高炉炼铁综合计算.doc

学科代码：080201 学 号：072302010031贵 州 师 范 大 学（本 科）设计说明书题 目：年产200万吨生铁高炉设计学 院：材料与建筑工程学院专 业：冶金工程年 级：2007级姓 名：周祥智 指导教师：詹永红（讲师）完成时间：2011年5月10日目录中文摘要4ABSTRACT41 高炉炼铁设计概论51.1设计总介51.1.1高炉炼铁的发展现状51.1.2高炉炼铁的发展方向61.1.3高炉炼铁生产流程91.1.4高炉及其附属设备101.2 设计指导思想101.2.1高炉炼铁设计的基本原则101.3采用的先进技术111.3.1高炉喷煤技术111.3.2余热锅炉法112 高炉炼铁综合计算122.1 原始资料122.1.1 高炉配料联合计算122.1.2 计算中需要选定的数据172.2 计算方法182.2.1 理论出铁量和理论出渣量计算182.2.2 热量等数计算192.2.3 自由碱度262.2.4 原料和焦炭消耗量计算262.2.5 生铁和炉渣成分的计算和校核302.2.6 鼓风量和煤气量计算363高炉车间设计403.1 高炉座数及容积确定403.1.1生铁产量的确定403.1.2高炉炼铁车间总容积的确定403.1.3高炉座数的确定403.2 高炉炼铁车间平面布置413.2.1高炉炼铁车间平面布置应遵循的原则413.2.2高炉炼铁车间平面布置形式414高炉本体设计414.1 高炉炉型及高炉炉型设计414.1.1高炉炉型414.1.2高炉炉型设计与计算434.2 高炉炉衬454.2.1决定炉衬寿命的因素454.2.2高炉炉衬耐火材料的选择464.3高炉冷却设备、冷却系统和炉底冷却形式474.3.1高炉冷却壁的种类及特点484.3.2高炉冷却系统的选择494.4高炉钢结构494.4.1设计原则和基本类型494.4.2 炉壳504.5高炉基础515 高炉附属设备的确定525.1供料系统525.1.1炉顶装料设备525.1.2无钟炉顶535.1.3高炉供料系统安全技术措施535.1.4供料系统555.1.5贮矿槽、贮焦槽及槽下运输称量565. 2上料系统（皮带上料系统）565.3 炉顶装料设备575.4 送风系统595.4.1高炉鼓风机595.4.2热风炉605.5煤粉喷吹系统625.5.1高炉喷煤技术625.5.2煤粉制备工艺635.6 渣铁处理系统635.6.1风口平台及出铁场设计635.6.2渣铁沟和撇渣器645.6.4铁水及炉渣处理685.6.5 摆动流嘴69 5.6.6 出铁场除尘设施705.7煤气处理系统716余热利用746.1冶金厂余热资源的种类、数量和特性756.1.1烟气余热756.1.2产品(包括中问产品)余热756.1.3炉渣余热756.1.4冷却水余热756.1.5排汽余热766.1.6冷凝水余热766.2余热利用的方法766.2.1余热锅炉法766.2.2汽化冷却法766.3国外余热利用技术的动向77主要参考文献77年产200万吨高炉车间设计说明书水钢1#高炉改建工程设计者：周祥智中文摘要高炉：本设计共1座高炉，每座高炉有效容积Vu为2584.4m3；有效高度Hu为30m；Hu/D为2.5。热风炉：结构形式：蓄热式；座数：4座；蓄热面积100m2/m3；拱顶温度为1400。供料系统：皮带机供料、钟式炉顶装料设备。送风系统：轴流式鼓风机，出口风压：0.395Pa。喷煤系统：串联罐系统。渣铁处理系统：设备主要有开铁口机、堵铁口泥泡、炉前吊车、换风口机等。煤气处理系统：法除尘。主要技术经济指标：含铁原料：组成混合矿配比为：烧结矿：球团矿：精块矿70：20：10；平均入炉品位TFe54. 709%。炉渣：渣量439.60；碱度1.34。铁水中S、P、Si+Ti含量分别为：0.153，0.783，2.073。鼓风参数：风量1018.70m3/t；风温1150；富氧率2%；鼓风湿度1.5%。炉顶煤气：煤气量2071 m3/t；煤气温度200；炉顶煤气压力0.23MPa等。余热锅炉法关键词 高炉设计；热风炉；鼓风机；喷煤系统；余热利用。 ABSTRACTBlast furnaces：In this design of blast furnace, each tower 1 seat for blast furnace 2584.4 m3 effective volume Vu; Effective height for Hu as; Hu/D for 2.5. Hot air stove: structure form: the regenerative; Seat number: 4 block; Heat storage area 100m2 / m3; Vaults temperature 1400. Material feeding system: belt-conveyors material feeding, bell type furnace roof pack material equipment. Air supply systems: the axial flow fan, air pressure: 0.395 Pa export. Coal injection system: series cans system. Slag iron processing system: equipment is mainly have open iron mouth machine, plugging bubble, furnace iron mouth mud before cranes, change tuyere machine, etc. Gas processing system: act dust removal. The main technical and economic indexes: iron ore ratio of raw materials: mixed for: the sinter: pellets: pure natural ores 70: when; TFe54. 709% average charging grade. Slag: slag quantity 439.60; Alkalinity 1.34. Hot S, P, Si + Ti content 0.153, respectively, 2.073 0.783:. Drum wind parameters: 1018.70 m3 / t; air 1,150 ; the temperature Rich oxygen rate 2%; Drum wind humidity 1.5%. Top gas: gas quantity of 2,071 m3 / t; Gas temperature 200 ; Top gas pressure 0.23 MPa, etc. Waste heat boiler law. Keywords blast furnace design; Hot air stove; Blowers, Coal injection system; Waste heat utilization. 1 高炉炼铁设计概论1.1设计总介1.1.1高炉炼铁的发展现状截止到2007年底，全世界共有648座高炉，年生产能力 7.25亿t。面对2007年生铁产量为9.46亿t的数据，世界设备容量的数据至少有77%是相符的。中国列入统计表的高炉共有261座，表明只具有 2.17亿t的产能，而据2007年统计，在重点企业共有475座高炉。 平均而言，世界高炉炉缸直径的平均值8.9 m。现今运转中的最大高炉在日本和韩国，其炉缸直径分别为13.4 m和12.2 m；在欧盟15国该值为10 m。而中国的该数据缺少代表性，掌握的数据是202座高炉的平均值为7.5 m，但无法包括缺乏信息的众多小型高炉。巴西和印度的相应数据情况亦如此。 世界高炉平均的一代炉役为7.7年，有报道最长的一代炉役为11年（在北美贸易区），其次是大约9年（在独联体和欧盟）。不过在北美贸易区等地区，不是以必须更换炉缸和炉底耐火砖衬作为炉役终点，故其炉役往往可达1113年，甚至20年以上。 为了降低还原剂消耗和优化高炉操作，高炉操作者已经做出不懈的努力，并正在继续为降低生铁生产成本做出重要贡献。在工业化国家，现有炉料结构下的工艺技术已达到相当程度的优化。近10年来，德国和欧盟15国继续降低还原剂消耗量几乎无空间，相反，其消耗量还在渐渐增高，其原因是自1998/1999年以来增加喷煤比及使用（由进口焦煤炼制的）高灰分焦炭所致。然而在日本和中国的高炉仍然有节约潜力，事实上，近10年来中国重点企业高炉的还原剂消耗量已有所下降。 对比世界高炉的还原剂消耗量，德国和欧盟15国的指标处于世界领先水平。假若全世界产的生铁均能达到德国2006年的指标，节约的潜力巨大，相当于每吨铁水节约焦炭55 kg/t，或相当于每年节约焦炭4800万t。按此标准粗略估算，仅在中国每年可节约焦炭量为2600万t。设想假如全世界均达到德国目前的焦比水平，则全世界炼铁排放的CO2量将减少1.57亿t，相当于减排10%以上。 加拿大和美国高炉入炉料主要为本地矿制成的球团，而巴西、中国、欧盟15国、日本、韩国等通常使用烧结矿。 预期到2010年的产能发展 在研究了炼铁生产10年发展、还原剂消耗和含铁废料的构成的基础上，对今后的发展前景做出预计和展望，预计到2010年世界粗钢产量将达到15.8亿t，相应需求的金属原料为：生铁11.4亿t，直接还原铁8000万t，废钢6.23亿t。按此预计，2010年的生铁产量应比2007年高出1.92亿t。 到2010年，现在新建的高炉项目将再新增产量1.37亿t，且产能仍将继续增加，而且其中的87%将由巴西、俄罗斯、印度、中国这4个国家实现。单在中国将增建42座高炉（年产总量为8700万t），且大多为大高炉。其中两座最大的由首钢京唐钢铁公司兴建，其炉缸直径为15.5 m，每座年产量为460万t。 到2010年，包括上述在建项目的新增产量，铁水的需求量仍难于保证，缺口仍多达5500万t。已经知道埃萨公司和宝钢公司的熔融还原项目的生产量仅为300万t，其余5200万t（相当于15座大型高炉的年产量）难于补齐。1.1.2高炉炼铁的发展方向全面加强中国现有高炉炼铁流程的改造和优化是工作的重点。要注意大型化的合理选择、系统配置和操作参数的改进、过程检测和控制的完善、节能减排路线的制定等。降低铁钢比是减少吨钢CO2排放的最有效手段。1.1.2.1 坚持并扩大高炉炼铁主流程中国高炉炼铁流程优势在扩大体现在:已建成巨大的生产规模、工艺装备水平不断提高、能耗达到国际先进水平、污染排放正在得到不断改进。对于普遍关注的焦煤资源影响焦炭供应的问题, 一个事实是, 作为第一焦炭生产大国, 中国的焦炭生产一直保持快速增长(2006年产量2.8亿t, 占世界的一半以上, 预计2008 年产量3.4亿t), 而且已出现较严重的产能过剩现象。焦炭的出口量也持续增加(2007年, 1530万t)。因此, 近期中国高炉的焦炭供应是有保障的。而且长期以来, 炼焦工业通过各种措施不断加大非焦煤的配入比例, 高炉通过提高喷煤量来减少焦炭消耗, 以及将来通过降低铁钢比来减少高炉的总焦炭消耗, 这些将有效保证长期维持中国一定规模的高炉炼铁生产。而采取这些措施所付出的代价和风险要远远小于用新工艺替代高炉所付出的。中国在高炉炼铁环保方面的工作得到不断加强。不仅煤气的干法除尘在大高炉上迅速推广应用, 烧结烟气的处理也在逐步开展起来。更值得注意的是, 所有的污染物排放都可以在技术市场上找到成熟可靠的方法来控制达到排放标准。现在只是择机实施的问题, 不存在不可克服的排放缺陷。当然, 作为绝对的钢铁生产大国, 建设一定规模和种类的非高炉炼铁工艺装置, 无论从满足特殊要求,还是从丰富工艺流程, 相互比较促进等方面, 都是必要的。1.1.2.2 加强高炉流程的改进和优化虽然中国高炉炼铁已达到国际先进水平, 但仍要象国外一样, 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5年里, 中国在高炉大型化方面取得了很大的成绩。1000m3的高炉由2003年的58座发展到现在的100余座, 而且有多座4000m3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300m3的高炉外, 仍还有约500 座左右的3001000m3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。 (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t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,高炉吃废钢还是将来维持高炉 炉流程竞争生存的重要手段。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SO2等污染物排放标准。对尚未纳入考核体系的污染物排放,如 NOx 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。1.1.3高炉炼铁生产流程高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（10001300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。 高炉冶炼工艺流程简图：高炉工艺高炉冶炼过程:高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。高炉冶炼工艺-炉前操作:一、炉前操作的任务1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。高炉冶炼工艺-高炉基本操作 :高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。1.1.4高炉及其附属设备高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其它附属系统的配合，它们是：（1）供料系统：包括贮矿槽、称量与筛分等一系列设备，主要任务是及时、准确。稳定地将合格原料送入高炉。（2）送风系统：包括鼓风机、热风炉及一系列设备，主要任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需热风。（3）喷吹燃料系统：包括原煤的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等系统，主要任务是均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。（4）渣铁处理系统：包括出铁场、开铁口机、堵渣口机、炉前吊机、铁水罐车及水冲渣设备等，主要任务是及时处理高炉排放的渣、铁，保证高炉生产正常运行。（5）煤气除尘系统：包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，主要任务是回收高炉煤气，使其含尘量降至10mg/m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。1.2 设计指导思想1.2.1高炉炼铁设计的基本原则高炉炼铁设计应该保证新建的高炉车间工艺布置合理、技术经济指标先进、设备有较高的机械化、自动化水平，有安全和尽可能舒适的劳动条件，有可靠而稳定的环境保护措施。高炉炼铁设计应遵循的基本原则有： （1）合法性。设计原则和设计方案的确定，应当符合国家工业建设的方针和政策。 （2）客观性。设计所选用的指标和技术方案应以客观的数据为依据，做出的设计经得起全面的客观的评审，保证所采用的方案有坚实的基础，并且能成功地付诸实践。 （3）先进性。设计应反映出最近在该领域里的成就，并应考虑到发展趋势。 （4）经济性。在厂址、产品、工艺流程等多方案的比较中，选择最经济的方案，使得单 位产品投资最低、成本最低、经济效益最佳。（5）综合性。在设计过程中，各部分的设计方案要互相联系，局部方案应与总体方案相一致，各专业的设计应服从工艺部分。 （6）发展远景。要考虑车间将来发展的可能性，适当保留车间发展所需的土地、交通线和服务设施。（7）安全和环保。保证各领域和工作岗位都能安全生产，不受污染，力争做到“场外看不到烟，场内听不到声”，排出的废水、废气应达到国家环保法的要求。（8）标准化。在设计中尽可能采用各种标准设计，这样可减小设计工作量和缩短建设周期。（9）美学原则。车间和工作环境具有良好的布局和较好的劳动条件。在厂内应具有排列美观、色彩明快、安全宜人的环境，以减少疲乏和提高劳动生产率。1.3采用的先进技术1.3.1高炉喷煤技术喷煤的社会效益有：节约炼焦煤资源，减小焦化厂的污染物排放量，减少能源消耗和二氧化碳排放量。制粉制备系统包括原煤仓、插辊阀、封闭式自动称量给煤机、磨煤机、布袋收粉器、排烟风机、系统管道、阀门等。高炉喷煤工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成。 高炉喷吹煤粉工艺有几种模式？ 从煤粉制备和喷吹设施的配置上来分，高炉喷煤工艺有两种模式，即间接喷吹模式和直接喷吹模式。制粉系统和喷吹系统结合在一起。高炉喷煤工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成。从煤粉制备和喷吹设施的配置上来分，高炉喷煤工艺有两种模式，即间接喷吹模式和直接喷吹模式。制粉系统和喷吹系统结合在一起直接向高炉喷吹的工艺叫直接喷吹工艺；制粉系统和喷吹系统分开，通过罐车或气动输送管道将煤粉从制粉车间送到靠近高炉的喷吹站，再向高炉喷吹煤粉的工艺叫间接喷吹工艺。一般高炉多的企业宜采用间接喷吹工艺，高炉少的企业宜采用直接喷吹工艺，也有两种工艺模式并用的企业。气体制备和供气动力系统组成。从煤粉制备和喷吹设施的配置上来分，高炉喷煤工艺有两种模式，即间接喷吹模式和直接喷吹模式。本设计采用直接喷吹工艺。即在煤粉制备站与高炉之间距离小于300m的情况下，把喷吹设施布置在制粉站的煤粉仓下面，不设输粉设施。1.3.2余热锅炉法冶金厂中已广泛采用此法于高温载热体的冷却和回收余热，此法既可用于利用高温产品的余热，又可用于利用可燃和不可燃烟气的余热。例如平炉、钢坯加热炉、氧气顶吹转炉、有色冶金炉窑的烟气余热以及赤热焦炭的余热等。这些余热锅炉通常用来生产各种参数的蒸汽或热水，分别用于生产、发电和生活。2 高炉炼铁综合计算高炉炼铁综合计算是设计高炉时或高炉采用新的冶炼条件之前确定各种物料用量、选择各项生产指标和工艺参数的重要依据，更是全面地、定量地分析和评价高炉生产技术经济指标、热能利用及高炉效率的一种有效方法。2.1 原始资料 必须收集和确定的原始资料有： 1） 各种入炉物料的化学成分； 2） 各种入炉物料单位的消耗量、炉渣量和炉尘（煤气灰）量； 3） 各种产品如生铁、炉渣、干煤气和炉尘等的化学成分； 4） 鼓风参数：即风温、湿份及鼓风含氧量等；5） 冶炼参数：生铁的种类和规格，各元素在生铁、炉渣和煤气中的分配率，炉渣碱度，物料入炉温度，炉顶温度，铁的直接还原度（在配料计算中可按经验设定；在分析和评价高炉冶炼过程及能量利用时，由计算获得），高炉冶炼强度等。2.1.1 高炉配料联合计算2.1.1.1 有关资料及其整理高炉冶炼用的原、燃料及各种辅助料的化学成分见表1表4，为计算方便整理成表5。2.1.1.2 冶炼制度的确定 （1）生铁品种及成分 根据生产计划和冶炼条件等来确定生铁品种及其主要成分含量。本计算的生铁品种为炼钢生铁，其成分见表6。表6 预定生铁成分表（）FeSiMnPSCTiV合计949.200 1.700 3.000 0.800 0.300 43.000 0.700 1.3001000.000 （2）炉渣碱度 炉渣碱度根据冶炼的铁种及脱硫要求（即硫负荷的高低）来选择。一般情况下，冶炼炼钢生铁时采用二元碱度R=CaO/SiO2，其值为1.01.25。当炉渣中MgO含量较高且波动大时，应采用三元碱度R=(CaO+MgO)/SiO2，其值一般为1.301.50。本计算取R=（ 1.35 ）。 （3）送风制度及其它 见下表（表7）。表7 送风制度及其它原始条件热风温度（tb,）1200/1150煤比（G煤，kg/t）180鼓风湿份（，%）1.5炉顶煤气温度（tg，）200鼓风富氧率（，%）2煤粉入炉温度（t煤，）50矿石入炉温度（t矿，）30表1 混合矿成分表（%）名称TFeMnPSFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeSFeS2P2O5TiO2V2O5烧损合计H2O物H2O化CO2烧结矿54.034 0.019 8.770 67.401 5.242 2.507 11.527 3.477 0.346 0.051 0.121 0.500 0.058 100.000 球团矿56.878 0.004 3.730 77.100 6.050 3.230 1.140 0.890 0.230 0.011 0.060 7.230 0.329 100.000 精块矿55.091 0.005 1.210 77.350 18.320 1.490 0.460 0.570 0.520 0.010 0.070 100.000 混合矿54.709 0.014 7.006 70.336 6.711 2.550 8.343 2.669 0.340 0.038 0.001 0.104 1.796 0.106 100.000 混合矿配比为：烧结矿：球团矿：精块矿=70：20：1078 表2 熔剂成分表（%）熔剂TFePSFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeS2P2O5烧损合计H2O物H2O化CO2石灰石0.004 1.730 1.130 48.820 4.520 0.010 43.790 100.000 表3 焦炭成分表（%）TFe固定碳灰 分挥 发 分有机物合计H2O物全硫SiO2Al2O3CaOMgOMnOP2O5FeSFeOMeOCO2COH2N2CH4HNS0.499 85.267 5.911 4.617 0.482 0.150 0.211 1.686 0.150 0.201 0.341 0.271 0.030 0.261 0.422 100.000 2.300 0.499表4 煤粉成分表（%）CHONSH2O灰 分合 计SiO2Al2O3CaOMgOFeOMeO混合煤78.570 4.280 3.970 0.980 0.200 1.510 5.360 2.820 0.680 0.170 1.100 0.360 100.000 表5 整理后的原、燃料成分表（）元素与化合物焦 炭矿 石石 灰 石煤 粉abcab=a*cab=a*cab=a*cab=a*cFe2O3FeFe2O30.70000 703.357 492.350 0.000 0.000 FeOFeFeO0.77778 16.860 13.113 70.060 54.491 11.000 8.556 Fe氧化13.113 546.841 0.000 8.556 FeS2FeFeS20.46667 0.010 0.005 0.000 0.000 FeSFeFeS0.63636 2.110 1.343 0.379 0.241 Fe金属Fe金属1.00000 Fe1.343 0.246 0.000 MnO2MnMnO20.63218 MnOMnMnO0.77465 3.402 2.635 Mn氧化2.635 FeS2SFeS20.53333 0.000 0.000 0.000 FeSSFeS0.36364 0.767 0.000 S有机S有机1.00000 4.220 4.220 2.000 2.000 SS4.987 0.000 0.000 0.000 2.000 TiO2TiTiO20.60494 17.960 10.865 V2O5VV2O50.56044 1.064 0.596 P2O5P0.43662 0.000 0.000 1.037 0.453 0.100 0.044 SiO2si0.46666 59.110 67.114 31.319 17.300 53.600 Al2O30.52941 46.170 25.499 13.499 11.300 28.200 CaO4.820 83.429 488.200 6.800 MgOMg0.60000 1.500 0.900 26.689 16.013 45.200 27.120 1.700 1.020 MeO1.500 0.000 3.600 CO2CaOCO2MgOCO2碳酸盐CCO20.27273 437.900 119.428 H2O化0.000 15.100 C固定852.670 785.700 m3/kgCO20.50509 2.010 1.015 CO0.80000 3.410 2.728 CH41.40000 2.610 3.654 H211.20000 2.710 30.352 42.800 N20.80000 0.300 0.240 9.800 O20.70000 39.700 总计1000.000 1000.000 1000.000 1000.000 H2O物23.000 * FeS2、FeS的（千分）含量在上边已经出现过，这里不宜再列出2.1.2 计算中需要选定的数据 （1）矿石配比 当采用多种矿石冶炼时，应根据矿石来源、供应情况及造渣制度的要求等来选择适宜的配矿比。为方便计算，按各种矿石配比算出混合矿成分（见表1）。本例为冶炼炼钢生铁，配矿的原则是不能使生铁含磷量出格，否则应另配低磷矿石。 本计算的配矿比为：烧结矿：球团矿：精块矿=70：20：10。（2）各元素的分配比各元素在生铁和炉渣间的分配比例见表8表8 各种元素在炼钢生铁及渣中的的分配元素FeSiTiVMnPS*铁中（）0.9980.0300.020.8000.6001.0000.080渣中（）0.0020.9700.980.2000.4000.0000.830* 其余的硫挥发进入煤气 （3）铁的直接还原度rd和氢利用率的设定 可选取相似条件下冶炼结果的具体数值。本计算取rd=0.50，rCO=0.43，H2=0.4。 （4）碳酸盐分解出来的CO2与C的反应率（bCO2） 该值一般波动在0.50.75之间，本计算取bCO2=0.5。 （5）生铁和炉渣的焓 与冶炼的铁种和炉渣组成有关。本计算取w铁=1172kJ/kg铁，w渣=1758kJ/kg渣。 （6）外部热损失（ Zc）Zc=Z0 / I 式中：Zc1kg燃料碳的外部热损失，kJ/kg; I高炉冶炼强度，t/(m3.d） Z0当冶炼强度为1.0时1kg碳的热损失。此值根据生铁品种、高炉容积、炉衬侵蚀情况等因素在下列范围内选择 铁种 炼钢生铁 铸造生铁 特殊生铁 Z0 10501450 12551675 14651885 本计算取Z0= 1136.36， I= 1.0 ， 则Zc= 1136.36 kJ/kg2.2 计算方法2.2.1 理论出铁量和理论出渣量计算 Fe、Mn、P、Cr、Ni、V等进入生铁中的数量主要取决于它们在原料中的含量，而Si、Ti、S、C等元素进入生铁中的数量则主要取决于冶炼制度。 （1）各种入炉料的理论出铁量（e）计算公式为：e = ，kg/kg式中：Fe、Mn、P原料中该元素的含量，kg/kg；M原料中Cr、Ni和V等元素的含量，kg/kg；Fe、Mn、P、M各元素在生铁中的分配率。（2）各种入炉料的理论出渣量（u）计算公式为：u = +， kg/kg式中：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、MeO及Fe、Mn、S为化合物与元素在入炉料中的含量，%；上式中*项有系数0.5是因为渣中的Ca2+全部以CaO计入，而S在渣中是以CaS的形式存在的，CaS与CaO的分子量之差为16，即0.5S，故渣中的S只能以0.5S计入。表9 原料的理论出铁量和理论出渣量计算（ kg/kg）项目焦炭矿石石灰石煤粉理论出铁量Fe*Fe14.427 545.993 0.000 8.538 Mn*Mn1.581 P*P0.000 0.453 0.044 V*V0.000 0.477 0.000 0.000 A114.427 548.504 0.044 8.538 B1=Si铁+C铁+S铁45.700 45.700 45.700 45.700 e=A1/（1000-B1）0.015 0.575 0.000 0.009 理论出渣量SiO2+Al2O3+MeO+V2O5106.780 93.677 28.600 85.400 CaO+MgO+TiO26.320 128.078 533.400 8.500 72/56*Fe*Fe0.034 1.407 0.000 0.022 71/55*Mn*Mn1.361 0.5S*S2.070 0.000 0.000 0.830 A2115.203 224.523 562.000 94.752 B2=60/28Si铁+0.5S铁7.279 7.279 7.279