畢業(yè)設(shè)計高爐爐型設(shè)計.doc

本科生畢業(yè)設(shè)計目 錄中文摘要英文摘要1 緒 論11.1磚壁合一薄壁高爐爐型的發(fā)展和現(xiàn)狀21.2磚壁合一薄壁高爐爐型的應(yīng)用22 高爐能量利用計算32.1高爐能量利用指標(biāo)與分析方法42.2直接還原度選擇52.3配料計算62.4物料平衡112.5 熱平衡153 高爐爐型設(shè)計203.1 爐型設(shè)計要求213.2 爐型設(shè)計方法223.3爐型設(shè)計與計算224 高爐爐體結(jié)構(gòu)254.1 高爐爐襯結(jié)構(gòu)254.2高爐內(nèi)型結(jié)構(gòu)264.3 爐體冷卻284.4 爐體鋼結(jié)構(gòu)294.5風(fēng)口、渣口及鐵口設(shè)計295磚壁合一的薄壁爐襯設(shè)計305.1磚壁合一的薄壁爐襯結(jié)構(gòu)的布置形式305.2磚壁合一的薄壁爐襯高爐的內(nèi)型315.3磚壁合一的薄壁爐襯高爐的內(nèi)襯315.4薄壁高爐的爐襯結(jié)構(gòu)和冷卻形式326結(jié)束語33參考文獻(xiàn)34摘 要近年來, 煉鐵技術(shù)迅猛發(fā)展, 總的發(fā)展趨勢是建立精料基礎(chǔ), 擴(kuò)大高爐容積, 減少高爐數(shù)目, 延長高爐壽命, 提高生產(chǎn)效率,控制環(huán)境污染, 持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)廉價優(yōu)質(zhì)生鐵, 增加鋼鐵工業(yè)的競爭力。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)計的理念也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)實踐的進(jìn)展而更新。 薄壁高爐的設(shè)計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, 延長高爐壽命, 對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abstract in recent 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 stable 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 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 the life of blast furnace blast furnace feed, 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 development, 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, stable 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 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 factor is more meaningful smelting.keywords:furnace blast；furnace ；one brick wall ；design1 緒 論高爐在冶金工業(yè)中的重要地位, 決定了高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的理論和經(jīng)濟(jì)價值。高爐爐型合理與否，對煉鐵生產(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, 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)長時期順利進(jìn)行，對高爐提出了越來越高的要求。這些要求主要包括：有高度的可靠性；壽命長，易于維修；盡可能定型化合標(biāo)準(zhǔn)化；易于實現(xiàn)自動化操作等。1.1磚壁合一薄壁高爐爐型的發(fā)展和現(xiàn)狀 近年來, 煉鐵技術(shù)迅猛發(fā)展, 總的發(fā)展趨勢是建立精料基礎(chǔ), 擴(kuò)大高爐容積, 減少高爐數(shù)目, 延長高爐壽命, 提高生產(chǎn)效率,控制環(huán)境污染, 持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)廉價優(yōu)質(zhì)生鐵, 增加鋼鐵工業(yè)的競爭力。 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)長壽的薄壁高爐發(fā)展。近年來新建或改造的薄壁高爐, 設(shè)計標(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 德國不來梅廠2號高爐工作容積3143 m,爐缸直徑12m,全部采用冷卻壁軟水閉環(huán)冷卻,設(shè)計爐齡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,爐身角。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絕熱保護(hù)層。爐身中上部及爐喉區(qū)域,采用8段鑄鐵冷卻壁。 武鋼1號高爐大修改造 ,爐容從1386 m擴(kuò)大到 2200 m,爐缸直10.7m,采用全冷卻壁軟水串聯(lián)冷卻系統(tǒng),設(shè)計生產(chǎn)能力170萬t/a,爐齡15年,計劃2001年5月投產(chǎn)。爐型為矮胖型 ,高徑比2.45,爐身角,爐腹。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2m。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型銅冷卻壁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155mm厚一磚襯 ,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155mm厚浸磷粘土磚爐身上部采用1段光面冷卻壁 ,維持布料內(nèi)型長期穩(wěn)定。 萊鋼1000m高爐設(shè)計采用全覆蓋、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串罐無料鐘爐頂、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)實用技術(shù)。 爐體框架設(shè)計采用自立式框架結(jié)構(gòu),爐腰平臺以下的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,平臺寬敞,爐體負(fù)荷輕.高爐內(nèi)型設(shè)計有利于強(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)國內(nèi)外同類型容積高爐內(nèi)型尺寸，原燃料條件，建議設(shè)計采用適宜強(qiáng)化冶煉的矮胖爐型，其優(yōu)點如下：（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,減小對爐腹生成渣皮的沖刷,保護(hù)爐腹冷卻壁,延長其壽命。（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)定鐵水溫度和成分。（3）加大爐缸高度?？杀ＷC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，有利于改善氣體動力學(xué)條件。2 高爐能量利用計算鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鐵工序能耗占噸鋼能耗50%以上。2007年我國鋼鐵工業(yè)能源消耗量占全國總能耗的14%以上。相當(dāng)長時期內(nèi)，能源都將是制約我國國民經(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程所用燃料的能量，是節(jié)能的中心問題。作為煉鐵能源的燃料主要是焦炭、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，需就以上三個方面全面考慮、研究改善和利用的途徑。迄今為止，對燃料熱能和化學(xué)能的利用研究較多，而對焦炭的骨架作用，因其尚未成為冶煉過程的突出矛盾，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的壓力形式表現(xiàn)出來。煤氣在爐內(nèi)上升過程中，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。目前國內(nèi)多數(shù)高爐把這部分能量利用起來進(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，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)kc1） 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與總熱量消耗的百分比： （2-1）其值大小，表明高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放出的熱量，與碳完全燃燒時所放出的熱量之比 （2-2）式中 qc冶煉單位生鐵時，在高爐內(nèi)燃燒生成co和co2，放出的總熱量，kj；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)，在計算時不應(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的利用，也同時改善了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)驗公式表示。式2-3是其中一例。 （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，計算實際焦比、燃料比等。這些方法比較簡便、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算法，或計算與圖解相結(jié)合的方法。計算法包括直接還原度計算、配料計算、物料平衡與熱平衡計算，理論焦比計算等。計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，為了確定單位生鐵消耗的風(fēng)量，必須先知道鐵的直接還原度。鐵的直接還原度可按經(jīng)驗公式計算。如果經(jīng)驗公式中數(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，可計算出h2的還原率，由即可作為所在條件下的直接還原度。高爐直接還原度也可按拉姆建議的直接還原度指標(biāo)即 （2-4）式中 ri-高爐間還原度； -煤氣中的n2量，；co、co2-分別為煤氣中該成分的百分含量，；-風(fēng)中o2/n2的比值。（，f為鼓風(fēng)濕度，）表2-1 不同冶煉條件下的直接還原度冶煉條件rd煉鋼生鐵：0.380.71.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的 菱鐵礦等0.350.52.赤鐵礦、假象赤鐵礦及普通燒結(jié)礦0.450.63.不很致密的磁鐵礦、含feo較高的燒結(jié)礦及未經(jīng)焙燒的菱鐵礦0.60.74.致密的磁鐵礦，未處理的鈦磁鐵礦及過熔燒結(jié)礦鑄造鐵及鏡鐵：比煉鋼生鐵高510硅鐵及錳鐵：0.851.0由（2-4）式可知，只要根據(jù)煤氣的平均成分和鼓風(fēng)濕度，便能計算出高爐的直接還原度，使用很方便。2.3配料計算配料計算是高爐操作的重要依據(jù)，也是檢查能量利用狀況的計算基礎(chǔ)。配料計算的目的，在于根據(jù)已知的原料條件和冶煉要求來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)驗和設(shè)計指標(biāo)來確定），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)行計算。2.3.1計算準(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，可以均衡地擴(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)整為100。調(diào)整幅度不大時，以調(diào)al2o3或mgo為宜。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、mn，分別以fes、p2o5、mno形態(tài)存在。它們的換算為：sfes pp2o5 mnmno 式中s、p、mn等元素皆為分析值（百分含量）。當(dāng)要計算fe2o3時，需從生鐵（tfe）中扣除feo和fes中的fe，再進(jìn)行換算。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，fes為換算所得的硫化鐵量。天然礦石中的s以fes2形態(tài)存在，換算式如下：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量為總量與各項含量之差，故亦不需再調(diào)。焦炭中的fe以feosio2及fes狀態(tài)存在，mn呈mnosio2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（co2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feco3、fe2o3狀態(tài)為主，mn以高價氧化物狀態(tài)存在，p為p2o5或磷酸鹽，s呈so3狀態(tài)。選配礦石 在使用多種礦石冶煉時，應(yīng)據(jù)礦石供應(yīng)量及爐渣成分要求選定適當(dāng)配比。此時需注意礦石含p量不應(yīng)超過生鐵允許含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)驗和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)選擇，一般可參考表2.2選定。表2.2常見元素分配率（煉鋼鐵） 元素鐵種femnpsv生鐵0.9970.5001.0000.800爐渣0.0030.5000.200煤氣0.0503)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、釩鈦磁鐵礦時，還應(yīng)考慮爐渣抑制硅鈦還原和利于釩的回收能力。在正常的爐缸溫度下，要保證流動性和穩(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)驗等全面衡定。在有噴吹的高爐上，力爭多噴燃料。5)爐塵量、廢鐵加入量，應(yīng)根據(jù)冶煉條件事先確定。計算內(nèi)容1)礦石用量計算；2)熔劑用量計算；3)生鐵成分驗算；4)渣量及爐渣成分計算；5)爐渣性能校驗。計算步驟任務(wù)要求:入爐原料品位:w(tfe)=56%; 焦比:355kg/t鐵煤 比:125kg/t鐵; 熟料率:85%風(fēng) 溫:1150; 利用系數(shù):2.2t/( m.d)爐渣堿度:1.0-1.05; 爐渣mgo%=7.0-13.0%a.原料成分表2.3原料成分（） 成分原料femnpsfe2o3feomno2mnocao燒結(jié)礦55.630.0930.0480.03370.308.180.1210.10優(yōu)質(zhì)塊礦58.940.1640.0430.6476.47.020.260.82混合礦55.990.1020.0470.03673.006.300.030.0169.08 成分原料mgosio2al2o3p2o5fes2fesso2燒損燒結(jié)礦2.616.201.130.110.091.16100.00優(yōu)質(zhì)塊礦0477.130.950.1050.251.13100.00混合礦2.376.301.260.1150.030.081.16100.00b.焦炭成分表2.4 焦炭成分（）固定炭灰分，12.17sio2al2o3caomgofeofesp2o585.635.654.830.760.120.750.050.01續(xù)表2.4揮發(fā)分，0.90有機(jī)物，1.30游離水co2coch4h2n2h2n2s0.330.330.030.060.150.400.400.50100.000.524.8c.噴吹物成分表2.5噴吹物成分（） 成分品種ch2o2h2on2s灰分sio2al2o3caomgofeo煤粉77.484.354.050.790.420.667.483.420.600.300.45100.00d.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（）成分simnspcfe0.350.090.030.084.4595.00100.00f.焦比350kg，煤比130kg。風(fēng)溫1200g.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=現(xiàn)以1000kg生鐵作為計算單位進(jìn)行計算。礦石量 kgt-1 (2-5)式中 fe礦礦石含鐵量，；fe焦炭及煤粉帶入鐵量，kg；fe生鐵含鐵量kg；fe渣進(jìn)入爐渣的鐵kg。據(jù)（2-5）鐵平衡關(guān)系式得：焦炭帶入fe量(kg)煤粉帶入fe量（kg）；進(jìn)入渣中fe量2.86（kg）；（相當(dāng)于feo3.68kg）需要混合礦量1695.97（kg）表2.8每噸生鐵爐料實際用量名稱干料用量，kg機(jī)械損失，水分，實際用量，kg混合礦1695.970.51695.971.0051704焦炭350.00.54.8350.01.053368.5煤粉165165共計2210.972237.5終渣成分1）終渣s量 爐料全部含s量1695.970.00053500.00521650.0066 3.76(kg) 進(jìn)入生鐵s量0.3(kg) 進(jìn)入煤氣s量3.760.060.22(kg) 進(jìn)入爐渣s量3.76-(0.3+0.23)3.23（kg）2）終渣feo量3.68kg3）終渣mno量1695.970.0010.51.12(kg)4）終渣sio2量1695.970.06303500.05651650.0748-3.5 131.46（kg）5）終渣cao量1695.970.09083500.000761650.006 155.25（kg）6）終渣al2o3量1695.970.01263500.04831650.0342 43.92（kg）7）終渣mgo量1695.970.02373500.00121650.003 41.1（kg）將終渣成分及數(shù)量列表。表2.9終渣成分成分sio2al2o3caomgomnofeos/2rkg131.4643.92155.2541.101.123.681.61378.1434.7611.6141.0610.860.290.970.43100生鐵成分校核1)含p量10-3（1695.970.000473500.0001）0.082)含s量0.03；3)含si量0.354)含mn量0.095)含fe量956)含c量100（95.000.090.350.030.08）4.452.4物料平衡 物料平衡是建立在物質(zhì)不滅定律的基礎(chǔ)上，以配料計算為依據(jù)編算的。計算內(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設(shè)計的合理性，深入了解冶煉過程的物理化學(xué)反應(yīng)，檢查配料計算的正確性，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)場爐料稱量的準(zhǔn)確性，為熱平衡及燃料消耗計算打基礎(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h2反應(yīng)生成ch4，（全焦冶煉可選0.51.0的c與h2生成ch4）。上述1、2、3原始條件已由配料計算給出，本例僅假定其余各項未知條件，分別為鼓風(fēng)濕度f1.5，即12gm-3；直接還原度rd0.45。2.4.2根據(jù)碳平衡計算風(fēng)量風(fēng)口前燃燒的碳量c風(fēng)據(jù)碳平衡得：c風(fēng)c燃c103c直cch4 （2-6）式中 c風(fēng)風(fēng)口前燃燒的c量，kg；c燃、c直、cch4分別為燃料帶入c量，直接還原耗c和生成ch4的c量，kg，c生鐵含c量，。按（2-6）式分別進(jìn)行計算。燃料帶入固定碳cjcm3500.85631300.7748400.429(kg)；溶于生鐵的碳00.04445100044.5(kg)；直接還原耗碳cmncsi十cpcfe0.93.50.89500.450.2030.7791.6095.58(kg)；生成ch4耗碳400.4290.0124.805 （kg）；則風(fēng)口前燃燒的c量：c風(fēng)400.42944.595.584.805255.54 （kg）。占入爐總c量的63.82。風(fēng)量計算（v風(fēng)）根據(jù)氧平衡可得： m3/t鐵 （2-7）其中 m3/t鐵式中 c料c風(fēng)0.933風(fēng)口前燃燒的c所需氧量（m3）（c料為燃料帶入c量，c風(fēng)為c在風(fēng)口前的燃燒率）；燃料帶入的氧量（m3）（m，為煤粉，om、h2om為煤帶入的氧和h2o量）；0.210.29f鼓風(fēng)含氧濃度（f為鼓風(fēng)濕度）。按（2-7）式分別進(jìn)行計算。鼓風(fēng)含氧濃度0.210.290.0150.2144 （m3m-3）；風(fēng)口前c燃燒所需氧量400.42963.82%0.933238.4（m3）；燃料帶入氧量130（0.04050.0079）4.32（m3）；每噸生鐵鼓風(fēng)量=1091.8（m3）。2.4.3煤氣成分及數(shù)量計算計算步驟1)ch4由燃料碳素生成ch44.328.064 （m3）焦炭揮發(fā)分含ch43500.00030.147（m3）進(jìn)入煤氣的ch48.064+0.1478.211 （m3）2)h2 入爐總h2量鼓風(fēng)帶入h2焦炭帶入h2煤粉帶入h2即h2總1091.80.015350（0.00060.004）13099.023（m3）設(shè)在噴吹條件下有40h2參加還原，則參加還原的h299.0230.439.61（m3）生成ch4的h28.064216.128 （m3）進(jìn)入煤氣的h299.023（39.6116.128）43.286（m3）（假定用h2還原的鐵氧化物中，1/3是用于還原fe3o4，2/3是用于還原feo）3)co2 由fe2o3feo生成的co21695.970.6999166.14 （m3）由feofe生成的co2950（1.00.45-0.0844）176.93 （m3）由mno2mno生成的co21695.970.00030.131（m3）另外，h2參加還原反應(yīng)，相當(dāng)于同體積的co所參加的反應(yīng)，所以co2生成量中應(yīng)減去48.09m3，總計間接還原生成co2量166.14176.930.13143.58299.621 （m3）各種爐料分解或帶入的co2co2焦co2礦3500.00331695.970.011610.6（m3）煤氣中總co2量299.62110.6310.22(m3)4)風(fēng)口前碳素燃燒生成co299.55558.6 （m3）元素直接還原生成co95.58178.42（m3）焦炭揮發(fā)分中co3500.00332.156（m3）間接還原消耗co295.11 （m3）煤氣中總co558.6178.422.156295.11444.066（m3）5)n2 n2由鼓風(fēng)、焦炭及煤粉帶入，其總量為：n2n2風(fēng)n2焦n煤1091.8(10.015)0.793500.00551650.0042851.434（m3）據(jù)以上計算結(jié)果，列出煤氣組成如表2.10。表2.10煤氣成分表成分co2con2h2ch4總計vg/v風(fēng)體積，m3310.22444.066851.43443.2868.2111657.2171.41618.6526.751.192.960.5100.002.4.4編制物料平衡表計算鼓風(fēng)量1m3鼓風(fēng)質(zhì)量1.28 （kgm-3）全部鼓風(fēng)質(zhì)量1091.81.281397.504（kg）計算煤氣質(zhì)量1m3煤氣質(zhì)量 1.33 （kgm-3）全部煤氣質(zhì)量1657.2171.332204.099 （kg）水分計算爐料帶入水分3500.04816.8（kg）煤粉水分=1300.0079=1.027（kg）h2還原生成水分39.6131.83（kg）總計水分質(zhì)量16.81.02731.8349.66（kg）爐料機(jī)械損失2237.52210.9716.81.0278.703 （kg）根據(jù)上述計算結(jié)果，列出物料平衡，如表2.11。表2.11 物料平衡表序號收入項kg序號支出項kg1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8.703共計3635.004共計3640.602絕對誤差0.154%相對誤差0.0042%2.5 熱平衡 熱平衡計算的目的，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。編制熱平衡計算表是研究高爐冶煉過程的基本方法之一。熱平衡計算的基礎(chǔ)是能量守恒定律，即供應(yīng)高爐的熱量應(yīng)等于各項熱量的消耗；而依據(jù)是配料計算和物料平衡計算所得的有關(guān)數(shù)據(jù)。熱平衡計算采用差值法，即熱量損失是以總的熱量收入，減去各項熱量消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項，所以熱平衡表面上沒有誤差，因為一切誤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，即全爐熱平衡和區(qū)域熱平衡。全爐熱平衡是整個高爐內(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)，以計算量的轉(zhuǎn)變，而不考慮高爐內(nèi)的實際反應(yīng)過程。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，在熱收入項中，只依據(jù)焦炭所含碳素的燃燒反應(yīng)放熱。所以計算簡便，也能反映高爐內(nèi)燃燒和直接、間接還原狀況。可以用來分析直接還原發(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地反映高爐冶煉過程的熱量分配狀況，夸大了熱量的收入和支出。比如反應(yīng)feocfeco，在計算時，既支出了feo的分解熱269755.5kj(kgmol) -1，也收入了碳燃燒熱117565.3kj(kgmol) -1；而實際上反應(yīng)是吸熱117565.3269755.5152190.2kj(kgmol) -1、雖然收支平衡無錯（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，也沒有吸熱269755.5kj。這樣在利用熱平衡分析熱量收支時，就不能得出更為合理的結(jié)論；同時，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)實際反應(yīng)過程編制，它克服了熱量收入上的不合理計算。例如前述feo直接還原反應(yīng)，只計算此反應(yīng)實際吸熱152190.2kj(kgmol) -1，而不是按前述二步法來計算。實際上第一熱平衡的計算，是設(shè)想各還原過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，顯然是不符合實際的。按第二熱平衡計算所得的熱量總值，接近于高爐內(nèi)實際收入的熱量，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和熱支出項的比例，同時，能量利用指標(biāo)也有改變。據(jù)以上分析，以第二熱平衡為依據(jù)，進(jìn)行能量利用分析和考慮節(jié)焦途徑與效果，就比較真實可靠。2.5.1第一總熱平衡計算需要補(bǔ)充的原始條件：鼓風(fēng)溫度1200；爐頂溫度200；入爐礦石溫度80。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co2放熱1217898.43 （kjm-3） 由c氧化成1m3的co放熱125250.50 （kjm-3） 碳素氧化熱299.62117899.43(444.0662.156)5250.505363045.11+2320248.4557683293.565（kj）2)熱風(fēng)帶入熱 1200時干空氣及水蒸汽比熱容分別為1.433kj m-3和1.777kjm-3。熱風(fēng)帶入熱(1091.817.827)1.43317.8271.77712001884818.3kj3)成渣熱爐料中以碳酸鹽形式存在的cao和mgo，在高爐內(nèi)生成鈣鋁硅酸鹽時，1kg放出1130.49kj的熱量?；旌系V中的cao1695.970.011625.03（kg）成渣熱25.031130.4928296.16（kj）4)混合礦帶入物理熱80時混合礦的比熱為1.0 kj(kg)-1混合礦帶入物理熱1695.971.080135677.6 （kj）5)h2氧化放熱。1m3h2氧化成h2o放熱10806.65kjh2氧化放熱39.6110806.65428051.4 （kj）6) ch4生成熱1kgch4生成熱4865.29 （kj）ch4生成熱8.0644865.2928024.07 （kj）冶煉一噸生鐵的總熱量收入等于16項熱量之和，即q總收7683293.565+1884818.3+28296.16+135677.6+428051.4+28024.07 =10188161.1（kj）熱量支出1)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fe3o4形態(tài)存在。鐵氧化物分解熱由feo、fe3o4和fe2o3三部分組成。feo硅酸鐵1695.970.870.08180.20+3500.0075+1300.0045 27.35 （kg）去除入渣中的feo，它也以硅酸鐵形式存在，計3.68kg。余下的feo硅酸鐵27.353.6823.67 （kg）feo四氧化三鐵1695.970.0631695.970.870.08180.272.7 （kg）fe2o3四氧化三鐵72.7161.6 （kg）fe2o3自由1695.970.73161.61076.46 （kg）依據(jù)每千克鐵氧化物分解熱，即可算出總的分解熱。feo硅酸鐵分解熱23.674075.2196460.22 （kj）（4075.21kj(kgfeo硅酸鐵)-1）fe3o4分解熱(72.7161.6) 4799.981124635.314（kj）（4799.98kj(kg fe3o4)-1）fe2o3分解熱1076.465152.945546933.8kj（5152.94kj(kg fe2o3)-1)鐵氧化物總分解熱996460.22+1124635.314+5546933.8=6768029.3264（kj）b.錳氧化物分解熱：mno2mno分解熱1695.970.00032629.441337.83（kj）（2629.44kj(kgmno2)-1）mnomn分解熱0.97362.846626.56（kj）（7362.84kj(kgmn) -1）錳氧化物分解總熱1337.836626.567964.39 （kj）c.sio2分解熱sio2分解熱3.530288.76106010.65 （kj）（30288.76kj(kgsi)-1）d.ca3(po4)2分解熱ca3(po4)2分解熱0.835756.9828605.58 （kj）（35756.98kj(kgp)-1）e.脫硫耗熱 由于cao脫硫耗熱為5401.23kj(kg.s)-1，mgo脫硫耗熱為8039.4kj(kgs)-1二者差別較大，故取其渣中成分比例（39.74:1