1000立方米高炉炼铁物料平衡计算课程设计论文.doc

攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘 要

攀枝花学院课程设计（论文）

1000 m3高炉炼铁物料平衡计算

摘 要

通过高炉物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数量，试物料收入与支出平衡。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，是高炉余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。
高炉物料平衡的计算有两种方法：一般物料平衡计算法与现场物料平衡计算法。两种物料平衡均为热平衡的基础，以物质不灭定律为依据。物料平衡计算是炼铁工艺计算中的重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。物料平衡计算包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算。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的下基础。

关键词 现场物料平衡 ，鼓风量，煤气量，物料收支总量，
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攀枝花学院本科课程设计（论文） 1前言

1 前言（引言）

1.1物料平衡计算的准备
进行物料衡算应具备以下资料：各种物料的全分析成分，各种物料的实际用量；生铁成分、炉渣成分和数量；鼓风含氧量及鼓风湿度等。

1.2高炉物料平衡计算的内容
1.2.1高炉物料平衡的计算有两种方法与依据
一般由一般物料平衡计算法与现场物料平衡计算法组成。两种物料平衡均为热平衡的基础，以物质不灭定律为依据。
1.2.2物料平衡计算组成部分
物料平衡计算是炼铁工艺计算中的重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。物料平衡计算包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算。
1.2.3一般物料平衡计算
该法用于高炉配料什算和设计阶段的工艺什算，是在假定铁的直接还原度和氢利用率等前提下，用来检查煤气成分及风量和煤气量的计算是否正确。计算步骤主要是由碳氧平衡算出入炉风量，然后计算出煤气各纽成，总量和成分含量，最终列出物料平衡表。渣量计算方法参照本文配料联合计算中炉渣成分和渣量的计算。这里直接给定了渣量。另外，原料常规分析中有SiO2、CaO、MgO、和Al2O3，物料平衡没有用到的化学成分均没有列出［3］。
1.2.4 现场物料平衡计算
现场用实际的生产数据作物料平衡，用来检查和校核入炉物料和产品称量的准确性，计算生产中无法计量的渣量和炉顶煤气量，实际的入炉风量，算出各种还原度和利用卒，如铁的直接还原度、Co利用率、氢利用率和风口燃烧碳率等，便于技术经济分析［3］。
还可用实际生产数据（包括原、燃料耗量、生铁成分、炉渣成分、渣量、炉尘量及成分等）作为计算基础，用来检查、校核入炉物料和产品计量的准确性，计算风量和煤气量，算出各种如铁的直接还原度、氢的利用率等有关参数，便于技术经济分析［5］.

1.3计算分析
计算分析的可靠性在于计算方法的科学性，原始资料的准确程度，在生产中产生误差最大的是原燃料的成分分析和实际产量与统计产量的差别，由于我国以前分析和计量技术相对薄弱，造成的误差较大，常将进入生铁元素平衡计算用作原燃料单耗的验算，例如以铁平衡验算矿石消耗量等，然后再以验算后校正的消耗量作为平衡计算的依据［3］。

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攀枝花学院本科课程设计（论文） 2物料平衡计算的准备

攀枝花学院本科课程设计（论文） 2物料平衡计算的准备
2物料平衡计算的准备

2.1 原料条件
除了在配料计算中所用的全部原始条件和每吨生铁的各种原料消耗量以外，还需要以下补充条件：

2.1.1原料条件
根据冶炼条件，按经验选定铁的直接还原度，表2-1列出在全焦冶炼时不同冶炼条件下rd值的大致范围[4]。喷吹燃料（尤其喷油）后，由于H2的还原作用的增强，rd =有所降低。

表2.1 不同冶炼条件下的rd值
冶 炼 条 件
rd
炼钢铁
0.35～0.8
最易还原的矿石，高碱度溶剂性烧结矿，富褐铁矿及焙烧过的菱铁矿
0.35～0.5
赤铁矿，假象赤铁矿及普通烧结矿
0.45～0.6
不很致密的磁铁矿，含FeO较高的烧结矿和未经焙烧的菱铁矿
0.6～0.7
致密的磁铁矿，未处理的钛磁铁矿及过熔烧结矿
0.7～0.8
铸造铁及镜铁
较炼钢铁量5%～10%
硅铁及锰铁
0.85～1.0
2.1.2按当地湿度条件或鼓风加湿情况确定鼓风湿度。

2.2计算中应该注意的事项
物料平衡计算过程中，以每吨铁为计算单位。各种物料组成的重量，基本上取千克摩尔重量的近似值，如Fe、FeO、Mn和CO，分别取56．72、55和44。
各种物料的化学成分表示方法如下：除了Ck表示焦炭的碳含量（）表示生铁中各元素的含量，［］表示炉渣各组成的含量，以及煤气中各成分的含量无角标以外，一律用（）加角标来表示。
计算单位为kg/kg或m3/m3
各种物料的数量表示方法如下：除了P表示生铁，K表示焦炭以外，一般用G或无括号的化学符号表示重量，V表示体积，角标注明物料的简称；右上角有“/”的表示物料平衡中要采用的数据。单位用kg或m3表示。

2.3收集原始数据
利用配料计算的原始条件和计算结果，并设生成甲烷的碳量占总碳量的0.8％（一般为0～5％，喷吹煤粉时可达1％）。各种原料的全分析。对现场化学成分分析数据，应将总和调整为100％，并删去不合理数据［6］。

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攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 结论

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攀枝花学院本科课程设计（论文） 3高炉物料平衡计算中理论计算
3高炉物料平衡计算中理论计算

3.1 鼓风量计算
对于炼铁设计，作物料平衡计算时，应首先计算每吨生铁的鼓风量。每吨生铁的鼓风量用Vb（m3，一般均为标准立方米）表示，它是由风口前燃烧碳量与鼓风含氧量计算的［1］。
3.1.1风口前燃烧碳量Cb的计算
图3-1［4］
3.1.1.1由碳素平衡图（图3-1）［4］可知
Cb=Co-Cda-CdFe （kg/t，下同） （3-1）
式中 Co——氧化碳量，kg/t；
Cda——合金元素还原耗碳，kg/t；
CdFe——铁的直接还原耗碳，kg/t。
要计算风口前燃烧碳量Cb，则需先计算式中其他各项碳量。
3.1.1.2氧化碳量CO计算

（3-2）
式中，Cc为生铁渗碳量，由生铁成分计算；CCH4为生成CH4碳量，按燃料带入碳量Cf的0.5%～1.2%取值计算；在作炼铁设计时，选定的焦比K是参加炉内冶炼过程的实际数值，进入炉尘的碳量不包括在内。
3.1.1.3合金元素还原耗碳Cda的计算
（3-3）
式中 ［Si］，［Mn］，［P］，［Ti］，［V］——生铁中相应元素含量，%；
Φ ——每吨生铁的石灰石用量，kg；
CO2——石灰石中CO2含量；
——石灰石在高温区分解率，通常取α = 0.5；
U—— 每吨生铁的渣量，kg；
（S）——渣中硫含量。
如果生铁中还含有其他直接还原的合金元素，那么应在Cda式中加上所消耗的化学当量的碳。
3.1.1.4铁直接还原耗碳CdFe的计算
CdFe =12×Fe.r×rd/56 （3-4）
式中，Fe.r为冶炼每吨生铁的还原铁量，kg。如果高炉冶炼不加废铁，Fe.r=10 [Fe]；如果加入废铁，则Fe.r=10 [Fe] – Fe料，其中Fe料为废铁用量，kg/t。废铁已属金属铁，在高炉内不需还原。
由上面各式可以看出，风口前燃烧的碳量主要取决于燃料比和直接还原度，一般C b约占入炉碳量的70%~80%。
3.1.2鼓风量的Vb计算
根据风口前碳素燃烧反应2C + O2 = 2CO，由燃烧碳量（Cb）及鼓风的含氧量（O2b），可以计算出1t生铁的鼓风量
（m3/t） （3-5）
式中，0.933为燃烧1kg碳素所需要的氧量（m3），在工艺计算中这是个常用的数据。鼓风含氧量可按下式计算：
O2b =0.21+0.29×+(a－0.21)×W (3-6)
式中 ——鼓风湿度，用体积小数表示；
W——1 m3鼓风中兑入的富氧气体量，m3；
a——富氧气体氧的纯度。
“(a－0.21)×W就是所谓的富氧率”。
当高炉喷吹燃料时，由于煤粉中常含有少量有机物氧素及水分，在风口区热分解，分解出的氧亦能燃烧碳素。因此，在精确计算时不能忽略这部分氧的影响，这时鼓风量应按下式计算
（3-7）
式中，O喷为冶炼每吨生铁由煤粉带入的氧量（m3），它的计算是
（3-8）
式中，OM为煤粉中含氧量；H2OM为煤粉水分含量。
3.1.3鼓风质量Gb的计算
过去多以物料重量进行物料衡算，列物料平衡表，这不符合现行规范，应予以改正。每吨生铁的鼓风质量应为
（kg） （3-9）
式中，Pb
为标准状况下的鼓风密度（kg/m3），它要由鼓风成分及其分子量去计算。

3.2煤气量计算
组成炉顶煤气的有CO2、CO、N2、H2、CH4五种组分，要计算冶炼每吨生铁的高炉煤气量，就需要明确这些组分的来源及其数量的计算。
3.2.1煤气级成数量的计算
1）CH4
CH4的来源有二：一是焦炭挥发分中含有CH4，它和挥发分中其他成分一样，在高炉上部析出进入煤气（不要计入煤粉的CH4）；另一是由高炉中碳素同煤气中氢化合生成。这后部分CH4数量按生成CH4的碳量计算（现在也有认为没有碳素生成CH4的）。因此，每吨生铁煤气中CH4量的计算是：
（m3/t） （3-10）
式中 CH4——焦炭中CH4的含量。

2)H2
高炉中氢的来源有：
①燃料带入的，其中包括焦炭挥发分和有机物中的氢（可按焦炭氢元素分析计算）、喷吹燃料的氢和所含水分中的氢；
②高炉鼓风湿分带入的，它在风口前分解出氢；
③如果天然矿含有结晶水，结晶水在高炉中部（大于500℃区域）也要分解出氢。由于现在高炉熟料比较高，天然矿中结晶水含量又不多，计算时这部分氢量可不考虑。
高炉中氢的去向为：
①参加还原，约有30%～40%的氢量参加还原，这部分氢量称为“还原氢（H2r）”。还原氢中的绝大部分（90% ～ 100%）在高炉高温区代替碳还原浮士体，其余的还原Fe3O4；
②与碳反应生成CH4；
③其余部分进入炉顶煤气。
炉顶煤气中H2量按下式计算
VH2=H2－H2r－H2CH4（m3/t）
或者 （3-11）
这里H2为入炉的总氢量（m3/t），其计算是
（3-12）
式中
H2K——焦炭中H2的含量；
H2M，H2OM——煤粉中H2及H2O的含量；
——氢利用率。
生成CH4的氢量是： （3-13）

3)CO2
CO2的来源有：
①高炉里间接还原产生的，这是其主要部分。矿石中的铁、锰高级氧化物的还原都是间接还原，而FeO则有部分被CO还原，它们的产物是CO2；
②炉料带入的，这里面包括焦炭挥发分中的CO2、矿石烧损项的CO2，以及熔剂（石灰石、白云石）带入的CO2。对于石灰石，因其分解温度高，有部分要在高温区分解，分解出CO2的要同C反应生成CO，计算CO2数量时，这部分不应计入。
炉顶煤气中，CO2数量的算式是：
（m3/t） （3-14）
式中 ——由还原产生的CO2量，kg/t；
——由炉料带入的CO2量，kg/t。
它们的计算是
（3-15）
（3-16）

式中 ，，——矿石中相应成分含量；
，——分别为熔剂、焦炭中CO2含量；
——石灰石在高温区的分解率。
这里是按全部还原氢量都参与浮士体的还原考虑的的，因此矿石中的Fe2O3就都由CO还原到浮士体。氢还原度计算如下：
（3-17）

4）CO
CO的来源有：
①燃料中碳素在风口前燃烧生成的；
②还原产生的，其中包括FeO被C直接还原和生铁中Si、Mn、P、Ti、V等合金元素的还原产生的，还有石灰石在高温区分解出的CO2参与溶损反应及炉渣脱硫产生的CO；
③焦炭挥发分带入的CO。
高炉煤气在炉内上升过程中有部分CO参加间接还原转变成CO2，其余以CO进入煤气。炉顶煤气中CO数量的计算是：

（m3/t） （3-18）
或者
（3-19）
这里应明确，石灰石在高温区分解出的CO2，要被C还原成CO（CO2+C=2CO），一个要CO2变成两个CO，其中一份包括在式4-16’中的Cda项内，另一份则是该式的第四项。

5）N2
炉顶煤气中N2主要是由鼓风带入的，焦炭和煤粉也带入一些，不应遗漏。
（m3/t） （3-20）
式中 ，——分别为焦炭、煤粉中氮的元素含量；
——鼓风中氮的含量，不富氧时按下式计算

如果属富氧鼓风，则应为： （3-21）

3.3 煤气中水蒸气量的计算
炉顶煤气中的水蒸气由氢还原产生和炉料带入两部分构成，每吨生铁的水蒸气量是：
（kg） （3-21）
式中，H2OK为焦炭游离水含量，这里把焦比扩大了2%，是考虑了焦炭的机械损失（炉尘）。K为吨铁干焦量，湿焦应为K /（1—H2OK）。还应注意，如果熔剂、矿石（生矿）也带入了物理水，应在式3-1内加入。

攀枝花学院本科课程设计（论文） 4物料平衡计算

4物料平衡计算

4.1理论物料平衡计算
4.1.1必需的原始资料［3］
1）各种炉料的单耗（表4-1），渣量及炉尘量；
表4-1 煤粉成分
元 素 分 析
灰 分
H2O

1.23
C
H
N
S
O
FeO
CaO
MgO
77.83
1.18
0.42
0.15
3.02
1.13
0.55
0.15
2）计算所需的有关原、燃料和产物的化学成分
表4-2 原料成分
名称
Fe2O3
FeO
MnO2
S
CaO
MgO
CO2
H2O物
混合物
70.07
12.40
0
0.012

熔剂

0.012
41.88
10.77
44.75
5.0
表4-3焦炭工业分析（%）
Ck
挥 发 分
灰 分
有机物
S
H2O物
CO2
CO
H2
N2
CH4
FeO
CaO
MgO
H2
N2
86.02
0.26
0.27
0.04
0.14
0.03
0.39
0.60
0.15
0.3
0.3
0.58
4.2
表4-4 煤粉成分
元 素 分 析
灰 分
H2O

1.23
C
H
N
S
O
FeO
CaO
MgO
77.83
1.18
0.42
0.15
3.02
1.13
0.55
0.15
表4-5 生铁成分（%）
Fe
Si
Mn
P
S
C
94.59
0.500
0.327
0.049
0.028
4.506
表4-6 炉渣、炉尘成分（%）
名称
Fe2O3
FeO
S
C
炉渣成分
—
44.73
0.74
8.35
0.66
0.222
—
31.73

3）鼓风湿分()，本例＝1％；
4）铁的直接还原度（rd），本例rd＝047；
5）利用率（）本例＝045。
4.1.2计算步骤
1）根据碳平衡什算入炉风量（V风）：
①风口前燃烧碳量（C风）风口前燃烧碳量由碳平衡得
C风=C焦+C吹+C料+C附-C生-C尘- C直 kg (4-1)
C焦 = K·Ck=390*0.8602=335.478 kg
C吹=G吹·C吹=110*0.7783=85.613 kg
C料= G矿·C矿=0
C尘= G尘·C尘=15*0.3173=4.760 kg
C附= G附·C附=0
C生=1000*0.04506=45.06 kg
C直=Fe还·rd+Csi…+G熔·（CO2）熔·bco2
=×945.90.47+1000×（++）
++=101.743 kg
式中 Fe还——还原得到的铁量，kg
于是 C风=335.478+85.613+0+0-45.06-4.760-101.743=269.528 kg
风量（V风）
V风= （C风-O吹）（0.21+0.29Ψ）m3 (4-2)
其中 O吹=22.4Σ［（H2O）/36+（O2）/32］吹·G吹
=22.4（+）=3.167 m3
V风=（-3.167）/(0.21+0.29)=1166.71m3
这里，为了计算方便起见，没有富氧，V风包含了榆送煤粉的压缩空气量。在热平衡中分别计算经热风炉进入炉内的风量和压缩空气量带入炉内的热量。
鼓风重量（G风）：
G风=V风R风V风 Kg (4-3)
G风=

（2）煤气量计算：
煤气成分计算 实际进入炉内参加反应的焦量（K°）为：
K°=k-G尘(C) 尘 / C k Kg (4-4)
将数据代入式（4-）得：
Ka=390-15 × 0.3173 / 0.8602=384.467 kg
炉顶煤气中各组分及总量计算如下：
VH2=ΣH2(1-H2) (4-5)
其中 ΣH2=H2焦+H2吹+H2风+H2结晶水 (4-6)
而 H2焦=11.2（H2有机+H2挥+CH2挥）焦
=11.2×（0.0004+0.003+2×0.003）×384.467=17.224 m3
H2吹=11.2·G吹［（H2）+(H2O)］吹
=11.2×110×（0.0168+×0.0123）=22.381 m3
H2风=V风·=1166.71×0.01=11.667 m3
H2结晶水=（H2O晶）·G料·
代入式（4-6）得：
ΣH2=17.224+22.381+11.667+0=51.272 m3
由式（4-5）得：
VH=51.272 × (1-0.45)=28.200 m3
VCO=CO2+CO2料+CO2FeO m3 （4-7）
其中 CO2=22.4/160 × Fe2O3 还+22.4/87MnO2还-ΣH2（1-bH2） x H2
=22.4/160 × (1621 × 0.7007-15 × 0.4473)+0-51.273 × (1-0.9) × 0.45
=155.700 m3
CO2i=22.4/160Fe还（1-rd-rH）=22.4/56 ×964.9 × (1-0.47-0.055)=179.721 m3
CO2料= CO2熔+CO2焦+CO2矿
=22.4/44 × [2.97 × 0.4475× （1-0.5）+384.467 × 0.0026+0] =0.847 m3
式中Fe2O3——参加还原的Fe2O3总量，kg；
MnO2——参加还原的MnO2总量，kg；
bH2——参加 FeO－ Fe还原反应的氢量占还原氢量（H2还）的比率，本例取 bH2＝ 0 9；
而 rH=·=0.055
由式（4-7）得：
VCO2=155.770+179.721+0.847=336.338 m3
vCO=CO风+CO直+CO焦+CO熔－CO 间 m3 （4-8）
CO风=C风=×269.528=503.119m3
CO直=C直=×101.743=189.920m³
CO焦=CO焦=384.467×0.0027×=0.830m³
CO熔=CO2=×2.97×0.4457×0.5=0.338m³
CO间=CO2+CO2=155.770+179.72=335.491m3
由式（4-8）得
VCO=503.119+189.920+0.830+0.338－335.491=358.716m³
VN=N2风+N2焦+N2吹 m3 （4-9）
其中 N2=0.79×（1－）V风=0.79×（1－0.01）×1166.71=912.484m3
N2=(N2)k=×384.467×(0.0014+0.003)=1.353m3
N2=C吹（N2）吹=110×0.0042=0.370m3
由（4-9）式得
VN=912.484+1.353+0.370=914.207m3
干煤气总量及其见表4-7。
表4-7煤气组成
成分
H2
CO2
CO
N2
合计
体积/m3
28.200
336.338
358.716
914.207
1637.461
组成/％
1.72
20.54
21.91
55.83
100.00
②煤气重量计算：
干煤气重量（G气）：
G气==2254.336 kg
挥发物量（G挥）：
G挥=Mcib kg （4-10）
式中 b——各元素挥发进入煤气的系数（见附录）；
M——挥发物质的成分，kg/kg。
由式（4-9）得：
=（1621×0.00012+2.97×0.00012－15×0.00222+390×0.0058+110×0.0015）×0.05=0.129kg
煤气中水量（G煤气水）:
G煤气水=H2O物理水+H2O还原水+H2O结晶水 kg （4-11）
其中
H2O物理水=∑G·（H2O）物=390G0.042/1-0.042+2.97G0.05/1-0.05=17.254kg H2O还原水=18/22.4 H2=18/27.4G51.272G0.45=18.540kg
H2O结晶水∑.（H2O）晶.（1-b）=0
由式（4-10）得：
G煤气大=17.254+18.540+0=35.794kg

3）编制物料平衡表。根据有关原始资料及上述计算结果编制的物料平衡列于表4-8
表4-8物料平衡
收入
支出

项目

数量/kg

项目
数量/kg
矿石
1621
生铁
1000
焦碳
407.10
炉渣
332.3
石灰石
3.13
炉尘
15
煤粉
110
干煤气
2254.34
风量
1496.40
煤气中水
35.79

挥发物
0.13
合计
3637.72
合计
3637.56
绝对误差
0.16kg
相对误差
0.004％
注：要求相对误差小于0.3％，否则无效。

4.2现场物料平衡计算
现场物料平衡计算
现场用实际的生产数据作物料平衡，用未检查和校核入炉物料和产品称量的准确性，计算生产中无法计量的渣量和炉顶煤气量，实际的入炉风量，算出各种还原度和利用率，如铁的直接还原度、CO利用率、氢利用率和风口燃烧碳率等，便于技术经济分析。
4.2.1常规计算法
1）渣量计算。高炉生产产生的渣量是无法用称量办法得到的，因为从高炉内放出的高温炉渣立即通过水淬法制成水渣。渣量只能通过计算得到。理论上讲任何造渣氧化物的平衡均可以求得渣量，但简单而又较准确的方法是按氧化钙CaO平衡，因为Ca2+化验误差小，而CaO在炉内既不挥发，也不还原。根据平衡，入炉CaO除去炉尘带丈的以外，其余都进入了炉渣，即CaO料-CaO尘=u
（CaO），由此：
u=（CaO料- CaO尘）/( CaO尘)
式中 u——单位生铁的渣量，kg/t；
CaO料——炉料带入炉内的CaO总量，kg/t；
CaO尘——炉尘带走的CaO量，kg/t；
(CaO)——炉渣中CaO的质量分数，%。
［实例」［3］某高炉的干料消耗量（kg/t）为：焦炭474.2．煤粉66.8．烧结矿1690、澳矿116.6．石灰石24.5；炉料中CaO的质量分数（%）相应为：0.85、0.83、11.78、0、55.3；产生的炉尘量为16.8kg/t，炉尘中CaO的质量分数为8.11％；炉渣中CaO的质量分数为42.12％。
解：
CaO料=474.2×0.0085+66.8×0.0083+1690×0.1178+116.6×0+24.5×0.553=217.13 kg/t
CaO尘=16.8×0.0811=512.27 kg/t
u==512.27 kg/t
2)风量、煤气量计算。高炉生产中在冷风管上有测量的流量计，测量结果或在仪表上、或在计算机显示屏上显示出来，一般每小时在日报表上记录一次。但是这个风量是风机给出的风量，并不是真实的入炉风量，因为冷风经过管路、热风炉等有一定数量的漏损。生产形成而逸出高炉的煤气也从来不用任何测量手段来计量。真实的风量和产生的煤气量是通过计算求得的，常用进入煤气的元素碳、氧、氢、氮的平衡，取4个平衡中的2个就可以算出，它们是：
C平衡 （CO+CO2+CH4）V煤气=C气化
O平衡 ( CO2+0.5CO)V煤气+0.5H2O还=（O料+O喷）+V风（O风+0.5）
H平衡 （H2+2CH4）V煤气+H2O还=（H料+H喷）+V风
Ｎ平衡　 Ｎ２Ｖ煤气=（N料+N喷）+V风N2风+N2%
式中CO. CO2. CH4. N2. H2-------炉顶煤气中各组分的体积分数，%
H2O还——H2参与还原形成的水蒸气量，m3/t
C气化——全部气化碳量，即炉料和喷吹燃料带入的元素状态和化合物状态的碳进入炉顶煤气的部分，kg/t；
O料、H料、N料——从炉料进入炉顶煤气的氧、氢和氮量，kg/t；
O喷、H喷、N喷——从喷吹燃料进入炉顶煤气的氧、氢和氮量，kg/t；
O风——干风中的氧的体积分数，％；
——鼓风湿度，%；
N2——由生产工艺要求和设备运转要求而进入炉内的氮量，例如有些用 比冷却的无钟炉顶，其用量在2000～3000m3/h；又如喷吹烟煤时有的高炉使用氮作为载体，其消耗量为在浓相输送时1m3N2输送 30～40kg煤粉，稀相榆送时1m3N2风榆送10kg左右，什算时将它们换算成m3/t。
氢平衡方程中有还原形成的H2O还，它是无法准确测定的，所以常将氧、氢两个平衡方程先联解消去H2O还，得到一个没有H2O还的氧平衡方程：
（CO2+0.5CO-0.5H2-CH4）V煤气=V风·O风-5.6（H料+H喷）+0.7（O料+O喷）
然后用碳、无H2O还的氧和氮平衡方程求得两个未知的V风和V煤气
（C、N）平衡 V煤气=1.8667·C气化/（CO+CO2+CH4）
V风=N2·V煤气-［0.8(N料+N喷)+N其他］/N风
（C、O）平衡 V煤气=1.8667·C气化/（CO+CO2+CH4）
V风=［（CO2+0.5CO-0.5H2-CH4）/V煤气+0.5(H料+H喷)-0.7(O料+O喷)］
（O、N）平衡
V煤气=
(其中=O风/(1-O风)即干风中的氧、氮比)
V风=［N2·V煤气-0.8(N料+N喷)-N其他］/(1-O风)
如果计算所用的原始数据，准确无误，用［C、N］、［C、O］和［O、N］三种所求得的结果应是相同的。但从上面面3组解的计算式中可以看出（C．N）平衡的最简单，所以生产中常用此法求得风量和煤气量，在现代高炉上干用色谱仪分析炉顶煤气准确度较高，用此法可以得到较满意的结果。
［实例］［8］某高炉用色谱仪分析的炉顶煤气成分为 CO 21.8%、CO2 20.3%、H2 25%、N255.4%；C气化＝370.05kg/t；干风含氧O风＝23.5%、鼓风湿度1.5%；O料＝368.16kg/t、O喷＝35kg/t；H料＝2.8kg/t、H喷t＝3 .5kg/t；N料＝1.5kg/t、N喷＝0.9 kg/t；喷吹煤粉使用压缩空气0.06m3/kg；无钟炉顶使用氮气N其为2500m3/h；日产生铁5500t/d。计算风量、煤气量.
解：
① 先计算单位生铁的N其它。
N其它=2500×24/5500=10.91 m3/t
②再用（C.N）法求V风与V煤气。V煤气=1.8667×370.05/（0.218+0.203）=1640.8m3/t
V风=[1640.8×0.554-0.8（1.5+0.9）-10.91]/（1-0.235）=1171.5m3/t
③用O平衡来检验所得风量、煤气量的准确程度：
氧收入 鼓风1171.5×0.235=275.3m3
煤粉3.5=2.45 m3
炉料368.16=259.18 m3
氧支出 煤气1640.8×（0.5×0.218+0.203）=511.93 m3
氢还原夺取的氧（H2O还）0.5H2O还
0.5×［(2.8+3.5)+1171.5×0.015-1640.8×0.025］=23.53 m3
收入和支出的误差1.47m3/t, 相当于0.27%

攀枝花学院本科课程设计（论文） 5计算分析

5计算分析

计算分析的可靠性在于计算方法的科学性，原始资料的准确程度，在生产中产生误差最大的是原燃料的成分分析和实际产量与统什产量的差别，由于我国以前分析和计量技术相对薄弱，造成的误差较大，常将进入生铁元素平衡计算用作原燃料单耗的验算，例如以铁平衡验算矿石消耗量等，然后再以验算后校正的消耗量作为平衡计算的依据。

5.1物料平衡表的收入项有：混合矿石用量（包括机械损失在内，炉尘量矿石按外加3%计算）；
（1） 焦炭用量（包括机械损失及水分在内，炉尘量焦炭按外加2%计算）；
（2） 喷吹燃料（煤粉）用量；
（3） 熔剂用量（包括机械损失在内，炉尘量熔剂按外加1%计算）；
（4） 鼓风质量。

5.2物料平衡表的支出部分有：
（1） 生铁质量（1000kg）；
（2） 炉渣质量；
（3） 煤气质量；
（4） 煤气中水质量
（5） 炉尘量（即炉料机械损失数量之和）。

5.3物料平衡误差
5.3.1现场物料平衡计算的计算分析
如上第四章：4.2现场物料平衡计算所计算的，实际生产中炉料的化学成分和炉顶煤气的成分分析总是有误差的，这就影响了计算所得结果的准确程度，尤其是在用传统的奥氏分析仪分析炉顶煤气时，误差就相当大了。造成误差的原因是：（1）奥氏分析仪分析CO和CO2时，吸收不完全而有残余，在燃烧法测氢时就出现产物中有CO，一般认为这个CO2是煤气中CH4入燃烧生成的，将所得CO2换算成CH4列入煤气成分，实际高炉冶炼的条件下是不可能形成CH4的，而且高温区CH4还要完全分解，奥氏分析仪分析的结果使CO,CO2，H2等都发生一些误差;(2)煤气中N2不是化验出来的，而是100减去有误差的CO、CO2、H2、和CH4得出的，这样化验的全部误差都集中在N2，使用奥氏分析仪化验结果未用（C、N）法求风量和煤气量的可信度就较低了。另外，由于生产需要炉顶喷水阵低过高的煤气温度，而使煤气中水蒸气波动很大时，用色谱仪分析也会造成分析结果出现一定的误差，从而也影响什算结果的准确程度。

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 致谢

参 考 文 献

［1］成兰伯.高炉炼铁工艺及计算［M］.北京.治金工业出版社.1991
［2］张殿有.高炉冶炼操作技术［M］.北京.冶金工业出版社.2007
［3］周传典.高炉炼铁生产技术手册.北京.冶金工业出版社.2002
［4］任贵义.炼铁学（上）［M］.北京.冶金工业出版社.2004
［5］贾艳.李文兴主编.高炉炼铁基础知识［M］.北京.治金工业出版社.2005.3
［6］宋建