一、已知某設計高爐的冶煉條件如下1、原料成分：高爐采用生礦和燒結礦兩種礦石進行冶煉，其中礦石、和石灰石的成分經過整理和計算，如表1所示且混合礦是按照燒結礦和生礦比為9：1進行。表1原料成分表原料 燒結礦 生礦FeMnPSFe203FeOCaOMgOSiO252.80.0930.0470.03155.318.1811.73.749.7648.50.1650.0210.134原料 燒結礦 生礦FeMnPSFe203FeOCaOMgOSiO252.80.0930.0470.03155.318.1811.73.749.7648.50.1650.0210.13462.46.22.120.414.84Al2O3 1 2.32MnO2 -MnO 0H20.26FeS2FeSP2O5CO20.09H2O 總和工 1W0.250.059.05100混合礦52.370.10.0440.04156.0116.9810.743.4110.271.130.030.110.030.080.10.210.9100石灰石0.0050.02954.111.160.730.130.070.0143.791002、高爐使用的焦炭及噴吹的煤粉成分表如表2和表3所示：表2焦炭成分%C固灰分（12.64%）揮發份（0.58%）有機彳物(1.42%)游離水SiO2Al2O3CaOMgOFeOCOCO2CH4H2N2H2N2S85.367.324.260.510.120.430.210.190.0250.0370.1180.360.270.79100.004.17表3噴吹無煙煤成分%CHONSH2O灰分（16.78%）合計SiO2Al2O3CaOMgOFeO75.303.263.160.340.360.809.395.820.200.161.211003、 根據煉鋼對生鐵的要求，規定生鐵成分[Si]=0.7%,[S]=0.03%4、 設計焦比為:K=干焦消耗量/合格生鐵量=480kg煤比:M=煤粉耗用量/合格生鐵量=70kg5、 設計爐渣堿度R=CaO/SiO2=1.106、 元素在生鐵，爐渣以及煤氣中的分配比，如表4所示表4元素分配率%FeMnSP生鐵0.9970.501.0爐渣0.0030.500爐氣000.507、 按照工藝設計規定，我們選取鐵的直接還原度Yd=0.45，氫利用率為nH2=35%8、 鼓風濕度測定為大約12.8g/m39、 熱風溫度大約為1100°C10、 高爐采用冷燒結礦，爐頂溫度為200C二、配料計算根據上述已知條件，可以對高爐進行配料計算1、 噸鐵使用礦石量計算如下：燃料帶入的鐵量Fe.f：Fe.f=480X(0.0043X56/72)+70X0.0121X56/72=2.26kg由公式A=[1000X(95.7-0.73[Si]-[S])—99.7Fe.f]/(0.997TFe+0.68P礦+0.515Mn礦)可得噸鐵礦石用量A=[1000X(95.7-0.7X0.73-0.03)-99.7X2.26]／(52.37+0.68X0.044+0.515X0.1)=1812.832、 進行生鐵成分的計算：[Fe]=(1812.83X0.5327+2.26)X0.997／10=96.51 (%)TOC\o"1-5"\h\z[Mn]=1812.83X0.001X0.5／10=0.09 (％)[P]=(1812.83X0.00044+480X0.0001X62／142)／10=0.082 (％)[C]=100-96.51-0.09-0.082-0.03-0.7=2.59 (％)通過上述計算可以得到生鐵成分表如下表5所示：表5生鐵成分表 %FeSiMnPSCE96.510.70.090.0820.032.591003、石灰石用量礦石和燃料帶入CaO的量GCaOGCaO=1812.83X0.1074+480X0.0051+70X0.0020=197.29kg礦石和燃料帶入的SiO2的量GSiO2(必須扣除還原消耗的硅)GSiO2=1812.83X0.1027+480X0.0732+70X0.0939-10X0.7X60／28=200.54kg石灰石有效容劑性GSiO2有=54.11—1.10X0.73=53.31 (%)石灰石用量①①=(200.45X1.10—197.29)/0.5531=41.95kg4、渣量及爐渣成分的計算由爐料帶入的各種爐渣組分量工CaO=197.29+41.95X0.5411=219.99kg工Si02=200.54+41.95X0.073=200.85kg工Mg0=1812.83X0.0341+480X0.0012+70X0.0016+41.95X0.0116=62.99kg工A12O3=1812.83X0.0113+480X0.0542+70X0.0582+41.95X0.0013=50.63kg爐渣中MnO的量=1812.83X0.001X0.5X71/55=1.17kg爐渣中FeO的量=965.1X0.003/0.997X72/56=3.73kg一噸生鐵爐料帶入的硫量工S=1812.83X0.00041+480X0.0079+70X0.0036+41.95X0.00029=4.80kg進入生鐵中的硫量=10X0.03=0.3kg進入煤氣中的硫量=4.80X0.05=0.24kg進入渣中的硫量=4.80—0.3—0.24=4.26kg于是得到如表6所示的爐渣組分表表6爐渣組分表項目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2E數量/kg219.9962.99200.8550.631.173.732.13541.49成分/%40.6211.6337.099.350.220.690.39100.00對爐渣進行性能校核：爐渣的實際的堿度為R=219.99/200.85=1.095~1.10（實際堿度與規定堿度相符）爐渣脫硫的硫的分配系數Ls=2X0.30/0.03=20通過查閱爐渣相圖可以得到爐渣的融化溫度大約為1350r由于爐渣在1500r時，其粘度為2.5泊；當爐渣溫度為1400°C時，爐渣粘度為4.0泊，故由爐渣的成分及性能校核，該種爐渣完全符合高爐冶煉的要求。三物料平衡計算對于直接還原度Yd及氫氣利用率已知的煉鐵工藝設計計算。這里我們假定入爐碳量的1%與氫氣反應生成CH4。按照鼓風濕度轉換公式，對于本設計的鼓風濕度為：巾=0.00124X12.8=0.0159 （即1.59%）1、鼓風量的計算噸鐵的各項耗碳量是：燃料帶入的可燃碳量CfCf=480X0.8536+70X0.7530=462.44kg生成CH4的耗碳量CCH4=CfX0.01=4.62kg生鐵滲碳CC=10X2.59=25.9kg氧化碳含量Co=462.44—25.9—4.62=431.92kg由于其他因素造成的直接還原的耗碳量Cda=10X（0.7X24/28+0.09X12/55+0.082X60/62）+41.95X0.4379X0.5X12/44+4.26X12/32=11.09kg鐵的直接還原碳量CdFe=965.1X0.45X12/56=93.06于是可以進一步得到風口前燃燒碳量Cb=431.92—11.09—93.06=327.77kg風口碳量在燃料帶入碳量中所占的比例Cb/Cf=327.77/462.44=70.88 (%)鼓風中的含氧量O2b=0.21+0.29X0.0155=0.21452b因此可以得出每噸生鐵的鼓風量VbVb={327.77/24—70X(0.0316+0.008X16/18)/32}X22.4/0.2145=1417.31m3鼓風密度Pb=1.288—0.484X0.0155=1.290kg/m?冶煉每噸生鐵的鼓風質量Gb=1417.31X1.290=1828.32kg2、煤氣的組分計算和發生量計算CH4量計算VCH4=480X0.0025X22.4/16+4.62X22.4/12=10.30m3CH4H2量計算鼓風濕分分解的氫=1417.31X0.0155=21.97m?由燃料帶入的氫量={480X(0.0036+0.00037)+70X(0.0326+0.008X2/18)}X22.4/2=47.60m?在生成CH4的過程中消耗氫的量=4.62X2X22.4/12=17.25m3入爐的總氫量EH2=21.97+47.60=69.57m3由于氫氣的利用率為35%，于是可以得到還原氫量H2r=69.57X0.35=24.35m3進入到煤氣中的氫量VH2=69.57—24.35—17.25=27.97m3高爐中氫的還原度(假定還原氫都要參與浮士土的還原過程)Y.H2)=(27.97X56)/(22.4X965.1)=0.072i(H2)CO2量計算礦石帶入的CO2=1812.83X0.0021X22.4/44=1.94m?溶解分解出來的CO2(選取石灰石的高溫分解率為0.5)=41.95X0.4379X0.5X22.4/44=4.68m?焦炭帶入的二氧化碳=480X0.0019X22.4/44=0.46m3于是可以得到爐料共帶入ECO2=1.94+4.68+0.46=7.08m3高級氧化鐵還原過程中生成CO2=1812.83X0.5601X22.4/160=142.15m3礦石中的二氧化錳還原成氧化錳過程中生成CO2=1812.83X0.0003X22.4/87=0.14m3由氧化亞鐵還原成單質鐵的過程中生成CO2=965.1X(1—y.H2)—Yd)X22.4/56i(H2)=965.1X(1—0.087—0.45)X22.4/56=178.74m?于是可以得到在還原過程中生成的二氧化碳總量ECO2=142.15+0.14+178.74=321.03m3煤氣中VCO2=321.03+7.08=328.11m?CO量計算風口前燃燒碳的過程中生成的CO=327.77X22.4/12=611.84m?鐵直接還原過程中生成CO=93.06X22.4/12=173.71m3其他直接還原過程中生成的CO=11.09X22.4/12=20.70m3于是得到在高爐冶煉過程中生成ECO=611.84+173.71+30.70=806.25m3焦炭揮發分帶入的CO=480X0.0021X22.4/28=0.81m3高溫區CO轉化生成的CO=41.95X0.4379X0.5X22.4/44=4.68m3于是可以得到進入煤氣的VCO=806.25+0.81+4.68—321.03=490.71m3N2量計算鼓風過程中帶入的N2=1417.31X0.79X(1—0.0155)=1102.32m3焦炭和煤粉帶入的N2={480X(0.0027+0.00118)+70X0.0034}X22.4/28=1.68m3煤氣中N2的總量VN2=1102.32+1.68=1104.97m?根據上述計算可以得到如表7所示的煤氣組成表表7煤氣組成表項目CO2COH2CH4N2工體積/m，328.11490.7127.9710.301104.971962.06含量/%16.7225.001.430.5256.31100由以上計算可以得出煤氣與鼓風體積比Vg/Vb=1962.06/1417.31=1.384煤氣密度Pg=(0.1672X44+0.25X28+0.5631X28+0.0052X16+2X0.0143)/22.4=1.35噸鐵產生煤氣的質量Gg=1962.06X1.35=2648.39kg3、 煤氣中的水量計算還原過程生成的水H2O=31.82X18/22.4=25.57kg礦石帶入的結晶水量=1812.83X0.009=16.32kg焦炭帶入的游離水=480/(1—0.0417)X0.0417=20.89kg進入煤氣中的H2O量=25.57+16.32+20.89=62.78kg4、 出于對爐料機械損失的考慮，爐料實際入爐量計算：礦石量=1812.83X1.03=1867.21kg焦炭量=480/(1—0.0417)X1.02=510.90kg石灰石量=41.95X1.01=42.37kg因此，由于機械損失量(即爐塵量)(1866.21—1812.83)+(510.90—500.89)+(42.37—41.95)=63.81kg5、 按照上述理論計算，得出表8所示的物料平衡表表8物料平衡物料收入物料支出項目數量/kg項目數量/kg礦石1867.21生鐵1000.00焦炭510.90爐渣541.49煤粉70煤氣2648.39石灰石42.37煤氣中水62.78鼓風1828.32爐塵63.81總計4318.80總計4316.47物料平衡誤差：絕對誤差：4318.80—431