年產(chǎn)300萬噸生鐵高爐設(shè)計(jì)(指導(dǎo)書)

1、江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)300萬噸生鐵高爐設(shè)計(jì)周英彪 0802011025目 錄1 緒 論11.1高爐煉鐵概述11.2高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)21.3高爐爐型發(fā)展趨勢(shì)32 高爐配料計(jì)算42.1配料計(jì)算的目的42.2配料計(jì)算時(shí)需要確定的已知條件42.3冶煉條件的確定42.3.1根據(jù)鐵平衡求鐵礦石的需求量52.3.2根據(jù)CaO的平衡求石灰石用量62.3.3最終爐渣成分和數(shù)量計(jì)算72.3.4最終生鐵成分計(jì)算82.4物料平衡92.4.1根據(jù)C的平衡計(jì)算風(fēng)量92.4.2風(fēng)量的計(jì)算102.4.3爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算112.4.4物料平衡表的編制132.5熱平衡142.5.1熱量收入的計(jì)算1

2、42.5.2熱量支出項(xiàng)的計(jì)算152.5.3熱平衡表及能量利用評(píng)定183 高爐爐型設(shè)計(jì)193.1 高爐容積的確定193.2 高爐爐型及尺寸確定19參考文獻(xiàn)23231 緒 論1.1高爐煉鐵概述1、高爐結(jié)構(gòu)高爐是一種豎式的反應(yīng)爐?，F(xiàn)代高爐內(nèi)型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，由下而上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段。由于高爐煉鐵是在高溫下進(jìn)行的，所以它的工作空間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐殼。圖1-1 高爐的結(jié)構(gòu)1爐底耐火材料；2爐殼；3生產(chǎn)后爐內(nèi)磚襯侵蝕線；4爐喉鋼磚；5煤氣導(dǎo)出管；6爐體夸襯；7帶凸臺(tái)鑲磚冷卻壁；8鑲磚冷卻壁；9爐底碳磚；10爐底水冷管；11光面冷卻壁；12耐熱基墩；1

3、3基座2、高爐煉鐵原理及工藝流程示意圖高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（10001300），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)

4、出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。高爐煉鐵工藝流程示意圖見圖1-2。圖1-2 高爐煉鐵工藝流程示意圖1.2高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)1、高爐有效容積利用系數(shù)（）指高爐每立方米有效容積一晝夜生產(chǎn)合格鐵水的噸數(shù)，單位為t/(m3d)。是高爐冶煉的一個(gè)重要指標(biāo)，越大，其高爐生產(chǎn)率越高。小型高爐利用系數(shù)可達(dá)2.83.2，大型高爐一般為2.02.5。 2、焦比（K）每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量,單位為Kg/t-Fe。先進(jìn)高爐焦比為300400公斤/噸生鐵。焦炭?jī)r(jià)格昂貴，降低焦比可降低生鐵成本。 3、燃料比（i）高爐采用噴吹煤粉、重油或天然氣后，折合每煉一噸生

5、鐵所消耗的燃料總量，單位為kg/t-Fe。每噸生鐵的噴煤量和噴油量分別稱為煤比和油比。此時(shí)燃料比等于焦比加煤比加油比。根據(jù)噴吹的煤和油置換比的不同，分別折合成焦炭(公斤)，再和焦比相加稱為綜合焦比。燃料比和綜合焦比是判別冶煉一噸生鐵總?cè)剂舷牧康囊粋€(gè)重要指標(biāo)。4、高爐煉鐵強(qiáng)度（I）每晝夜高爐燃燒的焦炭量與高爐容積的比值，是表示高爐強(qiáng)化程度的指標(biāo)，單位為t/(m3d)。5、休風(fēng)率休風(fēng)時(shí)間占全年日歷時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。降低休風(fēng)率是高爐增產(chǎn)的重要途徑一般高爐休風(fēng)率低于2%。6、生鐵合格率化學(xué)成分符合規(guī)定要求的生鐵量占全部生鐵產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)，是評(píng)價(jià)高爐優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主要指標(biāo)。7、爐齡爐齡的定義為兩代高爐大修之間高

6、爐實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間，即不計(jì)劃中進(jìn)行中小修而造成的休風(fēng)以及封爐時(shí)間。1.3高爐爐型發(fā)展趨勢(shì)高爐的爐型隨著高爐精料性能，冶煉工藝，高爐容積，爐襯結(jié)構(gòu)，冷卻形式的發(fā)展而演變，高爐設(shè)計(jì)的理念也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)實(shí)踐的進(jìn)展而更新?？偨Y(jié)國內(nèi)外同類型容積高爐尺寸，原燃料條件，強(qiáng)化冶煉的矮胖型爐型已成為主要的爐型，其優(yōu)點(diǎn)如下：1、適當(dāng)矮胖，減小爐腹角，爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后爐料下降，較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對(duì)爐腹生成渣皮的沖刷，保護(hù)爐腹冷卻壁，延長(zhǎng)其壽命。2、加深死鐵層厚度，有利于開通死料柱下部通道，從而減少出鐵時(shí)鐵水環(huán)流對(duì)爐襯的侵蝕，提高爐底爐缸的壽命。同時(shí)較深的死鐵層可多

7、貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量?jī)?chǔ)備，穩(wěn)定鐵水的溫度和成分。3、加大爐缸的高度?？杀ＷC風(fēng)口前有足夠的風(fēng)口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心的透氣性，有利于改善氣體動(dòng)力學(xué)條件。 2 高爐配料計(jì)算2.1配料計(jì)算的目的配料計(jì)算的目的，在于根據(jù)已知的原料條件和冶煉要求來決定礦石和熔劑的用量，以配制合適的爐渣成分和獲得合格的生鐵。2.2配料計(jì)算時(shí)需要確定的已知條件本設(shè)計(jì)所選混合礦的組成為燒結(jié)礦：球團(tuán)礦：生礦=80：16：4。各礦物成分及計(jì)算后的混合礦成分見表2-1。 表2-1 各礦物及混合礦成分（%）成分原料FePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO燒結(jié)礦52.7440.0390.03015

8、.20058.4609.76010.1003.740球團(tuán)礦49.6300.0440.10012.42057.10014.34010.2002.100天然礦62.5460.0520.11013.9673.843.960.740.29混合礦52.6370.040320.04414.705658.857610.2619.7423.340成分原料Al2O3P2O5S/2K2ONa2OMnO燒損合計(jì)燒結(jié)礦1.3650.0900.0150.3000.0500.9200100.00球團(tuán)礦2.1200.1000.0500.2600.0601.0500.2100.00天然礦3.2000.1200.0550.23

9、20.1032.1901.31100.00混合礦1.5590.0930.02220.2910.0540.9920.084100.002.3冶煉條件的確定設(shè)計(jì)中需要的各種成分如以下各表所示。表2-2 碎鐵成分表成 分FeSiO2Al2O3C合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%85.009.003.003.00100表2-3 焦炭工業(yè)分析表成 分固定碳灰分揮發(fā)分S合計(jì)有離水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%85.0212.941.170.871003.2表2-4 焦炭、煤粉灰分分析表成 分MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%焦炭0.9549.934.090.373.020.881.249.46100

10、煤粉1.0348.3135.820.303.682.980.936.95100表2-5 焦炭揮發(fā)成分成 分CO2COH2CH4N2合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%34.237.86418100表2-6 煤粉成分表成 分C灰分HON S H2O合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%76.4911.183.516.010.600.361.85100表2-7 爐塵成分表成 分FePSFe2O3FeOCaOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%41.4670.040.4051.457.018.3017.64成 分SiO2MgOAl2O3合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%8.611.972.61100表2-8 各種元素在爐渣、生鐵和煤氣中的分配率產(chǎn)品FeMnP生鐵0.9970.70

11、1.00爐渣0.0030.300.00煤氣000表2-9 生鐵成分表成分SiMnPCFeS質(zhì)量分?jǐn)?shù) / %0.350.940.083.6394.990.030100其它各種參數(shù)的選擇。1、本設(shè)計(jì)所使用混合礦組成為，燒結(jié)礦：球團(tuán)礦：生礦 = 80 : 16 : 4；2、濕焦比（1t生鐵）為390kg/t；3、煤粉噴吹量（1t生鐵）為175kg/t；4、碎鐵使用量（1t生鐵）為50kg/t；5、選擇爐渣堿度w(CaO)/w(SiO2)=1.05；6、鼓風(fēng)濕度=1.5%；7、爐塵吹出量為(1t生鐵）為30kg/t；8、直接還原度rd=0.4；9、焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4；10、噴

12、吹條件下，進(jìn)入爐內(nèi)的H2有35%消耗于FeO還原成Fe的過程11、熱風(fēng)溫度T=1100，爐頂煤氣溫度T=200。2.3.1根據(jù)鐵平衡求鐵礦石的需求量1、焦炭帶入的鐵量（1）Fe2O3 2Fe160 1120.0088 x 故:x=0.00616（2）FeO Fe72 560.0946 y 故：y=0.0735所以，焦炭帶入的鐵量2、礦石的需求量式中：礦石的需求量（1t生鐵），kgt； 進(jìn)入生鐵的鐵量（1t生鐵），kgt； 進(jìn)入爐渣的鐵量（1t生鐵），kgt； 進(jìn)入爐塵的鐵量（1t生鐵），kgt； 碎鐵帶入的鐵量（1t生鐵），kgt； 焦炭帶入的鐵量（1t生鐵），kgt； 煤粉帶入的鐵量（1t生

13、鐵），kgt； 礦石含鐵量（1t生鐵），kgt；其中，的計(jì)算方法如下：（1）Fe2O3 2Fe159.7 111.70.0298 x 故:x=0.021（2）FeO Fe71.75 55.850.0695 y 故：y=0.054根據(jù)以上計(jì)算所以 2.3.2根據(jù)CaO的平衡求石灰石用量 表2-10 溶劑的成分表成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5燒損質(zhì)量分?jǐn)?shù) / %0.0140.01252.781.321.621.320.0342.90100根據(jù)CaO的平衡求石灰石用量，本設(shè)計(jì)的堿度w(CaO)/w(SiO2)=1.05。石灰石的用量： 式中： 溶劑的需要量（1t生鐵），kgt；爐渣的

14、堿度； 礦石所帶入的SiO2量（1t生鐵），kgt； 礦石所帶入的CaO量（1t生鐵），kgt； 焦炭所帶入的SiO2量（1t生鐵），kgt； 碎鐵所帶入的SiO2量（1t生鐵），kgt； 碎鐵所帶入的CaO量（1t生鐵），kgt； 煤粉所帶入的SiO2量（1t生鐵），kgt； 煤粉所帶入的CaO量（1t生鐵），kgt； 還原硅所消耗的SiO2量（1t生鐵），kgt； 爐塵帶走的SiO2量（1t生鐵），kgt； 爐塵帶走的CaO量（1t生鐵），kgt； 溶劑中的SiO2量（1t生鐵），kgt； 溶劑中的CaO量（1t生鐵），kgt。在計(jì)算時(shí)要考慮機(jī)械損失，一般原燃料的機(jī)械損失和生鐵原料實(shí)際消耗

15、量分別列于表2-11和表2-12。表2-11 原燃料的機(jī)械損失原燃料機(jī)械損失 / %原燃料機(jī)械損失 / %礦石2焦炭1溶劑1表2-12 生鐵原料實(shí)際消耗量原燃料理論消耗量/ kg機(jī)械損失 / %水分 / %實(shí)際消耗量/kg混合礦1738.168201772.931碎鐵500050熔劑93.4221094.356焦炭41013.2427.22總計(jì)2291.592344.5072.3.3最終爐渣成分和數(shù)量計(jì)算1、進(jìn)入爐渣的全部S量 式中：進(jìn)入爐渣的硫量（1t生鐵），kgt；礦石帶入的硫量（1t生鐵），kgt； 溶劑帶入的硫量（1t生鐵），kgt； 焦炭帶入的硫量（1t生鐵），kgt； 煤粉帶入的硫

16、量（1t生鐵），kgt； 重油帶入的硫量（1t生鐵），kgt； 進(jìn)入生鐵帶入的硫量（1t生鐵），kgt； 爐塵帶走的硫量（1t生鐵），kgt； 煤氣帶走的硫量（1t生鐵），kgt；2、進(jìn)入爐渣的FeO量3、進(jìn)入爐渣的SiO2量 4、進(jìn)入爐渣的CaO量 5、進(jìn)入爐渣的MgO量 6、進(jìn)入爐渣的Al2O3量 7、進(jìn)入爐渣的MnO量 所以，爐渣成分與數(shù)量如表2-13。表2-13 爐渣成分與數(shù)量化學(xué)成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS合計(jì)CaO / SiO2CaO +MgO / SiO2質(zhì)量/ kg208/.63752.788219.159.5235.1713.6754.5876552.88

17、161.051.336質(zhì)量分?jǐn)?shù)/ %37.709.5439.5910.760.930.660.83100.002.3.4最終生鐵成分計(jì)算 1、生鐵含P量的計(jì)算 式中：生鐵含P量，%；礦石帶入的磷量（1t生鐵），kgt；焦炭帶入的磷量（1t生鐵），kgt；煤粉帶入的磷量（1t生鐵），kgt；溶劑帶入的磷量（1t生鐵），kgt；爐塵帶出的量（1t生鐵），kgt。2、生鐵含S量的計(jì)算 3、生鐵含Si量為0.35% 4、生鐵含Mn量的計(jì)算。 5、生鐵含F(xiàn)e量為94.99% 6、生鐵含C的計(jì)算。 所以，生鐵的最終成分如表2-14。表2-14 生鐵的最終成分成分SiMnPCFeS質(zhì)量分?jǐn)?shù) / %0.350

18、.9370.08123.61294.990.031002.4物料平衡高爐物料平衡計(jì)算包括風(fēng)量計(jì)算、煤氣量計(jì)算以及編制物料平衡表。通過它可以進(jìn)一步了解高爐反應(yīng)過程的各種變化和檢查有關(guān)計(jì)算（配料計(jì)算、風(fēng)量和煤氣量計(jì)算)的正確性，同時(shí)也可以檢查稱量工作及其他工作的情況。2.4.1根據(jù)C的平衡計(jì)算風(fēng)量1、風(fēng)口前燃燒的總C量爐料帶入的C量： 式中：爐料帶入的C量（1t生鐵），kgt； 焦炭帶入的C量（1t生鐵），kgt； 煤粉帶入的C量（1t生鐵），kgt； 碎鐵帶入的C量（1t生鐵），kgt； 消耗的鐵量：（1）生成甲烷的C量： （2）溶于生鐵中的C量： （3）還原Mn消耗的C量： （4）還原Si消耗

19、的C量： （5）還原Fe消耗的C量： （6）還原P消耗的C量： 根據(jù)以上計(jì)算，得出直接還原消耗的C量為： 式中：還原Mn所消耗的C量；還原Si所消耗的C量；還原Fe所消耗的C量；還原P所消耗的C量。風(fēng)口前燃燒的C量為： 式中： 爐料帶入的C量； 直接還原消耗的C量；生成甲烷的C量； 溶于生鐵的C量； 爐塵帶走的C量（1t生鐵），kgt。2.4.2風(fēng)量的計(jì)算鼓風(fēng)中氧的濃度： 式中： 鼓風(fēng)中氧的濃度； 鼓風(fēng)中水分。風(fēng)口前碳燃燒時(shí)需氧量： 其中，煤粉供氧： 則需要由鼓風(fēng)供氧： 所以，每噸生鐵需要風(fēng)量： 2.4.3爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算1、甲烷的計(jì)算（1）由燃料碳素生成的甲烷：（2）焦炭揮發(fā)分中的甲

20、烷： 則進(jìn)入煤氣中的甲烷為： 2、氫量的計(jì)算（1）由鼓風(fēng)水分中分解出的氫： （2）焦炭揮發(fā)分及有機(jī)物中的的氫： （3）煤粉分解出的的氫： （4）在噴吹條件下，進(jìn)入爐內(nèi)的H2有35%參加還原，故參加還原的量為： （5）生成甲烷的氫： 則進(jìn)入煤氣的氫： 3、CO2的計(jì)算。（1）Fe2O3還原為FeO時(shí)，生成的CO2為： （2）FeO還原為Fe時(shí)，生成的CO2為： （3）焦炭揮發(fā)分中的CO2為： （4）溶劑分解出的CO2為： （5）混合礦分解出的CO2為： 則進(jìn)入煤氣中的CO2為： 4、CO的計(jì)算（1）風(fēng)口前燃燒生成的CO為： （2）直接還原生成的CO為：MeO+C=Me+CO （Me為Fe、Si、

21、Mn、P） （3）焦炭揮發(fā)分中的CO為： （4）間接還原消耗的CO為： 進(jìn)入煤氣的CO為： 5、N2的計(jì)算。（1）鼓風(fēng)帶入的N2： （2）焦炭帶入的N2： （3）煤粉帶入的N2： 則進(jìn)入煤氣帶入的N2為： 根據(jù)以上計(jì)算列出的煤氣成分見表2-15。表2-15 煤氣成分及數(shù)量化學(xué)成分體積/ m³體積分?jǐn)?shù)/ %化學(xué)成分體積/ m³體積分?jǐn)?shù)/ %CO2350.93918.248H243.2042.247CO438.32922.795CH48.7370.454N21081.81156256總計(jì)1923.171002.4.4物料平衡表的編制1、鼓風(fēng)質(zhì)量的計(jì)算1m3鼓風(fēng)的質(zhì)量為： 則全部

22、鼓風(fēng)質(zhì)量為：2、煤氣質(zhì)量的計(jì)算1m³煤氣的質(zhì)量為： 則全部煤氣質(zhì)量為：3、煤氣中水分的計(jì)算氫參加還原生成的水為：焦炭含的游離水量：410*3.2%=12.48 煤粉中水分：根據(jù)以上計(jì)算，得到噸鐵物料平衡表2-16。 表2-16 物料平衡表收入項(xiàng)目數(shù)量/kg支出項(xiàng)目數(shù)量/kg礦石1742.776渣552.8816碎鐵50爐塵30焦炭410煤氣2599.806煤粉175水蒸氣41.754熔劑93.6426生鐵1000風(fēng)量1777.549總計(jì)4228.971總計(jì)4224.447絕對(duì)誤差 / kg4.524相對(duì)誤差 / %0.107%一般相對(duì)誤差應(yīng)小于3%，否則應(yīng)該檢查計(jì)算是否有錯(cuò)誤。2.5

23、熱平衡進(jìn)行高爐熱平衡的計(jì)算，可以深入了解在高爐冶煉過程中熱量利用率的情況，從而找到高爐進(jìn)一步降低焦比的途徑。根據(jù)能量守恒定律，在高爐冶煉過程中吸收的熱量應(yīng)等于支出的熱量。熱平衡和物料平衡這兩個(gè)概念構(gòu)成了高爐計(jì)算的全部基礎(chǔ)。綜合前面的配料計(jì)算和物料平衡，以下進(jìn)行熱平衡計(jì)算。2.5.1熱量收入的計(jì)算熱量收入的各項(xiàng)計(jì)算如下：1、碳氧化放熱（1）由C氧化成1m³放出的熱量為： 其中，7980為C氧化為CO2放熱，KJ/kg。（2）由C氧化成1m³ CO放出的熱量為： 則碳氧化放出的總熱量為：2、鼓風(fēng)帶入的熱量1100干空氣的熱容量為0.3751，水蒸氣比焓是0.4576。鼓風(fēng)帶入熱

24、量： 3、氫氧化放熱。1m3氫氧化成水蒸氣放出熱量為2581kcal。 氫氧化放熱=4、成渣熱爐料中存在的1kgCaO、MgO在高爐內(nèi)生成鈣鎂硅酸鹽所放出的熱量為270KCal，在大量使用熟料的情況下，可以只考慮熔劑中CaO、MgO成渣時(shí)放出的熱量（因?yàn)槭炝锨闆r下，CaO、MgO在燒結(jié)時(shí)已經(jīng)釋放了成渣熱，不游離存在，混合礦中燒損部分中以CaCO3、MgCO3存在的CaO、MgO在混合礦燒損值不大時(shí)可以忽略不計(jì)。）溶劑中的（CaO+MgO)為：則成渣熱為：5、混合礦帶入熱本設(shè)計(jì)只需計(jì)算燒結(jié)礦帶入的物理熱，其他料(如煤粉）等帶入的物理熱均忽略不計(jì)。燒結(jié)礦帶入熱量= 式中：每噸生鐵燒結(jié)礦用量，kg；

25、本設(shè)計(jì)燒結(jié)礦占混合礦的80%。 燒結(jié)礦入爐溫度下比熱容，本設(shè)計(jì)取=0.19； 燒結(jié)礦入爐溫度，本設(shè)計(jì)取=25。6、甲烷生成熱 焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4。 CH4的生成熱= 則冶煉1t生鐵的總熱量收入為：2.5.2熱量支出項(xiàng)的計(jì)算熱量支出項(xiàng)的各項(xiàng)計(jì)算如下：1、氧化物的分解和脫S熱計(jì)算時(shí)首先應(yīng)該弄清各種氧化物在不同原料中的存在形態(tài)。一般原料分析中沒有指出各種形態(tài)氧化物的含量，計(jì)算時(shí)依據(jù)礦物常識(shí)做出假定。鐵礦石中沒有自由的FeO，在溶劑性燒結(jié)礦中的FeO約有20%呈2FeO·SiO2，其余以Fe3O4形態(tài)存在，焦炭中的全部以2FeO·SiO2的形態(tài)存在。 （1

26、）鐵氧化物的分解熱計(jì)算 分解1KgFeO（2FeO·SiO2）需要973.33kcal熱量，故：FeO的分解熱分解1KgFe3O4需要1146.38kcal熱量，故：Fe3O4的分解熱分解1KgFe2O3需要1230.69kcal熱量，故：Fe2O3的分解熱所以：氧化物的總分解熱=（2）Mn氧化物的分解熱計(jì)算由MnO分解出1Kg Mn需要1758.5kcal熱量。故：錳氧化物的分解熱（3）SiO2的分解熱計(jì)算由SiO2分解出1kgSi需要7423kcal熱量，故：SiO2的分解熱（3）磷酸鈣的分解熱計(jì)算由Ca3(PO4)2分解出1kg磷需要8540kcal熱量，故：Ca3(PO4)2

27、的分解熱（4）脫S需要熱量的計(jì)算使用不同脫S劑時(shí)，脫S消耗的熱量見表2-17。表2-17 脫S消耗的熱量脫S劑1kmol硫消耗熱量/kcal1kg硫消耗熱量/kcalCaO413401290MnO479101495FeO420701315MgO614101920事實(shí)上爐渣中的硫不僅呈CaS，而且也呈MgS、FeS等形態(tài)存在，但它們各自的數(shù)量不詳，不能準(zhǔn)確計(jì)算脫S所消耗的熱量。 以CaO、MnO、FeO作為脫S劑時(shí)，它們脫除1kgS所消耗的熱量很相近，只有MgO脫S消耗的熱量較大。計(jì)算生成硫化物的熱效應(yīng)時(shí)應(yīng)該采用CaO和MgO在渣中的比例39.58%/10.76%3.7/1來計(jì)算平均脫S熱值，所

28、以1kgS消耗的平均熱量為： 所以：脫S消耗的熱量：故：氧化物的分解和脫S消耗的總熱量2、碳酸鹽的分解熱由CaCO3分解出1kgCO2需966kcal，由MgCO3分解出1kgCO2需594kcal?；旌系V中CO2量假定CaCO3和MgCO3是按比例分配的，其中以CaCO3存在的CO2為，則以MgCO3形式存在的CO2為溶劑中以CaCO3存在的CO2量溶劑中以MgCO3存在的CO2量所以：碳酸鹽分解熱3、水分分解熱只考慮鼓風(fēng)中水蒸氣分解熱故：風(fēng)中水蒸氣分解熱 分解1水蒸氣需要2581kcal熱量4、噴吹物分解熱式中： 1Kg噴吹物的分解熱，KJ/Kg； 1Kg噴吹物的低發(fā)熱值，kcal/Kg；

29、， 噴吹物中該成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。煤粉的分解熱約為300kcal/KJ，所以： 5、爐料游離水的蒸發(fā)熱 1Kg水由0升至100吸熱100kcal，再變?yōu)?00水蒸氣吸熱540kcal，共640kcal。所以：游離水的蒸發(fā)熱6、鐵水帶走的熱取鐵水的焓量為270kcal/Kg，則鐵水帶走熱7、爐渣帶走的熱 取爐渣的焓量為410kcal/Kg，則 爐渣帶走熱8、煤氣帶走的熱取爐頂煤氣溫度T頂=200。200時(shí)煤氣各成分的熱熔見表2-18。表2-18 200時(shí)煤氣各成分的熱熔N2COCO2H2CH4H2O0.3130.3140.4340.3070.4250.364（1）干煤氣帶走的熱量干煤氣的熱熔為：

30、 所以干煤氣帶走的熱量為： （2）水蒸氣帶走的熱量為： （3）爐塵的比熱容為0.2， 則爐塵帶走的熱量為： 故煤氣走的總熱量為： 9、外部熱損失 2.5.3熱平衡表及能量利用評(píng)定1、熱平衡根據(jù)以上計(jì)算，列出噸鐵熱平衡表2-19。表2-19 噸鐵熱平衡表收入支出項(xiàng)目熱量/KJ百分?jǐn)?shù)項(xiàng)目熱量/KJ百分?jǐn)?shù)碳氧化熱8207785.5674.03%氫氧化物分解及脫S熱6590640.1159.44%鼓風(fēng)帶入熱2414065.9621.77%碳酸鹽分解熱166231.321.50%H2氧化熱351297.243.17%水分分解熱225763.132.04%成渣熱57432.830.52%噴吹物分解熱220

31、500.001.99%混合礦帶入熱27814.650.25%爐料中水蒸發(fā)熱42248.640.38%CH4生成熱28630.990.26%鐵水帶走熱1134000.0010.23%爐渣帶走熱952160.9588.59%煤氣帶走熱553702.454.99%外部熱損失1201780.6211.84%共計(jì)11087027.23100.00%共計(jì)11087027.23100.00%2、能量利用的評(píng)定： 根據(jù)總熱平衡的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出高爐內(nèi)有效熱量利用系數(shù)及碳的利用系數(shù)。1、有效熱利用系數(shù)指高爐內(nèi)有效熱量的消耗（煤氣帶走、熱損失二項(xiàng)除外）與總熱消耗之比值。 式中： 單位生鐵的全部熱量消耗，KJ/t；

32、 單位生鐵的有效熱量消耗（煤氣帶走、熱損失外的全部熱支出），KJ/t； 顯然，的高低標(biāo)志著高爐熱量利用的好壞。一般情況下，此值為75%85%。較好的可達(dá)90%以上2、碳的利用系數(shù)Kc指高爐內(nèi)1kg固定碳燃燒時(shí)放出的熱量與碳素完全燃燒生成CO2時(shí)所放出熱量之比。 Kc 式中： 冶煉1t生鐵在高爐生成的CO和CO2碳放出的總熱量，kcal； 冶煉1t生鐵的入爐總C量，Kg。 KcKc是表述高爐能量利用好壞的又一指標(biāo)。Kc值一般在50%60%之間，個(gè)別可高達(dá)65%。3 高爐爐型設(shè)計(jì)3.1 高爐容積的確定1、年工作日的計(jì)算 假定高爐一代爐齡為8年，大修時(shí)間為50天，一代中有一次中修，時(shí)間為30天，每年

33、一次計(jì)劃?rùn)z修，時(shí)間是48h，則高爐年工作日為：2、高爐車間日產(chǎn)鐵量3、高爐車間高爐座數(shù)高爐車間建設(shè)高爐的座數(shù)，既要考慮盡量增大高爐容積，又要考慮企業(yè)煤氣平衡和生鐵量的均衡，保證在一座高爐停產(chǎn)時(shí)，鐵水和煤氣的供應(yīng)不致間斷。一般新建車間由兩23座高爐組成為宜。本設(shè)計(jì)確定高爐為2座。4、高爐容積計(jì)算高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)=2.7t/(m3d)每座高爐日產(chǎn)量每座高爐容積 ，取。3.2 高爐爐型及尺寸確定現(xiàn)代高爐只要是五段式爐型，見圖3-1。五段分別為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉。爐缸高爐爐型下部的圓筒部分為爐缸，爐缸的上、中、下部位分別設(shè)有風(fēng)口、渣口與鐵口。是富集渣鐵的地方。爐腹?fàn)t腹在爐缸上部，呈倒

34、截圓錐形，爐腹的形狀適應(yīng)了爐料熔化滴落后體積的收縮，穩(wěn)定下料速度；可使高溫煤氣流離開爐墻，既不燒壞爐墻又有利于渣皮的穩(wěn)定；燃燒帶產(chǎn)生大量高溫煤氣，氣體體積激烈膨脹，爐腹的存在適應(yīng)這一變化。爐腰爐腹上部的圓柱形空間為爐腰，是高爐爐型中直徑最大的部位。爐腰處恰是冶煉的軟熔帶，透氣性變差，爐腰的存在擴(kuò)大了該部位的橫向空間，改善了透氣條件；在爐型結(jié)構(gòu)上，起承上啟下的作用，使?fàn)t腹向爐身的過渡變得平緩，減小死角。 爐身爐身呈正截圓錐形。適應(yīng)爐料受熱后體積的膨脹，有利于減小爐料下降的摩擦阻力，避免形成料拱；適應(yīng)煤氣流冷卻后體積的收縮，保證一定的煤氣流速；爐身高度占高爐有效高度的5060%，保障了煤氣與爐料之

35、間傳熱和傳質(zhì)過程的進(jìn)行。 爐喉爐喉呈圓柱形。承接爐料，穩(wěn)定料面，保證爐料合理分布。1、爐缸直徑：（1）爐缸直徑其中，冶煉強(qiáng)度I=×K=2.7×0.39=1.053(m3d)；燃燒強(qiáng)度取1.10t/(m3h)。則，。（2）爐缸直徑校核不同爐容高爐的Vu/A（爐容/爐缸截面積比）比值是不同的，一般大型高爐為2228，中型高爐為1522，小型高爐為1115。對(duì)本設(shè)計(jì)，符合大型高爐數(shù)值，所以爐缸直徑取值合理。 2、爐缸高度： 爐缸高度（鐵口中心線至風(fēng)口中心線的高度）設(shè)計(jì)分為三段考慮，一般先求渣口高度，然后求風(fēng)口高度，最后求出爐缸高度。（1）渣口高度：渣口中心線至鐵口中心線的高度，渣

36、口過高，下渣量增加，對(duì)鐵口的維護(hù)不利；渣口過低，易出現(xiàn)渣中帶鐵事故，從而損壞渣口；大、中型高爐渣口高度多為1.51.7m。也可以參照下式計(jì)算：其中， 生鐵波動(dòng)系數(shù)，取1.2；生鐵產(chǎn)量，t/d；每晝夜出鐵次數(shù)，平均每?jī)尚r(shí)出一次；渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，多取0.550.60，本設(shè)計(jì)取0.55；鐵水密度，7.1t/m3；爐缸直徑，m；本設(shè)計(jì)（2）風(fēng)口高度：風(fēng)口中心線至鐵口中心線的高度，風(fēng)口高度可參照下式計(jì)算：其中，為渣口高度與風(fēng)口高度之比，一般為0.50.6，渣量大取低值。本設(shè)計(jì)取0.55。（3）風(fēng)口數(shù)目：按照經(jīng)驗(yàn)公式中小型高爐：大型高爐：4000m3左右的巨型高爐：其中，為爐缸直徑，

37、m。本設(shè)計(jì)個(gè)，風(fēng)口數(shù)目必須為偶數(shù)，所以取個(gè)。（4）風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸 安裝風(fēng)口的結(jié)構(gòu)尺寸，大中型高爐0.35 0.5m，本設(shè)計(jì)取0.4m。（5）爐缸高度爐缸高度=+=3.15+0.4=3.55m。（6）渣口、鐵口大型高爐一般設(shè)24個(gè)鐵口，不設(shè)渣口，本設(shè)計(jì)不設(shè)渣口，設(shè)兩個(gè)互成90°的鐵口，鐵口高度即為渣口高度1.732m。3、死鐵層厚度：鐵口中心線到爐底砌磚表面之間的距離稱為死鐵層厚度。 本設(shè)計(jì)取=1.5m。 4、爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度：（1）爐腰直徑可由確定，一般大型高爐為1.091.15，中型高爐為1.151.25，小型高爐為1.251.50。本設(shè)計(jì)選=1.11。則=1.118.94

38、5=9.93m。（2）爐腹角一般為79º83º，爐腹角過小不利于爐料下降，影響順行；爐腹角過大不利于煤氣流分布，容易使邊緣煤氣流過分發(fā)展，同時(shí)不利于產(chǎn)生穩(wěn)定的渣皮保護(hù)爐襯。本設(shè)計(jì)選=82°。（3）爐腹高度 現(xiàn)代大中型高爐爐腹高度一般為2.83.6m，小型高爐一般為1.52.5m。本設(shè)計(jì)，符合要求。5、爐喉直徑、爐喉高度：（1）爐喉直徑可用的比值確定，大中型高爐為0.650.70，300m3以下的高爐取 0.700.75為宜。本設(shè)計(jì)取=0.65，則=0.659.93=6.4545m。（2）爐喉高度一般參照同類型高爐數(shù)據(jù)選取，大型高爐為2.02.5m；中型高爐為 1.52.0m；小型高爐為0.61.5m。本設(shè)計(jì)選=2.0m。6、爐身角、爐身高度、有效高度、爐腰高度： （1）爐身角一般取值為81.5º85.5º之間。大高爐取小值，中小型高爐取大值。40005000m3高爐角取值為81.5º左右。本設(shè)計(jì)取=84°。（2）爐身高度。（3）有效高度對(duì)無鐘爐頂，旋轉(zhuǎn)溜槽最低位置的下緣到鐵口中心線之間的距離稱為高爐有效高度（），有效高度與爐腰直徑的比值（）是表示高