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1、目录目录1第一章 绪论11.1概述11.2高炉炉体结构技术的进步11.3 高炉生产主要经济技术指标11.4 高炉冶炼现状及其发展2第二章 高炉配料计算32.1配料计算的目的32.2配料计算时需要确定的已知条件32.2.1原始资料的收集整理32.2.2选配矿石42.2.3原始条件4第三章 物料平衡计算13.1风量的计算13.2炉顶煤气成分及数量的计算33.3编制物料平衡表7第四章 高炉热平衡计算104.1热平衡计算的目的104.2热平衡计算方法104.3热平衡计算过程114.3.2 热量支出124.3.3 热平衡指标计算15第五章 高炉炉型设计175.1 总述175.2 高炉炉型计算175.2.
2、1 设计条件175.2.2设计计算方法及步骤17第六章 开炉料计算206.1 开炉焦比的选择206.2 开炉造渣制度的选择216.3 开炉配料计算216.3.1计算条件216.3.2选定数据21参考文献：26第一章 绪论1.1概述高炉炼铁是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿，烧结矿，球团矿）为原料，焦炭，煤粉，重油，天然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为熔剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。为了实现优质，低耗，高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温，耐高压，耐腐
3、蚀密封性好，工作可靠，寿命长，而且有足够的生产能力。1.2高炉炉体结构技术的进步高炉炉体结构中，两方面的进步是显著的。一是软水或纯水闭路循环冷却得到了大面积的推广，其避免结垢、节水降耗的效果十分明显。同时，我国的铜冷却避及传统的球磨铸铁冷却壁都具有世界先进水平。二是国内的耐火材料技术已经达到或接近世界先进水平，这包括热风炉使用的硅砖和高炉炉缸使用的刚玉莫来石砖、复合棕榈刚玉砖、微孔刚玉砖以及炉身使用的SiC砖、铝碳砖等1.3 高炉生产主要经济技术指标 高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下： （1） 高炉有效容积利用系数（）：高炉有效容积利用系数即昼夜生铁的产量P（t）与高炉有
4、效容积V之比。是高炉冶炼的一个重要指标，越大，其高炉生产效率就越高。本设计=2.4 （2） 焦比（K）：焦比即每昼夜焦炭消耗量Qk与每昼夜生铁产量P（t），喷吹燃料可以有效降低焦比，从而降低成本。 （3） 煤比（Y），油比（M），燃气比（G）：指每吨生铁消耗的煤粉或重油或燃气量。从风口向炉内喷吹煤粉，重油或天然气，焦炉煤气等燃料，可降低焦炭的消耗量。 （4） 冶炼强度（I）:高炉冶炼强度是每昼夜1m有效容积燃烧的焦炭量。夜凉强度表示高炉的指标，它与鼓入高炉的冷风成正比，在焦比一定的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大，本设计的冶炼强度为I=0.888t/md。 （5） 休风率：指休风时间占日历时
5、间的百分比。 （6） 生铁合格率：高炉生产的划线成分符合国家规定的合格生铁占生铁量的百分比为生铁合格率。 （7） 高炉一代寿命：指高炉从点火开炉到停炉大修之间的时间或相邻两次大修之间的时间称为一代寿命。1.4 高炉冶炼现状及其发展 （1）容积大型化及其空间尺寸的横向发展。近年来，大型钢铁企业大多采用有效容积4000立方以上的巨型高炉。 （2）料：精料包括提高入炉矿石品位，改善入炉原料的还原性能，是高熟料率，稳定入炉原料成分和粒度，精料是改善高炉冶炼的基础。 （3）提高风温：提高风温可以大幅度的降低焦比，特别是鼓风温度较低是效果更是明显。 （4）高压操作：高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改
6、善煤气的利用率，有利于稳定操作，为强化冶炼创造条件。 （5）富氧喷吹：富氧大喷吹可达到优质，低耗，高产，长寿的冶炼效果。 （6）电子计算机采用：计算机目前已可以控制配料，装料和热风炉操作。第二章 高炉配料计算2.1配料计算的目的配料计算的目的，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，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。2.2配料计算时需要确定的已知条件2.2.1原始资料的收集整理生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不相吻合，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%。因此，应该先确定元素在原料存在的形态，然后进行核算，使总和为100%。换
7、算为100%方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为100%，或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为100%。调整幅度不大时，以调整Al2O3或MgO为宜。在各种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方法处理。烧结矿分析的S，P，Mn 分别以FeS, P2O5,MnO形态存在。它们的换算为：SFeS (FeS)=(S)% (1)PP2O5 (P2O5) =(P)% (2)MnMnO (MnO)=(Mn)% (3)式中的S，P，Mn等元素皆为分析值（百分含量），当要计算Fe2O3时，需要从生铁（TFe）中扣除FeO和FeS中的Fe，再进行换算。(Fe2O3)= (Fe)-(FeO)
8、-(FeS)% (4)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为换算所得的硫化亚铁量。天然矿石中的S以FeS2形态存在，换算式如下：(FeS2)=(S)%，式中S为分析所得的百分含量。2.2.2选配矿石在使用多种矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当配比选取。此时，需要注意以下几点：1）矿石含P量不应该超过生铁允许含P量，因考虑P全部进入生铁，故需要依据矿石含量事先预算，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。2）冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求。Mn=Mn(Mn)矿m(Fe)铁/(Fe)矿 (5)式中：Mn 生铁含锰量，%
9、(Mn)矿混合矿含锰量，%Mn 锰的回收率，一般为0.50.6m(Fe)铁矿石带入的生铁的铁量，kg/t铁(Fe)矿混合矿含铁量，%3）冶炼锰铁时，为保证其含锰量，必须检查矿石含铁量是否大于允许范围。(Fe) 矿=(100-Mn-C-Si-P)/100(Mn/Mn矿Mn) (6)式中：Mn,Si,C,P表示锰铁中该元素含量，%(Mn)矿锰矿含锰量，%(Fe)矿锰矿允许含铁量，%Mn锰回收率，通常为0.70.824）适当控制碱金属。2.2.3原始条件一.设定原料条件1、矿石成分：表 1-1原料成分 ，%原料FeMnPSFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOP2O5FeS烧损H2OC
10、O2烧结矿58.350.030.0310.0312.5469.355.821.548.542.0180.0390.070.083100.00球团矿64.530.0330.0370.0036.2485.245.131.371.360.5260.0420.0840.008100.00混合矿60.200.0310.0240.02210.6574.125.611.496.391.570.040.0740.061100.00石灰石1.800.060.0010.0361.101.261.960.0951.030.890.0780.100.0021.0642.43100.00炉尘42.210.220.026
11、0.08315.6042.7615.801.338.731.2960.280.060.2271.967C=11.95100.00烧结与球团的比例为70：302、焦炭成分：表1-2焦炭成分 ，%C灰分（12.64）挥发份（0.58）有机物（1.42）游离水SiO2Al2O3CaOMgOFeOCOCO2CH4H2N2H2N2S85.367.324.260.510.120.430.210.190.0250.0370.1180.360.270.791004.173、喷吹燃料成分：表1-3煤粉成分 ，%燃料CHNSOH2O灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉77.752.280.520.302.
12、320.857.316.700.730.320.92100.004预定生铁成分：表1-4预定生铁成分 ，%FeSiMnPSC95.230.550.030.0340.0264.13其中Si、S由生铁质量要求定，Mn、P由原料条件定，C参照下式定，其余为Fe。C=4.3-0.27Si-0.329P-0.032S+0.3Mn某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率（%）见表1-5表1-5元素分配率分 ，%FeMnSP生铁99.750100炉渣0.3500炉气50二.冶炼参数参考：燃料消耗量（kg/t生铁）：焦炭 370（干） 375（湿）煤粉 150 kg/t生铁鼓风湿度 12g/ m3相对湿度 =1.4
13、93% (7)风温 1100炉尘量 20 kg/t生铁入炉熟料温度 80炉顶煤气温度 200焦炭冶炼强度 1.11 t/（m3d）高炉有效容积利用系数 3.0 t/（m3d）炉渣碱度 R=1.102、计算矿石需要量G （1）燃料带入的铁量G首先计算20kg炉尘中的焦粉量：G=GC%/C%=2011.95/85.36=2.80kg高炉内参加反应的焦炭量为：G=360- G=370-2.80=367.2kg故 G= GFeO%+ GFeO% (8) =367.20.43%+1500.92% =2.30kg （2）进入炉渣中的铁量G=1000Fe% (9) =952.3=2.865kg式中 0.3%
14、、99.7%分别为铁在炉渣和生铁中的分配比 （3）需要由铁矿石带入的铁量为：G=1000 Fe%+ G- G (10) =952.3+2.856-2.30 =952.856kg （4）冶炼1t生铁的铁矿石需要量：G= G/ Fe%= =1582.82kg (11)考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：G= G+ G- G=1582.82+20-2.80=1600.02kg (12)3、计算溶剂需要量G （1）设定炉渣碱度 R=CaO/ SiO2=1.10 (13) （2）石灰石的有效溶剂性CaO= CaO%-R SiO2% (14) =(51.03-1.101.96)%=48.87% (3)原料、
15、燃料带有的CaO量G铁矿石带入的CaO量为：G=GCaO%=1582.826.39%=101.14kg (15)焦炭带入的CaO量为：G= G CaO%=367.20.51%=1.87kg (16)煤粉带入的CaO量为：G=GCaO%=1500.73%=1.10kg (17)故 G= G+ G+ G (18) =101.14+1.87+1.10=104.11kg （4）原料、燃料带入的SiO2量G铁矿石带入的SiO2量为：G= GSiO2%=1582.825.61%=88.80kg (19)焦炭带入的SiO2量为：G= GSiO2%=367.27.32%=26.88kg (20)煤粉带入的Si
16、O2量为：G= GSiO2%=1507.31%=10.97kg (21)硅素还原消耗的SiO2量为：G=1000Si%=11.79kg (22)故 G= G+G+G-G=88.80+26.88+10.97-11.79=114.86kg (23)熔剂（石灰石）需要量为：G=（R G- G）/ CaO (24) =（1.10114.86-104.11）/48.87% =45.50kg4、炉渣成分的计算原料、燃料带入的成分见下表1-6表1-6 每吨生铁带入的有关物质的量原燃料数量kgSiO2CaOAl2O3MgOMnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg混合矿1582.825.6188.86.39
17、101.141.4923.581.5724.850.040.630.0250.40焦炭367.27.3226.880.511.874.2615.600.120.440.792.90石灰石45.501.960.8951.0323.220.090.040.890.400.0780.0350.0360.016煤粉1507.3110.970.731.106.7010.050.320.480.300.45127.54127.3349.2726.170.673.77 （1）炉渣中CaO的量G由上表： G=127.33kg （2）炉渣中SiO2的量G由上表： G=128.40- G=127.54-11.79
18、=115.751kg (25) （3）炉渣中Al2O3的量G由上表： G=49.27kg （4）炉渣中MgO的量G由上表： G=26.17kg （5）炉渣中MnO的量G G=0.6650%=0.34kg (26) 50%锰元素在炉渣中的分配率 （6）炉渣中FeO的量G进入渣中的铁量为：Fe=2.865kg ，并以FeO形式存在故 G=2.865=3.68kg (27) （7）炉渣中S的量G原燃料带入的总S量为：G=3.77kg （见表3-6）进入生铁的S量为：G=1000S%=10000.026%=0.26kg (28)进入煤气中的S量为：G= G5%=3.770.05=0.189kg (29
19、)故 G= G-G-G (30) =3.77-0.26-0.189 =3.32kg炉渣成分见下表1-7 表1-7组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS/2CaO/SiO2kg127.33115.7549.2726.170.343.681.66324.2%39.2835.715.208.070.11.140.51100.0 1.105、校核生铁成分 （1）生铁含P 按原料带入的磷全部进入生铁计算铁矿石带入的P量为：G= GP%=1582.820.024%=0.38kg (31)石灰石带入的P量为：G= GP%=23.160.001%=0.0002kg (32)故 P=（0.51+0.0
20、002）=0.038% (33) （2）生铁含Mn 按原料带入的锰有50%进入生铁计算故 Mn=0.6750%=0.026% (34) （3）生铁含C C=100-(95.23+0.55+0.026+0.028+0.026)%=4.13% (35)校核后的生铁成分（%）见下表1-81表1-8 校核后的生铁成分 ，%FeSiMnPSC95.230.550.0260.0380.0264.13第三章 物料平衡计算3.1风量的计算 （1）风口前燃烧的碳量G1）G= GC%+ GC% (36)=367.285.36%+15077.75%=430.07kg2）溶入生铁中的碳量为：G=1000C%=1000
21、4.13%=41.3kg (37)3）生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量有1%1.5%与氢化合生成甲烷，本例去1%。G=1% G=0.01430.07=4.30kg (38)4）直接还原消耗的碳量G锰还原消耗的碳量：G=1000Mn%=10000.026%=0.06kg (39)硅还原消耗的碳量：G1000Si%=10000.55%=4.71kg (40)磷还原消耗的碳量：G1000P%=10000.038%=0.37kg (41)铁直接还原消耗的碳量： G=1000Fe% rd (42)rd= rd-rrd一般为0.40.5，本计算取0.45。r= G( H2%+ H2%)+ GH2%+(V
22、+ GH2 O %)H2/(1000Fe%) (43) = 367.2(0.037%+ 0.36%)+ 1502.28%+ (12001.493%+ 1500.85 %)0.40.9/(100095.23%) =0.07式中 H2氢在高炉内的利用率，一般为0.30.5，本计算取0.4； 被利用氢气量中，参加还原FeO的百分量，一般为0.851.0，取0.9；V设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3。G=100095.23%0.38=77.54kg (44)故 G= G+ G+G+G (45) =0.06+4.71+0.37+77.54 =82.68kg风口前燃烧的碳量为：G= G-G-G-
23、G (46)=430.07-41.3-4.3-82.68=301.79kg （2）计算鼓风量V1）鼓风中氧的浓度：N=21%(1-)+0.5 (47) =21%(1-1.493%)+0.51.493% =21.43%2) G燃烧需要氧的体积为：V= G (48) =301.79 =281.67m33）煤粉带入氧的体积为：V=G（O%+ H2 O %） (49) =150（2.32%+ 0.85 %） =3.23 m34）需鼓风供给氧的体积为：V= V-V=281.67-3.23=278.44 m3 (50)故 V= V/N=1299.30m3 (51)3.2炉顶煤气成分及数量的计算 （1）甲烷
24、的体积V1）由燃料碳素生成的甲烷量为：V= G=4.3=8.03 m3 (52)2）焦炭挥发分中的甲烷量为：V=GCH% (53) =367.20.025% =0.129 m3故 V= V+V=8.03+0.129=8.16 m3 (54) （2）氢气的体积V1）由鼓风中水分分解产生的氢量为：V= V=1299.301.493%=19.40m3 (55)2）焦炭挥发分及有机物中的氢量为： V= G（H2%+ H2%） (56) =367.2（0.037%+0.36%） =16.33 m33）煤粉分解产生的氢量为：OV= G（H2%+ H2 O %） (57) =150（2.28%+0.85%）
25、 =39.89 m34）炉缸煤气中氢的总产量为：V= V+V+V (58) =19.4+16.33+39.89 =75.62 m35）生成甲烷消耗的氢量为：V=2V=28.16=16.32 m3 (59)6）参加间接反应消耗的氢量为：V=VH2 (60) =75.620.4=30.25 m3故 V =V-V-V (61) =75.62-16.32-30.25 =29.05m3 （3）二氧化碳的体积V1）由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2 VG= GFe2O3% (62) =1582.8274.12% =1173.19kg参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：G= VH2（1-） (63)
26、 =75.620.4（1-0.9） =0.27kg由氢气还原Fe2O3的质量为：G= G (64) =0.27=21.6kg由CO还原Fe2O3的质量为：G= G- G (65) =1173.19-21.6 =1151.59kg故 V= G (66) =1151.592 =161.22 m32）由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：V=1000Fe%1- rd-r (67) =100095.23%(1-0.38-0.07) =209.51 m33）石灰石分解产生的CO2量为：V=GCO2% (68) =45.5442.43% =9.83 m34）焦炭挥发分中的CO2量为：V= GCO2% (
27、69) =367.20.19% =0.36 m3故 V= V+V+V+V (70) =161.22+209.51+9.83+0.36 =380.92 m3 （4）一氧化碳的体积 V1）风口前碳素燃烧生成的CO量为：V=G=301.79=563.34 m3 (71)2）直接还原生成的CO量为：V= G=82.68=154.34m3 (72)3）焦炭挥发分中的CO量为：V= GCO%=367.20.21%=0.62 m3 (73)4）间接还原消耗的CO量为：V= V+V=159.80+209.51=369.31 m3 (74)故 V=V+V+V-V=347.57 m3 (75) （5）氮气的体积V
28、1）鼓风带入的氮气量为：V= V（1-）N2% (76) =1299.3（1-1.493%）79% =1011.12 m32）焦炭带入的氮气量为：V=G（N2%+ N2%） (77) =367.2（0.118%+0.27%） =1.14 m33）煤粉带入的氮气量为：V=GN2% (78) =1500.52% =0.62 m3故 V=V+V+V (79) =1011.12+1.14+0.62=1012.88 m3煤气成分见下表1-9表1-9煤气量及成分成分 CO2 CO N2 H2CH4 体积m3380.92347.571012.8829.058.161778.58%21.4219.54 56.
29、951.630.46100.003.3编制物料平衡表 （1）鼓风质量的计算1 m3鼓风的质量为：r=0.21（1-）32+0.79（1-）28+18/22.4 (80) =0.210.98532+0.790.98528+180.01493/22.4 =1.28kg/ m3鼓风的质量为：G=Vr=1299.31.28=1664.1kg (81) （2）煤气质量的计算1 m3煤气的质量为：r=（44 CO2%+28 CO %+28 N2%+2 H2%+16 CH4%）/22.4 (82) =（440.2142+280.1954+280.5695+20.0163+160.0046）/22.4 1.3
30、82 kg/ m3煤气的质量为：G=Vr=1778.581.382=2456kg (83) （3）煤气中的水分1）焦炭带入的水分G=GH2O%=367.24.17%=15.31kg (84)2）石灰石带入的水分G=GH2O%=45.51.06%=0.48kg (85)3）氢气参加还原生成的水分为：G= V (86) =30.25 =24.31kg故 G= G +G +G (87) =15.31+0.48+24.31 =40.1kg物料平衡列表1-10表1-10物料平衡表入相kg%混合矿1600.0241.78焦炭（湿）3709.66石灰石45.51.19鼓风（湿）1664.143.45煤粉15
31、03.92总计3829.62100.00生铁100026.04炉渣324.28.44炉气（干）24566395煤气中水40.11.04炉尘200.53总计3840.3100.00相对误差=（3840.33829.62）/3840.3=0.278%0.3% (88)所以计算结果符合要求2。第四章 高炉热平衡计算4.1热平衡计算的目的热平衡计算的目的是为了了解高炉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。通过计算调查高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，说明热量收支各项对高炉冶炼的影响，从而寻找降低热消耗与提高能量利用的途径，达到使高炉冶炼过程处于能耗最低和效率最高的最佳运行状态。同时还可以绘制热平计算表研究高炉冶炼过程的基本方法2。4.2热平衡计算方法热平衡计算的
