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1、炼铁炼铁 配料、物料平衡及能量平衡计算(回顾回顾)问题的提出问题的提出生产高炉的节能潜力在哪里？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？高炉的直接还原度是多少合适？高炉的理论焦比？高炉的理论焦比？已知原料条件和产品种类，炉料结构是什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？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改变冶炼参数对能量利用产生什么样的影 响？响？设计高炉计算所需条件设计高炉计算所需条件给定原燃料条件和冶炼参数给定原燃料条件和冶炼参数 (1) (1) 原
2、、燃料和炉尘的化学成分全分析原、燃料和炉尘的化学成分全分析 (2) (2) 冶炼生铁品种、成分冶炼生铁品种、成分 (3) (3) 鼓风参数鼓风参数 (4) (4) 冶炼工艺参数选择：冶炼工艺参数选择： 元素在铁、渣和煤气中的分配率元素在铁、渣和煤气中的分配率 焦比、喷吹燃料比、炉渣碱度和焦比、喷吹燃料比、炉渣碱度和r rd d计算内容计算内容(1) (1) 单位生铁的原燃料消耗量单位生铁的原燃料消耗量配配料计算料计算 (2) (2) 冶炼产品的成分和数量冶炼产品的成分和数量 (3) (3) 鼓风量鼓风量 (4) (4) 煤气量及其成分煤气量及其成分 (5) (5) 通过热平衡联立求解焦比通过热
3、平衡联立求解焦比 实际计算中，先根据经验选定实际计算中，先根据经验选定r rd d和焦比和焦比 、喷吹燃料比计算物料平衡，然后计算热、喷吹燃料比计算物料平衡，然后计算热 平衡以检查平衡以检查r rd d和焦比选定的合理性。和焦比选定的合理性。高炉的投入与产出高炉的投入与产出铁矿石铁矿石：烧结矿 球团矿 生块矿 熔剂熔剂：石灰石 废铁废铁(碎铁) 焦炭焦炭煤气煤气：CO、CO2、H2、N2(干) 、 H2O 炉尘炉尘：生铁生铁 回收铁回收铁 炉渣炉渣热风热风(、) 喷吹物喷吹物(煤粉、重油、天 然气)注：注：回收铁回收铁，即即铁损铁损(指生产高炉而言指生产高炉而言)，一般为一般为1.01.5%1
4、 1 高炉配料计算高炉配料计算1 高炉配料计算高炉配料计算目的：为原料系统设计提供依据。（矿槽、焦目的：为原料系统设计提供依据。（矿槽、焦 槽、熔剂仓的大小、数量，皮带运送能力的选槽、熔剂仓的大小、数量，皮带运送能力的选 择等）择等）计算时需要用到完整的物料化学成分，但是现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；场给出的成分往往是不全的；例如：铁矿石给出的成分例如：铁矿石给出的成分Fe,Mn,P,S等元素和等元素和 FeO,CaO,SiO2,Al2O3,MgO等几种化合物含量，等几种化合物含量， 直接计算误差较大。直接计算误差较大。1.1原料成分的整理原料成分的整理
5、(1)元素和化合物的存在状态元素和化合物的存在状态S：FeSFeS2SO3（硫酸盐）（硫酸盐）Fe、S：烧结矿、球团矿：烧结矿、球团矿：Fe2O3、FeO、FeS (CaS)生生块块矿：矿：Fe2O3、FeO、FeS2熔熔剂：剂：Fe2O3、FeO、FeS2、SO3废废铁：铁：Fe、Fe2O3、FeO、S(单质单质)焦焦炭：炭：FeO、FeS、S(有机有机)煤煤粉：粉：Fe2O3、FeO、FeS、S(有机有机)元素和化合物的存在状态元素和化合物的存在状态Mn：烧结矿、球团矿：烧结矿、球团矿：MnO生生块块矿：矿：MnO2Ti、V: TiO2和和V2O5CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2
6、O5、CO、CO2H2O：H2O化化：结晶水：结晶水H2O物物：物理水：物理水 (Moist)(设计高炉不计设计高炉不计Moist，只计算干基数量，只计算干基数量!)Rest：(为整理合理，而人为设计的为整理合理，而人为设计的“组分组分MeXOY”， 假设全进入炉渣假设全进入炉渣)元素和化合物的存在状态元素和化合物的存在状态焦炭焦炭：工业分析工业分析：CF、S(有机硫为主有机硫为主)、灰分、挥发分、灰分、挥发分、 Moist化学分析化学分析：灰分灰分：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、FeO、FeS挥发分挥发分：CO、CO2、CH4、H2、N2煤粉煤粉：工业分析工业分析：CF、S
7、、灰分、挥发分、灰分、挥发分、H2O化学分析化学分析：灰分灰分：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5、挥发分挥发分：C、H、N、O以以Fe2O3给出，需折算给出，需折算(2)成分补齐成分补齐一般给出一般给出TFeTFe、MnMn、P P、S S以及以及FeOFeO、CaOCaO、SiOSiO2 2、 AlAl2 2O O3 3、MgOMgO五种化合物五种化合物烧结矿为例：烧结矿为例：由由MnMn计算计算MnOMnO；由由P P计算计算P P2 2O O5 5；由由S S计算计算FeSFeS；( (去掉去掉SOSO3 3中的中的S)S)由由FeSFeS、FeOFeO、TFeTFe计算计
8、算FeFe2 2O O3 3。块矿计算类似块矿计算类似MnMn- -MnOMnO2 2，S S- -FeSFeS2 2，天然矿石的烧损除，天然矿石的烧损除COCO2 2外，还可外，还可 能有结晶水能有结晶水(3)成分平衡成分平衡补齐后矿石成分之和往往不是补齐后矿石成分之和往往不是100%100%平衡条件：平衡条件：误差超过误差超过3%3%，表明矿石分析不够准确，偏差过大，表明矿石分析不够准确，偏差过大， 应重新分析。应重新分析。误差小于误差小于3%3%，表明偏差较小，在允许的范围内可以，表明偏差较小，在允许的范围内可以 进行矿石平衡计算。进行矿石平衡计算。成分TFeSiO2Al2O3CaO M
9、gO MnOPS误差0.500.300.250.40 0.250.050.0050.005矿石成分分析误差，矿石成分分析误差，% 成分平衡计算成分平衡计算IF Sum = 99.5100.0，THEN 余下的加入到余下的加入到CO2、H2O中，其它不变；中，其它不变；或或 以以MeXOY形式存在，加入到形式存在，加入到Rest中。中。IF 100.0 Sum 2.0，THEN Fe、CaO、SiO2不变；不变； 根据数量按顺序酌情变更根据数量按顺序酌情变更CO2、H2O、Rest、MgO、Al2O3量。量。(当用当用MgO、Al2O3平衡方程时，最好不要变动平衡方程时，最好不要变动MgO、Al
10、2O3成分成分)IF 100.0 Sum 2.0，THEN 整体调整：整体调整：(MeXOi ) 100%或或 要求重新给定成分。要求重新给定成分。1.2配料计算配料计算任务：在任务：在已知燃料用量已知燃料用量的前提下，求出在满足的前提下，求出在满足 炉渣碱度要求炉渣碱度要求条件下，冶炼条件下，冶炼规定成分生铁规定成分生铁所需所需 要的矿石、熔剂数量。要的矿石、熔剂数量。已知：已知：焦比焦比煤比煤比碱度碱度生铁成分生铁成分元素分配比元素分配比1.2.1已知条件的确定已知条件的确定焦比、煤比焦比、煤比参考同类原料条件高炉确定。参考同类原料条件高炉确定。碱度碱度炉渣碱度炉渣碱度R=CaO/SiOR
11、=CaO/SiO2 2炉渣总碱度炉渣总碱度R=(MgO+CaO)/SiOR=(MgO+CaO)/SiO2 2炉渣全碱度炉渣全碱度R=(MgO+CaO)/(SiOR=(MgO+CaO)/(SiO2 2+Al+Al2 2O O3 3) )对于含氟矿石，氟在炉渣中以对于含氟矿石，氟在炉渣中以CaFCaF2 2形态存在，炉渣分析时将形态存在，炉渣分析时将CaFCaF2 2中的中的CaCa算成算成CaOCaO了，因此考虑炉渣碱度时采用了了，因此考虑炉渣碱度时采用了“自由碱度自由碱度”的的概念概念:R:R0 0=(CaO=(CaO- -1.473F1.473F2 2)/SiO)/SiO2 2考虑生铁种类，
12、考虑生铁种类，SiSi的还原以及高炉操作外，还要考虑炉渣的脱的还原以及高炉操作外，还要考虑炉渣的脱S S，一般炼钢生铁取二元碱度一般炼钢生铁取二元碱度1.01.0- -1.21.2，三元碱度，三元碱度1.21.2- -1.41.41.2.1已知条件的确定已知条件的确定元素分配比元素分配比与元素还原的难易程度以及沸点有关；与元素还原的难易程度以及沸点有关；CuCu、PbPb、ZnZn、NiNi以及以及AsAs在高炉冶炼条件下比在高炉冶炼条件下比FeFe容容 易还原，能够全部还原；易还原，能够全部还原；CuCu全部进入生铁；要求全部进入生铁；要求0.3%0.3%PbPb、ZnZn能全部还原，但不进
13、入生铁，能全部还原，但不进入生铁，ZnZn沸点沸点905905， 挥发进入煤气，部分氧化沉积在炉衬或炉料中，挥发进入煤气，部分氧化沉积在炉衬或炉料中， 铅的沸点为铅的沸点为1550 1550 ，部分进入炉尘，另一部分与，部分进入炉尘，另一部分与 铁水互不溶解而沉于炉底。铁水互不溶解而沉于炉底。NiNi在高于在高于110 110 被还原，被还原，90%90%进入生铁，进入生铁，10%10%进入进入 煤气；煤气；1.2.1已知条件的确定已知条件的确定比铁难还原的元素：比铁难还原的元素：MnMn、V V、TiTi、CrCr、NbNb、SiSi、 P P需要高温条件下用需要高温条件下用C C直接还原；
14、直接还原；Cr V NbCr V Nb有有7070- -80%80%被还原进入生铁，其余进入被还原进入生铁，其余进入 炉渣；炉渣；TiTi只有少部分被还原进入生铁，大部分进入炉只有少部分被还原进入生铁，大部分进入炉 渣；渣；P P是难还原元素，但在高炉条件下，几乎全部是难还原元素，但在高炉条件下，几乎全部 进入生铁。进入生铁。1.2.1已知条件的确定已知条件的确定冶炼炼钢生铁时常见元素的分配率冶炼炼钢生铁时常见元素的分配率预定生铁成分预定生铁成分给定给定Si、S根据矿石情况和分配比给定根据矿石情况和分配比给定Mn、PC=4.3-0.27Si-0.32P-0.032S+0.03MnFe=100-
15、C+Si+Mn+P+S12345678910产品FeMnVNbTiCrCuK,NaPS生铁 0.99750.700.80.700.100.851.001.00炉渣 0.00250.300.20.300.900.150.950.00煤气 0.050.051.2.2配料计算配料计算配料计算通用方法：根据未知数个数，按以下配料计算通用方法：根据未知数个数，按以下 顺序列平衡方程组，联立求解。顺序列平衡方程组，联立求解。 Fe平衡方程平衡方程 Al2O3平衡方程平衡方程 碱度平衡方程碱度平衡方程 V平衡方程平衡方程 P平衡方程平衡方程 Ti平衡方程平衡方程 Mn平衡方程平衡方程 Nb平衡方程平衡方程 MgO平衡方程平衡方程 特例：特例：当已知含铁炉料配比时，即当已知含铁炉料配比时，即已知混合矿成已知混合矿成 分分时，炼钢生铁对时，炼钢生铁对MnMn、P P量等无特殊要求，量等无特殊要求， 熔剂不含熔剂不含FeFe或含或含FeFe甚微甚微而忽略不计时，可而忽略不计时，可 直接通过直接通过FeFe平衡方程和碱度平衡方程求出平衡
