炼铁配料计算高炉炉型设计简要算例

进入炉顶煤气中的 H2=10.66+10.11+98.23-47.60-10.38=61.02 m3 (3)、CO2： Fe3O4 转化成 FeO 生成的 CO2 =（1624.86×0.7729+7.15×0.0197）×22.4/160=175.84 m3 FeO 转化成 Fe 生成的 CO2 =945.16×22.4/56×[（1-0.45）-（47.6×56）/（22.4×945.16）]=106.34m3 石灰石分解产生的 CO2= 7.15×0.4208×22.4/44=1.53m3 焦炭挥发分中的 CO2=320×0.0139×0.2302×22.4/44=0.52 m3 进入炉顶煤气的 CO2=175.84+106.34+1.53+0.52=338.23m3 （4） 、CO： 风口燃烧生成的 CO= 245.80×22.4/12=458.83 m3 直接还原生成的 CO= 96.32×22.4/12=179.80m3 焦炭挥发分含的 CO= 320×0.0139×0.2245×22.4/28=0.80m3 间接还原消耗的 CO= 175.84+160.34=336.18m3 进入炉顶煤气的 CO= 458.83+179.80+0.80-336.18=303.25m3 （5） 、N2： 3 鼓风带入的 N2= 1065.71×（1-0.01）×0.79=833.49m 焦炭挥发分的 N2= 320×0.0139×0.3036×22.4/28=1.08m3 煤挥发分的 N2= 160×0.1244×0.1474×22.4/28=2.35m3 进入炉顶煤气中的 N2= 833.49+1.08+2.35=836.92m3 表八：煤气成分 CO2 CO H2 338.23 303.25 61.03 21.98 19.63 3.95
品 种 烧结矿 球团矿 石灰石 炉 尘 焦炭粉 煤灰分
TFe Fe2O3 58.20 75.27 61.27 87.16 1.97 42.04 47.53 4.25 2.40
FeO 7.08 0.347 11.26 5.74 3.09
确定混合矿的配矿比：Leabharlann Baidu结矿/球团矿=83/17 表六：混合矿的化学成分 品 种 TFe Fe2O3 FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO P2O5 混合矿 58.72 77.29 5.94 5.50 1.54 7.13 2.33 0.13
P 0.098
C 4.85
焦比：320Kg /t 煤比：160Kg/t 炉渣 R：CaO/SiO2= 1.1 炉尘：20Kg/t 元素分配率（η—进入生铁，λ—进入气体，μ—进入炉渣） Fe：μ—0.003，η—0.997 Mn：μ—0.5，η—0.5 S：λ—0.05 表五：校对后原料化学成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO P2O5 MnO S/2 烧损 ∑ 4.68 1.54 8.53 2.62 0.14 0.13 0.01 100 9.48 1.55 0.30 0.89 0.10 0.14 0.033 100 1.86 0.87 52.36 0.86 42.08 100 6.50 2.17 6.16 4.23 0.32 0.1 0.06 21.67 100 51.69 37.73 3.54 1.57 100 60.23 31.33 4.00 1.35 100
0.0713x 0.5236 y 320 0.1276 0.0354 160 0.1093 0.0400 20 0.0616 0.0550 x 0.0186 y 320 0.1276 0.5169 160 0.1090 0.6023 20 0.0650 4.8 60 28
……………（2） 联立（1） （2）解得 X=1624.68Kg/t y=7.15Kg/t（满足实际生产中 5～20Kg/t）
则烧结矿用量为： m烧 =1624.68×0.83=1413.47 Kg/t 球团矿用量为： m球 =1624.68×0.17=211.21 2、渣量和炉渣成分的计算 把 x、y 代入得： Kg/t
20.51
品种 焦炭 煤粉
Std 0.69 0.47
表三：挥发份成分 CO2 CO CH4 H2 焦炭挥发份 23.02 22.45 3.88 20.29 煤 挥发份 3.69 13.42 6.89 43.17
N2 30.36 14.74
O2 18.07
表四：生铁预定成分 生铁预定成分 Fe Si Mn S 成分含量% 95.516 0.48 0.03 0.026
S/2 1.42 0.44
∑ 319.68 100.00
二、 物料平衡计算：
直接还原度 rd= 0.45 ， 鼓风湿度 f= 1％ 1、风量计算 进入高炉的 C=320×0.8585+160×0.7663=397.33 kg 生成 CH4 的 C=397.33×0.7%=2.782 kg 进入生铁的 C=1000×4.81%=48.1 kg 直接还原消耗的 C=0.81×12/55+4.8×24/28+0.92×60/62 +94.516×0.45×12/56=96.32 kg 炉尘带走的 C=20×0.2176=4.33 kg 燃烧的 C=397.33-2.78-48.1-96.32-4.33=245.80 kg 需要的总 Vo 2 =245.80×22.4/24=229.41 m3 煤挥发分提供的 O2： Vo 2 =160×0.1244×0.1809×22.4/32=2.52 m3 需鼓风提供的 O2： Vo 2 =229.41-2.52=226.89 m3 1 m3 空气含 O2： Vo 2 =0.21（1-0.01）+0.5×0.015=21.29% 鼓风量 V 风= 226.89/0.2129=1065.71 m3 鼓风重量 m 风=1065.71×1.28=1364.11 kg 2、炉顶煤气量及其成分 （1） 、CH4： 由 C 生成的 CH4=2.78×22.4/12=5.19 m3 由焦炭挥发的 CH4=320×0.0139×0.0388×22.4/16=0.24 m3 进入炉顶煤气的 CH4=5.19+0.24=5.43 m3 （2） 、H2： 3 鼓风中水带入的 H2=1065.71×0.01=10.66 m 焦炭挥发分带入的 H2=320×0.0139×0.2029×22.4/2=10.11 m3 煤粉挥发分带入的 H2=160×0.124×40.4317×22.4/2 +160×0.01×22.4/18=98.23 m3 直接还原消耗的 H2=(10.66+98.23+10.11)×40%=47.60 m3 （注：参加直接还原 H2 占入炉 H2 的 30~50％，此处按 40％计算） 生成 CH4 消耗的 H2=5.09×2=10.38 m3
成 分 体 积/m3 百分比/%
CH4 5.43 0.35
N2 836.92 54.18
∑ 1544.86 100
煤气密度 煤气 =（0.0035×16+0.2189×44+0.1963×28+0.5418×28 +0.0395×2）/22.4=1.360kg/ m3 煤气重量 m煤气 =1544.86×1.360=2101.01kg H2 还原生成的水 mH 2O =47.60×18/22.4=38.25kg 3、编制物料平衡表 表九：物料平衡表 收入 项 目 1、烧结矿 2、球团矿 3、焦 炭 4、煤 粉 5、石灰石 6、鼓 风 ∑ 重量/Kg 1348.76 276.23 320.00 160.00 7.15 7.83 3476.12 项目 1、生铁 2、炉渣 3、煤气 4、炉尘 5、水分 ∑ 支出 重量/Kg 1000.00 319.68 2101.01 20.00 38.25 3478.94
MnO 0.13
S/2 0.01
∑ 100
1、矿石和熔剂消耗量的计算（以生产 1t 生铁为单位） 设需要矿石为 x kg / t ，石灰石为 y kg / t 由 Fe 的平衡可列出： 0.5872x+0.0139y+320×0.0425×0.1276+160×0.1093×0.0240 =945.16+945.16×0.003/0.997+20×0.4204 ……………（1） 由二元碱度 R 可列出： R=CaO/SiO2=1.1=
设计一座年产制钢生铁 220 万吨的高炉
一、 配料计算：
品 种 烧结矿 球团矿 石灰石 炉 尘 焦碳粉 煤灰份 TFe FeO SiO2 57.75 7.03 4.64 64.72 0.35 10.01 1.35 1.82 39.79 10.67 6.15 4.35 52.89 2.33 58.48 表一：原燃料原始成分见下表 Al2O3 CaO MgO S P 1.53 8.46 2.60 0.02 0.06 1.64 0.38 0.94 0.07 0.05 0.85 51.21 0.84 2.05 5.83 4.00 0.12 0.13 38.61 3.62 1.61 30.42 3.88 1.31 表二：燃料工业分析 FCd Ad Vd 85.85 12.76 1.39 76.63 16.93 6.44 Mn 0.10 0.12 0.13 C
m
CaO
=120.511Kg =109.55Kg =945.16×0.003/0.997×72/56=3.66Kg =（1624.28×0.013-20×0.001）×0.5=1.05Kg =1624.28 × 0.0233+7.15 × 0.0086+320 × 0.1276 × 0.0157+160 × 0.1093 × 0.0135-20 ×0.0423=37.95Kg
表七：炉渣化学成分和渣量 成 分 CaO SiO2 Al2O3 MgO FeO MnO 重 量/kg 120.51 109.55 45.54 37.95 3.66 1.05 百分率/％ 37.45 34.06 17.48 11.80 1.14 0.33 3、生铁成分校正： W[S]=0.026% W[Si]=0.48% W[Fe]=94.516% W[Mn]=1.05×55/71×100/1000=0.081% W[P]=1624.86×0.0013×62/142×100/1000=0.092% W[C]=100-94.516-0.081-0.26-0.48-0.092=4.81%
绝对误差：3478.94-3476.12=2.82 相对误差：2.82/3476.12×100％=0.08％＜0.3％ 满足要求。
三、热平衡计算
风温：1100℃ 冷矿：25℃ 铁水：1450℃ 炉渣: 1500℃ 炉顶煤气：200℃ 1、 热收入的计算 （1） 、C 氧化放热 由 C 氧化成 1m3 CO2 放热 17869.50KJ 由 C 氧化成 1m3 CO 放热 5241.72KJ C 氧化放热 Q1=（175.84+160.34）×17869.50+（303.25-0.80） ×5241.72=7592726.72KJ （2） 、热风带入的热量 3 1100℃空气热容 1.4233KJ/(m ·℃) 水蒸气热容 1.7393 KJ/(m3·℃) 鼓风中有 2%的空气用于输送煤粉 3 入炉热风量 V 风=1065.71×（100-2）％=1044.40 m 热风带入热量 Q2=[1044.40×(1-0.01) ×1.4233+1044.04×0.01×1.7293] ×(1100-25) =1638659.42 KJ (3)、H2 氧化放热 1m3 H2 氧化成 H2O 蒸气放热 10788.58KJ H2 氧化放热 Q3=47.60×10788.58=513563.41KJ （4） 、成渣热 1KgCaO 和 MgO 的成渣热为 1128.60KJ 成渣热 Q4=7.15×（0.5236+0.0086）×1128.60=4294.58KJ （5） 、矿石带入热量 25℃炉料热容为 0.6897 KJ/(Kg·℃) 矿石带入热量 Q5=1624.86×0.6897×（25-0）=28016.65KJ 热量总收入 Q 收=7592726.72+1638659.42+304885.27+ 53536.41+28016.65=9777233.78KJ 2、热支出的计算 （1） 、铁氧化物分解吸热： （存在状态 Fe2O3、Fe3O4、2FeO·SiO2） 烧结矿中 FeO 的 20%以 2FeO·SiO2 状态存在 80%以 Fe3O4 状态存在 球团矿 FeO100%以 Fe3O4 存在 焦炭灰分、煤粉灰分中 FeO100%以 2FeO·SiO2 存在 以 2FeO·SiO2 存在的 FeO=1348.63×0.0708×0.2+320×0.1276×0.0547 +160×0.1093×0.0309=21.87kg 以 Fe3O4 状态存在的 FeO=1348.63×0.0708×0.8+276.23×0.00347=77.34kg 以 Fe3O4 状态存在的 Fe2O3=77.34×160/72=171.87kg Fe3O4 的重量=171.87+77.34=249.21kg 游离的 Fe2O3 重量=1624.68×0.7729+7.15×0.0197-171.87=1084.13kg 分解 1Kg 以 2FeO·SiO2 状态存在的 FeO 需要耗热 4068.52KJ 分解 1Kg Fe3O4 耗热 4791.78KJ 分解 1Kg Fe2O3 耗热 5144.28KJ
m
sio2
m
m
m
FeO
MnO
MgO
m Al O
2
=1624.28×0.0154+7.15×0.0087+320×0.1276 ×0.3773+160×0.1093 ×0.3133-20
3
×0.0217=45.54Kg 进入高炉的总 S 量： mS =1624.28×0.0002+320×0.0069+160×0.0047=3.28kg 进入生铁的 mS =1000×0.00026=0.26kg 进入煤气的 mS =3.28×5％=0.16kg 进入炉尘的 mS =20×0.0012=0.02kg 进入炉渣的 mS =3.28-0.26-0.16-0.02=2.84kg