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1、年产415万吨生铁的高炉车间生产工艺设计中文摘要高炉炼铁是获得生铁的主要手段，也是钢铁冶金过程中最重要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用。本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，设计建造年产量为415万吨的炼铁车间。车间共有2373m高炉一座，高炉采用了全冷却壁、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、炭砖陶瓷杯复合炉底、全软水密闭循环冷却系统、PW串罐无料钟炉顶、内燃式热风炉、全干式布袋除尘等一系列先进实用技术。同时，本设计还结合了国内外相似高炉的一些先进的生产经验和相关数据，力争使该设计的高炉做到合理、长寿、实用，以期达到最佳的生产效益。设计的主要内容包括炼铁工艺计算（包括配料计算、物料
2、平衡和热平衡）、高炉炉型设计、高炉各部位炉衬的选择、炉体冷却设备的选择、风口及出铁场的设计、原料系统、送风系统、炉顶设备、煤气处理系统、渣铁处理系统、高炉喷吹系统和炼铁车间的布置等。关键词：高炉,热风炉,工艺设计,设备ABSTRACTPig iron is main from blast furnace，furnace ironmaking is also a important process in iron and steel making，and its play an important role in the construction of national economy. bas
3、ed on the target of high productivity, high quality, lowconsump tion, long campaign and environment protection.the design is aim at design a furnace which produce 4150 thousands pig iron per year，the plant has a 2373m furnace which series of advanced and applicable technologies were adopted, such as
4、 full cooling stave, thin inner lining of integrated bricking and staves, carbon bricks combined furnace bottom with ceramic cup, closed loop soft water circulation and cooling system, bell - less top with central charging hopper, inner combustion burner type hot air stove, dry bag gas dedusting etc
5、. The design program consist of abstract、foreword、technological calculate（contain blast-furnace burden、material balance calculate and thermal equilibrium calculate），the choose of furnace lining and cooling plant，the design of furnace lines，tuyere and casting house，material system，blast system furnac
6、e roof system，gas dispose system，iron and slag dispose system，fuel injection system and the disposition of plant.Besides，the design also consult some advanced produce experience and data from home and abroad similar furnace to make the design achieve best. Key words: blast furnace,calorifier,technol
7、ogical design, equipment. 目录中文摘要1ABSTRACT21 前言12 高炉配料计算22.1配料计算的目的22.2配料计算时需要确定的已知条件22.2.1原始资料的收集整理22.2.2选配矿石32.2.3确定需要的冶炼条件42.2.4 配料计算的内容72.3计法与算方过程72.3.1计算方法72.3.2确定生铁成分82.3.3计算所配矿石比例82.3.4计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量92.3.5终渣成分及渣量计算102.3.6生铁成分校核113 高炉物料平衡计算133.1高炉物料平衡计算的意义133.2 高炉物料平衡计算的内容133.2.1 根据碳平衡计算风量143.
8、2.2 煤气成分及数量计算153.2.3 编制物料平衡表174 高炉热平衡计算194.1热平衡计算的目的194.2热平衡计算方法194.3热平衡计算过程214.3.1 热量收入214.3.2 热量支出224.3.3 热平衡指标计算275高炉本体设计285.1.1 高炉总年产量的计算285.1.2 高炉有效容积的确定285.1.3 高炉内型尺寸确定295.2 高炉内衬设计335.2.1炉底335.2.2炉缸345.2.3炉腹345.2.4炉腰355.2.5炉身355.3 高炉炉壳和高炉基础405.3.1高炉炉壳405.4炉体设备435.4.1 炉体冷却设备435.4.2 风口水套445.4.3
9、铁口套445.4.4炉喉钢砖456 料运系统计算及装料布料设备456.1贮矿槽456.1.1 平面布置456.1.2 槽上运输方式466.1.3 储矿槽工艺参数466.1.4 槽下供料466.2 料坑设备466.3 碎焦运送设施476.4 上料设备487 高炉鼓风机的选择497.1 高炉鼓风量及鼓风压力的确定497.1.1 高炉入炉风量494.1.2 鼓风机出口风量497.1.3 高炉鼓风压力507.2 高炉鼓风机能力的确定507.2.1 大气状况对高炉鼓风的影响507.2.2 鼓风机工况的计算517.3 高炉鼓风机的工艺过程538 热风炉工艺计算538.1 计算的原始数据548.2 燃烧计算
10、548.2.1 煤气成分换算548.2.2 煤气发热值计算558.2.3 燃烧1标米3煤气的空气需要量568.2.4燃烧1标米3煤气生成的烟气量白分组成568.2.5理论燃烧温度和实际燃烧温度计算578.3 热平衡计算598.3.1 计算鼓风从80提高到1200所增加的热含量598.3.2 加热1标米3鼓风需要的煤气量598.3.3 煤气消耗量及烟气量608.4 蓄热室热工计算618.4.1 热工计算的原始条件628.4.2 蓄热室各部位的烟气及鼓风温度648.4.3 蓄热室面积及各段砖格子高度的计算658.4.4 蓄热室面积及蓄热室各段高度的调整668.5 热风炉的蓄热面积指标679 风口平
11、台及渣铁处理系统689.1 风口平台和出铁场布置699.1.1 铁口及出铁场数目的确定699.1.2 渣、铁沟及其流嘴布置709.2 风口平台和出铁场设备709.2.1 泥炮709.2.2 开铁口机719.2.3堵渣口机719.2.4炉前吊车729.2.5铁水罐车729.2.6渣罐车739.3 风口平台和出铁场结构739.3.1风口平台739.3.2 出铁场749.4铁水处理749.5 渣的处理7410高炉煤气处理系统7610.1 工艺流程7610.2 煤气除尘设备7710.2.1 粗除尘设备重力除尘器7710.2.2 精细除尘设备布袋除尘器777.2.3 脱水器7810.3 煤气除尘系统附属
12、设备7910.3.1 粗煤气管道7910.3.2 调节阀组7910.3.3 煤气遮断阀8010.3.4 煤气放散阀8011 高炉喷吹煤粉系统8111.1 喷煤系统8111.2 喷吹工艺8211.3 主要设备8211.3.1 混合器8211.3.2 分配器8311.3.3 喷煤枪8311.3.4 喷氧枪8312部分车间布置与总图运输8312.1 车间平面布置8312.2厂区的选择8412.3 总图运输8413参考文献841 前言毕业设计是大学学习过程中的最后一个环节，对每个大学生的学习能力和以后的工作实践能力都会有很大的帮助与提高。毕业设计是为了更好地将理论和实践结合起来，达到学以致用的目的。本
13、设计说明书是编者赴陕西省汉中钢铁集团有限公司实习后，经张从蓉老师悉心指导的年产415万吨生铁的高炉的工艺设计说明书。本设计参照了近年来国内外炼铁工艺方面的资料。 本设计说明书着重以工艺角度论述生铁冶炼工艺所涉及的基本流程和主要设备的基本结构，工作原理设计原则及设计方法。本设计说明书的设计原则是，拟建两座高炉其中每座高炉有效容积2373m3，尽可能采用通用的工艺和技术，关键工艺装备水平达到国家同类型高炉水平，本设计说明书主要包括高炉配料计算、高炉本体设计、料运系统方案设计、高炉炉顶、高炉鼓风机、内燃式热风炉、渣铁处理系统及煤气处理系统设计等几大部分，同时对炼铁的其他工艺流程式进行了设计说明。其中
14、高炉配料计算，先从原料入手，对各种原料的化学分析结果进行成分处理。接着进行高炉配料计算，包括产品方案的确定，对物料平衡的计算，生铁炉渣性能指标的计算及校核等。高炉部分包括高炉的选型及高炉内型的计算，配砖的计算，冷却设备及本体结构设计等，热风炉部分包括热工计算，结构设计。这两部分作为炼铁设计的主体部分。其它工艺流程包括出铁场的设计，渣铁处理系统，高炉鼓风机，煤气处理系统的工艺设计及主要设备的选型。车间平面布置及总图运输方案，以联合企业为背景，尽量使车间布置趋向合理。 本设计说明书附有高炉砖量图，热风炉剖面图，车间平面布置图各一张。由于编者缺乏实作和经验，如有疏忽和错误，还望见谅和批评指正！2 高
15、炉配料计算冶炼1t生铁，需要一定数量的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷吹燃料)。对于炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要任务，就是求出在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼规定成分生铁所需要的矿石、熔剂数量。对于生产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说不存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出铁量、理论渣量等，有时因冶炼条件变化需要作配料计算 1。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
16、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)%PP2O5 (P2O5) =(P)%MnMnO (MnO)=(Mn)%
17、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)-(FeS)%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
18、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)矿式中：Mn 生铁含锰量，% (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)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。2.2.3确定需要
19、的冶炼条件(1）根据原料条件，国家标准和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。按照经验和实际生产数据选取。 (3)炉渣碱度选择碱，主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利于矾的回收能力，在正常炉钢温度下，要保证流动性和稳定性，因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的MgO含量，若炉料含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求。 (4）燃料比确定。确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条件，风温水平和生产经验等全面衡定，在有喷吹条件下，力争多喷燃料。(5）原燃料成分
20、分析，入炉矿石成分见表2.1表2.1入炉矿石成分（%）成分原料TFeMnPSFe2O3FeOMnOMnO2CaO烧结矿55.630.0930.0480.03370.308.180.12010.10球团矿63.540.0690.0310.00788.320.930.0900.95块矿58.720.1650.0210.13467.9414.2000.261.50混合矿57.000.0940.0440.03572.867.4500.1080.0168.21续上表成分原料MgOSiO2Al2O3P2O5FeS2FeSSO2烧损合计烧结矿2.616.201.130.1100.0901.16100.00球
21、团矿1.074.120.730.0700.0203.70100.00块矿0.6511.702.320.050.25001.13100.00混合矿2.266.221.1460.100.020.0701.54100.00焦炭成分分析见表2.2表2.2 焦炭成分（%）固灰分11.01挥发分0.90定碳SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5CO2COCH4H2N286.795.124.370.680.110.670.050.010.330.330.030.060.15续上表有机物1.30全S游离水H2N2S1000.534.800.400.400.50喷吹物成分见表2.3表2.3喷吹物成分
22、成分CH2O2H2ON2S灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉77.484.354.050.790.420.667.483.420.600.300.451006）确定焦比与煤比根据目前国内生产经验，选择焦比为360 Kg/t，煤比为160 Kg/t。7）元素分配率 见表2.4表2.4各种元素分配率2铁种元素FeMnPSV生铁炉渣煤气0.9970.003-0.6000.400-1.00-0.060.8000.200-2.2.4 配料计算的内容（1）矿石用量及配比计算；（2）生铁中铁量计算；（3）渣量及炉渣成分计算；（4）炉渣性能校核；（5）生铁成分校核。2.3计法与算方过程2.3.1计算
23、方法为精确配料，现根据设计的生产要求，先假定生铁成分，然后用理论方法进行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后炉渣性能、生铁成分进行校核。 2.3.2确定生铁成分根据设计的生产要求假定的生铁成分，规定Si=0.35，S=0.03，Mn=0.08，P=0.09，R=1.10，由公式C=4.3-0.27Si-0.32P+0.03Mn,可得C=4.18，Fe=95.27。2.3.3计算所配矿石比例根据以上已知条件，先以1t生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。在计算时需要列出两个方程：碱度方程和铁平衡方程，根据生产要求列出方程如下：（1）铁平衡方程： （
24、2）碱度平衡方程： 式中 CaO1, CaO2,CaO3,CaO焦,CaO煤，分别表示烧结矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的CaO含量。SiO2(1), SiO2(2), SiO2(3) ,SiO2(焦), SiO2(煤) ，SiO2(R)，分别表示烧结矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的SiO2含量、还原到铁水中的SiO2量（kg），其中SiO2(R)=以1t生铁作为计算单位进行计算，据以上各表数据可以求得焦炭带入铁量=1.99kg，煤粉带入铁量=0.5775kg假定配烧结矿Xkg,球团矿配Ykg,块矿=100kg,因此有：铁平衡方程：碱度平衡方程:联立解出方程组可得：烧结矿=1323.83 kg（占
25、79%），球团矿=247.03 kg（占15%），块矿=110 kg（占6%），需要矿石总量为1670.86 kg，入炉熟料率=94%。2.3.4计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量冶炼每吨生铁炉料的实际用量计算见表2.5表2.5冶炼每吨生铁炉料的实际用量名称干料用量kg机械损失%水分%实际用量kg混合矿1670.860.51679.21焦炭3600.54.8379.08煤粉160160合计2190.862218.292.3.5终渣成分及渣量计算（1）终渣S含量炉料全部含S量=1670.860.0004+3600.005+1600.0066=3.53kg进入生铁的S量=0.3kg进入煤气的S量=3.
26、530.06=0.21进入炉渣的S量=3.53-0.3-0.21=3.02kg（2）终渣的FeO量=3.69kg（3）终渣的MnO量=1670.860.000940.5（4）终渣的SiO2量=1670.860.0622+3600.0512+1600.0748-7.5=126.83kg（5）终渣的CaO量=1670.860.0821+3600.0068+1600.0060=140.59kg（6）终渣的Al2O3量=1670.860.01146+3600.0437+1600.0342=40.35kg（7）终渣的MgO量=1670.860.0226+3600.0011+1600.003=38.64k
27、g终渣成分见表2.6表2.6终渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合计RKg126.8340.35140.5938.641.013.691.51352.621.10%35.9611.4439.8710.960.291.050.43100由于分析所得Ca+都折算成CaO，但其中一部分Ca+却以CaS形式存在，CaS和CaO之质量差为S/2，为了质量平衡，Ga+仍以CaO存在，而S则只算S/22炉渣碱度R =1.10,符合规定值。MgO%=10.96%，符合设计要求。根据炉渣百分组成，校验炉渣物理性质得：熔化温度1350，粘度2PaS(1450)。该炉渣适合于炼钢铁生产。2.
28、3.6生铁成分校核1含P量（2)含S量，（3)含Si量（4)含Mn量（5)含Fe量=95.27% （6)含C量=100-95.27-0.08-0.35-0.03-0.08=4.19%生铁成分列于表2.7表2.7 生铁成分（%）FeSiMnPSC合计95.270.350.080.090.034.18100校验结果与生铁成分的误差很小，表明原定生铁成分恰当。3 高炉物料平衡计算3.1高炉物料平衡计算的意义通过高炉配料计算确定单位生铁所需要的矿石、焦炭、石灰石和喷吹物等数量，这是制定高炉操作制度和生产经营所不可缺少的参数。而在此基础上进行的高炉物料平衡计算，则要确定单位生铁的全部物质收入与支出，即计
29、算单位生铁鼓风数量与全部产品的数量，使物质收入与支出平衡。这种计算为工厂的总体设计、设备容量与运输力的确定及制定生产管理与经营制度提供科学依据，是高炉与各种附属设备的设计及高。3.2 高炉物料平衡计算的内容物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上，以配料计算为依据编算的。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。校验高炉冷风流量，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。(1) 原料全分析并校正为100%（表2.1；表2.2；表2.3）；(2) 生铁全分析；（表2.7
30、）(3) 各种原料消耗量（表2.5）；(4) 鼓风湿度，f=1.5%；(5) 本次计算选择直接还原度rd=0.45；(6) 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.0%与H2 反应生成CH4。上述1，2，3原条件已经由配料计算给出，本例仅假定其余各项未知条件，分别为鼓风湿度f=1.5%（12g/m3 ），富氧率2.5%，氧气浓度98%。3.2.1 根据碳平衡计算风量(1) 风口前燃烧的碳量C风 根据碳平衡得： C风 =C燃-（C）103- C直- CCH4式中 C风 风口前燃烧C量，kg；(C)生铁含C量%；C燃 ，C直 ，CCH4 分别为燃料带入C量，直接还原耗C和生成CH4 的C量，2；按上式分别进
31、行计算：燃料带入的C=m(C)J+m(C)M=3600.8679+1600.7748=436.41kg溶于生铁的C=41.8kg直接还原耗碳=m(C)Mn+m(C)Si+m(C)P+m(C)Fe=0.8+3.5+0.9+952.70.45=0.17+3+0.87+91.87=95.91kg生成CH4耗碳=436.410.012=5.24 kg风口前燃烧的C量=436.41-41.8-95.91-5.24=293.46 kg，占入炉总碳量的67.24%。(2)风量计算（V风）根据氧平衡可得：其中 式中 风口前燃烧的C所需氧量（m），(为燃烧带入C量，为C在风口前的燃烧率)； Q为燃料带入的氧量（
32、M为煤粉，V（O）M，V（H2O）M为煤带入的氧和H2O量）； 0.21+0.29f鼓风含氧浓度（f为鼓风湿度）2。据原料供应情况，本高炉仅喷煤，将上式分别进行计算：鼓风含氧浓度=0.21+0.290.015=0.2144 m3/ m3风口前C燃烧所需氧量=293.460.933=273.80 m3燃料带入氧量=160（0.0405+0.079）=5.32 m每吨生铁鼓风量=1252.24 m33.2.2 煤气成分及数量计算(1) 计算CH4量由燃料带入的C生成CH4的量=5.24=9.78 m3焦炭挥发分含CH4量=3600.003=0.15 m3进入煤气的CH4量=9.78+0.15=9.
33、93 m3(2)入炉总H2量=鼓风带入H2+焦炭带入H2+煤粉带入H2即入炉的总H2量=1252.240.015+360（0.0006+0.004）+160（0.0435+）=20.0+18.55+79.52=116.85 m3设喷吹条件下有40%的H2参加还原，则参加还原的H2量=116.850.4=46.74m3生成CH4的H2量=9.782=19.56 m3进入煤气的H2量=116.85-46.74-19.56=50.55 m3=8.18%（假定用H2还原的铁氧化物中，1/3用于还原Fe2O3，2/3用于还原FeO）(3)由Fe2O3FeO生成CO2的量=1670.860.7281=17
34、0.43 m3由FeOFe生成CO2的量=952.7（1-0.45-0.0818）=178.42 m3由MnO2MnO生成的CO2的量=1670.860.00016=0.069 m3另外，H2参加还原反应，相当于同体积的CO2所参加的反应，所以CO2的生成量中应该减去46.74m3，总计间接还原生成的CO2量为170.73+178.42+0.069-46.74=302.48m3各种炉料分解或者带入的CO2 量=焦炭的CO2量+矿石的CO2 量 =3600.0033+1670.860.0154=13.70 m3因此，煤气的总CO2量=304.7+13.10=316.18 m3(4)风口前碳素燃烧
35、生成的CO=293.46=547.79 m3元素直接还原生成CO的量=95.91=179.03 m3焦炭挥发分中CO的量=3600.0033=2.22 m3因此，间接还原消耗碳=302.48m3煤气中总CO的量=547.79+178.42+2.22-302.48=426.56 m3(5)总N2的量=1252.24(1-0.05)0.79+3600.0055 +1600.0042=974.43+1.56+0.54=976.53 m3根据以上计算结果，列出煤气组成表3.1表3.1煤气组成成分CO2CON2H2CH4总计Vg/ V风M3316.18426.56976.5350.559.931779.
36、751.355%17.7723.9754.862.840.56100.003.2.3 编制物料平衡表（1）计算鼓风量：1 m3鼓风质量=1.28 kg/ m3 全部鼓风质量=1252.241.28=1602.87 kg（2）计算煤气的质量 =1.34 kg/ m3全部煤气质量=1779.751.34=2420.46 kg（3）水分计算炉料带入水分=3600.048=17.28 kg煤粉带入水分=1600.0079=1.26 kgH2还原生成的水分=46.74=37.56 kg所以水分的总质量=17.28+1.26+37.56=56.1 kg（4）炉料机械损失=2251.98-2224.38-1
37、7.28-1.26=9.06 kg根据上述结果，列出物料平衡，如下表3.2表3.2物料平衡表序号收入项Kg序号支出项Kg1原燃料2190.861生铁1000.002鼓风1602.872炉渣352.623煤气2384.874水分56.105炉尘9.06共计3793.73共计3802.65据对误差0.240%相对误差0.23%一般要求物料计算的相对误差应在0.3%以下，故本计算符合要求。4 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
38、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理论依据是能量守恒定律，即单位生铁投入的能量总和应等于其中铁各项热消耗总和。热平衡计算采用差值法，即热损失是以总的热量收入减去各项热量的消耗而得到的，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所有热损失之中。根据计算的目的和分析的需要，热平衡可分为全炉热平衡与区域热平衡。全炉热平衡是把整个高炉作为研究对象、计算它的各项热收入与支出，用来分析高炉冶炼过程
39、令的能量利用情况。而区域热平衡是把高炉的某一个区域作为研究对象，计算和分析这个区域内的能量利用情况。虽然计算热平衡的部位与方法不向，但计算的目的都是为寻找降低能耗的途径和确定一定冶炼条件下的能耗指标。理论上可以以把高炉内的任何一个部位当作区域热平衡的计算对象，但由于决定向炉冶炼能耗指标的主要因素存在于高炉下部的高温区。因此，常用高炉下部属温区热平衡进行计算。本例采用第一热平衡法计算进行热平衡计算。第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据高斯定则，不考虑炉内的实际反应过程耍以物料最初与最终状态所具有的热力学参数为依据，确定高炉内的过程中所提供和消耗的热量。它的热收入规定为焦炭和喷吹物的热值(即
40、全部C完全燃烧成CO2和H2全部燃烧成H2O时放出的热量)、热风与炉料带入的物理热及少量成渣热。而热支出为氧化物、硫化物和碳酸盐的分解热，喷吹燃料的分解热，水分的分解热。脱S反应耗热，渣铁和炉顶煤气热焓与热值，冷却水代走的热量和炉体散热损失等项。这种热平衡计算法中，把焦炭和喷吹的燃料完全燃烧时放出的热量当作热收入。而实际上高炉冶炼过程中有相当一部分C并没有完全燃烧，以CO的形态离开了高炉。还有一部分进入生铁中和炉守中的C则完全权有燃烧，因此，必须把炉顶煤气与未燃烧C的热值当作热支出来处理。另外，这种计算中，把炉内还原反向看成两步完成的，即硫化物的分解和还原剂的氧化，把还原剂氧化放热(即C和CO
41、的燃烧)当作热收入项。而把氧化物的分解吸热当作热支出项。这就不符实际地夸大热量收入与支出从而，热平衡总量中各项所占比例失真，难以通地热平衡总量与各项的比例来直观地判断炉内能量利用情况及各种因素对冶炼指标的影响。同时，在热平衡计算中看不出炉内各热效应的作用，这也是此种热平衡计算法们缺点2。4.3热平衡计算过程4.3.1 热量收入（1）碳素氧化热 由C氧化1m 成CO2放热=17898.43 KJ/m由C氧化成1m 的CO放热=5248.45 KJ/m碳素氧化热=302.1819878.43+(426.86-2.22)5250.50=7638119.90 KJ（2）热风带入热1150 时干空气的比
42、热容为1.429kJ/ m3 ，水蒸气的比热为1.753 kJ/ m3,热风带入热=(1252.24-18.74)1.429+18.741.7531150=2064848.00 KJ（3）成渣热炉料中以碳酸盐形式存在的CaO和MgO，在高炉内生成钙铝酸盐时，1kg放出热量1130.49 kJ混合矿的CaO=1670.860.0154=32.75 KJ成渣热=32.751130.49=307023.55 kJ（4）混合矿带入的物理热80 时混合矿的比热容为1.0 KJ/Kg混合矿带入的物理热=1670.861.080=13368.80 kJ（5）H2氧化放热1m H2氧化成H2O放热10806.65 KJH2氧化放热=46.7410806.65=505102.82 kJ（6）CH4生成热1Kg CH4生成热=4865.29 KJCH4的生成热=9.784865.29=33987.53 KJ冶炼1t生铁总热为以上各热量的总和=10375727.05 KJ4.3.2 热量支出（1） 氧化物分解与脱硫耗热1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中FeO以硅酸铁形态存在，烧
