煉鐵高爐課程設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p><b>　　設計說明書</b></p><p>　　設計題目：設計年產(chǎn)制鋼生鐵1040萬噸和鑄造生鐵</p><p>　　100萬噸的高爐車間</p><p>　　2016年1月15日</p><p><b

2、>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　設計題目：</b></p><p>　　設計年產(chǎn)制鋼生鐵1040萬噸、鑄造生鐵100萬噸的高爐車間。</p><p><b>　　設計的基本內(nèi)容：</b></p><p>　　高爐冶煉綜合計算，包括配料平衡、物料平衡和熱平衡

3、計算。</p><p>　　高爐設計，包括爐型設計、爐襯選材、冷卻壁選擇等。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 高爐冶煉綜合計算1</p><p>　　1.1 配料計算1</p><p>　　1.1.1 原始條件1</p><p>

4、　　1.1.2 計算礦石需要量G礦3</p><p>　　1.1.3 計算熔劑需要量4</p><p>　　1.1.4 爐渣成分的計算4</p><p>　　1.1.5 校核生鐵成分6</p><p>　　1.2 物料平衡計算7</p><p>　　1.2.1 風量的計算7</p><p

5、>　　1.2.2 爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算9</p><p>　　1.2.3 編制物料平衡表11</p><p>　　1.3 熱平衡計算12</p><p>　　1.3.1 熱量收入q收12</p><p>　　1.3.2 熱量支出q支13</p><p>　　1.3.3 熱量平衡表15</p&

6、gt;<p>　　2 高爐爐型設計17</p><p>　　2.1 任務要求17</p><p>　　2.2 定容積17</p><p>　　2.3 爐缸尺寸17</p><p>　　2.4 死鐵層厚度18</p><p>　　2.5 爐腰直徑、爐腹角、爐腰高度18</p>&l

7、t;p>　　2.6 其他尺寸18</p><p>　　2.7 校核爐容19</p><p>　　2.8爐襯設計20</p><p>　　2.9冷高爐內(nèi)型示意圖20</p><p>　　2.10冷卻器的選擇20</p><p><b>　　參考文獻22</b></p>

8、<p>　　1 高爐冶煉綜合計算</p><p><b>　　1.1 配料計算</b></p><p>　　1.1.1 原始條件</p><p>　　(1) 原料成分，見表1.11。選取主原料的配比為燒結礦68%、球團礦20%、塊礦12%，分別將表1.11中每種原料成分之和折合成100%，得到表1.12。</p>&

9、lt;p>　　(2) 焦炭成分及噴吹燃料成分，見表1.13和表1.14。</p><p>　　(3) 確定冶煉條件。</p><p>　　某元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分配率見表1.15。</p><p>　　預定生鐵的成分見表1.16。</p><p>　　其中鐵水中Si和S的含量由生鐵質(zhì)量要求定，此處，選取[Si]=0.350%， [

10、S]=0.025%，Mn、P百分含量由原料條件定，C含量參照下式定，其余為Fe。</p><p>　　由表1.2、表1.5計算生鐵各成分：</p><p>　　[Mn]=Mn礦×1.6×Mn在生鐵中的分配率＝0.16%×1.6×50%＝0.128%</p><p>　　[P] = P礦×1.6×P在生鐵中的

11、分配率=0.04%×1.6×100%=0.0648%</p><p>　　[C]＝4.3%-0.27[Si]-0.329[P]-0.032[S]+0.3[Mn]</p><p>　?。?.3%-0.27×0.35%-0.329×0.0648%-0.032×0.025%+0.3×0.128%＝4.22%</p><

12、;p>　　[Fe]=1-[Mn]-[P]-[C]-[Si]-[S]=1-0.128%-0.0648%-4.22%-0.350%-0.025%</p><p><b>　　=95.21%</b></p><p>　　如表1.16所示得到預定生鐵成分。</p><p><b>　　其它參數(shù)為：</b></p>

13、<p><b>　　燃料消耗量</b></p><p>　　焦炭 310kg/tFe(干） 322.4kg/tFe（濕）</p><p>　　煤粉 185kg/tFe （置換比 0.7）</p><p>　　鼓風濕度 12 g/m3</p><p>

14、;　　相對濕度 Φ＝12/1000×22.4/18=1.493%</p><p>　　風溫 1200℃</p><p>　　爐塵量 20kg/tFe</p><p>　　入爐熟料溫度 80℃</p><p>　　爐頂煤氣溫度 200℃</p><p>　

15、　綜合冶煉強度 1.11 t/(d·m3)</p><p>　　利用系數(shù)ηV 2.25 t/(d·m3) 富氧率 2.0%</p><p>　　表1.11 原料成分/%</p><p>　　其中燒結礦堿度為1.9，球團礦堿度為0.6，塊礦堿度為0.06，燒損是3%。</p><p>　　表1.12

16、 原料成分（折合成100%）/%</p><p>　　表1.13 焦炭成分/%</p><p>　　表1.14 煤粉成分/%</p><p>　　表1.15 元素分配率/%</p><p>　　表1.16 生鐵預定成分/%</p><p>　　1.1.2 計算礦石需要量G礦</p><p>　　

17、(1) 燃料帶入的鐵量GFe燃</p><p>　　首先計算爐塵中的焦粉量：</p><p>　　G焦粉=G塵×(%C)爐塵/(%C)焦炭=20×14.95/86.7=3.45kg</p><p>　　高爐內(nèi)參加反應的焦炭量G焦為：</p><p>　　G焦=310-3.45=306.55kg</p><

18、;p><b>　　故可得：</b></p><p>　　GFe燃=( G焦×(%FeO)焦+G煤×(%FeO)煤)×56/72</p><p>　　=(306.55×0.75%+185×0.39%)×56/72=2.19kg</p><p>　　(2) 進入爐渣中的鐵量GFe渣&

19、lt;/p><p>　　GFe渣=1000×[%Fe]生鐵×0.3%/99.7%</p><p>　　=1000×95.21%×0.3%/99.7%=2.865kg</p><p>　　式中 0.3%、99.7%分別為鐵在爐渣和生鐵中的分配率。</p><p>　　(3) 需要由鐵礦石帶入的鐵量GFe礦&

20、lt;/p><p>　　GFe礦=1000×[%Fe]生鐵+GFe渣-GFe燃</p><p>　　=1000×95.21%-2.19+2.865=952.74kg</p><p>　　(4) 冶煉1t生鐵的鐵礦石需要量</p><p>　　滿足生鐵中鐵含量的鐵礦石需要量G礦為：</p><p>　　G

21、礦=GFe礦/鐵礦石的品位=952.74/59.42%=1603.40kg</p><p>　　考慮到爐塵吹出量，入爐的鐵礦石量為：</p><p>　　G’礦= G礦+G塵-G焦粉=1603.40+20-3.45=1619.95kg</p><p>　　1.1.3 計算熔劑需要量</p><p>　　(1) 設定爐渣堿度R</p>

22、;<p>　　爐渣堿度設定為： R=CaO/SiO2=1.2</p><p>　　(2) 石灰石的有效熔劑性CaO有效</p><p>　　CaO有效= (CaO%)熔劑-R×(SiO2%)熔劑</p><p>　　=54.15%-1.2×0.75%=53.24%</p><p>　　(3) 原料、燃料帶入的

23、CaO量GCaO</p><p>　　鐵礦石中帶入的CaO量GCaO礦為：</p><p>　　GCaO礦=G礦×(CaO%)礦=1603.40×7.50%=120.04kg</p><p>　　焦炭帶入的CaO量GCaO焦為：</p><p>　　GCaO焦=G焦×焦炭中的CaO含量=306.55×0

24、.53%=1.62kg</p><p>　　煤粉帶入的CaO量GCaO煤為：</p><p>　　GCaO煤=G煤×煤粉中的CaO含量=185×1.45%=2.68kg</p><p><b>　　故可得：</b></p><p>　　GCaO=GCaO礦+GCaO焦+ GCaO煤=120.04+1.

25、62+2.68=124.54kg</p><p>　　(4) 原料、燃料帶入的SiO2量</p><p>　　鐵礦石中帶入的SiO2量為：</p><p>　　=G礦×(SiO2%)礦=1603.40×5.25%=584.03kg</p><p>　　焦炭帶入的SiO2量為：</p><p>　　=

26、 306.55×6.03%=18.48kg</p><p>　　煤粉帶入的SiO2量為：</p><p>　　= G煤×(SiO2%)煤=185×5.02%=9.29kg</p><p>　　硅元素還原消耗的SiO2量為：</p><p>　　=1000×[Si%]生鐵×60/28=7.50k

27、g</p><p><b>　　故可得：</b></p><p>　　=584.03+18.48+9.29-7.500=104.49kg</p><p>　　因此，熔劑（石灰石）需要量G熔可以確定為：</p><p>　　G熔=(RGsio2-GCaO)/CaO有效=(1.2×104.49-124.54)/53

28、.24%=1.60kg</p><p>　　熔劑加入量要求1~5kg/t，這里計算熔劑需要量為1.60 kg/t，滿足要求。</p><p>　　1.1.4 爐渣成分的計算 </p><p>　　原料、燃料及熔劑帶入的有關成分見表1.17。</p><p>　　表1.17 每噸生鐵帶入的有關物質(zhì)的量</p><p>　

29、　(1) 爐渣CaO的量</p><p>　　G CaO渣＝125.41 kg</p><p>　　(2) 爐渣中SiO2的量</p><p>　　=112.01-7.50=104.51kg</p><p>　　式中 7.50—還原消耗的SiO2量，kg。</p><p>　　(3) 爐渣中Al2O3的量</p&

30、gt;<p><b>　?。?9.97kg</b></p><p>　　(4) 爐渣中MgO的量GMgO渣</p><p>　　G MgO渣＝19.47kg</p><p>　　(5) 爐渣中MnO的量GMnO渣</p><p>　　GMnO渣=3.35×50%=1.67kg</p>

31、<p>　　式中 3.34—原、燃料帶入MnO的總量，kg；</p><p>　　50—Mn在渣中的元素分配率，%。</p><p>　　(6) 爐渣中FeO的量GFeO渣</p><p>　　進入爐渣中的鐵量GFe渣=2.865kg，以FeO形式存在，故</p><p>　　GFeO渣=GFe渣×72/56=3.68k

32、g</p><p>　　(7) 爐渣中S的量GS渣</p><p>　　原、燃料帶入的總硫量為：</p><p>　　GS＝2.48 kg</p><p><b>　　進入生鐵的硫量為：</b></p><p>　　GS生鐵=1000×[S%]生鐵=1000×0.025%=0.

33、25kg</p><p>　　進入煤氣中的硫量為：</p><p>　　GS煤氣=5.0%×GS=5.0%×2.48 =0.12kg</p><p>　　式中 5.0%——S元素在煤氣中的分配率。</p><p>　　故 GS渣=GS-GS生鐵-GS煤氣=2.48 -0.25-0.12=2.11kg</p>

34、;<p>　　由以上計算，可以得到爐渣成分，見表1.18。</p><p>　　表1.18 爐渣成分</p><p>　　注：表中S/2：渣中S以CaS形式存在，計算中的Ca全部按CaO形式處理，氧原子量為16，S原子量為32，相當于已計入S/2，故表中再計入S/2。</p><p>　　按四元相圖查驗爐渣的性質(zhì)，將CaO、SiO2、Al2O3、MgO

35、四元組成換算成</p><p>　　100%，見表1.19。</p><p>　　計算硫分配系數(shù)LS：</p><p>　　LS=(S)/[S]=2.10/295.36/0.025%=28.48</p><p>　　式中 2.10—GS渣，kg；</p><p>　　295.36—爐渣的總量，kg；</p>

36、;<p>　　0.025—生鐵中硫含量，%。</p><p>　　表1.19 四元組成/%</p><p>　　1.1.5 校核生鐵成分</p><p>　　(1) 生鐵磷含量[P]</p><p>　　按原料帶入的磷進入生鐵計算。</p><p>　　鐵礦石帶入的磷量為：</p><

37、p>　　Gp礦=G礦×（P%）礦=1603.40×0.01%=0.16kg</p><p>　　石灰石帶入的磷量為：</p><p>　　Gp熔=G熔×（P%）熔=1.60×0.004%=0.00kg</p><p>　　故 [P]=(GP礦+ GP熔)/1000=0.067%</p><p>

38、　　(2) 生鐵錳含量[Mn]</p><p>　　按原料帶入的錳有50%進入生鐵計算。</p><p>　　由表1.7得原料共帶入MnO為3.34kg。</p><p>　　故 [Mn]＝3.34×50%×55/71/1000=0.025 %</p><p>　　(3) 生鐵碳含量[C]</p><

39、p>　　[C]=1-[P]-[Mn]-[S]-[Fe]-[Si]</p><p>　　=1-0.067%-0.025 %-0.025%-95.21%-0.35%=4.22%</p><p>　　校核后的生鐵成分如表1.20所示。</p><p>　　表1.20 校核后的生鐵成分/%</p><p>　　1.2 物料平衡計算</p

40、><p>　　1.2.1 風量的計算</p><p>　　(1) 風口前燃燒的碳量GC燃</p><p>　?、?燃料帶入的總碳量</p><p>　　GC總=G焦×（C%）焦+G煤×（C%）煤</p><p>　　=306.55×86.7%+185×80.54 %=414.78 k

41、g</p><p><b>　　② 溶入生鐵的碳量</b></p><p>　　GC生鐵=1000×[C%]生鐵=1000×4.22 %=42.21kg</p><p><b>　?、凵杉淄榈奶剂?lt;/b></p><p>　　燃料帶入的總碳量約有1%～1.5%與氫化合生成甲烷，

42、這里取1%。</p><p>　　GC甲烷=1%×GC總=1%×414.78 =4.15kg</p><p>　?、苤苯舆€原消耗的碳量GC直</p><p>　　錳還原消耗的碳量為GC錳：</p><p>　　GC錳=1000×[Mn%]×12/55=1000×0.025 %×12/

43、55=0.28kg</p><p>　　硅還原消耗的碳量GC硅為</p><p>　　GC硅=1000×[Si%]×24/28=1000×0.350%×24/28=3.00kg</p><p>　　磷還原消耗的碳量GC硅為：</p><p>　　GC磷=1000×[P%]×60/62

44、=1000×0.067%×60/62=0.65kg</p><p>　　鐵還原消耗的碳量為：</p><p>　　其中 ， rd一般為0.4～0.6，這里取0.55；</p><p>　　＝56/2×[306.55×(0.03%+0.20%)+185×4.02%+2/18×(1200×1.493

45、%</p><p>　　×18/22.4+185×0.97%)]×0.35×0.9/(1000×95.21%)＝0.09</p><p>　?。?.55-0.09=0.46</p><p>　　式中 ——氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為0.3~0.5，這里取0.35；</p><p>　　α——被利

46、用氫量中，參加還原FeO百分量，一般為0.85~1.0，這里取0.9；</p><p>　　——設定的每噸鐵耗風量，這里取1200m3。</p><p>　　故 GC鐵直＝1000[Fe%] 12rd’/56=1000×95.21%×12×0.46/56=93.48 kg</p><p>　　GC直＝GC錳+ GC硅+ GC磷+ GC鐵

47、直＝0.28+ 3.00+ 0.63+93.28=97.02kg</p><p>　　風口前燃燒的碳量GC燃為：</p><p>　　GC燃＝GC總- GC生鐵- GC甲烷- GC直＝414.78 - 42.21 - 4.15 - 97.02=269.52kg</p><p>　　(2) 計算鼓風量V風</p><p><b>　　

48、① 鼓風中氧的濃度</b></p><p>　　富氧和空氣混合后的氧濃度為：</p><p>　　N =[21%(1-Φ)+0.5Φ]×98%+2.0%</p><p>　　=[21%×(1-1.493%)+0.5×1.493%]×98%+2.0%=23.00%</p><p>　　則混合后

49、的氮氣濃度為：</p><p>　　(N2%)=79%×(1-Φ)×98%=76.26%</p><p>　　混合后氣體的相對濕度：</p><p>　　Φ’=Φ×98%= 1.463%</p><p>　?、?GC燃燃燒需要氧的體積 </p><p>　　=GC燃22.4/(2×

50、;12)= 269.52×22.4/(2×12)= 252.94m3</p><p>　?、?煤粉帶入氧的體積</p><p>　?。?2.4/32×G煤((O%)煤+16/18(H2O%)煤)</p><p>　　=22.4/32×185×(2.80%+16/18×0.97%) = 5.00m3</

51、p><p>　?、?需鼓風供給氧的體積</p><p>　?。?＝252.94-5.00=247.94m3</p><p>　　故 V風＝/(O%)=247.94/23.00%=1078.20m3</p><p>　　1.2.2 爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算</p><p>　　(1) 甲烷的體積VCH4</p>

52、<p>　?、?由燃料碳素生成的甲烷量</p><p>　　VCH4碳＝GC甲烷×22.4/12＝ 4.15×22.4/12= 7.74m3 </p><p>　?、?焦碳揮發(fā)分中的甲烷量</p><p>　　VCH4焦＝GC甲烷×（CH4%）×22.4/16＝ 306.55×0.03%×22

53、.4/12= 0.13 m3</p><p>　　故 VCH4=VCH4碳+VCH4焦=7.74+0.13=7.87 m3</p><p><b>　　(2) 氫的體積</b></p><p>　?、?由鼓風中水分分解產(chǎn)生的氫量</p><p>　?。絍風Φ＝1078.20×1.493%＝15.70m3<

54、;/p><p>　?、?焦炭揮發(fā)分及有機物中的氫量為</p><p>　?。紾焦((H2%)焦揮發(fā)+(H2%)焦有機)22.4/2＝306.55×(0.03%+0.20%)×22.4/2</p><p><b>　?。?.90 m3</b></p><p>　?、?煤粉分解產(chǎn)生的氫含量</p>

55、<p>　　＝G煤((H2%)煤+2/18(H2O%)煤)22.4/2</p><p>　?。?85×(4.02%+2/18×0.97%)×22.4/2=85.51m3</p><p>　?、?爐缸煤氣中氫氣中氫的總產(chǎn)生量</p><p>　?。?+＝15.70+7.90+85.51=109.11m3</p>

56、<p>　?、?生成甲烷消耗的氫量</p><p>　?。?×＝2×7.87＝15.74m3</p><p>　?、?參加間接還原消耗的氫量</p><p>　?。剑?09.11×0.35＝38.19m3</p><p>　　故 ＝--＝109.11-15.74-38.19＝55.18m3</

57、p><p>　　(3) 二氧化碳的體積</p><p>　　① 由CO還原Fe2O3為FeO生成的CO2量</p><p>　　由礦石帶入的Fe2O3的質(zhì)量為： </p><p>　　GFe2O3=G礦×（FeO%）礦=1603.40×79.29%=1269.01kg</p><p>　　參加還原Fe2

58、O3為FeO的氫氣量 為：</p><p>　　GH2還=VH2總hH2(1-α) ×2/22.4=109.11×0.4×（1-0.9）×2/22.4=0.34kg</p><p>　　由氫還原Fe2O3的質(zhì)量為：</p><p>　　GFe2O3= GH2還×160/2=0.34×160/2=27.28

59、kg</p><p>　　由CO還原Fe2O3的質(zhì)量為：</p><p>　　= -=1269.01-27.28= 1241.73kg</p><p>　　故 = 22.4/160=1241.73×22.4/160=173.84 m3</p><p>　?、?由CO還原FeO為Fe生成的CO2量 </p><

60、p>　　=1000[Fe%][1-rd-rH2] ×22.4/56</p><p>　　=1000×95.21%×(1-0.46-0.09) ×22.4/56= 171.07kg </p><p>　?、?石灰石分解產(chǎn)生的CO2量</p><p>　　=G熔（CO2%）熔22.4/44=1.60×43.02%=

61、0.36kg</p><p>　　④ 焦炭揮發(fā)分中的CO2量</p><p>　　=G熔（CO2%）熔22.4/44=306.55×0.27×22.4/44=0.42kg</p><p><b>　　故 ＝+++</b></p><p>　?。?73.84+171.07+0.36+0.42=345.

62、70kg</p><p>　　(4) 一氧化碳的體積VCO</p><p>　?、?風口前碳素燃燒生成的CO量VCO燃</p><p>　　VCO燃=GC燃×22.4/12=269.52×22.4/12=503.11kg</p><p>　?、?直接還原生成的CO量VCO直</p><p>　　VC

63、O直=GC直×22.4/12=97.22×22.4/12=181.47kg</p><p>　?、?焦炭揮發(fā)分中的CO量VCO焦</p><p>　　VCO焦=GC焦×22.4/28=306.55×0.18×22.4/28=0.44kg</p><p>　?、?間接還原消耗的CO量VCO </p>&l

64、t;p>　　VCO間=+=173.84+171.07=344.91kg</p><p>　　故 VCO＝VCO燃+VCO直+VCO揮-VCO間＝503.11+181.47+0.44-344.91=340.11kg</p><p><b>　　(5) 氮氣的體積</b></p><p>　?、?鼓風帶入的N2量</p><

65、;p>　?。絍風(N2%)風＝1078.20 ×76.26%=817.92m3</p><p>　?、?焦炭帶入的N2量</p><p>　?。紾焦((N2%)焦揮發(fā)+(N2%)焦有機)22.4/28＝306.55×(0.1%+0.2%)22.4/28</p><p><b>　　=0.74 m3</b></p&

66、gt;<p>　　③ 煤粉帶入的N2量</p><p>　?。紾煤(N2%)煤22.4/28=185×1.2%×22.4/28=1.78 m3</p><p>　　故 ＝++＝817.92+0.74+1.78= 917.05m3</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可以獲得煤氣的成分，如表1.21所示。</p><p

67、>　　表1.21 煤氣成分</p><p>　　1.2.3 編制物料平衡表</p><p>　　(1) 鼓風量的計算</p><p>　　1m3鼓風的質(zhì)量G風</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　＝ 1.28 kg/m3</p><p>&l

68、t;b>　　鼓風的質(zhì)量為：</b></p><p>　　G風＝V風r風＝1078.20×1.28=1372.83kg</p><p>　　(2) 煤氣質(zhì)量的計算</p><p>　　1m3煤氣的質(zhì)量G氣</p><p><b>　　煤氣的密度r氣為：</b></p><p&

69、gt;<b>　　r氣=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=1.36kg/m3</p><p>　　因此，G氣＝V氣r氣＝1569.29×1.36=2086.505kg</p><p>　　(3) 煤氣中的水分</p><p>&

70、lt;b>　　焦炭帶入的水分</b></p><p>　　=G焦×(H2O%)焦=306.55×1.2%=3.68kg </p><p><b>　　石灰石帶入的水分</b></p><p>　　=×(H2O%)熔=1.60×1.06%=0.02kg</p><p&g

71、t;　　氫氣參加還原生成的水分</p><p>　?。?#215;2/22.4×18/2＝38.19×2/22.4×18/2=30.69kg</p><p>　　故 =++= 3.68+0.02+30.69= 34.38kg</p><p>　　匯總以上數(shù)據(jù)，得到物料平衡表，如表1.22所示。</p><p>

72、　　計算相對誤差得：相對誤差＝(3499.00 -3490.02)/3499.00 = 0.26 %＜0.3%</p><p>　　表1.22 物料平衡表</p><p><b>　　1.3 熱平衡計算</b></p><p>　　1.3.1 熱量收入q收</p><p>　　(1)碳素氧化放熱qC</p>

73、<p>　?、?碳素氧化為CO2放出的熱量</p><p>　　碳素氧化產(chǎn)生CO2的體積為：</p><p>　　VCO2氧化=VCO2-VCO2分-VCO2揮=345.70-0.36-0.42=344.91m3</p><p>　　qCO2 = VCO2氧化12/22.4×33436.2=344.91×12/22.4×3

74、3436.2=6178155.26kJ</p><p>　　式中 33436.2——C氧化成CO2放熱量，kJ/kg</p><p>　　② 碳素氧化為CO放出的熱量qCO</p><p>　　碳素氧化產(chǎn)生CO的體積為：</p><p>　　VCO氧化=VCO-VCO揮 =340.11-0.44 =339.67m3</p>&

75、lt;p>　　q CO = VCO氧化12/22.4×9804.6 =339.67×12/22.4×9804.6=1784092.66kJ</p><p>　　式中 9804.6——C氧化成CO放熱量，kJ/kg</p><p>　　故 qC= + qCO= 6178155.26+1784092.66=7962247.92 kJ</p>

76、<p>　　(2) 鼓風帶入的熱量q風</p><p>　　q風＝(V風-V風Φ’)Q空氣+V風Φ’Q水汽</p><p>　　=1078.20×(1-1.463%)×1719+1078.20×1.463%×2132=1829550.48kJ</p><p>　　式中 Q空氣——在1200℃下空氣的熱容，其值是1

77、719 kJ/m3；</p><p>　　Q水汽——在1200℃下水汽的熱容，其值是2132 kJ/m3。</p><p>　　3) 氫氧化為水放熱</p><p>　　=× 13454.09＝30.69×13454.09＝412857.30 kJ</p><p>　　式中 13454.09——氫氣氧化成水放熱，kJ/k

78、g</p><p><b>　　(4) 甲烷生成熱</b></p><p>　　=16/22.4×4709.56=7.74×16/22.4×4709.56=26045.78 kJ</p><p>　　式中 4709.56——甲烷氧化成水放熱，kJ/kg</p><p><b>　

79、　(5) 成渣熱q渣</b></p><p>　　石灰石分解產(chǎn)生的CaO和MgO與SiO2反應放熱，每千克(CaO+MgO放熱 1131.3 kJ。</p><p>　　q熔=G熔（（CaO%）熔+（MgO%）熔）×1131.3=1.60×（54.15%+0.390%）×1131.3</p><p>　　=448.144

80、 kJ</p><p>　　(6) 爐料物理熱q物</p><p>　　80℃冷燒結礦比熱容為0.6740kJ/(kg·℃)。</p><p>　　q物=G礦×0.6704×80=1603.40×0.6704×80=83103.960 kJ</p><p><b>　　熱量總收入為：

81、</b></p><p>　　q收=q風+qC+qH2O+qCH4+q渣+q物=10143731.852 kJ</p><p>　　1.3.2 熱量支出q支</p><p>　　(1) 氧化物分解吸熱</p><p>　?、?鐵氧化物分解吸熱</p><p>　　由于原料是熔劑性燒結礦，可以考慮其中有20%

82、FeO以硅酸鐵形式存在，其余以Fe2O3形式存在，因此：</p><p>　　GFeO硅＝G礦(FeO%)礦×20%＝1603.40×5.04%×20%＝16.11kg</p><p>　　GFeO磁＝G礦(FeO%)礦- GFeO硅＝1603.40×5.04%-16.11＝64.57 kg</p><p>　　＝GFeO磁&

83、#215;160/72＝64.57×160/72＝143.49kg</p><p>　　＝G礦(Fe2O3%)礦-＝1603.40×79.29%-143.49＝1125.51kg</p><p>　?。紾FeO磁+＝64.57+143.49＝208.07 kg</p><p>　　qFeO硅＝GFeO硅×4078.25＝16.11

84、15;4078.25＝65697.87 kJ</p><p>　?。?#215;4803.33＝208.07×4803.33＝999411.78 kJ</p><p>　?。?#215;5156.59＝1125.51×5156.59＝5803798.83 kJ</p><p>　　式中 4087.52、4803.33、5156.59—分別為Fe

85、SiO3、Fe3O4、Fe2O3分解熱，kJ/ kg。</p><p>　　q鐵氧分＝qFeO硅++</p><p>　　＝65697.87+999411.78+5803798.83=6868908.48 kJ/kg</p><p>　?、?錳氧化物分解吸熱q錳氧分</p><p>　　q錳氧分＝[Mn%]×1000×73

86、66.02=0.025 %×1000×7366.02= 9531.18 kJ</p><p>　　式中 7366.02——由MnO分解產(chǎn)生1kg錳吸收的熱量，kJ。</p><p>　?、?磷酸鹽分解吸熱q磷鹽分</p><p>　　q磷鹽分＝[P%]×1000×35782.6=0.067%×1000×3

87、5782.6=24047.09 kJ</p><p>　?、?硅氧化物分解吸熱q硅氧分</p><p>　　q硅氧分＝[Si%]×1000×31102.37=0.35%×1000×31102.37= 108858.30 kJ</p><p><b>　　故 </b></p><p&g

88、t;　　=6868908.48+9531.18+24047.09+108858.30=7011345.05 kJ</p><p>　　(2) 脫硫吸熱q脫硫</p><p>　　q脫硫＝GS渣×8359.05＝2.10×8359.05＝17579.56 kJ</p><p>　　式中 8359.05—假定燒結礦中硫以FeS形式存在，脫出1kg硫吸

89、熱值，kJ。</p><p>　　(3) 碳酸鹽分解吸熱q碳酸鹽分解</p><p>　　熔劑中碳酸鈣和碳酸鎂分解出二氧化碳的量為：</p><p>　　＝G熔(CaO%)×22.4/56=1.60×54.15%×22.4/56= 0.356 m3</p><p>　?。?＝0.36 -0.356＝0.004 m

90、3</p><p>　　q碳酸鹽分解＝×44/22.4×4048+×44/22.4×2489</p><p>　　=0.356×44/22.4×4048+0.004×44/22.4×2489=2884.44 kJ</p><p>　　式中 4048、2489—分別為由碳酸鈣、碳酸鎂分解

91、1kg的CO2吸熱，kJ。</p><p>　　(4) 水分分解吸熱q水分</p><p>　　q水分＝(V風Φ’18/22.4+ G煤(H2O%)煤)×13454.1</p><p>　　＝(1078.20×1.463%×18/22.4+185×0.97%)×13454.1＝193872.66kJ</p>

92、;<p>　　式中 13454.1—水分解吸熱，kJ/kg。</p><p>　　(5) 爐料游離水蒸發(fā)吸熱q汽</p><p>　　q汽＝G焦(H2O%)焦×2682＝306.55×1.2%×2682＝9866.05 kJ</p><p>　　式中 2862—1kg水由0℃變?yōu)?00℃水汽吸熱，kJ。</p>

93、;<p>　　(6) 鐵水帶走的熱q鐵水</p><p>　　q鐵水＝1000×1173＝1173000 kJ</p><p>　　式中 1173—鐵水熱容量，kJ/kg。</p><p>　　(7) 爐渣帶走的熱q渣</p><p>　　q渣＝G渣×1760＝295.36×1760＝519829

94、.81 kJ</p><p>　　式中 1760—爐渣熱容量，kJ/kg。</p><p>　　(8) 噴吹物分解吸熱q噴分</p><p>　　q噴分＝G煤×1048=185×1048＝1793880 kJ </p><p>　　式中 1048—煤粉分解熱，kJ/kg。</p><p>　　(

95、9) 爐頂煤氣帶走的熱量q煤氣</p><p>　　從常溫到200℃之間，各種氣體的平均比熱容CP如表1.23所示。</p><p>　　表1.23 各種氣體的平均比熱容CP/kJ/(m3·℃)</p><p>　　① 干煤氣帶走的熱量q煤氣干</p><p>　　q煤氣干＝(1.284+1.777+1.284+1.278+1.61

96、0)185</p><p>　　=(1.284×917.05+1.777×345.70+1.284×340.11+1.278×55.18+1.610</p><p>　　×7.87)×185=437527.14 kJ</p><p>　?、?煤氣中水汽帶走的熱量q水</p><p>

97、　　q水＝1.065×22.4/18×(200-100)</p><p>　　=1.065×34.38×22.4/18×(200-100)=4556.84 kJ</p><p>　　故, q煤氣＝q煤氣干+q水＝437527.14+4556.84=442083.98 kJ</p><p>　　(10) 爐塵帶走的熱

98、量q塵</p><p>　　q塵＝G塵×0.7542×200＝20×0.7542×200＝3016.80kJ</p><p>　　式中 0.7542—為爐塵的比熱容，kJ/( kg·℃)。</p><p>　　故 q支= q氧化物分解+ q碳酸鹽分解+ q脫硫+ q水分+ q汽+ q鐵水+ q渣+ q噴分+ q煤

99、氣+ q塵</p><p>　　=9567358.38 kJ </p><p>　　(11) 冷卻水帶走及爐殼散發(fā)熱損失q損失</p><p>　　q損失＝q收- q支＝10338030.08-9567358.38＝770671.74 kJ</p><p>　　1.3.3 熱量平衡表</p><p>　　熱量平衡表如表

100、1.24所示。</p><p>　　表 1.24熱平衡表</p><p>　　(1) 熱量利用系數(shù)KT</p><p>　　KT=總熱量收入-(煤氣帶走的熱+熱損失)</p><p>　?。?00%-(4.28%+7.45%)</p><p><b>　?。?8.27%</b></p>

101、<p>　　對于中小型高爐的KT值為80%~85%，近代高爐由于大型化和原料條件改善KT值可以接近90%。</p><p>　　(2) 炭素利用系數(shù)KC</p><p><b>　　KC=</b></p><p>　　=7962247.92 /（414.78 -42.21）/33436.2</p><p>

102、<b>　　=66.19%</b></p><p>　　KC值對于中小型高爐的為50%~60%，大型和原料條件好的高爐KC值可以達到65%以上。</p><p><b>　　2 高爐爐型設計</b></p><p><b>　　2.1 任務要求</b></p><p>　　要求

103、高爐產(chǎn)能滿足：年產(chǎn)制鋼生鐵1040萬噸、鑄造生鐵100萬噸。</p><p><b>　　2.2 定容積</b></p><p>　　(1) 計算生鐵日產(chǎn)量</p><p>　　生鐵日產(chǎn)量=(1040+100×1.1)×104/353＝15082.36t</p><p>　　式中 1.1—鑄造生鐵折

104、算成制鋼生鐵的折算系數(shù)。</p><p>　　(2) 計算每座高爐生鐵日產(chǎn)量P</p><p>　　選取高爐座數(shù)為2座，則</p><p>　　P=15082.36 /3=7541.18t</p><p>　　(3) 計算高爐容積</p><p>　　選取有效容積利用系數(shù)ηV=2.25t/(m3·d)，則&l

105、t;/p><p>　　=P/ηV=7541.18/2.25=3352m3</p><p>　　于是，取高爐容積為3360m3。</p><p>　　車間采用半島式布置。</p><p><b>　　2.3 爐缸尺寸</b></p><p>　　(1) 計算爐缸直徑d</p><p&

106、gt;　　d＝0.320.45＝0.32×(3352)0.45＝12.35 m</p><p>　　(2) 計算爐缸高度</p><p><b>　?、?渣口高度hz：</b></p><p><b>　　=2.15m </b></p><p>　　式中：Vu是高爐有效容積，為3352m

107、3； </p><p>　　η是高爐有效容積利用系數(shù)，取2.25t/（m3·d）； </p><p>　　b是生鐵產(chǎn)量波動系數(shù)，一般取1.2； </p><p>　　d是爐缸直徑，為12.35m； </p><p>　　N是出鐵次數(shù)，根據(jù)高爐容積和產(chǎn)量，一般為8~12次/d，取10； c是渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，一

108、般為0.55~0.65。取0.6； </p><p>　　m是渣鐵比，取0.257t/t； </p><p>　　ε是下渣率，一般取30%； </p><p>　　γP是鐵水密度，一般為7.1 t/m3； </p><p>　　γS是爐渣密度，一般為1.4~1.8t/m3，取1.6 t/m3； </p><p>　　（

109、注：本設計為大型高爐，不設渣口，這里計算渣口高度只是為了確定風口高度）</p><p>　　②渣口與風口間距hd=1.75m</p><p><b>　?、?風口高度hf</b></p><p>　　hf＝hz+hd=2.15+1.75=3.90m</p><p><b>　?、茱L口結構尺寸a</b>

110、;</p><p>　　風口結構尺寸a取值0.35~0.5 m，選定a=0.5 m。</p><p>　　則爐缸高度h1＝hf +a=3.90+0.5=4.40 m</p><p><b>　　2.4 死鐵層厚度</b></p><p>　　死鐵層能防止渣鐵、煤氣對爐底的沖刷，穩(wěn)定渣鐵溫度。由于冶煉的不斷強化，增加死鐵層

111、的厚度，以便有效保護爐底至關重要。</p><p>　　計算中取死鐵層厚度h0＝2.2 m。</p><p>　　2.5 爐腰直徑、爐腹角、爐腰高度</p><p>　　選取D/d=1.09</p><p><b>　　則爐腰直徑:</b></p><p>　　D=1.09×12.35=

112、 13.46m </p><p><b>　　取爐腹角α=83°</b></p><p><b>　　則爐腹高度:</b></p><p>　　h2=1/2(D-d)tanα=1/2×(13.46-12.35)× tan 83°=4.52m </p><

113、p><b>　　校核α:</b></p><p>　　tanα=2 h2/(D-d)=2×4.52/(13.46-12.35)=8.144</p><p>　　α=82.9997°</p><p><b>　　2.6 其他尺寸</b></p><p>　　選取d1/D=0.

114、64</p><p><b>　　則爐喉直徑:</b></p><p>　　d1＝0.64×13.46＝8.61 m </p><p>　　則，取爐喉直徑爐身角β= 82°</p><p><b>　　則爐身高度:</b></p><p>　　h4=1/

115、2(D-d1)tanβ=1/2×(13.46-8.61)× tan 82°=17.24m</p><p><b>　　校核β:</b></p><p>　　tanβ=2 h4/(D-d1)=2×17.24/(13.46-8.61)= 7.109</p><p><b>　　β= 81.99

116、76;</b></p><p>　　爐喉高度h5通常在2~3 m,這里選取h5=2.3m</p><p>　　選取Hu/D=2.325</p><p>　　則有效高度Hu=2.325×13.46＝31.29 m</p><p><b>　　爐腰高度:</b></p><p>

117、　　h3=Hu- h1- h2- h4- h5=2.83 m</p><p><b>　　2.7 校核爐容</b></p><p>　　V1=π/4D2 h1=3.14/4×12.462×4.40=526.56m3</p><p>　　V2=π/12 h2(D2+ Dd+d2)=3.14/12×4.52×

118、(13.462+13.46×12.35+12.352)=591.54 m3</p><p>　　V3=π/4D2 h3=3.14/4×13.462×2.83=401.79m3</p><p>　　V4=π/12 h4(D2+ Dd1+d12)=3.14/12×17.24×(13.462+13.46×8.61+8.612)</

119、p><p>　　=1673.84m3</p><p>　　V5=π/4d12 h5=3.14/4×8.612×2.3=133.92m3</p><p>　　Vu= V1+ V2+ V3+ V4+ V5=3328m3</p><p><b>　　計算誤差△V</b></p><p>

120、　　△V=(Vu’-Vu)/ Vu’=(3352-3328)/ 3352=0.72%<1%</p><p>　　△V<1%滿足要求。</p><p>　　綜上，高爐爐型參數(shù)如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 高爐爐型參數(shù)</p><p>　　2.7.1風口數(shù)目:</p><p>　　N=3d=3

121、×12=36 取N=36</p><p>　　2.7.2取兩個鐵口對稱分布。</p><p><b>　　2.8爐襯設計</b></p><p>　　爐缸、爐底采用全碳磚，風口區(qū)以上的爐腹、爐腰采用粘土磚，爐身中下部采用碳化硅磚，爐身上部采用粘土磚，爐喉采用鋼磚護板，基墩用耐火混凝土，基墩用鋼筋混凝土，選用過渡式爐腰。</

122、p><p>　　表2.2 各部分參考厚度</p><p>　　2.9冷高爐內(nèi)型示意圖</p><p>　　2.10冷卻器的選擇</p><p>　　爐缸、爐底采用光面冷卻壁，爐底設置水冷管，爐腹、爐腰與爐身下部采用冷卻壁，風口、渣口用紫銅套管冷卻。</p><p>　　表2.3 各部分冷卻器的選擇</p>&

123、lt;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　姜瀾，鐘良才. 冶金工廠設計基礎[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2013：174-225.</p><p>　　張樹勛. 鋼鐵廠設計原理[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2005：30-109.</p><p>　　郝素菊，蔣武鋒，張玉柱. 高爐煉鐵設計原理[M]，北京：冶金工業(yè)出版社

124、，2011：12-190.</p><p>　　朱苗勇，杜剛. 現(xiàn)代冶金學（鋼鐵冶金卷）[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2005：7-14.</p><p>　　萬新，吳明全，高艷宏. 煉鐵設計及車間設計[M]，北京：冶金工業(yè)出版社， 2007： 32-170.</p><p>　　劉慶業(yè). 本鋼高爐爐缸長壽技術[J]，本鋼技術，2010，14(3)：3-5.<