高炉配料计算发表评论(0)编辑词条

高炉配料计算(burdening    calculation   of   blast    furnace)
在给定的原燃料条件和冶炼参数下，确定高炉炼铁过程中冶炼单位生铁的焦炭、矿石、熔剂消耗和配比的计算。通过计算还可确定消耗的鼓风量和产出的炉渣数量和成分以及煤气数量和成分。该计算结果是高炉设计和生产操作的重要依据。根据用途分为正常配料计算、开炉配料计算和日常变料计算3种。正常配料计算求得之数据及其用途是：(1)单位生铁原燃料消耗量，为装料设备、料运系统和相邻车间生产能力的设计和设备选型提供依据；(2)风量，为风机选择和送风系统(包括热风炉和送风管道、阀门等)设计提供依据；(3)冶炼所得生铁和炉渣成分和数量，为渣铁处理系统设计提供依据，并检验所得炉渣的性能是否满足冶炼要求；(4)产生的煤气量和成分，为煤气除尘系统和全厂煤气平衡等设计提供依据；(5)矿石、焦炭和熔剂等消耗量，为高炉投产后正常操作时它们在料批中的配比提供依据。开炉配料计算则用于高炉开炉前的装炉。因为开炉时炉衬凉，炉子下部又无渣铁，所以开炉料的焦比要比正常料高。>1000m3的高炉为2.0～3.5t焦／t生铁；500～1000m3高炉为2.5～4.0t焦／t生铁；≤350m3高炉为3.0～6.0t焦／t生铁。一般是以正常配料为基础，用加净焦和空焦的方法来加大焦比；炉缸内装净焦，炉腹以上装空焦(带有焦炭造渣需要的熔剂量，但是没有含铁炉料)，炉腰以上开始减少空焦数量，并与空焦间隔地装入部分正常料，往上逐渐加大正常料比例，一直到炉身上部过渡到全部装正常料(见高炉开炉)。变料计算是在高炉生产过程中由于炉料发生变化、铁种变化以及其他冶炼参数改变而对某一种或几种炉料局部性变动的计算(见高炉操作)。
高炉配料计算方法有联合计算和简易计算两大类。
联合计算法      是前苏联拉姆(A．H．PaMM)教授于20世纪30年代中期创造的，在后来的30余年中随着高炉冶炼的技术进步，进行过多次改进。此法将冶炼单位生铁的焦炭、矿石、熔剂等的消耗量均作为未知数，用联解铁及少量元素锰等的平衡方程式、造渣氧化物平衡方程式和热平衡方程式计算出来。这些平衡方程式的一般形式有：根据出铁量的铁平衡方程式：
 
或简写为
根据炉渣碱度的造渣氧化物平衡方程式：

根据生铁中某元素含量的平衡方程式：

根据炉渣中某种氧化物含量的平衡方程式：

根据热量等值的热平衡方程式：

上列诸平衡方程式中e为各种炉料的理论出铁量，kg／kg(即1kg某种炉料理论上产出的生铁量)；为自由碱性氧化物，在要求的炉渣碱度下，该炉料中多余或不足的碱性氧化物，kg／kg；为生铁中该元素达到规定含量时，它在各种炉料中的多余或不定量，k／kg；一般是，等；为炉渣中要求该氧化物达到规定含量时，它在所用的各种炉料中的多余或不足量，kg／kg；一般指的是，等；为热量等值或热当量，表示1kg炉料在高炉内经受全部物理和化学变化所需要的“折算”热量消耗，kJ／kg；对于焦炭和喷吹燃料来说，它们的折算热量消耗少于燃烧时给出的热量，所以表示它们在高炉内的折算给热量。
物料特性计算   各平衡方程式中的上述物料特性()和热量等值()可以根据物料的化学成分和已知的或选定的冶炼参数计算。
(1)理论出铁量
 
式中Fe、Mn、P、V为相应元素在该物料中的含量，如果含量很少，为简化计算也可以忽略不计，例如Mn、P、V等，为相应元素的回收率，一般，为相应元素在生铁中的规定含量。
(2)理论出渣量，式中SiO2、Al2O3．．．等为相应氧化物和元素在该炉料中的含量，kg／kg；μMn、μFe为相应元素进入炉渣的数额产μMn=0.2左右，胁μFe=0.003～0.005；φ为硫的挥发率0.1～0.15；系数；0．5是考虑CaO形成CaS时进入煤气中的氧量等于硫质量的一半。
(3)自由碱性氧化物。随着配料计算中炉渣碱度表示方法的不同，的计算方法也有差异。根据规定的：二元碱度；三元碱度，；渣中(CaO)+(MgO)含量，。
(4)相应元素的多余或不足量。。
(5)相应氧化物的多余或不足量。。。
热量等值计算      是由高炉冶炼过程第一种热平衡的一般方程式推导出来的：
 
式中qC为碳在风口前燃烧放出的有效热量， 为间接还原过程中CO氧化为CO2放出的有效热量，；qCi为直接还原过程中C氧化为CO放出的有效热量，为H2还原氧化铁时氧化成H2O还放出的有效热量为溶入铁水的碳所具有的热值33410kJ／kgC；C、Ci、Cd、C。分别为炉料含有的固定碳量，间接还原和直接还原消耗碳量和生铁渗碳消耗的碳量，kg／kg料，H2i为间接还原消耗H2量，m3／kg料；z为热损失，全部热损失折合为1kg碳的分数，此值一般为0.10～0.15；Q0为冶炼单位生铁的有效热消耗，它由氧化物分解、脱硫、碳酸盐分解、炉渣和铁水的焓等组成，kJ／kg料；v风、v煤、为风口前燃烧lkg碳消耗的风量和产生的煤气量，m3／kgC；C、CCO、CCO2   CH2、CH2O分别为风、CO、CO2、H2和H2O的比热容，kJ／m3℃；t风、t气分别为热风和炉顶煤气温度，℃。在计算出各种炉料的，解联立方程式就可得出焦炭、矿石和熔剂等的消耗量。
联合计算法科学严格，但计算繁琐，早期拉姆教授为此设计了专门的计算表格，近年来随着计算机技术的发展，已将此法编制成联合计算法软件，可在计算机上很快完成计算，解决了繁琐之苦。
渣量和炉渣成分计算炉渣由炉料中各种还原剩余的和未还原的氧化物以及少量的硫化物组成，在特殊矿冶炼时还含有CaF2等。还可以用μ=∑nμn验算。式中”为生产1t生铁各种炉料的单耗，kg／t；CaOn，MgOn，Al2O3等为各炉料中CaO、MgO、Al2O3…等的含量；S料为炉料带入高炉的总硫量，kg／t；ψ为硫的挥发分数；[S]为进入生铁的硫量；i0为将“吨”换算为“公斤”并以百分数表示的换算系数；“。为各种炉料的理论出渣量。计算出渣量和炉渣成分后，选用检验炉渣脱硫能力的方法(见高炉脱硫)对所得炉渣进行验算，看它能否满足脱硫要求。
生铁成分核算   按冶炼工艺参数选定的元素分配率核算[Fe]、[-Mn]、[P]、[V]等，然后加上原先选定的[Si]、[S]和[C]总和应为1000kg。
风量计算按碳平衡求出风口前燃烧的碳量C风，然后再算出风口前燃烧1kg碳所需要的风量V风。两者的乘积就是冶炼单位生铁消耗的风量V风=C风v风 ，m3/t。

式中K为焦比；m为喷煤量；C固，Cm为焦炭和煤粉中固定碳含量；C dSi，Mn，P，S为少量元素还原和脱硫消耗的碳量；CdFe为铁直接还原}肖耗的碳量；CdCO2为石灰石分解出来的CO2进行溶损反应消耗的碳量；10[C]为渗碳消耗的碳量；w为风中含氧量，不富氧时为鼓风湿度。
炉顶煤气量及成分计算     按风口前碳燃烧形成的煤气数量和成分加上上升过程中化学和分解反应形成的CO，CO2，H2O等数量计算的。计算是按各组分逐个进行的：

将各组分除以y煤，就可以得到煤气成分。应当说清楚的是高炉内不会形成CH4而喷入高炉的CH4。或燃烧形成CO和H2，或裂解成碳黑和H2，有些工厂的炉顶煤气中有CH4，纯属奥氏分析仪化验错误的结果。上述煤气量计算式中的K为焦比；m为喷煤量；为焦炭中含有的有机氢和有机氮(各约0.5%)以及含在焦炭挥发分中的和为煤粉中含的CO2、氢和氮；ф为石灰石消耗量；ψCO2为石灰石中CO2含量；ψCO为石灰石分解出的CO：参与碳素溶损反应的程度；Fe2O3为矿石中三氧化二铁含量为铁的直接还原度和H2还原氧化铁的间接还原度。
简易计算法根据现代高炉冶炼条件由复杂的解联立方程简化出来的计算方法。现代高炉生产使用的原料比较精而且品种少，含铁料用自熔性烧结矿或高碱度烧结矿配酸性球团矿，故可根据优化的炉料结构预先算出混合矿的单一成分；熔剂一般不加入高炉配料或加入极少量作为生产中调剂碱度的手段；喷吹燃料量则是预先规定的。在这种情况下常常根据同类高炉和类似炉料的生产经验选定“合理”的焦比，配料计算则可简化为以铁平衡方程式计算含铁料消耗量，再用炉渣碱度平衡校核是否需要补加石灰石调剂：

由于焦炭和石灰石含Fe很少可忽略不计，这时矿石消耗量

核对是否要加石灰石。在矿石和熔剂消耗量确定后就可按联合计算法中渣量、风量、煤气量计算相同的方法算出渣量和炉渣成分，风量，炉顶煤气量及成分。在使用简易计算法时，完成以上计算后还需要编制物料平衡表和热平衡表。从热平衡的收支状况，特别是支出项的最后一项热损失的值是否在合理的范围，来检查选定的焦比是否合理，如果偏大或偏小，就需要重选焦比，再次进行计算。