物料平衡计算是炼铁工艺计算中的重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。物料平衡计算包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算。物料衡算有助于对高炉过程进行全面定量的分析和深入研究，并为热平衡计算做准备。 1 、 物料平衡计算的准备
1.1进行物料衡算应具备以下资料：
1.2各种物料的全分析成分，各种物料的实际用量；
1.4鼓风含氧量及鼓风湿度等。
2 、 物料平衡计算内容与方法
2.1 鼓风量的计算
对于炼铁设计，作物料平衡计算时，应首先计算每吨生铁的鼓风量。每吨生铁的鼓风量用Vb（m3，一般均为标准立方米）表示，它是由风口前燃烧碳量与鼓风含氧量计算的。
（1）风口前燃烧碳量Cb的计算
由碳素平衡图（图2-4）可知
（kg/t，下同） （2-1）
式中 CO——氧化碳量，kg/t；
CdFe——铁的直接还原耗碳，kg/t。
要计算风口前燃烧碳量，则需先计算式中其他各项碳量，它们的计算是
1）氧化碳量计算
（2-2）
式中，为生铁渗碳量，由生铁成分计算；为生成CH4碳量，按燃料带入碳量的0.5% ~ 1.2%取值计算；在作炼铁设计时，选定的焦比K是参加炉内冶炼过程的实际数值，进入炉尘的碳量不包括在内。
2）合金元素还原耗碳的计算
式中 ，，，，——生铁中相应元素含量，%；
Φ ——每吨生铁的石灰石用量，kg；
——石灰石中CO2含量；
——石灰石在高温区分解率，通常取α = 0.5；
—— 每吨生铁的渣量，kg；
——渣中硫含量。
如果生铁中还含有其他直接还原的合金元素，那么应在式中加上所消耗的化学当量的碳。
3）铁直接还原耗碳的计算
=12××/56 （2-4）
式中，为冶炼每吨生铁的还原铁量，kg。如果高炉冶炼不加废铁， =10 [Fe]；如果加入废铁，则=10 [Fe] – Fe料，其中Fe料为废铁用量，kg/t。废铁已属金属铁，在高炉内不需还原。
由上面各式可以看出，风口前燃烧的碳量主要取决于燃料比和直接还原度，一般C b约占入炉碳量的70%~80%。
（2）鼓风量的计算
根据风口前碳素燃烧反应2C + O2 = 2CO，由燃烧碳量（）及鼓风的含氧量（），可以计算出1t生铁的鼓风量
（m3/t） （2-5）
式中，0.933为燃烧1kg碳素所需要的氧量（m3），在工艺计算中这是个常用的数据。鼓风含氧量可按下式计算：
=0.21+0.29×+(－0.21)×
式中 ——鼓风湿度，用体积小数表示；
——1 m3鼓风中兑入的富氧气体量，m3；
——富氧气体氧的纯度。
“(－0.21)×就是所谓的富氧率”。
当高炉喷吹燃料时，由于煤粉中常含有少量有机物氧素及水分，在风口区热分解，分解出的氧亦能燃烧碳素。因此，在精确计算时不能忽略这部分氧的影响，这时鼓风量应按下式计算
（2-6）
式中，为冶炼每吨生铁由煤粉带入的氧量（m3），它的计算是
（2-7）
式中，为煤粉中含氧量；为煤粉水分含量。
（3）鼓风质量的计算
过去多以物料重量进行物料衡算，列物料平衡表，这不符合现行规范，应予以改正。每吨生铁的鼓风质量应为
（kg） （2-8）
式中，为标准状况下的鼓风密度（kg/m3），它要由鼓风成分及其分子量去计算。
2.2 煤气量及煤气成分的计算
组成炉顶煤气的有CO2、CO、N2、H2、CH4五种组分，要计算冶炼每吨生铁的高炉煤气量，就需要明确这些组分的来源及其数量的计算。
（1）煤气级成数量的计算高炉
1）CH4
CH4的来源有二：一是焦炭挥发分中含有CH4，它和挥发分中其他成分一样，在高炉上部析出进入煤气（不要计入煤粉的CH4）；另一是由高炉中碳素同煤气中氢化合生成。这后部分CH4数量按生成CH4的碳量计算（现在也有认为没有碳素生成CH4的）。因此，每吨生铁煤气中CH4量的计算是：
（m3/t） （2-9）
式中 CH4——焦炭中CH4的含量。
2）H2
高炉中氢的来源有：
①燃料带入的，其中包括焦炭挥发分和有机物中的氢（可按焦炭氢元素分析计算）、喷吹燃料的氢和所含水分中的氢；
②高炉鼓风湿分带入的，它在风口前分解出氢；
③如果天然矿含有结晶水，结晶水在高炉中部（大于500℃区域）也要分解出氢。由于现在高炉熟料比较高，天然矿中结晶水含量又不多，计算时这部分氢量可不考虑。
高炉中氢的去向为：
①参加还原，约有30%~ 40%的氢量参加还原，这部分氢量称为“还原氢（）”。还原氢中的绝大部分（90% ~ 100%）在高炉高温区代替碳还原浮士体，其余的还原Fe3O4；
②与碳反应生成CH4；
③其余部分进入炉顶煤气。
炉顶煤气中H2量按下式计算
=－－（m3/t） （2-10）
或者
这里为入炉的总氢量（m3/t），其计算是
（2-11）
式中 ——焦炭中H2的含量；
，——煤粉中H2及H2O的含量；
——氢利用率。
生成CH4的氢量是：
（2-12）
3）CO2
CO2的来源有：
①高炉里间接还原产生的，这是其主要部分。矿石中的铁、锰高级氧化物的还原都是间接还原，而FeO则有部分被CO还原，它们的产物是CO2；
②炉料带入的，这里面包括焦炭挥发分中的CO2、矿石烧损项的CO2，以及熔剂（石灰石、白云石）带入的CO2。对于石灰石，因其分解温度高，有部分要在高温区分解，分解出CO2的要同C反应生成CO，计算CO2数量时，这部分不应计入。
炉顶煤气中，CO2数量的算式是：
（m3/t） （2-13）
式中 ——由还原产生的CO2量，kg/t；
——由炉料带入的CO2量，kg/t。
它们的计算是
（4-14）
（4-15）
式中 ，，——矿石中相应成分含量；
，——分别为熔剂、焦炭中CO2含量；
——石灰石在高温区的分解率。
这里是按全部还原氢量都参与浮士体的还原考虑的的，因此矿石中的Fe2O3就都由CO还原到浮士体。氢还原度计算如下：
4）CO
CO的来源有：
①燃料中碳素在风口前燃烧生成的；
②还原产生的，其中包括FeO被C直接还原和生铁中Si、Mn、P、Ti、V等合金元素的还原产生的，还有石灰石在高温区分解出的CO2参与溶损反应及炉渣脱硫产生的CO；
③焦炭挥发分带入的CO。
高炉煤气在炉内上升过程中有部分CO参加间接还原转变成CO2，其余以CO进入煤气。炉顶煤气中CO数量的计算是：
（m3/t） （2-16）
或者
（2-16’）
这里应明确，石灰石在高温区分解出的CO2，要被C还原成CO（CO2+C=2CO），一个要CO2变成两个CO，其中一份包括在式4-16’中的Cda项内，另一份则是该式的第四项。
5）N2
炉顶煤气中N2主要是由鼓风带入的，焦炭和煤粉也带入一些，不应遗漏。
（m3/t） （4-17）
式中 ，——分别为焦炭、煤粉中氮的元素含量；
——鼓风中氮的含量，不富氧时按下式计算
如果属富氧鼓风，则应为
（2）煤气量Vg及其成分的计算
炉顶煤气各组分的数量求出后，将它们加和即得到每吨生铁的煤气量：
（m3/t）
然后再求出各组成的含量，得到炉顶煤气成分并把它们列成表格。这里得到的煤气成分是干基成分。
在此还要计算吨铁煤气量与风量的比值，一般＝1.37~1.43，有喷吹时比值高些；富氧鼓风时，、都有减少，风量减少幅度更大些，因此该比值也会高些。
（3）煤气质量的计算
煤气密度可按下式计算
（kg/m3） （2-18）
式中 ，，，，——炉顶煤气中相应组分的含量。
每吨生铁的煤气质量则为
（kg） （2-19）
2.3 煤气中水蒸气量的计算
炉顶煤气中的水蒸气由氢还原产生和炉料带入两部分构成，每吨生铁的水蒸气量是
（kg） （2-20）
式中，为焦炭游离水含量，这里把焦比扩大了2%，是考虑了焦炭的机械损失（炉尘）。K为吨铁干焦量，湿焦应为K /（1—）。还应注意，如果熔剂、矿石（生矿）也带入了物理水，应在式2-20内加入。
2.4 编制物料平衡表，计算物料平衡误差
物料平衡表的收入项有：
（1） 混合矿石用量（包括机械损失在内，炉尘量矿石按外加3%计算）；
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