高炉冶炼综合计算

表1-1成分(%) 原料 烧结矿 球团矿 天然矿 综合矿 石灰石 炉尘 续上 原料 烧结矿 球团矿 天然矿 综合矿 石灰石 炉尘 TFe Mn P S FeO CaO MgO SiO2 5.64 0.41 16.34 5.66 1.38 8.30 59.17 65.72 43 58.96 1.8 43.39 0.03 0.1 0.165 0.06 0.06 0.24 0.032 0.042 0.021 0.033 0.001 0.024 0.03 0.003 0.134 0.035 0.003 0.09 10.10 0.30 9.2 8.05 1.10 15.30 7.32 4.55 9.0 6.93 40.442 13.46 1.94 0.65 2.1 1.70 12.15 1.31 烧损 Al2O3 1.51 0.153 2.32 1.32 0.34 1.99 MnO P205 0.056 0.105 0.048 0.065 0.009 0.06 FeS Fe2O3 73.22 93.546 51.03 75.06 0.939 44.77 H2O CO2 0.574 0.057 1.06 1.960 8.426 0.843 42.43 C=11.95 0.039 0.133 0.244 0.078 0.078 0.31 0.083 0.008 0.398 0.059 0.008 0.243 表1-2焦炭成分(%) 1.32） 灰分（13.51） 有机物（ 挥发分（0.43） Σ C固定碳SiOAl2OMg CaO FeO N2 S CO CO2 CH4 H2 N2 2 O H3 0.20.70.020.010.07100.084.74 7.61 4.56 0.52 0.14 0.68 0.3 0.15 0.16 5 7 6 7 7 0 表1-3喷吹燃料成分（%）

品种 C H2 O2 H2O N2 S 灰分 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 水 4.00 Σ 100 煤粉 67.84 4.85 4.05 0.79 0.42 0.66 11.48 7.42 0.6 0.3 1.45 表1-4生铁成分（%） Fe Si Mn S C P 94.76 0.5 0.4 0.1 0.04 4.2 其中Si、S由生铁质量要求定；Mn、P由原料条件定 Fe=[100—Si—Mn—P—S—C]%

某元素在生铁，炉渣，炉气中的分配率（%）见表1-5 Fe Mn S P 生铁 99.7 50 0 100 炉渣 炉气 0.3 0 50 0 0 5 0 0

焦比370kg/t铁、煤比190kg/t铁、碱度R=1.20、利用系数2.1t(d.m3)、置换比0.7、鼓风湿度13g/m3、相对湿度1.617%、风温1200℃、炉尘量20kg/t、入炉熟料温度80℃、炉顶煤气温度190℃、焦炭冶炼强度0.78t（d/m3)、综合冶炼强度1.06t(d/m3)

根据碱度平衡求铁矿石配比

根据原料条件，假设天然矿的配比为a，烧结矿的配比为b，球团矿的配比为c。在按照生产经验确定炉渣碱度R，然后根据碱度平衡求出a,b,c。

其中a＋b＋c=1

R?aCaO矿?bCaO烧?cCaO球?QK焦CaO焦?QK煤CaO煤

aSiO2矿?bSiO2烧?cSiO2球?QK焦SiO2焦?QK煤SiO2煤?2.14Q[Si]aFe生?bFe烧?cFe球

[Fe] 如果假设焦、煤带入的铁和进入炉渣和炉尘的铁相等，既有 Q?本设计选定R=1.20，计算得天然矿，烧结矿和球团矿的配比为8:76:16，按比例得到混合矿的成分，见表1-1。

天然矿、烧结矿和球团矿的质量分别为：128.41kg、1219.88kg和256.81kg。 11.22

一、计算矿石需要量

（1）先计算20kg炉尘中的焦粉量：G焦粉=G尘C%尘/C%焦=20×11.95/84.74=2.82kg。 高炉内参加反应的焦炭量G焦=370-2.82=367.18kg。

GFe燃=367.18×0.68%×56/72+190×1.45%×56/72=4.08kg. （2）进入炉渣中的铁量

G铁渣=1000×Fe%生铁×0.3%/99.7%=947.6×0.3%/99.7%=2.851kg。式中0.3%和99.7%分别为铁在炉渣中和生铁中的分配率。 （3）需要由铁矿石带入的铁量

G铁矿=1000×94.76%+2.581-4.08=946.371kg。 （4）冶炼一吨生铁的铁矿石需要量

G矿=G铁矿/Fe%矿=946.371/58.96%=1605.11kg.

入炉铁矿石量：G’矿= G矿+G尘-G焦粉=1605.11+20-2.82=1622.29kg.

11.2.3计算熔剂需要量 （1）炉渣碱度R=1.20

（2）石灰的有效熔剂性：CaO有效=CaO%熔剂-R×CaO%熔剂 =40.442%-1.20×1.38%=38.786% (3)原料、燃料带有的CaO量GCaO

铁矿石带入的CaO量：GCaO矿=G矿×CaO%矿=1605.11×6.93%=111.23kg。 焦炭带入的CaO量：GCaO焦=G焦×CaO%焦=367.18×0.52%=1.91kg。

煤粉带入的CaO量：GCaO煤=G煤×CaO%煤=190×0.6%=1.14kg。 GCaO=GCaO矿+GCaO焦+GCaO煤=111.23+1.91+1.14=114.28kg。 （4）原料、燃料带有的SiO2量GSiO2

铁矿石带入的SiO2量:GSiO2矿=G矿×SiO2%矿=1605.11×5.66%=90.85kg。 焦炭带入的SiO2量：GSiO2焦=G焦×SiO2%焦=367.18×7.61%=27.94kg。 煤粉带入的SiO2量：GSiO2煤=G煤×SiO2%煤=190×11.48%=21.85kg。 硅还原消耗的SiO2量：GSiO2还=1000×Si%生铁×60/28=10.71kg。 GSiO2=GSiO2矿+GSiO2焦+GSiO2煤-GSiO2还=129.93kg。

熔剂需要量为：G熔=（R×GSiO2-GCaO）/CaO有效=106.76kg。

每吨生铁带入的有关物质的量见表1-6 SiO2 CaO Al2O3 原燃料 数量Kg % kg % kg % kg 混合矿 焦炭 石灰石 煤粉 Σ 续上 原燃料 混合矿 焦炭 石灰石 煤粉 Σ 1605.11 367.18 106.76 190 5.66 7.61 1.38 11.48 90.85 27.94 1.47 21.81 142.07 6.93 0.52 40.44 0.6 111.23 1.91 43.17 1.14 157.45 MnO 1.32 4.56 0.34 7.42 S % 0.035 0.77 0.003 0.66 21.18 16.74 0.36 14.09 52.37 数量Kg 1605.11 367.18 106.76 190 MgO % 1.70 0.14 12.15 0.3 kg 27.28 0.51 12.97 0.57 41.33 % 0.078 0.078 kg 1.25 0.083 1.333 kg 0.56 2.83 0.003 1.25 4.643 11.2.4炉渣成分计算

（1）炉渣中CaO量 GCaO渣 GCaO渣=157.45kg。

（2）炉渣中SiO2量 GSiO2渣 GSiO2渣=142.07-10.71=131.36kg。 （3）炉渣中Al2O3量GAl2O3渣 GAl2O3渣 =52.37kg. （4）炉渣中MgO量GMgO渣 GMgO渣 =41.33kg.

（5）炉渣中MnO量GMnO渣 GMnO渣=1.333×50%=0.667kg. （6）炉渣中FeO量GFeO渣 进入渣中的Fe量 Fe渣=2.851kg，以FeO形式存在，故而GFeO渣=2.851×72/56=3.665kg. (7)炉渣中S量GS渣

GS=4.643kg,进入生铁的硫量：GS生铁=1000×0.04%=0.4kg. 进入煤气中的硫量：GS煤气=GS×5%=0.232kg. 故GS渣=GS-GS生铁-GS煤气=4.011kg.

炉渣成分见表1-7

组元 kg CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S/2 Σ CaO/SiO2 157.4131.3390.8552.37 41.33 0.667 3.665 4.011 5 6 3 % 40.28 33.61 13.39 10.57 0.17 0.93 1.03 100.00 1.20 表1-8 CaO SiO2 Al2O3 MgO Σ 40.28 33.61 13.39 10.57 97.85 41.16 34.34 13.99 10.81 100.00 11.2.5校核生铁成分

（1）生铁含磷量：GP矿=G矿×P%矿=1605.11×0.033%=0.529kg. 石灰中含磷量：GP熔=G熔×P%熔=106.76×0.001%=0.001kg.

故[P]=（0.529+0.001）/1000=0.053% （2）生铁含锰量：

[Mn]=1.333×50%×55/71/1000=0.052% （3）生铁含碳量：

[C]=（100-94.76-0.04-0.052-0.053-0.5）%=4.59% 校核后的生铁成分表1-9 Fe Si Mn S C P 94.76 0.5 0.052 0.053 0.04 4.59 11.3物料平衡计算 11.31风量的计算

（1)风口前燃烧的碳GC燃

1、燃料带入的总碳量：GC总=G焦C%焦+G煤C%煤=367.18×84.74%+190×67.84%=440.04kg

2、溶于生铁中的碳量：GC生铁=1000×[C]%=45.9kg. 3、生成甲烷的碳量： GC甲烷=1.2%×GC总=5.28kg. 直接还原消耗的碳量：GC直

锰还原消耗的碳量：GC锰=1000×[Mn]%×12/55=0.11kg. 硅还原消耗的碳量：GC硅=1000×[Si]%×24/28=4.28kg. 磷还原消耗的碳量：GC磷=1000×[P]%×60/62=0.51kg. 磷还原消耗的碳量：GC铁

V’风为设定的每吨生铁耗风量，取1100m3；rd一般为0.4—0.5，本计算取0.46；

?H2氢在高炉内的利用率，取0.35； r’d=0.46-0.1125=0.3475；ɑ为被利用氢量中，参加还原FeO的百分量，本计算取0.9。

GC铁=1000×94.76%×12/56×0.3475=70.562kg. 故GC直=GC总-GC生铁-GC甲烷-GC直=313.398kg. （2）计算鼓风量V风

①、鼓风中氧的浓度：N=21%（1-?）+0.5?=21.46% ②、GC燃需要氧的体积：VO2=GC燃×22.4/24=292.51m3.

③、煤粉带入氧的体积：VO2煤=G煤（O%煤+H2O%煤×16/18）×22.4/32=6.214m3.

④、需鼓风供给氧气的体积：VO2风=VO2-VO2煤=286.296m3. 故V风=VO2风/N=286.296/21.46%=1334.09m3.

11.3.2炉顶煤气成分及数量的计算 （1）甲烷的体积VCH4

①由燃料碳素生成的甲烷量 VCH4碳=GC甲烷×22.4/12=9.856m3. ②由焦炭挥发分生成的甲烷量

VCH4焦=G焦CH4%焦×22.4/16=0.822m3. 故VCH4=9.856+0.822=10.678m3. （2）氢的体积VH2

①鼓风中水分分解产生的氢量 VH2分=V风×?=21.57m3. ②焦炭挥发产生的氢量

VH2焦=G焦（H2%焦挥发+H2%焦有机)×22.4/2=13.04m3. ③煤粉分解产生的氢量

VH2煤=G煤（H%煤+H2O%煤×2/18)×22.4/2=105.07m3. ④炉缸煤气中产生的氢量

VH2总=VH2分+VH2焦+VH2煤=139.68m3 ⑤生成甲烷消耗的氢量 VH2烷=2VCH4=21.356m3 ⑥间接还原消耗的氢量

VH2间=VH2总×?H2=139.68×0.35=48.88m3.

故VH2=VH2总-VH2烷-VH2间=69.44m3. （3）二氧化碳的体积

①由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2 VCO2还

由矿石带入的Fe2O3的质量为：GFe2O3=G矿×Fe2O3%矿=1605.11×75.06%=1204.79kg.

参加还原Fe2O3为FeO的H2量为：GH2还=VH2总×hH2（1-α）×2/22.4=0.44kg. 由H2还原Fe2O3的质量为：G’Fe2O3=GH2还×160/2=34.92kg. 由CO还原Fe2O3的质量为：G’’Fe2O3=GFe2O3-G’Fe2O3=1204.79-34.92=1169.87kg. 故V’CO2还=G’’Fe2O3×22.4/160=163.78m3. ②由CO还原FeO生成的CO2 V’’CO2还=204.68m3.

③石灰石分解产生的CO2 VCO2分=G熔×CO2%熔×22.4/44=23.06m3. ④焦炭挥发分中CO2 的量 VCO2挥=G焦×CO2%焦×22.4/44=0.048m3. 故 VCO2=V’CO2还+V’’CO2还+VCO2分+VCO2挥=391.56m3. （4）一氧化碳的体积 VCO

①风口前碳素燃烧生成的CO量 VCO燃=GC燃×22.4/12=585.01m3. ②直接还原生成的CO量 VCO直=GC直×22.4/12=140.86m3. ③焦炭挥发分中CO量 VCO挥=G焦×CO%挥×22.4/28=0.44m3. ④间接还原消耗的CO量 VCO间=V’CO2还+V’’CO2还=368.46m3. 故 VCO= VCO燃+VCO直+VCO挥-VCO间=357.85m3. （5）氮气的体积 VN2