年产130万吨高炉车间设计

1、目录 重庆科技学院毕业设计（论文） 年产 130 万吨生铁的炼铁厂设计 院（系） 冶金与材料工程学院学院 专业班级 学生姓名 指导教师 教授 年 6 月 10 日 重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 年产 130 万吨生铁的炼铁厂设计 院 （系） 冶金与材料工程学院 专业班级 冶金技术级班 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师_ _ 职称_ 20 年 6 月 10 日 目录 目录 中文摘要.I ABSTRACT .II 1 绪论.1 1.1 我国高炉炼铁技术的进步.1 1.1.1 高炉炉体结构技术的进步.1 1.1.2 高炉无料钟炉顶设备技术创新.1 1.1.3 高炉煤

2、气全干式布袋除尘技术.1 1.1.4 研究开发助燃空气高温预热技术.1 1.2 我国高炉炼铁技术的发展趋势.2 1.2.1 高炉炉容、技术装备大型化.2 1.2.2 高风、温低燃料比.2 1.2.3 精料技术的提高.2 1.2.4 开发非高炉炼铁技术装备，促进炼铁技术的发展.2 2 高炉配料计算.3 2.1 配料计算的目的.3 2.2 配料计算时需要确定的已知条件.3 2.2.1 原始资料的收集整理.3 2.2.2 选配矿石.4 2.2.3 确定需要的冶炼条件.4 2.2.4 配料计算的内容.6 2.3 计算方法与过程.6 2.3.1 计算方法.6 2.3.2 确定生铁成分.7 2.3.3 计

3、算所配矿石比例.7 2.3.4 计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量.8 2.3.5 终渣成分及渣量计算.8 2.3.6 生铁成分校核.9 3 高炉物料平衡计算.10 3.1 高炉物料平衡计算的意义.10 3.2 高炉物料平衡计算的内容.10 3.2.1 根据碳平衡计算风量.10 3.2.2 煤气成分及数量计算.11 3.2.3 编制物料平衡表.13 4 高炉热平衡计算.14 4.1 热平衡计算的目的.14 4.2 热平衡计算方法.14 4.3 热平衡计算过程.15 4.3.1 热量收入.15 4.3.2 热量支出.16 4.3.3 热平衡指标计算.19 5 高炉炉型设计.20 5.1 总述.20

4、5.2 高炉炉型计算.20 5.2.1 确定年工作日和日产量.20 5.2.2 定容积.20 5.2.3 炉缸尺寸.20 5.2.4 炉腰直径.21 5.2.5 炉腹高.21 5.2.6 炉喉直径.21 5.2.7 炉身高.21 5.2.8 高炉有效高.21 5.2.9 炉腰高.21 5.2.10 有效容积校核.21 5.2.11 绘制高炉设计炉型图.22 6 厂址选择.23 6.1 选择厂址的要求.23 7 高炉炉体结构设计.24 7.1 高炉炉衬结构设计.24 7.1.1 炉底和炉缸.24 7.1.2 炉腹.24 7.1.3 炉腰和炉身.24 7.1.4 炉喉.25 7.2 炉体冷却.25

5、 7.2.1 炉底至炉身.25 7.2.2 炉顶冷却.26 7.2.3 炉喉和炉顶.26 7.2.4 高炉冷却水系统.26 7.3 风口、及铁口.26 7.3.1 风口.26 7.3.2 铁口.26 7.4 高炉基础.26 8 炉顶装料设备.27 8.1 装料设备选择.27 8.1.1 受料漏斗.28 8.1.2 称量料罐、密封阀及卸料罐.28 8.1.3 溜槽布料器系统.28 目录 8.1.4 探料装置.28 8.2 布料方式.28 9 炉后供料系统.29 9.1 供料系统的型式与布置.29 9.2 贮矿槽、贮焦槽及其附属设备.29 9.2.1 贮矿槽与贮焦槽.29 9.2.2 给料机.29

6、 9.3 槽下筛分、称量与运输.30 9.3.1 槽下筛分.30 9.3.2 槽下运输及称量.30 9.4 上料设备.30 10 高炉送风系统.31 10.1 高炉鼓风机的选择.31 10.1.1 鼓风机出口风量计算.31 10.1.2 鼓风机出口风压的确定.32 10.1.3 高炉鼓风机选择.32 10.2 热风炉设计.32 10.2.1 热风炉座数的确定.32 10.2.2 热风炉工艺布置.33 10.2.3 热风炉型式的确定.33 10.2.4 热风炉主要尺寸的计算.33 10.2.5 热风炉其他尺寸的确定.34 11 高炉喷吹燃料系统.36 11.1 煤粉喷煤系统.36 11.1.1

7、喷吹工艺流程.36 11.1.2 喷吹系统.37 11.2 喷煤应注意的问题.38 11.3 高炉喷吹废塑料的应用前景.38 12 高炉煤气除尘系统.39 12.2 布袋全干式煤气除尘工艺.39 12.2.1 布袋干法除尘原理.39 12.2.2 工艺流程.39 12.3 煤气除尘设备.40 12.3.1 重力除尘器.40 12.3.2 布袋除尘器.40 12.4 除尘系统附属设备.41 12.4.1 重力式灰泥捕集器.41 12.4.2 填料式灰泥捕集器.41 12.4.3 煤气遮断阀.41 12.4.4 煤气放散阀.41 12.4.5 煤气压力调节阀组.42 12.4.6 煤气切断阀.42

8、 12.5 高炉煤气余压透平发电技术简介.42 13 渣、铁处理系统.43 13.1 风口平台及出铁场.43 13.2 铁水处理设备.43 13.3 水渣渣处理工艺.44 13.3.1 英巴法冲渣工艺.44 13.3.2 粒化工艺.44 13.3.3 过滤工艺.45 13.3.4 粒化水循环系统.45 13.4 铁沟流咀布置.45 13.4.1 铁沟的设计.45 13.4.2 流咀的设计.46 13.5 炉前设备的选择.46 13.5.1 开铁口机.46 13.5.2 堵铁口泥炮.46 13.5.3 堵渣机.46 13.5.4 换风口机.46 13.5.5 换弯管机.46 13.5.6 炉前吊

9、车.47 13.5.7 打夯机.47 13.5.8 出铁场除尘设施.47 14 炼铁车间平面布置.48 14.1 车间平面布置原则.48 14.2 车间平面布置形式.48 结语.49 参考文献.51 致谢.52 附录.52 中文摘要 I 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130万吨的炼铁车间。车间共有1498m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、内燃燃式热风炉、全干式

10、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：炼铁 炼铁工艺计算高炉 炉体设计 无料钟炉顶 内燃式热风炉 布袋除 尘 重庆科技学院专科生毕业设计 II- ABSTRACT Pig iron is main from bla

11、st furnace，furnace ironmaking is also a important process in iron and steel making，and its play an important role 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 f

12、urnace which produce 1300 thousands pig iron per year，the plant has a 1498m furnace which series of advanced and 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

13、soft water circulation and cooling system, bell - less top with central charging hopper, inner combustion burner 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

14、equilibrium calculate），the choose of furnace lining and cooling plant，the design of furnace lines，tuyere and casting 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 consu

15、lt some advanced produce experience and data from home and abroad similar furnace to make the design achieve best. Key words: ironmaking；Ironmaking calculation；blast furnace design；bell-less top；dry bag gas dedusting；inner combustion burner type hot air stove 1 绪论 1 1 绪论 1.1 我国高炉炼铁技术的进步 近10年来,中国高炉大型

16、化、高效化、现代化、长寿化、清洁化发展进程加 快,炼铁不仅表现在技术经济指标的显著提高，也表现在工艺技术装备水平迅速 提升,其中有些已经进入了世界先进行列。 1.1.1 高炉炉体结构技术的进步 高炉炉体结构中，两方面的进步是显著的。一是软水或纯水闭路循环冷却得 到了大面积的推广，其避免结垢、节水降耗的效果十分明显。同时，我国的铜冷 却避及传统的球磨铸铁冷却壁都具有世界先进水平。二是国内的耐火材料技术已 经达到或接近世界先进水平，这包括热风炉使用的硅砖和高炉炉缸使用的刚玉莫 来石砖、复合棕榈刚玉砖、微孔刚玉砖以及炉身使用的SiC砖、铝碳砖等 1.1.2 高炉无料钟炉顶设备技术创新 采用无料钟炉顶

17、装料设备是现代化高炉的重要技术特征。首钢自主设计研制 的无料钟炉顶设备经历了20多年的创新发展历程,结合大型高炉生产技术的进步, 在已有技术的基础上不断优化创新,攻克了大型高炉无料钟炉顶布料装置、齿轮 箱冷却、设备工作可靠性及设备使用寿命等关键性技术难题,成为中国自主设计 制造全部实现国产化并具有核心竞争力的关键技术装备。 1.1.3 高炉煤气全干式布袋除尘技术 高炉煤气干式布袋除尘技术已有30多年的发展历程。2007年1月,中国自主开 发的高炉煤气全干式低压脉冲布袋除尘技术在迁钢2号高炉(2650m) 获得成功, 完全取消了备用的煤气湿式除尘系统，研究开发了煤气温度控制、除尘灰浓相气 力输送

18、、管道系统防腐等核心技术,使中国在大、中型高炉煤气全干式布袋除尘 技术达到国际先进水平。 1.1.4 研究开发助燃空气高温预热技术 近年来我国高炉风温水平有了提高，多数在11001150左右，日本、欧洲 及中国宝钢的高炉风温达到1250。由于中国钢铁企业高热值煤气匮乏,大多数 2 热风炉只能使用低热值的高炉煤气,为了实现高风温,开发了助燃空气高温预热技 术。其原理是:设置两座助燃空气高温预热炉,通过燃烧低热值的高炉煤气将预热 炉加热后,再用来预热热风炉使用的助燃空气。预热炉燃烧温度在1000以上,助 燃空气可以被预热到600以上,同时利用热风炉烟气余热预热高炉煤气到200。 由于提高了助燃空气

19、、煤气的物理热,使热风炉拱顶温度也相应提高,从而可以有 效地提高送风温度。 1.2 我国高炉炼铁技术的发展趋势 1.2.1 高炉炉容、技术装备大型化 我国炼铁产业集中度低，高炉平均炉容偏小，尚有7500万吨/年落后的小高 炉没有淘汰。我国现有870多家钢铁企业，拥有1300多座高炉。但是1000m以 上容积的高炉只有167多座，平均炉容只有570m左右。另外我国烧结机、焦炉、 高炉的装备容积偏小且数量太多，产品质量不稳定和能耗高，企业效益受到影响。 1.2.2 高风、温低燃料比 国际领先水平的热风温度为 1300，国际先进水平为 1250左右。我国与 国际先进水平的热风温度差距在 100左右,

20、是我国炼铁技术指标中与国际差距最 大的地方。我国炼铁工作者首先应当努力缩小这个差距。热风温度是廉价的能源， 这是用 45%高炉煤气换来的,是降低炼铁燃料比的工作重点。 炼铁系统能耗占钢铁企业总能耗78.87% ，污染物排放占2/3。所以说，炼铁 工序要承担联合企业的节能降耗、降成本、实现环境友好的重任。特别是高炉炼 铁工序占总能耗的59.26% ，是钢铁企业节能工作的主攻方向，重点工作是降低 炼铁的燃料比。 1.2.3 精料技术的提高 高炉炼铁应当以精料为基础，精料技术水平对高炉炼铁的影响率占70%，高 炉操作占10%，设备影响占10%，管理水平占5%，外界因素（包括上下工序，运 输和动力)占

21、5%。近年来，一些钢铁企业对精料将方针重视不够，没有善待高炉， 使高炉生产处于被劫状态，造成多方面损失。 1.2.4 开发非高炉炼铁技术装备，促进炼铁技术的发展 目前非高炉炼铁技术有了较大的发展，但是仍然竞争不过高炉炼铁，是炼铁 2 高炉配料计算 3 技术的发展方向，应以予以高度重视，有条件的钢铁企业可进行研究、试验。 2 高炉配料计算 冶炼 1t 生铁，需要一定数量的矿石、熔刑和燃料(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

22、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变料计算 1。 2.1 配料计算的目的 配料计算的目的，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 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

23、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。 4

24、(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 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

25、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)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

26、.3 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,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。 2 高炉配料计算 5 (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

27、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 TFeMnPSFe2O3FeOMnOMnO2CaO 烧结矿55.630.0930.0480.03370.308.180.12010.10 球团矿63.540.0690.0310.00788.320.930.0900.95 块矿58.720.1650.0210.13467.9414.2000.261.50 混合矿57.000.0940.0440.03572.867.4500.1080.0168.21 不必空这一行，下同 续上表 成分 原料 MgOSiO2Al2O3

28、P2O5FeS2FeSSO2烧损合计 烧结矿2.616.201.130.1100.0901.16100.00 球团矿1.074.120.730.0700.0203.70100.00 块矿0.6511.702.320.050.25001.13100.00 混合矿2.266.221.1460.100.020.0701.54100.00 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SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4H2N2 86.795.124.370.680.110.670.050.010.330.330.030

29、.060.15 续上表 有机物 1.30全 S 游离 水 H2N2S1000.534.80 6 0.400.400.50 喷吹物成分见表 2.3 表 2.3 喷吹物成分 灰分 成 分 CH2O2H2ON2S SiO2Al2O3CaOMgOFeO 煤 粉 77.484.354.050.790.420.667.483.420.600.300.45100 6）确定焦比与煤比 根据目前国内生产经验，选择焦比为 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

30、.400 - 1.00 - - - - 0.06 0.800 0.200 - 2.2.4 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 计算方法与过程 2.3.1 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石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣 2 高炉配料计算 7 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

31、.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 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 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(RMCaOK

32、CaOWCaOYCaOXCaO )(2)(2)(2)3(2)2(2 ) 1 (2 321 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

33、铁量 =1.99kg，煤粉带入铁量=0.5775kg，行距不对 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 0.0061600.05123601000.0150.0095YX101 . 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

34、为 1670.86 kg，入炉熟料率 8 =94%。 2.3.4 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3600.54.8379.08 煤粉160160 合计2190.862218.29 2.3.5 终渣成分及渣量计算 （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

35、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=1670.860.000940.51.01kg 55 71 （4）终渣的 SiO2量=1670.860.0622+3600.0512+1600.0748-7.5 =126.83kg （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

36、.0226+3600.0011 +1600.003=38.64kg 终渣成分见表 2.6 表 2.6 终渣成分 成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合计R Kg126.8340.35140.5938.641.013.691.51352.621.10 2 高炉配料计算 9 %35.9611.4439.8710.960.291.050.43100 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%=1

37、0.96%，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 生铁成分校核 （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 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

38、生铁成分（%） FeSiMnPSC合计 95.270.350.080.090.034.18100 校验结果与生铁成分的误差很小，表明原定生铁成分恰当。 10 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炉正常运

39、转的各种工作所不可缺少的参数。 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=

40、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 (1) 风口前燃烧的碳量 C风 根据碳平衡得： C风 =C燃-（C）103- C直- CCH4 式中 C风 风口前燃烧 C 量，kg； 3 高炉物料平衡计算 11 (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

41、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=436.410.012=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

42、 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 所需氧量（m） ，( 0.933cm(C) 中中 为燃烧带入 C 量，为 C 在风口前的燃烧率)； 中 )m(C 中 c Q为燃料带入的氧量（M 为煤粉，V（O）M，V（H2O）M 2 o 为煤带入的氧和 H2O 量） ； 0.21+0.29f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

43、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 (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 12 焦炭挥发分含 CH4量=3600.003=0.15 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

44、+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 =8.18%（假定用 H2还原的铁氧化物中，1/3 用于还原 2 H i r 950 22.4 56 3 2 46.74 Fe2O3，2/3 用于还原 FeO） (3)由 Fe2O3FeO 生成 CO2的量=1670.860.7281=170.43

45、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 46.74m3，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

46、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，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 3 高炉物料平衡计算 13 (5)总 N2的量=1252.24(1-0.05)0.79 焦焦焦 VVV +3600.0055 +1

47、600.0042 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CO2CON2H2CH4总计Vg/ V风 M3316.18426.56976.5350.559.931779.751.355 %17.7723.9754.862.840.56100.00 3.2.3 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 20.0284160.0056280.5486280.2

48、397440.1777 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+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2190.861生铁1

49、000.00 2鼓风1602.872炉渣352.62 3煤气2384.87 4水分56.10 14 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

50、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 热平衡计算的量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 中位个铁各项热消耗总和。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，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

51、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平衡计算。 第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据羔斯定则，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 4 高炉热平衡计算 15 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

52、 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 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

53、 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邑，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， 这也是此种热平彻计算法们缺点2。 4.3 热平衡计算过程 需要补充的原始条件： 鼓风温度 1150；炉顶温度 200；入炉矿石温度为 80。 4.3.1 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=5248.4

54、5 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 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 16 混合矿的 CaO=1670.860.0154=32.75 KJ 44 56 成渣热

55、=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 16 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 （

56、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 3.69 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=10

57、2.89 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）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

58、） 4 高炉热平衡计算 17 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 KJ/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/

59、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）

60、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；故以 MgCO3形 2.268.21 8.21 式分解的 CO2量=25.73-20.18=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