1高炉配料计算

高炉炼铁主要经济技术指标选定（1） 高炉有效容积利用系数（"）v高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜Im?有效容积的生铁产量可用下式表示：Pn =—v V有式中：n 高炉有效容积利用系数，t /（m3・d）vP——高炉每昼夜的生铁产量，t /dV 高炉有效容积，m3有n是高炉冶炼的一个重要指标，有效容积利用系数愈大，高炉生产率愈高V目前，一般大型高炉超过2.3, —些先进高炉可达到2.9小型高炉的更高本设计中取2.7o（2） 焦比（K）焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量可用下式表示：P式中 K ――高炉焦比，kg/tP——高炉每昼夜的生铁产量，t /dQ “——高炉每昼夜消耗焦炭量，kg/dK焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进 行全面分析比较和计算确定当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物 的焦炭置换量本设计中取K= 330 kg/t（3） 煤比（Y）冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比本设计中取煤比为180 kg/t .（4） 冶炼强度（I ）和燃烧强度（i）高炉冶炼强度是每昼夜lm 3有效容积燃烧的焦炭量，即高炉每昼夜焦炭消耗I QkV量与V J勺比值， 有 本设计1 =1.1 t/m3・d。

有燃烧强度i既每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭量本设计i= 30 t/m2・d5） 生铁合格率化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百 分数为生铁合格率它是衡量产品质量的指标6） 生铁成本生产一吨合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费 用的总和，单位为元/to（7） 休风率休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数先进高炉休风率 小于 1％o（8） 高炉一代寿命 高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻 两次大修之间的冶炼时间大型高炉一代寿命为10〜15年烧结矿、球团矿、块矿用矿比例（炉料结构）：63:27:10高炉炼铁综合计算高炉炼铁需要的矿石、熔剂和燃料（焦炭及喷吹燃料）的量是有一定规律的， 根据原料成分、产品质量要求和冶炼条件不同可以设计出所需的工艺条件对于 炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要 任务，就是计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼预定成分生铁所需要的矿石、 熔剂数量对于生产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说 不存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出铁量、理论渣 量等，有时因冶炼条件变化需要作变料计算 [1o]4.1 高炉配料计算配料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和熔剂的 用量，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。

4.1.1 已知条件4.1.1.1 原始数据整理生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不相吻合，加之 分析方法不同存在分析误差，以致各种化学组成之和不等于 100%因此，应该 先确定元素在原料存在的形态，然后进行核算，使总和为 100%换算为100%方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为 100%， 或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为 100%调整幅度不大时，以调整 A12O3或MgO为宜在各种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方法处理烧结矿分析的 S，P，Mn 分别以 FeS， P2O5MnO 形态存在它们的换算为88w(FeS)=w(S)x %32P存在形式为p2o5，换算关系为:w(P2O5) =w(P)x142"62Mn存在形式为MnO,换算关系为:w(MnO)=w(Mn)x 71 %S存在形式为FeS,换算关系为：式中的S, P, Mn等元素皆为分析值(百分含量)，当要计算Fe2O3时，需 要从生铁(TFe)中扣除FeO和FeS中的Fe,再进行换算Fe2O3)= 160/112*(w(Fe)-w(FeO)x 56 -w(FeS)x 56)%2 3 72 88式中的Fe, FeO为分析所得烧结矿的全铁和氧化亚铁的百分含量，FeS为换算所得的硫化亚铁量。

若天然矿石中的S以FeS2形态存在，换算式如下：120w(FeS2)=w(S)x _0 %,式中S为分析所得的百分含量 2 644.1.1.2 矿石选配在使用混合矿石冶炼时,应根据矿石供应量及炉渣成分适当配比选取此时,需要注意以下几点：(1) 矿石含 P 量不应该超过生铁允许含 P 量,因考虑 P 全部进入生铁, 故需要依据矿石含量事先预算，若某种矿石冶炼含P超标，此种情况下，只能搭 配含 P 更低的矿石冶炼2) 冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求w[Mn]=xw(Mn) xm(Fe) /w(Fe)Mn 矿 铁式中：w[Mn]—生铁含锰量，％；w(Mn) 混合矿含锰量，%；矿——耳 一锰的回收率，一般为0.5~0.6；Mnm(Fe) —矿石带入的生铁的铁量， kg/t 铁；铁w(Fe) —混合矿含铁量， %矿3) 冶炼锰铁时，为保证其含锰量，须检查矿石含铁量是否大于允许范围w(Fe) =(100-w[Mn]-w[C]-w[Si]-w[P])/100x(w[Mn]/wMn矿式中：w[Mn],w[Si],w[C],w[P]表示锰铁中该元素含量，%;w(Mn) —锰矿含锰量， %；矿w(Fe) —锰矿允许含铁量， %；矿n —锰回收率，通常为0.7〜0.82。

Mn (4)适当控制碱金属[2]4.1.1.3 冶炼条件确定(1) 根据原料条件，国家标准和行业标准等确定生铁成分c, P元素一般操作 不能控制，而Si,Mn,S等元素可以改变操作条件加以控制2) 各种元素在铁，渣和煤气中的分配比例按照经验和实际生产数据选取一般可参考表 4-1 选表 4-1 常见元素分配率原料FeMnPS生铁0.9970.51.000炉渣0.0030.5一煤气一一一0.05(3) 炉渣碱度选择，碱度主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁 钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利于矾的回收能力，在正常炉钢温 度下，要保证流动性和稳定性，因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的 MgO 含量，若炉料含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求本设计中取炉渣碱度R=1.1 4)燃料使用量确定 确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条件，风温水平和生产经验等全面衡定，在 有喷吹条件下，力争多喷燃料本设计假定(1)焦比为330 kg/t, (2)煤粉喷吹量为180 kg/t, (3)炉渣碱度CaO-CaO二1.1，(4)冶炼强度I =1.1 t/m3・d, (5)热风温度为1250°C,鼓风相对SiO湿度为1% , (6)炉顶煤气温度为400°C, (7)炉尘吹出量为8 kg/t, (8)直接 还原度为0.45, (9)焦炭与喷吹燃料中总碳量的1.2%与H生成CH。

245) 原燃料成分分析,入炉原料成分见表 4-2表 4-2 入炉原料成分(%)物料烧损合计SiO2Cu2OP2O5Al2O3续表 4-2MgOFeS烧结矿球团矿进口矿混合矿2.4050.1730.1671.5795.4011.9980.1160.1060.6291.407100.002.5841.2960.0490.0620.5051.31100.0013.2095.4211.5291.7620.5840.1450.7911.4592.58100.000.1630.6791.497100.00其中,烧结矿、球团矿、块矿的比例(炉料结构)：63:27:10石灰石成分如下表CaOMgOSiO2AL2O3co2合计52.572.211.701.8541.67100炉尘成分如下表TFeMnPSCaOFeOMnO43.20.240.0260.4858.344.7715.30.31MgOSiO2Al2O3P2O5FeSH2OC合计1.99 13.8 1.31 0.06 0.243 1.967 11.95 1006) 焦炭成分分析见表 4-3表4-3 焦炭成分(%)C挥发份0.927灰份12.632S合H2COCO?N2CH4SiO2al2oCaOMgO计85.810.060.320.350.150.036.315.240.850.220.6310016631125417）喷吹物 煤粉的成分见表 4-4。

表 4-4 喷吹物成分（%）C挥发份7.142灰份15.828S水分H2COCH4N2O2SiO2al2oCaOMgO73.583.53——0.070.043.479.435.680.560.130.303.14178988677364.1.2 计算方法与过程为精确配料，现根据设计的生产要求，先根据生铁成分，然后用理论方法进 行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣 进行计算，最后进行炉渣性能、生铁成分进行校核4.1.2.1 生铁成分本计算假定为炼钢生铁，其含硅量为 0.4％，含硫量根据生铁规格和冶炼条件假定为0.03% 预定的生铁成分如表 4-5表 4-5 生铁成分（％）成分SiMnSPCFe%0.40.270.030.084.5994.63100.004.1.2.2 计算混合矿量根据以上已知条件，先以 1t 生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比则 焦炭带入 Fe 量：0 kg；煤粉带入Fe量：0kg ；进入生铁中Fe量：946.3 kg；进入渣中 Fe 量：946.3x 0003 二 2.847 kg；0.997进入炉尘中 Fe 量：8 x0.432=3.456 kg；、日一人一 t 宀 口. 946.3 + 2.847 + 3.456 , 1故需要混合矿量： 二1641.00 kg。

0.58054.1.2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量：假设石灰石加入量为X kg /t,贝V：混合矿带入 CaO 量：1641x6.946%=113.98 kg焦炭带入 CaO 量：330x0.855%=2.82 kg煤粉带入 CaO 量：180x0.567%=1.02 kg石灰石带入 CaO 量：Xx52.57%=0.5257X kg炉尘带走的CaO量：8*8.3%=0.664 kg共带入 CaO 量： 113.98+2.82+1.02+0.5257X-0.664=117.82+0.5257X kg混合矿带入 SiO2 量：1641x5.421%=88.96 kg焦炭带入 SiO2 量：330x6.311%=20.83 kg煤粉带入 SiO2 量：180x9.438%=16.99 kg石灰石带入 SiO2 量：Xx1.70%=0.017X kg炉尘带走的 SiO2量：8*13.8%=1.104 kg还原硅所消耗的SiO2量：4*60/28=8.571 kg共带入 SiO2 量： 88.96+20.83+46.99+0.017X -1.104-8.571=117.105+0.017X kg由于设计的炉渣碱度：£业二1.1，则解得石灰石加入量为23.00 kg/toSiO2则总 CaO 量为 129.91kg/t，总 SiO2 量为 117.49kg/t。

原料消耗总表如表 4-6表4-6冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表（kg）种类焦炭混合矿石灰石煤粉公斤3301641.0023.001804.1.2.4 终渣成分及渣量计算（1）终渣S含量炉料全部含 S 量：1641x0.247%+330x0.631%+180x0.303%=6.68kg进入生铁的S量：1000x0.03%=0.3kg炉尘带走的 S 量：8x0.485%=0.0388 kg煤气带走的 S 量：6.68x0.05=0.334 kg故进入炉渣的 S 量： 6.68-0.3-0.0388-0.334=6.0072 kg2)终渣的 FeO 量：946.3 x =3.66kg0.997 563)终渣的 MnO 量：1641x0.105%x0.5=0.86kg4)终渣的 SiO2 量：=117.49kg5)终渣的 CaO 量：=129.91kg6)终渣的 Al2O3 量1641xl.762%+330x5.242%+180x5.686%+23.00*1.8 5%-8*1.31%=56.77kg7)终渣的 MgO 量：1641x1.579%+330x0.224%+180x0.137%+23.00X2.21%-8x1.99%=27.25kg终渣成分见表4-7。

表 4-7 终渣成分组元SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS合计CaO/SiO2kg117.4956.77129.9127.250.863.666.0072341.951.1%34.3616.6037.997.970.251.071.76100.00跟据炉渣百分组成，校验炉渣物理性质得：熔化温度为1350-1450°C,粘度为0.7 Pa・S(1400C)该炉渣适合于炼钢铁生产脱 S 能力的校核1 ， 计算实际温度 T = 80 [Si] — 10 [Si]2 + 1400 = 1430.4 C2 , 计算系数 K = 2.7(1430.4/100)— 0.067 ( 1430.4/100)2 —24.063=0.849查表：S的理论分配系数(Ls)为：Ls= 18〜20 (1450C条件下)，Ls (实际)=K*Ls (理论分配系数)，[S ] = (S (炉料带入)一S (挥发))/ (1+ (CaO+MgO+SiO+A12O3 重量和)XLs(实际)) =(6.68-0.668) /(1+(129.91+27.25+117.49+56.77)*20) =0.00091，计算出的[S ] ＜生铁成分中的[S] =0.03，说明炉渣有足够的脱S能力，其中 S (挥发) = 炉料带入总 S 量的 10%=0.668。

4.1.2.6 生铁成分校核计算1)含 P 量：(1641x0.041%-8x0.026%) /1000=0.067%2)含 S 量：0.03%3)含 Si 量：0.4%4)含 Mn 量0.86x55/1000=0.067%715)含 Fe 量：94.63%6)含 C 量：100-0.067-0.03-0.4-0.067-94.63=4.806%生铁成分见表 4-8表 4-8 实际生铁成分（%）元糸FeSiMnPSC合计含量94.630.40.0670.0670.034.806100.00校核结果与生铁预定成分的误差很小，表明原定生铁成分合适4.2 高炉物料平衡计算通过高炉配料计算确定单位产量生铁所需要的矿石、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4.2.1 初始条件物料平衡是建立在质量守恒定律的基础上，以配料计算为依据计算的。

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计算前准备包括：（1） 原料全分析并校正为 100%（表4-1~表 4-3）；（2） 生铁全分析；（表 4-8）；(3) 各种原料消耗量(表 4-6)；⑷鼓风湿度，f=1%;(5) 本次计算选择直接还原度 rd =0.45；(6) 设定焦炭和喷吹物含C总量的1.2%与H2反应生成CH44.2.2 风量计算(1) 风口前燃烧的碳量C ，根据碳平衡来求：风1) 燃 料 带 入 的 碳 量 = 焦 炭 带 入 + 煤 粉 带 入 - 炉 尘 带 走=330x85.81%+180x73.581%-8x11.95%=487.13 kg；2) 生成 CH 消耗的碳量=487.13x1.2%=5.85kg；43) 溶于生铁的碳量=4.806%x1000=48.06 kg；4) 直接还原消耗的碳量=还原锰消耗的+还原硅消耗的+还原铁消耗的+还原磷消耗的=0.67x12/55+4x24/28+946.3x12/56x0.45+0.67x60/62=95.47 kg ；故风口前燃烧的碳量C =487.13-5.85-48.06-95.47=337.75 kg。

风(2) 风量的计算(卩口)，根据氧平衡来求：风鼓风含氧浓度： 0.21(1-f)+0.5f=0.21+0.29f=0.21+0.29x0.01=0.212922.4风口前碳燃烧所需氧量：337.75x一一 = 315.23m32*12其中煤粉带入氧量：180x 3.478% * 22.4 = 4.38m332则每吨生铁需要鼓风量：315.23二4.38 =1460.08m30.21294.2.3 炉顶煤气成分及数量计算(1) CH 量的计算422.4由燃料带入的C生成CH的量=5.85x±=10.92 m34 1222.4 焦炭挥发分含 CH 量=330x0.031%x 224 =0.143 m34 16故进入煤气的CH 量=10.92+0.143=11.063 m34(2) 入炉总 H 量的计算2鼓风带入H +焦炭带入H +煤粉带入H22222.4即入炉的总 H 量：1460.08x0.01+330x0.061%x土2 222.4+180x3.537%x —2 =88.161m3设喷吹条件下，一般有 40%的 H 参加还原，则参加还原的 H 量2288.161x0.4=35.264m310.92x2=21.84m3生成 CH 的 H 量：4288.161-35.264-21.84=61.057 m3(3)进入煤气的 H2 量 还原金属氧化物生成的 CO2 的量的计算22.4由 Fe2O3fFeO 生成 CO2 的量：1641x76.31%x =175.31 m32 3 2 16022.4由 FeO—Fe 生成 CO2 的量：946.3x(1-0.45)x =208.186 m32 56另外h2参加还原反应，相当于同体积的co2所参加的反应，所以co2的生 成量中应该减去35.264 m3,故总计间接还原生成的CO2量为：175.31+208.186-35.264=348.232m3各种炉料分解或者带入的CO2量=焦炭挥发分的CO2量+混合矿分解的CO量＋石灰石分解的 CO2 量22.4 22.4330x0.356%x +0+23.00x41.67%x =5.477m344 44因此，煤气的总 CO2量=348.232+5.477=353.709 m3⑷煤气中总CO的量的计算22.4风口前碳素燃烧生成的CO的量=337.75x—_二630.47 m31222.4直接还原生成CO的量=95.47x— 二178.21 m31222.4焦炭挥发分中CO的量=330x0.326%x =0.861 m328间 接 还 原 消 耗 CO= 由 Fe2O3—FeO 消 耗 + 由 FeO—Fe 消 耗=175.31+208.186=383.496 m3故煤气中 CO 的总含量=630.47+178.21+0.861-383.496= 426.045 m3。

⑸总N的量的计算2煤气中氮气的量=鼓风带入的氮+焦炭带入的氮+煤粉带入的氮22.4 22.4V + V + V =1460.08x(1-0.01)x0.79+330x0.153%x^+180x0.049%x^ = 风 焦 煤 28 28=1142.403 m3根据以上计算结果，列出煤气组成表 4-9表 4-9 煤气组成含量CO2CON2H2CH4总计m3353.709426.0451142.40361.05711.0631994.277%17.73621.36357.2843.0620.555100.001.374.2.4 物料平衡表 的编制1) 计算鼓风质量：1 m3鼓风质量：(0.21x0.99x32+0.79x0.99x28+0.01x18) /22.4=1.283kg/ m3 全部鼓风质量：1460.08x1.283=1873.283kg2) 计算煤气的质量煤 气 密 度 = ( 17.736x44+21.363x28+57.284x28+3.062x2+0.555x16 ) / 100x22.4) =1.338kg/m3全部煤气质量：1994.277x1.338=2668.343 kg3) 水分计算18H2还原生成的水分：35.264x =28.337 kg2 22.4根据上述结果，列出物料平衡表，如表4-1 0和4-1 1所示。

表 4-10 生产每吨生铁的物料平衡表收入支出项目数量/kg项目数量/kg焦炭330生铁1000混合矿1641炉渣341.95石灰石23.00煤气2668.343煤粉180炉尘8风量1873.283水分28.337合计4047.283合计4046.630绝对误差0.653相对误差，%0.016一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。