgO=1570.320*1.5986%+300*0.17%+180*0.11%+14.650*0.980%=25.955kg/t；
d.渣中Al2O3=1570.320*1.7596%+300*2.82%+180*1.28%+14.650*1.031%=38.546kg/t；
2）部分进入炉渣的有关成分计算：
e.渣中MnO=1000*0.1112%*（0.4/0.6）*（71/55）=0.957kg/t；
f．渣中FeO=1000*94.275%*（0.0025/0.9975）*（71.85/55.85）=3.040kg/t；
g．渣中S=*{（1-0.05）*[1570.320*0.0298%+300*（0.63%+0.11%*32/87.85）+180*0.45%]-1000*0.03%}=1.412kg/t（注：
硫元素在渣铁及煤气中都有分配，并且以1/2硫计算重量。
从重量考虑，另1/2已经在FeO中以氧元素的形式考虑）。
3）计算渣量及成分并绘制表格：
炉渣成分及含量表
成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
S/2
Σ
R
质量（kg/t）
107.209
89.34
25.955
38.546
0.957
3.04
1.412
266.459
1.2
百分比（%）
40.235
33.529
9.741
14.466
0.359
1.141
0.530
100
4.炉渣性能及脱硫能力验算：
1）将炉渣中CaO，SiO2，MgO，Al2O3四元换算成100%然后查四元相图，
成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Σ
质量（kg/t）
107.209
89.34
25.955
38.546
261.05
百分比（%）
41.068%
34.223%
9.943%
14.766%
100.000%
查的炉渣的熔化温度在1400-1500之间，考虑到渣中还有其他氧化物能在某种程度上降低炉渣的熔化温度，所以在高炉炉缸的温度下，此渣能顺利熔化。
差等粘度曲线得1500℃时炉渣粘度为0.40Pa.S。
（数据来源：
成兰伯主编《高炉炼铁工艺及计算》17-18页）。
2）按拉姆教授渣中氧化物总和和检查炉渣脱硫能力，为达到渣中含硫1.060%，生铁中含硫0.03%，炉渣中W（RO）必须达到：
EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT
=50-0.25*14.466+3*1.06-
=45.792
炉渣中实际W（RO）=W（CaO）+W（MgO）+W（MnO）+W（FeO）
=40.235+9.741+0.359+1.141
=51.47645.792
实际大于要求的，所以能保证脱硫。
5．风量及煤气量计算
1）风量--C平衡法
计算风口前燃烧的碳量C风口：
C风口=C总CdFeCdSi,Mn,P,SC[C]CCO2CH2O化，kg/t
C总=C矿+C熔+C废+C焦+C喷C尘，kg/t
C矿=矿石量C%矿=0
C熔=熔剂量C%熔=0
C废=废铁量C%废=0
C焦=干焦比（C%焦固+12/16CH4%焦挥）=300*（86.87%+12/16*0.03%）=260.6775kg/t
C喷=喷吹量C%喷=180*82.14%=147.852kg/t
C尘=炉尘量C%尘=0
CdFe=12/55.85（10[Fe]废铁量Fe%）rd=12/55.85*（10*94.275-0）*0.4=81.024kg/t
CdSi,Mn,P,S=24/2810[Si]+12/5510[Mn]+60/6210[P]+12/32u（S%）
=24/28*10*0.35+12/55*10*0.1112+60/62*10*0.0848+12/32*266.459*1.06%=5.122kg/t
C[C]=1000[C%]=10[C]=10*5.1485=51.485kg/t
CCO2=0.512/44熔剂量CO2%熔=0.5*12/44*14.650*43.129%=0.8616kg/t（CO2+C=2CO50~70%）
CH2O化=0.312/18矿石量H2O化%矿=0.3*12/18*1570.320*0.4480%=1.407kg/t
（H2O+C=H2+CO30~50%）
∴C风口=C总CdFeCdSi,Mn,P,SC[C]CCO2CH2O化
=（260.6775+147.852）-81.024-5.122-51.485-0.8616-1.407=268.630kg/t
计算风量V风：
鼓风中O2的浓度=
（1）+0.5=（1-1.7%）*26%+0.5*1.7%=0.264Nm3/Nm3
燃烧C风口需O2量=
=
*268.630=250.721Nm3/t，
其中，喷吹物可供O2=
=180*（
*2.02%+
*1.23%）=3.923Nm3/t
则
=（250.721-3.923）/0.264=934.841Nm3/t
鼓风比重：
=1.288kg/m3
鼓风重量：
G风=V风风
=934.841*1.288
=1204.075kg/t
风中水分=V风=1.7%*934.841=15.892Nm3/t（=18/22.4V风=12.770kg/t）
干风体积=
（1）V风=（1-1.7%）*934.841=918.949Nm3/t
干风重量=
（1）V风[32/22.4+28/22.4
（1）]
=1191.351kg/t
2）炉顶煤气量V煤气及成分计算：
V煤气（干）=VCO+VCO2+VH2+VN2，Nm3/t
H2：
入炉总H2量：
H2=V风+11.2干焦比（H2%焦挥+4/16CH4%焦挥）
+11.2喷吹量（H2%喷+2/18H2O%喷）
+0.322.4/18矿石量H2O化%矿
=1.7%*934.841+11.2*300*（0.03%+4/16*0.03%）+11.2*180*（4.68%+2/18*1.23%）+0.3*22.4/18*1570.320*0.448%
=116.883m3/t
H2还=H2H2
=46.753m3/t（喷吹条件下，H2=30~40%，选取H2=0.4）
则VH2=（1H2）H2
=70.130m3/t
CO2：
a.高价氧化物间接还原Fe2O3FeO、MnO2MnO生成的CO2：
22.4/159.7（矿石量Fe2O3%矿+熔剂量Fe2O3%熔
+废铁量Fe2O3%废炉尘量Fe2O3%尘）
+22.4/87（矿石量MnO2%矿+熔剂量MnO2%熔炉尘量MnO2%尘）
=22.4/159.7*（1570.320*80.355%+0+0-0）+0=176.988m3/t
b.CO间接还原FeO生成的CO2：
{riH2=55.85/22.4H2还（10[Fe]废铁量Fe%废）
=55.85/22.4*46.753/（10*94.275-0）
=0.123648}
22.4/55.85（1rdriH2）（10[Fe]废铁量Fe%废）
=22.4/55.85*（1-0.4-0.123648）*（10*94.275-0）
=180.115m3/t
c.混合矿分解出来的CO2：
22.4/44（矿石量CO2%矿炉尘量CO2%尘）
=22.4/44*（1570.320*0.04%-0）
=0.320m3/t
d.熔剂分解出来的CO2：
22.4/44（10.5）熔剂量CO2%熔
=22.4/44*0.5*14.650*43.129%
=1.608m3/t
e.焦炭挥发分放出的CO2：
22.4/44干焦比CO2%焦挥
=22.4/44*300*0.27%
=0.412m3/t
则VCO2=a项+b项+c项+d项+e项
=176.988+180.115+0.320+1.608+0.412
=359.443m3/t
③CO：
a.风口前碳燃烧生成的CO:
22.4/12C风口=501.443m3/t
b.直接还原生成的CO：
22.4/12Cd=22.4/12（CdFe+CdSi,Mn,P,S+2CCO2+CH2O化）
=22.4/12*（81.024+5.122+2*0.8616+1.407）
=166.649m3/t
c.焦炭挥发分放出的CO:
22.4/28干焦比CO%焦挥
=22.4/28*300*0.27%=0.648m3/t
d.间接还原消耗的CO：
=间接还原生成的CO2i=CO2计算中之a项+b项
=176.988+180.115=357.103m3/t
则VCO=a项+b项+c项d项
=501.443+166.649+0.648-357.103
=311.637m3/t
④N2：
a.鼓风带入的N2：
V风
（1）
（1）=680.022m3/t
b.炉料和喷吹物带入的N2：
22.4/28（干焦比N2%焦挥+喷吹量N2%喷）
=22.4/28*（300*0.15%+180*0.62%）
=1.253m3/t
则VN2=a项+b项
=680.022+1.253=681.275m3/t
干煤气体积：
V煤气=VCO+VCO2+VH2+VN2
=311.637+359.443+70.130+681.275
=1422.485Nm3/t
干煤气比重：
=44/22.4*25.269%+28/22.4*（21.908%+47.893%）+2/22.4*4.930%+16/22.4*0
=1.373kg/Nm3
干煤气重量：
G煤气=V煤气煤气
=1422.485*1.373
=1953.072kg/t
⑤H2O：
a.H2O还：
H2O还=18/22.4H2还=37.569kg/t
b.H2O化未：
（10.3）矿石量H2O化%矿
=0.7*1570.320*0.448%=4.925kg/t
则进入煤气的H2O：
VH2O煤气=22.4/18（H2O还+H2O化未）
=22.4/18*（37.569+4.925）=52.881Nm3/t
煤气成分表
成分
H2
CO2
CO
N2
Σ
含水量
m3/t
70.130
359.443
311.637
681.275
1422.485
52.881
百分比（%）
4.930
25.269
21.908
47.893
100
kg/t
6.262
706.049
389.546
851.594
1953.451
42.494
6编制物料平衡表：
设计高炉物料平衡表
收入项
支出项
名称
kg/t铁
名称
kg/t铁
矿石（混合矿）
1570.320
生铁
1000
熔剂
14.650
炉渣
266.459
废铁
0
煤气（干）
1953.072
焦炭（干）
300
煤气中水分
42.494
喷吹物（煤粉）
180
炉尘
0
喷吹物（重油）
0
鼓风
1204.075
总计
3269.045
总计
3262.025
绝对误差
7.02kg/t
相对误差
0.215%
计算误差小于0.3%，结果比较正确。
7.热平衡计算及绘制热平衡表
第一热总平衡计算.热收入项:
1）风口前碳素燃烧放热:
qc=9800*268.630=2632574.000KJ/t
2）直接还原C氧化成COqCd=9800Cd
=9800*（81.024+5.122+2*0.8616+1.407）
=874906.760KJ/tkJ/t
3）间接还原CO氧化成CO2qiCO=12640CO2i
=12640*（176.988+180.115）
=4513781.920kJ/t
4）间接还原H2氧化成H2OqiH2=10800H2O还
=10800*37.569/18*22.4
=504927.360kJ/t
5）热风带入物理热q热风=V风（C风t风10800）
1200℃是干空气的比热为1.437KJ/m3℃,而水蒸气的比热为1.767KJ/m3℃，故湿度1.7%的湿空气比热为（《高炉炼铁工艺及计算》520页表11-22）：
98.3%*1.437+1.7%*1.767=1.4426KJ/m3℃
q热风=V风（C风t风10800）
=934.841*（1.4426*1200-10800*1.7%）
=1446685.144kJ/t
6）成渣热q成渣=[1130（CaO+MgO）]生矿,熔剂
=1130*（314.064*0.280%+14.65*53.52%+14.65*0.980%）
=10015.901kJ/t
7）炉料带入物理热 q料=G料C料t料=0kJ/t
（全部冷矿入炉，可不计算此项）
总热收入=2632574.000+874906.760+4513781.920+504927.360+1446685.144+10015.901
=9982891.085kJ/t
热支出项：
1）氧化物分解耗热q氧化物
q氧化物=qFe2SiO4FeO+qFe2O3FeO+qFeOFe+qSiO2Si
+qMnO2Mn+qP2O5P+qV2O5V+qTiO2TikJ/t
为了计算铁氧化物还原的反应热消耗，须先确定原料中Fe2O3
和Fe3O4和以硅酸铁形式存在的FeO以及分别用CO,H2,C还原的Fe的数量。
一般认为焦炭和煤粉中的FeO以硅酸铁形态存在，而烧结矿中的FeO有20%以硅酸铁形态存在，其余以Fe3O4形态存在。
∴qFe2SiO4FeO=310*（942.192*20%*8.020%+300*1.06%+180*1.12%）*55.85/71.85
=4893.747kJ/t；
qFe2O3FeO=2370*1570.320*%*0.7=2093377.025kJ/t；
qFeOFe=4990*1000*94.275%=4704322.500kJ/t；
qSiO2Si=31360*1000*0.35%=109760.000kJ/t；
qMnO2Mn=7015*1000*0.1112%=7800.680kJ/t；
qP2O5P=36000*1000*0.0848%=30528.000kJ/t；
qV2O5V=qTiO2Ti=0kJ/t；
q氧化物=qFe2SiO4FeO+qFe2O3FeO+qFeOFe+qSiO2Si
+qMnO2Mn+qP2O5P+qV2O5V+qTiO2Ti
=4893.747+2093377.025+4704322.500+109760.000+7800.680+30528.000+0+0
=6950681.925kJ/t
2）脱硫耗热qS=8300u（S%）
=8300*266.459*0.53%*2
=23443.063kJ/t
3）碳酸盐分解耗热q碳酸盐
q碳酸盐=[（4040+0.53770）CO2CaO+2307CO2MgO]生矿,熔剂
=[（4040+0.5*3770）*14.65*53.52%*44/56+2307*（314.064*0.280%+14.65*0.980%）*44/40]
=39097.104kJ/t
4）炉渣带走热焓q渣=uQ渣，（Q渣=1780）=266.4
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