年产330万吨生铁(其中炼钢生铁78%,铸造生铁22%)的高炉炼铁车间工艺设计

西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）题目年产330万吨生铁（其中炼钢生铁78%，铸造生铁22%）的高炉炼铁车间工艺设计学生姓名学号院（系）冶金工程学院专业冶金工程指导教师时间2017年6月12日西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）任务书题目：年产330万吨生铁（其中炼钢生铁78%，铸造生铁22%）的高炉炼铁车间工艺设计院（系）：冶金工程学院专业：冶金工程学生姓名：学号：指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时间：2017年2月27日一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）为了更好的完成毕业设计(论文)，进行企业调研等工作，收集整理相关文献资料，制定工艺设计方案(论文研究方案)；包括对各种高炉原、燃料的原始化学成分进行成分处理，熟悉冶金计算过程；对高炉炉型进行规划，高炉内型计算，本体结构设计料运系统方案设计；进行热风炉热工计算与结构设计；煤气处理工艺及流程设计、出铁场及渣铁处理系统工艺设计；主要设备选型和车间平面设计及总图运输方案的确定；生产组织编制及各项技术经济指标的确定；编制说明书一份（不少于三万字），绘制车间平面图(A0一张)、高炉砌砖图(A1一张)和热风炉砌砖图(A1一张)各一张；安全、环保、节能与消防完成专题研究报告一份；完成一篇外文文献的翻译。二、毕业设计（论文）应完成的工作（含图纸数量）查阅相关文献，对收集的资料进行整理，制定工艺设计方案(论文研究方案)，进行技术准备；完成设计任务，写出毕业设计说明书（不少于3万字）；绘制设计图3张（绘制车间平面图(A0一张)、高炉砌砖图(A1一张)和热风炉砌砖图(A1一张)）；翻译与本专业有关的外文译文1篇，达到要求的工作量(不少于5000字）；完成专题研究，参照科技论文的格式写出研究报告（不少于5000字）。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日期备注1进行企业调研，收集整理资料，制定设计方案完成外文译文及专题研究3.07-3.312完成高炉的物料平衡和热平衡计算4.01-4.153完成高炉砌砖设计和热风炉设计4.16-5.064完成高炉炼铁车间辅助设备的设计及设备选型5.07-5.205生产组织编制及技术经济指标确定，编制设计说明书5.21-6.106绘制设计图6.11-6.177提交相关资料,进行毕业答辩6.18-6.20四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）《钢铁生产工艺概述》西安建筑科技大学《钢铁冶金学》王筱留编冶金工业出版社2000《钢铁厂设计原理》（上册）张树勋编冶金工业出版社2000《普通冶金》西安建筑科技大学2001《高炉炼铁设计原理》郝素菊等编冶金工业出版社2003《高炉炼铁生产技术手册》周传典等编冶金工业出版社2003《毕业设计参考资料》钢铁冶金专业西安建筑科技大学《金属提取冶金学》王成刚，王齐铭主编西安地图出版社2000五、审核批准意见教研室主任签（章）设计总说明本设计是设计年产330万吨生铁的高炉炼铁车间。在设计中设计了2000m3的高炉2座，2个出铁口。送风系统采用4座外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、布袋除尘器。上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。喷煤采用三罐并列形式喷吹，渣处理采用因巴法冲渣工艺。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：高炉，热平衡，物料平衡，布袋除尘器，车间设计DesignGeneralInformationTheassignmentisthedesignofthe3.30milliontonspigiron.Usedinthedesignofthetwo2000m3blastfurnace,twotaphole.Blastsystem4externalcombustionhotblaststove.GravityprecipitatorsandclothesBagDe-dusterDustareusedincatchersystem.Thewayoffeedbeltisadoptedinthechargingsystemtoensureuninterruptedblastfurnacecharge.ThethreetanksinparallelforminjectionofpulverizedcoalusesandSlagtreatmentmethodisINBAslagflushingprocess.Thedesignprogramconsistsoftechnologicalcalculation（includingblast-furnaceburdencalculation,materialbalancecalculationandthermalequilibriumcalculation）,thechooseoffurnaceliningandcoolingplant,thedesignoffurnacelines,tuyereandcastinghouse,materialsystem,roofsystem,gasdisposesystem,ironandslagdisposesystem,fuelinjectionsystemandthedispositionofplant.KeyWords:blastfurnace，heatbalance,materialbalance,workshopdesign,ClotheBagDe-duster目录TOC\o"1-4"\h\u1绪论 11.1概述 11.1.1我国高炉炼铁发展历程 11.1.2原料和燃料 21.1.3主要技术经济指标 21.1.4高炉炼铁流程 31.2近代高炉炼铁技术发展 31.3我国高炉炼铁技术的发展趋势 42厂址选择 62.1厂址选择一般原则 62.2本设计厂址选择 62.2.1工业布局及国家政策 62.2.2资源供应及运输条件 72.2.3人力资源优势 72.2.4厂址的协作条件 72.2.5厂址的工程地质及水文地质条件 73高炉炼铁综合计算 83.1高炉配料计算 83.1.1原始资料 83.1.2原始资料的整理 93.1.3冶炼条件的确定 113.2物料平衡 153.2.1根据碳平衡计算风量 153.2.2煤气成分和数量的计算 173.2.3物料平衡表的编制 183.3热平衡 193.3.1计算热量收支项 193.3.2计算热量支出项 203.3.3能量利用的评定 234高炉本体设计 254.1高炉内型设计 254.1.1内型设计要求 254.1.2内型设计方法 264.1.3高炉内型相关计算 264.2高炉内衬设计 284.2.1高炉对耐火材料的要求 294.2.2高炉各部分炉衬设计与砌筑 294.3高炉钢结构 364.3.1高炉本体钢结构 364.3.2炉壳 364.3.3炉体框架 374.3.4高炉基础 374.3.5炉喉钢砖 384.4炉体设备 384.4.1高炉冷却设备 384.4.2风口、铁口设计 405高炉车间料运系统及装料布料设备 425.1高炉原料供应 425.1.1贮矿槽的布置 425.1.2贮矿槽工艺参数 425.1.3槽上运输方式及槽下筛分、运输称量 435.2上料设备 435.3炉顶装料设备 445.3.1无钟式炉顶装料设备 445.4探料装置 456高炉鼓风机 466.1高炉鼓风机技术要求 466.2高炉鼓风机的选择 466.2.1高炉鼓风量及鼓风压力的确定 466.2.2高炉鼓风机能力的确定 477热风炉设计 497.1蓄热式热交换的基本特性 497.2蓄热式结构形式的确定 497.3热风炉相关计算 497.3.1计算的原始数据 497.3.2燃烧计算 507.3.3热平衡计算 527.3.4热风炉的蓄热面积指标 567.3.5热风炉尺寸设计 577.3.6热风炉构造 577.3.7提高风温的途径 597.4热风炉工艺布置 598渣铁处理系统 608.1概述 608.2风口平台及出铁场设计 608.2.1风口平台及出铁场 608.2.2渣铁沟和撇渣器 608.3炉前主要设备 618.3.1泥炮 618.3.2开铁口机 628.3.3炉前吊车 628.3.4铁水罐车 628.4铁水处理 638.5渣的处理 638.5.1高炉渣分类 638.5.2水渣处理工艺 639高炉喷吹煤粉系统 659.1喷吹工艺 659.2喷吹设备的确定 659.3安全措施 669.3.1煤粉爆炸条件 669.3.2采取的安全措施 6610高炉煤气处理系统 6710.1工艺流程 6710.2煤气除尘设备 6710.2.1粗除尘设备-重力除尘器 6710.2.2精细除尘设备-布袋除尘器 6710.3煤气除尘系统附属设备 6810.4高炉煤气余压利用 6811车间平面布置 7011.1高炉炼铁设计应遵循的基本原则 7011.2车间平面布置 7012生产组织 7113环保与安全 7213.1生产安全 7213.2环境保护 74参考文献 76专题铬铁矿固态还原的研究进展 77致谢 901绪论钢铁是重要的金属材料之一，广泛应用于各个领域，因此钢铁生产水平是一个国家工业发展程度的标志之一。工农业生产要大量的机械设备，这些都需要大量的工业材料。钢铁工业为机械制造和工程建设提供最基本的材料，在国民经济中占有重要地位。1.1概述钢铁作为基础工业材料自身价格相对低廉同时具有以下优点：（1）具有较高的强度及韧性。（2）容易用于铸、锻、切削以及焊接等多种加工方式，可以得到任何结构、任何形态的工件。（3）生产所需资源（铁矿石、煤炭、石灰石等）储量丰富，易于开采，生产成本较低。（4）钢铁生产历史悠久，积累了大量成熟的生产技术，与其他材料工业相比，钢铁工业规模大、产量高、成本低。所以在一定意义上说，一个国家的钢铁工业发展状况也反映其国民经济发展程度。到目前为止，没有任何材料能够代替钢铁的地位。1.1.1我国高炉炼铁发展历程我国近代工业水平低下，钢铁冶炼基本处在较原始的状态。直到晚清洋务运动时于1894年，在中国汉阳钢铁厂建成第一座近代高炉，炉容248m3。此后我国炼铁工业发展极为缓慢，无论生产技术还是产量都与世界平均水平差距巨大。从1949年中华人民共和国成立到20世纪80年代初，是中国炼铁工业奠定基础的阶段。解放前的旧中国,钢铁工业十分落后，1949年新中国成立时,中国钢年产量只有15.8万t,生铁年产量仅为25万t。经过3年的生产恢复，1952年中国的钢、铁、材产量都创造了新纪录。20世纪50年代中期以前，中国炼铁主要学习前苏联技术，其间扩建了鞍钢，新建了武钢、包钢。在“大跃进”年代，本钢总结出高炉高产经验，提出了“以原料为基础，以风为纲，提高冶炼强度与降低焦比并举”的操作方针，中国炼铁技术开始进入探索进程。60年代初的国民经济调整期，大批高炉停产，生产中的高炉则维持低冶炼强度操作。1963—1966年，中国自主开发了高炉喷吹煤粉、重油以及钒钛磁铁矿冶炼等技术，技术经济指标达到新中国建立以来的最好水平。“文革”时期中国钢铁工业受到沉重打击，出现“10年徘徊”的局面。经过解放后约30年的曲折发展，中国初步奠定了钢铁工业的基础，1980年中国生铁产量达到3802万t。以1985年投产的宝钢一期工程为标志，20世纪80年代起中国炼铁进入学习国外先进技术阶段。“文革”结束后,党的十一届三中全会拨乱反正,以经济建设为中心,实施改革开放政策，引进国际先进技术，使中国钢铁工业进入发展新阶段。以宝钢建设为契机，消化吸收宝钢引进的炼铁技术并移植推广，对促进中国炼铁系统的技术进步起了很大的推动作用。从此中国炼铁进入学习国外先进技术阶段。20世纪80—90年代，中国钢铁企业进行了大规模的扩建和技术改造，采用先进的技术装备，在原燃料质量改进和高炉操作方面也有很大进步，高炉技术经济指标有很大改善。1994年，中国生铁产量达到9740.9万t，成为世界第一产铁大国。1996年以来，中国钢铁产量一直保持世界首位。进入21世纪，中国炼铁技术发展进入自主创新阶段。近十几年来，中国钢铁工业以更高的速度发展。2016年，中国钢产量为11.38亿t，占世界钢产量的49.5%；生铁产量为7.00073亿t，占世界生铁总产量的60.44%。这一时期，以中国自主创新设计建设的京唐5500m3高炉为标志，中国炼铁技术进入自主创新阶段。近年中国钢铁产能过剩，企业经营困难，盈利水平急剧下滑。在市场、资源、环境的多重压力下，中国的钢铁工业正面临结构调整、压缩过剩产能的严峻挑战和考验。1.1.2原料和燃料高炉炼铁是将铁矿石(含天然矿和人造富矿)冶炼成生铁的工序。高炉炼铁厂是钢铁联合企业的主要组成部分，也可作为生产生铁的独立工厂。主产品为炼钢生铁和铸造生铁。钢铁联合企业中的高炉炼铁厂以生产炼钢生铁为主，而独立铁厂一般生产铸造生铁，均根据实际需要确定。高炉炼铁厂一般包括：高炉主体设备，高炉鼓风系统，高炉贮矿槽系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、风口平台出铁场系统、热风炉系统、粗煤气系统、炉渣处理系统、燃料喷吹系统铁水等。高炉炼铁的主要原料包括人造富矿(如烧结矿、球团矿等)和天然铁矿石。设计中通常以熔剂性烧结矿为主，必要时配入少量球团矿，烧结矿和球团矿用量占含铁原料量的85%(即熟料率)以上，直接入炉的天然矿石一般采用富块矿。辅助原料主要包括熔剂(石灰石、白云石)、锰矿、萤石和废铁。熔剂应尽量配入烧结矿中，直接入炉部分只作调剂炉渣成分用。高炉炼铁的主要燃料是焦炭，要求灰分低、含硫低、强度好。辅助燃料有煤粉、重油、天然气等(见高炉燃料喷吹系统设计)，可用以取代部分焦炭，也是调节炉况和增产的手段。1.1.3主要技术经济指标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：（1）高炉有效容积利用系数（ηv）。高炉有效容积系数是指每昼夜、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有之比。（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Bk与每昼夜的生铁产量P之比。（3）燃料比。高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后，折合每炼一吨生铁所消耗的燃料总量。（4）高炉炼铁强度。冶炼强度是指高炉每昼夜高炉燃烧的焦炭量Qk与高炉容积V有的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为t/(m·d)。（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。（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，或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10～15年[2]。1.1.4高炉炼铁流程高炉炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂或铸造厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品。高炉炼铁工艺流程见图1-1。图1-1高炉炼铁工艺流程1.2近代高炉炼铁技术发展自19世纪中叶起高炉炼铁发展速度加快，新技术不断涌现。主要有：（1）采用精料。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。此外，矿石混匀、整粒、筛分等技术也有很大发展。（2）高炉大型化。1860年以前高炉最大容积为100～300m³，产量30～50t/d；到19世纪末容积增大到500～700m³，产量400～500t/d；进入20世纪炉容不断扩大到1000～3000m³，到20世纪后期容积增大到4000～5000m³，最大的达5500m³，日产铁万吨以上。（3）上部和下部调剂技术。其内涵是对高炉上部调整装料制度(包括批重、装料顺序、料线、溜槽角位或活动炉喉挡位等)与下部调整送风制度(包括风口风速、鼓风动能及其他鼓风参数)相结合来获得高炉内合理的炉料分布和煤气分布，以达到炉子稳定顺行，煤气利用率高，焦比低的效果。（4）高压操作。以前高炉炉顶压力为0.01～0.02MPa，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0.15～0.25MPa。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）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一部分工业氧气。（6）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500～600℃提高到20世纪后期的1100～1350℃。由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低了。（7）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。（8）低硅生铁冶炼技术。由于降低生铁含硅量高炉可以降低焦比和提高产量，同时对转炉炼钢也有好处，到20世纪末，许多高炉的生铁含硅量已降到0.2%～0.3%的水平。1.3我国高炉炼铁技术的发展趋势近10年来，中国高炉大型化、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。

虽然中国高炉炼铁已达到国际先进水平，但仍要像国外一样，围绕着实现大型化、高效化、低排放等方面持续进行改进和优化。大型化促进高效化由于小高炉原燃料的适应性强、造价低、适应市场能力强，所以小炉在中国还颇有市场，但小高炉燃料比高、能耗高、劳动生产率低、装备水平低、污染大是不可克服的缺点。因此凡是工业化先进的国家无不实施高炉大型化战略。2）大于10%的超高富氧率条件下的高炉冶炼技术富氧是支持高炉高系数和高煤比的必要手段。当前超高富氧率的高炉冶炼已经在中国起步。超高富氧率有利于提高产量，改变高炉煤气成分而提高煤气利用率，因而也有利于降低燃料比，同时也会提高煤粉在风口前的燃烧率而有利于提高喷煤量等等。3）降低高炉的燃料消耗，实现节能减排钢铁业是全国工业企业中能耗的大户，约占全国总能耗的14%（2006年数据），所以在世界生态环境不断恶化的今天，高炉的节能减排应该是摆在中国面前的十分重要的紧迫任务。4）稳定高炉操作，实现长寿中国在高炉长寿的设计和维护长寿的手段等方面已取得了显著的成绩，一些大高炉的寿命已达到世界先进水平。要探索高炉长寿技术，使高炉寿命普遍达到≥15a，力争一些高炉寿命≥20a，要尽力朝这个方向努力。5）发展信息化和智能化技术随着中国高炉检出端的完善和精度提高，信息化和智能化技术即人工智能和专家系统在高炉生产中的应用值得探索。高炉操作技术数字化可以改变过去那种“老中医”式的炉况判断方法以提高高炉操作和管理水平，进而保障高炉的长期稳定顺行和健康长寿也是炼铁技术发展所追求的一个不能缺失的方向。6）推广和发展全烧高炉煤气，风温达到1300℃以上的热风炉和相关设备优化技术这一技术已经在京唐公司实现了历史性的突破，需要在全行业做进一步的推广和ＰＤＣＡ的完善工作。7）继续推进高炉大喷煤技术高炉大喷煤冶炼是高炉降低铁水成本和节约炼焦煤的可持续发展战略不可缺少的组成部分，是高炉炼铁提高竞争力、生命力的重要标志。8）深化配矿、配煤的技术研究矿、煤资源是钢铁行业的基础。近年来，随着中国钢铁生产快速发展，必然造成对矿、煤资源需求量的猛增。这不但推进了矿、煤资源价格的暴涨，同时也加速了矿、煤资源质量的劣化。在目前资源劣化的条件下如何贯彻高炉炼铁的精料方针，实现“粗粮细做”，深化配矿、配煤的技术研究是必不可少的。9）控制污染排放，实现达标生产受多种因素的影响，中国高炉炼铁在环保方面欠债较多，需要尽快补偿和改进。2厂址选择厂址选择是指在一定的区域内选择建厂的地区，并对该厂址选择方案分析评价的过程。厂址选择是工厂建设的重要内容，要考虑到到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等问题，还要根据自身特点选择具体地点，尽量减少建设投入。2.1厂址选择一般原则（1）满足工业布局工业建设项目建设地区和建厂地址的选择，都必须按照全国工业布局或地区规划的要求，并考虑各不同工业部门布局的特点。正确处理局部和全局的关系，工业部门之间的关系，中央工业和地方工业的关系，统筹兼顾，全面安排。（2）符合城市规划新建工业企业的厂址若在现有城市范围内，应符合城市总体规划布局的要求。若远离城市新建企业，一般地说，随着大中型企业兴建而形成一独立的工业区或逐步形成一工业城镇。在选定厂址时要使其符合城镇的总体规划，使厂区和居住区的相对位置符合城镇功能分区的要求。（3）重视节约用地贯彻执行“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策。不占或少占良田及经济效益高的土地，充分利用荒地和劣地。（4）靠近原、燃料基地落实和充足的资源条件是企业建设的基础和前提。在资源条件落实的情况下要使拟建企业厂址靠近原、燃料基地，当有多个原、燃料基地时，宜靠近一个主要的。这样，不仅企业有可靠而近便的原、燃料供应，减少运距，节省运费，而且也减少企业大宗原、燃料运输对国家运输网络的压力。（5）交通运输方便方便的交通运输条件是企业建设和生产所必须的。建设期间要有大量的材料、设备从各地源源不断的运进，投产之后，不仅有大宗原、燃料运入，而且有大量的成品运往各地，这就要求所选厂址必须有方便的交通运输条件。（6）水源电源可靠选厂时，应根据企业对水源和电源的要求切实落实。水源和电源不仅考虑企业既定规模的用量，且能适应企业发展的要求。特别是对耗量大的企业，充足可靠的水源、电源是确定企业厂址的关键因素。（7）有利保护环境选择厂址应考虑保护环境和景观，厂址不应靠近和影响风景游览和自然保护区，不应位于窝风地带；有污染的企业应远离居住区。2.2本设计厂址选择2.2.1工业布局及国家政策钢铁企业厂址选择的任务，就是在钢铁工业企业总体布局规划和区域工业开发的基础上，根据厂址选择原则和要求，结合地区自然条件、经济条件、社会条件，运用厂址选择的理论，即运用工业区位论原理，根据企业区位指向，选择厂址布局地区，运用区域工业规划和布局理论，选择厂址布局地点，运用厂址最优位置确定的理论方法，选择厂址具体位置，使工业企业建成投产后获得良好的经济效益、环境效益和社会效益。综合各方面考虑，所设计的钢铁厂选择在武汉。2.2.2资源供应及运输条件武汉有丰富的自然资源。武汉工业生产条件优越，水利资源丰富，被称为“百湖之市”。武汉有各类矿藏33种，矿点154处，潜在经济价值8400多亿元，尤其是冶金辅料和建筑材料丰富，并拥有全国最大的熔剂石灰岩、白云岩和石英砂岩基地，膨润土储量居全国第一位。武汉位于中国经济地理中心，交通四通八达，历来有“九省通衢”之称，东去上海、西抵重庆、南下广州、北上京城，距离均在1000公里左右。武汉的最显著的资源优势，可以概括为“二厚”。即“得水独厚”，武汉临江傍水，湖泊星罗棋布，水资源相当丰富，总量大大超过了现有工农业生产和城镇居民用水总量；“得中独厚”，武汉是我国经济地理的心脏，在西部大开发战略的推动下，我国新的经济发展将形成东-中-西“H”型格局，武汉将成为重要的战略大支点。这种经济发展的强辐射效应必然带动武汉城市超常规发展。2.2.3人力资源优势湖北省具有较长的炼铁设厂的历史，我国近代第一座炼铁厂汉阳铁厂就选择在武汉设厂。武汉市早在上世纪五十年代就建立起以武钢为代表的现代钢铁企业，具备完善钢铁冶炼、加工，机械，建材等加工制造体系，各类专业技术人员和技工人才储备丰富。武汉是华中地区的科技文化教育中心，科技教育综合实力位居全国大中城市第3位，仅次于北京和上海。同时具备完善的人才培养机制。2.2.4厂址的协作条件炼铁厂选址应与附近企业在生产、运输、公用设施、综合利用及生活福利设施等方面创造协作条件。2.2.5厂址的工程地质及水文地质条件从地质构造上来看，武汉是一个相对稳定地区，地震等级为5级，厂址地表以下12米无地下水层，且土层较浅，下部是坚硬的岩石层，满足钢铁厂所要求的地理、水文条件。3高炉炼铁综合计算高炉炼铁需要的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷吹燃料)的量是有一定规律的，根据原料成分、产品质量要求和冶炼条件不同可以设计出所需的工艺条件。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，就是计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼预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变料计算。3.1高炉配料计算配料计算的目的，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。3.1.1原始资料（1）配料计算所用的铁矿石、熔剂、炉尘、喷吹物等原始数据见表3-1至表3-9。表3-1铁矿石原料成分（%）名称TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPMnO烧结矿53.039.186.2911.382.91.610.040.023球团矿61.211.389.842.742.742.740.040.0081.47块矿70.340.042.90.0120.140.77表3-2煤粉工业及元素分析表（%）成分C灰分挥发分SH2O质量分数80.084.048.000.267.62表3-3焦炭工业及元素分析表（%）成分固定碳灰分挥发分S∑游离水质量分数87.469.941.170.871003.2表3-4焦炭、煤粉灰分成分表（%）成分MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO焦炭0.9549.9934.090.373.020.881.249.46煤粉1.0348.3135.820.303.682.980.936.95表3-5焦炭挥发分成分（%）CO2COH2CH4N2合计34.237.86418100表3-6熔剂成分表（%）成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5SO3烧损∑质量分数0.0140.01252.781.321.621.320.030.0342.90100表3-7各元素在炉渣生铁煤气中分配率表产品FeMnPS生铁0.9970.71.00.02炉渣0.0030.300.98煤气0000.05表3-8生铁成分表（%）CSiMnPSFe合计4.010.320.940.1450.03594.55100表3-9炉渣成分表（%）成分MgOSiO2Al2O3BaOCaOFeOS/2MnO∑质量分数8.1436.139.933.7238.910.900.931.34100表3-10炉尘成分及含量（%）成分TFePSFe2O3FeOCaOSiO2重力除尘灰41.420.040.4051.457.018.308.61表3-11碎铁成分表（%）成分FeSiO2Al2O3烧损∑质量分数85.009.003.003.00100（2）矿石的选配高炉使用多种矿石冶炼时，应根据矿石的供应量及炉渣成分和渣量的要求选择适当的比例。在选配矿石时，应注意检查矿石。含磷量不得超过生铁含磷量。冶炼铸铁时还应检查矿石含锰量是否满足生铁的要求，否则应加锰矿。注：本文烧结矿：球团矿：块矿=80：15：5。3.1.2原始资料的整理（1）烧结矿分析成分的调整已知烧结矿原始成分如表3-1。FeO～FeFe2O3～ 2Fe71.85 55.85 159.70 111.79.18 X1 X2 (53.03-7.13)故X1=7.13，X2=65.62。已知烧结矿原始成分如表3-1，P在烧结矿中以P2O5的状态存在，根据烧结矿中磷元素的含量计算P2O5的含量。W根据烧结矿中FeS的含量计算硫元素的含量。W调整后的烧结矿成分见表3-11。表3-11调整后的烧结矿成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO质量分数（%）53.030.0230.049.1865.626.2911.382.9成分Al2O3S/2P2O5MnOΣ质量分数（%）1.610.020.05397.053调整后不足100%，再按各成分的分析误差调整，各成分的分析误差见表3-12。表3-12各成分的分析误差成分TFeSiO2Al2O3CaOMgOΣ差误差（%）±0.50±0.30±0.25±0.40±0.25±1.70调整时应尽量用造渣的各组分的误差，因为分析中造渣个组分值得相对误差比TFe大，同时，它们对物料平衡中矿石用量及热平衡中铁氧化物分解或还原耗热的影响较小。由于97.053%<100%，所以按照正偏差调整。采用SiO2用0.3%正偏差调整，CaO用0.4%正偏差调整，MgO用0.25%正偏差调整，Al2O3用0.25%正偏差调整其余成分不变，Σ=97.053+1.2=98.25，烧损1.75。烧结矿最终成分见表3-13。表3-13烧结矿最终成分表成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO质量分数（%）53.030.0230.049.1865.626.5911.783.15成分Al2O3S/2P2O5MnO烧损Σ质量分数（%）1.860.020.0531.75100烧损的原因：烧结过程进行的不充分，在试样加热至1000℃左右的过程中，原来在烧结过程中未完全挥发的CO2(CaCO3、MgCO3)及未完全燃烧的碳素，在加热过程中挥发和燃烧，便出现烧损现象。（2）块矿和球团矿成分的调整球团矿和块矿成分的调整运用和烧结矿一样的方法就可以。球团矿最终成分见表3-14。表3-14球团矿最终成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO质量分数（%）61.20.040.00810.6371.099.182.562.56成分Al2O3S/2P2O5MnO烧损Σ质量分数（%）2.560.0190.0171.370100块矿的最终成分见表3-15。表3-15块矿的最终成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO质量分数（%）129.474.764.570.750.29成分Al2O3S/2P2O5MnO烧损Σ质量分数（%）3.150.0060.0320.825.94100本设计选用烧结矿：球团矿：块矿=80：15：5。混合矿的最终成分见表3-16。表3-16混合矿最终成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO质量分数（%）54.580.0310.0349.4166.906.889.852.92成分Al2O3S/2P2O5MnO烧损Σ质量分数（%）2.030.0190.0470.251.691003.1.3冶炼条件的确定根据冶炼铁种和原燃料成分，除确定矿石的配比外，尚需要确定炉渣碱度、焦比、喷物数量、炉尘、生铁成分与各种元素在渣中的分配比。（1）各种元素在炉渣、煤气和生铁中的分配比见表3-17。表3-17各元素在炉渣生铁煤气中分配率表产品FeMnPS生铁0.9970.71.00.02炉渣0.0030.300.93煤气0000.05（2）预定生铁成分见表3-18。表3-18预定生铁成分表（%）CSiMnPSFe合计4.010.320.940.1450.03594.55100（3）各种参数的选择①湿焦比480kg/t铁；②煤粉喷150kg/t铁；③炉渣碱度CaO/SiO2=1.0；④冶炼强度I=1.2t焦/（m3·昼夜）；⑤热风温度t=1200℃；鼓风湿度Φ=1%；⑥碎铁使用量为30kg/t铁；⑦炉尘吹出量15kg/t铁；⑧直接还原度rd=0.45；炉顶煤气温度tr=150℃；=9\*GB3⑨焦炭与喷吹燃料中总碳量的1.2%和H2生成CH4。（4）根据铁平衡求铁矿石的量 1）焦炭带入的铁量m(Fe)jFe2O3～2FeFeO～Fe159.7 111.7 71.55 55.850.0088x0.0946 y 故x=0.00616，y=0.00735。 故焦炭带入的铁量：m(Fe)j=480×（1-0.032）×0.0994×（0.00616+0.00735）=0.624（kg 2）煤粉带入的铁量m(Fe)meFe2O3～2FeFeO～Fe159.7 111.7 71.55 55.850.0298x0.0695 y 故x=0.021，y=0.054。 得到m(Fe)me=150×0.0404×（0.021+0.054）=0.456kg。3）铁矿石的量 =945.5+945.5×=1694kg式中：Qk-矿石的需要量，kg/t铁；Fet-进入生铁的铁量，kg/t铁；Feza-进入炉渣的铁量，kg/t铁；Fech-进入炉尘的铁量，kg/t铁；Fej-焦炭带入的铁量，kg/t铁；Feme-煤粉带入的铁量，kg/t铁；Fek-矿石的含铁量，kg/t铁。（5）根据氧化钙的平衡求石灰石的用量本设计中碱度RO取为1.0Q=-1694×0.0753+480×0.968×0.0994×0.0302-15×0.083=-53.97kg式中：QL-熔剂的需要量，kg/t铁；（SiO2)k-矿石所带入的SiO2量，kg/t铁；（CaO)k-矿石所带入的CaO量，kg/t铁；（SiO2)j-焦炭所带入的SiO2量，kg/t铁；（CaO)j-焦炭所带入的CaO量，kg/t铁；（SiO2)me-煤粉所带入的SiO2量，kg/t铁；（CaO)me-煤粉所带入的CaO量，kg/t铁；（SiO2)Si-还原硅所消耗的CaO量，kg/t铁；（SiO2)ch-炉尘所带走的SiO2量，kg/t铁；（CaO)ch-炉尘所带走的CaO量，kg/t铁；（CaO)e-熔剂中SiO2量，kg/t铁；（SiO2)e-溶剂中CaO量，kg/t铁；RO-炉渣碱度。负值说明之前碱度能保证冶炼，不用加熔剂。计算时要考虑机械损失，一般原燃料的机械损失见表3-19。表3-19原燃料的机械损失原燃料机械损失%矿石2熔剂1焦炭1每吨生铁原燃料的实际消耗量见表3-20。表3-20每吨生铁原燃料的实际消耗量原燃料理论消耗量/kg机械损失/%水分/%实际消耗量/kg混合矿1694201728.57焦炭碎铁石灰石464.6430013.2485.01300总计2188.642243.58炉渣成分和数量的计算 1）进入炉渣的全部硫量m=1694×0.00034+0+=4.587式中：—进入炉渣的硫量（1t生铁），kg/t；—矿石带入的硫量（1t生铁），kg/t；—熔剂带入的硫量（1t生铁），kg/t；—焦炭带入的硫量（1t生铁），kg/t；—煤粉带入的硫量（1t生铁），kg/t；—进入生铁的硫量（1t生铁），kg/t；—炉尘带走的硫量（1t生铁），kg/t；—煤气带走的硫量（1t生铁），kg/t。 2）进入炉渣的FeO量m 3）进入炉渣的SiO2量m=1694×0.0688+480×0.968×0.0994×0.4999+150×0.0404×0.4831+30×0.09-3.2×=137.11kg4）进入炉渣的CaO量m=1694×0.0985+480×0.968×0.0994×0.302+0+150×0.0404×0.0368-15×0.083=167.23kg5）进入炉渣的MgO量m(=1694×0.0292+480×0.968×0.0994+150×0.0404+30×0×0.0103+0-15×0.0197=49.67kg 6）进入炉渣的Al2O3量m=1694×0.0203+480×0.968×0.0994×0.3409+30×0.03+150×0.0404×0.3582+0-15×0.0261=52.81kg 7）进入炉渣的MnO量m(MnO)综上所述，最终炉渣成分见表3-21。表3-21最终炉渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeO质量137.1152.81167.2349.672.343.66质量分数/%32.8512.6540.0611.903.340.88成分S合计CaO（质量4.587417.4质量分数/%1.10100.001.221.58（7）生铁成分的确定生铁含磷量的确定：=0.059%式中：—生铁含磷量，%；—矿石带入的磷量（1t生铁），kg/t；—焦炭带入的磷量（1t生铁），kg/t；—熔剂带入的磷量（1t生铁），kg/t；—炉尘带出的磷量（1t生铁），kg/t。生铁含硫量的计算：w(S)生铁含硅假定为0.32%；生铁含锰量的计算：w生铁含铁量94.55%；生铁含碳量的计算：w=故生铁的最终成分见表3-22。表3-22生铁的最终成分（%）成分CSiMnPSFe合计质量分数4.8560.320.180.0590.03594.551003.2物料平衡通过高炉配料计算确定单位产量生铁所需要的矿石、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转的各种工作所不可缺少的参数。3.2.1根据碳平衡计算风量（1）风口前燃烧的总碳量 炉料带入的碳量：m=480×0.968×0.8746+150×0.8008+0-15×0.1764=523.848kg式中：—炉料带入的碳量（1t生铁），kg/t；—焦炭带入的碳量（1t生铁），kg/t；—煤粉带入的碳量（1t生铁），kg/t；—重油带入的碳量（1t生铁），kg/t； —炉尘带走的碳量（1t生铁），kg/t。生成甲烷的碳量：m(C)溶于生铁的碳量：m(C)碎铁带入的碳量：m(C)还原锰消耗的碳量：m(C)还原硅消耗的碳量：m(C)还原铁消耗的碳量：m(C)还原磷消耗的碳量：m(C)则直接还原消耗的碳量为：m(C)=0.94+4.11+91.29+0.68=94.07风口前燃烧的碳量：m(C)=523.848-94.07-6.29-48.56+0.9=375.83（2）风量的计算鼓风中氧的浓度： 风口前燃烧时需氧量；其中煤粉供氧：V(则由鼓风供氧：V(则每吨生铁需要风量（包括喷煤粉所用的压缩空气量）：V3.2.2煤气成分和数量的计算（1）甲烷的计算 由燃料碳素产生的甲烷：V 焦炭挥发份中的甲烷：V 则进入煤气中的甲烷为：V氢量的计算 由鼓风水分中分解的氢：V( 焦炭挥发份有机物中的氢：V( 在喷吹的条件下，一般有40%的氢参加还原，故H2参加还原的量为：V( 生成甲烷的氢：V二氧化碳的计算 Fe2O3还原为FeO时，生成的CO2： V( FeO还原为Fe时生成的CO2为：V=945.5×=188.37焦炭挥发分中的COV不加石灰石，不需要算石灰石分解出的二氧化碳；混合矿分解的二氧化碳为：V则进入煤气的二氧化碳为：V一氧化碳的计算风口前燃烧生成的一氧化碳：V直接还原生成的一氧化碳：V焦炭挥发份中的一氧化碳：V间接还原消耗的一氧化碳：V则进入煤气的CO为：V氮的计算鼓风带入的氮：V(焦炭带入的氮：V(则进入煤气的氮：V综合计算煤气的数量及成分见表3-23。表3-23煤气的数量及成分化学成分体积/m3体积分数/%CO2349.46716.27CO531.7624.77N21229.8857.28H224.091.12CH412.0450.56合计2147.242100.003.2.3物料平衡表的编制 （1）鼓风重量的计算1m3鼓风的重量为：则全部鼓风重量为1587.25×1.278=2028.51kg煤气重量的计算1m3煤气的重量：=1.37kg则全部煤气的重量：2147.242×1.37=2941.72kg氮参加还原生成的水为：14.03× 则本计算的物料平衡见表3-24。表3-24物料平衡表收入项目数量/kg百分数/%支出项目数量/kg百分数/%矿粉1728.5739.09生铁100022.80鼓风2028.5145.87炉渣417.49.52煤粉150.003.39煤气2941.7267.08焦粉485.0110.97炉尘15.000.34碎铁30.000.68水分11.270.26总计4422.09100总计4385.38100绝对误差36.70相对误差0.83%3.3热平衡热平衡计算是高炉工艺计算的重要组成部分，它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[4]。3.3.1计算热量收支项 （1）碳氧化放热碳素氧化产生1m3CO2的热量：7980碳素氧化产生1m3CO的热量：2340则碳氧化放出的总热量为：349.417-1.44-0.947 （2）鼓风带入的热量：（热风温度取1100℃）1100℃干空气的热容为0.3812kcal/(m3∙℃)，水蒸气的热容为0.4576=2762623.479kJ（3）氢氧化为水放热：1m3氢氧化成水蒸气放出热量为14.03×2581×4.2=152088.01kJ（4）成渣热炉料的碳酸盐或者磷酸盐中存在1kgCaO及MgO在高炉内生成为钙铝硅酸盐所放出的热量为270kcal。混合矿中呈Ca3(PO4)2存在的CaO为：1694×0.00047×3×混合矿中呈CaCO3存在的CaO为：1694×0.0169×则成渣热为：270×（5）混合矿带入热：本设计只需计算烧结矿带入的物理热，其他料（如煤粉）等带入的物理热均忽略不计。烧结矿带入的热量式中： N─每吨生铁烧结矿用量，kg cat─烧结矿入炉温度下比热容，本设计取0.19kcal/( ta─烧结矿入炉温度，本设计取400 则冶炼1t生铁的总热量收入为：9022005.45+2762623.479+152088.01+42386.652+432579.84=12411683.43kJ3.3.2计算热量支出项（1）氧化物分解吸热一般原料分析中没有指出各种形态氧化物的含量，计算时依据矿物常识做出假定。由于原料是熔剂性烧结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以Fe3O4形态存在，焦炭中FeO全部以硅酸铁形式存在。m(FeO)mmm分解1kgFeO(硅酸铁)需要973.33kcalFeO分解1kgFe3O4需要1146.38kcalF分解1kgFe2O3需要1230.69kcalFe所以铁氧化物的总分解热为：119573.591+2019325.442+4362808.357=9501707.39kJ1kgMnO2分解成Mn1kgMn3O4分解成MnO由MnO分解出1kgMn需要1758.5kcal热量锰氧化物分解吸热=0.94%×1000×1758.5×4.2=69425.58kJ由SiO2分解出1kgSi需要硅氧化物分解吸热=0.32%×1000×7423×4.2=99765.12kJ由Ca3(PO4)2分解出1磷酸盐的分解吸热=0.059%×1000×8540×4.2=21162.12kJ（2）脱硫吸热脱硫所需的热量应是硫化物（有机硫、无机硫）的分解热、CaO的分解热、CaO的生成热的代数和（对于CaSO4、BaSO4只需要考虑分解热，因为例如），但是硫化物FeS、FeS2的分解热很小，有机硫的形态及分解热都不详，故硫化物的分解热一般忽略不计，而C氧化成CO的热量前面已计算，此处只考虑CaO的分解热与CaS的生成热。脱硫消耗的热量见表3-25。表3-25脱硫消耗的热量脱硫剂氧化物分解热硫化物生成热硫消耗热量硫消耗热量CaO151130109790413401290MnO9672048810479101495FeO6443022360420701315MgO14580084390614101920注：事实上炉渣中的硫不仅呈CaS，而且也呈MgS、FeS等形态存在，但它们各自的数量不详，不能准确计算脱硫所消耗的热量[5]。以CaO、MnO、FeO作为脱S剂时，它们脱除1kgS所消耗的热量很相近，只有MnO脱S消耗的热量较大。一般当渣中的MgO较少时（～，计算生成硫化物的热效应时就采用平均值，所以1kgS消耗的平均热量为：所以脱硫消耗的热量；=32869.2kJ所以氧化分解和脱硫消耗的总热量：6501707.39+69425.58+99765.12+21162.12+=6724929.41kJ碳酸盐的分解热： 由CaCO3分解出1kgCO₂需要966kcal，由MgCO3分解出1kgCO₂需要594kcal，由MnCO3分解出1kgCO2需要522kcal。混合矿以MnCO3存在的CO2量：1694×0.05×0.0082×混合矿以CaCO3存在的CO2量：1694×0.0169-0.43=28.199kg碳酸盐的分解热：0.43×522×4.2+28.199×966×4.2+0.47×594×4.2=118958.969kJ水分分解热：分解1m3水蒸气需2581kcal热量。由炉料放出和分解1kg结晶水需要热量为式中—为放出1kg结晶水消耗的热量，；—为分解1kg水蒸气消耗的热量，；—为结晶水的分解度，一般。由于炉料中无结晶水，所以这一项为。所以只考虑鼓风中水分分解热。故：鼓风水蒸气分解热喷吹物分解热喷吹物的分解热式中:—1kg喷吹物的分解热，kJ/kg；—1kg喷吹物的低发热值，kcal/kg。、、—喷吹物中该成分的质量分数，。煤粉的分解热约为300kcal/kg，所以：Q炉料游离水的蒸发热1kg水由0℃升至100℃吸热100kcal，再变为水蒸汽吸收540kcal，共640kcal。所以炉料游离水的蒸发热=480×3.2%×640×4.2=41287.68kJ铁水带走的热：270×1000×4.2=1134000kJ（8）炉渣带走的热量：（炉渣带走焓量为410kcal/kg）410×417.5×4.2=718935kJ（9）炉顶煤气带走的热量：炉顶煤气温度为250℃，250℃煤气各成分热容见表3-26。表3-26250℃煤气各成分热容N2COCO2H2CH4H2O0.31560.31720.444560.30880.44120.3680干煤气的热容量：0.1627×0.4456+0.2477×0.3173+0.5728×0.3156+0.0112×0.3088+0.0053×0.4412=0.3380所以干煤气带走的热量：2147.242×0.338×250×4.2=458700.59kJ煤气中水汽带走的热量：18×假定炉尘的比热容为0.2kcal/(kg·℃)则炉尘带走的热量：15×0.2×250×4.2=3150kJ煤气带走的总热量：458700.59+8445.931+3150=773652.117kJ外部热损失：12411683.43-9724929.41-118958.969-172061.075-189000-41287.68-1134000-718935-773652.117=305327.41kJ根据以上计算列出热量平衡见表3-27。表3-27热量平衡表热收入热支出项目热量/KJ百分数/%项目热量/KJ百分数/%碳的氧化热9022005.4572.69氧化分解热9724929.4172.18鼓风带入热2762623.47922.26碳酸盐分解热118958.9690.96氧化放热152088.011.23水分分解热172061.0751.39成渣热42386.6520.34喷吹物分解热1890001.52炉料带入热4322579.843.48游离水带走热41287.680.33铁水带走热11340009.14炉渣带走热7189355.79煤气带走热外部热损失773652.117305327.416.232.46共计12411683.43100.00共计12411683.43100.03.3.3能量利用的评定根据总热平衡的数据，可以计算出高炉内有效热量利用系数及碳的利用系数。有效热量利用系数KT的计算：K==83.31%KT的高低标志着高炉热量利用的好坏。碳的利用系数：K==67.29%式中：KC是表述高炉能量利用好坏的又一指标。由公式可以看出，总碳量消耗越多，碳的能量利用越差；间接还原越发展，则碳的热能利用越好。KC值一般不是一个确定的值，因高炉不同而变化[6]。4高炉本体设计4.1高炉内型设计高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的过程，因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。高炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺利进行。本设计采用五段式高炉炉型。4.1.1内型设计要求高炉炉型的合理性，是高炉能实现高产、优质、低耗、长寿的重要条件。合理炉型应该是使炉型能够很好地适应于炉料的顺利下降和煤气流的上升运动。在设计炉型时，尽可能地使设计炉型接近于合理炉型是设计工作者的重要任务和努力方向。炉型设计应当满足下列要求：（1）与原燃料条件和送风制度等操作条件相适应，有利于炉况的顺行；（2）能够燃烧较多数量的燃料，提高冶炼强度，增加生铁产量；（3）有利于煤气的热能和化学能的充分利用降低焦比；（4）适应于采用喷吹等强化操作的新技术；（5）能与炉衬结构及冷却方式配合，易于生成保护性渣皮，防止炉衬的迅速烧坏和侵蚀，有较长的一代寿命。炉型设计的总原则是合理确定炉型各部分尺寸之间的比例。高炉的合理炉型应该满足冶炼强度，降低焦比，有利于炉况顺行和长寿的要求，随着冶炼条件的改善，装备水平和操作水平的提高，高炉内型尺寸逐步向矮胖型发展。另外，高炉鼓风机能够提供高炉冶炼足够的风量和风压，高炉炉顶设备的改进和发展，能够满足高炉炉顶高压操作和各种布料方式的要求，高炉富氧喷吹煤粉，高风湿的使用等等。为高炉大型化和炉型向矮胖型方向发展提供了有利条件。因此，在设计合理炉型，必须综合考虑，保证高炉炉型合理的情况下，更好地适应于炉料顺行和煤气运动。4.1.2内型设计方法由于高炉冶炼过程和工作条件十分复杂，用理论计算方法设计出来的炉型难以满足生产条件。因此，迄今为止炉型设计仍然是采用分析比较和经验公式来计算的，即根据同类型高炉的生产实践数据，对所设计的高炉具体原料和操作条件，进行分析和比较，确定高炉各部分尺寸之间的比例值，进而设计出高炉的经验公式，进行初步计算取值，最后确定出炉型尺寸。炉型设计的总规则是合理确定炉型各部分尺寸之间比例。这是因为炉型各部分尺寸之间的比例是相互影响，相互制约的。片面过分强调扩大或缩小某部分尺寸，都会给高炉生产带来不利影响，并且这些比例关系中的合适比值，是随着炉子有效容积，炉衬结构，原燃料及操作条件的变化而改变的。4.1.3高炉内型相关计算本设计为年产330万吨生铁（炼钢生铁78%，铸造生铁22%）的高炉炼铁设计。实际年产量铸造生铁与炼钢生铁的换算系数是1：1.15，得到实际年产量为：330×78%+330×22%×1.15=340.89确定年工作日日产量P定容积选定高炉座数为2座，利用系数每座高炉的日产量：P=高炉容积V 取Vu=炉缸尺寸炉缸直径：d=0.32×取d=9.8m炉缸高度：=1\*GB3①风口高度h取hf=3.1式中：b─生铁产量波动系数，本设计取1.2；P─生铁日产量；N─昼夜出铁次数，取12；c─炉缸容积利用系数，本设计取0.28；③风口数目：n=2×d+2取风口结构尺寸f=0.5m④炉缸高度h死铁层高度h炉腰直径、炉腹角和炉腹高度根据经验值，选取炉腰直径D=1.11d=1.11×9.8=10.9m选取炉腹角则炉腹高度：h校核α：炉喉直径和炉喉高度根据经验公式d1D=0.64~0.73，本设计取d选取炉喉高度h炉身角、炉身高度、炉腰高度炉身角β：β=80.5°~85.5°，本设计选取β=84°30'。则：h校核β：tan本设计取HuD炉腰高度：h=28-3.6-3.3-17.1-2.0=2m校核炉容炉缸体积：炉腹体积：炉腰体积：炉身体积：炉喉体积：则：=1988.13误差：结果合格。 高炉各部分尺寸见表4-1。表4-1高炉各部分尺寸高炉有效容积2000m3炉喉高度2.0m炉缸直径9.8m死铁层高度2.1m炉腰直径10.9m风口高度3.1m炉喉直径7.6m炉腹角80°高炉有效高度28.0m炉身角84°炉缸高度3.6m风口个数24炉腹高度3.3m铁口个数2炉腰高度2.0m炉身高度17.1m4.2高炉内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。4.2.1高炉对耐火材料的要求根据高炉炉衬的工作条件和破损机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要的影响，故对高炉用耐火材料有如下要求：1、耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。因为高炉长期在高温条件下工作，要求耐火材料具有较高的耐火度，并且高温机械强度要大，具有良好的耐磨性、抗撞击能力。2、荷重软化点要高。荷重软化点能够更确切地评价耐火材料的性能。3、Fe2O3含量要低。耐火材料中的Fe2O3和SiO2在高温下相互作用生成低熔点化合物，降低耐火材料的耐火度；在高炉内，耐火材料中的Fe2O3有可能被渗入砖衬中CO还原生成海绵铁，而海绵铁又促进CO分解产生石墨碳沉积，构成对砖衬的破坏作用。4、重烧收缩要小。重烧收缩是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。4.2.2高炉各部分炉衬设计与砌筑高炉用高铝砖与粘土砖形状及尺寸如表4-1所示。表4-1高炉用高铝砖与粘土砖形状及尺寸高炉内衬特征如表4-2所示。表4-2高炉内衬特征炉容/m3部位炉底炉缸（铁口处）炉腹炉腰炉身下部炉身上部2000材质厚度/mm材质厚度/mm材质厚度/mm材质厚度/mm材质厚度/mm材质厚度/mm碳砖高铝砖2000800高铝砖1200高铝砖345高铝砖345粘土砖575粘土砖9炉底 高炉炉底采用综合炉底，死铁层由表4-2可知，炉底厚度2800mm，设计采用炉底外围直径11200mm，炉底采用的高铝砖尺寸为的大型炉底砖。则：所需高铝砖层数=800÷400=2（层）所需高铝砖总体积为：V而一块高铝砖的体积为：设计采用碳砖型号为所需碳砖层数=2000÷400=5（层）碳砖总体积为：V而一块碳砖的体积为所以，需要碳砖的数量为：n死铁层死铁层高度2100mm，选用大碳砖砌筑，则所需碳砖层数=2100÷400=5（层）炉缸高炉炉缸高度3600mm，则：用砖层数设计中将炉缸分为2段，第一段：共29层下层内圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G3=97G4=87G4=87G1=158G1=148G2=148G2=133上层内圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G4=87G3=97G3=97G2=175G2=160G1=135G1=125第二段：共19层下层内圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G4=87G3=97G2=165G2=150G1=125上层内圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G4=87G4=87G1=148G2=148G2=13炉腹高炉炉腹高度3300mm，则：用砖层数炉腹内衬厚度345mm，所以采用G4-G2配合。为设计方便，将炉腹分为3段进行砌砖计算。从下往上每段的砖层数分别为14，15，15。第一段：G4G2G4=87×14G2=136第二段：G4G2G4=87×15G2=144第三段：G4G2G4=87×15G2=15炉腰高炉炉腰高度为2000mm，则：用砖层数炉腰内衬厚度345mmG4G4=87×27G2=15炉身炉身高17100mm，则：用砖层数炉身下半部。为设计方便，将炉身下半部分分为14段，炉身下部炉衬厚度575mm。第1段：共7层下层内圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G3=97G2=166G1=141上层内圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G4=87G1=156G2=156第2段：共7层G4=87G3=97G2=164G1=139G3=97G4=87G1=154G2=154第3段：共7层G3=97G4=87G1=152G2=152G4=87G3=97G2=162G1=137第4段：共7层G4=87G3=97G2=160G1=135G3=97G4=87G1=150G2=150第5段：共7层G3=97G4=87G1=148G2=148G4=87G3=97G2=158G1=133第6段：共7层G4=87G3=97G2=156G1=131G3=97G4=87G1=146G2=146第7段：共8层G4=87G3=97G2=154G1=129G3=97G4=87G1=144G2=144第8段：共8层G4=87G3=97G2=152G1=127G3=97G4=87G1=142G2=142第9段：共8层G4=87G3=97G2=150G1=125G3=97G4=87G1=140G2=140第10段：共8层G4=87G3=97G2=148G1=123G3=97G4=87G1=138G2=138第11段：共8层G4=87G3=97G2=146G1=121G3=97G4=87G1=136G2=136第12段：共8层G4=87G3=97G2=144G1=119G3=97G4=87G1=134G2=134第13段：共8层G4=87G3=97G2=142G1=117G3=97G4=87G1=132G2=132第14段：共10层G4=87G3=97G2=140G1=115G3=97G4=87G1=130G2=130 （2）炉身上半部。为设计方便，将炉身上半部分分为10段，炉身下部炉衬厚度920mm。以下省略计算过程，将用砖图列于下。第1段：共9层G4=87G4=87G3=97G2=153G2=138G1=113G3=97G4=87G4=87G1=143G2=143G2=128第2段：共9层G4=87G4=87G3=97G2=151G2=136G1=111G3=97G4=87G4=87G1=141G2=141G2=126第3段：共9层G4=87G4=87G3=97G2=149G2=134G1=109G3=97G4=87G4=87G1=139G2=139G2=124第4段：共10层G4=87G4=87G3=97G2=147G2=132G1=107G3=97G4=87G4=87G1=137G2=137G2=122第5段：共10层G4=87G4=87G3=97G2=145G2=130G1=105G3=97G4=87G4=87G1=135G2=135G2=120第6段：共7层G4=87G4=87G3=97G2=143G2=128G1=103G3=97G4=87G4=87G1=133G2=133G2=118第7段：共8层G4=87G4=87G3=97G2=141G2=126G1=101G3=97G4=87G4=87G1=131G2=131G2=1