3 高炉物料平衡计算

3 高炉物料平衡计算
3.1高炉物料平衡计算的意义
通过高炉配料计算确定单位生铁所需要的矿石、焦炭、石灰石和喷吹物等数量，这是制定高炉操作制度和生产经营所不可缺少的参数。

而在此基础上进行的高炉物料平衡计算，则要确定单位生铁的全部物质收入与支出，即计算单位生铁鼓风数量与全部产品的数量，使物质收入与支出平衡。

这种计算为工厂的总体设计、设备容量与运输力的确定及制定生产管理与经营制度提供科学依据，是高炉与各种附属设备的设计及高炉正常运转的各种工作所不可缺少的参数。

3.2高炉物料平衡计算的内容
物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上，以配料计算为依据编算的。

计算内容包括：风量、煤气量，并列出收支平衡表。

物料平衡有助于检验设计的合理性，深入了解冶炼过程的物理化学反应，检查配料计算的正确性。

校验高炉冷风流量，核定煤气成分和煤气数量，并能检查现场炉料称量的准确性，为热平衡及燃料消耗计算打基础。

(1) 原料全分析并校正为100%（表2.1；表2.2；表2.3）；
(2) 生铁全分析；（表2.7）
(3) 各种原料消耗量（表2.5）；
(4) 鼓风湿度，f=1.5%；
(5) 本次计算选择直接还原度r d=0.45；
(6) 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.2%与H2反应生成CH4。

（全焦冶炼可选0.5%-1.0%的C与H2生成CH4。

上述1，2，3原条件已经由配料计算给出，本例仅假定其余各项未知条件，分别为鼓风湿度f=1.5%（12g/m3），富氧率2.5%，氧气浓度98%。

3.2.1根据碳平衡计算风量
(1) 风口前燃烧的碳量C风根据碳平衡得：
C风=∑C燃-（C）×103- ∑（C）直- C CH4
式中C风──风口前燃烧C量，kg；
(C)──生铁含C量%；
∑C 燃 ，∑C 直 ，C CH4 ──分别为燃料带入C 量，直接还原耗C 和生成CH 4
的C 量，㎏[2]；
按上式分别进行计算：
燃料带入的C=m (C )J +m (C )M =360×0.8672+160×0.7624=434.17kg 溶于生铁的C =44.8kg
直接还原耗碳=m (C )Mn+m (C )Si+m (C )P+m (C )Fe
=0.7×
55
12+3.5×
28
24+0.7×
62
60+950×0.45×
56
12
=0.15+3+0.68+91.60=95.43kg
生成CH 4耗碳=434.17×0.012=5.21 kg
风口前燃烧的C 量=434.17-44.8-95.43-5.21=288.73(290.97) kg ，占入炉总碳量的67.01%。

(290.97\434.17)
(2)风量计算（V 风） 根据氧平衡可得：
0.29f
0.21Q 0.933c ）C m V 2
o
风燃
风+-⨯'⨯=
∑（
其中 32
22.4
1816O)
V(H V(O)
Q M
2M
o 2⨯⎥⎦⎤⎢⎣
⎡
⨯
+=）（
式中 ∑⨯'⨯0.933c m(C)风燃──风口前燃烧的C 所需氧量（m³），(∑燃)m(C 为燃烧带入C 量，风c '为C 在风口前的燃烧率)；
Q 2o ──为燃料带入的氧量（M 为煤粉，V （O ）M ，V （H 2O ）M 为煤带入的氧和H 2O 量）；
0.21+0.29f ──鼓风含氧浓度（f 为鼓风湿度）[2]。

据原料供应情况，本高炉仅喷煤，将上式分别进行计算： 鼓风含氧浓度=0.21+0.29×0.015=0.2144 m 3/ m 3 燃料带入氧量=160×（0.0446+0.0079×
18
16）×32
22.4=5.78 m³
风口前C 燃烧所需氧量=434.17*0.67×0.933=271.40 m 3 每吨生铁鼓风量=
0.2144
5.78271.4-=1238.89 m 3
3.2.2 煤气成分及数量计算
(1) 计算CH 4量
由燃料带入的m C 生成CH 4的量=5.78×12
22.4=10.78 3
焦炭挥发分含CH 4量=360×0.0003×
16
22.4=0.15 m 3
进入煤气的CH 4量=10.78+0.15=10.93 m 3
(2)入炉总H 2量=鼓风带入H 2+焦炭带入H 2+煤粉带入H 2 即入炉的总H 2量=1238.89×0.015+360×（0.0006+0.004）×
2
22.4
+160×（0.0507+
18
2
0.0079⨯）×
2
22.4
=18.58+18.54+92.42=129.54 m 3
设喷吹条件下有40%的H 2参加还原，则参加还原的H 2量
=129.54×0.4=51.81m 3
生成CH 4的H 2量=10.78×2=21.56 m 3
进入煤气的H 2量=129.54-51.81-21.56=56.17 m 3
2
H i r =
950
22.4
5632
51.81⨯
⨯
=9.08%（假定用H 2还原的铁氧化物中，1/3用于还原
Fe 2O 3，2/3用于还原FeO ）
(3)由Fe 2O 3→FeO 生成CO 2的量=1666.82×0.7099×
16022.4=165.65 m 3 由FeO→Fe 生成CO 2的量=950×（1-0.45-0.0908）×5622.4=174.49 m 3 由MnO 2→MnO 生成的CO 2的量=1666.82×0.0003×
87
22.4
=0.128 m 3
另外，H 2参加还原反应，相当于同体积的CO 2所参加的反应，所以CO 2的生成量中应该减去51.81m 3，总计间接还原生成的CO 2量为
165.65+174.49+0.128-51.81=288.45m 3
各种炉料分解或者带入的CO 2 量=焦炭的CO 2量+矿石的CO 2 量
=360×0.0033×
44
22.4+1666.82×0.0154×
44
22.4=13.67 m 3
因此，煤气的总CO 2量=288.45+13.67=302.12 m 3 (4)风口前碳素燃烧生成的CO=290.97 ×12
22.4=543.14 m 3
元素直接还原生成CO 的量=95.43×
12
22.4
=178.13 m 3 焦炭挥发分中CO 的量=360×0.0033×12
22.4=2.22 m 3
间接还原消耗CO 量=288.45m 3
煤气中总CO 的量=543.14+178.13+2.22-288.45=435.04 m 3 (5)总N 2的量=煤焦风V V V ++=1238.89×(1-0.01)×0.79
+360×0.005×
28
22.4+160×0.0051×
28
22.4
=968.93+1.44+0.65=971.02 m 3
根据以上计算结果，列出煤气组成表3.1
成分 CO 2 CO N 2 H 2 CH 4 总计 Vg / V 风 M 3 302.12 435.04 971.02 56.17 10.78 1775.13 1.432 %
17.01
24.50
54.70
3.16
0.60
100.00
3.2.3 编制物料平衡表
（1）计算鼓风量： 1 m 3鼓风质量=
4
.2218
015.028985.079.032985.021.0⨯+⨯⨯+⨯⨯=1.28 kg / m 3
全部鼓风质量=1238.89×1.28=1585.78 kg （2）计算煤气的质量
22.4
2
0.0316160.0060280.5470280.2450440.1701m 13⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
煤气的质量
=1.03 kg/ m
3
全部煤气质量=1775.13×1.34=2378.67 kg （3）水分计算
炉料带入水分=360×0.048=17.28 kg 煤粉带入水分=160×0.0079=1.26 kg H 2还原生成的水分=51.81×
22.4
18=41.63 kg
所以水分的总质量=17.28+1.26+41.63=60.17 kg
（4）炉料机械损失=2214.23-2186.82-17.28-1.26=8.87 kg 根据上述结果，列出物料平衡，如下表3.2
表3.2物料平衡表
序号 收入项 Kg 序号 支出项 Kg 1 原燃料 2186.82 1 生铁 1000.00 2 鼓风 1585.78
2 炉渣 352.02
3 煤气 2378.67
4 水分 60．17
5 炉尘 8.87 共计 3772.
6 共计 3799.73
绝对误差
0.240%
相对误差
0.23%
一般要求物料计算的相对误差应在0.3%以下，故本计算符合要求。