年产415万吨生铁高炉车间生产工艺设计

1、年产年产415415万吨生铁高炉车间万吨生铁高炉车间 生产工艺设计生产工艺设计 中文摘要中文摘要 高炉炼铁是获得生铁的主要手段，也是钢铁冶金过程中最重 要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用。本着优 质、高产、低耗和对环境污染小的方针，设计建造年产量为415 万吨的炼铁车间。车间共有2373m高炉一座，高炉采用了全冷却 壁、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、炭砖陶瓷杯复合炉底、全 软水密闭循环冷却系统、pw串罐无料钟炉顶、内燃式热风炉、全 干式布袋除尘等一系列先进实用技术。同时，本设计还结合了国 内外相似高炉的一些先进的生产经验和相关数据，力争使该设计 的高炉做到合理、长寿、实用，以期达到

2、最佳的生产效益。 设计的主要内容包括炼铁工艺计算（包括配料计算、物料平 衡和热平衡） 、高炉炉型设计、高炉各部位炉衬的选择、炉体冷 却设备的选择、风口及出铁场的设计、原料系统、送风系统、炉 顶设备、煤气处理系统、渣铁处理系统、高炉喷吹系统和炼铁车 间的布置等。 关键词关键词：高炉,热风炉,工艺设计,设备 abstract pig iron is main from blast furnace，furnace ironmaking is also a important process in iron and steel making，and its play an important role

3、 in the construction of national economy. based on the target of high productivity, high quality, lowconsump tion, long campaign and environment protection.the design is aim at design a furnace which produce 4150 thousands pig iron per year，the plant has a 2373m furnace which series of advanced and

4、applicable technologies were adopted, such as full cooling stave, thin inner lining of integrated bricking and staves, carbon bricks combined furnace bottom with ceramic cup, closed loop soft water circulation and cooling system, bell - less top with central charging hopper, inner combustion burner

5、type hot air stove, dry bag gas dedusting etc. the design program consist of abstract、foreword、technological calculate（contain blast-furnace burden、material balance calculate and thermal equilibrium calculate），the choose of furnace lining and cooling plant，the design of furnace lines，tuyere and cast

6、ing house，material system，blast system furnace roof system，gas dispose system，iron and slag dispose system，fuel injection system and the disposition of plant.besides，the design also consult some advanced produce experience and data from home and abroad similar furnace to make the design achieve best

7、. key words: blast furnace,calorifier,technological design, equipment. 目录 中文摘要 .1 abstract .2 1 前言 .1 2 高炉配料计算 .2 2.1 配料计算的目的 .2 2.2 配料计算时需要确定的已知条件 .2 2.2.1 原始资料的收集整理 .2 2.2.2 选配矿石.3 2.2.3 确定需要的冶炼条件.4 2.2.4 配料计算的内容.7 2.3 计法与算方过程.7 2.3.1 计算方法.7 2.3.2 确定生铁成分.8 2.3.3 计算所配矿石比例.8 2.3.4 计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量.9

8、2.3.5 终渣成分及渣量计算.10 2.3.6 生铁成分校核.11 3 高炉物料平衡计算.13 3.1 高炉物料平衡计算的意义.13 3.2 高炉物料平衡计算的内容.13 3.2.1 根据碳平衡计算风量.14 3.2.2 煤气成分及数量计算.15 3.2.3 编制物料平衡表.17 4 高炉热平衡计算.19 4.1 热平衡计算的目的.19 4.2 热平衡计算方法.19 4.3 热平衡计算过程.21 4.3.1 热量收入.21 4.3.2 热量支出.22 4.3.3 热平衡指标计算.27 5 高炉本体设计.28 5.1.1 高炉总年产量的计算.28 5.1.2 高炉有效容积的确定.28 5.1.

9、3 高炉内型尺寸确定.29 5.2 高炉内衬设计.33 5.2.1 炉底.33 5.2.2 炉缸.34 5.2.3 炉腹.34 5.2.4 炉腰.35 5.2.5 炉身.35 5.3 高炉炉壳和高炉基础.40 5.3.1 高炉炉壳.40 5.4 炉体设备.43 5.4.1 炉体冷却设备.43 5.4.2 风口水套.44 5.4.3 铁口套.44 5.4.4 炉喉钢砖.45 6 料运系统计算及装料布料设备.45 6.1 贮矿槽.45 6.1.1 平面布置.45 6.1.2 槽上运输方式.46 6.1.3 储矿槽工艺参数.46 6.1.4 槽下供料.46 6.2 料坑设备.46 6.3 碎焦运送设

10、施.47 6.4 上料设备.48 7 高炉鼓风机的选择.49 7.1 高炉鼓风量及鼓风压力的确定.49 7.1.1 高炉入炉风量.49 4.1.2 鼓风机出口风量.49 7.1.3 高炉鼓风压力.50 7.2 高炉鼓风机能力的确定.50 7.2.1 大气状况对高炉鼓风的影响.50 7.2.2 鼓风机工况的计算.51 7.3 高炉鼓风机的工艺过程.53 8 热风炉工艺计算.53 8.1 计算的原始数据.54 8.2 燃烧计算.54 8.2.1 煤气成分换算.54 8.2.2 煤气发热值计算.55 8.2.3 燃烧 1 标米 3煤气的空气需要量.56 8.2.4 燃烧 1 标米 3煤气生成的烟气量

11、白分组成.56 8.2.5 理论燃烧温度和实际燃烧温度计算.57 8.3 热平衡计算.59 8.3.1 计算鼓风从 80提高到 1200所增加的热含量.59 8.3.2 加热 1 标米 3鼓风需要的煤气量.59 8.3.3 煤气消耗量及烟气量.60 8.4 蓄热室热工计算.61 8.4.1 热工计算的原始条件.62 8.4.2 蓄热室各部位的烟气及鼓风温度.64 8.4.3 蓄热室面积及各段砖格子高度的计算.65 8.4.4 蓄热室面积及蓄热室各段高度的调整.66 8.5 热风炉的蓄热面积指标.67 9 风口平台及渣铁处理系统.68 9.1 风口平台和出铁场布置.69 9.1.1 铁口及出铁场

12、数目的确定.69 9.1.2 渣、铁沟及其流嘴布置.70 9.2 风口平台和出铁场设备.70 9.2.1 泥炮.70 9.2.2 开铁口机.71 9.2.3 堵渣口机.71 9.2.4 炉前吊车.72 9.2.5 铁水罐车.72 9.2.6 渣罐车.73 9.3 风口平台和出铁场结构.73 9.3.1 风口平台.73 9.3.2 出铁场.74 9.4 铁水处理.74 9.5 渣的处理.74 10 高炉煤气处理系统.76 10.1 工艺流程.76 10.2 煤气除尘设备.77 10.2.1 粗除尘设备重力除尘器.77 10.2.2 精细除尘设备布袋除尘器.77 7.2.3 脱水器.78 10.3

13、 煤气除尘系统附属设备.79 10.3.1 粗煤气管道.79 10.3.2 调节阀组.79 10.3.3 煤气遮断阀.80 10.3.4 煤气放散阀.80 11 高炉喷吹煤粉系统.81 11.1 喷煤系统.81 11.2 喷吹工艺.82 11.3 主要设备.82 11.3.1 混合器.82 11.3.2 分配器.83 11.3.3 喷煤枪.83 11.3.4 喷氧枪.83 12 部分车间布置与总图运输.83 12.1 车间平面布置.83 12.2 厂区的选择.84 12.3 总图运输.84 13 参考文献.84 1 前言 毕业设计是大学学习过程中的最后一个环节，对每个大学生 的学习能力和以后的

14、工作实践能力都会有很大的帮助与提高。毕 业设计是为了更好地将理论和实践结合起来，达到学以致用的目 的。本设计说明书是编者赴陕西省汉中钢铁集团有限公司实习后， 经张从蓉老师悉心指导的年产 415 万吨生铁的高炉的工艺设计说 明书。本设计参照了近年来国内外炼铁工艺方面的资料。 本设计说明书着重以工艺角度论述生铁冶炼工艺所涉及的基 本流程和主要设备的基本结构，工作原理设计原则及设计方法。 本设计说明书的设计原则是，拟建两座高炉其中每座高炉有效容 积 2373m3，尽可能采用通用的工艺和技术，关键工艺装备水平达 到国家同类型高炉水平，本设计说明书主要包括高炉配料计算、 高炉本体设计、料运系统方案设计、

15、高炉炉顶、高炉鼓风机、内 燃式热风炉、渣铁处理系统及煤气处理系统设计等几大部分，同 时对炼铁的其他工艺流程式进行了设计说明。 其中高炉配料计算，先从原料入手，对各种原料的化学分析 结果进行成分处理。接着进行高炉配料计算，包括产品方案的确 定，对物料平衡的计算，生铁炉渣性能指标的计算及校核等。高 炉部分包括高炉的选型及高炉内型的计算，配砖的计算，冷却设 备及本体结构设计等，热风炉部分包括热工计算，结构设计。这 两部分作为炼铁设计的主体部分。 其它工艺流程包括出铁场的设计，渣铁处理系统，高炉鼓风 机，煤气处理系统的工艺设计及主要设备的选型。车间平面布置 及总图运输方案，以联合企业为背景，尽量使车间

16、布置趋向合理。 本设计说明书附有高炉砖量图，热风炉剖面图，车间平面布 置图各一张。由于编者缺乏实作和经验，如有疏忽和错误，还望 见谅和批评指正！ 2 高炉配料计算 冶炼 1t 生铁，需要一定数量的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷 吹燃料)。对于炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的， 是已知的量，配料计算的主要任务，就是求出在满足炉渣碱度要 求条件下，冶炼规定成分生铁所需要的矿石、熔剂数量。对于生 产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说不 存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出 铁量、理论渣量等，有时因冶炼条件变化需要作配料计算 1。 2.1 配料计算的目的 配

17、料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决 定矿石和熔剂的用量，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。 2.2 配料计算时需要确定的已知条件 2.2.1 原始资料的收集整理原始资料的收集整理 生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析 不相吻合，加之分析方法不同存在分析误差，以致各种化学组成 之和不等于 100%。因此，应该先确定元素在原料存在的形态， 然后进行核算，使总和为 100%。 换算为 100%方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比， 调整为 100%，或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为 100%。 调整幅度不大时，以调整 al2o3或 mgo 为宜。 在各

18、种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方 法处理。烧结矿分析的 s，p，mn 分别以 fes, p2o5,mno 形态存 在。它们的换算为： sfes (fes)=(s)% 32 88 pp2o5 (p2o5) =(p)% 62 142 mnmno (mno)=(mn)% 55 71 式中的 s，p，mn 等元素皆为分析值（百分含量） ，当要计 算 fe2o3时，需要从生铁（tfe）中扣除 feo 和 fes 中的 fe，再 进行换算。 (fe2o3)= (fe)-(feo)-(fes)% 112 162 72 56 88 56 式中的 fe，feo 为分析所得烧结矿的全铁和氧化亚铁的百

19、分含量， fes 为换算所得的硫化亚铁量。 天然矿石中的 s 以 fes2形态存在，换算式如下： (fes2)=(s)%，式中 s 为分析所得的百分含量。 64 120 2.2.2 选配矿石选配矿石 在使用多种矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当 配比选取。此时，需要注意以下几点： 1）矿石含 p 量不应该超过生铁允许含 p 量，因考虑 p 全部 进入生铁，故需要依据矿石含量事先预算，若某种矿石冶炼含 p 超标，此种情况下，只能搭配含 p 更低的矿石冶炼。 2）冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求。 mn=mn(mn)矿m(fe)铁/(fe)矿 式中：mn 生铁含锰量，% (mn

20、)矿混合矿含锰量，% mn 锰的回收率，一般为 0.50.6 m(fe)铁矿石带入的生铁的铁量，kg/t 铁 (fe)矿混合矿含铁量，% 3）冶炼锰铁时，为保证其含锰量，必须检查矿石含铁量是 否大于允许范围。 (fe) 矿=(100-mn-c-si-p)/100(mn/mn 矿mn) 式中：mn,si,c,p表示锰铁中该元素含量，% (mn)矿锰矿含锰量，% (fe)矿锰矿允许含铁量，% mn锰回收率，通常为 0.70.82 4）适当控制碱金属2。 2.2.3 确定需要的冶炼条件确定需要的冶炼条件 (1）根据原料条件，国家标准和行业标准等确定生铁成分。 c，p 元素一般操作不能控制，而 si,

21、mn,s 等元素可以改变操作 条件加以控制。 (2）各种元素在铁，渣和煤气中的分配比例。按照经验和实 际生产数据选取。 (3)炉渣碱度选择碱，主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外 若冶炼低硅生铁钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利 于矾的回收能力，在正常炉钢温度下，要保证流动性和稳定性， 因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的 mgo 含量，若炉料 含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求。 (4）燃料比确定。确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条 件，风温水平和生产经验等全面衡定，在有喷吹条件下，力争多 喷燃料。 (5）原燃料成分分析，入炉矿石成分见表 2.1 表 2.1入炉矿石成分（%） 成分 原料

22、tfemnps fe2o 3 feomno mno 2 cao 烧结 矿 55.6 3 0.09 3 0.04 8 0.03 3 70.3 0 8.180.12 0 10.1 0 球团 矿 63.5 4 0.06 9 0.03 1 0.00 7 88.3 2 0.930.09 0 0.95 块矿 58.7 2 0.16 5 0.02 1 0.13 4 67.9 4 14.2 0 0 0.261.50 混合 矿 57.0 0 0.09 4 0.04 4 0.03 5 72.8 6 7.45 0 0.10 8 0.01 6 8.21 续上表 成分 原料 mgosio2al2o3p2o5fes2fe

23、sso2烧损合计 烧结矿 2.616.201.130.11 0 0.09 0 1.16100.00 球团矿 1.074.120.730.07 0 0.02 0 3.70100.00 块矿 0.6511.702.320.050.25 00 1.13100.00 混合矿 2.266.221.1460.100.020.07 0 1.54100.00 焦炭成分分析见表 2.2 表 2.2 焦炭成分（%） 固 定 灰分 11.01挥发分 0.90 碳 si o2 al2 o3 ca o mg o fe o fe s p2 o5 c o2 c o c h4 h2n2 86.7 9 5.1 2 4.37 0

24、.6 8 0.1 1 0.6 7 0.0 5 0.0 1 0.3 3 0.3 3 0.0 3 0.0 6 0.1 5 续上表 有机物 1.30 全 s 游 离 水 h2n2s 0.4 0 0.4 0 0.5 0 10 0 0.5 3 4.8 0 喷吹物成分见表 2.3 表 2.3 喷吹物成分 灰分 成 分 ch2o2 h2 o n2s sio 2 al2 o3 ca o mg o fe o 煤 粉 77.4 8 4.3 5 4.0 5 0.7 9 0.4 2 0.6 6 7.4 8 3.4 2 0.6 0 0.3 0 0.4 5 10 0 6）确定焦比与煤比 根据目前国内生产经验，选择焦比为

25、360 kg/t，煤比为 160 kg/t。 7）元素分配率 见表 2.4 表 2.4 各种元素分配率2 铁种 元素 femnpsv 生铁 炉渣 煤气 0.997 0.003 - 0.600 0.400 - 1.00 - - - - 0.06 0.800 0.200 - 2.2.4 配料计算的内容配料计算的内容 （1）矿石用量及配比计算； （2）生铁中铁量计算； （3）渣量及炉渣成分计算； （4）炉渣性能校核； （5）生铁成分校核。 2.3 计法与算方过程 2.3.1 计算方法计算方法 为精确配料，现根据设计的生产要求，先假定生铁成分，然 后用理论方法进行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿

26、石 用量、生铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后炉渣性能、生铁 成分进行校核。 2.3.2 确定生铁成确定生铁成分分 根据设计的生产要求假定的生铁成分，规定 si=0.35，s=0.03，mn=0.08，p=0.09，r=1.10，由公式c=4.3- 0.27si-0.32p+0.03mn,可得 c=4.18，fe=95.27。 2.3.3 计算所配矿石比例计算所配矿石比例 根据以上已知条件，先以1t 生铁作为计算单位进行计算，确 定矿石配比。 在计算时需要列出两个方程：碱度方程和铁平衡方程，根据 生产要求列出方程如下： （1）铁平衡方程： 1 321 f 10ffwfyfx e eeee r

27、铁水中铁的分配率铁水中的含铁量,燃料带入的铁量生矿中的铁品位, 球团矿中的铁品位,烧结矿的铁品位,:分别为, (kg) tfe,fe,tfe,tfe,tfe 中中 1r321 （2）碱度平衡方程： )mkwy x(rmcaokcaowcaoycaoxcao )(2)(2)(2)3(2)2(2 )1(2321 r siosiosiosiosio sio 焦焦 焦焦 式中 cao1, cao2,cao3,cao 焦,cao 煤，分别表示烧结 矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的 cao 含量。sio2(1), sio2(2), sio2(3) ,sio2(焦), sio2(煤) ，sio2(r)，分别表

28、示烧结矿、球团、 生矿、焦炭、煤粉中的 sio2含量、还原到铁水中的 sio2量（kg） ， 其中 sio2(r)=si43.21 28 60 si10 以 1t 生铁作为计算单位进行计算，据以上各表数据可以求得 焦炭带入铁量=1.99kg，煤粉带入铁量=0.5775kg 假定配烧结矿 xkg,球团矿配 ykg,块矿=100kg,因此有： 铁平衡方程： 0.997 952.7 0.562.880.58721000.6354y0.5563x 碱度平衡方程: 1.10 0.351.4320.07481600.05123600.1171000.0412y0.062x 0.0061600.051236

29、01000.0150.0095yx101 . 0 - 联立解出方程组可得：烧结矿=1323.83 kg（占 79%） ，球团 矿=247.03 kg（占 15%） ，块矿=110 kg（占 6%） ，需要矿石总量 为 1670.86 kg，入炉熟料率=94%。 2.3.4 计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量 冶炼每吨生铁炉料的实际用量计算见表 2.5 表 2.5 冶炼每吨生铁炉料的实际用量 名称干料用量 kg机械损失%水分%实际用量 kg 混合矿 1670.860.51679.21 焦炭360 0.54.8379.08 煤粉160 160 合计 2190.862218

30、.29 2.3.5 终渣成分终渣成分及渣量计算及渣量计算 （1）终渣 s 含量 炉料全部含 s 量 =1670.860.0004+3600.005+1600.0066=3.53kg 进入生铁的 s 量=0.3kg 进入煤气的 s 量=3.530.06=0.21 进入炉渣的 s 量=3.53-0.3-0.21=3.02kg （2）终渣的 feo 量=3.69kg 56 72 2.87 （3）终渣的 mno 量=1670.860.000940.5 1.01kg 55 71 （4）终渣的 sio2量 =1670.860.0622+3600.0512+1600.0748-7.5 =126.83kg （

31、5）终渣的 cao 量 =1670.860.0821+3600.0068+1600.0060 =140.59kg （6）终渣的 al2o3量 =1670.860.01146+3600.0437+1600.0342 =40.35kg （7）终渣的 mgo 量=1670.860.0226+3600.0011 +1600.003=38.64kg 终渣成分见表 2.6 表 2.6 终渣成分 成 分 sio2al2o3caomgomnofeo s/2 合计r kg 126.8340.35140.5938.641.013.691.51352.621.10 %35.9611.4439.8710.960.29

32、1.050.43 100 由于分析所得 ca+都折算成 cao，但其中一部分 ca+却以 cas 形式 存在，cas 和 cao 之质量差为 s/2，为了质量平衡，ga+仍以 cao 存在， 而 s 则只算 s/22 炉渣碱度 r =1.10,符合规定值。mgo%=10.96%，符合设计 要求。根据炉渣百分组成，校验炉渣物理性质得：熔化温度 1350，粘度 2pas(1450)。该炉渣适合于炼钢铁生产。 2.3.6 生铁生铁成分成分校核校核 1 含 p 量 0.08%中 142 62 0.00013600.000441670.86中10 3- （2)含 s 量，0.03%28.67 0.03

33、20.43 ls （3)含 si 量0.35% （4)含 mn 量0.08% 1000 100 71 55 1.01 （5)含 fe 量=95.27% （6)含 c 量=100-95.27-0.08-0.35-0.03-0.08=4.19% 生铁成分列于表 2.7 表 2.7 生铁成分（%） fesimnpsc合计 95.270.350.080.090.034.18 100 校验结果与生铁成分的误差很小，表明原定生铁成分恰当。 3 高炉物料平衡计算 3.1 高炉物料平衡计算的意义 通过高炉配料计算确定单位生铁所需要的矿石、焦炭、石灰石和 喷吹物等数量，这是制定高炉操作制度和生产经营所不可缺少的

34、 参数。而在此基础上进行的高炉物料平衡计算，则要确定单位生 铁的全部物质收入与支出，即计算单位生铁鼓风数量与全部产品 的数量，使物质收入与支出平衡。这种计算为工厂的总体设计、 设备容量与运输力的确定及制定生产管理与经营制度提供科学依 据，是高炉与各种附属设备的设计及高。 3.2 高炉物料平衡计算的内容 物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上，以配料计算为依 据编算的。计算内容包括：风量、煤气量，并列出收支平衡表。 物料平衡有助于检验设计的合理性，深入了解冶炼过程的物理化 学反应，检查配料计算的正确性。校验高炉冷风流量，核定煤气 成分和煤气数量，并能检查现场炉料称量的准确性，为热平衡及 燃料消耗计

35、算打基础。 (1) 原料全分析并校正为 100%（表 2.1；表 2.2；表 2.3） ； (2) 生铁全分析；（表 2.7） (3) 各种原料消耗量（表 2.5） ； (4) 鼓风湿度，f=1.5%； (5) 本次计算选择直接还原度 rd=0.45； (6) 假定焦炭和喷吹物含 c 总量的 1.0%与 h2 反应生成 ch4。 上述 1，2，3 原条件已经由配料计算给出，本例仅假定其余 各项未知条件，分别为鼓风湿度 f=1.5%（12g/m3 ） ，富氧率 2.5%， 氧气浓度 98%。 3.2.1 根据碳平衡计算风量根据碳平衡计算风量 (1) 风口前燃烧的碳量 c风 根据碳平衡得： c风

36、=c燃-（c）103- c直- cch4 式中 c风 风口前燃烧 c 量，kg； (c)生铁含 c 量%； c燃 ，c直 ，cch4 分别为燃料带入 c 量，直接还 原耗 c 和生成 ch4 的 c 量，2； 按上式分别进行计算： 燃料带入的 c=m(c)j+m(c) m=3600.8679+1600.7748=436.41kg 溶于生铁的 c=41.8kg 直接还原耗碳=m(c)mn+m(c)si+m(c)p+m(c)fe =0.8+3.5+0.9+952.70.45 55 12 28 24 62 60 56 12 =0.17+3+0.87+91.87=95.91kg 生成 ch4耗碳=43

37、6.410.012=5.24 kg 风口前燃烧的 c 量=436.41-41.8-95.91-5.24=293.46 kg，占 入炉总碳量的 67.24%。 (2)风量计算（v风） 根据氧平衡可得： 0.29f0.21 q0.933c中cm v 2 o中中 中 焦 其中 32 22.4 18 16 o)v(hv(o)q m2mo2 焦焦 式中 风口前燃烧的 c 所需氧 0.933cm(c) 中中 量（m） ，(为燃烧带入 c 量，为 中 )m(c 中 c c 在风口前的燃烧率)； q为燃料带入的氧量（m 为煤粉，v（o） 2 o m，v（h2o）m为煤带入的氧和 h2o 量） ； 0.21+0

38、.29f鼓风含氧浓度（f 为鼓风湿度）2。 据原料供应情况，本高炉仅喷煤，将上式分别进行计算： 鼓风含氧浓度=0.21+0.290.015=0.2144 m3/ m3 风口前 c 燃烧所需氧量=293.460.933=273.80 m3 燃料带入氧量=160（0.0405+0.079）=5.32 m 18 16 32 22.4 每吨生铁鼓风量=1252.24 m3 0.2144 5.32273.8 3.2.2 煤气成分及数量计算煤气成分及数量计算 (1) 计算 ch4量 由燃料带入的 c 生成 ch4的量=5.24=9.78 m3 12 22.4 焦炭挥发分含 ch4量=3600.003=0.

39、15 m3 16 22.4 进入煤气的 ch4量=9.78+0.15=9.93 m3 (2)入炉总 h2量=鼓风带入 h2+焦炭带入 h2+煤粉带入 h2 即入炉的总 h2量=1252.240.015+360（0.0006+0.004） 2 22.4 +160（0.0435+） 18 20.0079 2 22.4 =20.0+18.55+79.52=116.85 m3 设喷吹条件下有 40%的 h2参加还原，则参加还原的 h2量 =116.850.4=46.74m3 生成 ch4的 h2量=9.782=19.56 m3 进入煤气的 h2量=116.85-46.74-19.56=50.55 m3

40、 =8.18%（假定用 h2还原的铁氧化物中， 2 h i r 950 22.4 56 3 2 46.74 1/3 用于还原 fe2o3，2/3 用于还原 feo） (3)由 fe2o3feo 生成 co2的量 =1670.860.7281=170.43 m3 160 22.4 由 feofe 生成 co2的量=952.7（1-0.45-0.0818） =178.42 m3 56 22.4 由 mno2mno 生成的 co2的量 =1670.860.00016=0.069 m3 87 22.4 另外，h2参加还原反应，相当于同体积的 co2所参加的反应， 所以 co2的生成量中应该减去 46.

41、74m3，总计间接还原生成的 co2量为 170.73+178.42+0.069-46.74=302.48m3 各种炉料分解或者带入的 co2 量=焦炭的 co2量+矿石的 co2 量 =3600.0033+1670.860.0154=13.70 m3 44 22.4 44 22.4 因此，煤气的总 co2量=304.7+13.10=316.18 m3 (4)风口前碳素燃烧生成的 co=293.46=547.79 m3 12 22.4 元素直接还原生成 co 的量=95.91=179.03 m3 12 22.4 焦炭挥发分中 co 的量=3600.0033=2.22 m3 12 22.4 因此

42、，间接还原消耗碳=302.48m3 煤气中总 co 的量=547.79+178.42+2.22-302.48=426.56 m3 (5)总 n2的量=1252.24(1-0.05)0.79 焦焦焦 vvv +3600.0055 +1600.0042 28 22.4 28 22.4 =974.43+1.56+0.54=976.53 m3 根据以上计算结果，列出煤气组成表 3.1 表 3.1 煤气组成 成分co2con2 h2 ch4总计 vg/ v 风 m3 316.18426.56976.5350.559.931779.751.355 %17.7723.9754.862.840.56100.0

43、0 3.2.3 编制物料平衡表编制物料平衡表 （1）计算鼓风量： 1 m3鼓风质量=1.28 kg/ m3 全部鼓风质量=1252.241.28=1602.87 kg （2）计算煤气的质量 22.4 20.0284160.0056280.5486280.2397440.1777 m1 3 煤气的质量 =1.34 kg/ m3 全部煤气质量=1779.751.34=2420.46 kg （3）水分计算 炉料带入水分=3600.048=17.28 kg 煤粉带入水分=1600.0079=1.26 kg h2还原生成的水分=46.74=37.56 kg 22.4 18 所以水分的总质量=17.28+

44、1.26+37.56=56.1 kg （4）炉料机械损失=2251.98-2224.38-17.28-1.26=9.06 kg 根据上述结果，列出物料平衡，如下表 3.2 表 3.2 物料平衡表 序号收入项kg序号支出项kg 1原燃料 2190.86 1生铁 1000.00 2鼓风 1602.87 2炉渣 352.62 3煤气 2384.87 4水分 56.10 5炉尘 9.06 共计 3793.73 共计 3802.65 据对误差 0.240% 相对误差 0.23% 一般要求物料计算的相对误差应在 0.3%以下，故本计算符 合要求。 4 高炉热平衡计算 4.1 热平衡计算的目的 热平衡计算的

45、目的是为了了解高炉热量供应和消耗的状况， 掌握高炉内热能的利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗 的途径。通过计算调查高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热 量支出，说明热量收支各项对高炉冶炼的影响，从而寻找降低热 消耗与提高能量利用的途径，达到使高炉冶炼过程处于能耗最低 和效率最高的最佳运行状态。同时还可以绘制热平计算表研究高 炉冶炼过程的基本方法2。 4.2 热平衡计算方法 热平衡计算的理论依据是能量守恒定律，即单位生铁投入的 能量总和应等于其中铁各项热消耗总和。热平衡计算采用差值法， 即热损失是以总的热量收入减去各项热量的消耗而得到的，即把 热量损失作为平衡项，所以热平衡表面上没有误差，

46、因为一切误 差都集中掩盖在所有热损失之中。 根据计算的目的和分析的需要，热平衡可分为全炉热平衡与 区域热平衡。全炉热平衡是把整个高炉作为研究对象、计算它的 各项热收入与支出，用来分析高炉冶炼过程令的能量利用情况。 而区域热平衡是把高炉的某一个区域作为研究对象，计算和分析 这个区域内的能量利用情况。虽然计算热平衡的部位与方法不向， 但计算的目的都是为寻找降低能耗的途径和确定一定冶炼条件下 的能耗指标。理论上可以以把高炉内的任何一个部位当作区域热 平衡的计算对象，但由于决定向炉冶炼能耗指标的主要因素存在 于高炉下部的高温区。因此，常用高炉下部属温区热平衡进行计 算。 本例采用第一热平衡法计算进行热

47、平衡计算。 第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据高斯定则， 不考虑炉内的实际反应过程耍以物料最初与最终状态所具有的 热力学参数为依据，确定高炉内的过程中所提供和消耗的热量。 它的热收入规定为焦炭和喷吹物的热值(即全部 c 完全燃烧成 co2和 h2全部燃烧成 h2o 时放出的热量)、热风与炉料带入的物 理热及少量成渣热。而热支出为氧化物、硫化物和碳酸盐的分解 热，喷吹燃料的分解热，水分的分解热。脱 s 反应耗热，渣铁和 炉顶煤气热焓与热值，冷却水代走的热量和炉体散热损失等项。 这种热平衡计算法中，把焦炭和喷吹的燃料完全燃烧时放出的热 量当作热收入。而实际上高炉冶炼过程中有相当一部分 c

48、并没有 完全燃烧，以 co 的形态离开了高炉。还有一部分进入生铁中和 炉守中的 c 则完全权有燃烧，因此，必须把炉顶煤气与未燃烧 c 的热值当作热支出来处理。另外，这种计算中，把炉内还原反向 看成两步完成的，即硫化物的分解和还原剂的氧化，把还原剂氧 化放热(即 c 和 co 的燃烧)当作热收入项。而把氧化物的分解吸 热当作热支出项。这就不符实际地夸大热量收入与支出从而，热 平衡总量中各项所占比例失真，难以通地热平衡总量与各项的比 例来直观地判断炉内能量利用情况及各种因素对冶炼指标的影响。 同时，在热平衡计算中看不出炉内各热效应的作用，这也是此种 热平衡计算法们缺点2。 4.3 热平衡计算过程

49、4.3.1 热量收入热量收入 （1）碳素氧化热 由 c 氧化 1m 成 co2放热=17898.43 kj/m12 22.4 33410.66 由 c 氧化成 1m 的 co 放热=5248.45 kj/m12 22.4 9797.11 碳素氧化热=302.1819878.43+(426.86-2.22)5250.50 =7638119.90 kj （2）热风带入热 1150 时干空气的比热容为 1.429kj/ m3 ，水蒸气的比 热为 1.753 kj/ m3,热风带入热=(1252.24-18.74) 1.429+18.741.7531150 =2064848.00 kj （3）成渣热

50、炉料中以碳酸盐形式存在的 cao 和 mgo，在高炉内生成钙 铝酸盐时，1kg 放出热量 1130.49 kj 混合矿的 cao=1670.860.0154=32.75 kj 44 56 成渣热=32.751130.49=307023.55 kj （4）混合矿带入的物理热 80 时混合矿的比热容为 1.0 kj/kg 混合矿带入的物理热=1670.861.080=13368.80 kj （5）h2氧化放热 1m h2氧化成 h2o 放热 10806.65 kj h2氧化放热=46.7410806.65=505102.82 kj （6）ch4生成热 1kg ch4生成热=4865.29 kj 1

51、6 77874.4 ch4的生成热=9.784865.29=33987.53 kj 22.4 16 冶炼 1t 生铁总热为以上各热量的总和=10375727.05 kj 4.3.2 热量支出热量支出 （1） 氧化物分解与脱硫耗热 1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中 feo 以硅酸铁形态存 在，烧结矿中 feo 有 20%以硅酸铁形态存在其余以 fe3o4，铁氧 化物分解热由 feo、fe3o4和 fe2o3三部分组成。 m（feo）硅酸铁=1670.860.790.08180.2 +3600.0067+1600.0045=24.72 kg 去除进入渣中的 feo，它也以硅酸铁形式存在，计 3.

52、69 kg 余下的 m(feo)硅酸铁=24.72-3.69=21.03 kg m(feo)四氧化三铁=1670.860.0745- 1670.860.790.08180.2 =124.48-21.59=102.89 kg m(fe2o3)四氧化三铁=102.89=228.64 kg 72 160 m(fe2o3)自由=1670.860.7286-228.64=988.75 kg 依据 1kg 铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。 feo硅酸铁分解热=21.034075.21=85701.67 kj， (4075.2 kj/kg feo硅酸铁) fe4o3 分解热=（102.89+228.64

53、）4799.98=1591337.37 kj （4799.98 kj/kg fe4o3） fe2o3 分解热=988.755152.94=5094969.43 kj， （5152.94 kj/kg fe2o3） 铁氧化物分解总热 =85701.67+1591337.37+5094969.43=6772008.47 kj 2）锰氧化物分解热 锰氧化物分解热包括 mno2 分解为 mno 和 mno 分解为 mn 放出的热量； mno2mn 分解热=1670.860.000162629.44=702.95 kj mnomn 分解热=0.87362.84=5890.27 kj， (7362.84 k

54、j/kgmn) 锰氧化物分解总热=702.95+5890.27=6593.22 kj 3）sio2分解热=3.530288.76=106010.65 kj， （30288.76 kj/kg si） 4）ca3(po4)2分解热=0.935756.98= 32181.28 kj 5）脱 s 耗热 由于 cao 脱硫耗热 5401.23 kj/ kgs，mgo 脱硫耗热为 8039.4 kj/ kgs，二者差别较大，故取其渣中成分比例 （39.87：10.963.02）来计算平均脱硫耗热。 1 kg 硫的平均耗热=5969.99 kj 脱 s 耗热=3.025969.99=1029.37 kj 氧

55、化物分解和脱硫总热为上述 1）5）项热耗之和，即 q总 =6772008.47+6593.22+106010.65+32181.28+18029.37=6934822. 99 kj （2）碳酸盐分解热 由 caco3分解出 1 kg 的 co2需热 4044.64 kj，由 m gco3 分解出 1 kg co2需热 2487.08 kj，混合矿石 co2量 =1670.860.0154=25.73 kg。假定 caco3和 m gco3是按比例 分配的。 其中以 caco3分解的 co2为 25.73=20.18 kg； 2.268.21 8.21 故以 mgco3形式分解的 co2量=25

56、.73-20.18=5.55 kg。 碳酸盐分解总热=20.184044.64+5.552787.08=95424.13 kj （3）水分分解热=18.5410806.65=200355.29 kj (10806.65 kj/kg.h2o) （4）喷吹物分解热=1601256.1=200976 kj (1256.1 kj/kg 煤 粉) （5）炉料游离水的蒸发热 1kg 水由 20升温到 100吸热 334.94 kj，再变成 100水 蒸气吸热 2261 kj 总吸热为 2595.96 kj 游离水蒸发热=3600.0482595.96=44858.19 kj （6）生铁带走热 表 4.1

57、各种生铁的热焓值2 生铁热 焓值 炼钢生铁 铸造生铁 锰铁 kj/kg 1130.44-1172.36 1256.04-1297.91 1172.3- 1214.17 炼钢生铁焓值=1172.36 kj/kg，铁水带走热 =10001172.36=1172360 kj （7）炉渣带走热 表 4.2 各种炉渣的热焓值2 炉渣热焓值 炼钢铁渣 铸造铁渣 锰铁 铁渣 kj/kg 1716.59-1758.54 1884.06-2009.66 1842.192-1967.79 炼钢铁渣焓值=1758.54 kj/kg，炉渣带走热 =352.621758.54=620096.39 kj （8）炉顶煤气带

58、走热，炉顶温度为 200时煤气各成分比热 容见表 4.3 表 4.3 200时炉顶煤气比热容2 co2 co n2 h2 ch4 h2o 1.787 1.313 1.313 1.302 1.82 1.159 干煤气比热容=0.17691.787+(0.5498+0.23947)1.313 +0.02831.302+0.00561.82=1.399 kj/ m3 干煤气带走热=1783.391.399200=498992.52 kj 水蒸气带走热=56.11.519100=10604.65 kj 18 22.4 炉尘带走的热=8.890.8374.65+1488.90=1488.90 kj (炉

59、尘比热容 0.8374 kj/kg) 煤气带走总热=498992.52+10604.65+1488.90=511086.07 kj 前 8 项总和为=9779979.04 kj （9）外部热损失=10375727.05-9779979.04=595748.01 kj(包括散热和冷却水带走热) 根据热收入与热支出数值列表于 4.4 表 4.4 热平衡表 序 号 收入 项名 称 kj% 序 号 支出 项名 称 kj% 1 碳的 氧化 热 7638119.9073.62 1 氧化 物分 解、 脱硫 6934823.0066.84 2 热风 带入 热 2064848.0019.90 2 碳酸 盐分 解

60、 95424.130.92 3 成渣 热 37023.550.36 3 水分 分解 200355.301.93 4物料 133668.801.29 4喷吹 200976.001.94 物理 热 物分 解 5 h2的 氧化 热 505102.824.87 5 游离 水蒸 发 44858.190.43 6 ch4 生成 热 33987.530.04 6 铁水 带走 1172360.0011.30 7 炉渣 带走 620096.405.98 8 煤气 带走 511086.104.93 9 外部 热失 595748.005.73 共 计 10375727.10100.00 共 计 10375727.1