炼铁工艺计算
包括：配料计算、物料平衡计算、热平衡计算
一、配料计算
目的：在于根据一直条件来决定矿石、燃料和熔剂之间的恰当比例。以获得所需要的性质的炉渣和合乎规格的生铁。
1、计算前应确定和收集数据：
① 冶炼铁种-应根据原料条件、国家任务和企业的炼钢方法来确定。
② 原料全分析（原始数据）
生产中原料成分分析经常不完全或元素分析化合物不相符合，即各项分析之和不等于100%，为消除误差，应该根据化学和矿物存在形态加以换算、调节、最终折算成100%.烧结矿：
P-在烧结矿中以P2O5形态存在，应将分析P元素换算成P2O5的百分含量
P2O5（%）=
31*216*5×P（%）=2.29×P（%）
31*
2其中P——表示元素的百分含量；% 矿物中S以FeS存在
S：烧结矿中FeS存在，FeS中的 Fe包括在FeO中，故：
88=2.75×S（%） 3256
Fe中的FeS=FeS×=0.636×Fe（%）
88 ⑴
FeS（%）=S%×⑵按S/2计算，即在FeO中氧含量全记入，氧为S含量的一半。
Mn烧结矿中以MnO（块矿MnO2或MnCO3） 焦碳：焦碳工业分析指干焦的工业分析
固定碳、挥发份、灰份、有机物
湿焦量=干焦量×（100+H2O）/100 ③
矿石选配
当使用多种矿石冶炼时，应根据矿石供应量、炉渣成份及渣量等要求来选定适当配比
选配矿石时应检验矿石中P、Mn等是否满足要求 ④ 各元素在生铁、炉渣和煤气之间的分配比例 常见各元素分配比率
Fe
Mn
P
S
V
Ti 生铁（η）0.998
0.50
1.0
0.8
1.0
炉渣（μ）0.002 0.50
/
0.2
0.9
煤气（λ）
/
/
0.05-0.15
⑤
生铁成份
SI：按铁种要求，应尽量选用低限，以便降低燃料消耗 MN：对炼钢生铁矿石带入的含量为准，对冶炼铸造铁，铁合金等，含MN应满足要求
S：根据冶炼条件和生铁规格而定 P从配料着手，控制含P量在规定之内 C：其决定于炉温和生铁其他成分 计算公式：
[C]=1.30+2.57+103t+0.04[Mn]+0.17[Ti]+0.13[V]0.1.[Si]-0.54[S] ⑥
燃料消耗：
应根据冶炼铁种、原料条件（品位、硫负荷、焦碳灰份）风温水平操作水平及设备装备水平、生产经验等
力争采用高风温、大喷吹富氧等降低焦比 ⑦
炉渣碱度
应根据原料成分、冶炼铁种（含硫量）及生产经验来确定CaO2/SiO2=1.0~1.2
CaO2+MgO/ SiO2=1.2~1.4 炉渣碱度：主要以脱硫能力、流动性来考虑
2、计算：
一般以冶炼一吨铁为计算基础
根据生铁成分、高炉碱度成分和Fe、Ca的平衡，分别求出矿石及熔剂的需要量
并根据原料的化学成分、各元素在炉渣、生铁和煤气中的百分率，求出炉渣和生铁的最终成分 ⑴确定矿石配比
⑵计算渣量和组成S、Fe、MgO、CaO、SiO
2、Al2O3并进行碱度校验和生铁成分校核
二、物料平衡
物料平衡计算是为分析冶炼过程进行定向定量的缝隙和深入的研究配料计算是基础，包括风量煤气量计算和编制物料平衡表 具备条件：①原料分析
②原料用量
③生铁和炉渣成分
④鼓风湿度和氧含量
1、风量计算（以吨铁为计算基础）： ①、按C平衡计算风口前燃烧的碳量
被鼓风中和炉料中氧所氧化的碳量：
C氧化=C焦+C煤-C铁-CCH4-C尘
C焦、C煤——焦碳、煤粉带入C量（Kg/t） C铁——生铁中碳量。（Kg/t）
C尘——带走C量。（Kg/t-Pig） CCH4——生成CH4的C 量。
被炉料中氧所氧化的碳量（即Si、Mn、P、Fe等直接还原消耗C量）
C直=24/28Si+12/55Mn+60/62P+12/56Fe×rd rd——铁的直接还原度（与冶炼条件有关）。
Si、Mn、P、Fe——分别表示冶炼一吨铁还原进入生铁的Si、
Mn、P、Fe的量，Kg/t-Pig 风口前燃烧C量（C燃）。 C燃=C氧化—C直
Kg/t-Pig ②、按风口前燃烧C量计算每吨生铁鼓风量：
燃烧C燃公斤C素的耗氧量=C燃×
22.4（Nm3） 24每米3鼓风中氧浓度=0.21×（1-θ）+0.5θ
θ——鼓风湿度，% 每吨生铁鼓风量：
22.424V风=
0.21*(1)0.5C*=C，（Nm3）
0.2250.311
2、炉顶煤气成份及其数量计算： ①、CH4：
VCH4=CCH4×②、H2：
VH2=（V风×ψ+H2焦+H2煤）*（1-η
H2）-2VCH4
22.4，Nm3 12H2焦、H2煤——焦、煤中氧含量（折合成m3）
ηH2——H2利用率。
③、CO2：
a、Fe2O3还原成FeO产生CO2量；
[矿石消耗量×Fe2O3（%）-Fe2O3（H2）]×
Fe2O3（H2）——被H2还原的Fe2O3量
b、FeO还原成Fe生成CO2量：
（Fe生-Fe料）×（1-rd-rH2）×c、熔剂分解出CO2：
22.
4 Nm3 5622.4 Nm3 160
设在高温区分解的熔剂量为50%，则熔剂分解产生的CO2总量：
熔剂量×CO2熔×
22.444×0.5 CO2熔———熔剂中CO2重量百分数
d、焦碳挥发份中CO2量；
（干焦比）×G焦×CO2焦×
22.44
4 Nm3
G焦——挥发份的重量百分数；
CO2焦——挥发份中CO2的百分数（重量）。e、矿石中碳酸盐分解产生CO2：
矿石量×CO2×
22.
4 Nm3 44煤气中CO2总量为上面五项总和。
a) CO：
鼓风和炉料氧化的CO量（CO氧化）：
CO氧化=C氧化×
22.41
2 Nm3
来自焦炭、煤粉挥发份中CO量（CO挥），
CO挥=（焦比×G焦×CO焦+煤比×G煤×CO煤）×22.4+煤比×G22.4煤%×CO2煤×4
4Nm3 28
G焦、G煤——○○焦碳、煤粉挥发份的百分数；
CO焦、CO煤——挥发份中CO的百分总量；
CO2——煤粉挥发份中的CO的百分含量；
间接还原消耗CO的量（CO间）
CO间=CO2间
炉顶煤气中 CO量（CO炉顶）=CO氧化+CO挥—CO间 b) N2：
鼓风带入：
风量×（1-θ）×0.79
Nm3 燃料带入：（焦比×N2焦+煤比×N2煤）*
总氮量为上面的二项之和。 根据以上计算结果，编制煤气成分表。
4、物料平衡表编制：
①：鼓风重量计算：
1m3鼓风重量：
q风=
0.21*(1)*320.79*(1)*28*18
（Kg/m3）
22.422.4 28（式中θ为鼓风湿度）
吨铁鼓风总量:
G风=q风×V风
Kg/t-Pig ② 煤气重量：
1m3煤气重量；
q煤气=
44CO228CO28N22H216CH
4（Kg/m3）
22.4煤气总重:
G煤气=q煤气×V煤气 ③ 煤气中水分：
H2O煤气=焦比×W焦+H2还×18/2 W焦——焦碳含水量； H2还——参与还原的H2量
三、
热平衡计算 目的：在于确定冶炼过程收入和支出热量的分配，了解高炉内热能利用状况，以便找出进一步降低热消耗的途径
第一热平衡法——以盖斯定律为依据即以入炉物料的原始态和产物的终态来计算热量的转变。
第二热平衡法——按炉内的实际还原过程来计算热量的转
变。
下面以第一热平衡法来介绍计算方法
1、热收入：
2、碳的氧化：
C+O2→CO
+ 9781KJ/kg-C C+O2→CO
33356 KJ/kg-C b、热风物理热：
可以根据风量、风温、湿度和温度来计算 Q风=（CV×Cp空气+VH2O×CpH2O）×t风
KJ 干风12V干风——吨铁鼓入干风量
Nm3/T-pig VH2O——相应水分量
Nm3/T-pig Cp空气——干风的平均热容
KJ/m3.℃
t风——热风温度
℃
CpHO——水气的平均热容
KJ/m3.℃
2简化计算：
Q风=q干风×V干风+q汽.V汽
q干风、q汽——分别为干空气及水在给定热风温度下的热量
（KJ/m3）可以在有关手册上查得
V干风、V汽——吨铁干风量和水气量
Nm3 c、氢氧化和CH4生成热
氢氧化热：QH2=3211×H2O还原Kal=13422×H2O还原（KJ）
H2+O2=H2O+13422KJ/㎏-H2O
C+2H2=CH4+4698KJ/kg-CH4 QCH4=4698×CH4（KJ）
d、成渣热（Q渣）：——大量使用熟料后，这部分比例很少
Q渣=270×4.18CaO=1128.6×CaO （KJ）
CaO——熔剂带入的CaO和MgO量之和 ，kg e、炉料物理热：——使用冷矿后，这部分占很少，亦可略去不计
3、热支出：
a、氧化物分解：
计算时应先确定各种氧化物在不同炉料中存在的形态
烧结矿：
FeO以25%呈2FeO.SiO2形态存在，其余以
Fe3O4存在。
天然矿：
FeO以Fe3O4形态存在。 P以3CaO.P2O5形态存在。
b、脱硫吸热：在大量使用熟料时，可大致认为S以FeS存在
Fe+CaO=CaS+Fe+O
2 -8339KJ/kg-S c、碳酸盐分解：（可根据熔剂量及天然矿用量计算各种碳酸盐数量）
CaCO3→CaO+CO
2-4038KJ/kg-CO2
1212
MgCO3→MgO+CO2
-2483 KJ/kg-CO2 d、水分解热：
鼓风中水分，喷吹物中水分在高温（风口）下全部分解
H2O→H2+O
2 -13422 KJ/kg-H2O e、炉料游离水蒸发（Q水）
主要焦碳带入水分：
Q水=（418+2257）×H2O游
KJ 418——水由0℃升到100℃吸收的热量为418KJ
2257——100℃水蒸发成水气吸收热量2257KJ f、铁水和炉渣带走热量：
Q铁水=1000×q铁水
KJ q铁水——在铁水温度下的热含量
KJ/kg （查有关手册） Q炉渣=W渣×q渣
KJ q渣——指定炉渣湿度下的热容量
KJ/kg W渣——吨铁炉渣量
Kg/T-pig g、喷吹分解热
喷吹煤粉，共分解热可以取为1045KJ/kg。
f、炉顶煤气带走热量
炉顶煤气 带走热量为干煤气、水分和炉尘带走热量之和 干煤气带走热量：由煤气温度和煤气量计算出干煤气带走量。 煤气中水蒸气包括炉料水分蒸发和氢氧化生成二部分 QH2O=H2O×Ct气×t煤气
12H2O——炉顶煤气中水蒸气体积
Nm3 Ct气——水蒸气容量
KJ/Nm℃
3t煤气——炉顶煤气温度
炉尘带走热——炉尘热当量0.17~0.18kg/Nm3℃，可略去 i、热损失（冷却水带走热和高炉炉壳散热之和）
热损失=热收入-上面几项热支出之和
三、热平衡表编制
