畢業(yè)設計--年產300萬噸生鐵高爐設計

1、<p>　　年產300萬噸生鐵高爐設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　高爐煉鐵是傳統(tǒng)的煉鐵工藝，也是鋼鐵冶金過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，在國民經濟建設中起著舉足輕重的作用。隨著鋼鐵行業(yè)的蓬勃發(fā)展和節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴格，高爐爐型逐漸走向大型化。</p><p>　　本論文對年產300萬噸生鐵大型高爐車間進行

2、了設計，設計內容包括煉鐵物料平衡和熱平衡計算、高爐爐型確定、高爐各部位爐襯、爐體冷卻設備的選擇和風口的設計。此外，還就高爐附屬系統(tǒng)的煤氣除塵處理系統(tǒng)進行了設計。</p><p>　　本設計的高爐車間共有容積2162m³的大型高爐兩座，高爐車間按并列式布置。</p><p>　　關鍵詞：高爐；煉鐵工藝計算；設計；煤氣處理 </p><p><b>

3、　　Abstract</b></p><p>　　Blast furnace ironmaking was the traditional iron-making craft, also was one of the most important link in ferrous metallurgy, it played a decisive role in national economic con

4、struction. With the vigorous development of the steel industry and more and more strict requirement of energy conservation and environmental protection requirement, the BF became maximization gradually.</p><p&

5、gt;　　A large scale BF plant which had annual output of 3 million tons of pig iron was designed in this thesis, design content includeed material balance and thermal equilibrium calculation, determination of BF profile, s

6、election of lining and cooling equipment for each part of BF and design of taphole. In addition, the gas processing sytem which was one of the BF subsidiary system was designed.</p><p>　　The ironmaking plant

7、 of this thesis has two 2162m³ BF, they were layouted side by side.</p><p>　　Key words:blast furnace；Ironmaking process calculation；design；gas processing</p><p><b>　　目 錄</b><

8、;/p><p>　　2011年 4 月17日1</p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></

9、p><p>　　1.1高爐煉鐵概述1</p><p>　　1.2高爐生產主要經濟技術指標2</p><p>　　1.3高爐爐型發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4高爐煉鐵設計應遵循的原則3</p><p>　　第二章 高爐配料計算5</p><p>　　2.1配料計算的目的5<

10、/p><p>　　2.2配料計算時需要確定的已知條件5</p><p>　　2.3冶煉條件的確定5</p><p>　　2.3.1根據鐵平衡求鐵礦石的需求量7</p><p>　　2.3.2根據CaO的平衡求石灰石用量8</p><p>　　2.3.3最終爐渣成分和數(shù)量計算9</p><p&g

11、t;　　2.3.4最終生鐵成分計算11</p><p>　　2.4物料平衡12</p><p>　　2.4.1根據C的平衡計算風量12</p><p>　　2.4.2風量的計算13</p><p>　　2.4.3爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算14</p><p>　　2.4.4物料平衡表的編制16</p&g

12、t;<p><b>　　2.5熱平衡17</b></p><p>　　2.5.1熱量收入的計算17</p><p>　　2.5.2熱量支出項的計算18</p><p>　　2.5.3熱平衡表21</p><p>　　第三章 高爐本體設計23</p><p>　　3.1高爐

13、容積的確定23</p><p>　　3.2高爐爐型及尺寸確定23</p><p>　　3.3繪制高爐爐型圖26</p><p>　　第四章 高爐基礎和內襯27</p><p>　　4.1爐基的形狀及材質27</p><p>　　4.1.1高爐基礎的要求27</p><p>　　4.

14、2高爐爐底和各段爐襯的選擇28</p><p>　　4.3爐腹和爐腰的爐襯設計28</p><p>　　第五章 冷卻設備選擇、風口及鐵口設計28</p><p>　　5.1高爐冷卻設備的作用及冷卻介質28</p><p>　　5.2爐底冷卻形式選擇29</p><p>　　5.3高爐各部位冷卻設備選擇29

15、</p><p>　　5.5風口數(shù)目及直徑30</p><p><b>　　5.6鐵口30</b></p><p>　　5.7爐殼及鋼結構的確定30</p><p>　　第六章 煤氣除塵系統(tǒng)33</p><p><b>　　6.1概述33</b></p>

16、;<p>　　6.1重力除塵器及文氏管除塵原理33</p><p>　　6.1.1重力除塵器33</p><p>　　6.1.2文氏管除塵原理34</p><p>　　6.2荒煤氣管道35</p><p>　　6.2.1荒煤氣通道的布置35</p><p>　　6.2.2荒煤氣管數(shù)尺寸計算35

17、</p><p>　　6.3重力除塵器直徑及高度設計36</p><p>　　第七章 高爐車間設計37</p><p>　　7.1廠址的選擇37</p><p>　　7.2高爐煉鐵車間平面布置應遵循的原則37</p><p>　　7.3車間布置形式37</p><p><b&g

18、t;　　參考文獻38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1高爐煉鐵概述</b></p><p><b>　　1、高爐結構</b><

19、/p><p>　　高爐是一種豎式的反應爐?，F(xiàn)代高爐內型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，由下而上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段。由于高爐煉鐵是在高溫下進行的，所以它的工作空間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐殼。</p><p>　　圖1-1 高爐的結構</p><p>　　1-爐底耐火材料；2-爐殼；3-生產后爐內磚襯侵蝕線；4-爐喉鋼磚；</p>

20、<p>　　5-煤氣導出管；6-爐體夸襯；7-帶凸臺鑲磚冷卻壁；8-鑲磚冷卻壁；</p><p>　　9-爐底碳磚；10-爐底水冷管；11-光面冷卻壁；12-耐熱基墩；13-基座</p><p>　　2、高爐煉鐵原理及工藝流程示意圖</p><p>　　高爐生產是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般

21、爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300℃），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出

22、渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤С龅牟糠置簹獍l(fā)電。高爐煉鐵工藝流程示意圖見圖1-2。</p><p>　　圖1-2 高爐煉鐵工藝流程示意圖</p><p>　　1.2高爐生產主要經濟技術指標</p><p>　　1、高爐有效容積利用系數(shù)（η）</p><p>　　指高爐每立方米有效

23、容積一晝夜生產合格鐵水的噸數(shù)，單位為t/(m3?d)。</p><p><b>　　修改后</b></p><p>　　η是高爐冶煉的一個重要指標，η越大，其高爐生產率越高。小型高爐利用系數(shù)可達2.8～3.2，大型高爐一般為2.0~2.2。 </p><p><b>　　2、焦比（K）</b><

24、/p><p>　　每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量,單位為kg/tFe。先進高爐焦比為380～400公斤/噸生鐵。焦炭價格昂貴，降低焦比可降低生鐵成本。 </p><p><b>　　修改后</b></p><p><b>　　3、燃料比(i)</b></p><p>　　高爐采用噴吹煤粉、重油或天

25、然氣后，折合每煉一噸生鐵所消耗的燃料總量，單位為kg/tFe。每噸生鐵的噴煤量和噴油量分別稱為煤比和油比。此時燃料比等于焦比加煤比加油比。根據噴吹的煤和油置換比的不同，分別折合成焦炭(公斤)，再和焦比相加稱為綜合焦比。燃料比和綜合焦比是判別冶煉一噸生鐵總燃料消耗量的一個重要指標。</p><p><b>　　修改后</b></p><p>　　4、高爐煉鐵強度(I)&

26、lt;/p><p>　　每晝夜高爐燃燒的焦炭量與高爐容積的比值，是表示高爐強化程度的指標，單位為t/(m3?d)。</p><p><b>　　修改后</b></p><p><b>　　5、休風率</b></p><p>　　休風時間占全年日歷時間的百分數(shù)。降低休風率是高爐增產的重要途徑一般高爐休風率

27、低于2%。</p><p><b>　　6、生鐵合格率</b></p><p>　　化學成分符合規(guī)定要求的生鐵量占全部生鐵產量的百分數(shù)，是評價高爐優(yōu)質生產的主要指標。</p><p><b>　　7、爐齡</b></p><p>　　爐齡的定義為兩代高爐大修之間高爐實際運行的時間，即不計劃中進行中小

28、修而造成的休風以及封爐時間。</p><p>　　1.3高爐爐型發(fā)展趨勢</p><p>　　高爐的爐型隨著高爐精料性能，冶煉工藝，高爐容積，爐襯結構，冷卻形式的發(fā)展而演變，高爐設計的理念也隨著科學技術的進步和生產實踐的進展而更新。</p><p>　　總結國內外同類型容積高爐尺寸，原燃料條件，強化冶煉的矮胖型爐型已成為主要的爐型，其優(yōu)點如下：</p>

29、<p>　　1、適當矮胖，減小爐腹角，爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后爐料下降，較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對爐腹生成渣皮的沖刷，保護爐腹冷卻壁，延長其壽命。</p><p>　　2、加深死鐵層厚度，有利于開通死料柱下部通道，從而減少出鐵時鐵水環(huán)流對爐襯的侵蝕，提高爐底爐缸的壽命。同時較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量儲備，穩(wěn)定鐵水的溫度和成分。</p>&l

30、t;p>　　3、加大爐缸的高度?？杀ＷC風口前有足夠的風口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心的透氣性，有利于改善氣體動力學條件。</p><p>　　1.4高爐煉鐵設計應遵循的原則</p><p>　　高爐煉鐵設計應保證新建高爐車間的工藝布置合理，技術經濟指標先進，設備有較高的機械化，自動化水平，有安全和盡可能舒適的勞動條件，有可靠而穩(wěn)定的環(huán)境保護措施。高爐煉鐵設計應遵循的

31、基本原則有；</p><p>　　1、合法性。設計原則和設計方案確定，應符合國家工業(yè)建設的方針和政策。</p><p>　　2、客觀性。設計所選的指標和技術方案應以客觀的數(shù)據為依據，做出的設計經得起全面的客觀的評價，保證所采用的方案有堅實的基礎，并能成功的付諸實踐。</p><p>　　3、先進性。設計應反映出最近的該領域的成就，并應考慮發(fā)展趨勢。</p>

32、;<p>　　4、經濟性。在廠址，產品，工藝流程等多方案的比較中，選擇最經濟的方案，使得單位的產品投資最少，成本最低，經濟效益最佳。</p><p>　　5、綜合性。設計過程中，各部分的設計方案要相互聯(lián)系，局部方案應與總統(tǒng)方案一致，各專業(yè)的設計應服從工藝部分。</p><p>　　6、發(fā)展遠景。要考慮車間將來發(fā)展的可能性，適當?shù)谋Ａ糗囬g發(fā)展所需的土地，交通線和服務設施。<

33、;/p><p>　　7、安全和環(huán)保。保證個領域和工作崗位都能安全生產，不受污染，力爭做到“場外看不到煙，場內聽不到聲”，排出的廢水，廢氣都應達到國家的環(huán)保法的要求。</p><p>　　8、標準化。在設計中盡可能的采用各種標準設計，這樣可減小設計工作量和所點建設的周期。</p><p>　　9、美學原則。車間和工作環(huán)境具有良好的布局和較好的勞動條件。在場內應具有排列美觀

34、，色彩明快，安全宜人的環(huán)境，以減少疲乏和提高勞動生產率。</p><p>　　第二章 高爐配料計算</p><p>　　冶煉1t生鐵，需要一定數(shù)量的礦石、熔劑和燃料(焦炭及噴吹燃料)。對于煉鐵設計的工藝計算，燃料的用量是預先確定的，是已知的量，配料計算的主要任務，就是求出在滿足爐渣堿度要求條件下，冶煉規(guī)定成分生鐵所需要的礦石、熔劑數(shù)量。對于生產高爐的工藝計算，各種原料的用量都是已知的，從

35、整體上說不存在配料計算的問題，但有時需通過配料計算求解礦石的理論出鐵量、理論渣量等，有時因冶煉條件變化需要作變料計算。</p><p>　　2.1配料計算的目的</p><p>　　配料計算的目的，在于根據已知的原料條件和冶煉要求來決定礦石和熔劑的用量，以配制合適的爐渣成分和獲得合格的生鐵。</p><p>　　2.2配料計算時需要確定的已知條件</p>

36、<p>　　本設計所選混合礦的組成為燒結礦：球團礦：生礦=80：12：8。各礦物成分及混合礦成分見表2-1。 </p><p>　　表2-1 各礦物及混合礦成分（%）</p><p><b>　　續(xù)表2-1</b></p><p>　　2.3冶煉

37、條件的確定</p><p>　　根據冶煉鐵種和原燃料條件，除確定礦石的配比之外，尚需預定爐渣堿度，焦比，噴吹物數(shù)量，爐塵，生鐵成分與各種元素在渣及鐵中的配比。</p><p>　　設計中需要的各種成分如以下各表所示。</p><p>　　表2-2 爐渣成分表</p><p>　　表2-3 碎鐵成分表</p><p>

38、;　　表2-4 焦炭工業(yè)分析表</p><p>　　表2-5 焦炭、煤粉灰分分析表</p><p>　　表2-6 焦炭揮發(fā)成分</p><p>　　表2-7 煤粉成分表</p><p>　　表2-8 爐塵成分表</p><p>　　表2-9 各種元素在爐渣、生鐵和煤氣中的分配率</p><

39、;p>　　表2-10 生鐵成分表</p><p>　　其它各種參數(shù)的選擇。</p><p>　　1、濕焦比（1t生鐵）為420kg/t</p><p>　　2、煤粉噴吹量（1t生鐵）為180kg/t</p><p>　　3、碎鐵使用量（1t生鐵）為40kg/t</p><p>　　4、選擇爐渣堿度w(CaO)/

40、w(SiO2)=1.1</p><p>　　5、冶煉強度I=0.90t/(m3?d)</p><p>　　6、熱風溫度t=1100℃,鼓風濕度ф=1.5%</p><p>　　7、爐頂煤氣溫度=200℃</p><p>　　8、爐塵吹出量為(1t生鐵）為40kg/t</p><p>　　9、直接還原度rd=0.40kg

41、/t</p><p>　　10、焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4</p><p>　　2.3.1根據鐵平衡求鐵礦石的需求量</p><p><b>　　1、焦炭帶入的鐵量</b></p><p>　　Fe2O3 ~ 2Fe</p><p>　　159.7 111.7</

42、p><p>　　0.0088 x 故:x=0.00616</p><p>　　FeO ~ Fe</p><p>　　71.75 55.85</p><p>　　0.0946 y 故：y=0.0735<

43、;/p><p>　　所以，焦炭帶入的鐵量</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　2、礦石的需求量</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 —礦石的需求量（1t生鐵），kg\t；</p&

44、gt;<p>　　— 進入生鐵的鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 進入爐渣的鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 進入爐塵的鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 碎鐵帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 焦炭帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；</

45、p><p>　　— 煤粉帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 礦石含鐵量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　其中，的計算方法如下：</p><p>　　Fe2O3 ~ 2Fe</p><p>　　159.7 111.7</p><p>　　0.0298

46、 x 故:x=0.021</p><p>　　FeO ~ Fe</p><p>　　71.75 55.85</p><p>　　0.0695 y 故：y=0.054</p><p><b>　　根據以上計算<

47、/b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　2.3.2根據CaO的平衡求石灰石用

48、量</p><p>　　表2-11 溶劑的成分表</p><p>　　根據CaO的平衡求石灰石用量，本設計的堿度w(CaO)/w(SiO2)=1.1。</p><p><b>　　石灰石的用量：</b></p><p>　　式中 — 溶劑的需要量（1t生鐵），kg\t；</p><p>&l

49、t;b>　　—爐渣的堿度；</b></p><p>　　— 礦石所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—礦石所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—焦炭所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—碎鐵所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p

50、><p>　　—碎鐵所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—煤粉所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—煤粉所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—還原硅所消耗的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—爐塵帶走的SiO2量（1t生鐵

51、），kg\t；</p><p>　　爐塵帶走的CaO量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—溶劑中的SiO2量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　—溶劑中的CaO量（1t生鐵），kg\t。</p><p>　　在計算時要考慮機械損失，一般原燃料的機械損失和生鐵原料實際消耗量分別列于表2-12和表2-13。</p>

52、;<p>　　表2-12 原燃料的機械損失</p><p>　　表2-13 生鐵原料實際消耗量</p><p>　　2.3.3最終爐渣成分和數(shù)量計算</p><p>　　1、進入爐渣的全部S量</p><p>　　式中 — 進入爐渣的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 礦石帶入

53、的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 溶劑帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 焦炭帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 煤粉帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 重油帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 進入生鐵

54、帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 爐塵帶走的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 煤氣帶走的硫量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　2、進入爐渣的FeO量</p><p>　　3、進入爐渣的SiO2量</p><p>　　4、進入爐渣的CaO量</p>

55、<p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　5、進入爐渣的MgO量 </p><p><b>　　=

56、</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　6、進入爐渣的Al2O3量 =</p><p><b>　　=</b></p><p>　　7、進入爐渣的MnO量</p><p>　　所以，爐渣成分與數(shù)量如表2-14。&

57、lt;/p><p>　　表2-14 爐渣成分與數(shù)量</p><p>　　2.3.4最終生鐵成分計算</p><p>　　1、生鐵含P量的計算</p><p>　　式中 — 生鐵含P量，%；</p><p>　　— 礦石帶入的磷量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 焦炭帶入的

58、磷量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 溶劑帶入的磷量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 爐塵帶出的量（1t生鐵），kg\t。</p><p>　　2、生鐵含S量的計算</p><p>　　3、生鐵含Si量為0.32% </p><p>　　4、生鐵含Mn量的計算。</p>

59、<p>　　（0.665后補了%）</p><p>　　5、生鐵含F(xiàn)e量為94.55% </p><p>　　6、生鐵含C的計算。</p><p>　　所以，生鐵的最終成分如表2-15。</p><p>　　表2-15 生鐵的最終成分 </p><p><b>　　2.4物料平衡&

60、lt;/b></p><p>　　高爐物料平衡計算包括風量計算、煤氣量計算以及編制物料平衡表。通過它可以進一步了解高爐反應過程的各種變化和檢查有關計算（配料計算、風量和煤氣量計算)的正確性，同時也可以檢查稱量工作及其他工作的情況。</p><p>　　2.4.1根據C的平衡計算風量</p><p>　　1、風口前燃燒的總C量。爐料帶入的C量：</p>

61、;<p>　　式中 — 爐料帶入的C量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 焦炭帶入的C量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 煤粉帶入的C量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 重油帶入的C量（1t生鐵），kg\t；</p><p>　　— 爐塵帶走的C量（1t生鐵），kg\

62、t。</p><p>　?。?）生成甲烷的C量：</p><p>　?。?）溶于生鐵中的C量：</p><p>　　（3）碎鐵帶入的C量：</p><p>　?。?）還原Mn消耗的C量：</p><p>　　修改后（9.4應為6.6，鐵含錳為0.66%）</p><p>　　（5）還原Si消耗的

63、C量：</p><p>　?。?）還原Fe消耗的C量：</p><p>　?。?）還原P消耗的C量：</p><p>　　修改后（0.0343應為0.343）</p><p>　　根據以上計算，得出直接還原消耗的C量為：</p><p><b>　　修改后</b></p><p

64、>　　給出式子中字母代表的意思</p><p>　　風口前燃燒的C量為：</p><p>　　給出式子中字母代表的意思</p><p>　　2.4.2風量的計算</p><p><b>　　鼓風中氧的濃度：</b></p><p>　　式中 — 鼓風中氧的濃度；</p>&

65、lt;p><b>　　— 鼓風中水分。</b></p><p>　　風口前碳燃燒時需氧量：</p><p><b>　　其中，煤粉供氧：</b></p><p><b>　　則需要由鼓風供氧：</b></p><p>　　所以，每噸生鐵需要風量：</p>

66、<p>　　2.4.3爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算</p><p><b>　　1、甲烷的計算</b></p><p>　?。?）由燃料碳素生成的甲烷：</p><p>　?。?）焦炭揮發(fā)分中的甲烷：</p><p>　　則進入煤氣中的甲烷為：</p><p><b>　　2、氫量

67、的計算</b></p><p>　　（1）由鼓風水分中分解出的氫：</p><p>　?。?）焦炭揮發(fā)分級有機物中的的氫：</p><p>　?。?）煤粉分解出的的氫：</p><p>　　（4）在噴吹條件下，一般有30%的氫參加還原，故參加還原的量為：</p><p>　?。?）生成甲烷的氫：</p

68、><p><b>　　則進入煤氣的氫：</b></p><p><b>　　3、CO2的計算。</b></p><p>　?。?）Fe2O3還原為FeO時，生成的CO2為：</p><p>　?。ㄊ街小?2.4/2”應為22.42/160）</p><p>　　（2）FeO還原為

69、Fe時，生成的CO2為：</p><p>　?。ㄗ詈脦霐?shù)據后再得的答案）</p><p>　?。?）焦炭揮發(fā)分中的CO2為：</p><p>　?。?）石灰石分解出的CO2為：</p><p>　　（5）混合礦分解出的CO2為：</p><p>　　則進入煤氣中的CO2為：</p><p>&

70、lt;b>　　4、CO的計算</b></p><p>　?。?）風口前燃燒生成的CO為：</p><p>　　（2）直接還原生成的CO為：</p><p>　　MeO+C=Me+CO （Me為Fe、Si、Mn、P）</p><p>　?。?）焦炭揮發(fā)分中的CO為：</p><p>　　（4）間接還原消

71、耗的CO為：</p><p><b>　　進入煤氣的CO為：</b></p><p><b>　　5、N2的計算。</b></p><p>　?。?）鼓風帶入的N2： </p><p>　?。?）焦炭帶入的N2：</p><p>　　（3）煤粉帶入的N

72、2：</p><p>　　則進入煤氣帶入的N2為：</p><p>　　根據以上計算列出的煤氣成分見表2-16。</p><p>　　表2-16 煤氣成分及數(shù)量</p><p>　　2.4.4物料平衡表的編制</p><p><b>　　1、鼓風質量的計算</b></p><

73、p>　　1m³鼓風的質量為：</p><p><b>　　則全部鼓風質量為：</b></p><p><b>　　2、煤氣質量的計算</b></p><p>　　1m³煤氣的質量為：</p><p><b>　　則全部煤氣質量為：</b></p&

74、gt;<p><b>　　3、水分的計算</b></p><p>　　（1）氫參加還原生成的水為：</p><p><b>　?。?）煤粉含水量=</b></p><p><b>　?。?）焦炭含水量=</b></p><p>　　根據以上計算，得到噸鐵物料平衡表

75、2-17。 </p><p>　　表2-17 物料平衡表</p><p>　　一般相對誤差應小于3%，否則應該檢查計算是否有錯誤。</p><p><b>　　2.5熱平衡</b></p><p>　　進行高爐熱平衡的計算，可以深入了解在高爐冶煉過程中熱量利用率的情

76、況，從而找到高爐進一步降低焦比的途徑。根據能量守恒定律，在高爐冶煉過程中吸收的熱量應等于支出的熱量。熱平衡和物料平衡這兩個概念構成了高爐計算的全部基礎。綜合前面的配料計算和物料平衡，以下進行熱平衡計算。</p><p>　　2.5.1熱量收入的計算</p><p>　　熱量收入的各項計算如下：</p><p><b>　　1、碳氧化放熱</b>

77、</p><p>　?。?）由C氧化成1m³放出的熱量為： </p><p>　　其中，7980為C氧化為CO2放熱，KJ/kg。</p><p>　?。?）由C氧化成1m³ CO放出的熱量為：</p><p>　　補充2340代表意義</p><p>　　則碳氧化放出的總熱量為：

78、</p><p><b>　　2、鼓風帶入的熱量</b></p><p>　　1100℃干空氣的熱容量為0.3751，水蒸氣比焓是0.4576。</p><p><b>　　3、氫氧化放熱。</b></p><p>　　1m3氫氧化成水蒸氣放出熱量為2581kcal。</p><

79、p><b>　　4、成渣熱</b></p><p>　　爐料的碳酸鹽或磷酸鹽中存在的1kg的CaO及MgO在高爐內生成鈣鎂酸鹽所放出的熱量為270kcal。</p><p>　　混合礦中呈Ca3(PO4)2存在的CaO為： </p><p>　　CaCO3存在的CaO為：</p><p>　　溶劑中

80、的（CaO+MgO)為：</p><p><b>　　則成渣熱為：</b></p><p><b>　　補充270意義</b></p><p><b>　　5、混合礦帶入熱</b></p><p>　　本設計只需計算燒結帶入的物理熱，其他料(如煤粉）等帶入的物理熱均忽略不計。&

81、lt;/p><p><b>　　燒結礦帶入熱量=</b></p><p>　　式中 —每噸生鐵燒結礦用量，kg；</p><p>　　—燒結礦入爐溫度下比熱容，，本設計取=0.19；</p><p>　　—燒結礦入爐溫度，℃，本設計取=20℃。</p><p><b>　　6、甲烷生成熱&l

82、t;/b></p><p>　　焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4。</p><p><b>　　CH4的生成熱=</b></p><p><b>　　補充1124意義</b></p><p>　　則冶煉1t生鐵的總熱量收入為：</p><p>　　2.5.2

83、熱量支出項的計算</p><p>　　熱量支出項的各項計算如下：</p><p><b>　　1、氧化物的分解熱</b></p><p>　　計算時首先應該弄清各種氧化物在不同原料中的存在形態(tài)。一般原料分析中沒有指出各種形態(tài)氧化物的含量，計算時依據礦物常識做出假定。</p><p>　　鐵礦石中沒有自由的FeO，在溶劑性

84、燒結礦中的FeO約有20%呈2FeO·SiO2，其余以Fe2O3形態(tài)存在，焦炭中的全部以2FeO·SiO2的形態(tài)存在。</p><p>　　（1）鐵氧化物的分解熱計算</p><p>　?。☉獮?626×0.12553×80%）</p><p>　　補充Fe3O4量的計算</p><p>　?、俜纸?K

85、gFeO（2FeO·SiO2）需要973.33kcal熱量，故：</p><p><b>　　FeO的分解熱</b></p><p>　?、诜纸?KgFe3O4需要1146.38kcal熱量，故：</p><p><b>　　Fe3O4的分解熱</b></p><p>　?、鄯纸?KgFe

86、2O3需要1230.69kcal熱量，故：</p><p><b>　　Fe2O3的分解熱</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　氧化物的總分解熱=</b></p><p>　?。?）Mn氧化物的分解熱計算</p><

87、;p>　　由MnO分解出1Kg Mn需要1758.5kcal熱量。</p><p>　　故：錳氧化物的分解熱</p><p>　　錳的量并不為1.23%，請修改</p><p>　?。?）SiO2的分解熱計算</p><p>　　由SiO2分解出1kgSi需要7423kcal熱量，故：</p><p><b

88、>　　SiO2的分解熱</b></p><p>　　2、磷酸鈣的分解熱計算</p><p>　　由Ca3(PO4)2分解出1kg磷需要8540kcal熱量，故：</p><p>　　Ca3(PO4)2的分解熱</p><p>　　磷的量并非為0.0375，請改正</p><p>　　3、脫S需要熱量的

89、計算</p><p>　　使用不同脫S劑時，脫S消耗的熱量見表2-18。</p><p>　　表2-18 脫S消耗的熱量</p><p>　　以CaO、MnO、FeO作為脫S劑時，它們脫除1kgS所消耗的熱量很相近，只有MgO脫S消耗的熱量較大。一般當渣中的MgO較少時，計算生成硫化物的熱效應時應該采用平均值，所以1kgS消耗的平均熱量為：</p>

90、<p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　脫S消耗的熱量： </b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　氧化物的分解和脫S消耗的總熱量</p><p><b>　　4、碳酸鹽的分解熱</b><

91、;/p><p>　　由CaCO3分解出1kgCO2需966kcal，由MgCO3分解出1kgCO2需594kcal，由MnCO3分解出1kgCO2需522kcal。</p><p>　　混合礦以MnCO3存在的CO2量</p><p>　　混合礦以CaCO3存在的CO2量</p><p>　　溶劑中以CaCO3存在的CO2量</p>

92、<p>　　溶劑中以MgCO3存在的CO2量</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　碳酸鹽分解熱</b></p><p><b>　　5、水分分解熱</b></p><p>　　只考慮鼓風中水蒸氣分解熱</p><

93、;p><b>　　故：</b></p><p><b>　　風中水蒸氣分解熱</b></p><p><b>　　補充2581意義</b></p><p><b>　　6、噴吹物分解熱</b></p><p>　　式中 — 1Kg噴吹物的分解熱，K

94、J/Kg；</p><p>　　— 1Kg噴吹物的低發(fā)熱值，kcal/Kg；</p><p>　　，， — 噴吹物中該成分的質量分數(shù)，%。</p><p>　　煤粉的分解熱約為300kcal/KJ，所以：</p><p>　　7、爐料游離水的蒸發(fā)熱</p><p>　　1Kg水由0℃升至100℃吸熱100kcal，再

95、變?yōu)?00℃水蒸氣吸熱540kcal，共640kcal。</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　游離水的蒸發(fā)熱</b></p><p><b>　　8、鐵水帶走的熱</b></p><p>　　取鐵水的焓量為270kcal/Kg，則</p

96、><p><b>　　鐵水帶走熱</b></p><p><b>　　9、爐渣帶走的熱</b></p><p>　　取爐渣的焓量為410kcal/Kg，則</p><p><b>　　爐渣帶走熱</b></p><p><b>　　10、煤氣帶走的

97、熱</b></p><p>　　取爐頂煤氣溫度T頂=200℃。200℃時煤氣各成分的熱熔見表2-19。</p><p>　　表2-19 200℃時煤氣各成分的熱熔 </p><p>　?。?）干煤氣帶走的熱量</p><p><b>　　干煤氣的熱熔為：</b></p><p&g

98、t;　　所以干煤氣帶走的熱量為：</p><p>　?。?）水蒸氣帶走的熱量為：</p><p>　?。?）爐塵的比熱容為0.2，</p><p>　　則爐塵帶走的熱量為：</p><p>　　故煤氣走的總熱量為：</p><p><b>　　11、外部熱損失</b></p><

99、;p><b>　　2.5.3熱平衡表</b></p><p>　　根據以上計算，列出噸鐵熱平衡表2-20。</p><p>　　表2-20 噸鐵熱平衡表</p><p><b>　　能量利用的評定：</b></p><p>　　根據總熱平衡的數(shù)據，可以計算出高爐內有效熱量利用系數(shù)及碳的利用系

100、數(shù)。</p><p><b>　　1、有效熱利用系數(shù)</b></p><p>　　式中 — 單位生鐵的全部熱量消耗，KJ/t；</p><p>　　— 單位生鐵的有效熱量消耗，KJ/t；</p><p>　　顯然，的高低標志著高爐熱量利用的好壞。一般情況下，此值為75%—85%。</p><p&g

101、t;　　2、碳的利用系數(shù)Kc</p><p><b>　　Kc</b></p><p>　　式中 — 冶煉1t生鐵在高爐生成的CO和CO2碳放出的總熱量，kcal；</p><p>　　— 冶煉1t生鐵在氧化生成CO和CO2的總C量，Kg。 </p><p><b>　　Kc<

102、;/b></p><p>　　Kc是表述高爐能量利用好壞的又一指標。Kc值一般在50%～60%之間，個別可高達65%。</p><p>　　第三章 高爐本體設計</p><p>　　3.1高爐容積的確定</p><p><b>　　1、年工作日的計算</b></p><p>　　假定高爐一

103、代爐齡為8年，大修時間為56天，一代中有一次中修，時間為30天，每年一次計劃檢修，時間是48h，則高爐年工作日為：</p><p>　　2、高爐車間日產鐵量</p><p>　　3、高爐車間高爐座數(shù)</p><p>　　高爐車間建設高爐的座數(shù)，既要考慮盡量增大高爐容積，又要考慮企業(yè)煤氣平衡和生鐵量的均衡，保證在一座高爐停產時，鐵水和煤氣的供應不致間斷。一般新建車間由

104、兩2~3座高爐組成為宜。</p><p>　　本設計確定高爐為2座。</p><p><b>　　4、高爐容積計算</b></p><p>　　高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)=2.0t/(m3?d)</p><p>　　每座高爐日產量P(t)=P總/2=8645.5/2=4322.76t</p><p>

105、;<b>　　每座高爐容積</b></p><p><b>　　取2161</b></p><p>　　3.2高爐爐型及尺寸確定</p><p><b>　　1、爐缸直徑d：</b></p><p>　　其中，冶煉強度I=×k=2.0×0.42=0.84(m

106、3?d)；燃燒強度取0.93t/(m3?h)</p><p>　　則 （式中1.05應換成0.93） 取d=10m</p><p>　　不同爐容高爐的Vu/A（爐容/爐缸截面積比）比值是不同的，一般大型高爐為22~28，中型高爐為15~22，小型高爐為11~15。</p><p>　　對本設計符合大型高爐數(shù)值，所以爐缸直徑取值合理。</p><

107、;p>　?。ㄔ谑街醒a上直徑10的平方號）</p><p>　　2、爐缸高度h1：鐵口中心線至風口中心線的高度 </p><p>　?。?）渣口高度hz：渣口中心線至鐵口中心線的高度</p><p>　　取 hz=1.7m</p><p>　　給出式中字母代表的含義</p><p>　　（2）風口高度：風口中心線

108、至鐵口中心線的高度</p><p><b>　　取=3.0m</b></p><p><b>　　補充K含義</b></p><p>　?。?）風口數(shù)目n：補充大小高爐選風口數(shù)目方法</p><p>　　n=2（d+2）=2（10+2）=24 取n=24個</p

109、><p><b>　　補充d的含義，單位</b></p><p>　?。?）風口結構尺寸a </p><p>　　選取 a=0.5m</p><p>　　補充a的意義，選取依據</p><p>　　則爐缸高度h1 h1=+a=3.0

110、+0.5=3.5m</p><p>　　3、死鐵層厚度h0：</p><p>　　選取 h0=1.5m </p><p>　　4、爐腰直徑D、爐腹角、爐腹高度h2：</p><p>　　選取 D/d=1.13</p><p>　　則 D=1.1310=11.3

111、 取D=11.3m</p><p>　　選取 =80°30</p><p>　　則 h2=（D-d）tanα/2=3.8 取h2=3.8m</p><p>　　校核 tanα=2h2/D-d=5.85

112、 =80:15”</p><p>　　5、爐喉直徑d1、爐喉高度h5：</p><p>　　選取 d1/D=0.68</p><p>　　則 d1=0.6811.3=7.68 取d1=7.7m</p><p>　　選取 h

113、5=2.0m</p><p>　　6、爐身角β、爐身高度h4、爐腰高度h3：</p><p>　　選取 β=</p><p>　　則 h4=(D-d1)tanβ/2=17.13 取 h4=17.1m</p><p>　　校核 ta

114、nβ =2h4/D-d1=9.5 取 β =</p><p>　　選取 Hu/D=2.55</p><p>　　則 Hu= 2.5711.2=28.815 取 Hu=28.8m</p><p>　　求得 h3=Hu-（h1+

115、h2+h4+h5）=2.4m</p><p><b>　　7、校核爐容：</b></p><p>　?。?）爐缸體積： V1=d2h1=274.75m³ </p><p>　?。?）爐腹體積： V2=h2（D2+Dd+d2）=338.76m³ </p>&l

116、t;p>　?。?）爐腰體積： V3=D2h3=240.57 m³ </p><p>　?。?）爐身體積： V4=h4（D2+Dd1+d12）=1226 m³</p><p>　　（5）爐喉體積： V5=d12h5=93.09m³</p><p>　　高爐容積

117、 Vu=V1+V2 +V3+V4+V5=2173.17m³</p><p>　　誤差 = % <1% </p><p>　　爐型設計合理，符合要求。計算得高爐內型參數(shù)列于表3-1中。</p&g

118、t;<p>　　表3-1 高爐內型參數(shù)</p><p>　　3.3繪制高爐爐型圖</p><p>　　圖3-1 高爐爐型圖</p><p>　　第四章 高爐基礎和內襯</p><p>　　4.1爐基的形狀及材質</p><p>　　高爐基礎是高爐下部的承重結構，它的作用是將高爐全部載荷均勻地傳遞到地

119、基。高爐基礎由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。</p><p>　　4.1.1高爐基礎的要求</p><p>　　對高爐基礎（見圖4-1）的要求是：</p><p>　　1、高爐基礎應把高爐的全部載荷均勻的傳遞給地基，不發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。</p><p>　　2、有一定的耐熱能力。采用水冷爐底及耐熱基礅，以保證高爐基礎很好工作。基礅斷

120、面為圓形，高度一般為2.5～3.0m；</p><p>　　基座直徑與載荷和地基土質有如下關系，</p><p><b>　　A=P/KSm</b></p><p>　　式中：A—基座底表面積，m2；</p><p>　　P—包括基礎質量在內的總荷載，t；</p><p>　　K—小于1的安全系數(shù)

121、，取值視土質而定；</p><p>　　Sm—地基土質允許的承壓能力，t/m2。一般建在大于2.0kg/cm2的土質上。</p><p><b>　　圖4-1高爐基礎</b></p><p>　　1－冷卻壁；2－爐底磚；3－水冷管；4－耐火磚；5－耐熱混凝土；6－鋼筋混凝土基座</p><p>　　一般混凝土只能在150

122、以下工作，250便有開裂，400時失去強度，鋼筋混凝土700時失去強度。過去由于沒有耐熱混凝土基墩和風冷爐底設施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎破壞，甚至爆炸。采用風冷和水冷爐底及耐火基墩后，可以保證高爐基礎很好工作。</p><p>　　高爐基礎的結構主要取決于地質條件和高爐的容積。</p><p>　　基座的主要作用是將上面?zhèn)鬟f來的載荷傳遞給地層。基座的底面積較大，以減小單位面積的地

123、基所承受的壓力?；闹睆脚c載荷和地基土質有關，基座用普通鋼筋混凝土制成，其形狀一般為正多邊形。本設計選用正八邊形，其對角線長為40，采用風冷和水冷爐底及耐火基墩后，基座表面為帶坡度的水泥沙漿層，以便于排出積水。</p><p>　　4.2高爐爐底和各段爐襯的選擇</p><p>　　爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件非常惡劣。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程

124、度是決定高爐大修的關鍵。它們的破壞機理是：</p><p>　　1、液態(tài)鐵、重金屬及堿金屬滲入砌體縫隙后凝固，體積膨脹，進而擴大裂縫使磚襯脫落浮起。</p><p>　　2、受1400～1600℃（風口前端達1800℃）以上的高溫作用，與同時受到的壓力結合，破壞作用強。由于溫度不均，產生的熱應力使耐火砌體軟化變形，開裂。</p><p>　　3、受到爐料，渣鐵的物理

125、化學侵蝕及凈壓力作用和鼓風，崩料及坐料的沖擊。</p><p>　　4、渣、鐵、煤氣流的機械作用，特別是在開爐初期對爐底的機械作用尤為嚴重。</p><p>　　5、鼓風中的氧氣、水分和煤氣中的二氧化碳等氧化性氣氛對碳磚的氧化作用，還原劑對襯磚中的三氧化二鐵和二氧化硅的還原作用，侵蝕爐襯。</p><p>　　本設計采用熱壓小碳磚—陶瓷杯技術。</p>

126、<p>　　圖4-2 爐底、爐缸結構</p><p>　　4.3爐腹和爐腰的爐襯設計</p><p>　　受到高氧化亞鐵初渣侵蝕，爐腰的爐襯要承受煤氣流和爐料的磨損，堿金屬和鋅蒸汽滲透的破壞作用，爐腰以下還要受到由于溫度波動所產生的熱震破壞作用。</p><p>　　高爐冶煉過程中部分煤氣流沿爐腹斜面上升，在爐腹與爐腰交界出轉彎，對爐腰下部沖刷嚴重，使

127、這部分爐襯侵蝕較快，使爐腹段上升，徑向尺寸也有所增大，使得設計爐型向操作爐型轉化。厚墻爐腰有利于這種轉化，薄墻爐腰不利于這種轉化，而有利于固定爐型的作用。</p><p>　　第五章 冷卻設備選擇、風口及鐵口設計</p><p>　　5.1高爐冷卻設備的作用及冷卻介質</p><p>　　高爐爐襯侵蝕機理是復雜的和多因素的，高溫軟融是主要因素之一。而且諸多破損因素

128、都與溫度有關，所以爐襯的溫度狀態(tài)是爐襯破損的主要原因。因此對爐襯冷卻是非常重要的。冷卻設備的作用是：</p><p><b>　　1、保護爐殼。</b></p><p>　　2、對耐火材料的冷卻和支承。</p><p>　　3、維持合理的操作爐型。</p><p>　　4、促成爐襯內表面形成渣皮代替爐襯工作，延長爐襯壽命

129、。</p><p>　　冷卻介質有水、空氣、汽水混合物三種。本設計中采用軟水作為冷卻介質。</p><p>　　5.2爐底冷卻形式選擇</p><p>　　大型高爐爐缸直徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻已不足以將爐底中心部位的熱量散發(fā)出去，如不進行冷卻則向下侵蝕嚴重。</p><p>　　爐底冷卻可以采用風冷，也可以采用水冷。而水冷時，目前有兩種