炼铁配料物料平衡及能量平衡计算(PDF 67页)
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IF 100.0 Sum 2.0，THEN Fe、CaO、SiO2不变；
根据数量按顺序酌情变更CO2、H2O、Rest、MgO、Al2O3量。 (当用MgO、Al2O3平衡方程时，最好不要变动MgO、Al2O3成分) IF 100.0 Sum 2.0，THEN 整体调整：(MeXOi )100% 或 要求重新给定成分。
注：回收铁，即铁损(指生产高炉而言)，一般为1.0~1.5%
1 高炉配料计算
1 高炉配料计算
目的：为原料系统设计提供依据。（矿槽、焦 槽、熔剂仓的大小、数量，皮带运送能力的选 择等）
计算时需要用到完整的物料化学成分，但是现 场给出的成分往往是不全的；
例如：铁矿石给出的成分Fe,Mn,P,S等元素和 FeO,CaO,SiO2,Al2O3,MgO等几种化合物含量， 直接计算误差较大。
1.2配料计算
任务：在已知燃料用量的前提下，求出在满足 炉渣碱度要求条件下，冶炼规定成分生铁所需 要的矿石、熔剂数量。
已知：
焦比 煤比 碱度 生铁成分 元素分配比
1.2.1已知条件的确定
焦比、煤比
参考同类原料条件高炉确定。
碱度
炉渣碱度 R=CaO/SiO2 炉渣总碱度 R=(MgO+CaO)/SiO2 炉渣全碱度 R=(MgO+CaO)/(SiO2+Al2O3) 对于含氟矿石，氟在炉渣中以CaF2形态存在，炉渣分析时将CaF2
易还原，能够全部还原； Cu全部进入生铁；要求<0.3% Pb、Zn能全部还原，但不进入生铁，Zn沸点905℃，
挥发进入煤气，部分氧化沉积在炉衬或炉料中， 铅的沸点为1550 ℃，部分进入炉尘，另一部分与 铁水互不溶解而沉于炉底。 Ni在高于110 ℃被还原，90%进入生铁，10%进入 煤气；
实际计算中，先根据经验选定rd和焦比 、喷吹燃料比计算物料平衡，然后计算热 平衡以检查rd和焦比选定的合理性。
高炉的投入与产出
铁矿石：烧结矿 球团矿
生块矿 熔剂：石灰石 废铁 (碎铁) 焦炭
煤气：CO、CO2、H2、N2 (干) 、 H2O
炉尘：
生铁 回收铁 炉渣
热风 (、) 喷吹物 (煤粉、重油、天 然气)
块矿计算类似
Mn->MnO2，S->FeS2，天然矿石的烧损除CO2外，还可 能有结晶水
(3)成分平衡
补齐后矿石成分之和往往不是100% 平衡条件：
误差超过3%，表明矿石分析不够准确，偏差过大， 应重新分析。
误差小于3%，表明偏差较小，在允许的范围内可以 进行矿石平衡计算。
矿石成分分析误差，%
元素和化合物的存在状态
焦炭：
工业分析：CF、S(有机硫为主)、灰分、挥发分、
Moist
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 化学分析：
以Fe2O3给出，需折算
灰分： CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、FeO、FeS 挥发分：CO、CO2、CH4、H2、N2
煤粉：
工业分析：CF、S、灰分、挥发分、H2O 化学分析：
1.2.1已知条件的确定
比铁难还原的元素：Mn、V、Ti、Cr、Nb、Si、 P需要高温条件下用C直接还原；
Cr V Nb有70-80%被还原进入生铁，其余进入 炉渣；
Ti只有少部分被还原进入生铁，大部分进入炉 渣；
中的Ca算成CaO了，因此考虑炉渣碱度时采用了“自由碱度”的 概念:R0=(CaO-1.473F2)/SiO2 考虑生铁种类，Si的还原以及高炉操作外，还要考虑炉渣的脱S， 一般炼钢生铁取二元碱度1.0-1.2，三元碱度1.2-1.4
1.2.1已知条件的确定
元素分配比
与元素还原的难易程度以及沸点有关； Cu、Pb、Zn、Ni以及As在高炉冶炼条件下比Fe容
煤
粉：Fe2O3、FeO、FeS、S(有机)
元素和化合物的存在状态
Mn： 烧结矿、球团矿： MnO 生 块 矿： MnO2
Ti、V: TiO2和V2O5 CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、CO、CO2 H2O： H2O化：结晶水
H2O物：物理水 (Moist) (设计高炉不计Moist，只计算干基数量!) Rest：(为整理合理，而人为设计的“组分MeXOY”， 假设全进入炉渣)
炼铁
配料、物料平衡及能量平衡计算
(回顾)问题的提出
生产高炉的节能潜力在哪里？ 高炉的直接还原度是多少合适？ 高炉的理论焦比？ 已知原料条件和产品种类，炉料结构是什
么样？炉渣是否满足冶炼要求？煤气组成 什么样？送风系统怎么设计？…… 改变冶炼参数对能量利用产生什么样的影 响？
……
设计高炉计算所需条件
成分 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO P
S
误差 0.50 0.30 0.25 0.40 0.25 0.05 0.005 0.005
成分平衡计算
IF Sum = 99.5~100.0，THEN 余下的加入到CO2、H2O中，其它不变； 或 以MeXOY形式存在，加入到Rest中。
灰分：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、 挥发分：C、H、N、O
(2)成分补齐
一般给出TFe、Mn、P、S以及FeO、CaO、SiO2、 Al2O3、MgO五种化合物
烧结矿为例：
由Mn计算MnO； 由P计算P2O5； 由S计算FeS；(去掉SO3中的S) 由FeS、FeO、TFe计算Fe2O3。
1.1原料成分的整理
(1)元素和化合物的存在状态
S： FeS
FeS2
SO3（硫酸盐）
Fe、S：烧结矿、球团矿：Fe2O3、FeO、FeS (CaS)
生 块 矿：Fe2O3、FeO、FeS2
熔
剂：Fe2O3、FeO、FeS2、SO3
废
铁：Fe、Fe2O3、FeO、S(单质)
焦
炭：FeO、FeS、S(有机)
给定原燃料条件和冶炼参数 (1) 原、燃料和炉尘的化学成分全分析
(2) 冶炼生铁品种、成分 (3) 鼓风参数 (4) 冶炼工艺参数选择：
元素在铁、渣和煤气中的分配率 焦比、喷吹燃料比、炉渣碱度和rd
计算内容
(1) 单位生铁的原燃料消耗量配料计算 (2) 冶炼产品的成分和数量 (3) 鼓风量 (4) 煤气量及其成分 (5) 通过热平衡联立求解焦比
根据数量按顺序酌情变更CO2、H2O、Rest、MgO、Al2O3量。 (当用MgO、Al2O3平衡方程时，最好不要变动MgO、Al2O3成分) IF 100.0 Sum 2.0，THEN 整体调整：(MeXOi )100% 或 要求重新给定成分。
注：回收铁，即铁损(指生产高炉而言)，一般为1.0~1.5%
1 高炉配料计算
1 高炉配料计算
目的：为原料系统设计提供依据。（矿槽、焦 槽、熔剂仓的大小、数量，皮带运送能力的选 择等）
计算时需要用到完整的物料化学成分，但是现 场给出的成分往往是不全的；
例如：铁矿石给出的成分Fe,Mn,P,S等元素和 FeO,CaO,SiO2,Al2O3,MgO等几种化合物含量， 直接计算误差较大。
1.2配料计算
任务：在已知燃料用量的前提下，求出在满足 炉渣碱度要求条件下，冶炼规定成分生铁所需 要的矿石、熔剂数量。
已知：
焦比 煤比 碱度 生铁成分 元素分配比
1.2.1已知条件的确定
焦比、煤比
参考同类原料条件高炉确定。
碱度
炉渣碱度 R=CaO/SiO2 炉渣总碱度 R=(MgO+CaO)/SiO2 炉渣全碱度 R=(MgO+CaO)/(SiO2+Al2O3) 对于含氟矿石，氟在炉渣中以CaF2形态存在，炉渣分析时将CaF2
易还原，能够全部还原； Cu全部进入生铁；要求<0.3% Pb、Zn能全部还原，但不进入生铁，Zn沸点905℃，
挥发进入煤气，部分氧化沉积在炉衬或炉料中， 铅的沸点为1550 ℃，部分进入炉尘，另一部分与 铁水互不溶解而沉于炉底。 Ni在高于110 ℃被还原，90%进入生铁，10%进入 煤气；
实际计算中，先根据经验选定rd和焦比 、喷吹燃料比计算物料平衡，然后计算热 平衡以检查rd和焦比选定的合理性。
高炉的投入与产出
铁矿石：烧结矿 球团矿
生块矿 熔剂：石灰石 废铁 (碎铁) 焦炭
煤气：CO、CO2、H2、N2 (干) 、 H2O
炉尘：
生铁 回收铁 炉渣
热风 (、) 喷吹物 (煤粉、重油、天 然气)
块矿计算类似
Mn->MnO2，S->FeS2，天然矿石的烧损除CO2外，还可 能有结晶水
(3)成分平衡
补齐后矿石成分之和往往不是100% 平衡条件：
误差超过3%，表明矿石分析不够准确，偏差过大， 应重新分析。
误差小于3%，表明偏差较小，在允许的范围内可以 进行矿石平衡计算。
矿石成分分析误差，%
元素和化合物的存在状态
焦炭：
工业分析：CF、S(有机硫为主)、灰分、挥发分、
Moist
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 化学分析：
以Fe2O3给出，需折算
灰分： CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、FeO、FeS 挥发分：CO、CO2、CH4、H2、N2
煤粉：
工业分析：CF、S、灰分、挥发分、H2O 化学分析：
1.2.1已知条件的确定
比铁难还原的元素：Mn、V、Ti、Cr、Nb、Si、 P需要高温条件下用C直接还原；
Cr V Nb有70-80%被还原进入生铁，其余进入 炉渣；
Ti只有少部分被还原进入生铁，大部分进入炉 渣；
中的Ca算成CaO了，因此考虑炉渣碱度时采用了“自由碱度”的 概念:R0=(CaO-1.473F2)/SiO2 考虑生铁种类，Si的还原以及高炉操作外，还要考虑炉渣的脱S， 一般炼钢生铁取二元碱度1.0-1.2，三元碱度1.2-1.4
1.2.1已知条件的确定
元素分配比
与元素还原的难易程度以及沸点有关； Cu、Pb、Zn、Ni以及As在高炉冶炼条件下比Fe容
煤
粉：Fe2O3、FeO、FeS、S(有机)
元素和化合物的存在状态
Mn： 烧结矿、球团矿： MnO 生 块 矿： MnO2
Ti、V: TiO2和V2O5 CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、CO、CO2 H2O： H2O化：结晶水
H2O物：物理水 (Moist) (设计高炉不计Moist，只计算干基数量!) Rest：(为整理合理，而人为设计的“组分MeXOY”， 假设全进入炉渣)
炼铁
配料、物料平衡及能量平衡计算
(回顾)问题的提出
生产高炉的节能潜力在哪里？ 高炉的直接还原度是多少合适？ 高炉的理论焦比？ 已知原料条件和产品种类，炉料结构是什
么样？炉渣是否满足冶炼要求？煤气组成 什么样？送风系统怎么设计？…… 改变冶炼参数对能量利用产生什么样的影 响？
……
设计高炉计算所需条件
成分 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO P
S
误差 0.50 0.30 0.25 0.40 0.25 0.05 0.005 0.005
成分平衡计算
IF Sum = 99.5~100.0，THEN 余下的加入到CO2、H2O中，其它不变； 或 以MeXOY形式存在，加入到Rest中。
灰分：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、 挥发分：C、H、N、O
(2)成分补齐
一般给出TFe、Mn、P、S以及FeO、CaO、SiO2、 Al2O3、MgO五种化合物
烧结矿为例：
由Mn计算MnO； 由P计算P2O5； 由S计算FeS；(去掉SO3中的S) 由FeS、FeO、TFe计算Fe2O3。
1.1原料成分的整理
(1)元素和化合物的存在状态
S： FeS
FeS2
SO3（硫酸盐）
Fe、S：烧结矿、球团矿：Fe2O3、FeO、FeS (CaS)
生 块 矿：Fe2O3、FeO、FeS2
熔
剂：Fe2O3、FeO、FeS2、SO3
废
铁：Fe、Fe2O3、FeO、S(单质)
焦
炭：FeO、FeS、S(有机)
给定原燃料条件和冶炼参数 (1) 原、燃料和炉尘的化学成分全分析
(2) 冶炼生铁品种、成分 (3) 鼓风参数 (4) 冶炼工艺参数选择：
元素在铁、渣和煤气中的分配率 焦比、喷吹燃料比、炉渣碱度和rd
计算内容
(1) 单位生铁的原燃料消耗量配料计算 (2) 冶炼产品的成分和数量 (3) 鼓风量 (4) 煤气量及其成分 (5) 通过热平衡联立求解焦比