年产280万吨炼钢生铁的炼铁车间设计说明

1、 . . PAGE- 90 - / NUMPAGES93 . . 首钢工学院成教学院（2011届）本科毕业设计题目：年产量280万吨炼钢生铁40万吨铸造生铁的炼铁车间专题：高炉专家系统模型的应用与发展专业：班级：XX：学 号：指导教师：说明书68页，图纸3，专题8页，译文10页年产量280万吨炼钢生铁40万吨铸造生铁的炼铁车间摘要本设计是设计年产280万吨炼钢生铁，40万吨铸造生铁的高炉炼铁车间。在设计中采用了2022m3的高炉2座，不设渣口，2个出铁口，采用矩形出铁场。送风系统采用四座新日铁式外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、文氏管和电除尘。渣铁处理系统采用法水淬渣（RASA）处理，

2、特殊情况采用干渣生产，上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。在设计中，首先做了物料平衡、热平衡，炉型的设计与计算，以与设备的选择；设计中应用了许多先进的工艺，这些工艺在实行大喷煤技术提高传热效率，节能，提高生产率方面起了重要的作用。在设计中，广泛吸收前人技术革新和国外科学研究成果。根据实际需要与可能性，尽量采用先进设备、结构、材料与新工艺。做到技术上先进，经济上合理，又减少环境污染。车间总体布置形式为半岛式。关键词：高炉，物料平衡，热平衡，半岛式Design of an ironmaking workshop with annual output of 2.8 million tons

3、 of steelmaking iron and 0.4 million tons of Casting ironAbstractThe assignment is the design of the 2.8 million tons annual production capacity of steel-making pig iron, 0.4million of blast furnace cast pig iron workshop. I design two 1800m3 blast furnaces，and set up two tapholes with no slag hole，

4、which use rectangular field of iron. Blast system 4 Nippon external combustion hot stoves，Dust catcher system uses gravity precipitators, venturi tube and electrostatic precipitator.The methods of slag iron processing system use water quenching residue Lhasa (RASA), special circumstances use dry sla

5、g productions to deal with.The charging system is using belt feeding machine to ensuring uninterrupting charging of blast furnace. In the design，first of all,calculatingthe material balance, heat balance, and the furnace structure, as well as the choice of equipment; the design of the application of

6、 a number of advanced technology, these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency，to save energy ，to improve productivity ,which played an important role. The design has broadly absorpted technological innovations and the result

7、s of scientific research at home and abroad. According to the actual needs and possibilities use advanced equipment as far as possible，advanced structure，advanced materials and so on. Achieve technically advanced and economically rational，and reduce environmental pollution. The form of workshop with

8、 the overall layout is peninsula.Keywords:blast furnace,material balance, eheat balance,peninsula目录 HYPERLINK l _Toc24332 绪论 PAGEREF _Toc24332 1TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc28217 1 高炉冶炼综合计算 PAGEREF _Toc28217 2 HYPERLINK l _Toc29590 1.1 概述 PAGEREF _Toc29590 2 HYPERLINK l _Toc9727 1.2 配料计算 PAGEREF

9、_Toc9727 3 HYPERLINK l _Toc14456 1.2.1 原燃料条件 PAGEREF _Toc14456 3 HYPERLINK l _Toc14067 1.2.2 计算矿石需要量G矿 PAGEREF _Toc14067 4 HYPERLINK l _Toc18674 1.2.3 计算熔剂需要量G熔 PAGEREF _Toc18674 5 HYPERLINK l _Toc23276 1.2.4 炉渣成分的计算 PAGEREF _Toc23276 7 HYPERLINK l _Toc250401.2.5 校核生铁成分 PAGEREF _Toc25040 9 HYPERLINK

10、 l _Toc32381 1.3 物料平衡计算 PAGEREF _Toc32381 9 HYPERLINK l _Toc3095 1.3.1 风量计算 PAGEREF _Toc3095 9 HYPERLINK l _Toc4437 1.3.2 炉顶煤气成分与数量的计算 PAGEREF _Toc4437 11 HYPERLINK l _Toc11434 1.3.3 编制物料平衡表 PAGEREF _Toc11434 15 HYPERLINK l _Toc31218 1.4 热平衡计算 PAGEREF _Toc31218 17 HYPERLINK l _Toc4851 1.4.1 热量收入q收 P

11、AGEREF _Toc4851 17 HYPERLINK l _Toc26965 1.4.2 热量支出q支 PAGEREF _Toc26965 18 HYPERLINK l _Toc22057 1.4.3 热平衡表 PAGEREF _Toc22057 21 HYPERLINK l _Toc816 2 高炉本体设计 PAGEREF _Toc816 23 HYPERLINK l _Toc5959 2.1 高炉炉型 PAGEREF _Toc5959 23 HYPERLINK l _Toc26735 2.2 炉型设计与计算 PAGEREF _Toc26735 23 HYPERLINK l _Toc28

12、634 2.3 高炉炉衬设计 PAGEREF _Toc28634 27 HYPERLINK l _Toc23585 2.3.1炉底的炉衬设计与砌筑 PAGEREF _Toc23585 27 HYPERLINK l _Toc28105 2.3.2炉缸设计的炉衬设计 PAGEREF _Toc28105 28 HYPERLINK l _Toc9048 2.3.3炉腹、炉腰和炉身下部的炉衬设计 PAGEREF _Toc9048 29 HYPERLINK l _Toc7302 2.3.4炉身上部和炉喉的炉衬设计 PAGEREF _Toc7302 30 HYPERLINK l _Toc6611 2.4 高

13、炉冷却设备 PAGEREF _Toc6611 31 HYPERLINK l _Toc2916 2.4.1 冷却设备的作用 PAGEREF _Toc2916 31 HYPERLINK l _Toc5670 2.4.2 冷却介质与水的软化 PAGEREF _Toc5670 32 HYPERLINK l _Toc12844 2.4.3 冷却方式 PAGEREF _Toc12844 32 HYPERLINK l _Toc22824 2.4.4 高炉冷却系统 PAGEREF _Toc22824 34 HYPERLINK l _Toc9016 2.5 高炉送风管路 PAGEREF _Toc9016 35

14、HYPERLINK l _Toc14185 2.5.1 热风围管 PAGEREF _Toc14185 35 HYPERLINK l _Toc21860 2.5.2 送风支管 PAGEREF _Toc21860 35 HYPERLINK l _Toc5817 2.5.3 直吹管 PAGEREF _Toc5817 35 HYPERLINK l _Toc16409 2.5.4 风口装置 PAGEREF _Toc16409 36 HYPERLINK l _Toc32336 2.6 高炉钢结构 PAGEREF _Toc32336 37 HYPERLINK l _Toc19800 2.6.1 高炉本体钢结

15、构 PAGEREF _Toc19800 37 HYPERLINK l _Toc18732 2.6.2 炉壳 PAGEREF _Toc18732 38 HYPERLINK l _Toc1081 2.6.3 炉体框架 PAGEREF _Toc1081 38 HYPERLINK l _Toc8569 2.6.4 炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈 PAGEREF _Toc8569 38 HYPERLINK l _Toc20338 2.7 高炉基础 PAGEREF _Toc20338 39 HYPERLINK l _Toc8586 2.7.1 高炉基础的负荷 PAGEREF _Toc8586 39 HY

16、PERLINK l _Toc4008 2.7.2 对高炉基础的要求 PAGEREF _Toc4008 40 HYPERLINK l _Toc28366 3 高炉炼铁车间供料系统 PAGEREF _Toc28366 41 HYPERLINK l _Toc4305 3.1 车间的运转 PAGEREF _Toc4305 41 HYPERLINK l _Toc29510 3.2 贮矿槽、贮焦槽与槽下运输筛分称量 PAGEREF _Toc29510 42 HYPERLINK l _Toc5089 3.2.1 贮矿槽与贮焦槽 PAGEREF _Toc5089 42 HYPERLINK l _Toc2983

17、9 3.2.2 槽下运输称量 PAGEREF _Toc29839 42 HYPERLINK l _Toc24106 3.3 上料设备 PAGEREF _Toc24106 43 HYPERLINK l _Toc13079 4 炉顶装料设备 PAGEREF _Toc13079 44 HYPERLINK l _Toc8449 4.1 无钟式炉顶装料设备 PAGEREF _Toc8449 44 HYPERLINK l _Toc27489 4.1.1 串罐式无钟炉顶装料设备 PAGEREF _Toc27489 44 HYPERLINK l _Toc344 4.1.2 无钟式炉顶的布料方式 PAGEREF

18、 _Toc344 44 HYPERLINK l _Toc3038 4.2 探料装置 PAGEREF _Toc3038 45 HYPERLINK l _Toc17404 5 送风系统 PAGEREF _Toc17404 46 HYPERLINK l _Toc7617 5.1 高炉用鼓风机 PAGEREF _Toc7617 46 HYPERLINK l _Toc11911 5.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求 PAGEREF _Toc11911 46 HYPERLINK l _Toc29861 5.1.2 高炉鼓风机的工作原理和特性 PAGEREF _Toc29861 47 HYPERLINK l

19、_Toc233 5.1.3 高炉鼓风机的选择 PAGEREF _Toc233 48 HYPERLINK l _Toc10360 5.2 热风炉 PAGEREF _Toc10360 48 HYPERLINK l _Toc5038 5.2.1 外燃式热风炉 PAGEREF _Toc5038 49 HYPERLINK l _Toc20559 5.2.2 外燃式热风炉的特点 PAGEREF _Toc20559 49 HYPERLINK l _Toc8191 6 高炉喷吹煤粉系统 PAGEREF _Toc8191 51 HYPERLINK l _Toc31395 6.1 煤粉的制备 PAGEREF _T

20、oc31395 51 HYPERLINK l _Toc15946 6.2 高炉喷煤系统 PAGEREF _Toc15946 51 HYPERLINK l _Toc9869 6.2.1 三罐单列式高炉喷煤系统 PAGEREF _Toc9869 51 HYPERLINK l _Toc2637 6.2.2 喷吹罐组有效容积的确定 PAGEREF _Toc2637 51 HYPERLINK l _Toc24909 6.3 煤粉喷吹的安全措施 PAGEREF _Toc24909 53 HYPERLINK l _Toc2681 6.3.1 制粉系统的安全措施 PAGEREF _Toc2681 53 HYP

21、ERLINK l _Toc10989 6.3.2 喷吹系统的安全措施 PAGEREF _Toc10989 53 HYPERLINK l _Toc17942 7 高炉煤气处理系统 PAGEREF _Toc17942 54 HYPERLINK l _Toc19903 7.1 煤气管道 PAGEREF _Toc19903 54 HYPERLINK l _Toc21843 7.2 粗除尘装置 PAGEREF _Toc21843 54 HYPERLINK l _Toc1710 7.2.1 重力除尘器除尘原理 PAGEREF _Toc1710 54 HYPERLINK l _Toc15828 7.3 半精

22、细除尘装置 PAGEREF _Toc15828 54 HYPERLINK l _Toc17838 7.4 精细除尘装置 PAGEREF _Toc17838 55 HYPERLINK l _Toc14704 7.4.1 文式管 PAGEREF _Toc14704 55 HYPERLINK l _Toc17068 7.4.2 静电除尘器 PAGEREF _Toc17068 56 HYPERLINK l _Toc9758 7.5 脱水器 PAGEREF _Toc9758 56 HYPERLINK l _Toc14405 8 渣铁处理系统 PAGEREF _Toc14405 58 HYPERLINK

23、l _Toc24196 8.1 风口平台与出铁场设计 PAGEREF _Toc24196 58 HYPERLINK l _Toc24349 8.1.1 风口平台与出铁场 PAGEREF _Toc24349 58 HYPERLINK l _Toc9986 8.1.2 渣铁沟和撇渣器 PAGEREF _Toc9986 59 HYPERLINK l _Toc18227 8.1.3 摆动流嘴 PAGEREF _Toc18227 59 HYPERLINK l _Toc16436 8.2 炉前主要设备 PAGEREF _Toc16436 60 HYPERLINK l _Toc17637 8.2.1 开铁口

24、机 PAGEREF _Toc17637 60 HYPERLINK l _Toc12905 8.2.2 堵铁口泥炮 PAGEREF _Toc12905 60 HYPERLINK l _Toc22280 8.2.3 炉前吊车 PAGEREF _Toc22280 60 HYPERLINK l _Toc16860 8.3 铁水处理 PAGEREF _Toc16860 60 HYPERLINK l _Toc22203 8.3.1 鱼雷罐车 PAGEREF _Toc2220360 HYPERLINK l _Toc14775 8.3.2 铸铁机 PAGEREF _Toc14775 61 HYPERLINK

25、l _Toc1765 8.4 炉渣处理设备 PAGEREF _Toc1765 61 HYPERLINK l _Toc27686 8.4.1 法水淬渣 PAGEREF _Toc27686 61 HYPERLINK l _Toc2165 8.4.2 干渣生产 PAGEREF _Toc2165 61 HYPERLINK l _Toc30721 9 能源回收利用 PAGEREF _Toc30721 62 HYPERLINK l _Toc10460 9.1 高炉炉顶余压发电 PAGEREF _Toc10460 62 HYPERLINK l _Toc31622 9.2 热风炉烟道废气余热回收 PAGERE

26、F _Toc31622 62 HYPERLINK l _Toc11387 参考文献 PAGEREF _Toc11387 63 HYPERLINK l _Toc16306 专题研究 PAGEREF _Toc16306 64 HYPERLINK l _Toc28922 外文翻译 PAGEREF _Toc28922 72 HYPERLINK l _Toc17605 致 PAGEREF _Toc17605 82前言在近代国家是否发达的主要标志是其工业化与生产自动化的水平，即工业生产在国民经济中所占的比重以与工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率

27、需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业与民用品提供基本材料。一定意义上，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质.量、品种、经济效益与劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。钢铁工业的发展需要多方面的条件，如稳定可靠的原材料资源，包括铁矿石、煤炭与某些辅助原材料，如锰矿、石灰石与耐火材料等；稳定的动力资源，如电力、水等。此外，由于钢铁企业生产规模大，每天原材料与产品的吞吐量大，需要庞

28、大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造与电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。钢铁之所以成为各种机械装备与建筑、民用等各部门的基础材料，是因为它具备以下优越性能，并且价格低廉。1、有较高的强度与韧性。2、容易用铸、锻、切削与焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工件。3、所需资源（铁矿、煤炭等）贮量丰富，可供长期大量采用，成本低廉。4、人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业

29、相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。1 高炉冶炼综合计算1.1 概述组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以与原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算，包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量与鼓风消耗等，也得到了主要产品（除生铁以外）煤气与炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本

30、工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。计算用的各种原料、燃料以与辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以与辅助材料的消耗量，以与主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于

31、0.3%。1.2 配料计算1.2.1 原燃料条件1、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿以与炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.1；2、燃料成分，见表1.2、表1.3；3、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.4。表1.1 原料成分（%）原料TFeMnPSFeOCaOMgOSiO2综合矿59.620.030.0320.0316.107.6331.9855.357炉尘43.390.240.0260.0915.308.301.9913.80原料Al2O3MnOP2O5FeSFe2O3烧损H2OCO2综合矿1.510.0390.0730.08367.22100.00炉尘1.310.31

32、0.060.24344.771.967C=11.95100.00注：综合矿=70%烧结矿+20%球团矿+10%天然矿表1.2 焦炭成分（%）固定炭灰分（13.51）有机物（1.32）挥发份（0.43）水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2SCO2H2COCH4N284.747.614.560.520.140.680.30.250.770.150.0260.160.0170.0771004.00表1.3 喷吹燃料成分（%）品种CHOH2ONS灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉77.832.352.330.830.460.307.156.830.690.300.93100FeSi

33、MnPSC95.140.650.030.0350.0254.12表1.4 生铁成分（%）其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.65、0.03；Mn、P由原料条件定为0.03、0.035。C4.30.27Si0.329P0.032S0.3Mn4.12Fe100SiMnPSC%。某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率（%），见表1.5。燃料消耗量（kg/t生铁）；焦炭 345煤粉 150 置换比0.7表1.5元素的分配率FeMnSP生铁99.750100炉渣0.3500炉气0050鼓风湿度 12g/m3风温 1150炉尘量 20 kg/t生铁入炉熟炉料温度 25炉顶煤气温度 200焦炭冶炼强度 0.7

34、9t/(dm3) 综合冶炼强度 1.03 t/(dm3) 利用系数 2.3 t/(dm3)1.2.2 计算矿石需要量G矿1、燃料带入的铁量GFe燃首先计算20 kg炉尘中的焦粉量： kg高炉衬参加反应的焦炭量为： kg =85.48+26.04+10.73-13.93 =108.32kg2、进入炉渣中的铁量：3、需要由铁矿石带入的铁量为：4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：1.2.3 计算熔剂需要量G熔1、设定炉渣碱度制钢生铁：R1.101.2；铸造生铁：R1.01.12、原料、燃料带有的CaO量铁矿石带入的CaO量为：焦炭带入的CaO量为：煤粉带入的CaO量为：

35、3、原料、燃料带入的SiO2量铁矿石带入的SiO2量为：焦炭带入的量为：煤粉带入的量为：硅素还原消耗的量为：1.2.4炉渣成分的计算原料、燃料与熔剂的成分见表1.6。表1.6 每吨生铁带入的有关物质的量原燃料数量kgCaOMgOSiO2Al2O3MnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg综合矿1595.727.633121.81.98531.6755.35785.481.5124.090.030.620.030.48焦炭342.180.521.780.140.487.6126.044.5615.60.772.635煤粉1500.691.040.30.457.1510.76.8310.250.

36、300.45124.6232.605122.2549.9450.623.5651、炉渣中CaO的量由表1. 6：2、炉渣中SiO2的量式中 122.25原、燃料带入SiO2的总量，kg（见表1.6）； 13.93还原消耗SiO2的量（），kg。3、炉渣中的量由表1.8：4、炉渣中的量由表1-8：GMgO渣32.61kg5、炉渣中MnO的量GMnO渣。由表1.8：GMnO渣0.6250%0.31kg 式中 0.62原、燃料带入MnO的总量，kg（见表1.6）； 50%锰元素在炉渣中的分配率（见表1.5）。6、炉渣中FeO的量GFeO渣进入渣中的铁量为：Fe渣2.863kg，并以FeO形式存在，故

37、而7、炉渣中S的量，GS渣原、燃料带入的总硫量为：GS3.565kg（见表1.6）进入生铁的硫量为：进入煤气中的硫量为：炉渣成分见表1.7。表1.7 炉渣成分组元CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2CaO/ SiO2kg124.6232.61108.3249.950.313.681.57321.061.15%38.8210.1633.7415.560.101.150.49100.00表中S/2：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧原子量为16，S原子量为32，相当已计入S/2，故表中再计入S/2。将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%，

38、见表1.8。表1.8 四种渣成分CaOSiO2Al2O3MgO38.8233.7415.5610.1698.2839.5034.3315.8310.34100.001.2.5 校核生铁成分1、生铁含磷P，按原料带入的磷全部进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为：2、生铁含锰Mn，按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.62kg，见表1.8。3、生铁含碳。4、生铁含硅Si=0.65%。5、生铁含硫S=0.025%。校核后的生铁成分（%）见表1.9。表1.9 校核后生铁成分成分FeSiMnPSC含量95.140.650.0240.0510.0254.111.3 物料平衡计算1.3.1

39、风量计算1、风口前燃烧的碳量GC燃。燃料带入的总碳量：溶入生铁中的碳量为：生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约有1%1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。直接还原消耗的GC直：锰还原消耗的碳量为：硅还原消耗的碳量为：磷还原消耗的碳量为：铁直接还原消耗的碳量为： rd一般为0.40.5，本计算取0.45。rd0.450.060.39式中 氢在高炉的利用率，一般为0.30.5，本计算取0.33； 被利用氢量中，参加还原FeO的半粉量，一般为0.851.0，本计算取0.9； V风设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3风口前燃烧的碳量为：2、计算鼓风量V风 = 1 * GB3 鼓风中氧的浓度为： =

40、2 * GB3 GC燃燃烧需要氧的体积为： = 3 * GB3 煤粉带入氧的体积为： = 4 * GB3 需鼓风供给氧的体积为：1.3.2 炉顶煤气成分与数量的计算1、甲烷的体积 = 1 * GB3 由燃料碳素生成的甲烷量为: = 2 * GB3 焦炭挥发份中的甲烷量为：2、氢的体积VH2 = 1 * GB3 由鼓风中水分分解产生的氢量为： = 2 * GB3 焦炭挥发份与有机物中的氢量为： = 3 * GB3 煤粉分解产生的氢量为： = 4 * GB3 炉缸煤气中氢的总生产量为： = 5 * GB3 生成甲烷消耗的氢量为： = 6 * GB3 参加间接还原消耗的氢量为：3、二氧化碳的体积VC

41、O2 = 1 * GB3 由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2：VCO2还由矿石带入的Fe2O3的质量为：参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：由氢还原Fe2O3的质量为：由CO还原的质量为： = 2 * GB3 由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为： = 3 * GB3 焦炭挥发份中的CO2量为：4、一氧化碳的体积VCO = 1 * GB3 风口前碳素燃烧生成CO量为： = 2 * GB3 直接还原生成CO量为： = 3 * GB3 焦炭挥发份中CO量为： = 4 * GB3 间接还原消耗的CO量为：5、氮气的体积N2 = 1 * GB3 鼓风带入的N2量为： = 2 * GB3 焦炭

42、带入的N2量为 = 3 * GB3 煤粉带入的N2量为煤气成分见表1.10。表1.10 煤气成分CO2CON2H2CH4体积m3357.28318.29924.9530.957.681639.15%21.819.4256.431.890.47100.001.3.3 编制物料平衡表1、鼓风质量的计算1m3鼓风的质量为：鼓风的质量为：2、煤气质量计算1m3煤气的质量为：煤气的质量为：3、煤气中的水分 = 1 * GB3 焦炭带入的水分为： = 2 * GB3 氢气参加还原生成的水分为：物料平衡列入表中1.11。表1.11 物料平衡表入相kg%出相kg%综合矿1612.9044.31生铁100027

43、.51焦炭（湿）358.809.86炉渣321.058.83鼓风（湿）1518.3441.71煤气（干）2260.3762.18煤粉150.004.12煤气中水33.720.93炉尘20.000.553640.041003635.14100%1.4 热平衡计算1.4.1 热量收入q收1、碳素氧化放热qC（1）碳素氧化为CO2放出的热量CO2：他素氧化产生CO2的体积为：式中 33436.2C氧化为CO2放热，kJ/kg（2）碳素氧化为CO放出的热量CO：碳素氧化生成CO的体积为：式中 9804.6C氧化为CO放热，kJ/kg2、鼓风带入的热量q风式中 q空气 在1150下空气的热容量，其值为1

44、643.11kJ/m3 q水气 在1150下水气的热容量，其值为2030.26kJ/m33、氢氧化为水放热式中 13454.09H2氧化为水放热，kJ/kg4、甲烷生成热式中 4709.56甲烷生成热，kJ/kg5、炉料物理热q物80冷综合矿比热容为0.674 kJ/kg。热量总收入：1.4.2 热量支出q支1、氧化物分解吸热q氧化物分解（1）铁氧化物分解吸热q铁氧化：可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以Fe3O4形式存在，因此：GFeO磁G矿FeO%矿GFeO硅式中 4078.25、4803.33、5156.59分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg（2）

45、锰氧化物分解吸热为:式中 7366.02由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ/kg（3）硅氧化物分解吸热为:式中 31102.37由SiO2分解产生1 kg硅吸收的热量，kJ/kg（4）磷酸盐分解吸热为:式中 35782.6Ca3（PO4）2分解产生1 kg磷吸收热量，kJ/kg2、脱硫吸热式中 8359.05假定矿中硫以FeS形式存在，脱出1kg硫吸热量值，kJ/kg3、水分分解吸热式中 13454.1水分解吸热，kJ/kg4、炉料游离水蒸发吸热式中 26821 kg水由0变为100水汽吸热，kJ/kg5、铁水带走的热q铁水式中 1173铁水热容量，kJ/kg6、炉渣带走的热式中 176

46、0炉渣热容量，kJ/kg7、喷吹物分解吸热式中 1048煤粉分解热，kJ/kg8、炉顶煤气带走的热量q煤气从常温到200之间，各种气体的平均比热容CkJ/(kg)如下（表1.12）：表1.12 各种气体的平均比热容N2CO2COH2CH4H2O汽1.2841.7771.2841.2781.6101.605（1）干煤气带走的热量为（2）煤气中水汽带走的热为9、炉尘带走的热量式中 0.7542为炉尘的比热容，kJ/(kg)10、冷却水带走与炉壳散发热损失1.4.3 热平衡表见表1.13。表1.13 热平衡表热收入kJ%热支出kJ%碳素氧化放热8011601.9477.42氧化物分解6788136.

47、0965.60热风带的热1955464.5018.90脱硫26219.830.25甲烷生成热25538.930.25游离水蒸发36709.030.35氢氧化放热269527.132.60铁水带热117300011.34物料物理热85581.640.83炉渣带热565048.705.46总计10347714.15100喷吹物分解1572001.52煤气带热460525.624.45水分分解208174.692.01炉尘带热3016.80.03热损失929683.388.98总计10347714.15100热量利用系数KT对于一般中小型高炉KT值为80%85%10，近代高炉由于大型化和原料条件的改

48、善可达到近90%碳素利用系数KKC值对于中小型高炉为50%60%，大型而原料条件较好的高炉可达到65%以上。2 高炉本体设计高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，以与高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积表示；高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模，高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代高炉有效容积向大型化发展。目前，世界大型高炉有效容积已达到5000m3级，而炉型设计则向着大型横向发展，H/D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以与是否合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料，已由单一的瓷质耐火材料，普遍地过渡到

49、瓷质和碳质耐火材料综合结构，也有采用高纯度Al2O3的刚玉砖和碳化硅砖；高炉冷却设备期间结构亦在不断改进，软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用围。由于高炉综合设计水平的提高，强化高炉炉龄已经可望达到十年或更长。高炉本体结构与其设计是高炉车间实际首要解决的关键所在，必须慎重对待。2.1 高炉炉型高炉是竖炉。高炉部工作空间剖面的形状成为高炉炉型或高炉型。高炉问世二百多年来，随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善，以与鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程，因此必须提供燃料燃烧所必须的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。

50、炉型要适应炉料燃烧条件，保证冶炼过程的顺行。2.2 炉型设计与计算高炉炉型设计的依据是单座高炉的生铁产量，由产量确定高炉有效容积。历史上曾有过将产量与有效高度直接联系起来，结果设计炉型都是依产量大小的相似形，这显然是不合理的；也曾有过以产量定炉缸截面积，在焦比一定的条件下，炉缸单位面积的燃烧强度，便可以确定某一合适的数值，这样做虽然有一定的道理，但并不全面。现在多数国家都是以产量和有效容积利用系数（v）来确定高炉有效容积，再以有效容积为基础，计算其他尺寸。有关炉型的名词概念：设计炉型按照设计尺寸砌筑的炉型；操作炉型高炉投产后，工作一段时间，炉衬侵蚀，形状发生变化后的炉型；合理炉型冶炼效果较好，

51、获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，它具有时间性、相对性。高炉冶炼是复杂的物理化学过程，设计的炉型必须适应冶炼过程的需要，设计炉型应能保证高炉一代获得稳定的较高的产量，优质的产品，较低的能耗和一代长寿。高炉在一代冶炼过程中，其炉衬不断侵蚀，炉型不断发生变化，炉型变化的程度和趋势与冶炼原料条件、操作制度有关，与炉衬结构和耐火材料的性能有关，还与冷却装置与冷却制度有关。高炉冶炼实际上是长时间在操作炉型进行。因此掌握冶炼过程中炉型的变化与其趋势，对设计合理炉型非常重要。高炉大修设计，应对前一代高炉炉型做详细地调查和分析。新建厂矿高炉设计，必须分析原料燃料条件、设备条件和操作条件。设计要求：设计一个年产

52、炼钢生铁280万吨，铸造生铁40万吨的高炉车间。计算时铸造生铁按照炼钢生铁计算。1、确定年工作日：取年日期的95%2、铸造生铁换算炼钢生铁的折算系数为：1.05 40万吨1.05=42万吨年产炼钢生铁总量：280万吨+42万吨=322万吨日产量 ：3、定容积：选定高炉座数为2座，利用系数为v =2.3t/(dm3)每座高炉日产量 每座高炉容积为 4、炉缸尺寸 = 1 * GB2 炉缸直径 = 2 * GB2 炉缸高度渣口高度b生铁产量波动系数一般取1.2；P生铁日产量，t；N昼夜出铁次数，一般2h出一次铁，本计算取9；c渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.550.6，渣量大时取低值；铁水密度，

53、可取值7.1t;d炉缸直径；风口高度：因为取消渣口，选定k=0.60,风口数目：选取风口的结构尺寸为：a=0.5m。炉缸高度：h1=hf+a=3.3+0.5=3.8m 取=3.8m铁口的数目 n铁=2。5、死铁层厚度h0选取h0=0.2d=0.29.8=1.96m。该值在同类高炉中偏大，目的是延长高炉寿命。6、炉腰直径、炉腹角、炉腹高度选取 D/d=1.13，则 D=1.13d=1.139.8=11.07 m 取D=11m。选取 =81，则7、炉喉直径、炉喉高度选取d1/D=0.7，则 d1=110.7=7.7m。 选取 =2.0m。 8、炉身角、炉身高度选取=84，则9、炉腰高度选取 /D=

54、2.5，则=2.511=27.5m ，取=27.5m。=27.53.83.815.72.0=2.2m10、校核炉容 = 1 * GB2 炉缸体积： = 2 * GB2 炉腹体积： = 3 * GB2 炉腰体积： = 4 * GB2 炉身体积： = 5 * GB2 炉喉体积：2002.01 m3误差：炉型设计合理，符合要求。11、绘制高炉炉型图。高炉炉型图见图2.1。图2.1 高炉炉型与尺寸2.3 高炉炉衬设计按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。2.3.1炉底的炉衬设计与砌筑1、破坏

55、机理：炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而成锅底深坑；在14001600液态渣铁的高温热力作用下，由于炉底砌体温度分布不均匀,导致砌体开裂，特别是采用不同材质的耐火砖时，由于膨胀系数不同，更会导致砌体开裂，由于炉缸铁水温度不同，造成铁水对流，冲刷炉底；在高温下，渣铁碱金属会对砖衬产生化学侵蚀；铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用；炉料重量的1020%和液态渣铁、煤气的静压力作用；开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中的二氧化碳、水蒸气对碳砖的氧化。2、使用的耐火材料：采用满铺碳砖砌筑，用泥浆为黏土火泥水泥泥料填充料。3、砌筑方式：满铺碳砖炉底砌筑，碳砖砌筑在水冷管的碳捣层上，有厚缝和

56、薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列赚砌缝不大于2.5mm，厚缝连接时，砖缝为3545mm，缝中以碳素捣料捣固。目前的砌法是碳砖的短缝用薄缝连接，两侧的长缝用厚缝连接。相邻两行碳砖砖缝必须错缝200mm以上。两成碳砖砖缝成90。4、计算：（1）所选炭砖型号：。（2）计算块数：由于d=9800m、h0=1960mm，要求薄缝不大于1.5mm、厚缝不大于2.5mm，所以：50块。厚层数=1960/4005层，总砖数。2.3.2炉缸设计的炉衬设计1、破坏机理：炉缸下部是盛渣铁夜的地方，周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温气体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素，特别是铁口

57、、铁口附近的炉衬是冲刷最厉害的地方；高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素；风口带是炉最高温度区域，炉衬经常承受18002400的高温作用，发生蠕动，加上碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很容易损坏，砖缝增大。2、使用的耐火砖：采用热压碳砖，用炭质填料与热固性炭胶粘结。3、计算：（1）热压炭砖的型号：砖缝：2mm. 砌砖与冷却壁：100150mm（2）炉钢高度h1=3900mm纵层数：h1/c=3900/64=61层。横层数：1150/229=5层。第一层所需砖数为：。即第二层总数：同理：第三层砖数为：154块第四层砖数为：158块第五层砖数为：1

58、61块所以最底层砖数为：，总砖块数为：。2.3.3炉腹、炉腰和炉身下部的炉衬设计1、炉腹部位衬破损机理：炉腹距风口最近，受强烈热作用力，不仅炉衬表面温度高，而且由温度波动引起的热冲击，或称热震破坏力很大；由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响；承受由上部落入炉缸的渣铁水和高速向上运动的高温煤气的冲刷，化学侵蚀和氧化作用。2、炉腹炉衬设计：耐火砖的选择：采用高铝砖砌筑。（1）砌筑方式：由于开炉后炉腹部位的砌砖很快被侵蚀掉，靠渣皮工作，一般砌一层高铝砖或黏土砖，厚度为345mm左右，炉腰有3种结构，采用薄壁式炉腰，炉身砌砖厚度通常为690805mm（选取690mm）用镶砖冷却壁冷却炉腹

59、、炉腰与炉身下部，砌砖紧靠冷却壁，缝隙填浓泥浆。也有的后墙炉身，采用冷却水箱冷却，这时砌砖与冷却水箱之间侧面和上面缝隙为520mm，下面为1015mm，炉腹、炉腰砌砖砖缝应不大于1.5mm，上下层砌缝和环缝均匀错开，炉身倾斜部分按3层砖依次砌筑。（2）选用的高铝砖型号：（3）炉腹高度：h2=3400mm 厚度为345mm=804840纵层数：横层数：1层计算砖数：第一层：由于倾斜部分接三层砖错台砌筑.即向外延伸24.3mm，所以第二层与第三层均为（87+150）块砖。第四层为（87+151）块砖；同理：第45层为（87+164）块； 第46层为（87+165）块；即楔形砖总数为：。直形砖总数：

60、。3、炉腰、炉身下部衬破损机理：高温煤气冲刷和热冲击；碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀；初渣氧化亚铁、氧化锰的侵蚀，炉腰部比炉腹的更高。采用刚玉砖砌筑，刚玉型号：GAZ98 。取h3=2000mm ，D=11700mm，且采用薄壁式炉腰，厚度为345mm。2.3.4炉身上部和炉喉的炉衬设计1、砌筑方式：选用高铝砖砌筑，h5=2400mm，厚度690mm，按三层错台一次砌筑。炉身上部砌砖与炉壳间隙为100150mm，填以水渣-石棉隔热材料。2、耐材种类：高铝砖：G-2：G-4：3、计算（损耗5%）：纵层数：；截面横层数：；设每三层为一阶，则炉身总阶数为每阶减少径：73.3mm。总层数。块楔形砖总块数