1650立方米高炉设计说明书1

1650立方米高炉设计说明书1 1 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(η):高炉有效容积利用系数即昼夜生铁的产量P(t)与高炉有效容积V之比。η是高炉冶炼的一个重要指标，η越大，其高炉生产效率就越高。本设计η=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/m?d。 (5) 休风率:指休风时间占日历时间的百分比。 (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，改善煤气的利用率，有利于稳定操作，为强化冶炼创造条件。 ) 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。 (5 (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。 2高炉配料计算 冶炼1t生铁，需要一定数量的矿石、熔刑和燃料(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 [1]时因冶炼条件变化需要作变料计算。 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 郑伟家庭教育讲座全集个人独资股东决定成立安全领导小组关于成立临时党支部关于注销分公司决定 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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AlO23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, PO,MnO形态存在。它们的换算为: 25 88S??FeS ω(FeS)=ω(S)×% 32 142P??PO ω(PO)=ω(P)×% 2525 62 71Mn??MnO ω(MnO)=ω(Mn)×% 55 式中的S，P，Mn等元素皆为分析值(百分含量)，当要计算FeO时，需要从23生铁(TFe)中扣除FeO和FeS中的Fe，再进行换算。 5616256ω(FeO)= (ω(Fe)-ω(FeO)×-ω(FeS)×)% 231127288 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FeS形态存在，换算式如下: 2 120ω(FeS)=ω(S)×%，式中S为分析所得的百分含量。 264 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。 ω[Mn]=η×ω(Mn)×m(Fe)/ω(Fe) Mn矿铁矿 式中:ω[Mn] ??生铁含锰量，% ω(Mn)??混合矿含锰量，% 矿 η??锰的回收率，一般为0.5,0.6 Mn m(Fe)??矿石带入的生铁的铁量，kg/t铁 铁 ω(Fe)??混合矿含铁量，% 矿 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。 ω(Fe)=(100-ω[Mn]-ω[C]-ω[Si]-ω[P])/100×(ω[Mn]/ωMn×η) 矿矿Mn 式中:ω[Mn],ω[Si],ω[C],ω[P]表示锰铁中该元素含量，% ω(Mn)??锰矿含锰量，% 矿 ω(Fe)??锰矿允许含铁量，% 矿 η??锰回收率，通常为0.7,0.82 Mn [2]4)适当控制碱金属。 2.2.3确定需要的冶炼条件 (1)根据原料条件，国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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)原燃料成分分析。 A.铁矿石成分 高炉采用85%烧结矿，15%生矿冶炼，成分经整理计算入图表: 表2.1入炉矿石成分(%) 成分 TFe Mn P S FeO FeO MnO MnO CaO 232原料 烧结矿 55.92 0.093 0.045 0.035 69.39 8.15 0.12 10.12 块矿 60.597 0.005 0.276 0.028 73.27 11.86 0.17 1.26 混合矿 56.622 0.0798 0.0797 0.034 69.972 8.707 0.128 8.79 成分 MgO SiO AlO PO FeS FeS SO 烧损 合计 2232522原料 烧结矿 2.6 6.28 1.85 0.10 0.10 1.29 100.00 块矿 1.53 3.64 3.80 0.632 0.053 3.78 100.00 混合矿 2.44 5.884 2.143 0.180 0.008 0.085 1.664 100.00 B.焦炭成分分析见表2.2 表2.2 焦炭成分(%) 固 灰分12.17 挥发分0.90 定 碳 SiO AlO CaO MgO FeO FeS PO CO CO CH H N 223252422 84.63 6.65 4.83 0.76 0.12 0.75 0.05 0.01 0.33 0.33 0.03 0.06 0.15 续上表 游离 有机物1.30 ? 全S 水 H N S 22 100 0.52 4.80 0.40 0.40 0.50 C.喷吹物成分见表2.3 表2.3喷吹物成分 灰分 成 C H O HO N S ? 2222分 SiOAlOCaO MgO FeO 2 23 煤 77.86 4.51 2.75 0.95 1.73 0.46 7.54 2.651.04 0.01 0.5 100 粉 6)确定焦比与煤比 根据目前国内生产经验，选择焦比为370Kg/t，煤比为140Kg/t。 7)元素分配率 见表2.4 表2.4各种元素分配率 铁种 Fe Mn P S 元素 生铁 0.997 0.500 1.00 0.090 炉渣 0.003 0.500 -- 0.820 煤气 -- -- -- 0.090 2.2.4 配料计算的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 (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计算方法与过程 2.3.1计算方法 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=0.09，P=0.135，R=1.10，由公式[C]=4.5-0.27[Si]-0.32[P]+0.03[Mn],可得C=4.395，Fe=95.0。 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: ,FeX,Fe，Y,Fe，W,Fe，Fe,10， 123R,1 式中 TFe,TFe,TFe,Fe,TFe,η,分别为:烧结矿的铁品位,球团矿中的铁品位,123R1 生矿中的铁品位,燃料带入的铁量(kg),铁水中的含铁量,铁水中铁的分配率(2)碱度平衡方程: XCaO，YCaO，WCaO，KCaO，MCaO,R(XSiO1232焦煤(1) ，YSiO，WSiO，KSiO，MSiO,SiO)22222(2)(3)(焦)(煤)(R) 式中 CaO, CaO,CaO,CaO焦,CaO煤，分别表示烧结矿、球团、生矿、焦123 炭、煤粉中的CaO含量。SiO, SiO, SiO ,SiO, SiO ，SiO，分别表2(1)2(2)2(3)2(焦)2(煤)2(R) 示烧结矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的SiO含量、还原到铁水中的SiO量22 60(kg)，其中SiO= 10[Si]，,21.43[Si]2(R)28 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: 952.70.5563X，0.6354Y，100，0.5872，2.88，0.56, 0.997 碱度平衡方程: 0.101X，0.0095Y，0.015，100，360，0.0512，160，0.006 ,1.100.062X，0.0412Y，100，0.117，360，0.0512，160，0.0748-21.43，0.35 联立解出方程组可得:烧结矿=1323.83 kg(占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 1677.86 0.5 — 1686.25 焦炭 370 0.5 4.8 389.61 煤粉 140 — — 140 合计 2187.86 2215.86 2.3.5终渣成分及渣量计算 (1)终渣S含量 炉料全部含S量=1677.86×0.00034+370×0.0052+140×0.0046=3.14kg 进入生铁的S量=0.3kg 进入煤气的S量=3.14×0.09=0.282kg 进入炉渣的S量=3.14-0.3-0.282=2.56kg 722.86，(2)终渣的FeO量==3.68kg 56 71,0.864kg(3)终渣的MnO量=1677.86×0.000798×0.5× 55 (4)终渣的SiO量=1677.86×0.05884+370×0.0665+140×0.0754 2 =133.89kg (5)终渣的CaO量=1677.86×0.0879+370×0.0076+140×0.0104 =151.75kg (6)终渣的AlO量=1677.86×0.0243+370×0.048+140×0.0265 23 =62.24kg (7)终渣的MgO量=1677.86×0.0244+370×0.0012 +140×0.0001=41.39kg 终渣成分见表2.6 表2.6终渣成分 ?成分 SiO AlO CaO MgO MnO FeO S/2 合计 R 223 Kg 133.89 62.24 151.75 41.39 0.864 3.68 1.28 395.09 1.13 % 33.89 15.75 38.41 10.48 0.219 0.93 0.324 100 ++++?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 ++[2]为S/2，为了质量平衡，Ga仍以CaO存在，而S则只算S/2 炉渣碱度R =1.13,符合规定值。MgO%=10.48%，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1440?，粘度0.46Pa?S。该炉渣适合于炼 钢铁生产。 2.3.6生铁成分校核 62-3(1)含P量 ,10，1670.86 ，0.000797，370，0.0001，，,0.135%142 0.33，2Ls,,22(2)含S量， ,0.03%0.03 (3)含Si量 ,0.35% 55100(4)含Mn量,0.864，，,0.067% 711000 (5)含Fe量=95.0% (6)含C量=100-95.0-0.067-0.35-0.03-0.135=4.42% 生铁成分列于表2.7 表2.7 生铁成分(%) Fe Si Mn P S C 合计 95.0 0.35 0.067 0.135 0.03 4.42 100 校验结果与生铁成分的误差很小，表明原定生铁成分恰当。 第三章 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 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 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炉正常运转的各种工作所不可缺少的参数。 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) (3) 各种原料消耗量(表2.5); (4) 鼓风湿度，f=1.0%; (5) 本次计算选择直接还原度r=0.40; d (6) 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.2%与H 反应生成CH。 24 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 3 别为鼓风湿度f=1.0%(10g/m)，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根据碳平衡得: 风 3 C=?C-(C)×10- ?C- C 风 燃直CH4 式中 C??风口前燃烧C量，kg;风 (C)??生铁含C量%; ?C，?C ，C??分别为燃料带入C量，直接还原耗C和生成CH的燃 直 CH4 4 [2]C量，?; 按上式分别进行计算: 燃料带入的C=m(C)+m(C)=370×0.8464+140×0.7786=422.17kg JM 溶于生铁的C=44.2kg 直接还原耗碳=m(C)Mn+m(C)Si+m(C)P+m(C)Fe 24601212=0.67×+3.5×+1.35×+950×0.40× 55286256 =85.88kg 生成CH耗碳=422.17×0.012=5.07kg 4 风口前燃烧的C量=422.17-44.2-85.88-5.07=287.01 kg，占入炉总碳量的67.99%。 (2)风量计算(V) 风 根据氧平衡可得: mC，，c,，0.933,Q(,风o燃2 V,风0.21，0.29f 1622.4，，Q,V(O)，(V(HO))，，其中 oM2M,,21832，，式中 ??风口前燃烧的C所需氧量(m?)，m(C)，c,，0.933,风燃 c,(为燃烧带入C量，为C在风口前的燃烧率); m(C)风,燃 Q??为燃料带入的氧量(M为煤粉，V(O)，V(HO)为煤带M2Mo2 入的氧和HO量); 2 [2] 0.21+0.29f??鼓风含氧浓度(f为鼓风湿度)。 据原料供应情况，本高炉仅喷煤，将上式分别进行计算: 33 鼓风含氧浓度=0.21+0.29×0.010=0.2129 m/ m风口前C燃烧所需氧量=(287.02×0.933-3.52)/0.2129 1622.4燃料带入氧量=140×(0.0275+0.0095×)×=3.52 m? 18323每吨生铁鼓风量=1241.29 m 3.2.2 煤气成分及数量计算 (1) 计算CH量4 22.43由燃料带入的C生成CH的量=5.07×=9.46m 412 22.43焦炭挥发分含CH量=370×0.003×=0.21 m 416 3 进入煤气的CH量=9.46+0.21=9.67 m4 (2)入炉总H量=鼓风带入H+焦炭带入H+煤粉带入H 2222 22.4即入炉的总H量=124.29×0.01+370×(0.0006+0.004)× 22 0.0095，222.4+170×(0.0451+)× 1823=103.84 m 设喷吹条件下有40%的H参加还原，则参加还原的H量=103.84×22 30.35=36.43m 3生成CH的H量=9.46×2=18.92 m 42 3进入煤气的H量=103.84-36.24-18.92=48.68 m 2 25648.68，，322.4==8.54%(假定用H还原的铁氧化物中，1/3用于还原r2iH2950 FeO，2/3用于还原FeO) 23 22.43 (3)由FeO?FeO生成CO的量=1677.86×0.6997×=164.36m232160 22.43由FeO?Fe生成CO的量=950×(1-0.40-0.0854)×=195.55 m 256另外，H参加还原反应，相当于同体积的CO所参加的反应，所以CO的生成222 3量中应该减去36.34m，总计间接还原生成的CO量为 2 3164.36+195.55-36.34=323.57m 各种炉料分解或者带入的CO 量=焦炭的CO量+矿石的CO 量 222 22.422.43=370×0.0033×+1677.86×0.01664×=14.83 m 4444 3因此，煤气的总CO量=323.57+14.83=338.4 m 2 22.43(4)风口前碳素燃烧生成的CO=287.02×=535.77m 12 22.43元素直接还原生成CO的量=85.88×=160.31 m 12 22.43焦炭挥发分中CO的量=370×0.0033×=2.28 m 12 3因此，间接还原消耗碳=323.57m 3煤气中总CO的量=535.77+160.31+2.28-323.57=374.79 m V，V，V(5)总N的量==1241.29×(1-0.01)×0.79 2风焦煤 22.422.4+370×0.0055× +170×0.0173× 28283=974.38m 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 CO CO N H CH 总计 Vg/ V 2224风3M 338.4 374.79 974.38 48.68 9.73 1745.92 1.41 % 19.38 21.47 55.81 2.79 0.55 100.00 3.2.3 编制物料平衡表 (1)计算鼓风量: 33 1 m鼓风质量=1.283kg/ m 全部鼓风质量=1252.24×1.283=1592.58 kg (2)计算煤气的质量 0.1777440.2397280.5486280.0056160.02842，，，，，，，，，31m煤气的质量,22.43 =1.337 kg/ m全部煤气质量=2334.3kg (3)水分计算 炉料带入水分=370×0.048=17.76 kg 煤粉带入水分=140×0.0095=1.33 kg 18H还原生成的水分=36.34×=29.2 kg 222.4 所以水分的总质量=17.76+1.33+29.2=48.29 kg (4)炉料机械损失=2215.86-2187.86-17.76-1.33=8.91 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 Kg 1 原燃料 2187.86 1 生铁 1000.00 2 鼓风 1592.58 2 炉渣 395.09 3 煤气 2334.3 4 水分 48.29 5 炉尘 8.91 共计 3780.44 共计 3786.59 据对误差 0.163% 相对误差 0.16% 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。 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 [2]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。 4.2热平衡计算方法 热平衡计算的量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中位个铁各项热消耗总和。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。它是根据羔斯定则，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(即全部C完全燃烧成CO和H全部燃烧成HO时放出的热量)、热风与炉料带入的物理热及少量成222 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邑，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，这也是此种热平彻计算法们缺点[2]。 4.3热平衡计算过程 需要补充的原始条件: 鼓风温度1200?;炉顶温度200?;入炉矿石温度为80?。 4.3.1 热量收入 (1)碳素氧化热 33410.66由C氧化1m? 成CO放热=17898.43 KJ/m? ，12222.4 9797.11由C氧化成1m? 的CO放热=5248.45 KJ/m? ，1222.4 碳素氧化热=287.02×19878.43+(374.79-2.28)×5250.50 =7093071.13KJ (2)热风带入热 3200 ?时干空气的比热容为1.437kJ/ m1?? ，水蒸气的比热为1.767 kJ/ 3m??,热风带入热=[(1241.29-12.4129)×1.437+12.4129×1.767]×1200 =2145395.98 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 56混合矿的CaO=1677.86×0.01664×=35.52 KJ 44 5.52×1130.49=40155.00 kJ 成渣热=3 (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=1677.86×1.0×80=134228.80 kJ (5)H氧化放热 2 1m? H氧化成HO放热10806.65 KJ 22 H氧化放热=36.24×10806.65=391632.996 kJ 2 (6)CH生成热 4 77874.41Kg CH生成热==4865.29 KJ 416 16CH的生成热=9.46××4865.29=32875.46 KJ 422.4 冶炼1t生铁总热为以上各热量的总和=9809713.356KJ 4.3.2 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，烧结矿中FeO 有20%以硅酸铁形态存在其余以FeO，铁氧化物分解热由FeO、FeO和 FeO三343423 部分组成。 m(FeO)=1677.86×0.85×0.0815×0.2 硅酸铁 +370×0.0075+140×0.005=26.72kg 去除进入渣中的FeO，它也以硅酸铁形式存在，计3.68 kg 余下的m(FeO)=26.72-3.68=23.04 kg 硅酸铁 m(FeO)=1677.86×0.08707-1677.86×0.0815×0.85×0.2 四氧化三铁 =122.84 kg 160m(FeO)=122.84×=272.99 kg 23四氧化三铁72 m(FeO)=1677.86×0.69972-272.99=901.04 kg 23自由 依据1kg铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。 FeO=23.04×4075.21=93892.84 KJ， (4075.2 KJ/kg FeO) 硅酸铁分解热硅酸铁FeO=(122.84+272.99)×4799.98=18999.76.08 KJ 43分解热 4799.98 KJ/kg Fe(O) 43 FeO=901.04×5152.94=4642987.04 KJ，(5152.94 KJ/kg FeO) 23分解热23铁氧化物分解总热=93892.84+1899976.08+4642987.04=6636855.96 KJ 2)锰氧化物分解热 MnO?Mn分解热=0.9×7362.84=6626.56 KJ， (7362.84 KJ/KgMn) 3)SiO分解热=3.5×30288.76=106010.65 KJ，(30288.76 KJ/Kg Si) 2 4)Ca(PO)分解热=1.35×35756.98= 48271.92 KJ 342 5)脱S耗热 由于CaO脱硫耗热5401.23 KJ/ Kg?S，MgO脱硫耗热为8039.4 KJ/ Kg?S， 二者差别较大，故取其渣中成分比例(4:1)来计算平均脱硫耗热。 1 Kg硫的平均耗热=5928.79 KJ 脱S耗热=2.56×5928.79=15177.77 KJ 氧化物分解和脱硫总热为上述1),5)项热耗之和，即 Q=6636855.96+6626.56+106010.65+48271.92+15177.7=6812942.79 KJ 总 (2)碳酸盐分解热 由CaCO分解出1 Kg的CO需热4044.64 KJ，由M gCO分解出1 Kg CO需热32322487.08 KJ，混合矿石CO量=1677.86×0.01664=27.92 Kg。假定CaCO和M gCO233 是按比例分配的。 8.79其中以CaCO分解的CO为27.92×=21.85 Kg;故以MgCO形式分3238.79，2.44 解的CO量=27.92-21.85=6.07 Kg。 2 碳酸盐分解总热=21.85×4044.64+6.07×2787.08=103471.96 KJ (3)水分分解热=12.4186×10806.65=134203.46 KJ (10806.65 KJ/Kg.HO) 2(4)喷吹物分解热=140×1256.1=175854 kJ (1256.1 KJ/Kg煤粉) (5)炉料游离水的蒸发热 1Kg水由20?升温到100?吸热334.94 KJ，再变成100?水蒸气吸热2261 KJ总吸热为2595.96 KJ 游离水蒸发热=370×0.048×2595.96=46103.89 KJ (6)生铁带走热 表4.1各种生铁的热焓值 生铁热焓值 炼钢生铁 铸造生铁 锰铁 KJ/Kg 1130.44-1172.36 1256.04-1297.91 1172.3-1214.17 炼钢生铁焓值=1172.36 KJ/kg，铁水带走热=1000×1172.36=1172360 KJ (7)炉渣带走热 表4.2各种炉渣的热焓值 炉渣热焓值 炼钢铁渣 铸造铁渣 锰铁铁渣 KJ/Kg 1716.59-1758.54 1884.06-2009.66 1842.192-1967.79 炼钢铁渣焓值=1758.54 KJ/kg，炉渣带走热=395.09×1758.54=694781.57 KJ (8)炉顶煤气带走热，炉顶温度为200?时煤气各成分比热容见表4.3 表4.3 200?时炉顶煤气比热容 COCO N H CH HO 2 2242 1.787 1.313 1.313 1.302 1.82 1.159 干煤气比热容=0.1938×1.787+(0.5581+0.2147)×1.313 3+0.0279×1.302+0.0055×1.82=1.407 KJ/ m?? 干煤气带走热=1745.92×1.407×200=491421.59 KJ 22.4水蒸气带走热=48.29××1.519×100=9128.31 KJ 18 炉尘带走的热=8.91×0.8374×200=1492.25 KJ (炉尘比热容0.8374 KJ/Kg??) 煤气带走总热=491421.59+9128.31+1492.25=502042.15 KJ 前8项总和为=9641759.82KJ (9)外部热损失=10375727.05-9779979.04=595748.01 KJ(包括散热和冷却水带走热) 根据热收入与热支出数值列表于4.4 表4.4热平衡表 序序 收入项名称 KJ % 支出项名称 KJ % 号 号 氧化物分解、脱1 碳的氧化热 7093071.13 72.1 1 6812942.79 69.26 硫 2 热风带入热 2145395.98 21.81 2 碳酸盐分解 103471.96 1.05 3 成渣热 40155 0.41 3 水分分解 134203.46 1.36 4 物料物理热 134228.8 1.36 4 喷吹物分解 175854 1.79 5 H的氧化热 391632.996 3.98 5 游离水蒸发 46103.89 0.47 2 6 CH生成热 32875.46 0.334 6 铁水带走 1172360.00 11.92 4 7 炉渣带走 694781.57 7.06 8 煤气带走 502042.15 5.1 9 外部热损失 195599.55 1.99 共共 9837359.37 100.00 9837359.37 100.00 计 计 4.3.3 热平衡指标计算 (1)碳素热能利用系数K c 碳的氧化热(包括燃烧生成CO和CO放出的热量)2K,，100% c除进入生铁外的碳全部燃烧生成CO所放出的热量2 7093071.13,56.9%= 33421，(422.17,5.07,4.42) (2)热量有效利用系数K K =(高炉总热量收入-煤气带走热-外部热损失)% t =92.9% 从上述指标可以看出，K值一般在50%,60%之间，个别可高达65%。本例c K=56.9%说明碳素热能利用比较好。K值一般为80%,90%，本例的利用系数比较ct 高。 第五章 高炉炉型设计 5.1 总述 高炉设计包括基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设计等。高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。 5.2 高炉炉型计算 5.2.1 设计条件: 焦比370kg/t ，昼夜出铁12次，使用S=85%、 K=15% 5.2.2设计计算方法及步骤: 采用我国总结的炉型设计经验计算公式进行初步计算，然后调整计算出的炉 型尺寸数据，最后确定出高炉内型尺寸。 炉型设计计算方法和步骤如下: 3 (1)确定高炉有效容积V=1650M,选取高炉利用系数ηU 3=2.4t/(m.d) V P据式子 V= 可求出日产生铁为P=V×ηP=V×η=1650×2.4=3950t UUV UVηV 每次出铁330t，选用2个铁口 (2)炉缸和死铁层 3 2i 选定冶炼强度I=η×K=0.888t(m?d);燃烧强度=1.04 t/m?d V 燃 2(一般1.0-1.25t/m?d ) IVu则: 炉缸直径 d=0.23=8.63 m，取d=9.0m i燃 校核V/A=25.95,一般大型高炉在22,28之间，计算合理。 u 1) 取e=1.2(生铁产量波动系数) C=0.55(炉缸容积利用系数一般C=0.55-0.60) 3γ=7.1t/m(铁水密度) 则渣口高度为: 1.2，3950eph=1.27=1.27=1.4m 取h=1.6m (一般为1.5-1.7m) zz22ncγd12，0.57，7.1，9r 2)风口高度 h=h/k=1.6/0.54=2.9 (一般K=0.5-0.6) 取h=3m fzf 风口数目 n=2(n+2)=24个 风口结构尺寸:选取a=0.5m (一般 0.35-0.5m) 炉缸高h=h+a3.5m, 取h=3.5 m 1f1 取死铁层深度为 h=1.4 m (一般中大型为 1.0-2.0m) 0 设2个铁口，不设渣口。 (3)炉腰 取D/d=1.15，D=1.15×9=10.35,取D=10.2m (4)炉腹 取α=80.5?，h=(D-d)tanα/2=3.58m 取h=3.5m 22 (5) 炉喉直径 取d/D=0.67，d=0.67×D=6.834，取d=7 m，另取h=2 m 1115(6)取β=84。5?，h=(D-d)tanβ/2=16.6m， 取h=16 m 414(7)高炉有效直径 取H/D=2.65 ,H=2.65×10.2=27m uu (8) 炉腰高 h=H-(h+h+h+h)=2 m 3u1245 (9)有效容积校核 πV=dh=222.55 m? 1214 π22V=h(D+Dd+d)=253.54 m? 2212 π2V=Dh=163.34 m? 334 π22V=h(D+Dd+d)=939.66 m? 441112 π2d=V=d76.93 m? 5154 V=1656.02m? u 650m?误差为0.37%，小于1%，合理。 与规划炉容1 表5.1高炉内型参数 序号 项目 数值 31 有效容积V/m 1650 u 2 炉缸直径d/mm 9000 3 炉腰直径D/mm 10200 4 炉喉直径d/mm 7000 1 5 死铁层深度h/mm 1400 0 6 炉缸高度h/mm 3500 1 7 炉腹高度h/mm 3500 2 8 炉腰高度h/mm 2000 3 9 炉身高度h/mm 16000 4 10 炉喉高度h/mm 2000 5 11 有效高度H/mm 27000 u 12 炉腹角α 80.5? 13 炉身角β 84.5? 14 Hu/D 2.65 15 铁口数/个 2(夹角90?) 16 风口数/个 24 5.2.11 绘制高炉设计炉型图 设计计算炉型绘于图5.1 1650m?高炉设计炉型 1 7000160002000 2 .942?285008 3 10200 4 82.0?7 9000 35005 35002000 1、炉吼 2、炉身 6 3、炉腰 4、炉腹 5、炉缸 6、死铁层 第六章 高炉炉体结构设计 6.1 高炉炉衬结构设计 炉缸、炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件非常恶劣，高炉耐火材料的选择主要考虑高炉冶炼过程中各种物理、化学反应对其的侵蚀,主要考虑六项指标:抗碱金属性、导热性、抗爆裂性、碳素氧化性、抗热震性和抗渣耗侵蚀性能。炉缸、炉底是高炉重要部分，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。 6.1.1 炉底和炉缸 高炉炉底、炉缸内衬承受着高炉内气体 高压和铁水压力、高温和温度波动的作用,还承受着渣铁冲刷、化学侵蚀,有害元素的作用产生脆化、剥落上浮,还有可能因漏水而造成的氧化,其工作环境复杂。炉缸、炉底工作情况好坏,关系到一代高炉寿命。本设计采用热压小炭砖-陶瓷杯炉缸炉底结构。在炉底水冷封板上第1 层满铺400mm厚的高导热性石墨碳砖,第2层满铺400mm厚的半石墨碳砖,其上铺3层400mm厚的大块炭砖,其上再铺2层350mm的陶瓷垫。炉底、炉缸靠近冷却壁侧环砌热压小碳砖。风口区采用热震稳定性好的复合棕刚玉组合砖。 出铁口采用小块炭砖砌筑成出铁口通道，风口采用碳化硅组合砖砌筑。 6.1.2 炉腹和炉腰 炉腹区域采用喷涂150mm厚不定形耐火材料的结构形式。不定形耐火材料直接喷涂到铜冷却壁上。 6.1.3 炉身冷却模块 将厚壁(14mm厚 φ146mm)把手型无缝钢管作为冷却原件直接焊接在炉壳钢板上，在炉壳及钢管间浇注耐热混凝土，混凝土层高出水管130mm，构成大型预制冷却模块。 本设计采用炉身冷却模块技术，炉身取消了砖衬和冷却壁，将冷却水管直接焊接到炉壳上，并浇筑耐热混凝土，是由炉壳-厚壁钢管-耐热混凝土构成的大型冷却模块组成。其优点:可提高炉身寿命一倍，明显降低炉身造价，缩短大修时间，另外高炉大修初始即形成操作炉型，有利于高炉顺行，同时由于炉衬减薄，也扩大了炉容，在供排水方面无需特殊要求，利用原有的系统即可进行。 6.2 炉体冷却 6.2.1 高炉冷却设备设计 (1) 炉底，炉缸:均采用光面冷却壁冷却，冷却壁设置于炉衬与炉壳之间。其优点是:不损坏炉壳强度，密封性好，冷却均匀，炉衬表面光滑平整，光面冷却壁厚100mm，宽1000mm，冷却壁与炉壳间留20mm间隙，用稀泥浆填充，光面冷却壁与砖衬间留100mm缝隙，填碳素料。 (2) 炉腹、炉腰、炉身下部:采用镶砖冷却壁，厚350mm，砖厚250mm且炉腹部位用带凸台的镶砖冷却壁，其凸台部位可支撑炉砖，延长炉衬寿命，安装时紧靠砌砖，与炉壳间距130mm，中间填水渣-石棉材料，同段冷却比之间垂直缝为20mm，水平缝30mm，中间填铁屑。冷却壁宽宽700-1500mm，不高于3000mm。 (3) 水冷炉底:水冷炉底的冷却强度大，耗电低，为软水冷却，冷却管为38×φ146×7。在炉底耐火砖砌体底面与基礅面之间安装通水的无缝钢管，无缝钢管埋在炭捣层中，冷却水管中心线一下采用200mm耐火水泥，以上采用200mm炭捣料，炉底水冷管中心间距300mm，边缘间距250mm。 (4) 风口:风口由风口大套、二套和三套组成。风口小套和中套由青铜制成，空腔式结构，内通水冷却;大套由铸铁制成，内部铸有蛇形管，通水冷却。三个水套紧密接触，以防漏气;风口伸入炉缸内，距炉缸内衬表面150mm。 6.2.2 冷却设备工作制度 o 冷却水进水温度<35,悬浮物<200Kg/t,辐射时硬度<10，允许水温差:炉身上部10?，炉身下部10?，炉腰9?，炉腹8?，风口带4?，风口大套5- 26?，风口二套7-8?。供水压力:全管水压3.7-4Kg/cm，炉体上部1.65- 2，21.80Kg/cm炉体下部2.3-2.5Kg/cm。 6.2.3 高炉冷却水系统 高炉本体和热风炉热风阀及其倒流休风阀采用并联加串联相结合的全软水联合闭路循环系统,这种方式具有高效、节能、节水及冷却效果好的特点。 6.3 风口、及铁口 6.3.1 风口 由高炉炉型设计计算，取风口数目为24个。风口装置包括热风围管以下的短管法兰盘、鹅颈管、直管、弯管、直吹管，以及风口水套等部分。 风口直径按生产实践经验而定，同相似炉容的高炉相比较，本设计风口直径取250mm 风口由风口大套、二套和三套组成，是送风管路最前端的一个部件。它位于高炉炉缸上部，成一定角度探出炉壁。 6.3.2 铁口 铁口装置主要指铁口套。铁口套的作用是保护铁口处的炉壳。铁口套一般用铸钢制成，并与炉壳铆接后焊接。考虑不使应力集中，铁口套的形状，一般做成椭圆形，或四角大圆弧半径的方形。 6.4 炉壳 炉壳形状要与高炉内型，炉衬厚度，冷却设备结构形式相适应。炉缸下部炉壳转折点在风口大套，法兰盘边缘以上不小于100mm处。炉壳厚度值应与工作条件相适应，各部分的厚度为:δ=KD 式中:δ----计算部位炉壳厚度 K----系数mm/m D----计算部位炉壳外弦带直径，m。 炉身下弦带高度一般不超过炉身高度的1/4-1/3.5 炉壳一般由碳素钢板或低合金 钢板焊接成，厚度大于10mm的钢板要铲婆，竖缝采用“V”或“X”坡口焊接，横 缝采用“V”或“K”坡口焊接。