毕业设计—高炉炉型设计

1、本科生毕业设计目录中文摘要I英文摘要n1绪论 41.1砖壁合一薄壁高炉炉型的发展和现状 41.2砖壁合一薄壁高炉炉型的应用 42高炉能量利用计算 62.1高炉能量利用指标与分析方法 622直接还原度选择 72.3配料计算 82.4物料平衡 132.5热平衡 173高炉炉型设计 233.1炉型设计要求 233.2炉型设计方法 243.3炉型设计与计算 244高炉炉体结构 284.1高炉炉衬结构 284.2高炉内型结构 294.3炉体冷却 304.4炉体钢结构 314.5风口、渣口及铁口设计 315砖壁合一的薄壁炉衬设计 335.1砖壁合一的薄壁炉衬结构的布置形式 335.2砖壁合一的薄壁炉衬高炉

2、的内型 335.3砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内衬 345.4薄壁高炉的炉衬结构和冷却形式 346结束语 36参考文献 3720近年来，炼铁技术迅猛发展，总的发展趋势是建立精料基础，扩大高炉容 积，减少高炉数目，延长高炉寿命，提高生产效率，控制环境污染，持续稳定地 生产廉价优质生铁，增加钢铁工业的竞争力。现代高炉的冶炼特征是 ，低渣量, 大喷煤，低焦比，高利用系数；高炉结构的特征是，采用软水冷却、全冷却壁、 薄壁炉衬、操作炉型的薄壁高炉。高炉采用大喷煤、高利用系数冶炼，要求改善 高炉的料柱透气性和延长高炉寿命高炉精料、布料、耐火材料、冷却等技术的进 步,不断促进长寿的薄壁高炉发展。高炉的炉型随着高

3、炉精料性能、冶炼工艺、高炉容积、炉衬结构、冷却形式 的发展而演变，高炉设计的理念也随着科学技术的进步和生产实践的进展而更 新。薄壁高炉的设计炉型就是高炉的操作炉型，在生产中几乎始终保持稳定， 消除了畸形炉型。长期稳定而平滑的炉型，有利于高炉生产的稳定和高效长寿。 高炉操作炉型的显著特征是，炉腰直径扩大，高径比减小，炉腹有、炉身角缩 小。这种炉型发展趋势是炼铁技术进步的反，它有利于改善高炉料柱透气性，稳 定炉料和煤气流的合理分布，延长高炉寿命，对大型高炉采用大喷煤、低焦比、 高利用系数冶炼更有意义。关键词：高炉炉型砖壁合一设计ABSTRACTIn rece nt years, the rapid

4、 developme nt of iron tech no logy, the overall trend is expected to establish a fine basis for the expansion of blast furnace capacity, reduce the number of blast furnace, blast furnace to extend life, increase productivity, control of environmental pollution, continuous and stable production of lo

5、w-cost high-quality pig iron, iron and steel in dustry in creased competitive ness. Characteristics of a moder n blast fur nace smelt ing, the low amount of slag, the pulverized coal in jecti on and low coke rate, high utilization factor; blast furnace structure is characterized by the use of soft w

6、ater cooli ng, cooli ng the whole wall, th in lining, the thi n-walled blast furnace operation. Large blast furnace pulverized coal injection, high utilization factor smelting, blast furnace to improve permeability of the material column and extend thelife of blast furnace blast furnace feed, cloth,

7、 refractories, cooling and other tech no logical adva nces, and con sta ntly promote the developme nt of long thi n-walled blast fur nace.With the fur nace blast fur nace blast furn ace feed performa nee, smelt ing process, blast furn ace capacity, li ning structure, cooli ng the evoluti on of forms

8、 of developme nt, blast furn ace desig n con cepts with the scie ntific and tech no logical progress and product ion and update the progress of practice.Thi n-wall desig n of blast furn ace is the blast furn ace operati on, almost always in product ion rema ined stable, the elim in ati on of the def

9、ormity furn ace. Lon g-term, stable and smooth furnace, blast furnace production is conducive to the stability and efficiency and Iongevity. Blast furnace operation of the salient features is that the furn ace to expa nd the waist diameter, height-diameter ratio decreases, there is belly stove, heat

10、er body narrow angle. This trend is the development of iron-smelting furn ace tech no logy an ti-, it will help to improve the blast-furnace colu mn permeability, stability, and charge a reas on able distributio n of the gas flow to exte nd the life of a blast furnace, blast furnace of large large c

11、oal, low coke ratio, high utilization factor is more meaningful smelting.Keywords: F urn ace Blast; Furn ace ； One brick wall ； Desig n高炉在冶金工业中的重要地位，决定了高炉钢结构设计技术的理论和经济 价值。高炉炉型合理与否，对炼铁生产技术经济指标有着扳其重要的影响。近十 几年来，随着高炉结构向现代化、大型化的发展，高炉冶炼技术和冶炼强度不断 提高，要求愈来愈精细的炉型结构与之相适应。现代化高炉，其设备不仅承受着 巨大的载荷，而且在生产过程中还处于高温、高压和多

12、尘的严酷条件下工作，极 易磨损和侵蚀。为了确保高炉生产长时期顺利进行，对高炉提出了越来越高的要求。这些要求主要包括：有高度的可靠性；寿命长，易于维修；尽可能定型化合 标准化；易于实现自动化操作等。1.1砖壁合一薄壁高炉炉型的发展和现状近年来，炼铁技术迅猛发展，总的发展趋势是建立精料基础，扩大高炉容 积，减少高炉数目，延长高炉寿命，提高生产效率，控制环境污染，持续稳定地 生产廉价优质生铁，增加钢铁工业的竞争力。现代高炉的冶炼特征低渣量，大喷煤，低焦比，高利用系数高炉结构的特 征是,采用软水冷却、全冷却壁、薄壁炉衬、操作炉型的薄壁高炉。高炉采用大喷煤、高利用系数冶炼，要求改善高炉的料柱透气性和延长

13、高炉 寿命高炉精料、布料、耐火材料、冷却等技术的进步，不断促进长寿的薄壁高炉发展。近年来新建或改造的薄壁高炉，设计标准炉龄15年,利用系数大于等于 2.3,单位炉容产铁10000t/m3以上。1.2砖壁合一薄壁高炉炉型的应用德国不来梅厂2号高炉工作容积3143 m3,炉缸直径12m,全部采用冷却壁软 水闭环冷却，设计炉龄15年，生产能力7300t/d,高炉于1999年11月大修改造后 投产。炉型的主要特征为：炉腹角73.670,炉身角83.04。炉缸墙上部采用微孔炭 砖,炉缸下部和炉底异常侵蚀区采用超微孔炭砖，炉缸炭砖热面以小块刚玉砖保 护炉缸炉底周 围采用2段铜冷却壁，高热负荷区采用段铜冷却

14、壁，热面只喷涂 50mm色热保护层。炉身中上部及炉喉区域，采用8段铸铁冷却壁。武钢1号高炉大修改造，炉容从1386 m3扩大到2200 m3,炉缸直10.7m,采 用全冷却壁软水串联冷却系统，设计生产能力170万t/a,炉龄15年，计划2001 年5月投产。炉型为矮胖型，高径比2.45,炉身角83.450,炉腹81.63。炉缸采用 微孔炭砖和陶瓷杯结构，炉底水冷,上砌2层1.2m半石墨炭砖，顶面以2层高铝 砖保护,炉底异常侵蚀区亦采用微孔炭砖，死铁层深2m炉腹采用2段双层水管 铸铁冷却壁,热面嵌砌一刚玉砖,砖衬厚度150mm炉腰和炉身下部引进PW型铜冷 却壁2段夕铜冷却壁厚度120mm含C99

15、.9%,连铸成型并铸椭 圆形流通道，消 除传统铸管产生的绝热层，热面嵌砌155mn厚一砖衬，炉身中下部采用4层双层 水管铸铁冷却壁，热面亦嵌砌一砖衬炉身中上部采用单层水管铸铁冷却壁，热 面嵌砌155mm厚浸磷粘土砖炉身上部采用1段光面冷却壁,维持布料内型长期稳 定。莱钢1000n3高炉设计采用全覆盖、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、炭砖-陶瓷杯复合炉底、软水密闭循环冷却系统、PW串罐无料钟炉顶、改进型顶染式热风炉、全干法布袋除尘等一系列先进实用技术。炉体框架设计采用自立式框架结构，炉腰平台以下的4根框架柱为倾斜结构， 底部框架跨距为16m*16m炉体中上部14m*14m平台宽敞，炉体负荷轻.高炉内

16、型 设计有利于强化冶炼的矮胖型，并采用全冷却壁、砖壁合一薄壁内衬、水冷炉喉 钢砖、铜冷却壁、水冷炭砖炉底、软水密闭循环冷却系统等技术。保证了高炉的 顺利生产。在总结国内外同类型容积高炉内型尺寸，原燃料条件，建议设计采用适宜强 化冶炼的矮胖炉型，其优点如下：（1）适当矮胖，减小炉腹角、炉身角。有效高度 Hu26.2m,可适应济钢焦碳强 度，出/D为2.4,适应济钢原料条件,可保证炉况顺行和强化生产需要。较小的炉 身角有利于受热膨胀后的炉料下降，较小的炉腹角有利于煤气流的均匀分布，减 小对炉腹生成渣皮的冲刷，保护炉腹冷却壁，延长其寿命。（2）加深死铁层厚度，有利于开通死料柱下部通道，从而减少出铁时

17、铁水环流 对炉衬的侵蚀，提高炉底炉缸寿命。同时较深的死铁层可多贮存铁水，保证炉缸有 充足的热量储备，稳定铁水温度和成分。（3）加大炉缸高度。可保证风口前有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充 分燃烧及改善高炉下部中心焦的透气（液）性，有利于改善气体动力学条件。2高炉能量利用计算钢铁联合企业中，炼铁工序能耗占吨钢能耗 50%以上。2007年我国钢铁工业 能源消耗量占全国总能耗的14%以上。相当长时期内，能源都将是制约我国国民 经济发展的重要因素，所以炼铁节能工作的必要性和重要性就更为突出了。炼铁过程所耗能源品种很多、如燃料、电力、等各种耗能。在各种形式的能 耗中，燃料占每吨生铁总能耗的 80%以上。

18、因此，充分利用高炉冶炼过程所用 燃料的能量，是节能的中心问题。作为炼铁能源的燃料主要是焦炭、煤粉，焦炭不仅为高炉冶炼提供必要的热 能和化学能，而且在炉内还起着骨架作用。所以分析高炉冶炼的能量利用时， 需 就以上三个方面全面考虑、研究改善和利用的途径。迄今为止，对燃料热能和化 学能的利用研究较多，而对焦炭的骨架作用，因其尚未成为冶炼过程的突出矛盾， 尚待深入研究。应当指出，高炉焦节的下限是由骨架作用决定的。因此，节约焦 炭不只是充分利用其能量，也应不断改善焦炭的冶金机械性能。往高炉内鼓入具有一定压力的热风，也是一种重要的耗能工质，或者说载能 介质。热风具有的能量一是热能，风温愈高、风量愈大，所带

19、入的热能愈多；另 一是压力能，风压越高，能量越大，这部分能量因热风燃烧燃料后而以煤气的压 力形式表现出来。煤气在炉内上升过程中，克服料层阻力而损失了一部分能量， 剩余的能量由具有一定压力的炉顶煤气带走。 目前国内多数高炉把这部分能量利 用起来进行煤气余压发电。余压作为二次能源，受到高度重视并逐渐加以利用。高炉冶炼所得的其它二次能 源，如冷却水的压力（头）和热量、渣、铁水的显热，热风炉烟气的余热等的用， 也开始受到重视，有的已在生产中得到利用，如冷却水压差发电，热风炉烟气余 热回收等。2.1高炉能量利用指标与分析方法2.1.1能量利用指标高炉能量利用指标，一般分为两大类，即热能利用指标和化学能利

20、用指标。前者如有效热量利用系数，碳素热能利用系数等；后者如CO、H2的利用率，直接还原度，间接还原度等，即能量总的利用程度则集中表现为焦比或燃料比。 有效热量利用系数Kt与碳素热能利用系数Kc51）有效热量利用系数Kt，它是指冶炼单位生铁的有效热量消耗 Q效与总热量消耗Q总的百分比：Q效Kt 100%(2-1)其值大小，表明高炉中热能利用的好坏，通常为80%90%。2) 碳素热能利用系数 Kc是指高炉内每单位固定碳燃烧时放出的热量，与碳完全燃烧时所放出的热量之比Kc0.293 0.707Cc2 CQc9797 (C Cm) 33410 Cc33410 C33410 C(2-2)式中 Qc冶炼单

21、位生铁时，在高炉内燃烧生成 CO和CO2,放出的总热量, kJ;Cco2 冶炼单位生铁燃烧成 CO2的碳量，kg;C 冶炼单位生铁消耗的碳量，kg。其值大小表明高炉热效率的高低，通常为 50%60%。显然在一定碳耗下， 间接还原愈发展，Kc值就愈高。 CO和H2的利用率CO和H2利用率是衡量煤气化学能利用程度的指标，在计算时不应包括炉料 带入的H2O和CO2。CO和H2的利用率是正相关的，改善 H2的利用，也同时改 善了 CO的利用。但在高炉不同部位，它们的利用率是不一样的。在高炉下部高 温区域，H2的利用率大于CO的利用率；而在高炉上部低温区域，则CO利用率 大于H2的利用率。其相关性有多种

22、经验公式表示。式2-3是其中一例。h2 0-88nCO 0-1(2-3)2.1.2能量利用分析方法在生产中一般是观察炉顶煤气温度，比较CO2曲线，分析混合煤气中的CO2 含量，计算实际焦比、燃料比等。这些方法比较简便、直观，较粗略，能大致看 出高炉内能量利用的情况；但不能全面地反映能量利用的好坏， 一般情况下，也 不能从中分析出进一步改善煤气能量利用的途径。另外一种普遍使用的方法是计算法，或计算与图解相结合的方法。计算法包 括直接还原度计算、配料计算、物料平衡与热平衡计算，理论焦比计算等。计算 与图解法有巴甫洛夫直接还原度图解，Rist操作线和区域热平衡图解等。2.2直接还原度选择在编制物料平

23、衡时，为了确定单位生铁消耗的风量，必须先知道铁的直接还原度。铁的直接还原度可按经验公式计算。如果经验公式中数据不全，则可按拉 姆推荐的数值（表2-1）进行选择。在喷吹燃料后，由于 H2的还原作用加强，rd 的值小于表2-1中数据。此时，可计算出H2的还原率，由rd rH2即可作为所 在条件下的直接还原度。高炉直接还原度也可按拉姆建议的直接还原度指标 Rd即0.5(CO2 CO)Rd 100 Ri2CO20.5CON气气 100% N气(2-4)式中Ri-高炉间还原度；N气-煤气中的N2量，;CO、CO2-分别为煤气中该成分的百分含量，;0.21(1 f) 0.5f3-风中O2/N2的比值。(0

24、.79(1 f)f为鼓风湿度，)表2-1不同冶炼条件下的直接还原度冶炼条件rd炼钢生铁：0.38 0.71.最易还原的矿石：高碱度熔剂性烧结矿富褐铁矿及焙烧过的 菱铁矿等0.35 0.52.赤铁矿、假象赤铁矿及普通烧结矿0.45 0.63.不很致密的磁铁矿、含FeO较高的烧结矿及未经焙烧的菱铁矿0.6 0.74.致密的磁铁矿，未处理的钛磁铁矿及过熔烧结矿铸造铁及镜铁：比炼钢生铁高5%10%硅铁及锰铁：0.85 1.0由（2-4）式可知，只要根据煤气的平均成分和鼓风湿度，便能计算出高炉的 直接还原度，使用很方便。2.3配料计算配料计算是高炉操作的重要依据，也是检查能量利用状况的计算基础。配料计算

25、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（而焦比或燃料比一般根据生产经验和设计指标来确定），以配制合适的炉渣成分和 获得合格的生铁。通常以一吨生铁的原料用量为基础进行计算。2.3.1计算准备及需要确定的已知条件原始资料整理在生产中原料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不吻合，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%。为此，首先要确定元素在原料中存在的形态，然后进行核算，并使总和为100%。换算为100%的方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为100% ;或者按分析误差允许范围，人为地调整为100%。调整幅度不大时，以调 AI2Q或Mg

26、C为宜 在各种原料中化合物存在的形式和有关换算，按下述方法处理。烧结矿分析中的S、P、Mn分别以Fes P2Q、MnO形态存在。它们的换算为:S FeSFeS S 88%32142Pt P2O5P2O5 P%2 31Mn MnO71MnO Mn%55式中S、P、Mn等元素皆为分析值（百分含量）。当要计算FeO3时，需从生铁（TFe） 中扣除FeO和 FeS中的Fe,再进行换算。Fe2O3162 Fe FeO1125672FeS 56 %88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为换算所得的硫化铁量。天然矿石中的S以FeS形态存在，换算式如下：120 FeS2 S

27、%64式中S为分析所得的百分含量。焦炭工业分析是指干焦分析，固定碳是由100%减去各项成分的百分含量后 得到的，故焦炭分析不需调整。但是焦炭灰分各组成若按 100%计算，亦应调到 100% ;同理，挥发分也应如此。但因挥发分中 N2量为总量与各项含量之差，故 亦不需再调。焦炭中的Fe以FeO- SQ2及FeS状态存在，Mn呈MnO SQ2形态，S以有机 S和FeS状态存在，P以磷酸盐存在，C以近似石墨碳和无定型碳各半存在于焦 炭之中。熔剂的碱性物质必须与其烧损（CO量）相适应，在此基础上再调为100%。 石灰石、白云石中的Fe以FeCO、FqQ状态为主，Mn以高价氧化物状态存在，P 为P2Q或

28、磷酸盐，S呈SO状态。选配矿石在使用多种矿石冶炼时，应据矿石供应量及炉渣成分要求选定适当配比。 此 时需注意矿石含P量不应超过生铁允许含P量。因考虑P全部进入生铁，故需依 矿石含P量事先核算，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。 需要确定的冶炼条件1）根据原料条件、国家标准及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，按经验和实际生产数据选择，一般可 参考表2.2选定。表2.2常见元素分配率（炼钢铁）兀素铁种FeMnPSV生铁0.9970.5001.000一0.80

29、0炉渣0.0030.500一一0.200煤气一一一0.050一3）炉渣碱度。碱度的选择，主要取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁、钒钛磁铁矿时，还应考虑炉渣抑制硅钛还原和利于钒的回收能力。在正常的炉缸温度下，要保证流动性和稳定性。因此，除考虑二元碱度外，还需有适宜的MgO含量。若炉料含碱金属，还应兼顾炉渣排碱要求。4）燃料比。确定燃料比应依据冶炼铁种、原料条件、风温水平和生产经验等全面 衡定。在有喷吹的高炉上，力争多喷燃料。5）炉尘量、废铁加入量，应根据冶炼条件事先确定。 计算内容1）矿石用量计算；2）熔剂用量计算；3）生铁成分验算；4）渣量及炉渣成分计算；5）炉渣性能校验。 计算步骤任务

30、要求：入炉原料品位：w（TFe）=56%;焦比： 355kg/t铁煤比: 125kg/t铁；熟料率： 85%风温： 1150C;利用系数：2.2t/（ m3.d）炉渣碱度:1.0-1.05;炉渣 MgO%=7.0-13.0%a.原料成分表2.3原料成分（）成分原料、FeMnPSFe2OFeOMnOMnOCaO烧结矿55.630.0930.0480.03370.308.18一0.1210.10优质块矿58.940.1640.0430.6476.47.020.260.82混合矿55.990.1020.0470.03673.006.300.030.0169.08成分原料MgOSiO2Al 2O3Pa

31、OFeSFeSSO烧损艺烧结矿2.616.201.130.11一0.09一1.16100.00优质块矿0477.130.950.1050.251.13100.00混合矿2.376.301.260.1150.030.08一1.16100.00b.焦炭成分表2.4焦炭成分（% ）固疋炭SiO2Al 2O灰分，12.17FeSP2C5CaOMgOFeO85.635.654.830.760.120.750.050.01续表2.4CO挥发分，0.90COCHHkN2有机物，H2Nk1.30S游离水0.330.330.030.060.150.400.400.50100.000.524.8C.喷吹物成分表2

32、.5喷吹物成分（）d. 配矿比。烧结矿：优质块矿二89:11，配成混合矿。e. 生铁成分。表2.6生铁成分（）成分SiMnSPCFe%0.350.090.030.084.4595.00100.00f.焦比 350kg，煤比 130kg。风温 1200 Cg.元素分配率。表2.7各种元素分配表FeMnPS生铁0.9970.51.0炉渣0.0030.50煤气0000.06h.炉渣碱度r=coo 1,04现以1000kg生铁作为计算单位进行计算矿石量=310 FeFe 焦煤 Fe 渣Fe矿kg t-1(2-5)式中Fe矿矿石含铁量，;Fe焦炭及煤粉带入铁量，kg；co Fe生铁含铁量kg ； Fe渣

33、进入炉渣的铁kg。据（2-5）铁平衡关系式得：焦炭带入Fe量=35056 0.007556 0.000572882.153 (kg)煤粉带入Fe量=1300.0045 56720.455 (kg);进入渣中Fe量=950鬻=2.86 (kg)；(相当于 FeO3.68kg)需要混合矿量二9502.18 0.43750.5603286 = 1695.97 ( kg)表2.8每吨生铁炉料实际用量名称干料用量，kg机械损失，水分，头际用量，kg混合矿1695.970.5一1695.97 X 1.005 = 1704焦炭350.00.54.8350.0 X 1.053 = 368.5煤粉165一一16

34、5共计2210.972237.5 终渣成分1) 终渣S量炉料全部含 S 量=1695.97 X 0.0005 + 350X 0.0052 + 165X 0.0066 二 3.76(kg)进入生铁S量二0.3(kg)进入煤气 S 量=3.76 X 0.06 = 0.22(kg)进入炉渣 S 量=3.76-(0.3+0.23)= 3.23 ( kg)2) 终渣卩60量=3.68kg713) 终渣 皿门0量=1695.97 X 0.001 X 0.5 X 12 = 1.12(kg)554) 终渣 SO量=1695.97 X 0.0630 + 350X 0.0565 + 165X 0.0748-3.5

35、 X 聖28=131.46 (kg)5) 终渣 CaOM= 1695.97 X 0.0908 + 350X 0.00076 + 165X 0.006=155.25 (kg)6) 终渣 Al 203量=1695.97 X 0.0126 + 350X 0.0483 + 165X 0.0342=43.92 (kg)7) 终渣 MgO*= 1695.97 X 0.0237 + 350X 0.0012 + 165X 0.003二 41.1 (kg)将终渣成分及数量列表。表2.9终渣成分成分SiO2Al 2O3CaOMgOMnOFeOS/2Rkg131.4643.92155.2541.101.123.68

36、1.61378.14%34.7611.6141.0610.860.290.970.43100生铁成分校核3 621) 含 P 量=10- X( 1695.97 X 0.00047 + 350X 0.0001 X )= 0.08 %1422) 含 S 量=0.03 %; Ls 0.43 228.670.033) 含 Si 量=0.35 %551004) 含皿门量=1.10= 0.09 %7110005) 含 Fe 量=95%6) 含 C 量=100-( 95.00 + 0.09 + 0.35 + 0.03 + 0.08 )= 4.45 %2.4物料平衡物料平衡是建立在物质不火定律的基础上，以配料

37、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，校核高炉冷风流量, 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。2.4.1原始资料 原料全分析并校正为100%; 生铁全分析； 各种原料消耗量； 鼓风湿度； 选择直接还原度，或依煤气成分算得； 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.2 %与f反应生成CH,（全焦冶炼可选0.5 %1.0 %的C与H生成CH）。上述1、2、3原始条件已由配料计算给出，本例仅假定其余各项未知条件，分别为鼓风湿度f = 1.5 %，即

38、12g m-3;直接还原度rd = 0.45。2.4.2根据碳平衡计算风量 风口前燃烧的碳量C风据碳平衡得：C 风=艺 C燃一3 C X 10 艺 C直一CCH4（2-6）式中C风风口前燃烧的C量，kg；工C燃、工C直、CCh4分别为燃料带入C量，直接还原耗C和生成CH的C 量，kg，3 C生铁含C量，。按（2-6）式分别进行计算。燃料带入固定碳=CJ +350X 0.8563 + 130X 0.7748=400.429(kg)；溶于生铁的碳=00.04445 X 1000= 44.5(kg)；直接还原耗碳=CMn+ CSi十G+ Ge=0.9 X 12 + 3.5 X 24 + 0.8 X

39、60 + 950X 0.45 X 1255286256=0.20 + 3+ 0.77 + 91.60 = 95.58(kg)；生成 CH耗碳=400.429 X 0.012 = 4.805( kg)；则风口前燃烧的 C量：C风=400.429 44.5 95.58 4.805 = 255.54(kg)。占入炉总C量的63.82 %。 风量计算(V风)根据氧平衡可得：。料 C风 0.933 Qo20.21 0.29fm3/t 铁(2-7)1622 4其中 QO7M Om （M H2Om ）m3/t 铁1832式中 工C料X C风X 0.933风口前燃烧的C所需氧量（ml）（工C料为燃料带入C量，

40、C风为C在风口前的燃烧率）；qo 燃料带入的氧量(m)( m为煤粉，Q、Ha为煤带入的氧和 ho 量)；0.21 + 0.29f 鼓风含氧浓度(f为鼓风湿度)。按(2-7)式分别进行计算。鼓风含氧浓度=0.21 + 0.29 X 0.015 = 0.2144 (mb m3);风口前 C 燃烧所需氧量=400.429 X 63.82%X 0.933 = 238.4 (ml);燃料带入氧量=130X( 0.0405 + 0.0079 X 16 )X 丝4 = 4.32 (mi);1832每吨生铁鼓风量= 空84 432 =1091.8( m)0.21442.4.3煤气成分及数量计算计算步骤1) C

41、H由燃料碳素生成 CH= 4.32 X 空 =8.064(mi)12焦炭挥发分含 CH= 350X 0.0003 X 丝4 = 0.147 ( m)16进入煤气的 CH = 8.064+0.147 = 8.211(mi)0.04350.0079 218空=99.023 ( m)2X + 130 X22) H2入炉总H2量=鼓风带入H2+焦炭带入H2 +煤粉带入H2 即 H2 总=1091.8 X 0.015 + 350 X ( 0.0006 + 0.004 )设在喷吹条件下有40% H参加还原，则参加还原的99.023 X 0.4 = 39.61 (mi)生成 CH 的 H = 8.064 X

42、 2= 16.128(mi)进入煤气的 99.023 ( 39.61 + 16.128 )= 43.286 (mi)riH43.286563 22.49507.64% (假定用H还原的铁氧化物中,1/3是用于还原FeaO, 2/3是用于还原FeO22 43) CQ 由 FeO FeO生成的 CO= 1695.97 X 0.6999 X 22二=166.14 (mi)160由 FeSFe 生成的 CO= 950X( 1.0 0.45-0.0844 )X 丝 = 176.93 (mi)5622 43由 MnOMnO生成的 CO= 1695.97 X 0.0003 X = 0.131 (m)87另外

43、，“参加还原反应，相当于同体积的CC所参加的反应，所以CO生成量中应减去 48.09m3，总计间接还原生成CO量=166.14 + 176.93 + 0.131 43.58 =299.621(卅)各种炉料分解或带入的CO= CO焦+ CQ矿22422 4=350X 0.0033 X 丝 + 1695.97 X 0.0116 X 丝4444=10.6( m)煤气中总 CQ量=299.621 + 10.6 = 310.22(m3)22 44) 风口前碳素燃烧生成 C8 299.55 X 224 = 558.6(m)12元素直接还原生成 C8 95.58 X 224 = 178.42 (ni)12焦

44、炭挥发分中 C8 350X 0.0033 X 224 = 2.156 (吊)12间接还原消耗C8 295.11(ml)煤气中总 CO 558.6 + 178.42 + 2.156 295.11 = 444.066 (ni)5) N2 N 2由鼓风、焦炭及煤粉带入，其总量为：N 风+ N焦+ N 煤=1091.8 X (1 0.015) X 0.79 + 350X 0.0055 X 224 + 165X280.0042 X 竺=851.434 (ni)28据以上计算结果，列出煤气组成如表2.10 o表2.10煤气成分表成分COCONbHbCH总计vg/v 风体积，3 m310.22444.066

45、851.43443.2868.2111657.2171.416%18.6526.751.192.960.5100.002.4.4编制物料平衡表 计算鼓风量1m鼓风质量=0.21 0.985 32 .79 0.985 28 .15 18 = 1.28(kg m3)22.4全部鼓风质量=1091.8 X 1.28 = 1397.504 (kg) 计算煤气质量1m 煤气质量_ 0.1691 440.2456 280.5508 28 0.0056 160.0289 2木、22.4=1.33(kg m3)全部煤气质量=1657.217 X 1.33 = 2204.099(kg) 水分计算炉料带入水分=3

46、50X 0.048 = 16.8 (kg)煤粉水分=130X 0.0079=1.027 (kg)H还原生成水分=39.61= 31.83 ( kg)22.4总计水分质量=16.8 + 1.027 + 31.83 = 49.66 (kg) 炉料机械损失=2237.5 - 2210.97 - 16.8 - 1.027 = 8.703( kg)根据上述计算结果，列出物料平衡，如表 2.11 o表 2.11物料平衡表序号收入项Kg序号支出项kg1原燃料2237.51生铁1000.002鼓风1397.5042炉渣378.143煤气2204.0994水分49.665炉尘8.703共计3635.004共计3

47、640.602绝对误差0.154%相对误差0.0042%2.5热平衡热平衡计算的目的，是为了了解高炉内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。编制热平衡计算表 是研究高炉冶炼过程的基本方法之一。热平衡计算的基础是能量守恒定律，即供应高炉的热量应等于各项热量的消 耗;而依据是配料计算和物料平衡计算所得的有关数据。 热平衡计算采用差值法， 即热量损失是以总的热量收入，减去各项热量消耗而得到的，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热损失之中。根据不同需要，可以把热平衡分为两大类，即全炉热平衡和区域热平衡。全 炉热

48、平衡是整个高炉内的热量收支平衡， 作为衡量全高炉的热能利用状况；区域 热平衡则是研究高炉不同部位热能的利用情况，尤其是高炉的高温区域。全炉热平衡现有三种编制方法，这里仅介绍第一热平衡。第一热平衡是根据热化学中的盖斯定律编制的， 即根据加入高炉物料的最初 形态和产品的最终形态，以计算量的转变，而不考虑高炉内的实际反应过程。 例 如铁矿石加入高炉内最终变为生铁， 在热消耗中，只依据原料所含的铁氧化合物 分解耗热；焦炭燃烧最后变成煤气，在热收入项中，只依据焦炭所含碳素的燃烧 反应放热。所以计算简便，也能反映高炉内燃烧和直接、间接还原状况。可以用 来分析直接还原发展的程度，为巴甫洛夫直接还原的图解分析

49、方法奠定了基础。因此，这种热平衡方法可称为经典式的一种方法而广为流传。但是第一热平衡不能真实地反映高炉冶炼过程的热量分配状况，夸大了热量的收入和支出。比如反应 FeO C-Fe+ CQ在计算时，既支出了 FeO的分解热 269755.5kJ (kg mol) -1，也收入了碳燃烧热 117565.3kJ (kg mol) -1;而实 际上反应是吸热 117565.3-269755.5 = 152190.2kJ (kg mol)-1、虽然收支 平衡无错(这也是第一热平衡值得肯定和供使用的重要原因)，但高炉内既未放热117565.3kJ，也没有吸热269755.5kJ。这样在利用热平衡分析热量收支

50、时， 就不能得出更为合理的结论；同时，这种方法不符合现代关于还原机理的概念。第二热平衡基本上按高炉内实际反应过程编制，它克服了热量收入上的不合理计算。例如前述FeO直接还原反应，只计算此反应实际吸热 152190.2kJ (kg mol)-1，而不是按前述二步法来计算。实际上第一热平衡的计算，是设想各还 原过程都包括氧化物的分解，和还原剂的氧化二步组成，这和还原机理的二步理 论一样，显然是不符合实际的。按第二热平衡计算所得的热量总值，接近于高炉内实际收入的热量，也完全相当于高炉内进行化学变化和物理变化所消耗的热量总值。在热量收支比例上， 减少了不合实际的碳素燃烧热量收入和氧化物热量支出的比值，

51、因而也相应增大了其它热收入项和热支出项的比例，同时，能量利用指标也有改变。据以上分析， 以第二热平衡为依据，进行能量利用分析和考虑节焦途径与效果，就比较真实可靠。2.5.1第一总热平衡计算需要补充的原始条件：鼓风温度1200C ;炉顶温度200r ;入炉矿石温度80C。鼓风温度与前面不符 热量收入1) 碳素氧化热由 C氧化成 1m的 CO放热二 33410.66 X 12= 17898.43(kJ m3)22.4由 C 氧化成 1m 的 CO放热=9797.11 X 12 = 5250.50( kJ m3)22.4碳素氧化热=299.621 X 17899.43 + (444.066 - 2.

52、156) X 5250.50=5363045.11+2320248.455=7683293.565 ( kJ)2) 热风带入热1200C时干空气及水蒸汽比热容分别为.433kJ m3C和1.777kJ rrfC本科生毕业设计热风带入热=(1091.8 - 17.827) X 1.433 + 17.827 X 1.777 : X 1200=1884818.3kJ3) 成渣热炉料中以碳酸盐形式存在的 CaO和MgO在高炉内生成钙铝硅酸盐时，1kg 放出1130.49kJ的热量。56混合矿中的 CaO= 1695.97 X 0.0116 X = 25.03 (kg)44成渣热=25.03 X 113

53、0.49 = 28296.16 ( kJ)4) 混合矿带入物理热80r时混合矿的比热为1.0 kJ (kgC )-1混合矿带入物理热=1695.97 X 1.0 X 80= 135677.6(kJ)5) H2氧化放热。1miH 氧化成 I4O放热 10806.65kJ“氧化放热=39.61 X 10806.65 = 428051.4(kJ)6) CH4生成热1kgCH生成热=77874.4 = 4865.29( kJ)16CH生成热=8.064 X 匹 X 4865.29 = 28024.07(kJ)22.4冶炼一吨生铁的总热量收入等于 16项热量之和，即Q 总收=7683293.565+1884818.3+28296.16+135677.6+428051.4+28024.07=10188161.1(kJ)热量支出1)氧化物分解与脱硫a. 铁氧化物分解热设焦炭和煤粉中的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FeO形态存在。铁氧化物分解热由FeO FeO和F