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武安市最大的高炉是多少立方的
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烧结烟气SO2主要控制技术
　　目前，对烧结烟气SO2排放控制的方法有：
　　1）低硫原料配入法; 2）高烟囱稀释排放; 3）烟气脱硫法。
低硫原料配入法
　　烧结烟气中的SO2的来源主要是铁矿石中的FeS2或FeS、燃料中的S（有机硫、FeS2或FeS）与氧反应产生的，一般认为S 生成SO2的比率可以达到85%——95%. 因此，在确定烧结原料方案时，适当地选择配入含硫低的原料，从源头实现对SO2排放量的控制，是一种简单易行有效的措施。
　　该法因对原料含硫要求严格，使其来源受到了一定的限制，烧结矿的生产成本也会随着低硫原料的价格上涨而增加。就目前原料短缺的现状来看， 此法难以全面推广应用。
高烟囱稀释排放
　　烧结烟气中SO2的质量浓度一般在1000——3000 mg/m3且烟气量大，若回收在经济上投资较大，故大多数国家仍以高烟囱排放为主，如美国烟囱max高达360m.
　　我国包钢烧结厂目前采用低含硫原料、燃料，烧结烟气经200m高烟囱排放，SO2max落地质量浓度在0. 017mg/m3以下。宝钢的烧结厂采用200 m高烟囱稀释排放。这种方法简单易行，又比较经济。从长远来看，高烟囱排放仅是一个过渡。但在当时条件下，采用高烟囱稀释排放作为控制SO2 污染的手段是正确的。
烟气脱硫法
　　低硫原料配入法和高烟囱排放简单易行，又较经济。但我国SO2的控制是排放浓度和排放总量双重控制，因此，为根本消除SO2污染，烟气脱硫技术在烧结厂的应用势在必行。
　　烟气脱硫是控制烧结烟气中SO2污染最有效的方法。目前世界上研发的烟气脱硫技术有200多种，进入大规模商业应用的只有10余种，我国也先后引进了不同的脱硫装置主要用于火电厂，而国内用于烧结烟气脱硫的技术进展较慢。国内仅有几个小烧结上了脱硫设施。如广钢2台24平烧结机采用双碱法工艺，临汾钢厂利用烧结烟气处理焦化等，因脱硫设施或多或少存在一些问题，所以运行也不正常。
烧结烟气的特点
　　烧结烟气是烧结混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中所产生的含尘废气。它与其他环境含尘有着明显的区别，其主要特点是：
　　1） 烟气量大，每生产1t烧结矿大约产生4000——6000m3烟气。
　　2） 烟气温度较高，随工艺操作状况的变化，烟气温度一般在150 ℃上下。
　　3） 烟气挟带粉尘多。
　　4） 含湿量大。为了提高烧结混合料的透气性， 混合料在烧结前必须加适量的水制成小球，所以含尘烟气的含湿量较大，按体积比计算，水分含量在 10 %左右。
　　5） 含有腐蚀性气体。高炉煤气点火及混合料的烧结成型过程，均将产生一定量的SOx,NOx,它们遇水后将形成酸，对金属结构会造成腐蚀。
　　6） 含SO2浓度较低，根据原料和燃料差异而变化，一般在1000——3000 mg/m3
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128平方米炼铁高炉和530平方米高炉有哪些区别
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是应首先要被关闭淘汰的；530立方米高炉属于中型偏小的高炉，炼铁高炉的容积小则能耗高，效率低，质量较差，也可能是被关闭的对象。大高炉通常在4000立方米以上，世界最大高炉为沙钢5860立方米高炉。炼铁高炉的大小是以其炉容积的大小区别的郭敦顒回答：应是“128立方米炼铁高炉和530立方米高炉有哪些区别”。128立方米炼铁高炉为小高炉，在当前钢铁产量和产能过剩的情况下，炼铁高炉的容积大则能耗低，效率高，质量高；反之
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2900立方米炼铁高炉设计说明书
中南大学本科生毕业设计说明书目录 摘 要 ..............................................................................................................................I ABSTRACT.................................................................................................................. II 第一章 文献综述 ......................................................................................................... 1 1.1 概述 ..................................................................................................................... 1 1.1.1 高炉炼铁简史 .............................................................................................. 1 1.1.2 我国高炉炼铁发展历程 .............................................................................. 2 1.1.3 原料和燃料 .................................................................................................. 2 1.1.4 主要技术经济指标 ....................................................................................... 3 1.2 近代高炉炼铁技术发展 ..................................................................................... 3 1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势 ......................................................................... 5 1.4 本设计的目的和任务 ....................................................................................... 8第二章 厂址选择 ......................................................................................................... 9 2.1 厂址选择一般原则 ............................................................................................. 9 2.2 本设计厂址选择 ............................................................................................... 10 2.2.1 工业布局及国家政策 ................................................................................. 10 2.2.2 原料供应及运输条件 ................................................................................ 10 2.2.3 劳动力资源优势 ........................................................................................ 11 2.2.4 厂址的协作条件 ........................................................................................ 11 2.2.5 厂址的工程地质及水文地质条件 ............................................................ 11 第三章 工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证 ........................................... 12 3.1 高炉炼铁工艺流程 ........................................................................................... 12 3.2 高炉炼铁主要经济技术指标 ........................................................................... 13 第四章 高炉炼铁综合计算 ....................................................................................... 15 4.1 高炉配料计算 ................................................................................................... 15 4.1.1 已知条件 ..................................................................................................... 15 4.1.2 计算方法与过程 ........................................................................................ 18 4.2 高炉物料平衡计算 ........................................................................................... 21 4.2.1 初始条件 ..................................................................................................... 21 4.2.2 风量计算 ..................................................................................................... 22 4.2.3 煤气成分及数量计算 ................................................................................ 23 4.2.4 物料平衡表 ................................................................................................. 24 4.3 高炉热平衡计算 ............................................................................................... 25I中南大学本科生毕业设计说明书4.3.1 热平衡计算方法 ........................................................................................ 26 4.3.2 热平衡计算 ................................................................................................ 27 第五章 高炉本体设计 ............................................................................................... 32 5.1 高炉炉型设计 ................................................................................................... 32 5.1.1 炉型设计要求 ............................................................................................ 33 5.1.2 炉型设计方法 ............................................................................................ 33 5.1.3 炉型设计与计算 ........................................................................................ 34 5.2 高炉炉体设计 ................................................................................................... 37 5.2.1 高炉炉衬结构 ............................................................................................. 37 5.2.2 高炉炉衬耐火材料 .................................................................................... 37 5.2.3 高炉炉底及炉缸耐火材料 ......................................................................... 38 5.2.4 炉腹 ............................................................................................................ 41 5.2.5 炉腰和炉身 ................................................................................................ 42 5.2.6 炉喉 ............................................................................................................ 42 5.3 炉体冷却设备设计 ........................................................................................... 43 5.3.1 冷却结构 .................................................................................................... 43 5.3.2 冷却设备 .................................................................................................... 43 5.4 炉体钢结构设计 ............................................................................................... 43 5.5 风口、渣口及铁口设计 ................................................................................... 44 5.6 炉体附属设备设计 ........................................................................................... 45 第六章 高炉附属系统设计 ....................................................................................... 46 6.1 高炉供料系统 ................................................................................................... 46 6.1.1 装料设备选择 ............................................................................................ 46 6.1.2 布料方式 .................................................................................................... 47 6.2 炉后供料系统 ................................................................................................... 47 6.2.1 供料系统的形式与布置 ............................................................................ 48 6.2.2 贮矿槽、贮焦槽及其附属设备 ................................................................. 48 6.2.3 槽下筛分、称量与运输 ............................................................................ 48 6.2.4 上料设备 .................................................................................................... 49 6.3 高炉送风系统 ................................................................................................... 49 6.3.1 高炉鼓风机 ................................................................................................ 49 6.3.2 热风炉设计及附属设备选择 .................................................................... 54 6.4 高炉喷吹燃料系统 ........................................................................................... 59II中南大学本科生毕业设计说明书6.4.1 煤粉喷吹系统 ............................................................................................ 60 6.4.2 喷煤应注意的问题 .................................................................................... 61 6.4.3 高炉喷吹新技术发展 ................................................................................ 62 6.5 高炉煤气除尘系统 ........................................................................................... 62 6.5.1 布袋全干式煤气除尘工艺 ........................................................................ 62 6.5.2 煤气除尘设备 ............................................................................................ 63 6.5.3 高炉煤气余压利用 .................................................................................... 65 6.6 渣、铁处理系统 ............................................................................................... 65 6.6.1 风口平台及出铁场 .................................................................................... 65 6.6.2 铁水处理设备 ............................................................................................ 66 6.6.3 水渣处理工艺 ............................................................................................ 66 6.6.4 铁钩流咀布置 ............................................................................................ 67 6.6.5 炉前设备 .................................................................................................... 68 第七章 车间布置设计 ............................................................................................... 70 7.1 设计基本依据 ................................................................................................... 71 7.1.1 常用设计规范和规定 ................................................................................ 71 7.1.2 设计基础 .................................................................................................... 71 7.1.3 车间组成 .................................................................................................... 71 7.1.4 车间布置应考虑的问题 ............................................................................ 72 7.2 车间设计 ........................................................................................................... 72 7.2.1 厂房安排 .................................................................................................... 72 7.2.2 厂房层数 .................................................................................................... 73 7.2.3 厂房布置 .................................................................................................... 73 7.2.4 设备布置 .................................................................................................... 74 7.3 安全、卫生及其他问题 ................................................................................... 76 第八章 生产组织与技术经济分析 ........................................................................... 77 8.1 生产组织 ........................................................................................................... 77 8.2 技术经济分析 ................................................................................................... 78 8.2.1 投资估算 .................................................................................................... 78 8.2.2 销售与利润 ................................................................................................ 80 第九章 环保与安全 ................................................................................................... 81 9.1 生产安全 ........................................................................................................... 81 9.1.1 安全生产管理 ............................................................................................ 81III中南大学本科生毕业设计说明书9.1.2 厂房安全 .................................................................................................... 81 9.1.3 防火、防爆与防震 .................................................................................... 82 9.1.4 机械、电气、起重和运输设备安全 ......................................................... 83 9.1.5 通风 ............................................................................................................ 84 9.1.6 劳动卫生与职业病 .................................................................................... 85 9.1.7 个人防护用品 ............................................................................................ 85 9.2 环境保护 ........................................................................................................... 86 9.2.1 工业噪声控制 ............................................................................................ 86 9.2.2 环境监测 .................................................................................................... 87 9.2.3 废弃、废水回收治理 ................................................................................ 87 9.2.4 废渣处理 .................................................................................................... 88 9.2.5 绿化与土地复垦 ........................................................................................ 88 第十章 结论 ............................................................................................................... 90 致谢 ............................................................................................................................. 92 参考文献 ..................................................................................................................... 93IV中南大学本科生毕业设计说明书摘 要本设计是设计年产 250 万吨炼钢生铁高炉车间。设计中采用了 2900m3 的高 炉一座，设计 2 个出铁口，2 渣口，采用矩形出铁场。送风系统采用 3 座内燃式 热风炉，煤气处理系统采用干式布袋除尘。渣铁处理系统采用拉萨法水淬渣 （RASA）处理。上料系统采用料车上料。 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。 另外为了更加具有科学性，本设计参考了国内外的 相似高炉的生产经验和数据。 关键词：炼钢生铁 高炉 车间设计I中南大学本科生毕业设计说明书ABSTRACTThe assignment is the design of the 2.5 million tons annual production capacity of steel-making pig iron of blast furnace workshop. Used in the design of the one 2900m3 blast furnace,four jardine,two taphole ,the use of rectangular field of iron.Blast system 3 internal combustion hot stove,dust catcher system using dry bag gas precipitator etc. Tapping system method of water quenching residue Lhasa (RASA) to deal . The charging system is used in feed cart. The design program consists of technological calculation （ including blast-furnace burden calculation、 material balance calculation and thermal equilibrium calculation），the choose of furnace lining and cooling plant，the design of furnace lines，tuyere and casting house，material system， roof system，gas dispose system， iron and slag dispose system，fuel injection system and the disposition of plant. Besides，in order to make the design achieve best, the design also consults some advanced produce experience and data from home and abroad similar furnaces. Key words: S workshop designII中南大学本科生毕业设计说明书第一章 文献综述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 高炉炼铁简史 人类炼铁历史悠久， 原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖一 坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。以木炭为燃料，利用自然风力进行燃烧、加 热和还原铁矿石，产品为类似块状的海绵铁。随着人力、畜力和水力鼓风方法的 出现，产量提高，渣和铁也比较容易分离，产品质量有所提高。随着科学技术的 进步，炼铁工艺逐步得到改进和发展，到近现代工艺技术基本成熟。1709 年欧 洲开始用焦炭炼铁，1776 年高炉应用了蒸汽机带动的鼓风机，1832 年回收炉顶 煤气，1857 年应用了考贝式热风炉，逐步形成了近代高炉雏形。19 世纪下半叶， 高炉容积逐步扩大，设备结构趋向完善。20 世纪初至 50 年代，美国采用了人造 富矿以及高压炉顶、综合鼓风技术，为高炉发展奠定了基础。70 年代卢森堡研 制无料钟装料设备成功，为进一步扩大炉容和提高炉顶压力创造了条件。60 年 代初，高炉最大炉容达 2000m3 ，日产生铁 4000t。随着精料、超高压炉顶、高风1中南大学本科生毕业设计说明书温热风炉、燃料喷吹、富氧、脱湿和计算机控制等技术的发展，70 年代初炉容 增大至 m3 ， 日产生铁 10000t 以上。 年代初， 90 世界 m3 的 大型高炉已有约 30 座，高炉最长寿命达 16 年，一代炉役的单位炉容出铁量达 10000t／m3 。 1.1.2 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 国炼铁工业发展缓慢，无论生产技术还是产量都与世界平均水平差距巨大。20 世纪 50 年代，中国先后在鞍山、本溪、武汉、包头等钢铁公司设计建成了容积 为 800～1500m3 的高炉，建成了年产 300 万 t 生铁规模的炼铁厂，设计采用了 自熔性烧结矿、筛分整粒、高压炉顶技术。60 年代采用了燃料喷吹技术。同期， 成功地设计了冶炼钒钛磁铁矿(渣中含 TiO2 达 25％)的大型高炉，年产含钒生铁 170 万 t 规模的炼铁厂，至 80 年代末已发展为 280～300 万 t 的生产规模。70 年代以来，中国先后采用了无料钟炉顶、高风温热风炉、计算机控制、余压回收 和余热利用等技术。1985 年，中国宝山钢铁总厂建成第一座 4000m3 级大型现代 化高炉，至 90 年代初，又设计建成了两座更加先进的 4000m3 级高炉，形成了 年产 1000 万 t 生铁规模的大型炼铁厂。目前中国生铁产量已经跃居世界第一。 1.1.3 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。例如，1980 年日本的铸造生铁占 生铁总产量的 1.75％， 而美国则为 1.46％。 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(≤13％)、含硫低(≤0.6％)、强度好(M40 ≥76％)。辅助燃料有煤粉、重油、天2中南大学本科生毕业设计说明书然气等(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。 1.1.4 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。 ηv 是高炉炼铁的重要指标，ηv 愈大，高炉生产率愈高。目前，一般大型高炉超过 2.0t/（m3 d）。 （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。 （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。 每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。此时燃料比 等于焦比加煤比加油比。 根据喷吹的煤和油置换比的不同， 分别折合成焦炭(kg)， 再和焦比相加称为综合焦比。 燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总燃料消耗 量的一个重要指标。 （5）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)。 （6）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％。 （7） 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。 （8） 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。 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3中南大学本科生毕业设计说明书自熔性烧结矿，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。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。 （2）高炉大型化。 1860 年以前高炉最大容积为 100～300m?产量 30～50t/d； ， 到 19 世纪末容积增大到 500～700 m? 产量 400～500t/d； ， 进入 20 世纪炉容不断 扩大到
m?到 20 世纪后期容积增大到
m?最大的达 5500 ， ， m? ，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。为便于灵活布料，1970 年卢森堡保尔渥斯公司(Paul Wurth)发明了无钟炉顶，于 1972 年首次在德国汉博 恩厂应用后迅速推广，这是炉顶设备的又一次革命。 （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。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。 （6）加湿鼓风与脱湿鼓风。为避免大气湿度波动对高炉冶炼产生不良影响 和防止提高风温时风口前火焰温度过高导致炉况不稳定，50 年代一度广泛应用 加湿鼓风技术， 即在鼓风中加入部分水蒸气，通过调整加入蒸汽的量来控制鼓风 湿度。60 年代起高炉大量喷吹燃料以后，风口前的火焰温度已不是过高而是常 常不足，于是加湿鼓风逐渐用得少了，反而又出现了脱湿鼓风技术，即将鼓风中 的自然水分脱除到适当水平以保持风口前适当的火焰温度， 同时又使鼓风湿度保 持稳定。 （7）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 ℃。由于风温水平大幅度提高，焦比显 著降低了。 （8）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4中南大学本科生毕业设计说明书天然气比喷煤粉设备相对简单，60～70 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， 70 年代末全国重点钢铁企业已有 40 座高炉喷煤粉，占当时重点钢铁企业 到 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。 （9）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；也由于原料改善，风温提高和操作水平提高，为 降硅创造了条件，20 世纪后期炼钢生铁含硅量逐步降低，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。 （10）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，70 年代以后，高炉寿命显著延长，到 90 年代已达到 10～15 年，最高达到 20 年。 一代炉役单位炉容产铁量达到 t/m? ，高的达到 12000t/m? 。 （11） 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。 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。 目前炼铁技术发展趋势主要包括： (1) 在今后较长时期内，高炉炼铁仍将是生铁生产的主要手段。由于世界 焦煤储量短缺， 高炉炼铁技术的发展将在精料的基础上进一步降低焦比，开发非 焦煤能源的利用，如提高煤粉喷吹量。在降低高炉能耗的同时，发展长寿技术， 开发计算机专家系统，炉容逐步大型化。 (2) 直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁工业发展中占有一定地 位。它可以不用焦炭，而以天然气、石油、非焦煤等为能源。20 世纪 60 年代进5中南大学本科生毕业设计说明书入工业化阶段后， 直接还原铁在特殊钢和优质钢的生产中发挥提高产品质量的特 殊作用。 (3) 熔融还原法炼铁摆脱了高炉法对于昂贵焦炭以及直接还原法对于天然 气、石油的依赖，缩短了生产工艺流程，减少了环境污染，生产的铁水适用于转 炉炼钢。 1989 年南非钢铁公司(ISCOR)新建的 30 万 t／a 熔融还原装置投入生产。 90 年代许多国家筹划建设熔融还原装置。预期熔融还原技术将有较大发展。 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，围绕着实现高 效化、低燃料比、高炉长寿、以及环保等方面持续进行改进和优化。 （1） 以合理的大型化带动高效化 在过去的几年里，中同在高炉大型化方面取得了很大的成绩。大于 1000m? 的高炉由 2003 年的 58 座发展到现在的 100 余座，而且有多座大于 4000m? 的超 大型高炉投产或正在建设。然而，还应当清楚地看到，除了仍存在大量需要政策 淘汰的小于 300m? 的高炉外，仍还有约 500 座左右的 300～1000 m? 的高炉。这些 高炉都面临着不同程度的大型化问题。在高炉大型化的过程中，各厂需要针对具 体情况，确定合理的高炉容积。一个公认的事实是，大型高炉对入炉原燃料质量 的要求更加严格。这与品质不断下降的铁矿石和炼焦煤的供应形成尖锐的矛盾。 研究确定适应原燃料条件的最佳高炉容积是一个非常有意义的课题。 国外在高炉 大型化的过程中， 十分重视原有基础设施的利用， 以最大限度地减少一次性投资。 这一点也值得借鉴学习。 （2） 提高富氧率和开发新炉料 富氧是支持高炉高系数和高煤比的必要手段。中国的高炉富氧率普遍很低， 平均只有 1％左右，且不稳定。应努力提高富氧率，特别是对于大型高炉。充分 利用炼钢余氧和建设专用的低浓度大型制氧设施是解决问题的有效措施。 目前看 来，借鉴北美向高炉中加直接还原铁/废钢的做法尚不具备条件。但随着国内废 钢积蓄量的激增，供应总量的不断增加，加之进口废钢(2007 年，中国冶金行业 消耗了约 7200 万吨废钢)，若干年后，存在着废钢作为高炉炉料的可能性。对于 中国来说， 将来高炉吃废钢还是继续维持高炉――转炉这一流程事关钢铁行业的 生存。 日本的钢铁公司和研究单位正在研究的生产含炭铁矿和由烧结工艺生产部 分还原烧结矿供高炉使用， 这为提高高炉生产效率和降低燃料比开辟了新路，值 得关注借鉴。 （3） 提高煤比，降低焦比和燃料比 中国高炉喷煤得到普遍应用，但喷煤水平参次不齐。许多企业在喷吹理念和 工艺设备等方面还需要改进，以不断提高煤比，降低焦比。例如：将喷煤量作为 炉缸热状态的最主要调剂手段， 频繁改变煤量限制了煤比的稳定提高；在喷煤与 富氧之间关系上存在争议， 认为低煤比时无需富氧，影响了富氧的使用和带来的6中南大学本科生毕业设计说明书煤比提高；一些喷吹系统设计不合理，喷吹的稳定性差，各风口的分配精度低， 缺乏必要的连续喷吹保障手段，导致高炉难以接收高煤比；许多喷枪的材质差、 结构简单，造成经常性烧枪停煤。北美的多种物料喷吹经验值得学习借鉴。各厂 应根据各自的条件，积极尝试新的物料喷吹，以期取得更好的节焦降耗效果。高 风温是提高煤比和直接降低焦比的有效手段。 应充分利用鼓风湿分在控制风口燃 烧温度和炉缸热状态方面的作用，减少撤风温调炉温的机率，尽可能维持风温稳 定在最高水平。 （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。需要重视的是高炉操作对长寿的影响。要努 力保持稳定操作条件， 通过出铁制度和提高焦炭质量来控制渣铁流动方式，避免 炉缸过度和局部磨损。 要避免追求一时的高产指标而带来对高炉本体和设备的损 害。 （5） 完善监测控制系统，实现高炉的稳定顺行 高炉的稳定顺行是取得良好操作指标和实现长寿的基础。 而完善的高炉监测 控制系统是实现高炉稳定顺行的重要保障。与国外企业相比，中国大多数企业的 原燃料稳定性较差，更需要严格的监测控制。如，要提高烧结混合料水分的测量 和控制精度， 降低烧结指标和烧结矿质量的变化；要加强对入炉原燃料成分和性 能检测的频率，及时发现问题；要重视在料面和炉身的炉料、温度、气流分布的 测量和控制，避免炉内径向不均匀现象；要加强对炉缸工作状态(鼓风和喷吹参 数、风口燃烧状态、渣铁液位及流动方式、炉缸磨损、渣铁温度和流量、铁口深 度等)的监测和控制，保证炉缸的工作稳定。在此基础上，要广泛开发应用适合 于本厂情况的高炉专家系统，发挥其在保障高炉稳定顺行中的作用。 （6） 优化流程和配置，实现系统节能降耗 中国在高炉流程中的许多技术革新处于世界领先地位， 如煤气干法除尘在大 型高炉的应用，高炉喷煤新技术，各种新型热风炉系统，多种渣处理技术，以及 各种能量回收装置。这些对系统的节能降耗均已起到积极的作用。然而，应当看 到，在整个流程和配置中，还存在许多在节能降耗方面可以改进的方面，包括上 述各项技术本身。 研究合理的烧结余热回收流程设计，扩大能量回收的效率并降 低投资。研究煤气干法除尘的系统运行可靠性问题，应保证煤气无异常放散，以 及无尘进入热风炉影响热风炉寿命问题。 研究确定合理的热风炉结构形式和预热 系统结构。研究制粉和喷吹过程的参数优化，降低喷煤的系统能耗。对炼铁系统 各高压电机的变频节能改造。 高炉脱湿鼓风的技术条件和使用规则，确定适合的 烧结烟气处理流程等。 （7） 控制污染排放，实现达标生产7中南大学本科生毕业设计说明书受多种因素的影响， 中国高炉炼铁在环保方面欠债较多，需要尽快补偿和改 进。应全面实施出铁场的烟尘控制，消除出铁时的无组织排放；应将工艺控制和 末端治理相结合，对烧结烟气进行适宜的处理，满足粉尘和 S02 等污染物排放标 准。对尚未纳入考核体系的污染物排放，如 N02 和二恶英等，应提前做好应对方 案。 （8） 降低铁钢比，减少 CO2 排放 CO2 排放是高炉炼铁流程生存发展的一个巨大的潜在威胁。有资料显示，工 业的 CO2 排放占全球排放的 21％。而在工业行业内，钢铁工业的排放量占约 15％， 被认为是最大的排放行业之一。中国巨大的钢铁生产规模使这一比例大幅 度上升。因此，极有可能在未来的某一时刻，中国的钢铁工业会受到 CO2 排放 量的限制(欧洲已开始实施)。而行业内部受影响最大的自然是高炉炼铁。高炉 ――转炉流程的 CO2 排放量是 1700kg/t(钢)，而废钢――电炉流程则是约 400kg/t(钢)。二者在能耗方面的差距也是巨大的。因此，铁钢比是影响吨钢 CO2 排放量的最主要因素。 2007 年， 中国的铁钢比为是 0.959。 假如能按全球的 0.595 测算，则可少排 CO2 约 2.3 亿 t，可节约燃料消耗约 1 亿 t。如此巨大的减排和节 能潜力始终会引起各方的严重关注。因此，无论是从外部 CO2 减排的要求，还 是内部钢铁行业节能的需要，逐步降低中国的铁钢比是发展的必然趋势。当然， 高炉使用新型炉料(如废钢和预还原炉料等)和清洁燃料等，也是自我完善，增加 其自身生存能力的必要手段。深入研究开发各种 CO2 减排工艺和技术也是一项 迫切的工作。 1.4 本设计的目的和任务 本次设计为年产 250 万吨炼钢生铁的高炉车间设计。 要求广泛查阅相关文献 并进行全面评述，选择工艺流程并论证，进行设计计算，绘制图纸，编写设计说 明书等。 本设计的主要内容包括：文献综述，厂址选择，工艺流程及主要经济技术指 标的选择与论证，高炉炼铁综合计算，高炉本体设计，高炉附属系统设计，车间 布置设计等部分。另外还有主体设备图纸 2 张（CAD 图纸及手绘图纸各一张）, 车间厂房配置图 2 张（平面图和立面图各一张），设备流程图 1 张。8中南大学本科生毕业设计说明书第二章 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。当有条件时，尽可能利用现有居 民点、交通运输设施和公用工程设施。 （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。当有条件时，可结合 场地平整余土造田。 （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。特别是大 型企业，每天的运入和运出量都很大，对这一原则的考虑就显得特别重要。 （6）水源电源可靠 要确保企业建设， 尤其是投产后的正常生产， 可靠的水源和电源是必须条件。9中南大学本科生毕业设计说明书有的企业不仅要求建厂的地区有充足的水量，而且对水质和水温也有一定要求。 电源也是一样， 不仅要求有足够的电源，有的企业或企业的重要设备或设施要求 有二路电源同时供电。 所以， 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并合理利用风向确定其 相互位置；企业应位于地表饮用水源的下游。企业厂址要有利于企业“三废”处 理及排放。 （8）有利企业发展 一般的说，企业规模由小到大逐步发展，就是一次设计一次投产的企业， 品种增加、产量提高也是必然的，所以选择厂址时应考虑企业的发展，本着远近 结合，以近期为主的原则，适当留有发展余地。 （9）方便企业协作 选择厂址时， 应尽可能同邻近企业协作，尽量共同利用或部分共同利用交通 运输设施（如铁路专用线、编组站、港口码头等） ，公用工程（水、电、动力设 施等） ，机修及生活福利设施。这些设施与周围企业协作共建，以节约投资，加 快建设速度。 2.2 本设计厂址选择 2.2.1 工业布局及国家政策 建设一座炼铁厂，对全国的工业布局、一个区或一个城市的合理发展、各工 业区之间的经济协调以及农业发展等起着重要的作用， 应根据工业布局 “大分散、 小集中、多搞小城镇”的方针来选择。综合各方面考虑，所设计的钢铁厂选择在 四川省攀枝花市。 2.2.2 原料供应及运输条件 钢铁的冶炼是连续性的， 物料吞吐量一般较大。攀西地区铁矿石储量十分丰 富，钒钛磁铁矿世界闻名。目前已探明攀西地区钒钛磁铁矿的潜在资源量达到 194 亿吨， 保守估算可新增铁矿石资源量 1.68 亿吨。就近建厂对铁矿资源开发利 用大幅度降低生产成本。 冶炼渣富含钒钛，集中堆放后由钒钛冶炼企业对其处理 消化。10中南大学本科生毕业设计说明书此外，非金属矿产中，石灰岩、白云岩、硅石、大理岩、石墨、水晶等矿产 资源也很丰富。探明的煤矿储量达 10 亿吨，煤炭品种较全，含磷、硫和灰分均 较低。攀西地区水力资源丰富，附近的金沙江、雅砻江和安宁河水力蕴藏量达 4003 万千瓦，约占中国的 6%，攀西地区建有长江上游最大的水电站-二滩水电 站，电力供应充沛，具有建立钢铁与冶金基地的能源条件。 攀枝花市交通运输比较便利， 成昆铁路经过该市， 是云南与四川联通的门户。 攀成高速公路已基本建成通车， 使其钢铁产品能够便利地运往西南各地，并辐射 全国。 2.2.3 劳动力资源优势 四川省人力资源丰富， 一直是我国劳动力输出大省。攀枝花市依托攀钢集团 建设逐步发展，具有完善钢铁冶炼、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。 四川省境内数所高校开设有冶金工程专业， 如： 重庆大学、攀枝花大学。具有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。正确处理企业内部与外部、企业各场地间、当前建设与 远期发展等各方面的关系。在厂址附近地区铁矿石、石灰石、白云石、煤等各种 冶炼生产资源丰富，相关工业企业众多。通运输条件便利，水电资源充足，其自 然条件和协助条件都很优越。 2.2.5 厂址的工程地质及水文地质条件 攀枝花市的地震等级为 6 级， 厂址地表以下 10 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。 根据上述原则，本设计选择四川省攀枝花市作为设计建厂地址。11中南大学本科生毕业设计说明书第三章 工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证3.1 高炉炼铁工艺流程 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， 高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经 水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热 风 炉 、 加 热 炉 、 焦 炉 、 锅 炉 等 的 燃 料 。 高 炉 炼 铁 工 艺 流 程 见 图 3-1 。图 3-1 高炉炼铁工艺流程12中南大学本科生毕业设计说明书3.2 高炉炼铁主要经济技术指标 （1） 高炉有效容积利用系数( ηv ) 高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼 夜 1m? 有效容积的生铁产量。可用下式表示：ηv ? P V有式中：d) ηv ――高炉有效容积利用系数，t /(m3?P ――高炉每昼夜的生铁产量，t /dV有 ――高炉有效容积，m3 ?V 是高炉冶炼的一个重要指标，有效容积利用系数愈大，高炉生产率愈高。目前，一般大型高炉超过 2.0，一些先进高炉可达到 2.2～2.3。小型高炉的更高， 100～300m3 高炉的利用系数为 2.8～3.2。 （2） 焦比（ K ） 焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦 炭量。可用下式表示：式中K ――高炉焦比，kg/t P ――高炉每昼夜的生铁产量，t /dQ K ――高炉每昼夜消耗焦炭量，kg/d焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进 行全面分析比较和计算确定。 当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物 的焦炭置换量。本设计中取 K=450kg/t （3） 煤比（ Y ） 冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计煤比为 90 kg/t 。 （4） 冶炼强度（ I ）和燃烧强度（ i ） 高炉冶炼强度是每昼夜 1m3 有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗 量与 V有 的比值,I? QK 13 V有中南大学本科生毕业设计说明书本设计 I =1.1 t/m3?d。 燃烧强度 i 既每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭量。 本设计 i=28.5t/m2?d。 （5） 生铁合格率 化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百 分数为生铁合格率。它是衡量产品质量的指标。 （6） 生铁成本 生产一吨合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费 用的总和，单位为元/t。 （7） 休风率 休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数。先进高炉休风率 小于 1％。 （8） 高炉一代寿命 高炉一代寿命是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。14中南大学本科生毕业设计说明书第四章 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 [1]。 4.1 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。 4.1.1 已知条件 4.1.1.1 原始数据整理 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：88 S 存在形式为 FeS，换算关系为： w(FeS)=w(S)× % 32 142 P 存在形式为 P2O5，换算关系为： w(P2O5) =w(P)× % 62 71 Mn 存在形式为 MnO，换算关系为： w(MnO)=w(Mn)× % 55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。 w(Fe2O3)= (162 56 56 w(Fe)-w(FeO)× -w(FeS)× )% 112 72 8815中南大学本科生毕业设计说明书式中的 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：120 w(FeS2)=w(S)× %，式中 S 为分析所得的百分含量。 644.1.1.2 矿石选配 在使用混合矿石冶炼时， 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。 w[Mn]=? Mn × w(Mn)矿× m(Fe)铁/w(Fe)矿 式中： w[Mn]―生铁含锰量，%； w(Mn)矿――混合矿含锰量，%；? Mn ―锰的回收率，一般为 0.5～0.6；m(Fe)铁―矿石带入的生铁的铁量，kg/t 铁； w(Fe)矿―混合矿含铁量，%。 （3） 冶炼锰铁时， 为保证其含锰量， 须检查矿石含铁量是否大于允许范围。? w(Fe) 矿=(100-w[Mn]-w[C]-w[Si]-w[P])/100× (w[Mn]/wMn 矿× Mn )式中：w[Mn],w[Si],w[C],w[P]表示锰铁中该元素含量，%； w(Mn)矿―锰矿含锰量，%； w(Fe)矿―锰矿允许含铁量，%；? Mn ―锰回收率，通常为 0.7～0.82。（4）适当控制碱金属[2]。 4.1.1.3 冶炼条件确定 （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。 一般可参考表 4-1 选。表 4-1 常见元素分配率（%）原料 生铁Fe 0.998Mn 0.40016P 1.000S 0.068V 0.800中南大学本科生毕业设计说明书炉渣 煤气0.002 －0.600 －－ －0.85 0.0820.200 －（3）炉渣碱度选择，碱度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。本设计中取碱度 R=1.03。 （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，入炉原料成分见表 4-2。表 4-2 入炉原料成分（%）物料 烧结矿 球团矿 进口矿 混合矿 炉尘 石灰石 焦炭灰 煤灰TFe 57.73 61.23 65.81 59.983 39.81 1.51 4.23 2.34Mn 0.140 0.114 0.07 0.127 0.09 0 0 0P 0.060 0.066 0.030 0.050 0.14 0 0 0S 0.019 0.008 0.006 0.015 0.13 0 0 0Fe2O3 74.538 87.140 91.148 79.655 45.04 2.16 6.04 3.35FeO 7.140 0.293 2.58 5.432 10.65 0 0 0MnO 0.181 0.147 0．09 0.163 0.12 0 0 0MnO2 0 0 0 0 0 0 0 0CaO 8.510 0.350 0.25 6.050 5.87 51.22 3.60 3.98 续表 4-2物料 烧结矿 球团矿 进口矿 混合矿 炉尘 石灰石 焦炭灰 煤灰MgO 3.110 0.795 0.12 2.321 4.13 0.85 1.12 1.39SiO2 4.650 9.581 2.14 5.094 6.18 0.87 51.33 59.39Al2O3 1.580 1.543 1.06 1.510 1.09 0.91 37.91 31.89P2O5 0.137 0.152 0.069 0.131 0.32 0 0 0FeS2 0 0 0 0 0 0 0 0FeS 0 0 0 0 0 0 0 0其他 0.140 0 0.067 0.098 1.635 3.03 0 0烧损 0 0 2.47 0.371 24.9 40.24 0 0合计 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00注：混合矿组成：烧结矿s球团矿s进口矿=70s15s15（6）焦炭成分分析见表 4-3。表 4-3 焦炭成分（%）17中南大学本科生毕业设计说明书固定碳 SiO2 85.26 6.19 Al2O3 4.29 CaO 0.63灰分 11.01 MgO 0.16 FeO 1.13 FeS 0.12 P2O5 0续表 4-3挥发分 0.90 CO2 0.318 CO 0.31 CH4 0.054 O2 0 H2 0.28 N2 0.418有机物 S 0.64其他 MeO 0.2总计全S游离 水 4.121000.685（7）喷吹物成分见表 4-4。表 4-4 喷吹物成分（%）成 分 煤 粉灰分 C H2 6.02 O2 3.31 H 2O 0 N2 1.99 S SiO2 6.08 Al2O3 3.92 CaO 0.39 MgO 0.1 FeO 0.82总 计 10076.880.494.1.2 计算方法与过程 为精确配料，现根据设计的生产要求，先根据生铁成分，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 进行计算，最后进行炉渣性能、生铁成分进行校核。 4.1.2.1 生铁成分 根据设计的要求，生铁成分如表 4-5。表 4-5 生铁成分（％）成 分 % Si 0.475 Mn 0.03 S 0.025 P 0.090 C 4.82 Fe 94.56Σ 100.004.1.2.2 计算混合矿量 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 计算时设定焦炭灰加入量为 20kg/t，煤灰为 10kg/t，炉尘加入量为 136.65kg/t。则：? 56 ? 0.0113 56 ? 0.0012 ? 焦炭带入 Fe 量： 450 ? ? ? ? ? 4.30 kg 72 88 ? ?18中南大学本科生毕业设计说明书56 ? 0.574 kg； 72 炉尘带入 Fe 量： 137.64 ? 0.3981 ? 54.40 kg； 0.003 进入渣中 Fe 量： 945 .6 ? ? 2.844 kg； 0.997 945 .6 ? 4.30 ? 54.40 ? 0.574 ? 2.844 需要混合矿量： ? 1482 .44 kg 0..2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量煤粉带入 Fe 量： 90 ? 0.0082 ?假设石灰石加入量为 X kg /t，则： 混合矿带入 CaO 量：1482.44× 6.05%=89.69 kg 焦炭带入 CaO 量：450× 0.63%=2.835 kg 煤粉带入 CaO 量 ：90× 0.39%=0.351 kg 焦炭灰带入 CaO 量：20× 3.6%=0.72kg 煤灰带入 CaO 量 ：10× 3.98%=0.398 kg 炉尘带入 CaO 量 ：36.65× 5.87%=8.02 kg 石灰石带入 CaO 量 ：X× 51.22%=0.5122X kg 共带入 CaO 量：89.69+2.835+0.351+0.72+0.398+8.02+0.5122X kg 混合矿带入 SiO2 量：1482.44× 5.094%=75.515 kg 焦炭带入 SiO2 量：450× 6.19%=27.855 kg 煤粉带入 SiO2 量：90× 6.08%=5.472 kg 焦炭灰带入 SiO2 量：20× 51.33%=10.266 kg 煤灰带入 SiO2 量 ：10× 59.39%=5.939 kg 炉尘带入 SiO2 量 ：136.65× 6.18%=8.445 kg 石灰石带入 SiO2 量 ：X× 0.87%=0.0087X kg 共带入 SiO2 量：75.515+27.855+5.472+10.266+5.939+8.445+0.0087X kg 由于设计的炉渣碱度：CaO 则解得石灰石加入量为 70.51kg/t。 则总 CaO ? 1.03 ， SiO 2量为 138.13 kg/t，总 SiO2 量为 134.11 kg/t。 原料消耗总表如表 4-6。表 4-6 冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表（kg）种类 数量焦炭 450混合矿 1482.44石灰石 70.51炉尘 136.65焦炭灰 20煤灰 10煤粉 904.1.2.4 终渣成分及渣量计算 （1） 终渣 S 含量 炉料全部含 S 量：1482.44× 0.015%+450× 0.685%+90× 0.49%+136.65× 0.13% =3.93kg19中南大学本科生毕业设计说明书进入生铁的 S 量： 1000× 0.025/100=0.25kg 进入炉渣的 S 量： 3.93× 0.85=3.34kg 进入煤气的 S 量：3.93-0.25-3.34=0.34 kg 72 （2） 终渣的 FeO 量： 950.61 ? 0.002 × =2.44 kg 56 71 （3） 终渣的 MnO 量：(2.0－0.8) × =1.55kg 55 （4） 终渣的 SiO2 量：134.11 kg （5） 终渣的 CaO 量：138.13kg （6） 终渣的 Al2O3 量：1482.44× 1.51%+450× 4.29%+90× 3.92%+136.65× 1.09%+70.51× 0.91%+20× 37.91%+10× 31.89% =58.11 kg （7） 终渣的 MgO 量：1482.44× 2.321%+450× 0.16%+90× 0.1%+136.65× 4.13%+70.51× 0.85%+20× 1.12%+10× 1.39% =41.82 kg 终渣成分见表 4-7。表 4-7 终渣成分含量 kg %SiO2 134.11 33.69Al2O3 58.11 15.81CaO 138.13 37.58MgO 41.82 11.38MnO 1.55 0.42FeO 2.44 0.67S/2①合计 367.55R 1.031.67 0.45100.00① 由于分析所得 Ca2+都折算成 CaO，但其中一部分 Ca2+却以 CaS 形式存在，CaS 和 CaO 之质量差为 S/2，为了质量平衡，Ca2+仍以 CaO 存在，而 S 则只算 S/2。炉渣碱度 R =1.03,满足规定值范围。w (MgO)=12.01%，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 1360℃，粘度 2Pa? S(1450℃)。 该炉渣适合于炼钢铁生产。 高炉冶炼物料流程图如图 4-1。1482.44 kg Fe: 59.98% 混合矿 450 kg 70.51 kg 20 kg 10 kg FeO：1.13% Fe2O3： 2.16% Fe2O3: 6.04% Fe2O3: 3.35% 焦炭 石灰石 焦炭灰 煤灰 136.65 kg FeO: 10.65% 90 kg Fe2O3: 45.04% FeO: 0.82% 炉尘 煤粉高炉冶炼炉渣 367.55kg FeO: 0.67%铁水 1000 kg Fe: 94.87%20 图 4-1 物料流程图烟尘中南大学本科生毕业设计说明书4.1.2.6 生铁成分校核 （1)含 P 量： 10 -3 ? （ 1482 .44 ? 0.05% ? 136.65 ? 0.32% ? （2)含 S 量： 0.025% ， Ls ? （3)含 Si 量： 0.48% （4)含 Mn 量： 2.0 ? 0.4 ? （5)含 Fe 量： 94.871% （6)含 C 量： 100-94.87-0.08-0.093-0.025-0.48=4.451% 生铁成分见表 4-8。表 4-8 实际生铁成分（%）0.48 ? 2 ? 38.4 0.02562 ） ? 0.093 % 142100 ? 0.08% 1000元素 含量Fe 94.571Si 0.48Mn 0.078P 0.094S 0.026C 4.751合计100.000校核结果与生铁预定成分的误差很小，表明原定生铁成分合适。 4.2 高炉物料平衡计算 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。 4.2.1 初始条件 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。 计算前准备包括： (1) 原料全分析并校正为 100%（表 4-1~表 4-3） ； (2) 生铁全分析； （表 4-8） ； (3) 各种原料消耗量（表 4-6） ； (4) 鼓风湿度，f =1.7%；21中南大学本科生毕业设计说明书(5) 本次计算选择直接还原度 rd =0.45； (6) 设定焦炭和喷吹物含 C 总量的 1.0%与 H2 反应生成 CH4。 上述 1，2，3 原数据已经由配料计算给出，这里假定其余各项未知条件，分 别为鼓风湿度 f =1.7%（12g/m3 ） ，富氧率 2.5%，氧气浓度 98%。 4.2.2 风量计算 (1) 风口前燃烧的碳量 C风 根据碳平衡得：C风 =∑C 燃－（C）× 3－∑C 直－ C CH 4 10式中 C风 ―风口前燃烧碳量，kg； (C)―生铁含碳量，%； ∑C 燃，∑C 直， C CH 4 ―分别为燃料带入碳量，直接还原耗碳和生成 CH 4 的碳 量，kg； 按上式分别进行计算： 燃料带入的碳量=m(C)J+m(C)M=450× 85.26%+90× 76.88%+137.64× 24.9% =487.13 kg 溶于生铁的碳量=47.51 kg 直接还原耗碳=948.71× 0.45× 12/56 =91.48kg 生成 CH 4 耗碳=487.13× 0.006=2.923 kg 风口前燃烧的 C 量=487.13-47.51-91.48-2.923=338.90 kg。 (2) 风量计算（ V风 ） 根据氧平衡可得：其中 式中16 ? 22.4 ? Qo2 ? ?V (O) M ? ?V (H 2 O) M ?? ? ? 18 ? 32 ?──风口前燃烧的碳所需氧量（m? ，( ）为燃烧带入 C 量， c?风 为 C 在风口前的燃烧率)；Qo 2 ―为燃料带入的氧量（M 为煤粉， V ?O?M ， V ?H 2 O?M 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：22中南大学本科生毕业设计说明书鼓风含氧浓度：0.21+0.29× 0.017=0.2149 m3/ m3 风口前碳燃烧所需氧量：338.90× 0.933=316.194 m316 ? 22.4 ? 燃料带入氧量： 90 ? ? 0.0405 ? 0.079 ? ? =2.085 m? 18 ? 32 ?每吨生铁鼓风量：316.194 ? 2.085 = 0.21494.2.3 煤气成分及数量计算 (1) 计算 CH 4 量22.4 =5.456 m3 12 22.4 焦炭挥发分含 CH 4 量=450× 0.00054× =0.340 m3 16由燃料带入的 C 生成 CH 4 的量=2.923×进入煤气的 CH 4 量=5.456+0.340=5.793 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：× 0.017+450× (0.)× +90× (0.0435+ =99.291m3 设喷吹条件下有 40%的 H2 参加还原，则参加还原的 H2 量 99.291× 0.4=39.72 m3 生成 CH 4 的 H2 量：10.912 m3 进入煤气的 H2 量：99.291-39.72-10.912=48.976 m3 2 56 39.72 ? ? 3 22.4 =6.97%（假定用 H 还原的铁氧化物中，1/3 用于还原 ri H = 2 2 948.71 Fe2O3，2/3 用于还原 FeO） (3) 还原金属氧化物生成的 CO222.4 =165.31 m3 160 22.4 由 FeO→Fe 生成 CO2 的量：947.6× (1-0.45-0.05)× =189.5 m3 56 22.4 由 MnO2→MnO 生成的 CO2 的量：1482.44× 0.00159× =0.61 m3 87 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 0.0079 ? 2 22.4 )× 18 2 22.4 2由 Fe2O3→FeO 生成 CO2 的量：1482.44× 0.7965×23中南大学本科生毕业设计说明书生成量中应该减去 39.72 m3，总计间接还原生成的 CO2 量为： 165.31+189.5+0.61-39.72=315.7m3 各种炉料分解或者带入的 CO2 量=焦炭的 CO2 量+矿石的 CO2 量＋石灰石 分解的 CO2 量 450× 0.00318× =75.33 m3 因此，煤气的总 CO2 量=315.7＋75.33=391.03 m3 (4) 煤气中总 CO 的量 风口前碳素燃烧生成的＋元素直接还原生成 CO 的量＋焦炭挥发分中 CO 的 量－间接还原消耗碳，经计算可得，煤气中 CO 的总含量为 426.60m3。 (5) 总 N2 的量V风 ? V焦 ? V煤 =1471.15× (1-0.017)× 0.79+450× 0.00418×22.4 22.4 +90× 0.0199× 28 2822.4 22.4 +1482.44× 0.00371× ＋70.51× (1-0.5)× 0.= 根据以上计算结果，列出煤气组成表 4-9表 4-9 煤气组成含量 m3 %CO2 391.03 19.38CO 426.60 21.142N2 .765H2 48.976 2.43CH4 5.793 0.287总计 .00Vg / V风1.304.2.4 物料平衡表 （1）计算鼓风量： 1 m3 鼓风质量:1.288－0.484× 0.017=1.279 kg/ m3 全部鼓风质量:× 1.279=kg （2）计算煤气的质量 煤气密度:1.358 kg/m3 全部煤气质量:× 1.358= kg （3）水分计算 焦炭带入水分: 450× 0. kg 18 H2 还原生成的水分: 39.72× =25.58 kg 22.4 18 鼓风带入的水分: 0.017× 1471.15× =7.32 kg 22.4 所以水分的总质量: 18.54+25.58＋20.097=51.42 kg24中南大学本科生毕业设计说明书根据上述结果，列出物料平衡表，如表 4-10 和 4-11 所示。表 4-10 生产每吨生铁的物料平衡表收入 项目 焦炭 混合矿 石灰石 炉尘 焦炭灰 煤灰 煤粉 风量 合计 绝对误差 数量/kg 450 .51 136.65 20 10 90 2.34 9.89 项目 生铁 炉渣 煤气 煤气中水支出 数量/kg
.42合计相对误差，%.24表 4-11 年产 250 万吨生铁的物料平衡表收入 项目 焦炭 混合矿 石灰石 炉尘 焦炭灰 煤灰 煤粉 风量 合计 绝对误差 数量/万吨 112.5 370.61 17.63 34.16 5.0 2.5 22.5 470.6 .55 项目 生铁 炉渣 煤气 煤气中水支出 数量/万吨 250 92.305 685.40 12.85合计相对误差，%.24一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。 4.3 高炉热平衡计算 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25中南大学本科生毕业设计说明书低消耗的途径。 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 4.3.1 热平衡计算方法 热平衡计算的理论依据是能量守恒定律， 即单位生铁投入的热能总和应等于 单位生铁各项热消耗总和。 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热支出，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。 本设计采用第一热平衡法计算进行计算。 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． 要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 并没 有完全燃烧， CO 的形态离开了高炉。 以 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，这也是此种热平衡计算法的缺点。26[2]。中南大学本科生毕业设计说明书4.3.2 热平衡计算 根据高炉炼铁工艺经验，设定补充工艺条件原始数据： 鼓风温度 1100℃；炉顶温度 200℃；入炉矿石为冷矿。 4.3.2.1 热量收入计算 （1）碳素氧化热33410.66 ? 12 =17898.43 kJ/m? 22.4 9797.11 由 C 氧化成 1m?的 CO 放热： ? 12 =5248.45 kJ/m? 22.4 碳素氧化热：338.90× 9.45-9.07)× 5250.50由 C 氧化 1m?成 CO2 放热：= kJ （2）热风带入热 1100 ℃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：1471.15× ((1－0.017)× .017× 1815.9) = 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 1170.4 kJ 熔剂和生矿带入的 CaO 和 MgO：46.47＋12.866=59.336 kg 成渣热：59.336× 46.8kJ （4）混合矿带入的物理热 冷矿不计。 （5）H2 氧化放热及 CH4 生成热 每千克 H2O 的生成热为 4.18× 3011 kJ，每千克甲烷生成热为 4.18× 1024 kJ。 H2 氧化放热=(51.42－0.0412× 450)× 4.18× .0 kJ CH4 生成热=(5.793－0.00054× 450)× 4.18× .2kJ H2 氧化放热及 CH4 生成热=＋537.2 kJ 总的热收入= kJ 4.3.2.2 热量支出计算 （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。27中南大学本科生毕业设计说明书m（FeO）硅酸铁=1482.44× 0.7× 0..44× 0.15× 0.00293 ＋1482.44× 0.15× 0.× 0.0113 ＋90× 0.5× 136.65 =32.45 kg 去除进入渣中的 FeO，它也以硅酸铁形式存在，计 2.44 kg 余下的 m(FeO)硅酸铁=32.45-2.44=30.01 kg m(FeO)四氧化三铁=68.45 kg160 m(Fe2O3)四氧化三铁=68.45× =152.10 kg 72 m(Fe2O3)自由=1482.44× 0.=1028.73 kg依据 1kg 铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。 FeO 分解热:4.18× 984× 30.01， = kJ， Fe4O3 分解热:(68.45+152.10)× 4.18× 1146.4， （4.18× 1146.4 kJ/kg-Fe4O3） = kJ Fe2O3 分解热:1028.73× 4.18× 1291 ，(4.18× 1291kJ/kg-Fe2O3） =kJ， 铁氧化物分解总热=++= 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； 由于本设计给定的原料中均不含 MnO2，因此锰氧化物分解热只有 MnO 分 解为 Mn 放出的热量 MnO→Mn 分解热:4.18× 1758.5× 0.80， (4.18× 1758.5 kJ/kg-Mn) =5875.3 kJ 锰氧化物分解总热:5875.3 kJ 3）SiO2 分解热:4.18× 7366× 4.8= kJ， （4.18× 7366 kJ/kg-Si） 4）Ca3(PO4)2 分解热:4.18× 8540× 0.93， （4.18× 8540 kJ/kg-Ca3(PO4)2） =33288.7 kJ 5）脱 S 耗热 炉渣脱硫耗热按照下式计算： 1 FeS ? CaO ? CaS ? Fe ? O 2 , (4.18 ?1995kJ/kg - S) 2 1 kg 硫的平均耗热:4.18× 1995 kJ 脱 S 耗热:4.18× 1995× 3.34=27852.8 kJ 氧化物分解和脱硫总热为上述 1）～5）项热耗之和，即Q总 = kJ28(4.18× 984 kJ/kg-FeO 硅酸铁)中南大学本科生毕业设计说明书（2）碳酸盐分解热 由 CaCO3 分解出 1 kg 的 CO2 需热 4.18× 966.4 kJ， MgCO3 分解出 1 kg CO2 由 需热 4.18× 594.3 kJ，碳酸盐的分解总热为：44 ? 44 ? ? ? 4.18 ? ? 966 .4 ? 70.51 ? 0.5122 ? ? ? 4.18 ? 594 .3 ? ? 70.51 ? 0.4118 ? 70.51 ? 0.5122 ? ? 56 ? 56 ? ? ? 12 ? 4.18 ? 5640 ? 70.51 ? 0.4118 ? 0.5 ? =
kJ 44（3）水分分解热:0.017× 1471.15× 4.18× 2580，(4.18× 2580 kJ/kg-H2O) = kJ （4）喷吹物分解热:90× 4.18× 250=94050.0 kJ (4.18× 250 kJ/kg-煤粉) （5）炉料游离水的蒸发热 1kg 水由 20℃升温到 100℃吸热 4.18× kJ，再变成 100℃水蒸气吸热 80 4.18× 540 kJ 总吸热为 4.18× 620 kJ 游离水蒸发热:450× 0.0412× 4.18× 620 =49598.2 kJ （6）生铁带走热 生铁的热焓值经验值如表 4-12 所示。表 4-12 各种生铁的热焓值[2]生铁热焓值 kJ/kg炼钢生铁 2.36铸造生铁 7.91锰铁 4.17炼钢生铁焓值=4.18× 280 kJ/kg，铁水带走热=1000× 4.18× 280=1170400 kJ （7）炉渣带走热 炉渣热焓值经验值表 4-13 所示。表 4-13 各种炉渣的热焓值[2]炉渣热焓值 kJ/kg炼钢铁渣 8.54铸造铁渣 9.66锰铁铁渣 7.79炼钢铁渣焓值=4.18× 420 kJ/kg， 则炉渣带走热=369.22× 4.18× 420 = kJ （8）炉顶煤气带走热 炉顶温度为 200℃时煤气各成分比热容见表 4-14。表 4-14 200℃时炉顶煤气比热容[2]CO2 1.787CO 1.313N2 1.313H2 1.302CH4 1.82H2O 1.159干煤气比热容： =0.1936× 1.787+(0.5)× 1.313+0.0245× 1.302+0.0029× 1.8229中南大学本科生毕业设计说明书=1.406 kJ/ m3? ℃ 干煤气带走热=× 1.406× 200= kJ 水蒸气带走热=15697.2 kJ 煤气带走总热=+829.2 kJ 前 8 项总和为=9976199 kJ （9）外部热损失=-954.3 kJ， (包括散热和冷却水带 走热) 根据以上计算列出热收入与热支平衡表 4-15。表 4-15 热平衡表项目 燃烧热 热风带入热 氢氧化热及甲烷生成热 成渣热 炉料物理热（冷矿不计）kJ
69446.8% 74.74 20.48 4.13 0.65项目 铁氧化物分解耗热 锰氧化物分解耗热 硅氧化物分解耗热 磷酸钙分解放热 脱硫耗热 碳酸盐分解耗热 水分分解耗热 游离水蒸发耗热 喷吹物分解耗热 铁水带走热量 炉渣带走热量 干煤气带走热量 煤气中水蒸气带走热量 热量损失kJ
791.4 52.8
954.3 % 63.57 0.06 1.39 0.31 0.26 1.94 2.54 0.47 0.89 11.04 6.11 5.34 0.15 5.93 100.00总计100.00总计4.3.2.3 热平衡指标计算 （1）碳素热能利用系数 KcKc ? 碳的氧化热（包括燃烧生成CO 和CO 2 放出的热量） ? 100 % 除进入生铁外的碳全部燃烧生成CO 2 所放出的热量 ? 100 % ? 60.63% 33421 ? ?439 .45 ? 44.51?=（2）热量有效利用系数 KtK t ? ?高炉总热量收入 ? 煤气带走热 ? 外部热损失? %30中南大学本科生毕业设计说明书? ?100 - 5.34 - 0.15 - 5.93 ?% ? 88.58%从上述指标可以看出，Kc 值一般在 50%～60%之间，个别可高达 65%。本 设计 Kc=60.63%说明碳素热能利用比较好。Kt 值一般为 80%～90%，本设计的热 利用系数比较高。31中南大学本科生毕业设计说明书第五章 高炉本体设计5.1 高炉炉型设计 高炉是竖炉的一种， 高炉内部工作剖面的形状为高炉炉型或高炉内型。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，五段式高炉炉型的内型简图如图 5-1 所示。h5h4h3 h2 h1图 5-1 高炉内形简图 h1―炉缸高度； h2―炉腹高度；h3――炉腰高度；h4―炉身高度；h5―炉喉高度32中南大学本科生毕业设计说明书5.1.1 炉型设计要求 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。 5.1.2 炉型设计方法 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。33中南大学本科生毕业设计说明书5.1.3 炉型设计与计算 本设计采用经验公式，其它参考现有高炉炉形确定。炉型设计计算如下。 5.1.3.1 高炉有效容积计算 （1）确定高炉全年的生铁任务 已知本设计年产量为 380 万吨炼钢生铁，即全年生铁任务为：P ? 3800000 t/a（2）计算高炉日产量 pP M ? 355 式中 M ――高炉座数，座，本设计为 2； p?355――高炉年工作日。 则高炉日产量为：p? P 2500000 ? ?
t 355 355（3）计算高炉有