設(shè)計(jì)年產(chǎn)180萬噸制鋼生鐵的煉鐵廠畢業(yè)論文.doc

設(shè)計(jì)年產(chǎn)180萬噸制鋼生鐵的煉鐵廠畢業(yè)論文目錄摘要1ABSTRACT2第一節(jié) 緒論31.1概述31.2高爐冶煉現(xiàn)狀及其發(fā)展31.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)41.4高爐冶煉的主要操作技術(shù)措施51.5本設(shè)計(jì)采用的技術(shù)6第二節(jié) 工藝計(jì)算72.1配料計(jì)算72.1.1原料成分計(jì)算72.1.2參數(shù)設(shè)定82.1.3預(yù)定生鐵成分92.1.4礦石需求量的計(jì)算102.1.5生鐵成分校核102.1.6渣量及爐渣成分計(jì)算112.1.7爐渣性能及脫硫能力的計(jì)算112.2物料平衡計(jì)算122.2.1風(fēng)量計(jì)算122.2.2爐頂煤氣成分及數(shù)量計(jì)算132.2.3編制物料平衡表152.3熱平衡計(jì)算162.3.1熱收入162.3.2熱支出172.3.3編制熱量平衡表20第三節(jié) 高爐本體設(shè)計(jì)223.1設(shè)定有關(guān)參數(shù)223.2高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)223.3風(fēng)口、鐵口設(shè)計(jì)253.4高爐內(nèi)襯263.4.1爐底設(shè)計(jì)273.4.2爐缸設(shè)計(jì)283.4.3爐腹設(shè)計(jì)283.4.4爐腰設(shè)計(jì)283.4.5爐身設(shè)計(jì)283.4.6爐喉設(shè)計(jì)293.5 爐體冷卻293.5.1冷卻目的293.5.2爐底冷卻形式選擇293.5.3冷卻設(shè)備選擇293.5.4冷卻水耗量的計(jì)算313.5.5供水水壓323.6高爐承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33第四節(jié) 廠址選擇364.1 考慮因素364.2 要求36第五節(jié) 爐頂設(shè)備385.1對(duì)裝料設(shè)備的要求385.2爐頂基本結(jié)構(gòu)395.3均壓控制裝置405.4探料裝置41第六節(jié) 高爐送料系統(tǒng)426.1貯礦槽和貯焦槽的設(shè)計(jì)426.1.1貯礦槽的設(shè)計(jì)426.1.2貯焦槽的設(shè)計(jì)436.1.3礦槽的結(jié)構(gòu)形式436.2給料機(jī)、槽下篩分與稱量設(shè)計(jì)436.2.1給料機(jī)436.2.2槽下篩分436.2.3槽下稱量446.3槽下運(yùn)輸456.4高爐上料設(shè)備46第七節(jié) 高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)487.1高爐鼓風(fēng)機(jī)的選擇487.1.1高爐入爐風(fēng)量487.1.2鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量487.2高爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)497.2.1有關(guān)原始數(shù)據(jù)507.2.2混合濕煤氣的燃燒值計(jì)算517.2.3空氣需要量和燃燒生成物的計(jì)算517.2.4熱風(fēng)爐理論燃燒溫度的計(jì)算537.2.5熱風(fēng)爐實(shí)際消耗煤氣量和空氣量的計(jì)算537.2.6熱風(fēng)爐熱平衡的計(jì)算547.2.7熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率計(jì)算567.3熱風(fēng)爐爐體的設(shè)計(jì)567.3.1熱風(fēng)爐蓄熱室格子磚的要求567.3.2所需加熱面積的計(jì)算577.3.3熱風(fēng)爐尺寸的計(jì)算627.4熱風(fēng)爐的附屬設(shè)備637.4.1助燃風(fēng)機(jī)637.4.2燃燒器647.4.3熱風(fēng)爐閥門657.4.4煤氣和助燃空氣的預(yù)熱設(shè)備677.5熱風(fēng)爐的耐火材料及砌體結(jié)構(gòu)687.5.1熱風(fēng)爐內(nèi)襯的破損機(jī)理及選磚原則687.5.2砌體結(jié)構(gòu)69第八節(jié) 高爐噴吹系統(tǒng)708.1煤粉制備工藝流程708.2噴吹工藝流程70第九節(jié) 高爐煤氣除塵系統(tǒng)和渣鐵處理系統(tǒng)739.1煤氣除塵系統(tǒng)739.1.1高爐煤氣除塵目的及工藝流程739.1.2煤氣除塵設(shè)備及原理739.2渣鐵處理系統(tǒng)769.2.1風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場(chǎng)769.2.2渣鐵溝和撇渣器779.2.3爐前主要設(shè)備799.2.4鐵水處理設(shè)備799.2.5水渣處理81第十節(jié) 車間的平面布置8410.1車間平面布置的原則8410.2高爐煉鐵車間平面布置的形式84參考文獻(xiàn)86致謝87安徽工業(yè)大學(xué) 煉鐵畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第一節(jié) 緒論1.1概述高爐冶煉是獲得生鐵的主要手段，它以鐵礦石（天然富礦，燒結(jié)礦，球團(tuán)礦）為原料，焦碳，煤粉，重油，天然氣等為燃料和還原劑，以石灰石等為溶劑，在高爐內(nèi)通過燃料燃燒，氧化物中鐵元素的還原以及非氧化物造渣等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程，獲得生鐵。其主要副產(chǎn)品有高爐爐渣和高爐煤氣。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)，低耗，高產(chǎn)和延長(zhǎng)爐齡，高爐本體結(jié)構(gòu)及輔助系統(tǒng)必須滿足冶煉過程的要求，即耐高溫，耐高壓，耐磨，耐侵蝕密封性好，工作可靠，壽命長(zhǎng)，而且具有足夠的生產(chǎn)能力我國(guó)自1996年粗鋼產(chǎn)量突破1億噸以來，連續(xù)穩(wěn)居第一鋼國(guó)的位置。2012年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量更是達(dá)到7.16億噸，占全球鋼產(chǎn)量的46.3%。雖然多年來我國(guó)生鐵產(chǎn)量居世界第一位，但是我們應(yīng)該看到與世界先進(jìn)國(guó)家的差距。目前，我國(guó)正在生產(chǎn)的高爐有幾千座。近年來，由于生鐵鐵水供不應(yīng)求，價(jià)格上漲，一些本應(yīng)該淘汰的500m3容積以下的小高爐，又開始生產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，小高爐的發(fā)展現(xiàn)狀，一定程度上阻礙了我國(guó)高爐大型化的發(fā)展。 在21世紀(jì)，我國(guó)高爐煉鐵將繼續(xù)在結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)展。高爐結(jié)構(gòu)調(diào)整不能簡(jiǎn)單的概括為大型化，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、資源條件來確定高爐爐容。從目前的我國(guó)的實(shí)際情況來看，高爐座數(shù)必須大大減少，平均爐容大型化是必然趨勢(shì)。高爐大型化，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、便于生產(chǎn)組織和管理，提高鐵水質(zhì)量，有利于減少熱量損失、降低能耗，減少污染點(diǎn)，污染容易集中管理，有利于環(huán)保。所有這一切都有利于降低鋼鐵廠的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.2高爐冶煉現(xiàn)狀及其發(fā)展（1）爐容大型化及其空間尺寸的橫向發(fā)展。最近幾年來，大型鋼鐵企業(yè)大多采用V有4000m3以上的高爐，中國(guó)沙鋼擁有世界上最大的高爐，有效容積達(dá)5860m3。 （2）精料：精料是改善高爐冶煉的基礎(chǔ)，近代高爐冶煉必須將精料列為頭等重要措施,精料包括提高入爐況品味，改善入爐原料的還原性能，提高熟料率，穩(wěn)定入爐原料成分和整粒。（3）提高鼓風(fēng)溫度：提高鼓風(fēng)溫度可以大幅度降低焦比，特別是在鼓風(fēng)溫度比較低時(shí)效果更為顯著。（4）高壓操作：高壓操作可以延長(zhǎng)煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間，改善煤氣熱能及化學(xué)能利用，有利于高壓操作，為強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造條件。（5）富氧大噴吹：從60年代起，世界各國(guó)都在發(fā)展向爐內(nèi)噴吹燃料的技術(shù)，取代部分焦炭。噴吹得燃料有重油、天然氣和煤粉等，燃料種類的選擇與國(guó)家和地區(qū)的資源條件有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)外大多以噴吹煤粉（無煙煤和煙煤）為主。（6）電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用：60年代起高爐開始已用計(jì)算機(jī)，目前已可以控制配料、裝料和熱風(fēng)爐操作。高爐冶煉計(jì)算機(jī)控制的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)總體全部自動(dòng)化控制，但由于目前冶煉技術(shù)水平，還難于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。1.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是衡量高爐生產(chǎn)優(yōu)劣的參數(shù)，因此，現(xiàn)代高爐在冶煉過程中總是盡量提高高爐的主要生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。1綜合冶煉強(qiáng)度冶煉強(qiáng)度是指每晝夜每立方米高爐有效容積燃燒的焦碳量，高爐噴吹燃料時(shí)，冶煉強(qiáng)度應(yīng)包括燃燒焦碳和噴吹物折合焦碳的總量，即稱為綜合冶煉強(qiáng)度。冶煉強(qiáng)度的選擇主要應(yīng)根據(jù)原燃料及冶煉條件、同類型的高爐的實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)、鼓風(fēng)機(jī)能力等經(jīng)過計(jì)算、比較后確定。在原燃料相似的情況下，一般較大容積的高爐采用較低的冶煉強(qiáng)度，較小容積的高爐采用較高的冶煉強(qiáng)度。2焦比焦比是指冶煉一噸生鐵所需要的焦碳量。焦比可根據(jù)設(shè)計(jì)所采用的原燃料、風(fēng)溫、設(shè)備、操作等條件與實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行全面分析比較和計(jì)算確定。當(dāng)高爐采用噴吹燃料時(shí)，計(jì)算焦比必須考慮噴吹物的焦碳置換量。3煤比（Y）。冶煉每噸生鐵消耗的煤粉量稱為煤比。當(dāng)每晝夜煤粉的消耗量為QY時(shí)，則： Y= 噴吹其它輔助燃料時(shí)的計(jì)算方法類同，但氣體燃料應(yīng)以體積（）計(jì)算。單位質(zhì)量的煤粉所代替的焦炭的質(zhì)量稱為煤焦置換比，它表示煤粉利用率的高低。一般煤粉的置換比為0.70.9。4高爐有效容積利用系數(shù)利用系數(shù)是指每晝夜每立方米高爐有效容積生產(chǎn)的生鐵量。5休風(fēng)率休風(fēng)率是指高爐休風(fēng)時(shí)間占高爐規(guī)定作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。休風(fēng)率反映高爐設(shè)備維護(hù)的水平。一定的高爐休風(fēng)率是保證高爐檢修以獲得安全操作和高指標(biāo)的途徑之一，但是高爐休風(fēng)率不能過大，否則會(huì)降低年產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)選取年工作日為355天。6高爐一代壽命高爐一代壽命是從點(diǎn)火開爐到停爐大修之間的冶煉時(shí)間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間。大型高爐一代壽命為1015年。7生鐵合格率：高爐生產(chǎn)的化學(xué)成分符合國(guó)家的規(guī)定的合格生鐵占生鐵量的百分?jǐn)?shù)為生鐵合格率。8生鐵成本。生產(chǎn)1t合格生鐵所消耗的所有原料、燃料、材料、水電、人工等一切費(fèi)用的總和，單位為元/t。1.4高爐冶煉的主要操作技術(shù)措施高爐基本操作制度包括熱制度、造渣制度、送風(fēng)制度和裝料制度。高爐冶煉強(qiáng)化的主要途徑是提高冶煉強(qiáng)度和降低燃料比，本設(shè)計(jì)由于采用了現(xiàn)代煉鐵新技術(shù)，單位容積的產(chǎn)鐵量較大，使高爐達(dá)到強(qiáng)化生產(chǎn)，其主要措施有精料、提高風(fēng)溫、高壓、加濕和脫濕鼓風(fēng)、噴吹燃料以及高爐生產(chǎn)過程的自動(dòng)化等。本設(shè)計(jì)主要操作技術(shù)措施如下：（1）采取調(diào)節(jié)噴吹量來維持穩(wěn)定的熱制度，以保持爐況順行。（2）采用高爐高堿度渣操作制度，有利脫硫。1.5本設(shè)計(jì)采用的技術(shù)（1） 無鐘爐頂和皮帶上料 ，布料旋轉(zhuǎn)溜槽可以實(shí)現(xiàn)多種布料方式。（2） 本設(shè)計(jì)采用了陶瓷杯爐缸爐底結(jié)構(gòu)。（3） 高爐噴煤設(shè)備。（4） 有余熱回收和余壓發(fā)電裝置。（5） 水渣系統(tǒng)采用過濾式。第二節(jié) 工藝計(jì)算2.1配料計(jì)算2.1.1原料成分計(jì)算表2-1 原料成分原始資料項(xiàng)目%Fe%Fe2O3%FeO%CaO%P2O5%MgO%SiO2燒結(jié)礦58.374.158.358.720.121.694.76球團(tuán)礦61.8386.361.500.690.010.606.80天然礦63.9290.410.820.620.030.423.70爐塵40.0845.2210.766.680.164.024.88項(xiàng)目%Al2O3%MnO%TiO2%V2O5%S/2%燒損%燒結(jié)礦1.710.390.110.000.0060.00100.012球團(tuán)礦1.710.181.770.030.022.85102.54天然礦1.620.120.000.000.032.31100.11爐塵2.500.14C=25.560.10.00100.03表2-2 校核后原料成分資料項(xiàng)目%Fe%Fe2O3%FeO%CaO%P2O5%MgO%SiO2燒結(jié)礦58.4074.148.358.720.121.694.76球團(tuán)礦60.0984.221.460.670.010.596.63天然礦63.8590.310.820.620.030.423.69爐塵39.8645.2110.756.680.164.024.88項(xiàng)目%Al2O3%MnO%TiO2%V2O5%S/2%燒損%燒結(jié)礦1.710.390.110.000.0050.00100球團(tuán)礦1.670.171.730.030.022.78100天然礦1.620.120.000.000.032.31100爐塵2.500.14C=25.550.10.00100表2-3焦炭成分固定碳灰分（12.24%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOP2O586.056.84.240.260.140.790.01揮發(fā)分（1.03%）全硫合計(jì)H2OCO2COCH4H2N20.300.300.040.260.130.681000.23表2-4煤粉成分固定碳灰分（10.2%）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3P2O574.315.462.880.220.320.800.52揮發(fā)分（15.1%）全硫合計(jì)H2OCO2COCH4H2N22.57.72.81.60.50.391000.82.1.2參數(shù)設(shè)定焦比：350kg/t 煤比：160kg/t 綜合焦比：350+1600.8=478kg/t鐵水溫度：1500 爐渣溫度：1550 爐塵吹出量：18Kg/t爐頂煤氣溫度：200 鼓風(fēng)溫度：1200 入爐燒結(jié)礦溫度：80 直接還原度：0.40 爐渣堿度：1.2鼓風(fēng)濕度：1.5% 綜合冶煉強(qiáng)度：1.05t/dm3氫的高爐利用率：0.35 被利用氫中參加還原FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a：0.9Si：0.40% S：0.03%C=1.30+2.57t鐵水10-3+0.04Mn-0.35P-0.03Si-0.54S2.1.3預(yù)定生鐵成分表2-5元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率項(xiàng)目FeMnPSVTi生鐵0.9980.51.00.80.1爐渣0.0020.50.00.20.9煤氣0.00.00.00.050.00.0假設(shè)冶煉一噸生鐵燒結(jié)礦的用量為1350kg，球團(tuán)礦的用量是150kg，天然礦的用量是100kg。生鐵中Si=0.4%,S=0.03%。則：（1）生鐵中P按原料帶入全部進(jìn)入生鐵計(jì)算，則：P=（13500.12%+1500.01%+1000.03%-180.16%+3500.01%+1600.52%）62/1421/1000=0.11%（2）生鐵中Mn按原料帶入量的50%計(jì)算，則：Mn=（13500.39%+1500.17%+1000.12%-180.14%）55/7150%1/1000=0.22%（3）生鐵中的C量為：C=（1.30+2.57150010-3+0.040.22-0.350.11-0.030.4-0.540.03）/100=5.10%（4）生鐵中的V為：V=1500.0003102/1820.2/1000=5.0410-6（5）生鐵中的Ti為：Ti=（13500.11%+1501.77%）48/800.9/1000=0.22%（6）生鐵中的Fe為：Fe=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）/100=93.92%表2-6預(yù)定鐵水成分(%)FeMnPSSiTiVC93.920.220.110.030.40.225.0410-45.102.1.4礦石需求量的計(jì)算焦炭帶入的鐵量：3500.79%56/72=2.15kg煤粉帶入的鐵量：1600.80%112/160=0.90kg爐塵帶走的鐵量：18（45.21112/160+10.7556/72）=7.20kg進(jìn)入渣中的鐵量：939.20.002/0.998=1.88kg設(shè)需燒結(jié)礦X kg/t，球團(tuán)礦固定150 kg/t，天然礦Y kg/t。根據(jù)鐵平衡939.2+7.20+1.88=58.40%X+15060.09%+63.85%Y+2.15+0.90堿度平衡鐵水等價(jià)帶走的SiO2量=10000.4%60/28=8.57kgR= 1.2=由式得X=1379.89kg，Y=77.60kg2.1.5生鐵成分校核（1）生鐵中含P=(1379.890.12%+1500.01%+77.600.03%-180.16%+3500.01%+1600.52%）62/1421/1000=0.11% （2）生鐵中含Mn= （1379.890.39%+1500.17%+77.600.12%-180.14%）55/7150%1/1000=0.22%（3）生鐵中含C=（1.30+2.57150010-3+0.040.22-0.350.11-0.030.4-0.540.03）/100=5.10% （4）生鐵中含V=1500.0003102/1820.2/1000=5.0410-6（5）生鐵中含Ti=（1379.890.11%+1501.77%）48/80=0.22%（6）生鐵中含F(xiàn)e=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）/100=93.92%表2-7校核后鐵水成分(%)FeMnPSSiTiVC93.920.220.110.030.40.225.0410-45.102.1.6渣量及爐渣成分計(jì)算CaO=3500.0026+1600.0022+1379.890.0872+1500.0069+77.600.0062-180.0668=121.90kgSiO2=3500.068+1600.0546+1379.890.0476+1500.068+77.600.037-180.0488=110.41kgAl2O3=3500.0424+1600.0288+1379.890.0171+1500.0167+77.600.0162-180.025=46.08kgMgO=3500.0014+1600.0032+1379.890.0169+1500.0060+77.600.0042-180.0402=24.82kgMnO=(1379.890.0039+1500.0018+77.600.0012-180.0014) 0.5=2.86kgFeO=93.9272/560.002/0.998=2.42kgS=3500.0068+1600.0039+1379.890.0001+1500.0004+77.600.0006-180.002-10000.03%=2.91kgTiO2=(1379.890.0011+1500.0177) 0.9=3.76kgV2O5=1500.00030.2=0.01kg表2-8爐渣的成分組成CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOTiO2kg121.90110.4146.0824.822.862.423.76%38.6835.0314.627.880.910.771.19組成V2O5SCaO/ SiO2kg0.012.91315.171.2%0.921002.1.7爐渣性能及脫硫能力的計(jì)算 將SiO2、CaO、Al2O3、MgO看成四元素?fù)Q算成100%如下：%SiO2+%CaO+%Al2O3%+MgO=35.03+38.68+14.62+7.88=96.21換算為100%后：SiO2:35.03100/96.21=36.41CaO:38.68100/96.21=40.20MgO:7.88100/96.21=8.19Al2O3:14.62100/96.21=15.20所以：（R0）=50-0.25(Al2O3)+3(S)- =50-0.2515.20+30.245-=44.28(R0) =CaO+MgO+FeO+MnO=38.68+7.88+0.77+0.91=48.24(R0)(R0) 所以能保證脫硫2.2物料平衡計(jì)算2.2.1風(fēng)量計(jì)算1.風(fēng)口前燃燒的碳量（1）燃料帶入總C量GC總=G焦C焦+G煤C煤=3500.8605+1600.7431=420.07kg（2）溶入生鐵中的C量GC生鐵=10000.0510=51.0kg（3）生成CH4的C量：（燃料帶入的總碳量約有1%到1.5%與氫化合成甲烷）GC甲烷=1% GC總=1%420.07=4.20kg（4）爐塵帶走的碳量GC爐塵=180.2555=4.60kg（5）直接還原消耗的C量錳還原消耗的C量=10000.002212/55=0.48kg磷還原消耗的C量=10000.001160/62=1.06kg硅還原消耗的C量=10000.00424/28=3.43kg鈦還原消耗的C量=10000.002224/48=1.10kg鐵直接還原消耗的C量=939.212/560.40=80.50kg故GC直=0.48+1.06+3.43+1.10+80.50=86.57kg（6）脫硫消耗的C量GC脫硫=2.9112/32=1.09kg風(fēng)口前燃燒的碳量GC燃=420.07-51.0-4.20-4.60-86.57-1.09=272.61kg2.風(fēng)量計(jì)算（1） 鼓風(fēng)中氧的濃度=21%（1-1.5%）+0.51.5%=21.44%（2） 風(fēng)口前碳燃燒消耗的氧=272.6122.4/24=254.44m3（3） 焦炭帶入氧量=3500.002322.4/32=0.56m3（4） 煤粉帶入氧量=1600.00822.4/32=0.90m3（5） 需鼓風(fēng)供給的氧氣體積為V=254.44-0.56-0.90=252.98m3故V風(fēng)=252.98/21.44%=1179.94 m32.2.2爐頂煤氣成分及數(shù)量計(jì)算（1） 甲烷的體積由燃料C生成的CH4量=4.2022.4/12=7.84m3焦炭揮發(fā)分中的CH4量=3500.000422.4/16=0.20m3煤粉揮發(fā)分中的CH4量=1600.02822.4/16=6.27 m3故=7.84+0.20+6.27=14.31 m3（2） 氫的體積由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的H2量=1179.941.5%=17.70m3焦炭水分分解產(chǎn)生的H2量=3500.002322.4/18=1.00m3焦炭揮發(fā)分中的H2量=3500.002622.4/2=10.19m3煤粉揮發(fā)分中的H2量=1600.01622.4/2=28.67m3煤粉水分分解產(chǎn)生的H2量=1600.00822.4/18=1.59m3生成甲烷消耗的H2量=4.202=8.40 m3爐缸煤氣中H2的總量=17.70+1.00+10.19+28.67+1.59=59.15m3參加間接還原消耗的H2量=59.150.35=20.70m3故=59.15-8.40-20.70=30.05 m3（3）二氧化碳的體積由礦石和煤粉帶入的Fe203的量=1379.8974.14%+15084.22%+77.6090.31%+1600.8%-1845.21%=1212.60kg參加還原Fe2O3為FeO的氫氣量=20.70（1-0.9）2/22.4=0.185kg由氫還原的Fe2O3的量=0.185160/2=14.80kg由CO還原的Fe2O3的量=1212.60-14.80=1197.80kg故CO2還=1197.8022.4/160=167.69m3CO還原FeO為Fe生成CO2的量=939.92(1-0.4-)22.4/56=206.62m3焦炭揮發(fā)分中的CO2量=3500.30%22.4/44=0.53m3煤粉揮發(fā)分中的CO2量=1602.5%22.4/44=2.04m3故=167.69+206.62+0.53+2.04=376.88 m3（4）一氧化碳的體積風(fēng)口前碳燃燒生成CO量=GC燃22.4/12=272.6122.4/12=508.87m3直接還原生成CO量=86.5722.4/12=161.60m3焦炭揮發(fā)分中的CO量=3500.3%22.4/28=0.84m3煤粉揮發(fā)分中的CO量=1607.7%22.4/28=9.85m3間接還原消耗的CO量=206.62+167.69=374.31m3故=508.87+161.60+0.84+9.85-374.31=306.85m3（6） 氮?dú)獾捏w積鼓風(fēng)帶入的N2量=1179.94（1-1.5%）79%=918.17 m3焦炭帶入的N2量=3500.13%22.4/28=0.364m3煤粉帶入的N2量=1600.5%22.4/28=0.64m3故=918.17+0.364+0.64=919.17 m3由以上結(jié)果可得煤氣成分表，見表2-8表2-9煤氣成分表成分CO2CON2H2CH4m3376.88306.85919.1730.0514.311647.26%22.8818.6355.801.820.871002.2.3編制物料平衡表（1） 鼓風(fēng)量的計(jì)算每立方米鼓風(fēng)的質(zhì)量為風(fēng)風(fēng)= =1.28g/m3G風(fēng)=V風(fēng)風(fēng)=1179.941.28=1510.32kg（2） 煤氣質(zhì)量的計(jì)算煤氣=1.387kg/m3所以煤氣的質(zhì)量G煤氣=V煤氣煤氣=1647.261.387=2284.74kg（3） 煤氣中的水分氫氣參加還原生成的水分量=20.702/22.418/2=16.63kg則G=16.63kg由以上計(jì)算結(jié)果編制物料平衡表，見表2-9表2-10 物料平衡表收入項(xiàng)支出項(xiàng)組成質(zhì)量/kg百分?jǐn)?shù)%組成質(zhì)量/kg百分?jǐn)?shù)%燒結(jié)礦1379.8938.04生鐵100027.51球團(tuán)礦1504.13爐渣315.178.67天然礦77.602.14煤氣2284.7462.86焦炭3509.65煤氣水分16.630.46煤粉1604.41爐塵180.50鼓風(fēng)1510.3241.63總計(jì)3627.81100總計(jì)3634.54100校核誤差：0.3%故符合要求2.3熱平衡計(jì)算2.3.1熱收入 （1）碳素氧化放熱碳素氧化為CO2放出熱量的計(jì)算：碳素氧化為CO2的體積為：= - =376.88-2.04-0.53=374.31m3=33436.212/22.4=374.3133436.212/22.4=6704734.30kJ其中：33436.2為C氧化為CO2的反應(yīng)熱碳素氧化為CO放出熱量QCO的計(jì)算：碳素氧化為CO的體積為：VCO氧化=VCO煤氣-VCO揮發(fā)=306.85-0.84-9.85=296.16m3QCO= VCO氧化9840.612/22.4=296.169840.612/22.4=1561281.48kJ其中：9840.6為C氧化為CO的反應(yīng)熱由上述計(jì)算可得：QC= QCO2 +QCO=6704734.30+1561281.48=8266015.78kJ（2）鼓風(fēng)帶入的熱量Q風(fēng)Q風(fēng)=V風(fēng)(1-)+ V風(fēng)=（1-1.5%）1179.941708.9+1179.941.5%2110.5=2023507.43kJ-1200下空氣的熱容量-1200下水蒸氣的熱容量（3） H2氧化成H2O放出的熱量H2氧化成H2O放熱為13454.09kJ/kgQ水=16.6313454.09=223741.52kJ（4）CH4生成熱生產(chǎn)1kgCH4產(chǎn)生的熱量為4709.56kJ=4709.5616/22.4=14.314709.5616/22.4=48138.43 kJ（5）爐料物理熱Q物80時(shí)燒結(jié)礦和球團(tuán)礦比熱容為0.6740 kJ/kgQ物=（1379.89+150）800.6740=82491.67 kJ故Q收=8266015.78+2023507.43+223741.52+48138.43+82491.67 =10643894.83 kJ2.3.2熱支出（1）氧化物分解吸熱Q氧分Fe的氧化物分解吸熱GFeO=1379.898.35%+1501.46%+77.600.82%+3500.79%-1810.75% =118.88 kJ=1379.89 74.14%+15084.22%+77.6090.31%+1600.80%-1845.21% =1212.60kg入爐礦石中FeO一般有20%到35%以2FeOSiO2形態(tài)存在（取20%），其余以Fe3O4存在。=GFeO20%=118.8820%=23.78kg=118.8880%=95.10kg=95.10160/72=211.33kg=-=1212.60-211.33=1001.27kg=+=95.10+211.33=306.43kg因?yàn)?FeOSiO2的分解熱為4078.25 kJ/kgFe3O4的分解熱為4803.33 kJ/kgFe2O3的分解熱為5156.57 kJ/kg故=23.784078.25=96980.79kJ=306.434803.33=1471884.41 kJ=1001.275156.57=5163118.84kJ故QFe分=96980.79+1471884.41+5163118.84=6731984.04Mn氧化物分解吸熱由MnO分解產(chǎn)生的1kgMn吸熱7366.02kJ=0.22%10007366.02=16205.24kJSi氧化物分解吸熱由SiO2分解產(chǎn)生的1kgSi吸熱31102.37kJ=0.4%100031102.37=124409.48kJP氧化物分解吸熱由P2O5分解產(chǎn)生1kgP吸熱35782.6kJQP分=0.11%100035782.6=39360.86kJ因此氧化物分解吸熱Q氧分=QFe分+ QP分=6731984.04+16205.24+124409.48+39360.86=6911959.62kJ（2）脫硫吸熱設(shè)燒結(jié)礦中S以FeS存在，脫出1kgS吸熱8359.05kJQ脫S=GS渣8359.05=2.918359.05=24324.84 kJ（3）碳酸鹽分解吸熱=0.62% 77.6022.4/56=0.19m3=0.42%77.6022.4/40=0.18m3所以Q碳酸分=0.1944/22.44048+0.1844/22.42489 =2390.81kJ其中，CaCO3和MgCO3分解每產(chǎn)生1kgCO2吸收的熱量分別為4048kJ和2489kJ（4） 水分解吸熱=V風(fēng)0.01513454.118/22.4=1179.940.01513454.118/22.4 =191350.82kJ（5） 鐵水帶走的熱量鐵水帶走的熱量為1259.85kJ/kgQ鐵水=10001259.85=1259850kJ（6） 爐渣帶走的熱量爐渣帶走的熱量為1910.26kJ/kgQ渣=315.171910.26 =602056.64kJ（7） 煤粉分解吸熱煤粉分解吸熱1048kJ/kgQ煤粉=1601048 =167680kJ（8） 爐頂煤氣帶走的熱量200以下煤氣各種氣體的比熱容見表如下表2-11煤氣中各氣體的比熱容組分N2CO2COH2CH4H2O比熱容kJ/m31.2841.7771.2841.2781.6101.605干煤氣帶走的熱量Q干煤氣=（1.777376.88+1.284306.85+1.284919.17+1.27830.05+1.61014.31）200=461073.69kJ煤氣中水帶走的熱量=1.60516.6322.4/18(200-100)=3321.57kJ故Q煤氣=Q干煤氣+=461073.69+3321.57=464395.26kJ（9） 爐塵帶走的熱量爐塵比熱容為0.7542kJ/kgQ爐塵=G塵0.7542200=180.7542200=180.7542200=180.7542200=2715.12kJ則Q出=Q氧分+Q脫S+Q碳酸分+Q鐵水+Q渣+Q煤粉+Q煤氣+Q爐塵+Q噴=6911959.62+24324.84+2390.81+191350.82+1259850+602056.64+167680+464395.26+2715.12+167680=9626723.11kJ由上可得：冷卻及爐殼散熱熱損失Q損=Q收-Q出=10643894.83-9626723.11=1017171.72kJ2.3.3編制熱量平衡表根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，列出熱量平衡表，見表2-11表2-12熱量平衡表熱收入熱量/kJ百分?jǐn)?shù)%熱支出熱量/kJ百分?jǐn)?shù)%碳素氧化放熱8266015.7877.60氧化物分解吸熱6911959.6264.94熱風(fēng)帶入熱量2023507.4319.01脫S吸熱24324.840.23氫氣氧化放熱223741.520.45水分解吸熱191350.821.80甲烷生成熱48138.430.78鐵水物理熱125985011.84爐料物理熱82491.672.10爐渣物理熱602056.645.656煤氣物理熱464395.264.36噴吹物分解熱1676801.58爐塵物理熱2715.120.02碳酸鹽分解吸熱2390.810.02冷卻及熱損1017171.729.554總計(jì)10643894.83100總計(jì)10643894.83100熱利用系數(shù)KT=總熱量收入-（煤氣帶走的熱+熱損失） =100%-（4.36%+9.554%） =86.086%碳利用系數(shù)KC= = =67.83%第三節(jié) 高爐本體設(shè)計(jì)3.1設(shè)定有關(guān)參數(shù)綜合冶煉強(qiáng)度：1.05t/m3.d; 年均工作日：355天；年產(chǎn)量：P =180104t 每晝夜出鐵次數(shù)n=103.2高爐內(nèi)型設(shè)計(jì) （1）確定容積VU日產(chǎn)量= P/355=5070t燃料比K=350+1600.8=478kg/t有效容積利用系數(shù)V=I/K=1.05/0.478=2.197t/m3.day有效容積：VU=/V=2307.88m3取VU=2307.88m3（2）爐缸尺寸爐缸的直徑d=0.4087VU0.4205=0.40872307.880.4205=10.6m表3-1不同爐容的Vu/A爐型大型中型小型Vu/A222815221013校核：VU /A=26.15本設(shè)計(jì)為大型高爐，結(jié)果在允許值范圍內(nèi)，故校核無誤。取e=1.2，C=0.55，=7.1t/m3，則渣口高度hZ=1.27=1.27=1.76m取風(fēng)口、渣口中心線的高度差為a=1.3m，安裝風(fēng)口的結(jié)構(gòu)尺寸b=0.44m，則爐缸高度為h1=hz+a+b=1.76+1.3+0.44=3.5m(3) 死鐵層厚度取h0=1.2m（4） 爐腰直徑D、爐腹角、爐腹高度h2和HU選取D/d=1.09，則D=1.0910.6=11.6m選=81，則爐腹高度h2=（D-d）tan=（11.6-10.6）tan81=3.2m校核：=tan-1 = tan-1 =8106 選HU /D=2.55 則HU =2.5511.6=29.6m（5） 爐喉直徑d1,爐喉高度h5取d1/D=0.65，則d1=0.6511.6=7.5mh5=0.3527VU0.2446-28.3805VU-0.7554=0.35272307.880.2446-28.38052307.88-0.7554=2.3m（6）爐身角、爐身高度h4、爐腰高度h3選取=8330h4=tan=tan8330=18.0m因此h3=HU-( h1+ h2+ h4+ h5)=29.6-（3.5+3.2+18.0+2.3）=2.6m(7) 校核爐容V1=d2h1=308.87m3V2=h2(D2Ddd2)=309.87 m3V3=D2h3=274.78 m3V4=h4(D2Dd1d12)=1309.15 m3V5=d12h5=101.61 m3VU=V1V2V3+V4V5=2304.28 m3誤差：=0.156% 符合要求表3-2爐型設(shè)計(jì)尺寸名稱單位設(shè)計(jì)值名稱單位設(shè)計(jì)值VUm32308h1mm3500dmm10600h2mm3200Dmm11600h3mm2600d1mm7500h4mm18000HUmm29600h5mm2300h0mm120081hzmm176008330hfmm30603.3風(fēng)口、鐵口設(shè)計(jì) 1風(fēng)口設(shè)計(jì)（1）風(fēng)口數(shù)n及風(fēng)口直徑的計(jì)算n=2（n+2）=2（10.6+2）=25個(gè)，取n=24取風(fēng)速160m/s,則風(fēng)口直徑df=0.15m（2）風(fēng)口結(jié)構(gòu)和形式風(fēng)口也稱風(fēng)口小套或風(fēng)口三套，是送風(fēng)管路最前端的部件。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。風(fēng)口裝置由風(fēng)口大套、二套和小套組成。風(fēng)口大套一般用鑄鐵或鑄銅制成，內(nèi)有蛇形無縫鋼管通水冷卻，用法蘭盤與爐殼聯(lián)結(jié)。高壓高爐的風(fēng)口大套與爐殼焊接。風(fēng)口二套和小套常用紫銅鑄成空腔式結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)通水冷卻。風(fēng)口二套靠固定在爐殼上的壓板壓緊，小套由直吹管壓緊。風(fēng)口三個(gè)水套之間均以摩擦接觸壓緊固定。因此，接觸面必須精加工，以避免漏氣。風(fēng)口小套的通風(fēng)道一般為錐狀，其直徑應(yīng)根據(jù)操作風(fēng)速來確定。有些為了滿足高爐操作的需要，也有設(shè)計(jì)成向下傾斜的或橢圓形的風(fēng)口小套通風(fēng)道。 直吹管的端頭與風(fēng)口密合裝配在一起。風(fēng)口裝置不僅要求密封性好、耐高溫和隔熱，而且要求拆換風(fēng)口水套方便、迅速，避免影響高爐操作風(fēng)口的破損機(jī)理：風(fēng)口破損主要是因?yàn)樵?、鐵對(duì)風(fēng)口的熔蝕作用，其次是風(fēng)口被磨損和龜裂破壞。部位一般為風(fēng)口伸入爐內(nèi)部分的前端上緣和下緣，中部破損占極少數(shù)。 為了提高風(fēng)口使用壽命，提出如下措施：1、提高材質(zhì)。采用含銅99.5%的貫流式風(fēng)口，使導(dǎo)熱能力大為提高，降低了高溫渣鐵對(duì)風(fēng)口的熔蝕作用。 2、使用貫流式風(fēng)口。由于其不同于其它風(fēng)口的水道結(jié)構(gòu)，使低溫水首先進(jìn)入高溫區(qū)，而且由于水道前端截面積最小，所以水速最高，加強(qiáng)了前端的換熱能力。而冷卻水到了后端時(shí)，由于水道截面積增大、水速減慢、水溫升高、熱交換減弱，從而減弱了由于風(fēng)口冷卻使風(fēng)溫降低的作用。 3、提高冷卻水質(zhì)量和增加水速。使用純水密閉冷卻，不產(chǎn)生水垢，保證了風(fēng)口壁良好的導(dǎo)熱能力。風(fēng)口壓力提高到1.01.4MPa水速提高到14m/s以上。這些都大大改善了風(fēng)口的傳熱效果延長(zhǎng)了風(fēng)口壽命。 4、加強(qiáng)風(fēng)口監(jiān)測(cè)。在風(fēng)口前端焊接熱電偶，以監(jiān)測(cè)風(fēng)口溫度。在每個(gè)風(fēng)口進(jìn)出水管上各安裝一個(gè)雙管式電磁流量計(jì)，當(dāng)排水量低于設(shè)定值的下限時(shí)，立即報(bào)警，保證了風(fēng)口安全工作。近年來國(guó)內(nèi)外一些大型高爐由于減薄了內(nèi)襯，增加了風(fēng)口數(shù)，多采用2個(gè)水套，使風(fēng)口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和減輕重量。本設(shè)計(jì)也采用這種形式：風(fēng)口小套及二套用青銅鑄件，其成分為銅97.8%、錫1.5%、鐵0.7%鑄件壁厚為 圖3-1 風(fēng)口套 圖3-2 鐵口套810mm，其結(jié)構(gòu)如圖（3-1）所示。2鐵口設(shè)計(jì)鐵口裝置主要是指鐵口套。鐵口套的作用是保護(hù)鐵口處的爐殼。鐵口套一般用鑄鋼制成，并與爐殼鉚接或焊接?？紤]不使應(yīng)力集中，鐵口套的形狀一般做成橢圓形，或四角大圓弧半徑的方形。確定高爐鐵口數(shù)目的主要因素是高爐日產(chǎn)鐵量，根據(jù)現(xiàn)在高爐設(shè)置鐵口數(shù)目的情況來看，大致為每天出鐵3000噸以下的設(shè)置鐵口一個(gè)；30005000噸的設(shè)置鐵口兩個(gè)；50008000噸設(shè)置三個(gè)鐵口；本設(shè)計(jì)高爐日出鐵量5070噸，所以取三個(gè)鐵口。鐵口套與爐殼采用鉚接，鐵口套采用橢圓形鑄件，材質(zhì)為ZG25，其結(jié)構(gòu)如圖（3-2）所示。3.4高爐內(nèi)襯內(nèi)襯主要是直接抵抗冶煉過程中的機(jī)械熱力，化學(xué)侵蝕，保護(hù)爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)，減少熱損。爐襯質(zhì)量的好壞與