一、已知某设计高炉的冶炼条件如下1、原料成分：高炉采用生矿和烧结矿两种矿石进行冶炼，其中矿石、和石灰石的成分经过整理和计算，如表1所示且混合矿是按照烧结矿和生矿比为9：1进行。

表1原料成分表%2、高炉使用的焦炭及喷吹的煤粉成分表如表2和表3所示：表3 喷吹无烟煤成分%3、根据炼钢对生铁的要求，规定生铁成分[Si]=0.7%,[S]=0.03%4、设计焦比为：K=干焦消耗量/合格生铁量=480kg 煤比：M=煤粉耗用量/合格生铁量=70kg5、设计炉渣碱度R=CaO/SiO2=1.106、元素在生铁，炉渣以及煤气中的分配比，如表4所示表4 元素分配率 %7、按照工艺设计规定，我们选取铁的直接还原度γd=0.45，氢利用率为ηH2=35%8、鼓风湿度测定为大约12.8g/m³9、热风温度大约为1100℃10、高炉采用冷烧结矿，炉顶温度为200℃二、配料计算根据上述已知条件，可以对高炉进行配料计算1、吨铁使用矿石量计算如下：燃料带入的铁量Fe.f：Fe.f=480×(0.0043×56/72)＋70×0.0121×56/72＝2.26 kg由公式A=[1000×﹙95.7－0.73[Si]－[S]﹚－99.7Fe.f]/﹙0.997TFe＋0.68P矿＋0.515Mn矿﹚可得吨铁矿石用量A＝[1000×﹙95.7－0.7×0.73－0.03﹚－99.7×2.26]／﹙52.37＋0.68×0.044＋0.515×0.1﹚＝1812.832、进行生铁成分的计算：[Fe]＝（1812.83×0.5327＋2.26）×0.997／10＝96.51 (%)[Mn]＝1812.83×0.001×0.5／10＝0.09 ﹙％﹚[P]＝﹙1812.83×0.00044＋480×0.0001×62／142﹚／10＝0.082 ﹙％﹚[C]＝100－96.51－0.09－0.082－0.03－0.7＝2.59 ﹙％﹚通过上述计算可以得到生铁成分表如下表5所示：表5 生铁成分表%3、石灰石用量矿石和燃料带入CaO的量G CaOG CaO ＝1812.83×0.1074＋480×0.0051＋70×0.0020＝197.29kg矿石和燃料带入的SiO2的量G SiO2（必须扣除还原消耗的硅）G SiO2＝1812.83×0.1027＋480×0.0732＋70×0.0939－10×0.7×60／28＝200.54kg石灰石有效容剂性G SiO2有效＝54.11－1.10×0.73＝53.31 ﹙％﹚石灰石用量ФФ＝﹙200.45×1.10－197.29﹚／0.5531＝41.95 kg4、渣量及炉渣成分的计算由炉料带入的各种炉渣组分量∑CaO＝197.29＋41.95×0.5411＝219.99 kg∑SiO2＝200.54＋41.95×0.073＝200.85kg∑MgO＝1812.83×0.0341＋480×0.0012﹢70×0.0016＋41.95×0.0116＝62.99 kg∑Al2O3＝1812.83×0.0113＋480×0.0542＋70×0.0582＋41.95×0.0013＝50.63 kg炉渣中MnO的量＝1812.83×0.001×0.5×71／55＝1.17 kg炉渣中FeO的量＝965.1×0.003／0.997×72／56＝3.73 kg一吨生铁炉料带入的硫量∑S＝1812.83×0.00041＋480×0.0079＋70×0.0036＋41.95×0.00029＝4.80kg进入生铁中的硫量＝10×0.03＝0.3kg进入煤气中的硫量＝4.80×0.05＝0.24kg进入渣中的硫量＝4.80－0.3－0.24＝4.26kg于是得到如表6所示的炉渣组分表表6 炉渣组分表对炉渣进行性能校核：炉渣的实际的碱度为R=219.99/200.85=1.095≈1.10(实际碱度与规定碱度相符）炉渣脱硫的硫的分配系数Ls=2×0.30／0.03＝20通过查阅炉渣相图可以得到炉渣的融化温度大约为1350℃由于炉渣在1500℃时，其粘度为2.5泊；当炉渣温度为1400℃时，炉渣粘度为4.0泊，故由炉渣的成分及性能校核，该种炉渣完全符合高炉冶炼的要求。

三物料平衡计算对于直接还原度γd及氢气利用率已知的炼铁工艺设计计算。

这里我们假定入炉碳量的1%与氢气反应生成CH4。

按照鼓风湿度转换公式，对于本设计的鼓风湿度为：ψ＝0.00124×12.8＝0.0159 （即1.59%）1、鼓风量的计算吨铁的各项耗碳量是：燃料带入的可燃碳量C fC f＝480×0.8536＋70×0.7530＝462.44 kg生成CH4的耗碳量C CH4＝C f×0.01＝4.62 kg生铁渗碳C C ＝10×2.59＝25.9 kg氧化碳含量Co＝462.44－25.9－4.62＝431.92 kg由于其他因素造成的直接还原的耗碳量C da＝10×﹙0.7×24／28＋0.09×12／55＋0.082×60／62﹚＋41.95×0.4379×0.5×12／44 ＋4.26×12／32＝11.09 kg铁的直接还原碳量C dFe＝965.1×0.45×12／56＝93.06于是可以进一步得到风口前燃烧碳量C b＝431.92－11.09－93.06＝327.77 kg风口碳量在燃料带入碳量中所占的比例Cb／Cf＝327.77／462.44＝70.88 ﹙％﹚鼓风中的含氧量O2b＝0.21＋0.29×0.0155＝0.2145因此可以得出每吨生铁的鼓风量VbVb＝﹛327.77／24－70×﹙0.0316＋0.008×16／18﹚／32﹜×22.4／0.2145＝1417.31 m³鼓风密度ρb＝1.288－0.484×0.0155＝1.290 kg/m³冶炼每吨生铁的鼓风质量Gb＝1417.31×1.290＝1828.32 kg2、煤气的组分计算和发生量计算①CH4量计算V CH4＝480×0.0025×22.4／16＋4.62×22.4／12＝10.30m³②H2量计算鼓风湿分分解的氢＝1417.31×0.0155＝21.97 m³由燃料带入的氢量＝﹛480×﹙0.0036＋0.00037﹚＋70×﹙0.0326＋0.008×2／18﹚﹜×22.4／2＝47.60m³在生成CH4的过程中消耗氢的量＝4.62×2×22.4／12＝17.25m³入炉的总氢量∑H2＝21.97＋47.60＝69.57m³由于氢气的利用率为35%，于是可以得到还原氢量H2.r＝69.57×0.35＝24.35m³进入到煤气中的氢量V H2＝69.57－24.35－17.25＝27.97m³高炉中氢的还原度（假定还原氢都要参与浮士土的还原过程）γi（H2)＝﹙27.97×56﹚／﹙22.4×965.1﹚＝0.072③CO2量计算矿石带入的CO2＝1812.83×0.0021×22.4／44＝1.94m³溶解分解出来的CO2（选取石灰石的高温分解率为0.5）＝41.95×0.4379×0.5×22.4／44＝4.68 m³焦炭带入的二氧化碳＝480×0.0019×22.4／44＝0.46m³于是可以得到炉料共带入∑CO2＝1.94＋4.68＋0.46＝7.08m³高级氧化铁还原过程中生成CO2＝1812.83×0.5601×22.4／160＝142.15m³矿石中的二氧化锰还原成氧化锰过程中生成CO2＝1812.83×0.0003×22.4／87＝0.14m³由氧化亚铁还原成单质铁的过程中生成CO2＝965.1×﹙1－γi（H2)－γd﹚×22.4／56＝965.1×﹙1－0.087－0.45﹚×22.4／56＝178.74m³于是可以得到在还原过程中生成的二氧化碳总量∑CO2＝142.15＋0.14＋178.74＝321.03m³煤气中VCO2＝321.03＋7.08＝328.11m³④CO量计算风口前燃烧碳的过程中生成的CO＝327.77×22.4／12＝611.84 m³铁直接还原过程中生成CO＝93.06×22.4／12＝173.71m³其他直接还原过程中生成的CO＝11.09×22.4／12＝20.70m³于是得到在高炉冶炼过程中生成∑CO＝611.84＋173.71＋30.70＝806.25m³焦炭挥发分带入的CO＝480×0.0021×22.4／28＝0.81m³高温区CO转化生成的CO＝41.95×0.4379×0.5×22.4／44＝4.68m³于是可以得到进入煤气的VCO＝806.25＋0.81＋4.68－321.03＝490.71m³⑤N2量计算鼓风过程中带入的N2＝1417.31×0.79×﹙1－0.0155﹚＝1102.32m³焦炭和煤粉带入的N2＝﹛480×﹙0.0027﹢0.00118﹚＋70×0.0034﹜×22.4／28＝1.68m³煤气中N2的总量V N2＝1102.32＋1.68＝1104.97 m³根据上述计算可以得到如表7所示的煤气组成表表7 煤气组成表由以上计算可以得出煤气与鼓风体积比Vg ／Vb ＝1962.06／1417.31＝1.384煤气密度ρg ＝﹙0.1672×44＋0.25×28＋0.5631×28＋0.0052×16＋2×0.0143﹚／22.4 ＝1.35吨铁产生煤气的质量Gg ＝1962.06×1.35＝2648.39kg 3、煤气中的水量计算还原过程生成的水H2O ＝31.82×18／22.4＝25.57kg 矿石带入的结晶水量＝1812.83×0.009＝16.32kg焦炭带入的游离水＝480／﹙1－0.0417﹚×0.0417＝20.89kg 进入煤气中的H2O 量＝25.57＋16.32＋20.89＝62.78kg 4、出于对炉料机械损失的考虑，炉料实际入炉量计算： 矿石量＝1812.83×1.03＝1867.21kg焦炭量＝480／﹙1－0.0417﹚×1.02＝510.90kg 石灰石量＝41.95×1.01＝42.37kg 因此，由于机械损失量(即炉尘量）﹙1866.21－1812.83﹚＋﹙510.90－500.89﹚＋﹙42.37－41.95﹚＝63.81kg 5、按照上述理论计算，得出表8所示的物料平衡表表8 物料平衡物料平衡误差：绝对误差：4318.80－4316.47＝2.33kg相对误差：2.33／4318.80＝0.054 ﹙%﹚＜0.3%所以计算结果符合要求。