1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄中文摘要I英文摘要n1緒論 41.1 磚壁合一薄壁高爐爐型的發(fā)展和現(xiàn)狀 41.2 磚壁合一薄壁高爐爐型的應(yīng)用 42高爐能量利用計(jì)算 62.1 高爐能量利用指標(biāo)與分析方法 62.2 直接還原度選擇 72.3 配料計(jì)算 82.4 物料平衡 132.5 熱平衡 173高爐爐型設(shè)計(jì) 233.1 爐型設(shè)計(jì)要求 233.2 爐型設(shè)計(jì)方法 243.3 爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算 244高爐爐體結(jié)構(gòu) 284.1 高爐爐襯結(jié)構(gòu) 284.2 高爐內(nèi)型結(jié)構(gòu) 294.3 爐體冷卻 304.4 爐體鋼結(jié)構(gòu) 314.5 風(fēng)口、渣口及鐵口設(shè)計(jì) 315磚壁合一的薄壁爐襯設(shè)計(jì) 335.1 磚壁合一的薄壁爐襯結(jié)構(gòu)的布置形式

2、 335.2 磚壁合一的薄壁爐襯高爐的內(nèi)型 335.3 磚壁合一的薄壁爐襯高爐的內(nèi)襯 345.4 薄壁高爐的爐襯結(jié)構(gòu)和冷卻形式 346結(jié)束語(yǔ) 36參考文獻(xiàn) 3740摘要近年來(lái)，煉鐵技術(shù)迅猛發(fā)展，總的發(fā)展趨勢(shì)是建立精料基礎(chǔ)，擴(kuò)大高爐容 積，減少高爐數(shù)目，延長(zhǎng)高爐壽命，提高生產(chǎn)效率，控制環(huán)境污染，持續(xù)穩(wěn)定地 生產(chǎn)廉價(jià)優(yōu)質(zhì)生鐵，增加鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)代高爐的冶煉特征是 ，低渣量， 大噴煤，低焦比，高利用系數(shù)；高爐結(jié)構(gòu)的特征是，采用軟水冷卻、全冷卻壁、 薄壁爐襯、操作爐型的薄壁高爐。高爐采用大噴煤、高利用系數(shù)冶煉，要求改善 高爐的料柱透氣性和延長(zhǎng)高爐壽命高爐精料、布料、耐火材料、冷卻等技術(shù)的進(jìn) 步，

3、不斷促進(jìn)長(zhǎng)壽的薄壁高爐發(fā)展。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。薄壁高爐的設(shè)計(jì)爐型就是高爐的操作爐型，在生產(chǎn)中幾乎始終保持穩(wěn)定， 消除了畸形爐型。長(zhǎng)期穩(wěn)定而平滑的爐型，有利于高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定和高效長(zhǎng)壽。 高爐操作爐型的顯著特征是，爐腰直徑擴(kuò)大，高徑比減小，爐腹有、爐身角縮 小。這種爐型發(fā)展趨勢(shì)是煉鐵技術(shù)進(jìn)步的反，它有利于改善高爐料柱透氣性，穩(wěn) 定爐料和煤氣流的合理分布，延長(zhǎng)高爐壽命，對(duì)大型高爐采用大噴煤、低焦比、 高利用系數(shù)冶煉更有意義。關(guān)鍵詞：高爐爐型磚壁合一設(shè)計(jì)ABSTRACTIn re

4、cent years, the rapid development of iron technology, 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 stabl

5、e production of low-cost high-quality pig iron, iron and steel industry increased competitiveness. Characteristics of a modern blast furnace smelting, the low amount of slag, the pulverized coal injection and low coke rate, high utilization factor; blast furnace structure is characterized by the use

6、 of soft water cooling, cooling the whole wall, thin lining, the thin-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,

7、cloth, refractories, cooling and other technological advances, and constantly promote the development of long thin-walled blast furnace.With the furnace blast furnace blast furnace feed performance, smelting process, blast furnace capacity, lining structure, cooling the evolution of forms of develop

8、ment, blast furnace design concepts with the scientific and technological progress and production and update the progress of practice.Thin-wall design of blast furnace is the blast furnace operation, almost always in production remained stable, the elimination of the deformity furnace. Long-term, st

9、able and smooth furnace, blast furnace production is conducive to the stability and efficiency and longevity. Blast furnace operation of the salient features is that the furnace to expand the waist diameter, height-diameter ratio decreases, there is belly stove, heater body narrow angle. This trend

10、is the development of iron-smelting furnace technology anti-, it will help to improve the blast-furnace column permeability, stability, and charge a reasonable distribution of the gas flow to extend the life of a blast furnace, blast furnace of large large coal, low coke ratio, high utilization fact

11、or is more meaningful smelting.Keywords: Furnace Blast; Furnace ; One brick wall ; Design高爐在冶金工業(yè)中的重要地位，決定了高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的理論和經(jīng)濟(jì) 價(jià)值。高爐爐型合理與否，對(duì)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著扳其重要的影響。近十 幾年來(lái)，隨著高爐結(jié)構(gòu)向現(xiàn)代化、大型化的發(fā)展，高爐冶煉技術(shù)和冶煉強(qiáng)度不斷 提高，要求愈來(lái)愈精細(xì)的爐型結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)。現(xiàn)代化高爐，其設(shè)備不僅承受著 巨大的載荷，而且在生產(chǎn)過(guò)程中還處于高溫、高壓和多塵的嚴(yán)酷條件下工作，極 易磨損和侵蝕。為了確保高爐生產(chǎn)長(zhǎng)時(shí)期順利進(jìn)行， 對(duì)高爐提出了越來(lái)越高

12、的要 求。這些要求主要包括：有高度的可靠性；壽命長(zhǎng)，易于維修；盡可能定型化合 標(biāo)準(zhǔn)化；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等。1.1 磚壁合一薄壁高爐爐型的發(fā)展和現(xiàn)狀近年來(lái)，煉鐵技術(shù)迅猛發(fā)展，總的發(fā)展趨勢(shì)是建立精料基礎(chǔ)，擴(kuò)大高爐容 積，減少高爐數(shù)目，延長(zhǎng)高爐壽命，提高生產(chǎn)效率，控制環(huán)境污染，持續(xù)穩(wěn)定地 生產(chǎn)廉價(jià)優(yōu)質(zhì)生鐵，增加鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)代高爐的冶煉特征低渣量，大噴煤，低焦比，高利用系數(shù)高爐結(jié)構(gòu)的特 征是，采用軟水冷卻、全冷卻壁、薄壁爐襯、操作爐型的薄壁高爐。高爐采用大噴煤、高利用系數(shù)冶煉，要求改善高爐的料柱透氣性和延長(zhǎng)高爐 壽命高爐精料、布料、耐火材料、冷卻等技術(shù)的進(jìn)步，不斷促進(jìn)長(zhǎng)壽的薄壁高爐發(fā)展。近年

13、來(lái)新建或改造的薄壁高爐，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)爐齡15年，利用系數(shù)大于等于 2.3,單位爐容產(chǎn)鐵10000t/m3以上。1.2 磚壁合一薄壁高爐爐型的應(yīng)用德國(guó)不來(lái)梅廠2號(hào)高爐工作容積3143 m3,爐缸直徑12m,全部采用冷卻壁軟 水閉環(huán)冷卻，設(shè)計(jì)爐齡15年，生產(chǎn)能力7300t/d,高爐于1999年11月大修改造后 投產(chǎn)。爐型的主要特征為：爐腹角73.670,爐身角83.040。爐缸墻上部采用微孔炭 磚，爐缸下部和爐底異常侵蝕區(qū)采用超微孔炭磚,爐缸炭磚熱面以小塊剛玉磚保 護(hù)爐缸爐底周 圍采用2段銅冷卻壁，高熱負(fù)荷區(qū)采用段銅冷卻壁，熱面只噴涂 50mm色熱保護(hù)層。爐身中上部及爐喉區(qū)域，采用8段鑄鐵冷卻壁。武鋼

14、1號(hào)高爐大修改造，爐容從1386 m3擴(kuò)大到2200 m3,爐缸直10.7m,采 用全冷卻壁軟水串聯(lián)冷卻系統(tǒng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力170萬(wàn)t/a,爐齡15年，計(jì)劃2001 年5月投產(chǎn)。爐型為矮胖型，高徑比2.45,爐身角83.45，爐腹81.63。爐缸采用 微孔炭磚和陶瓷杯結(jié)構(gòu)，爐底水冷，上砌2層1.2m半石墨炭磚,頂面以2層高鋁 磚保護(hù)，爐底異常侵蝕區(qū)亦采用微孔炭磚，死鐵層深2nl爐腹采用2段雙層水管鑄鐵冷卻壁，熱面嵌砌一剛玉磚，磚襯厚度150mm爐腰和爐身下部引進(jìn)PW理銅冷 卻壁2段夕銅冷卻壁厚度120mm含C99.9%,連鑄成型并鑄橢 圓形流通道，消 除傳統(tǒng)鑄管產(chǎn)生的絕熱層,熱面嵌砌155mmJ

15、一磚襯，爐身中下部采用4層雙層 水管鑄鐵冷卻壁,熱面亦嵌砌一磚襯爐身中上部采用單層水管鑄鐵冷卻壁,熱 面嵌砌155mmJ浸磷粘土磚爐身上部采用1段光面冷卻壁，維持布料內(nèi)型長(zhǎng)期穩(wěn)萊鋼1000n3高爐設(shè)計(jì)采用全覆蓋、磚壁合一薄壁爐襯、銅冷卻壁、炭磚 -陶 瓷杯復(fù)合爐底、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、PW#罐無(wú)料鐘爐頂、改進(jìn)型頂染式熱風(fēng)爐、全干法布袋除塵等一系列先進(jìn)實(shí)用技術(shù)。爐體框架設(shè)計(jì)采用自立式框架結(jié)構(gòu)，爐腰平臺(tái)以下的4根框架柱為傾斜結(jié)構(gòu)， 底部框架跨距為16m*16m爐體中上部14m*14m半臺(tái)寬敞，爐體負(fù)荷輕.高爐內(nèi)型 設(shè)計(jì)有利于強(qiáng)化冶煉的矮胖型，并采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁內(nèi)襯、水冷爐喉 鋼磚、銅冷

16、卻壁、水冷炭磚爐底、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)等技術(shù)。保證了高爐的 順利生產(chǎn)。在總結(jié)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型容積高爐內(nèi)型尺寸，原燃料條件，建議設(shè)計(jì)采用適宜強(qiáng) 化冶煉的矮胖爐型，具優(yōu)點(diǎn)如下：(1)適當(dāng)矮胖，減小爐腹角、爐身角。有效高度 Hu26.2m,可適應(yīng)濟(jì)鋼焦碳強(qiáng) 度，HU/D為2.4,適應(yīng)濟(jì)鋼原料條件，可保證爐況順行和強(qiáng)化生產(chǎn)需要。較小的爐 身角有利于受熱膨脹后的爐料下降，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(kāi)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，提高爐底爐缸壽命。同時(shí)較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有

17、充足的熱量?jī)?chǔ)備，穩(wěn)定鐵水溫度和成分。(3)加大爐缸高度。可保證風(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焦的透氣(液)性，有利于改善氣體動(dòng)力學(xué)條件。2高爐能量利用計(jì)算鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鐵工序能耗占噸鋼能耗 50%Z上。2007年我國(guó)鋼鐵工業(yè) 能源消耗量占全國(guó)總能耗的14%；上。相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，能源都將是制約我國(guó)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，所以煉鐵節(jié)能工作的必要性和重要性就更為突出了。煉鐵過(guò)程所耗能源品種很多、如燃料、電力、等各種耗能。在各種形式的能 耗中，燃料占每噸生鐵總能耗的 80%以上。因此，充分利用高爐冶煉過(guò)程所用 燃料的能量，是節(jié)能的中心問(wèn)題。作為煉鐵能源的燃料主要

18、是焦炭、煤粉，焦炭不僅為高爐冶煉提供必要的熱 能和化學(xué)能，而且在爐內(nèi)還起著骨架作用。所以分析高爐冶煉的能量利用時(shí)， 需 就以上三個(gè)方面全面考慮、研究改善和利用的途徑。迄今為止，對(duì)燃料熱能和化 學(xué)能的利用研究較多，而對(duì)焦炭的骨架作用，因其尚未成為冶煉過(guò)程的突出矛盾， 尚待深入研究。應(yīng)當(dāng)指出，高爐焦節(jié)的下限是由骨架作用決定的。因此，節(jié)約焦 炭不只是充分利用其能量，也應(yīng)不斷改善焦炭的冶金機(jī)械性能。往高爐內(nèi)鼓入具有一定壓力的熱風(fēng)，也是一種重要的耗能工質(zhì)，或者說(shuō)載能 介質(zhì)。熱風(fēng)具有的能量一是熱能，風(fēng)溫愈高、風(fēng)量愈大，所帶入的熱能愈多；另 一是壓力能，風(fēng)壓越高，能量越大，這部分能量因熱風(fēng)燃燒燃料后而以煤氣

19、的壓 力形式表現(xiàn)出來(lái)。煤氣在爐內(nèi)上升過(guò)程中，克服料層阻力而損失了一部分能量， 剩余的能量由具有一定壓力的爐頂煤氣帶走。 目前國(guó)內(nèi)多數(shù)高爐把這部分能量利 用起來(lái)進(jìn)行煤氣余壓發(fā)電。余壓作為二次能源，受到高度重視并逐漸加以利用。高爐冶煉所得的其它二次能 源，如冷卻水的壓力（頭）和熱量、渣、鐵水的顯熱，熱風(fēng)爐煙氣的余熱等的用， 也開(kāi)始受到重視，有的已在生產(chǎn)中得到利用，如冷卻水壓差發(fā)電，熱風(fēng)爐煙氣余 熱回收等。2.1 高爐能量利用指標(biāo)與分析方法2.1.1 能量利用指標(biāo)高爐能量利用指標(biāo)，一般分為兩大類(lèi)，即熱能利用指標(biāo)和化學(xué)能利用指標(biāo)。前者如有效熱量利用系數(shù)，碳素?zé)崮芾孟禂?shù)等；后者如CO、H2的利用率，直

20、接還原度，間接還原度等，即能量總的利用程度則集中表現(xiàn)為焦比或燃料比。有效熱量利用系數(shù)KT與碳素?zé)崮芾孟禂?shù)Kc51）有效熱量利用系數(shù)Kt,它是指冶煉單位生鐵的有效熱量消耗 Q效與總熱量消耗Q總的百分比：Q效Kt - 100%(2-1)Q 總 . 一 .其值大小，表明局爐中熱能利用的好壞，通常為 80%90%。2)碳素?zé)崮芾孟禂?shù) Kc是指高爐內(nèi)每單位固定碳燃燒時(shí)放出的熱量，與碳完 全燃燒時(shí)所放出的熱量之比Kc0.293 0.707Cco2 CQc9797 （C Co。？）33410 C。33410 C33410 C(2-2)式中 Qc冶煉單位生鐵時(shí)，在高爐內(nèi)燃燒生成 CO和CO2,放出的總熱量

21、, kJ；Cco2 冶煉單位生鐵燃燒成 CO2的碳量，kg;C 冶煉單位生鐵消耗的碳量，kg。其值大小表明高爐熱效率的高低，通常為 50%60%。顯然在一定碳耗下， 間接還原愈發(fā)展，Kc值就愈高。CO和H2的利用率CO和H2利用率是衡量煤氣化學(xué)能利用程度的指標(biāo)，在計(jì)算時(shí)不應(yīng)包括爐料 帶入的H2O和CO2。CO和H2的利用率是正相關(guān)的，改善 H2的禾I用，也同時(shí)改 善了 CO的利用。但在高爐不同部位，它們的利用率是不一樣的。在高爐下部高 溫區(qū)域，H2的利用率大于CO的利用率；而在高爐上部低溫區(qū)域，則CO利用率 大于H2的利用率。其相關(guān)性有多種經(jīng)驗(yàn)公式表示。式 2-3是其中一例。H2 0.88nc

22、o 0.1(2-3)2.1.2 能量利用分析方法在生產(chǎn)中一般是觀察爐頂煤氣溫度，比較CO2曲線，分析混合煤氣中的CO2 含量，計(jì)算實(shí)際焦比、燃料比等。這些方法比較簡(jiǎn)便、直觀，較粗略，能大致看 出高爐內(nèi)能量利用的情況；但不能全面地反映能量利用的好壞， 一般情況下，也 不能從中分析出進(jìn)一步改善煤氣能量利用的途徑。另外一種普遍使用的方法是計(jì)算法，或計(jì)算與圖解相結(jié)合的方法。計(jì)算法包 括直接還原度計(jì)算、配料計(jì)算、物料平衡與熱平衡計(jì)算，理論焦比計(jì)算等。計(jì)算 與圖解法有巴甫洛夫直接還原度圖解，Rist操作線和區(qū)域熱平衡圖解等。2.2 直接還原度選擇在編制物料平衡時(shí)，為了確定單位生鐵消耗的風(fēng)量，必須先知道鐵的

23、直接還原度。鐵的直接還原度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。如果經(jīng)驗(yàn)公式中數(shù)據(jù)不全，則可按拉 姆推薦的數(shù)值（表2-1）進(jìn)行選擇。在噴吹燃料后，由于 H2的還原作用加強(qiáng)，rd 的值小于表2-1中數(shù)據(jù)。此時(shí)，可計(jì)算出H2的還原率m2 ,由rd巾2即可作為所 在條件下的直接還原度。 - -、 、 -一 、, - 一 、 -一 f .高爐直接還原度也可按拉姆建議的直接還原度指標(biāo) R d即Rd 100 Ri0.5(CO2 CO) N 氣 八/-2 100%CO2 0.5CO N 氣(2-4)式中 Ri-高爐間還原度；N氣一煤氣中的N2量，%;CO、CO2-分別為煤氣中該成分的百分含量，；S-風(fēng)中O2/N2的比值。（0.

24、21（1 f） 0.5f , f為鼓風(fēng)濕度，）0.79（1 f）表2-1不同冶煉條件下的直接還原度0.38 0.70.35 0.50.45 0.60.6 0.7 比煉鋼生鐵高5%10%0.85 1.0冶煉條件煉鋼生鐵：1 .最易還原的礦石：高堿度熔劑性燒結(jié)礦富褐鐵礦及焙燒過(guò)的 菱鐵礦等2 .赤鐵礦、假象赤鐵礦及普通燒結(jié)礦3 .不很致密的磁鐵礦、含F(xiàn)eO較高的燒結(jié)礦及未經(jīng)焙燒的菱鐵礦4 .致密的磁鐵礦,未處理的鈦磁鐵礦及過(guò)熔燒結(jié)礦鑄造鐵及鏡鐵：硅鐵及鉆鐵:由（2-4）式可知，只要根據(jù)煤氣的平均成分和鼓風(fēng)濕度，便能計(jì)算出高爐的 直接還原度，使用很方便。2.3 配料計(jì)算配料計(jì)算是高爐操作的重要依據(jù)，

25、也是檢查能量利用狀況的計(jì)算基礎(chǔ)。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(lái)決定礦石和熔劑的用量（而焦比或燃料比一般根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)確定），以配制合適的爐渣成分和 獲得合格的生鐵。通常以一噸生鐵的原料用量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。2.3.1 計(jì)算準(zhǔn)備及需要確定的已知條件原始資料整理在生產(chǎn)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 方法不同存在分析誤差，以致各種化學(xué)組成之和不等于100%。為此，首先要確定元素在原料中存在的形態(tài)，然后進(jìn)行核算，并使總和為100%。換算為100%的方法，可以均衡地?cái)U(kuò)大或縮小各成分的百分比，調(diào)整為 100%;或者按分析誤 差允許范圍，人為地調(diào)整

26、為100%。調(diào)整幅度不大時(shí)，以調(diào) A12Q或MgOfe宜。 在各種原料中化合物存在的形式和有關(guān)換算，按下述方法處理。燒結(jié)礦分析中的S、P、M分別以FeS P2Q、MnO態(tài)存在。它們的換算為：S-FeSFeS S 88%32142P-P2O5P2O5 P %2 31712 Mn 一 MnOMnO Mn 一%55式中S、P、Mn等元素皆為分析值（百分含量）。當(dāng)要計(jì)算FeQ時(shí)，需從生鐵（TFe） 中扣除FeO和FeS中的Fe,再進(jìn)行換算。1625656Fe?O3Fe FeOFeS%1127288式中的Fe、FeO為分析所得燒結(jié)礦的全鐵和氧化亞鐵的百分含量，F(xiàn)eS為換算所得的硫化鐵量。天然礦石中的S以

27、FeS形態(tài)存在，換算式如下：120FeS2 S % 64 式中S為分析所得的百分含量。焦炭工業(yè)分析是指干焦分析，固定碳是由100%減去各項(xiàng)成分的百分含量后 得到的，故焦炭分析不需調(diào)整。但是焦炭灰分各組成若按 100%計(jì)算，亦應(yīng)調(diào)到 100%;同理，揮發(fā)分也應(yīng)如此。但因揮發(fā)分中 N2量為總量與各項(xiàng)含量之差，故 亦不需再調(diào)。焦炭中的Fe以FeO- SiO2及FeS狀態(tài)存在，Mn呈MnO SiO2形態(tài)，S以有機(jī) S和FeS狀態(tài)存在，P以磷酸鹽存在，C以近似石墨碳和無(wú)定型碳各半存在于焦 炭之中。熔劑的堿性物質(zhì)必須與其燒損（CO量）相適應(yīng)，在此基礎(chǔ)上再調(diào)為100%。 石灰石、白云石中的Fe以FeC Fe

28、2Q狀態(tài)為主，Mn以高價(jià)氧化物狀態(tài)存在，P 為P2Q或磷酸鹽，S呈SO狀態(tài)。選配礦石在使用多種礦石冶煉時(shí)，應(yīng)據(jù)礦石供應(yīng)量及爐渣成分要求選定適當(dāng)配比。 此 時(shí)需注意礦石含P量不應(yīng)超過(guò)生鐵允許含P量。因考慮P全部進(jìn)入生鐵，故需依 礦石含P量事先核算，若某種礦石冶煉含 P超標(biāo)，此種情況下，只能搭配含 P 更低的礦石冶煉。需要確定的冶煉條件1）根據(jù)原料條件、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等確定生鐵成分。C、P元素一般操作不能控制；而Si、Mn S等元素可以改變操作條件加以控制。2）各種元素在鐵、渣和煤氣中的分配比例，按經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)選擇，一般可參考表2.2選定。表2.2常見(jiàn)元素分配率（煉鋼鐵）鐵種 J、FeM

29、nPSV生鐵0.997爐渣0.003煤氣0.5001.0000.8000.5000.2000.0503）爐渣堿度。堿度的選擇，主要取決于爐渣脫硫的要求，此外若冶煉低硅生鐵、銳鈦磁鐵礦時(shí)，還應(yīng)考慮爐渣抑制硅鈦還原和利于鈾的回收能力。在正常的爐缸溫度下，要保證流動(dòng)性和穩(wěn)定性。因此，除考慮二元堿度外，還需有適宜的MgO含量。若爐料含堿金屬，還應(yīng)兼顧爐渣排堿要求。4）燃料比。確定燃料比應(yīng)依據(jù)冶煉鐵種、原料條件、風(fēng)溫水平和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等全面衡定。在有噴吹的高爐上，力爭(zhēng)多噴燃料。5）爐塵量、廢鐵加入量，應(yīng)根據(jù)冶煉條件事先確定。計(jì)算內(nèi)容1）礦石用量計(jì)算；2）熔劑用量計(jì)算；3）生鐵成分驗(yàn)算；4）渣量及爐渣成分計(jì)算

30、；5）爐渣性能校驗(yàn)。計(jì)算步驟任務(wù)要求：入爐原料品位：w（TFe）=56%;比： 125kg/t 鐵;溫：1150 C;爐渣堿度101.05;焦比：0355kg/t鐵熟料率：85%利用系數(shù)：2.2t/（ m 3.d）爐渣 MgO%=7.0-13.0%a.原料成分表2.3原料成分（%）成分原料FeMnPSFezQFeOMnOMnOCaO燒結(jié)礦55.630.0930.0480.03370.308.18一0.1210.10優(yōu)質(zhì)塊礦58.940.1640.0430.6476.47.020.26一0.82混合礦55.990.1020.0470.03673.006.300.030.0169.08成分原MgO

31、SiO2Al 2c3FeSaFeSSO燒損2燒結(jié)礦2.616.201.130.11一0.09一1.16100.00優(yōu)質(zhì)塊礦0477.130.950.1050.25一一1.13100.00混合礦2.376.301.260.1150.030.08一1.16100.00b.焦炭成分表2.4焦炭成分（ ）固止炭SiO2Al 2Q灰分，12.17FeSP2O5CaOMgOFeO85.635.654.830.760.120.750.050.01續(xù)表2.4CO0.90COCHHkN2有機(jī)物，H2Nk1.30S2游離水0.330.330.030.060.150.400.400.50100.000.524.8C

32、.噴吹物成分表2.5噴吹物成分（%）d.配礦比。燒結(jié)礦：優(yōu)質(zhì)塊礦=89:11,配成混合礦。e.生鐵成分。表2.6生鐵成分（）SiMnSPCFe0.350.090.030.084.4595.00100.00f.焦比 350kg,煤比 130kg。風(fēng)溫 1200 cg.元素分配率。表2.7各種元素分配表FeMnPS生鐵0.9970.51.0爐渣0.0030.50煤氣0000.06h.爐渣堿度R=CaO 1.04SQ現(xiàn)以1000kg生鐵作為計(jì)算單位進(jìn)行計(jì)算。3礦石量= 焦煤 渣kg . t-1(2-5)Fe礦式中Fe礦一一礦石含鐵量，%;Fe一一焦炭及煤粉帶入鐵量，kg;Fe生鐵含鐵量kg ；Fe渣

33、一一進(jìn)入爐渣的鐵kg。據(jù)(2-5)鐵平衡關(guān)系式得：隹總加 入匚56 0.0075 56 0.0005焦灰市入 Fe 里= 350 2.153 (kg)728856煤粉帶入 Fe 量=130 0.0045 一 0.455 (kg);72進(jìn)入渣中 Fe量= 950 0003 =2.86 (kg);(相當(dāng)于 FeO3.68kg)0.997千甫溝入獷二950 2.18 0.4375 2.86需要混合礦重 = = 1695.97 (kg)0.5603表2.8每噸生鐵爐料實(shí)際用量名稱(chēng)干料用量，kg機(jī)械損失，%水分，%實(shí)際用量，kg混合礦1695.970.51695.97 X 1.005 = 1704350

34、.00.54.8350.0 X 1.053 =368.5煤粉165共計(jì)2210.971652237.5終謂成分1)終謂S量爐料全部含 $量=1695.97 X 0.0005 +350X 0.0052 + 165X 0.0066 =3.76(kg)進(jìn)入生鐵S量=0.3(kg)進(jìn)入煤氣 S 量=3.76 X0.06 =0.22(kg)進(jìn)入爐渣 S量=3.76-(0.3+0.23)=3.23 (kg)2)終謂 FeO量=3.68kg3)終謂 MnC =1695.97 X0.001 X 0.5 X71 = 1.12(kg)554)終謂 SiO2量=1695.97 X0.0630+350X0.0565+

35、 165X0.0748-3.5 X 型28= 131.46 (kg)5)終謂 CaO* = 1695.97 X 0.0908+350X 0.00076 + 165X0.006= 155.25 (kg)6)終謂 Al 2OA= 1695.97 乂 0.0126 + 350X 0.0483 + 165X 0.0342= 43.92 (kg)7)終謂 MgCM = 1695.97 X 0.0237+350X 0.0012+ 165X 0.003= 41.1 (kg)將終謂成分及數(shù)量列表。表2.9終渣成分SiC2Al 2O3CaCMgCMnOFeOS/2Rkg131.4643.92155.2541.1

36、01.123.681.61378.14%34.7611.6141.0610.860.290.970.43100生鐵成分校核1)含 P 量= 10-3X (1695.97 X 0.00047+350X 0.0001 X -62- ) =0.08% 1422)含 S 量=0.03 %; Ls 0.43 228.670.033)含 Si 量=0.35 %551004)含 Mn 量=1.10 - =0.09%71 10005)含 Fe 量二 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質(zhì)不滅定律的基礎(chǔ)上

37、，以配料計(jì)算為依據(jù)編算的。計(jì)算 內(nèi)容包括風(fēng)量、煤氣量、并列出收支平衡表。物料平衡有助于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性， 深入了解冶煉過(guò)程的物理化學(xué)反應(yīng)，檢查配料計(jì)算的正確性，校核高爐冷風(fēng)流量, 核定煤氣成分和煤氣數(shù)量，并能檢查現(xiàn)場(chǎng)爐料稱(chēng)量的準(zhǔn)確性，為熱平衡及燃料消 耗計(jì)算打基礎(chǔ)。2.4.1 原始資料原料全分析并校正為100%;生鐵全分析；各種原料消耗量；鼓風(fēng)濕度；選擇直接還原度，或依煤氣成分算得；假定焦炭和噴吹物含C總量的1.2 %與隆反應(yīng)生成CH,（全焦冶煉可選0.5 %1.0 %的C與H生成CH）。上述1、2、3原始條件已由配料計(jì)算給出，本例僅假定其余各項(xiàng)未知條件， 分別為鼓風(fēng)濕度f(wàn) = 1.5%,即1

38、2g-m3;直接還原度rd = 0.45。2.4.2 根據(jù)碳平衡計(jì)算風(fēng)量風(fēng)口前燃燒的碳量C風(fēng)據(jù)碳平衡得：C風(fēng)=2 c燃一C X103- 2 c直一Gh4（2-6）式中C風(fēng)風(fēng)口前燃燒的C量，kg;2 c燃、2 c直、CCh4分別為燃料帶入C量，直接還原耗C和生成CH的C 量，kg,C生鐵含C量，%。按（2-6）式分別進(jìn)行計(jì)算。燃料帶入固定碳=C + Cm= 350X 0.8563 + 130X 0.7748= 400.429(kg);溶于生鐵的碳=00.04445X1000= 44.5(kg);直接還原耗碳=Gn+ CSi十G+ CFe0.9 X 12 + 3.5 X 24 + 0.8 X 60

39、 + 950X 0.45 X 空55286256= 0.20+3+0.77 +91.60 =95.58(kg);生成 CH耗碳=400.429 X 0.012 =4.805 ( kg);則風(fēng)口前燃燒的 C量：C風(fēng)= 400.42944.5 95.584.805=255.54 (kg)。占入爐總C量的63.82 %。風(fēng)量計(jì)算(V風(fēng))根據(jù)氧平衡可得：C料 C風(fēng) 0.933 Qo20.21 0.29fm3/t 鐵(2-7)其中 QO M OM （M H 2OM ） 22/ m3/t 鐵 21832式中 2c料XC風(fēng)x 0.933 風(fēng)口前燃燒的C所需氧量（m3） （2C料為燃料帶入C量，C風(fēng)為C在風(fēng)口

40、前的燃燒率）；QO 燃料帶入的氧量(m3) (M為煤粉，Q、HQ為煤帶入的氧和 HO 量)；0.21 +0.29f 鼓風(fēng)含氧濃度(f為鼓風(fēng)濕度)。按(2-7)式分別進(jìn)行計(jì)算。鼓風(fēng)含氧濃度=0.21 +0.29 X0.015 =0.2144 (mb m3);風(fēng)口前 C 燃燒所需氧量=400.429 X 63.82%x 0.933=238.4 (m3);燃料帶入氧量=130X (0.0405 + 0.0079 x 16) x 字=4.32 (m3);1832每噸生鐵鼓風(fēng)量=238.4 4.32 =1091.8 (m3)。0.21442.4.3 煤氣成分及數(shù)量計(jì)算計(jì)算步驟1)CH4由燃料碳素生成 C

41、H= 4.32 X 冬 =8.064 (m3)12焦炭揮發(fā)分含 CH=350X 0.0003 X 冬=0.147 (m3)16進(jìn)入煤氣的 CH=8.064+0.147 =8.211(m3) 2)H2入爐總口量=鼓風(fēng)帶入焦炭帶入H +煤粉帶入H即 H2 總=1091.8 X 0.015 + 350 X ( 0.0006 + 0.004 ) X 冬 + 130 X20.0435 0.0079二 224=99.023 (m3) 182設(shè)在噴吹條件下有40% H2參加還原，則參加還原的H2= 99.023 X0.4 =39.61 (m3)生成 CH的 14 = 8.064 X2=16.128 (m3)

42、進(jìn)入煤氣的 1=99.023 (39.61 + 16.128) =43.286 (m3)43.286riH2 563 22.49507.64% (假定用H2還原的鐵氧化物中,1/3是用于還原F&Q, 2/3是用于還原FeQ3)CQ 由 FeQ-FeO生成的 CO= 1695.97 X0.6999 X 223=166.14 (m3) 160由 Fe8Fe 生成的 CO = 950X ( 1.0 0.45-0.0844 ) X .=176.93 (m3) 5622 43由 MnOHMnC&成的 CO= 1695.97 x 0.0003 X =0.131 (m)87另外，代參加還原反應(yīng)，相當(dāng)于同體積

43、的CO所參加的反應(yīng)，所以CO生成量中應(yīng)減去 48.09m3,總計(jì)間接還原生成 CO量=166.14 + 176.93 +0.131 43.58 = 299.621(m3)各種爐料分解或帶入的CO= COt + CO礦22422 4=350X 0.0033 X 詈 + 1695.97 乂 0.0116 X 寄= 10.6 (n3)煤氣中總 CO量=299.621 +10.6 =310.22(m3)4)風(fēng)口前碳素燃燒生成 C8299.55 X 224 =558.6 (而)12元素直接還原生成 C895.58 X224 = 178.42 (m3)12焦炭揮發(fā)分中 C8 350 X 0.0033 X2

44、24=2.156 (m3)12間接還原消耗CO= 295.11 (m3)煤氣中總 C8558.6 + 178.42+2.156 295.11 =444.066 (m3)5)N2 N 2由鼓風(fēng)、焦炭及煤粉帶入，其總量為：N= N 風(fēng)+N焦+N 煤=1091.8 X(1 -0.015) X0.79 +350X 0.0055 乂 魯 +165X0.0042 X=851.434 (m3) 28據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，列出煤氣組成如表2.10o表2.10煤氣成分表COCONbHbCHvg/v 風(fēng)體積，3 m310.22444.066851.43443.2868.2111657.2171.416%18.6526.

45、751.192.960.5100.002.4.4 編制物料平衡表計(jì)算鼓風(fēng)量1m3鼓風(fēng)質(zhì)量: 0.21 口985 32 0.79 985 28 0.015 18 = 1.28(kg . m3)22.4全部鼓風(fēng)質(zhì)量=1091.8 X 1.28 = 1397.504 (kg)計(jì)算煤氣質(zhì)量1m3 煤氣質(zhì)量一 0.1691 44 0.2456 28 0.5508 28 0.0056 16 0.0289 2不、22.4= 1.33 (kg m3)水分計(jì)算全部煤氣質(zhì)量=1657.217 X1.33 =2204.099(kg)爐料帶入水分=350X 0.048 = 16.8 (kg)煤粉水分=130X 0.0

46、079=1.027 (kg)H還原生成水分=39.61 X8_ =31.83 (kg) 22.4總計(jì)水分質(zhì)量=16.8 + 1.027 +31.83 = 49.66 (kg)爐料機(jī)械損失=2237.52210.97 16.8 1.027=8.703(kg)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出物料平衡，如表 2.11。表2.11物料平衡表Kgkg1原燃料2237.51生鐵1000.002鼓風(fēng)1397.5042爐渣378.143煤氣2204.0994水分49.665爐塵8.7033635.004朝3640.6020.154%0.0042%2.5 熱平衡熱平衡計(jì)算的目的，是為了了解高爐內(nèi)熱量供應(yīng)和消耗的狀況，掌握

47、高爐內(nèi) 熱能的利用情況，研究改善高爐熱能利用和降低消耗的途徑。編制熱平衡計(jì)算表 是研究高爐冶煉過(guò)程的基本方法之一。熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)是能量守恒定律，即供應(yīng)高爐的熱量應(yīng)等于各項(xiàng)熱量的消 耗;而依據(jù)是配料計(jì)算和物料平衡計(jì)算所得的有關(guān)數(shù)據(jù)。 熱平衡計(jì)算采用差值法， 即熱量損失是以總的熱量收入，減去各項(xiàng)熱量消耗而得到的，即把熱量損失作為 平衡項(xiàng)，所以熱平衡表面上沒(méi)有誤差，因?yàn)橐磺姓`差都集中掩蓋在熱損失之中。根據(jù)不同需要，可以把熱平衡分為兩大類(lèi)，即全爐熱平衡和區(qū)域熱平衡。全 爐熱平衡是整個(gè)高爐內(nèi)的熱量收支平衡， 作為衡量全高爐的熱能利用狀況；區(qū)域 熱平衡則是研究高爐不同部位熱能的利用情況，尤其是高爐的高溫

48、區(qū)域。全爐熱平衡現(xiàn)有三種編制方法，這里僅介紹第一熱平衡。第一熱平衡是根據(jù)熱化學(xué)中的蓋斯定律編制的， 即根據(jù)加入高爐物料的最初 形態(tài)和產(chǎn)品的最終形態(tài)，以計(jì)算量的轉(zhuǎn)變，而不考慮高爐內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)過(guò)程。 例 如鐵礦石加入高爐內(nèi)最終變?yōu)樯F， 在熱消耗中,只依據(jù)原料所含的鐵氧化合物 分解耗熱；焦炭燃燒最后變成煤氣，在熱收入項(xiàng)中，只依據(jù)焦炭所含碳素的燃燒 反應(yīng)放熱。所以計(jì)算簡(jiǎn)便，也能反映高爐內(nèi)燃燒和直接、間接還原狀況。可以用 來(lái)分析直接還原發(fā)展的程度，為巴甫洛夫直接還原的圖解分析方法奠定了基礎(chǔ)。因此，這種熱平衡方法可稱(chēng)為經(jīng)典式的一種方法而廣為流傳。但是第一熱平衡不能真實(shí)地反映高爐冶煉過(guò)程的熱量分配狀況，夸

49、大了熱量的收入和支出。比如反應(yīng) FeO C-Fe+CQ在計(jì)算時(shí)，既支出了 FeO的分解熱 269755.5kJ . (kg . mol) -1,也收入了碳燃燒熱 117565.3kJ . (kg . mol) -1;而實(shí) 際上反應(yīng)是吸熱 117565.3 269755.5 = 152190.2kJ (kg mol)-1、雖然收支 平衡無(wú)錯(cuò)(這也是第一熱平衡值得肯定和供使用的重要原因)，但高爐內(nèi)既未放熱117565.3kJ,也沒(méi)有吸熱269755.5kJ。這樣在利用熱平衡分析熱量收支時(shí)， 就不能得出更為合理的結(jié)論；同時(shí)，這種方法不符合現(xiàn)代關(guān)于還原機(jī)理的概念。第二熱平衡基本上按高爐內(nèi)實(shí)際反應(yīng)過(guò)程編

50、制，它克服了熱量收入上的不合理計(jì)算。例如前述FeO直接還原反應(yīng)，只計(jì)算此反應(yīng)實(shí)際吸熱 152190.2kJ . (kg . mol) -1,而不是按前述二步法來(lái)計(jì)算。實(shí)際上第一熱平衡的計(jì)算，是設(shè)想各還 原過(guò)程都包括氧化物的分解，和還原劑的氧化二步組成，這和還原機(jī)理的二步理 論一樣，顯然是不符合實(shí)際的。按第二熱平衡計(jì)算所得的熱量總值， 接近于高爐內(nèi)實(shí)際收入的熱量，也完全 相當(dāng)于高爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)變化和物理變化所消耗的熱量總值。在熱量收支比例上， 減少了不合實(shí)際的碳素燃燒熱量收入和氧化物熱量支出的比值，因而也相應(yīng)增大了其它熱收入項(xiàng)和熱支出項(xiàng)的比例，同時(shí)，能量利用指標(biāo)也有改變。據(jù)以上分析， 以第二熱平衡

51、為依據(jù)，進(jìn)行能量利用分析和考慮節(jié)焦途徑與效果，就比較真實(shí)可罪。2.5.1 第一總熱平衡計(jì)算需要補(bǔ)充的原始條件：鼓風(fēng)溫度1200C;爐頂溫度200C;入爐礦石溫度80Co鼓風(fēng)溫度與前面不符 熱量收入1)碳素氧化熱由 C氧化成 1m3的 CO放熱=33410.66 X 12= 17898.43 (kJ . m3)22.4由 C氧化成 1m3的 CO放熱=9797.11 X 12 = 5250.50 (kJ - m3)22.4碳素氧化熱=299.621 X 17899.43+ (444.066 2.156) X 5250.50=5363045.11+2320248.455= 7683293.565

52、(kJ)2)熱風(fēng)帶入熱1200c時(shí)干空氣及水蒸汽比熱容分別為.433kJ m3 . C和1.777kJ - m . C熱風(fēng)帶入熱=(1091.8 17.827) X 1.433 +17.827 X 1.777X 1200 = 1884818.3kJ3)成渣熱爐料中以碳酸鹽形式存在的 CaO和MgO在高爐內(nèi)生成電?鋁硅酸鹽時(shí)，1kg 放出1130.49kJ的熱量。混合礦中的 Ca8 1695.97 X0.0116 X56=25.03 (kg)44成渣熱=25.03 X 1130.49 = 28296.16 (kJ)4)混合礦帶入物理熱80c時(shí)混合礦的比熱為1.0 kJ . (kg . C)-1混

53、合礦帶入物理熱=1695.97 X1.0 X 80= 135677.6 (kJ)5)H2氧化放熱。1mH氧化成HO放熱10806.65kJH2 氧化放熱=39.61 X 10806.65 = 428051.4 (kJ)6) CH4生成熱1kgCH 生成熱=77874.4 =4865.29 (kJ)16CH生成熱=8.064 X 衛(wèi) X4865.29 =28024.07 (kJ)22.4冶煉一噸生鐵的總熱量收入等于16項(xiàng)熱量之和，即Q 總收=7683293.565+1884818.3+28296.16+135677.6+428051.4+28024.07=10188161.1(kJ)熱量支出1)

54、氧化物分解與脫硫a.鐵氧化物分解熱設(shè)焦炭和煤粉中的FeO以硅酸鐵形態(tài)存在，燒結(jié)礦中 FeO有20%以硅酸鐵 形態(tài)存在，其余以FeQ形態(tài)存在。鐵氧化物分解熱由FeO Fe3Q和Fe2O三部分 組成。FeO硅酸鐵= 1695.97 乂 0.87 X 0.0818 乂 0.20+350 乂 0.0075+130 乂 0.0045= 27.35(kg)去除入渣中的FeQ它也以硅酸鐵形式存在，計(jì) 3.68kg。余下的 FeO硅酸鐵= 27.35 3.68 = 23.67 (kg)FeO四氧化三鐵= 1695.97 X 0.063 1695.97X0.87 X 0.0818 X 0.2 =72.7(kg)FeQ 四氧化三鐵=72.7X160 = 161.6(kg)FeQ自由= 1695.97 乂 0.73 161.6 = 1076.46 (kg) 依據(jù)每千克鐵氧化物分解熱，