冶金工程专业毕业设计年产300万吨铁水高炉炼铁车间的工艺设计

1、冶金工程专业毕业设计年产300万吨铁水高炉炼铁车间的工艺设计(I秦皇岛分校NorthEasternUniversityAtQinHuangDao毕业设计（论文）年产300万吨铁水高炉炼铁车间的工艺设计院别资源与材料学院专业冶金工程班级80905姓名冯雪茹指导教师王彪2013年6月15日东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第IV页年产300万吨铁水高炉炼铁车间的工艺设计摘要高炉炼铁是获得生铁的主要手段，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。高炉炼铁作为钢铁生产的重要流程，具技术及设备的研究和改进也显得尤为重要。为促进我国成为钢铁强国，研究和改进高炉炼铁是必不可少的一

2、个部分。本着优质、高产、低耗和低污染的方针，根据攀枝花地区的实际情况，设计一座年产300万吨铁水的高炉炼铁车间。主要设计内容分为三大部分：一是高炉车间设计，设计内容包括厂址选择、平面布置、工艺布置，并设计绘有车间平面布置图、车间纵剖图、设备流程图、高炉断面图以及高炉俯视图；二是炼铁综合计算，计算内容包括配料计算、物料计算、热平衡计算；三是进行高炉炼铁车间高炉本体及其附属系统的工艺设计，设计内容主要包括高炉本体结构及其冷却设备、原料系统、送风系统、煤粉喷吹系统、煤气处理系统、渣铁处理系统。在整个设计过程中，采用国内外相同高炉的一些先进生产操作经验和相关的数据，一些较先进的设计方法、技术和设备，做

3、到设计车间高度机械化、自动化，大型化和横向化。在节约投资费用、节能环保减排等方面都作了综合考虑，以期达到最佳的生产效益。关键词：高炉，高炉炼铁，炼铁车间，炼铁综合计算东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第ii页TheProcessDesignOfTheBlastFurnacelironmakingWorkshopWithAnnualOutputOf3MillionTonsOfHotMetalAuthor:FengXueruTutor:WangBiaoAbstractBlastfurnaceironmakingisregardedastheprimarymethodtoproducepigiron

4、,whichisthemostsignificantpartintheferrousmetallurgyandplaysanimportantroleinthenationaleconomicconstruction.Asakeyprocedure,studiesandimprovementforthetechnologyandequipmentofblastfurnaceironmakingisequallyimportant.Inordertomakeastrongcountryofsteelandironindustry,itisnecessarytocarrystudyonitandt

5、rytoacquiresomeimprovement.Tokeepinlinewiththeprincipleofhighquality,highyield,lowcostandlowpollution,aworkshopforblastfurnaceironmakingwiththeannualoutputof3milliontonsofmoltenironisdesignedaccordingtothetheactualconditionsofPanzhihuaarea.Thedesignisdevidedintothreepartsasfollows:thefirstoneisdesig

6、nforblastfurnaceplant,includingsiteselection,planelayoutandprocessingset-up,Anddesignedworkshopfloorplan,workshoplongitudinalsectionalview,instrumentationdiagrams,blastfurnacetopviewandacross-sectionalview;thenistheintegratedcalculationforironmaking,includingthecalculationforburdening,materialsandth

7、ethermalbalance,thethirdistheprocessdesignforthebodyofblastfurnaceanditsaccessorysystems,whichincludesthebodystructureofblastfurnaceanditscoolingequipment,rawmaterialsystem,airsupplysystem,coalpowderinjectionsystem,gasprocessingsystemandslagironprocessingsystem.Duringthewholedesign,someadvancedopera

8、tionalexperienceandrelativedataofthesameblastfurnaceathomeandabroadareusedforreferencetogetherwithsomeadvanceddesignmethods,technologyandequipmentinordertohighdegreeofmechanization,automation,upsizing,horizontal.Someaspectssuchastolowerthecost,energyconservation,andenvironmentalprotectionareconsider

9、edsoastoobtainthebestproductionperformance.KeyWords:BlastFurnace,Ironmaking,IronmakingWorkshop,Integrated东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第III页Computation东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第v页目录1 绪论1.1.1 研究背景和研究意义1.1.2 高炉冶炼现状及其发展1.1.3 研究内容3.1.4 本设计采用的先进生产技术4.2工艺流程及主要经济技术指标1.12.1 高炉炼铁生产工艺流程112.2 主要经济技术指标的选择123高炉炼铁车间设计1.41.1 厂址选择1.41.

10、2 车间平面布置141.2.1 车间平面布置原则1.41.2.2 车间平面布置形式1.41.3 高炉座数及容积的确定154 高炉炼铁综合计算1.64.1 已知条件整理.164.2 配料计算1.94.3 物料平衡244.4 热平衡计算305 高炉本体设计375.1 炉型设计375.1.1 内型尺寸确定375.1.2 绘制高炉炉型简图.4.15.2 炉衬设计41.5.2.1 炉底和炉缸设计425.2.2 炉腹、炉腰和炉身设计4205.2.3炉喉设计435.3 高炉冷却设备445.3.1 冷却设备的作用445.3.2 冷却介质445.3.3 冷却方式445.3.4 冷却设备选择445.4 高炉冷却水

11、系统455.5 高炉钢结构455.5.1 高炉本体钢结构455.5.2 炉壳465.6 高炉基础476原料系统.481.1 原料供应设备481.1.1 贮矿槽和贮焦槽的设计481.1.2 槽下设备491.2 炉顶上料设备501.3 炉顶装料设备507 送风系统.51.7.1 高炉鼓风机51.7.1.1 鼓风机出口风量的计算517.1.2 高炉鼓风压力的计算527.1.3 高炉鼓风机的选型.527.2 热风炉537.2.1 热风炉的选择537.2.2 热风炉主要尺寸的计算547.2.3 热风炉附属设备和设施578 喷吹系统.5.7.8.1 煤粉制备系统588.1.1 原煤贮运58二;东北大学秦皇

12、岛分校毕业设计（论文）第vii页8.1.2 煤的干燥588.1.3 磨煤机588.1.4 给煤机588.1.5 煤粉收集设备588.2 煤粉喷吹系统.598.2.1 工艺选择598.2.2 喷吹系统附属设备.598.3 热烟气系统608.4 喷吹烟煤的安全措施609煤气处理系统61.9.1 煤气除尘设备619.1.1 粗除尘设备619.1.2 半精细除尘设备629.1.3 精细除尘设备629.1.4 脱水器639.2 煤气除尘系统附属设备639.2.1 煤气管道639.2.2 煤气阀门649.3 余压发电6410沾铁处理系统6510.1 风口平台及出铁厂设计6510.2 铁沟和渣铁分离器.66

13、10.3 摆动溜嘴6710.4 炉前设备6710.5 铁水处理设备6810.5.1 铁水罐车6810.5.2 铸铁机6810.6 炉渣处理设备68结论69.固州曲t70参考资料.71.附录72.附录A.72附录B76或：东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第3页1绪论1.1 研究背景和研究意义钢铁材料是人类经济建设和日常生活中所使用的最重要的结构材料和用量最大的功能材料，是人类社会进步所依赖的重要物质基础，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。在现代化建设中，钢的需求涉及所有部门，而且需用的品种和数量都很大。现代农业、机械工业、化学工业、建筑业、电子工业、兵器工业、航空航天工业以及人们日常生活都离不

14、开钢。钢铁业是工业经济和人民生活改善的支柱产业。展望21世纪，钢铁仍将是最主要的结构材料和产量最大的功能材料。到目前为止还看不出，有任何其他材料在可预见的将来能代替钢铁现有的地位。20世纪90年代以来，世界钢铁工业格局发生了重大变化，其中最令人瞩目的是中国钢铁工业的崛起。1990年中国钢产量为6535万吨，1996年超过1亿吨成为世界第一产钢大国。近几年来，我国钢铁工业更是连续高速发展。据资料表明1,从2002年开始，钢产量年增长速度均在20%以上，2003年突破2亿吨，2005年突破3亿吨，2006年和2007年钢产量连续两年都超过4亿吨，2008年突破5亿吨，遥遥领先与世界其他国家，创世界

15、钢铁发展史上的新纪录，标志着中国成为世界炼铁强国。这对我国钢铁工业来说，是个新的历史大跨越。同时高炉炼铁技术也取得了较大进步，全国重点钢铁企业高炉炼铁焦比达到392kg/t,热风温度达到1125c，喷煤比达到137kg/t,利用系数达到2.667t/(m3,d)。但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还有很大差距，造成中国炼铁技术发展不平衡。所以，在21世纪，我国高炉炼铁将继续在结构调整中发展，加快淘汰落后技术装备的进程，大力推动各项炼铁先进技术装备的发展，努力实现炼铁企业的清洁生产，使我国钢铁工业走可持续发展的道路。高炉炼铁作为钢铁冶炼的的重要环节，具高新技术的投入，

16、现有技术和设备的改进对于钢铁工业的发展起着不可忽视的作用。根据攀枝花地区目前钢铁生产的工艺以及环境条件，设计年产300万吨铁水高炉炼铁车间对于本地区的许多钢铁厂都具有比较好的借鉴作用，在节能环保方面较小高炉有很大优势，同时初期投资相对较小。因此，本设计的深度和广度都是比较适宜的。1.2 高炉冶炼现状及其发展自19世纪中叶以后，高炉冶炼技术发展迅速，生产日益强化，指标不断更新，自易化程度越来越高。主要表现有以下几方面2:(1)炉容大型化及其空间尺寸的横向发展1860年以前高炉最大容积为100300m3,产量3050t/d;到19世纪末容积增大到500700m3,产量400500t/d;进入20世

17、纪炉容不断扩大到10003000m3,至U20世纪后期容积增大到40005000m3,最大的达5500m3日产铁万吨以上。(2)精料19世纪40年代开始生产人造富矿(烧结矿、方团矿和球团矿等)。起初烧结配料中不加熔剂，烧结矿是自然碱度的，到20世纪中叶发展为自熔性烧结矿，进而发展成熔剂性烧结矿，其冶金性能大为改善，高碱度烧结矿和球团矿成为高炉的主要原料，高炉基本上不再加石灰石。止匕外，矿石混匀、整粒、筛分等技术也有很大发展。与此同时焦炭质量也不断提高。这些，使高炉冶炼指标明显改善。(3)富氧鼓风为减少煤气体积，利于炉况顺行，提高冶炼强度和产量，20世纪中叶出现了富氧鼓风技术，即在高炉鼓风中兑入

18、一部分工业氧气。但由于风口前火焰温度的限制，这项技术在20世纪60年代高炉喷吹燃料技术发展起来以后，才得到广泛应用。(4)高压操作以前高炉炉顶压力为0.010.02MPa,20世纪中期出现了高压(炉顶)操作，初期炉顶压力提高到0.07MPa左右，随着鼓风机能力加大，和设备制造水平提高，到20世纪后期炉顶压力已达到0.150.25MPa。由于炉内压力提高，煤气速度减慢，使高炉的冶炼强度和利用系数提高了一大步。(5)高风温技术随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从20世纪中期的500600c提高到20世纪后期的11001350Co由于风温

19、水平大幅度提高，焦比显著降低了。(6)喷吹燃料技术为大量降低高炉焦比，60年代起普遍采用了从高炉风口喷吹燃料的技术。喷吹燃料的种类主要有重油、天然气和煤粉。由于喷重油和天然气比喷煤粉设备相对简单，6070年代多数高炉都喷重油和天然气，只有美国和苏联的少数几座高炉喷煤粉。中国根据自己的资源特点重点发展了喷煤粉，到70年代末全国重点钢铁企业已有40座高炉喷煤粉，质占当时重点钢铁企业高炉总数的54.8%。1966年首都钢铁公司的高炉平均喷煤量达到159kg/t,焦比降到476kg/t,其中1号高炉年平均喷煤225kg/t,最好的月份喷煤量达279kg/t,焦比为336kg/t,创世界喷煤最高纪录。当

20、时中国喷煤高炉之广，喷煤量之多，引起世界瞩目。80年代起，由于油价高涨，焦炉老化，炼焦煤和焦炭短缺，以及环保对焦炉的限制等因素，世界高炉迅速转向喷煤，到90年代喷煤量多的已达到200kg/t以上，焦比降到300kg/t以下。(7)自动控制技术随着机械化、自动化技术的发展和电子计算机的应用，高炉的自动控制水平在20世纪后30年间有很大发展。不仅上料系统、热风炉燃烧和换炉、炉前操作等各环节实现了自动化操作，炉内冶炼过程控制也由于人工智能、专门系统的应用有很大提高。(8)高炉长寿技术随着原料质量和操作水平的提高，以及高炉耐火材料质量的改进(包括碳砖和碳化硅砖等优质耐火材料的应用)和冷却方法的进步，7

21、0年代以后，高炉寿命显著延长，到90年代已达到1015年，最高达到20年。一代高炉单位炉容产铁量达到70009000t/m3,高的达到12000t/m31.3 研究内容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，主要设备的基本结构，工作原理及设计方法。本设计说明书的设计原则是，拟建两座高炉，每座高炉有效容积为2000m3关键工艺装备水平到达国家同类型高炉水平。本设计说明书主要内容为：(1)高炉车间的设计。包括厂址选择，车间平面布置。(2)炼铁综合计算。包括配料计算，物料计算，热平衡计算。先从原料入手，对各种原料的化学分析结果进行成分处理，再计算风量，煤气量，热收入和热支出等。(

22、3)高炉本体设计。包括高炉的选型及高炉内型的计算，冷却设备及本体结构设计等。(4)高炉车间附属系统设计。包括原料系统、送风系统、煤粉喷吹系统、煤气处理系统、渣铁处理系统五大系统的设备选择及工艺设计。(5)CAD制图(见附录A)。包括高炉断面图，高炉俯视图，高炉炼铁设备流程图，高炉车间平面布置图，高炉车间纵剖图。1.4 咻设计采用的先进生产技术(1)精料，原料采用烧结矿。(2)高炉本体冷却壁采用铜冷却壁。(3)无钟炉顶和皮带上料，旋转溜槽布料。(4)富氧喷吹。(5)冷却采用软水密封循环系统。(6)采用余压发电装置。或：东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第12_M2工艺流程及主要经济技术指标2.1

23、 高炉炼铁生产工艺流程高炉炼铁是用还原剂(焦炭、煤等)在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程。其生产工艺流程如图2.1所示图2.1高炉生产工艺流程图3高炉本体是冶炼生铁的主体设备，是由耐火材料砌筑的竖立式圆简形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。要完成高炉生产，除高炉本体外，还必须有其他附属系统的配合，分别是4：(D原料系统：原料料系统的主要任务是及时、准确、稳定地将合格原料送入高炉。包括贮矿槽、贮焦槽、称量与筛分等一系列设备。(2)送风系统：送风系统主要任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需热风。包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等。(3)煤气除尘系统：煤气除

24、尘系统的主要任务是回收高炉煤气，使其含尘量降至10mg/mf以下，以满足用户对煤气质量的要求。包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等。产1(4)造铁处理系统：造铁处理系统的主要任务是及时处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉生产正常进行。包括出铁场、开铁口机、堵铁口泥炮、炉前吊车、铁水罐车及炉渣处理设备等。(5)喷吹燃料系统：喷吹燃料系统主要任务是均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。包括原煤的储存、运输，煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等设备。2.2 主要经济技术指标的选择高炉主要技术经济指标是反映炼铁厂综合水平的标志。主要有5:(1)高炉有效容积利用系数(v)。高炉有效容积

25、系数是指每昼夜、每1m3高炉有效容积的生铁产量，即高炉每昼夜的生铁产量P与高炉有效容积V之比。v是高炉炼铁的重要指标，v愈大，高炉生产率愈高。目前，一股大型高炉超过2.0t/(m3d)cvP/V有(2.1)(2)焦比(K)。焦比是指冶炼每吨生铁所消耗的焦炭量，即每昼夜焦炭消耗量Qk与每昼夜的生铁产量P之比。焦炭的消耗量约占生产成本的30%40%,焦炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。KQk/P(2.2)(3)煤比(Y)。冶炼每吨生铁消耗的煤粉量称为煤比，单位为kg/d。当每昼夜煤粉的消耗量为QY时，则：YQy/P(2.3)(4)冶炼强度(I)。冶炼强度是指高炉每昼夜高炉燃烧的焦炭量Qk与高炉容

26、积V有的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为t/(md)。IQk/V有(2.4)(5)休风率()。休风率是指休风时间占全年日历时间的百分数。降低休风率是高炉增产的重要途径，一般高炉休风率低于2%。(6)生铁合格率。生铁合格率是指化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数，是评价高炉优质生产的主要指标。(7)高炉一代寿命。高炉一代寿命是指从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间,东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第13页6是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。大型高炉一代寿命为1015年。东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第15页3高炉炼铁车间设计3.1厂址选择考虑因素6:(1)工业布局要合理

27、，以利于经济协作。(2)合理利用地形设计工艺流程，简化工艺，减少运输量，节省投资。(3)尽可能接近原料产地及消费地点，以减少原料及产品的运输费用。(4)地质条件要好，地层下不能有有开采价值的矿物，也不能是已开采区。(5)水电资源丰富，供水供电不能间断，供电双电源。(6)尽量少占良田。(7)厂址位于城市居民区主导风向的下风向或侧风向。(8)不受洪水及大雨的淹没。攀西地区是中国乃至世界矿产资源最富集的地区之一，蕴藏着锐钛磁铁矿资源近96亿吨，其中铀资源储量(以V2O5计)1862万吨，钛资源储量(以TiO2计)6.18亿吨，分别占世界储量的11.6%和35%,占中国储量的52%和95%。其次，攀西

28、地区水能、煤炭及冶金辅料资源丰富，具有建设大型钢铁锐钛企业的优越条件。综合考虑，本设计选择四川省攀枝花市作为设计建厂地址。3.2 车间平面布置3.2.1 车间平面布置原则(1)布置紧凑：在工艺合理，操作安全，满足生产的条件下，应尽量紧凑并合理地公用一些设备与建筑物，以求少占土地和缩短运输线、网管线的距离。(2)有足够的运输能力：保证原料及时入厂和产品及时运处。(3)位置适当：高炉车间主要设备布置位置要适当。(4)要考虑高炉大修、扩建时，施工作业及其运输不应该妨碍其他高炉的生产和运输。3.2.2 车间平面布置形式高炉平面布置最常见的形式有四种：一列式布置、并列式布置、岛式布置、半岛式布置本设计采

29、用半岛式车间布置。其特点是:(1)高炉和热风炉列线与车间调度线交角可以大到45。，因此高炉距离近。(2)在高炉两侧各有三条独立的有尽头的铁水罐车停放线和一条辅助材料运输线(3)出铁场和铁水罐车停放线垂直，缩短了出铁场长度。(4)设有摆动流嘴，出一次铁可以放置几个铁水罐车。3.3 高炉座数及容积的确定1、确定高炉全年的生铁任务P。已知本设计_6P=310t/a2、计算高炉日产量p(3.1)式中M 一高炉座数，座，本设计为 2;一高炉休风率，,本设计取4%。则:300:0.4281' 4281t365 2 96%3、计算高炉有效容积Vu式中 v一有效容积利用系数,t/ (m3- d),本设

30、计取 2.2。则:42812.2 3= 1945.91m按实际情况取2000m3东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第17页4高炉炼铁综合计算在设计高炉车间及高炉时，必须根据建厂地区的原燃料条件、自然环境条件及可能达到的冶炼条件和工艺参数进行高炉炼铁综合计算，以计算获得的原燃料消耗量、鼓风消耗量、单位生铁的煤气产量、渣量和炉尘量等作为高炉设计的基础参数。高炉炼铁综合计算主要包括配料计算、物料平衡及热平衡计算网。4.1 已知条件整理1、原料高炉采用烧结矿、生矿两种矿石冶炼，矿石、石灰石成分已经过整理计算，如表4.1,其混合矿是按两种矿石9:1配成。表4.1原料成分表单位：%FMpSFe2FeMnM

31、nCanPSO3OOO2O烧结矿生矿混合矿石灰石53.8 0.13049.5 0.10553.4 0.101000.0 0.0530.0 0.12355.4 19.18861.47.200.1211.510.26 2.000.4 0.0 56.054818.00.110.0310.560.0 0.01354.11Mg SiO Al2O 2 O3P2O5FeS2FeCO2H2O合计烧结矿3.64生矿混合矿石灰石0.403.321.119.7714.8010.270.741.012.231.130.140.120.060.110.010.250.030.070.00.02.110.2143.79.

32、00.90100.00100.00100.00100.002、炼钢用生铁，规定生铁成分S0.03%,Si0.7%3、设计焦比：K=340kg,煤比M=170kg4、炉渣碱度：RCaO/SiO21.035、选取铁的直接还原度rd=45%,氢的利用率：4h2=35%6、鼓风湿度：12.5g/m3。7、热风温度：1100C。8、高炉使用冷烧结矿，炉顶煤气温度为200Co9、鼓风密度：1.28kg/m3。10、燃料成分高炉使用的焦炭及喷吹的无烟煤粉，其成分如表4.2<4.5所列表4.2焦炭成分单位：%i!E挥发有机而成分碳灰分分物2s水温入 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第18辿分数85.4

33、312.520.91.151000.6854.12表4.3焦炭挥发分和有机物含量单位：%成分CO2COCH4SH2N22八0.310.310.050.190.040.90有机心0.450.200.501.15表4.4煤粉成分单位：%成分CHOH2ONS灰分2量数质分75.884.183.200.801.990.4013.55100表4.5焦炭、煤粉灰分成分单位：%SiO2A12O3CaOMgOFeOFeSP2O52焦炭6.294.390.530.151.030.120.0112.52东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第#页煤粉8.123.210.300.101.8211、元素在生铁、炉渣与煤气

34、中的分配率，如表4.6表4.6元素分配率项BFeMnPS生铁0.9970.5001.000炉渣0.0030.500一煤气一一一0.054.2配料计算1、吨铁矿石用量计算9Fef m(Fe)J m(Fe)M56 一 56-56 一mJ(56FeOJ 56FeSJ|) 56FeOMmM728872(1)燃料带入铁量Fe.f565656340(0.01030.0012)1700.01827288725.39kg式中m(Fe)J焦炭中带入的铁量，kg/t;m(Fe)M一煤粉中带入的铁量，kg/t；mJ焦碳量，kg/t；FeO"焦炭中FeO的含量，;FeSj一焦炭中FeS的含量，;FeOM一煤

35、粉中FeO的含量，;mM一煤粉量，kg/to(2)根据公式计算矿石用量A(4.1)1000(95.70.73SiS)100Fe.fFeTFe Fe 0.68% +1.03Mn矿 MnA二式中Si,S一生铁中相应元素的含量， ;Fe, Mn一铁，钮在生铁中的分配率；TFe一矿石中全铁含量，%；P矿，Mn矿一矿石中磷，钮元素含量，% oA 1000(95.7 0.73 O7 °.03)100 5.39 0.997=1765.4253.40 0.997 0.68 0.45+1.03 0.11 0.50kg式中式中2、生铁成分计算Fem(Fe)矿 +m(Fe)燃=(A TFe Fe.f) F

36、e/1053.400.997(1765.42 5.39)- 一1001094.53%m（Fe）矿，m（Fe）燃一分别为矿石和燃料中带入的铁量，kg/t。Pm(P)矿叫)j(1765.42 0.00045 340 0.0001 62/142) /100.08%m（p）矿，叫）一分别为矿石,焦炭带入的磷量，kg/t。(4.2)Mnm(Mn)矿=AMn矿镒/1000=1765.420.00110.5/100.10%式中m（Mn）矿一矿石带入的钻量,kg/t100100FeSiSPMn94.530.700.030.080.15.26%则生铁成分如表4.7所示。表4.7生铁成分位：%温'东北大学

37、秦皇岛分校毕业设计(论文)第21辿质量分数成分SiMnSPCFe20.700.100.030.085.2694.53100.003、石灰石用量计算(1)矿石、燃料带入的CaO量:m(CaO)mCaO)矿mCaO)Jm(CaO)M1765.4201056+3400.0053+1700.0030=188.74kg式中m(CaO)矿一矿石中带入的CaO量，kg/t；m(CaO)J焦炭中带入的CaO量，kg/t;m(CaO)m一煤粉中带入的CaO量，kg/t。(2)矿石、燃料带入的SiO2量(要扣除还原Si消耗的)：m(SiO2)m(SiO2)矿+m(SiO2)J+m(SiO2)M=1765.4201

38、0273400.06291700.0812100.760/28201.50kg式中Rsi%)矿一矿石带入的SiO2量，kg/t；m(SiO2)j一焦炭带入的SiO2量，kg/t；口皿加一煤粉带入的SiO2量，kg/t。(3)石灰石的有效熔剂性：(4.3)CaO有效CaO石RSiO2石=54.111.030.74=53.35kg式中CaO石，S0石一石灰石中CaO,SiO2的百分含量);R碱度，取1.03。(4)石灰石用量:第22页东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)(m(SiO2)Rm(CaO)CaO石二(201.501.03188.74)/0.553535.25kg4、渣量及炉渣成分计算炉料带

39、入的各种炉渣组分的数量为：CaOmCaO)mCaO)188.7435.250.5411206.07kg式中m（CaO）一石灰石带入的CaO量，kg/t。SiO2ml（SiO2）ml（SiO2）201.5035.250.0074kg=201.76kg式中m（siO2）一石灰石带入的SiO2量，kg/toMgOm（MgO）矿+m（MgO）jm（MgO）Mm（MgO）1765.420.03323400.00151700.001035.250.011159.68kg式中m（MgO）矿一矿石中MgO的量，kg/t;m（MgO）j一焦炭中MgO的量，kg/t；m（MgO）M一煤粉中MgO的量，kg/t;m

40、（MgO）一石灰石中MgO的量，kg/toAl2O3mAl2O3）矿m（Al2O3）Jm（A|2O3）Mm（A|2O3）1765.420.01133400.04391700.032135.250.001440.38kg式中m（Al2O）矿一矿石中AI2O3的量，kg/t；m（Ai2O3）J一焦炭中Al2。3的量，kg/t；m（Ai2o3）m一煤粉中Al2O3的量，kg/t；m（Al2O3）一石灰石中Al2O3的量，kg/to法中MnO量:东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第#页m（MnO=AMn矿Mn71/551765.420.00110.571/55kg1.25kg法中FeO量m（FeO）7

41、2mgtu/56945.30.003/0.99772/56kg3.66kg式中U一铁元素在炉渣中的分配率,一铁元素在生铁中的分配率,1t生铁炉料带入的硫量（硫负荷）：Sm（S）矿m（S）Jm（S）Mm（S）1765.420.00043400.00451700.0040+35.250,0003kg=2.93kg进入生铁的硫量:100.03=0.3kg进入煤气的硫量:2.930.05=0.15kg进入渣中的硫量:2.930.30.152.48kg则炉渣组成如表4,8所示含 SiO Al 2 Ca Mg MnFeO S/2表4.8炉渣组成O3O/kg 成 分/%201.7639.2540.388.8

42、6206.0740.0958.6 1.25 3.66 1.24 T二6 0,24 0.71 0.24 1004.3物料平衡物料平衡是建立在质量守恒定律的基础上，以配料计算为依据计算的。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、鼓风量的计算每吨生铁的各项耗碳是：(1)氧化碳量Co燃料带入的可燃碳量：CfCjCm3400.85431700.7530418.47kg生成CH4耗碳：CCH40.01Cf418

43、.470.014.18kg生铁渗碳：Cc10C105.2652.6kg氧化碳量：CoCfCCH4Cc418.474.1852.6361.69kg(2)其他因素直接还原耗碳CdaCda10(Si24/28Mn12/55P60/62)12CO2/4412U(S)/3210(0.724/280.112/550.0860/(4.5)62)1235.250.43780.5/44122.48/3210.03kg式中CO2一石灰石中CO2含量，kg/t；一石灰石在高温区分解率，取0.5;U每吨生铁的渣量，kg/t;(S)一渣中含硫量。(3)铁直接还原耗碳CdFe的计算CdFe12Ferrd/56121094

44、.5345%/5691.15kg东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第25页则：风口前燃烧碳量:CbCoCdaCdFe361.6910.0391.15260.51kg风口碳量所占比例：Cb/Cf260.51/361.6972.03%鼓风含氧量：02b0.210.29(a0.19)W0.210.290.01552%0.234kg式中(a0.19)W富氧率，取2%；一鼓风湿度，取0.0155;a富氧气体氧的纯度；W一单位体积鼓风量中兑入的富氧气体量。冶炼每吨生铁由煤粉带入的氧量(4.7)(4.8)。喷22.4mM(0mH20M16/18)/3222.4170(0.0320.00816/18)/324

45、.65kg所以1t生铁的鼓风量：0.933Cb。喷Vb-O2b0.933260.514.650.2341018.83m3每吨生铁的鼓风质量：GbVbb1018.831.281304.10kg式中b一标准状况下的鼓风密度，kg/m3。2、煤气组分及煤气量计算(1)计算CH,量由燃料带入的C生成CH4的量：V(CH4)R=2.923)CH422.4/124.1822.4/127.80m3焦炭挥发分含CH,量:东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第#页VCHw22.4kCH4k/1622.43400.0005/160.24m3（CH4）J4k式中k一焦炭量，kg；CH4k一焦炭中CH4的含量，kg。进

46、入煤气的CH,量：Vch4V（CH4）RV（CH4）J7.800.248.04m3（2）入炉总H2量入炉总H2量为鼓风带入H2、焦炭带入H2和煤粉带入H2的量的总和。即入炉的总H2量：H2Vh2风+Vh2焦+Vh2煤=1018.830.01553400.00190.002170(0.04180.0082/18)22.4/23111.92m设喷吹条件下有40%的H2参加还原，则参加还原的H2量：3VH2还=0.4H2111.920.444.77m3生成CH4的H2量：VH2甲222.4CCH4/124.18222.4/1215.61m3进入煤气的H2量：Vh2煤=H2Vh2还Vh2甲111.92

47、44.7715.6151.54m3高炉中氢的还原度：ri(H2)42还56/(22.410Fe)44.7756/(22.41094.53)0.12上式中假定全部氢参与浮土体的还原。(3) CO21)还原金属氧化物生成的CO2由Fe2O3一FeO生成CO2的量：1765.420.560822.4/160138.61m3由FegFe生成CO2的量：945.3(10.450.12)22.4/56162.59m3:东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第27 M由MnO2一MnO生成的CO2的量：1765.420.000322.4/870.14m3总计还原生成的CO2量为：138.61162.590.14

48、301.34m32）各种炉料分解或者带入的CO2量各种炉料分解或者带入的CO2量为焦炭的CO2量、矿石的CO2量和石灰石分解的CO2量之和。矿石带入的CO2：31765.420.002122.4/441.89m熔剂分解出的CO2(取石灰石高温区的分解率0.5):35.250.4378(10.5)22.4/443.93m3焦炭带入的CO2：3400.003122.4/440.54m3则由炉料共带入CO2：31.893.930.546.36m因此，煤气的总CO2量：3301.34+6.36307.30m(4)煤气中总CO的量风口前碳素燃烧生成的CO:260.5122.4/12486.29m3铁元素

49、直接还原生成CO:91.1522.4/12170.15其他直接还原生成的CO:10.0322.4/1218.72m3焦炭挥发分带入的CO：3400.003122.4/280.84m3熔剂在高温区分解出CO2转变为CO：335.250.43780.522.4/443.93m扣除间接还原消耗的CO,进入煤气中CO的总含量为:东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第29页486.29170.1518.720.843.93307.30372.63m煤气与鼓风的体积比为：Vg/Vb 1536.09/1018.83 1.51煤气密度：g (44CO2m 28CO m 2H2m 16CH4m 28N ?m )

50、/ 22.4 0.2001 44 (0.2426 0.5186) 28 0.0336 2 0.0052 16/ 22.4 1.35kg/m3式中CO2m，COm，H2m，CH/m , N2m 一煤气中各组分的含量。每吨生铁的煤气质量：Gg Vg g 1536.09 1.35 2073.72kg3、煤气中水量的计算(5)总N2的量鼓风带入的N2：1018.830.79(10.0155)792.40m3焦炭、煤粉带入的N2：340(0.00040.005)1700.019922.4/284.18m3煤气中N2总量：VN2792.44.18796.58m3将上列计算结果列表，求出煤气总量及煤气成分，

51、如表4.9所示。表4.9煤气成分体积/m3质量分数/%含量CO2CON2H2CH42307.30372.63796.5851.548.041536.0920.0124.2651.863.360.52100.00焦炭带入的游离水(考虑到焦比的机械损失，则将焦比扩大0.02倍。)：340(10.02)0.0412/(10.0412)14.90kgH2还原生成的水分：39.72>44.7718/22.4=35.98kg矿石带入的结晶水：1765.420.00915.89kg所以进入煤气的水分总质量：4、考虑14.9035.9815.8956.77kg矿石量:,实际入炉量为：1765.421.0

52、11783.07kg灰石量:3401.01343.40kg35.251.0135.60kg所以机械损失(含炉尘)量为：(1783.071765.42)(343.40340)(35.6035.25)17.653.41.3522.40kg5、列物料平衡表，计算物料平衡误差，如表4.10所示。物料平衡误差：绝对误差：3674.883666.937.95kg相对误差：7.95/3674.880.22%在物料衡算中，相对误差应小于0.3%,本计算符合要求。表4.10物料平衡表收入支出屋B东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第31页项目数量/kg项目数量/kg矿石1818.38生铁1000焦炭346.80炉

53、渣514.04煤粉170煤气2073.72石灰石35.60煤气中水56.77鼓风1304.10炉尘22.40合计3674.883666.934.4热平衡计算热平衡计算是高炉工艺计算的重要组成部分，目的是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能交换与利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。通过计算高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，研究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衡计算表研究高炉冶炼过程的热传递情况1、热量收入计算（1）碳素氧化热由还原反应生成的CO2为301.34m3相当于氧化成CO2的碳量：Co（co2）=301.3412/22.4=161.43kg由C氧化成CO的碳量：Co（co）Co-Co（co2）361.69-161.43200.26kg碳素氧化热：Qs14.18（2340200.267980161.43）7343506.76kJ式中234A为1kg焦炭的碳生成CO所产生白热量，kJ/kg;7980为1kgC生成CO2所产生白热量，kJ/kg。（2）鼓风带入热