1、安徽工業大學 煉鐵畢業設計說明書 HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY課程設計說明書 設計題目：設計年產120萬噸制鋼生鐵的高爐學號：201015090502班級：10冶金五姓名：俞占揚導師：劉衛星2014年1月4日目錄摘要1ABSTRACT2第一節 緒論31.1概述31.2高爐冶煉現狀及其發展31.3高爐生產主要技術經濟指標41.4高爐冶煉的主要操作技術措施51.5本設計采用的技術6第二節 工藝計算72.1配料計算72.1.1原料成分計算72.1.2參數設定82.1.3預定生鐵成分92.1.4礦石需求量的計算102.1.5生鐵成分校核102.1.6渣量及爐渣成分計算112

2、.1.7爐渣性能及脫硫能力的計算112.2物料平衡計算122.2.1風量計算122.2.2爐頂煤氣成分及數量計算132.2.3編制物料平衡表152.3熱平衡計算162.3.1熱收入162.3.2熱支出172.3.3編制熱量平衡表20第三節 高爐本體設計223.1設定有關參數223.2高爐內型設計223.3風口、鐵口設計253.4高爐內襯263.4.1爐底設計273.4.2爐缸設計283.4.3爐腹設計283.4.4爐腰設計283.4.5爐身設計283.4.6爐喉設計293.5 爐體冷卻293.5.1冷卻目的293.5.2爐底冷卻形式選擇293.5.3冷卻設備選擇293.5.4冷卻水耗量的計算3

3、13.5.5供水水壓323.6高爐承重結構設計33參考文獻86致謝87安徽工業大學 煉鐵畢業設計說明書摘要本設計建造一座年產180萬噸制鋼生鐵的煉鐵廠，力求達到低污染，低能耗，高效率。高爐煉鐵是現代獲得生鐵的主要手段，而高爐是煉鐵的主要設備。設計中高爐的主要經濟技術指標：年產量P：120×104t焦比：350kg/t煤比：160kg/t綜合冶煉強度：1.05t/m3·d高爐有效容積利用系數：2.197t/m3·day本設計說明書高爐設計內容包括緒論、工藝計算（配料計算、物料平衡和熱平衡）、高爐爐型設計、廠址的選擇、高爐爐頂設備、高爐送料系統、送風系統、煤氣處理系統

4、、渣鐵處理系統、高爐噴吹系統和煉鐵車間的布置等。設計同時借鑒了了國外先進技術和經驗，盡量實現高機械化、自動化，并獲得最大的經濟效益。 關鍵詞：高爐煉鐵設計，物料平衡，渣鐵處理，熱平衡，噴吹，熱風爐，煤氣處理第一節 緒論1.1概述高爐冶煉是獲得生鐵的主要手段，它以鐵礦石（天然富礦，燒結礦，球團礦）為原料，焦碳，煤粉，重油，天然氣等為燃料和還原劑，以石灰石等為溶劑，在高爐內通過燃料燃燒，氧化物中鐵元素的還原以及非氧化物造渣等一系列復雜的物理化學過程，獲得生鐵。其主要副產品有高爐爐渣和高爐煤氣。為了實現優質，低耗，高產和延長爐齡，高爐本體結構及輔助系統必須滿足冶煉過程的要求，即耐高溫，耐高壓，耐磨，

5、耐侵蝕密封性好，工作可靠，壽命長，而且具有足夠的生產能力我國自1996年粗鋼產量突破1億噸以來，連續穩居第一鋼國的位置。2012年我國粗鋼產量更是達到7.16億噸，占全球鋼產量的46.3%。雖然多年來我國生鐵產量居世界第一位，但是我們應該看到與世界先進國家的差距。目前，我國正在生產的高爐有幾千座。近年來，由于生鐵鐵水供不應求，價格上漲，一些本應該淘汰的500m3容積以下的小高爐，又開始生產。應當承認，小高爐的發展現狀，一定程度上阻礙了我國高爐大型化的發展。 在21世紀，我國高爐煉鐵將繼續在結構調整中發展。高爐結構調整不能簡單的概括為大型化，應該根據企業生產規模、資源條件來確定高爐爐容。從目前的

6、我國的實際情況來看，高爐座數必須大大減少，平均爐容大型化是必然趨勢。高爐大型化，有利于提高勞動生產率、便于生產組織和管理，提高鐵水質量，有利于減少熱量損失、降低能耗，減少污染點，污染容易集中管理，有利于環保。所有這一切都有利于降低鋼鐵廠的生產成本，提高企業的市場競爭力。1.2高爐冶煉現狀及其發展（1）爐容大型化及其空間尺寸的橫向發展。最近幾年來，大型鋼鐵企業大多采用V有4000m3以上的高爐，中國沙鋼擁有世界上最大的高爐，有效容積達5860m3。 （2）精料：精料是改善高爐冶煉的基礎，近代高爐冶煉必須將精料列為頭等重要措施,精料包括提高入爐況品味，改善入爐原料的還原性能，提高熟料率，穩定入爐原

7、料成分和整粒。（3）提高鼓風溫度：提高鼓風溫度可以大幅度降低焦比，特別是在鼓風溫度比較低時效果更為顯著。（4）高壓操作：高壓操作可以延長煤氣在爐內的停留時間，改善煤氣熱能及化學能利用，有利于高壓操作，為強化冶煉創造條件。（5）富氧大噴吹：從60年代起，世界各國都在發展向爐內噴吹燃料的技術，取代部分焦炭。噴吹得燃料有重油、天然氣和煤粉等，燃料種類的選擇與國家和地區的資源條件有關。目前國內外大多以噴吹煤粉（無煙煤和煙煤）為主。（6）電子計算機的應用：60年代起高爐開始已用計算機，目前已可以控制配料、裝料和熱風爐操作。高爐冶煉計算機控制的最終目標是實現總體全部自動化控制，但由于目前冶煉技術水平，還難

8、于實現這一目標。1.3高爐生產主要技術經濟指標高爐生產主要技術經濟指標是衡量高爐生產優劣的參數，因此，現代高爐在冶煉過程中總是盡量提高高爐的主要生產經濟技術指標。1綜合冶煉強度冶煉強度是指每晝夜每立方米高爐有效容積燃燒的焦碳量，高爐噴吹燃料時，冶煉強度應包括燃燒焦碳和噴吹物折合焦碳的總量，即稱為綜合冶煉強度。冶煉強度的選擇主要應根據原燃料及冶煉條件、同類型的高爐的實際生產指標、鼓風機能力等經過計算、比較后確定。在原燃料相似的情況下，一般較大容積的高爐采用較低的冶煉強度，較小容積的高爐采用較高的冶煉強度。2焦比焦比是指冶煉一噸生鐵所需要的焦碳量。焦比可根據設計所采用的原燃料、風溫、設備、操作等條

9、件與實際生產情況進行全面分析比較和計算確定。當高爐采用噴吹燃料時，計算焦比必須考慮噴吹物的焦碳置換量。3煤比（Y）。冶煉每噸生鐵消耗的煤粉量稱為煤比。當每晝夜煤粉的消耗量為QY時，則： Y= 噴吹其它輔助燃料時的計算方法類同，但氣體燃料應以體積（）計算。單位質量的煤粉所代替的焦炭的質量稱為煤焦置換比，它表示煤粉利用率的高低。一般煤粉的置換比為0.70.9。4高爐有效容積利用系數利用系數是指每晝夜每立方米高爐有效容積生產的生鐵量。5休風率休風率是指高爐休風時間占高爐規定作業時間的百分數。休風率反映高爐設備維護的水平。一定的高爐休風率是保證高爐檢修以獲得安全操作和高指標的途徑之一，但是高爐休風率不

10、能過大，否則會降低年產量。本設計選取年工作日為355天。6高爐一代壽命高爐一代壽命是從點火開爐到停爐大修之間的冶煉時間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時間。大型高爐一代壽命為1015年。7生鐵合格率：高爐生產的化學成分符合國家的規定的合格生鐵占生鐵量的百分數為生鐵合格率。8生鐵成本。生產1t合格生鐵所消耗的所有原料、燃料、材料、水電、人工等一切費用的總和，單位為元/t。1.4高爐冶煉的主要操作技術措施高爐基本操作制度包括熱制度、造渣制度、送風制度和裝料制度。高爐冶煉強化的主要途徑是提高冶煉強度和降低燃料比，本設計由于采用了現代煉鐵新技術，單位容積的產鐵量較大，使高爐達到強化生產，其主要措施有

11、精料、提高風溫、高壓、加濕和脫濕鼓風、噴吹燃料以及高爐生產過程的自動化等。本設計主要操作技術措施如下：（1）采取調節噴吹量來維持穩定的熱制度，以保持爐況順行。（2）采用高爐高堿度渣操作制度，有利脫硫。1.5本設計采用的技術（1） 無鐘爐頂和皮帶上料 ，布料旋轉溜槽可以實現多種布料方式。（2） 本設計采用了陶瓷杯爐缸爐底結構。（3） 高爐噴煤設備。（4） 有余熱回收和余壓發電裝置。（5） 水渣系統采用過濾式。第二節 工藝計算2.1配料計算2.1.1原料成分計算表2-1 原料成分原始資料項目%Fe%Fe2O3%FeO%CaO%P2O5%MgO%SiO2燒結礦58.374.158.358.720.1

12、21.694.76球團礦61.8386.361.500.690.010.606.80天然礦63.9290.410.820.620.030.423.70爐塵40.0845.2210.766.680.164.024.88項目%Al2O3%MnO%TiO2%V2O5%S/2%燒損%燒結礦1.710.390.110.000.0060.00100.012球團礦1.710.181.770.030.022.85102.54天然礦1.620.120.000.000.032.31100.11爐塵2.500.14C=25.560.10.00100.03表2-2 校核后原料成分資料項目%Fe%Fe2O3%FeO%C

13、aO%P2O5%MgO%SiO2燒結礦58.4074.148.358.720.121.694.76球團礦60.0984.221.460.670.010.596.63天然礦63.8590.310.820.620.030.423.69爐塵39.8645.2110.756.680.164.024.88項目%Al2O3%MnO%TiO2%V2O5%S/2%燒損%燒結礦1.710.390.110.000.0050.00100球團礦1.670.171.730.030.022.78100天然礦1.620.120.000.000.032.31100爐塵2.500.14C=25.550.10.00100表2-3

14、焦炭成分固定碳灰分（12.24%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOP2O586.056.84.240.260.140.790.01揮發分（1.03%）全硫合計H2OCO2COCH4H2N20.300.300.040.260.130.681000.23表2-4煤粉成分固定碳灰分（10.2%）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3P2O574.315.462.880.220.320.800.52揮發分（15.1%）全硫合計H2OCO2COCH4H2N22.57.72.81.60.50.391000.82.1.2參數設定焦比：350kg/t 煤比：160kg/t 綜合焦比：350+160

15、15;0.8=478kg/t鐵水溫度：1500 爐渣溫度：1550 爐塵吹出量：18Kg/t爐頂煤氣溫度：200 鼓風溫度：1200 入爐燒結礦溫度：80 直接還原度：0.40 爐渣堿度：1.2鼓風濕度：1.5% 綜合冶煉強度：1.05t/d·m3氫的高爐利用率：0.35 被利用氫中參加還原FeO的質量分數a：0.9Si：0.40% S：0.03%C=1.30+2.57t鐵水×10-3+0.04Mn-0.35P-0.03Si-0.54S2.1.3預定生鐵成分表2-5元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率項目FeMnPSVTi生鐵0.9980.51.00.80.1爐渣0.0020.

16、50.00.20.9煤氣0.00.00.00.050.00.0假設冶煉一噸生鐵燒結礦的用量為1350kg，球團礦的用量是150kg，天然礦的用量是100kg。生鐵中Si=0.4%,S=0.03%。則：（1）生鐵中P按原料帶入全部進入生鐵計算，則：P=（1350×0.12%+150×0.01%+100×0.03%-18×0.16%+350×0.01%+160×0.52%）×62/142×1/1000=0.11%（2）生鐵中Mn按原料帶入量的50%計算，則：Mn=（1350×0.39%+150×0.

17、17%+100×0.12%-18×0.14%）×55/71×50%×1/1000=0.22%（3）生鐵中的C量為：C=（1.30+2.57×1500×10-3+0.04×0.22-0.35×0.11-0.03×0.4-0.54×0.03）/100=5.10%（4）生鐵中的V為：V=150×0.0003×102/182×0.2/1000=5.04×10-6（5）生鐵中的Ti為：Ti=（1350×0.11%+150×1.77%）4

18、8/80×0.9/1000=0.22%（6）生鐵中的Fe為：Fe=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）/100=93.92%表2-6預定鐵水成分(%)FeMnPSSiTiVC93.920.220.110.030.40.225.04×10-45.102.1.4礦石需求量的計算焦炭帶入的鐵量：350×0.79%×56/72=2.15kg煤粉帶入的鐵量：160×0.80%×112/160=0.90kg爐塵帶走的鐵量：18×（45.21×112/160+10.75×56/72）=7

19、.20kg進入渣中的鐵量：939.2×0.002/0.998=1.88kg設需燒結礦X kg/t，球團礦固定150 kg/t，天然礦Y kg/t。根據鐵平衡939.2+7.20+1.88=58.40%X+150×60.09%+63.85%Y+2.15+0.90堿度平衡鐵水等價帶走的SiO2量=1000×0.4%×60/28=8.57kgR= 1.2=由式得X=1379.89kg，Y=77.60kg2.1.5生鐵成分校核（1）生鐵中含P=(1379.89×0.12%+150×0.01%+77.60×0.03%-18×

20、0.16%+350×0.01%+160×0.52%）×62/142×1/1000=0.11% （2）生鐵中含Mn= （1379.89×0.39%+150×0.17%+77.60×0.12%-18×0.14%）×55/71×50%×1/1000=0.22%（3）生鐵中含C=（1.30+2.57×1500×10-3+0.04×0.22-0.35×0.11-0.03×0.4-0.54×0.03）/100=5.10% （4）生鐵中含V

21、=150×0.0003×102/182×0.2/1000=5.04×10-6（5）生鐵中含Ti=（1379.89×0.11%+150×1.77%）48/80×=0.22%（6）生鐵中含Fe=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）/100=93.92%表2-7校核后鐵水成分(%)FeMnPSSiTiVC93.920.220.110.030.40.225.04×10-45.102.1.6渣量及爐渣成分計算CaO=350×0.0026+160×0.0022+1379.89

22、×0.0872+150×0.0069+77.60×0.0062-18×0.0668=121.90kgSiO2=350×0.068+160×0.0546+1379.89×0.0476+150×0.068+77.60×0.037-18×0.0488=110.41kgAl2O3=350×0.0424+160×0.0288+1379.89×0.0171+150×0.0167+77.60×0.0162-18×0.025=46.08kgMgO=35

23、0×0.0014+160×0.0032+1379.89×0.0169+150×0.0060+77.60×0.0042-18×0.0402=24.82kgMnO=(1379.89×0.0039+150×0.0018+77.60×0.0012-18×0.0014) ×0.5=2.86kgFeO=93.92×72/56×0.002/0.998=2.42kgS=350×0.0068+160×0.0039+1379.89×0.0001+150&#

24、215;0.0004+77.60×0.0006-18×0.002-1000×0.03%=2.91kgTiO2=(1379.89×0.0011+150×0.0177) ×0.9=3.76kgV2O5=150×0.0003×0.2=0.01kg表2-8爐渣的成分組成CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOTiO2kg121.90110.4146.0824.822.862.423.76%38.6835.0314.627.880.910.771.19組成V2O5SCaO/ SiO2kg0.012.91315.171.2%

25、0.921002.1.7爐渣性能及脫硫能力的計算 將SiO2、CaO、Al2O3、MgO看成四元素換算成100%如下：%SiO2+%CaO+%Al2O3%+MgO=35.03+38.68+14.62+7.88=96.21換算為100%后：SiO2:35.03×100/96.21=36.41CaO:38.68×100/96.21=40.20MgO:7.88×100/96.21=8.19Al2O3:14.62×100/96.21=15.20所以：（R0）=50-0.25(Al2O3)+3(S)- =50-0.25×15.20+3×0.24

26、5-=44.28(R0) =CaO+MgO+FeO+MnO=38.68+7.88+0.77+0.91=48.24(R0)(R0) 所以能保證脫硫2.2物料平衡計算2.2.1風量計算1.風口前燃燒的碳量（1）燃料帶入總C量GC總=G焦C焦+G煤C煤=350×0.8605+160×0.7431=420.07kg（2）溶入生鐵中的C量GC生鐵=1000×0.0510=51.0kg（3）生成CH4的C量：（燃料帶入的總碳量約有1%到1.5%與氫化合成甲烷）GC甲烷=1% GC總=1%×420.07=4.20kg（4）爐塵帶走的碳量GC爐塵=18×0.2

27、555=4.60kg（5）直接還原消耗的C量錳還原消耗的C量=1000×0.0022×12/55=0.48kg磷還原消耗的C量=1000×0.0011×60/62=1.06kg硅還原消耗的C量=1000×0.004×24/28=3.43kg鈦還原消耗的C量=1000×0.0022×24/48=1.10kg鐵直接還原消耗的C量=939.2×12/56×0.40=80.50kg故GC直=0.48+1.06+3.43+1.10+80.50=86.57kg（6）脫硫消耗的C量GC脫硫=2.91×

28、;12/32=1.09kg風口前燃燒的碳量GC燃=420.07-51.0-4.20-4.60-86.57-1.09=272.61kg2.風量計算（1） 鼓風中氧的濃度=21%（1-1.5%）+0.5×1.5%=21.44%（2） 風口前碳燃燒消耗的氧=272.61×22.4/24=254.44m3（3） 焦炭帶入氧量=350×0.0023×22.4/32=0.56m3（4） 煤粉帶入氧量=160×0.008×22.4/32=0.90m3（5） 需鼓風供給的氧氣體積為V=254.44-0.56-0.90=252.98m3故V風=252.

29、98/21.44%=1179.94 m32.2.2爐頂煤氣成分及數量計算（1） 甲烷的體積由燃料C生成的CH4量=4.20×22.4/12=7.84m3焦炭揮發分中的CH4量=350×0.0004×22.4/16=0.20m3煤粉揮發分中的CH4量=160×0.028×22.4/16=6.27 m3故=7.84+0.20+6.27=14.31 m3（2） 氫的體積由鼓風中水分分解產生的H2量=1179.94×1.5%=17.70m3焦炭水分分解產生的H2量=350×0.0023×22.4/18=1.00m3焦炭揮發

30、分中的H2量=350×0.0026×22.4/2=10.19m3煤粉揮發分中的H2量=160×0.016×22.4/2=28.67m3煤粉水分分解產生的H2量=160×0.008×22.4/18=1.59m3生成甲烷消耗的H2量=4.20×2=8.40 m3爐缸煤氣中H2的總量=17.70+1.00+10.19+28.67+1.59=59.15m3參加間接還原消耗的H2量=59.15×0.35=20.70m3故=59.15-8.40-20.70=30.05 m3（3）二氧化碳的體積由礦石和煤粉帶入的Fe203的量=

31、1379.89×74.14%+150×84.22%+77.60×90.31%+160×0.8%-18×45.21%=1212.60kg參加還原Fe2O3為FeO的氫氣量=20.70×（1-0.9）×2/22.4=0.185kg由氫還原的Fe2O3的量=0.185×160/2=14.80kg由CO還原的Fe2O3的量=1212.60-14.80=1197.80kg故CO2還=1197.80×22.4/160=167.69m3CO還原FeO為Fe生成CO2的量=939.92×(1-0.4-)

32、5;22.4/56=206.62m3焦炭揮發分中的CO2量=350×0.30%×22.4/44=0.53m3煤粉揮發分中的CO2量=160×2.5%×22.4/44=2.04m3故=167.69+206.62+0.53+2.04=376.88 m3（4）一氧化碳的體積風口前碳燃燒生成CO量=GC燃×22.4/12=272.61×22.4/12=508.87m3直接還原生成CO量=86.57×22.4/12=161.60m3焦炭揮發分中的CO量=350×0.3%×22.4/28=0.84m3煤粉揮發分中的C

33、O量=160×7.7%×22.4/28=9.85m3間接還原消耗的CO量=206.62+167.69=374.31m3故=508.87+161.60+0.84+9.85-374.31=306.85m3（6） 氮氣的體積鼓風帶入的N2量=1179.94×（1-1.5%）×79%=918.17 m3焦炭帶入的N2量=350×0.13%×22.4/28=0.364m3煤粉帶入的N2量=160×0.5%×22.4/28=0.64m3故=918.17+0.364+0.64=919.17 m3由以上結果可得煤氣成分表，見表2-

34、8表2-9煤氣成分表成分CO2CON2H2CH4m3376.88306.85919.1730.0514.311647.26%22.8818.6355.801.820.871002.2.3編制物料平衡表（1） 鼓風量的計算每立方米鼓風的質量為風風= =1.28g/m3G風=V風×風=1179.94×1.28=1510.32kg（2） 煤氣質量的計算煤氣=1.387kg/m3所以煤氣的質量G煤氣=V煤氣×煤氣=1647.26×1.387=2284.74kg（3） 煤氣中的水分氫氣參加還原生成的水分量=20.70×2/22.4×18/2=1

35、6.63kg則G=16.63kg由以上計算結果編制物料平衡表，見表2-9表2-10 物料平衡表收入項支出項組成質量/kg百分數%組成質量/kg百分數%燒結礦1379.8938.04生鐵100027.51球團礦1504.13爐渣315.178.67天然礦77.602.14煤氣2284.7462.86焦炭3509.65煤氣水分16.630.46煤粉1604.41爐塵180.50鼓風1510.3241.63總計3627.81100總計3634.54100校核誤差：0.3%故符合要求2.3熱平衡計算2.3.1熱收入 （1）碳素氧化放熱碳素氧化為CO2放出熱量的計算：碳素氧化為CO2的體積為：= - =

36、376.88-2.04-0.53=374.31m3=×33436.2×12/22.4=374.31×33436.2×12/22.4=6704734.30kJ其中：33436.2為C氧化為CO2的反應熱碳素氧化為CO放出熱量QCO的計算：碳素氧化為CO的體積為：VCO氧化=VCO煤氣-VCO揮發=306.85-0.84-9.85=296.16m3QCO= VCO氧化×9840.6×12/22.4=296.16×9840.6×12/22.4=1561281.48kJ其中：9840.6為C氧化為CO的反應熱由上述計算可得

37、：QC= QCO2 +QCO=6704734.30+1561281.48=8266015.78kJ（2）鼓風帶入的熱量Q風Q風=V風×(1-)×+ V風××=（1-1.5%）1179.94×1708.9+1179.94×1.5%×2110.5=2023507.43kJ-1200下空氣的熱容量-1200下水蒸氣的熱容量（3） H2氧化成H2O放出的熱量H2氧化成H2O放熱為13454.09kJ/kgQ水=16.63×13454.09=223741.52kJ（4）CH4生成熱生產1kgCH4產生的熱量為4709.56k

38、J=×4709.56×16/22.4=14.31×4709.56×16/22.4=48138.43 kJ（5）爐料物理熱Q物80時燒結礦和球團礦比熱容為0.6740 kJ/kgQ物=（1379.89+150）×80×0.6740=82491.67 kJ故Q收=8266015.78+2023507.43+223741.52+48138.43+82491.67 =10643894.83 kJ2.3.2熱支出（1）氧化物分解吸熱Q氧分Fe的氧化物分解吸熱GFeO=1379.89×8.35%+150×1.46%+77.60

39、×0.82%+350×0.79%-18×10.75% =118.88 kJ=1379.89 ×74.14%+150×84.22%+77.60×90.31%+160×0.80%-18×45.21% =1212.60kg入爐礦石中FeO一般有20%到35%以2FeO·SiO2形態存在（取20%），其余以Fe3O4存在。=GFeO×20%=118.88×20%=23.78kg=118.88×80%=95.10kg=95.10×160/72=211.33kg=-=1212.

40、60-211.33=1001.27kg=+=95.10+211.33=306.43kg因為2FeO·SiO2的分解熱為4078.25 kJ/kgFe3O4的分解熱為4803.33 kJ/kgFe2O3的分解熱為5156.57 kJ/kg故=23.78×4078.25=96980.79kJ=306.43×4803.33=1471884.41 kJ=1001.27×5156.57=5163118.84kJ故QFe分=96980.79+1471884.41+5163118.84=6731984.04Mn氧化物分解吸熱由MnO分解產生的1kgMn吸熱7366.0

41、2kJ=0.22%×1000×7366.02=16205.24kJSi氧化物分解吸熱由SiO2分解產生的1kgSi吸熱31102.37kJ=0.4%×1000×31102.37=124409.48kJP氧化物分解吸熱由P2O5分解產生1kgP吸熱35782.6kJQP分=0.11%×1000×35782.6=39360.86kJ因此氧化物分解吸熱Q氧分=QFe分+ QP分=6731984.04+16205.24+124409.48+39360.86=6911959.62kJ（2）脫硫吸熱設燒結礦中S以FeS存在，脫出1kgS吸熱835

42、9.05kJQ脫S=GS渣×8359.05=2.91×8359.05=24324.84 kJ（3）碳酸鹽分解吸熱=0.62% ×77.60×22.4/56=0.19m3=0.42%×77.60×22.4/40=0.18m3所以Q碳酸分=0.19×44/22.4×4048+0.18×44/22.4×2489 =2390.81kJ其中，CaCO3和MgCO3分解每產生1kgCO2吸收的熱量分別為4048kJ和2489kJ（4） 水分解吸熱=V風×0.015×13454.1

43、5;18/22.4=1179.94×0.015×13454.1×18/22.4 =191350.82kJ（5） 鐵水帶走的熱量鐵水帶走的熱量為1259.85kJ/kgQ鐵水=1000×1259.85=1259850kJ（6） 爐渣帶走的熱量爐渣帶走的熱量為1910.26kJ/kgQ渣=315.17×1910.26 =602056.64kJ（7） 煤粉分解吸熱煤粉分解吸熱1048kJ/kgQ煤粉=160×1048 =167680kJ（8） 爐頂煤氣帶走的熱量200以下煤氣各種氣體的比熱容見表如下表2-11煤氣中各氣體的比熱容組分N2CO

44、2COH2CH4H2O比熱容kJ/m31.2841.7771.2841.2781.6101.605干煤氣帶走的熱量Q干煤氣=（1.777×376.88+1.284×306.85+1.284×919.17+1.278×30.05+1.610×14.31）×200=461073.69kJ煤氣中水帶走的熱量=1.605×16.63×22.4/18×(200-100)=3321.57kJ故Q煤氣=Q干煤氣+=461073.69+3321.57=464395.26kJ（9） 爐塵帶走的熱量爐塵比熱容為0.7542k

45、J/kgQ爐塵=G塵×0.7542×200=18×0.7542×200=18×0.7542×200=18×0.7542×200=2715.12kJ則Q出=Q氧分+Q脫S+Q碳酸分+Q鐵水+Q渣+Q煤粉+Q煤氣+Q爐塵+Q噴=6911959.62+24324.84+2390.81+191350.82+1259850+602056.64+167680+464395.26+2715.12+167680=9626723.11kJ由上可得：冷卻及爐殼散熱熱損失Q損=Q收-Q出=10643894.83-9626723.11=1

46、017171.72kJ2.3.3編制熱量平衡表根據以上計算結果，列出熱量平衡表，見表2-11表2-12熱量平衡表熱收入熱量/kJ百分數%熱支出熱量/kJ百分數%碳素氧化放熱8266015.7877.60氧化物分解吸熱6911959.6264.94熱風帶入熱量2023507.4319.01脫S吸熱24324.840.23氫氣氧化放熱223741.520.45水分解吸熱191350.821.80甲烷生成熱48138.430.78鐵水物理熱125985011.84爐料物理熱82491.672.10爐渣物理熱602056.645.656煤氣物理熱464395.264.36噴吹物分解熱1676801.5

47、8爐塵物理熱2715.120.02碳酸鹽分解吸熱2390.810.02冷卻及熱損1017171.729.554總計10643894.83100總計10643894.83100熱利用系數KT=總熱量收入-（煤氣帶走的熱+熱損失） =100%-（4.36%+9.554%） =86.086%碳利用系數KC= = =67.83%第三節 高爐本體設計3.1設定有關參數綜合冶煉強度：1.05t/m3.d; 年均工作日：347天；年產量：P =120×104t 每晝夜出鐵次數n=103.2高爐內型設計 （1）確定容積VU日產量= P/347=3458.2t燃料比K=350+160×0.8

48、=478kg/t有效容積利用系數V=I/K=1.05/0.478=2.197t/m3.day有效容積：VU=/V=864.6m3取VU=864m3（2）爐缸尺寸爐缸的直徑d=0.4087VU0.4205=0.4087×864.60.4205=6.43m表3-1不同爐容的Vu/A爐型大型中型小型Vu/A222815221013校核：VU /A=26.15本設計為大型高爐，結果在允許值范圍內，故校核無誤。取e=1.2，C=0.55，=7.1t/m3，則渣口高度hZ=1.27=1.27=1。674m取風口、渣口中心線的高度差為a=1.3m，安裝風口的結構尺寸b=0.44m，則爐缸高度為h1

49、=hz+a+b=1.76+1.3+0.44=3.5m(3) 死鐵層厚度取h0=1.5m（4） 爐腰直徑D、爐腹角、爐腹高度h2和HU選取D/d=1.09，則D=1.09×6.4=7.04m選=81°30，則爐腹高度h2=（D-d）tan=（11.6-10.6）tan81°30=1.7m校核：=tan-1 = tan-1 =81°06 選HU /D=3 則HU =3×7=21m（5） 爐喉直徑d1,爐喉高度h5取d1/D=0.65，則d1=0.65×11.6=7.5mh5=0.3527VU0.2446-28.3805VU-0.7554=

50、0.3527×2307.880.2446-28.3805×2307.88-0.7554=2.3m（6）爐身角、爐身高度h4、爐腰高度h3選取=84h4=tan=tan84°=12.0m因此h3=HU-( h1+ h2+ h4+ h5)=21-（3.5+1.7+12+2.0）=1m(7) 校核爐容V1=d2×h1=112.54m3V2=h2(D2D·dd2)=59.95 m3V3=D2·h3=54.35 m3V4=h4(D2D·d1d12)=316.36 m3V5=d12·h5=31.79 m3VU=V1V2V3+V

51、4V5=574.99 m3誤差：=0.156% 符合要求3.3風口、鐵口設計 1風口設計（1）風口數n及風口直徑的計算n=2（n+2）=2（6.4+2）=17個，取n=16取風速160m/s,則風口直徑df=0.15m（2）風口結構和形式風口也稱風口小套或風口三套，是送風管路最前端的部件。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。風口裝置由風口大套、二套和小套組成。風口大套一般用鑄鐵或鑄銅制成，內有蛇形無縫鋼管通水冷卻，用法蘭盤與爐殼聯結。高壓高爐的風口大套與爐殼焊接。風口二套和小套常用紫銅鑄成空腔式結構，空腔內通水冷卻。風口二套靠固定在爐殼上的壓板壓緊，小套由直吹管壓緊。風口三個水套之間均以摩

52、擦接觸壓緊固定。因此，接觸面必須精加工，以避免漏氣。風口小套的通風道一般為錐狀，其直徑應根據操作風速來確定。有些為了滿足高爐操作的需要，也有設計成向下傾斜的或橢圓形的風口小套通風道。 直吹管的端頭與風口密合裝配在一起。風口裝置不僅要求密封性好、耐高溫和隔熱，而且要求拆換風口水套方便、迅速，避免影響高爐操作風口的破損機理：風口破損主要是因為渣、鐵對風口的熔蝕作用，其次是風口被磨損和龜裂破壞。部位一般為風口伸入爐內部分的前端上緣和下緣，中部破損占極少數。 為了提高風口使用壽命，提出如下措施：1、提高材質。采用含銅99.5%的貫流式風口，使導熱能力大為提高，降低了高溫渣鐵對風口的熔蝕作用。 2、使用

53、貫流式風口。由于其不同于其它風口的水道結構，使低溫水首先進入高溫區，而且由于水道前端截面積最小，所以水速最高，加強了前端的換熱能力。而冷卻水到了后端時，由于水道截面積增大、水速減慢、水溫升高、熱交換減弱，從而減弱了由于風口冷卻使風溫降低的作用。 3、提高冷卻水質量和增加水速。使用純水密閉冷卻，不產生水垢，保證了風口壁良好的導熱能力。風口壓力提高到1.01.4MPa水速提高到14m/s以上。這些都大大改善了風口的傳熱效果延長了風口壽命。 4、加強風口監測。在風口前端焊接熱電偶，以監測風口溫度。在每個風口進出水管上各安裝一個雙管式電磁流量計，當排水量低于設定值的下限時，立即報警，保證了風口安全工作

54、。近年來國內外一些大型高爐由于減薄了內襯，增加了風口數，多采用2個水套，使風口結構簡化和減輕重量。本設計也采用這種形式：風口小套及二套用青銅鑄件，其成分為銅97.8%、錫1.5%、鐵0.7%鑄件壁厚為 圖3-1 風口套 圖3-2 鐵口套810mm，其結構如圖（3-1）所示。2鐵口設計鐵口裝置主要是指鐵口套。鐵口套的作用是保護鐵口處的爐殼。鐵口套一般用鑄鋼制成，并與爐殼鉚接或焊接。考慮不使應力集中，鐵口套的形狀一般做成橢圓形，或四角大圓弧半徑的方形。確定高爐鐵口數目的主要因素是高爐日產鐵量，根據現在高爐設置鐵口數目的情況來看，大致為每天出鐵3000噸以下的設置鐵口一個；30005000噸的設置鐵

55、口兩個；50008000噸設置三個鐵口；本設計高爐日出鐵量5070噸，所以取三個鐵口。鐵口套與爐殼采用鉚接，鐵口套采用橢圓形鑄件，材質為ZG25，其結構如圖（3-2）所示。3.4高爐內襯內襯主要是直接抵抗冶煉過程中的機械熱力，化學侵蝕，保護爐殼和其它金屬結構，減少熱損。爐襯質量的好壞與砌筑的狀況直接影響高爐的壽命。內襯設計的原則有：（1）利用冶煉本身的特點、耐火磚性質、冷卻設施以及他們的整體性，并借助合理冷卻制度延長爐齡；（2）根據爐體各部分工作條件及侵蝕機理選用耐火材料及冷卻方式。（3）考慮可能有的侵蝕程度，使被侵蝕的內襯所形成的爐型合理。爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工

56、作條件非常惡劣。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程度是決定高爐大修的關鍵。3.4.1爐底設計爐底采用碳磚，為了防止碳磚在烘爐和開爐時被氧化,在碳磚表面應砌一層粘土磚保護層.為吸收砌體膨脹,砌體與周圍冷卻壁之間應留100150縫隙,縫隙內填滿碳素搗打料,爐殼的圓錐體部分的縫隙應取較大值,以便碳搗操作,保證質量,同時防止磚襯膨脹產生對爐殼的推力,避免爐殼開裂而泄漏煤氣. 本設計采用陶瓷杯爐缸爐底結構，它是在爐底碳磚和爐缸碳磚的內緣砌筑一高鋁質杯狀剛玉磚砌體層。陶瓷杯下鋪8層碳磚，每層400mm。 碳磚砌筑在水冷管的炭搗層上。其厚度計算如下：1）鐵口中心線到侵蝕最深處：S1=（T0T1）/q其中：T0為鐵口中心線鐵水溫度：1490T1鐵水凝固溫度：1150為鐵水導熱系數：62.7KJ/m·h·q為陸地中心通過死鐵層的垂直熱流強度：8199KJ/m3·h所以：S1=（1490-1150）×6