高炉设计.doc

1 绪论1.1概述高炉炼铁是获得锰铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿，烧结矿，球团矿）为原料，焦炭，煤粉，重油，天然气等为焦炭和还原剂，以石灰石等为熔剂，在高炉内通过焦炭燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得锰铁。其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。为了实现优质，低耗，高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温，耐高压，耐腐蚀密封性好，工作可靠，寿命长，而且有足够的生产能力。1.2高炉炉体结构技术的进步高炉炉体结构中，两方面的进步是显著的。一是软水或纯水闭路循环冷却得到了大面积的推广，其避免结垢、节水降耗的效果十分明显。同时，我国的铜冷却避及传统的球磨铸铁冷却壁都具有世界先进水平。二是国内的耐火材料技术已经达到或接近世界先进水平，这包括热风炉使用的硅砖和高炉炉缸使用的刚玉莫来石砖、复合棕榈刚玉砖、微孔刚玉砖以及炉身使用的SiC砖、铝碳砖等。1.3 高炉生产主要经济技术指标 高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下： （1） 高炉有效容积利用系数（）：高炉有效容积利用系数即昼夜锰铁的产量P（t）与高炉有效容积V之比。是高炉冶炼的一个重要指标，越大，其高炉生产效率就越高。本设计=0.85。 （2） 焦比（K）：焦比即每昼夜焦炭消耗量Qk与每昼夜锰铁产量P（t），喷吹焦炭可以有效降低焦比，从而降低成本。 （3） 煤比（Y），油比（M），燃气比（G）：指每吨锰铁消耗的煤粉或重油或燃气量。从风口向炉内喷吹煤粉，重油或天然气，焦炉煤气等焦炭，可降低焦炭的消耗量。 （4） 冶炼强度（I）:高炉冶炼强度是每昼夜1m有效容积燃烧的焦炭量。夜凉强度表示高炉的指标，它与鼓入高炉的冷风成正比，在焦比一定的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大，本设计的冶炼强度为I=1.19t/md。 （5） 休风率：指休风时间占日历时间的百分比。 （6） 锰铁合格率：高炉生产的划线成分符合国家规定的合格锰铁占锰铁量的百分比为锰铁合格率。 （7） 高炉一代寿命：指高炉从点火开炉到停炉大修之间的时间或相邻两次大修之间的时间称为一代寿命。1.4锰铁基础知识（牌号化学成分、检验标准等）锰铁的分类： 锰铁根据其含碳量不同分为三类： 低碳类：碳不大于0.7% 中碳类：碳不大于0.7%至2.0% 高碳类：碳不大于2.0%至8.0% 概念： 高炉高碳锰铁：高炉法是高碳锰铁生产最早采用的一种方法。该法以焦炭作为还原剂和热源，白云石或石灰作熔剂，用高炉生产高碳锰铁。 中低碳锰铁：中低碳锰铁主要是由锰、铁两种元素组成的合金，熔点接近1300，密度7.2-7.3g/cm3;按照其含碳量的不同，中低碳锰铁可分为含碳量小于0.7%的低碳锰铁和含碳量0.7%-2.0%的中碳锰铁。用途： 高炉高碳锰铁：用于炼钢作脱氧剂或合金元素添加剂。 中低碳锰铁：中低碳锰铁广泛应用于特殊钢生产，是炼钢的重要原料之一；同时也应用于电焊条的生产。世界各国每生产一吨钢平均消耗中低碳锰铁0.7-1.0kg，约占铁合金总消耗量的5%左右。各牌号高炉锰铁对锰矿m(Mn)/m(Fe)、m(P)/m(Mn)的要求见表1.1表1.1各牌号高炉锰铁对锰矿m(Mn)/m(Fe)、m(P)/m(Mn)的要求牌号锰铁成分 (%)对入炉锰矿要求MnPm(Mn)m(P)/m(Mn)组组m(Fe)组组 FeMn78780.330.56.220.003750.00493FeMn74740.380.54.680.003960.00521FeMn68680.40.63.590.004410.00662FeMn64640.40.62.90.004690.00703FeMn58580.50.62.380.006250.0075 高炉锰铁按锰及杂质含量的不同分为5个牌号见下表1.2。表1.2高炉锰铁化学成分类别牌号化学成份%MnCSiPSII不大于高碳锰铁FeMn7875.0-82.07.5120.30.50.03FeMn7470.0-77.07.5120.40.50.03FeMn6865.0-72.0712.50.40.60.03FeMn6460.0-67.0712.50.50.60.03FeMn5855.0-62.0712.50.50.60.032高炉配料计算冶炼1t锰铁，需要一定数量的矿石、熔刑和焦炭。对于炼铁设计的工艺计算，焦炭的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要任务，就是求出在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼规定成分锰铁所需要的矿石、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 。2.1配料计算的目的配料计算的目的，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锰铁。2.2配料计算时需要确定的已知条件2.2.1原始资料的收集整理（1） 炉渣碱度：/=1.5（2） 锰回收率：Mn=0.75（3） 铁在锰铁中的分配率：=0.8（4） 规定FeMn64中Si=1.0%，S=0.03%（5） 焦比：1.4t/t（6） 氢气的利用率：=0.35（7） 高炉使用冷烧结矿，炉顶温度为。2.2.2选配矿石在使用多种矿石冶炼时，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量不应该超过锰铁允许含P量，因考虑P全部进入锰铁，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）冶炼锰铁时，为保证其含锰量，必须检查矿石含铁量是否大于允许范围。(Fe) 矿=(100-Mn-C-Si-P)/100(Mn/Mn矿Mn) （2-1）式中：Mn,Si,C,P表示锰铁中该元素含量，%(Mn)矿锰矿含锰量，%(Fe)矿锰矿允许含铁量，%Mn锰回收率，通常为0.70.823）适当控制碱金属。2.2.3确定需要的冶炼条件(1）根据原料条件，国家标准和行业标准等确定锰铁成分。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。 (3)炉渣碱度选择碱，主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅锰铁钒钛磁铁时，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。(4）焦炭比确定。确定焦炭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，力争多喷焦炭。(5） 原焦炭成分分析。A.铁矿石成分 表2.1铁矿石成分（%）原料名称MnFePSiO2CaOMgOAl2O3Mn/FeP/Mn配比1-水份烧结矿28.2412.440.0768.2918.079.95.042.270.002745%1进口粉矿45.73.910.1036.450.540.4511.6880.002310%0.9进口块矿48.923.050.1166.150.630.5216.03930.002425%0.9进口烧结矿59.093.940.1118.272.490.8514.99750.00198%0.99铁锰块矿942.50.043141.860.940.21180.004812%0.93综合成份35.0612.230.0878.289.135.012.682.86640.0025100%0.9558 B.焦炭成分分析见表2.2表2.2 焦炭成分（%）固灰分13.66挥发分0.99定碳SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4H2N283.836.365.420.870.120.850.030.010.100.650.100.100.04续上表有机物1.52全S游离水H2N2S1000.5613.240.700.270.55C.石灰石成分分析见表2.3成分PSCaOMgOSiO2石灰石0.0050.02954.111.160.730.130.070.0143.79100.00表2.3石灰石成分2.2.4 配料计算的内容（1）吨铁矿石用量及配比计算；（2）锰铁中各成分计算；（3）渣量及炉渣成分计算；（4）炉渣性能校核；2.3计算方法与过程2.3.1计算方法为精确配料，现根据设计的生产要求，先假定锰铁中锰成分Mn=66.2，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、锰铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后炉渣性能、锰铁成分进行校核。 2.3.2计算所配矿石比例根据以上已知条件，先以1t锰铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。矿石用量A=（）（Mn(Mn)矿） （2-2） =（10000.662）(0.750.3506) =2517.59kg（1）锰铁成分计算 燃料带入的铁量：=+ =11.51kg 锰铁成分见表2.4表2.4锰铁成分元素MnFeSiPSC百分比(%)66.225.551.00.230.036.99100（2）石灰石用量计算 1）矿石、焦炭带入的量 =kg 2）矿石、焦炭带入的量（扣除还原Si消耗的） =kg 3）石灰石的有效溶剂性 CaO= CaO%-R SiO2% （2-3） =(54.11-1.50.73)% =53.02% 熔剂（石灰石）需要量为： G=（R G- G）/ CaO （2-4） =（1.5276.07-242.04）/53.02% =324.53kg2.3.3终渣成分及渣量计算（1）终渣S含量炉料全部含S量=14000.00561+324.5230.00029=7.948g进入锰铁的S量=0.3kg进入煤气的S量=7.9480.05=0.40kg 进入炉渣的S量=7.948-0.3-0.40=7.25kg（2）终渣的FeO量=82.13kg（3）终渣的MnO量=2517.590.6620.25（4）终渣的SiO2量=276.07+324.530.0073=278.44kg（5）终渣的CaO量=242.04+324.530.5411=417.64kg （6）终渣的Al2O3量=2517.590.0268+14000.0542+324.530.0013=143.77kg（7）终渣的MgO量=2517.590.0501+14000.0012+324.530.0016=128.33kg终渣成分见表2.5表2.5终渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合计RKg278.44143.77417.64128.33537.8782.133.631591.811.5%17.509.0326.238.0633.795.160.23100 由于分析所得Ca都折算成CaO，但其中一部分Ca却以CaS形式存在，CaS和CaO之质量差为S/2，为了质量平衡，Ga仍以CaO存在，而S则只算S/2炉渣碱度R =1.5,符合规定值。炉渣脱硫之流的分配系数为 （2-5）3 高炉物料平衡计算3.1高炉物料平衡计算的意义通过高炉配料计算确定单位锰铁所需要的矿石、焦炭、石灰石等数量，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，则要确定单位锰铁的全部物质收入与支出，即计算单位锰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 高炉物料平衡计算的内容物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上，以配料计算为依据编算的。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，为热平衡及焦炭消耗计算打基础。(1) 原料全分析并校正为100%（表2.1；表2.2；表2.3）；(2) 鼓风湿度，f=0.0012412.5=0.0155；(3) 鼓风温度:(4) 本次计算选择锰直接还原度rd=0.45；(6) 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.0%与H2 反应生成CH4。3.2.1 根据碳平衡计算风量（1） 鼓风湿度：（2） 每吨锰铁的各项耗碳量：焦炭带入的可燃碳量 =14000.8383=1173.62kg（3） 生成CH4耗碳=1173.620.01=11.74kg（4） 锰铁渗碳：=10006.99%=69.9kg（5） 氧化碳量：=1173.62-11.74-69.9=1091.98kg（6） 铁的直接还原耗碳量：=100025.55%0.45=24.64kg（7） 其他因素直接还原耗碳量：= =177.33kg（8） 风口前燃烧碳量： =- （3-1） =1091.98-177.33-24.64=890.01kg （9） 鼓风含氧量：=0.21+0.29f=0.21+0.190.0155=0.2145 故：每吨锰铁的鼓风量（） =890.01/0.2145=3872.62m 鼓风密度：=1.188-0.4840.015=1.280/m 鼓风质量：=3872.621.280=4956.873.2.2 煤气成分及数量计算(1) 计算CH4量 由焦炭带入的C生成CH4的量=11.74=21.91m3 焦炭挥发分含CH4量=14000.001=1.96 m3 进入煤气的CH4量=21.91+1.96=23.87 m3(2)入炉总H2量=鼓风带入H2+焦炭带入H2 即入炉的总H2量 =3872.620.0155+（1400（0.001+0.007）+0.008） +170（0.0451+） =185.48 m3设有35%的H2参加还原，则参加还原的H2量=185.480.35=64.92m3生成CH4的H2量=11.742=43.83 m3进入煤气的H2量=185.48-43.83-64.92=76.73 m3=0.24(3) 计算量 石灰石分解出的（取石灰石高温分解率为0.5） =324.530.4379（1-0.5）22.4/44=36.19m3 焦炭带入的 =14000.00122.4/44=0.7m3 故：入炉料总带入量为36.19+0.7=36.89m3 由还原成Mn生成的量 =662（1-0.45-0.24）22.4/55=85.38m3 故：煤气中量为：=85.38+36.89=120.47m3 (4)风口前碳素燃烧生成的CO=1091.98=2038.36m3 石灰石在高温区分解生成CO的量=324.530.43790.5=36.19 m3 焦炭挥发分中CO的量=14000.0066=7.39 m3 扣除间接还原消耗碳85.38m3 煤气中总CO的量=2038.36+7.39+36.19-85.38=1998.36 m3(5) 总N2的量= =3872.62(1-0.0155)0.79 +1400（0.0004+0.0027） =3015.41m3根据以上计算结果，列出干煤气组成表3.1表3.1煤气组成成分CO2CON2H2CH4总计Vg/ V风M3120.471998.363015.4176.7323.875234.841.363%2.3038.1757.601.470.46100.003.2.3 编制物料平衡表（1） 计算鼓风量： 每吨锰铁的鼓风量（） =890.01/0.2145=3872.62m 鼓风密度：=1.188-0.4840.015=1.280/m 鼓风质量：=3872.621.280=4956.87（2）计算煤气的质量 =1.247kg/ m3全部煤气质量=1.2475234.84=6527.84kg（3）水分计算焦炭带入的游离水=46.88 kg矿石料带入水分=2517.590.9558%=24.06kgH2还原生成的水分=64.92=52.17kg所以水分的总质量=46.88+24.06+52.17=125.11 kg（4） 考虑炉料机械损失 矿石用量=2517.591.03=2593.12kg 焦炭用量=1446.881.02=1475.82kg 石灰石用量=324.531.01=327.76kg 因此，机械损失(含炉尘)为： =(2593.12+1475.82+327.76)-(2517.59+1446.88+324.53)=107.7kg根据上述结果，列出物料平衡，如下表3.2序号收入项Kg序号支出项Kg1焦炭1475.811锰铁1000.002鼓风4956.872炉渣1591.813石灰石327.763煤气6527.844矿石2593.124水分125.115炉尘107.7共计9353.56共计9352.46相对误差0.02%表3.2物料平衡表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 高炉热平衡计算4.1热平衡计算的目的热平衡计算的目的是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能的利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。通过计算调查高炉冶炼过程中单位锰铁的热量收入与热量支出，说明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计算表研究高炉冶炼过程的基本方法。4.2热平衡计算方法热平衡计算的量论依据是能量守恒定律，即单位锰铁投入的能量总和应等于中位个铁各项热消耗总和。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。本例采用第一热平衡法计算进行热平衡计算。第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据羔斯定则，不考虑炉内的实际反应过程耍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，焦炭的分解热，水分分解热。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，以CO的形态离开了高炉。还有一部分进入锰铁中和炉守中的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，这也是此种热平彻计算法们缺点。4.3热平衡计算过程需要补充的原始条件：鼓风温度1100；炉顶温度200；入炉矿石为冷矿。4.3.1 热量收入（1） 碳素氧化热 风口前燃烧的碳量为你：890.01kg 由还原反应生成的量为：85.3812/22.4=45.74 kg 由C氧化1kg 成CO2放热为 4.187980KJ 由C氧化成1kg的CO放热为4.182340 KJ 碳素氧化热=890.014.187980+45.744.18(7980-2340) =9783678.62KJ（2）热风带入热 1100 时干空气的比热容为4.18375.1kJ/ m3 ，水蒸气的比热为 4.18457.6 kJ/ m3 热风带入热=3872.62（4.18375.1（1-0.0155）+4.18457.60.0155） =6092650.44 KJ（3）成渣热（由石灰石及矿石带入的CaO和MgO计算） 每kgCaO（或MgO）成渣放热4.18270KJ 成渣热：=4.18 =604201.60 kJ（4） 氢氧化热及生成热（） 氢参加的还原反应生成的水量为52.17，生成耗碳11.74。 氢和氧化合成水，1水的生成热为4.183211KJ； 氢和碳生成放热为4.181124kJ/； 故：=4.18321152.17+4.18112411.7416/12 =773769.07kJ冶炼1t锰铁总热为以上各热量的总和（） =+=17254299.73kJ 4.3.2 热量支出（1） 氧化物分解和脱硫耗热 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，其余由Fe2O3组成。m（FeO）硅酸铁=14000.0085=11.9kg 全部进入渣中； 吸热4.181146.4kJ/（） 吸热4.181230.7kJ/（）铁氧化物分解热：=255.50.24.181146.4+255.50.84.181230.7 =1816974.44kJ2）锰氧化物分解热 MnOMn分解热=4.181758.5 KJ/ (Mn)=4.181758.5662=4866050.86KJ3） SiO2分解热 由SiO2分解出1Si耗热：4.187366 KJ =10001.0%4.187366=307898.8KJ4）Ca3(PO4)2分解热=423%= 82103.56 KJ5）脱S耗热由于CaO脱硫耗热5401.23 KJ/ KgS，MgO脱硫耗热为8039.4 KJ/ KgS，二者差别较大，故取其渣中成分比例（4：1）来计算平均脱硫耗热。1 Kg硫的平均耗热=5928.79 KJ脱S耗热=7.255928.79=42983.73 KJ氧化物分解和脱硫总热为上述1）5）项热耗之和，即=+=7116011.39 KJ（2）碳酸盐分解热 由CaCO3分解出1 Kg的CO2需热4044.64 KJ，由MgCO3分解出1 Kg CO2需热2487.08 KJ，石灰石CO2量=324.530.4379=142.11 Kg。假定CaCO3和MgCO3是按比例分配的。其中以CaCO3分解的CO2为324.530.5411=137.97 Kg；故以MgCO3形式分解的CO2量=142.11-137.975=4.14 Kg。碳酸盐分解总热=137.974044.64+4.142487.08=568335.49KJ（3）水分分解热=4.1825803872.620.0155 =647340.19 KJ (4.182580 KJ/Kg.H2O)。 （4）炉料游离水的蒸发热 1Kg水由20升温到100吸热334.94 KJ，再变成100水蒸气吸热2261 KJ总吸热为2595.96 KJ，1Kg结晶水到常温吸热为330.22KJ。 游离水蒸发热： =46.882595.96+2517.590.9558%（330.22+2595.96）=192111.64KJ （5）锰铁带走热表4.1各种锰铁的热焓值锰铁热焓值炼钢生铁 铸造生铁 锰铁Kcal/Kg 270-280 300-310 280-290 取锰铁焓值=4.18287.08=1200 KJ/kg，铁水带走热=10001200=1200000 KJ。 （6）炉渣带走热 表4.2各种炉渣的热焓值炉渣热焓值炼钢铁渣 铸造铁渣 锰铁铁渣Kcal/Kg 430 450-480 440-470锰铁铁渣焓值=4.18454.55=1900KJ/kg，炉渣带走热=1591.811900=3024439KJ（7）炉顶煤气带走热，炉顶温度为200时煤气各成分比热容见表4.3表4.3 200时炉顶煤气比焓容（）CO2 CO N2 H2 CH4 H2O 85.4 62.8 62.6 62.2 87.4 2.8 干煤气带走热 =4.18（85.4120.47+62.81998.36+62.276.73+87.423.87）+4.18 （62.63015.41）=1385288.18KJ 水蒸气带走热（100水蒸气比焓为36.0） =4.18（72.864.92+（24.06+46.88）（72.8-36.0） =33335.14 KJ 炉尘带走的热=4.180.17200107.7=15306.32 KJ(炉尘比热容4.180.17 KJ/Kg) 煤气带走总热=+=1433929.64 KJ 前7项总和为=14182167.35KJ（8）外部热损失=17254299.73-14182167.35=3072132.38 KJ(包括散热和冷却水带走热)，热损失为17.81%根据热收入与热支出数值列表于4.4表4.4热平衡表序号收入项名称KJ序号支出项名称KJ1碳的氧化热9783678.621氧化物分解、脱硫7116011.392热风带入热6092650.442碳酸盐分解568335.493成渣热604201.603水分分解647340.194H2的氧化热及CH4生成热773769.074游离水蒸发192111.645铁水带走12000006炉渣带走30244397煤气带走1433929.648外部热损失1993819.57共计17254299.73共计17254299.734.3.3 热平衡指标计算（1）碳素热能利用系数Kc （4-1） =（2）热量有效利用系数Kt Kt =（高炉总热量收入-煤气带走热-外部热损失）% （4-2）=（100-17.81-）%=73.88%从上述指标可以看出，Kc=32.96%说明碳素热能利用较好。Kt=73.88%利用系数比较高。5 高炉炉型设计5.1 总述 高炉设计包括基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设计等。高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。5.2 高炉炉型计算5.2.1 设计条件 年产锰铁15万t 年工作日：36595=347d 焦比K=1.4万t/t ，昼夜出铁=5次，使用S=85%、 K=15%5.2.2设计计算方法及步骤 采用我国总结的炉型设计经验计算公式进行初步计算，然后调整计算出的炉型尺寸数据，最后确定出高炉内型尺寸。炉型设计计算方法和步骤如下： （1）确定高炉有效容积（VU）：选取高炉利用系数V=0.85t/(m3.d),选定高炉座数位2座，日产铁量P=150000/347/2=216.1t，VU=P/V （5-1）VU=216.10.85=255m 每次出铁43.22t，选用1个铁口 （2） 炉缸和死铁层 选定冶炼强度I=V K= 1.19t（ m3 d） （5-2）燃烧强度=1.00t/m2d （一般1.00-1.25t/m2d ）则: 炉缸直径d=0.23 ， （5-3） d=4.01m 取d=4.2m校核Vu/A=18.9,一般中型高炉在1522 之间，计算合理。 1) 取e=1.2(生铁产量波动系数) C=0.55(炉缸容积利用系数一般C=0.55-0.60) =7.2 t/m3(锰铁铁水密度) 则渣口高度为：hz=1.273 （5-4）hz=0.95m ，取hz=1.0m 2） 风口高度 hf=hz/k=1.0/0.5=2.0 (一般K=0.5-0.6) 取hf=2.0m 风口数目 n=2（d+1）=10 取n=11个 风口结构尺寸：选取a=0.5m （一般 0.35-0.5m） 炉缸高h1=hf+a 取h1=2.5 m 取死铁层深度为 h0=0.2d=1.0 m 设1个铁口。（3） 炉腰 取D/d=1.22，D=1.224.2=5.12，取D=5.2（4） 炉腹取=80，h2=（D-d）tan/2=2.83m 取h2=2.9m校核：tan=5.8 a=80.23 （5） 炉喉直径取d1/D=0.66 ，d1=0.66D=3.43 取d1=3.5m，另取h5=1.8m（6） 取=83.0，h4=(D-d1)tan/2=7.46m， 取h4=7.6m 校核：tan=8.941 =83.62（7）高炉炉身高度取Hu/D=3.23 ,Hu=3.235.2=16.54m 取Hu=16.6m（8） 炉腰高 h3=Hu-（h1+h2+h4+h5）=1.8 m（9）有效容积校核V1=d2h1= 34.62 mV2=h2（D2+Dd+d2）=50.48mV3=D2h3=38.21mV4=h4（D2+Dd1+d12）=114.33mV5=d12h5=17.31mVu=254.95m与规划炉容255m误差为0.02%，小于1%，合理。设计高炉内型参数见表5.1：表5.1高炉内型参数序号项目数值1有效容积Vu/m32552炉缸直径d/mm42003炉腰直径D/mm52004炉喉直径d1/mm35005死铁层深度h0/mm10006炉缸高度h1/mm25007炉腹高度h2/mm29008炉腰高度h3/mm18009炉身高度h4/mm760010炉喉高度h5/mm180011有效高度Hu/mm1660012炉腹角80.2313炉身角83.6214Hu/D3.2315铁口数/个1（夹角90）16风口数/个1117渣口数/个16开炉料计算 开炉工作有两个方面的要求：一是安全顺利地完成开炉工作，即做到炉温适中，铁口易开，下料顺畅，并且无人身、设备事故：二是在开炉后能较快平稳地过渡到正常生产，以获得较好的经济效益。为此开炉时应该使炉内各区域适时地达到所需要的温度，故开炉料的选择，开炉焦比的确定，以及炉段的安排至关重要。6.1 开炉焦比的选择所谓开炉焦比（总焦比是指开炉料的总焦量与理论出铁量之比。开炉时由于高炉炉衬温度、料柱的温度都很低，炉料未经充分的预热和还原直接到炉缸，直接还原增多，渣量打，需要消耗的热量也多，所以开炉焦比要比正常焦比高几倍。具体数值应该根据高炉容积大小，原燃料条件、风温高低、设备状况及技术操作水平等因素进行选择。一般情况见表6-1：表6-1 开炉焦比的选择炉容/100以下100-500500-10001000以上焦比/43-42.5-32.6 选择合适的开炉焦比对开炉进程有决定性的影响。焦比选择过高，既不经济，又可能导致炉况不顺，即导致高温区上移，在炉身中上部容易产生炉墙结厚现象，更严重的是延长了开炉时间；焦比选择过低，会导致炉缸温度不足，出渣出铁困难，渣铁流动不畅，严重时会造成炉缸冻结。一般要求开炉前几次含硅量为3%-3.5%。6.2 开炉造渣制度的选择为了改善渣铁流动性能，冶炼合格生铁，加热炉缸，稀释渣中的(含量大于18%时，开炉配料中需增加低的造渣剂)，开炉时渣量要大一些，渣铁比一般为0.4-0.5.如渣量小，可加干渣调节。开炉时炉渣碱度-1.05。控制生铁含0.8%，为了改善炉渣流动性，可提高渣中的含量，使之维持在8%-10%左右，也可适当加些萤石来稀释炉渣。小高炉在用全天然矿冷风开炉时，焦比特高，可在空料（即焦炭+石灰石）段加些硅石来调整炉渣成分。不用干渣，既可以节约焦炭，而且铁口见渣较晚，可以延长喷吹铁口时间，有利于加热炉缸。开炉焦比高，硫负荷就会随之增大，此时炉渣碱度（）不宜低于正常时的下限，同时还可以选用含硫较低的开炉料。6.3 开炉配料计算6.3.1计算条件（1） 高炉各部位的容积（2） 开炉使用的原料、燃料、熔剂等的化学成分、体积密度。（3） 选定开炉焦比与正常料焦比。（4） 确定炉缸的填充方法。（5） 选定铁、锰、硫等元素在渣铁、煤气中的分配率。（6） 选定生铁成分与炉渣碱度，一般要求渣中含量不大于18%。（7） 确定开炉料使用料种之间的比例。（8） 选定焦炭或矿石的批重。6.3.2 选定数据 全焦填充，炉缸装净焦（C），炉腹以上装空料（x），炉腰上部1/3容积开始过渡至装正常聊（N）。料线1.75m。炉料压缩率15%（炉缸净焦19%，炉腹空料16%，其余13%）。填充容积 （已扣除料线以上空间及铁口泥包）： 表5-1 填充容积部位炉吼炉身炉腰炉腹炉缸死铁皮合计14.21219.7189.9259.8274.749.22007.5开炉料成分及其它数据：表5-2 开炉料成分Fe,%SiO2，%CaO,%MgO,%Mn,%Al2O3,%S,%P,%堆密度，t/m烧结矿52.5511.0411.091.090.160.950.030.011.6锰矿16.9019.210.550.3225.242.010.170.421.9石灰石1.0251.082.820.030.011.52 焦炭0.616.320.680.194.730.630.0050.45焦炭工业分析：灰分14.18%,挥发分0.94%，硫0.63%，水分4.4%焦炭强度：M4078%， M108%预订生铁成分， 表5-3预定生铁成分 ，%FeSiMnPSC92.672.50.50.040.054.0 铁的回收率 99.6%，锰的回收率60% 焦炭批重9000Kg/批，总焦比2.6，正常焦比0.9 （每批出铁1000Kg）