年產330萬噸生鐵(其中煉鋼生鐵78%,鑄造生鐵22%)的高爐煉鐵車間工藝設計

西安建筑科技大學本科畢業(yè)設計（論文）題目年產330萬噸生鐵（其中煉鋼生鐵78%，鑄造生鐵22%）的高爐煉鐵車間工藝設計學生姓名學號院（系）冶金工程學院專業(yè)冶金工程指導教師時間2017年6月12日西安建筑科技大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書題目：年產330萬噸生鐵（其中煉鋼生鐵78%，鑄造生鐵22%）的高爐煉鐵車間工藝設計院（系）：冶金工程學院專業(yè)：冶金工程學生姓名：學號：指導教師（簽名）：主管院長（主任）（簽名）：時間：2017年2月27日一、畢業(yè)設計（論文）的主要內容（含主要技術參數(shù)）為了更好的完成畢業(yè)設計(論文)，進行企業(yè)調研等工作，收集整理相關文獻資料，制定工藝設計方案(論文研究方案)；包括對各種高爐原、燃料的原始化學成分進行成分處理，熟悉冶金計算過程；對高爐爐型進行規(guī)劃，高爐內型計算，本體結構設計料運系統(tǒng)方案設計；進行熱風爐熱工計算與結構設計；煤氣處理工藝及流程設計、出鐵場及渣鐵處理系統(tǒng)工藝設計；主要設備選型和車間平面設計及總圖運輸方案的確定；生產組織編制及各項技術經濟指標的確定；編制說明書一份（不少于三萬字），繪制車間平面圖(A0一張)、高爐砌磚圖(A1一張)和熱風爐砌磚圖(A1一張)各一張；安全、環(huán)保、節(jié)能與消防完成專題研究報告一份；完成一篇外文文獻的翻譯。二、畢業(yè)設計（論文）應完成的工作（含圖紙數(shù)量）查閱相關文獻，對收集的資料進行整理，制定工藝設計方案(論文研究方案)，進行技術準備；完成設計任務，寫出畢業(yè)設計說明書（不少于3萬字）；繪制設計圖3張（繪制車間平面圖(A0一張)、高爐砌磚圖(A1一張)和熱風爐砌磚圖(A1一張)）；翻譯與本專業(yè)有關的外文譯文1篇，達到要求的工作量(不少于5000字）；完成專題研究，參照科技論文的格式寫出研究報告（不少于5000字）。三、畢業(yè)設計（論文）進程的安排序號設計（論文）各階段任務日期備注1進行企業(yè)調研，收集整理資料，制定設計方案完成外文譯文及專題研究3.07-3.312完成高爐的物料平衡和熱平衡計算4.01-4.153完成高爐砌磚設計和熱風爐設計4.16-5.064完成高爐煉鐵車間輔助設備的設計及設備選型5.07-5.205生產組織編制及技術經濟指標確定，編制設計說明書5.21-6.106繪制設計圖6.11-6.177提交相關資料,進行畢業(yè)答辯6.18-6.20四、主要參考資料及文獻閱讀任務（含外文閱讀翻譯任務）《鋼鐵生產工藝概述》西安建筑科技大學《鋼鐵冶金學》王筱留編冶金工業(yè)出版社2000《鋼鐵廠設計原理》（上冊）張樹勛編冶金工業(yè)出版社2000《普通冶金》西安建筑科技大學2001《高爐煉鐵設計原理》郝素菊等編冶金工業(yè)出版社2003《高爐煉鐵生產技術手冊》周傳典等編冶金工業(yè)出版社2003《畢業(yè)設計參考資料》鋼鐵冶金專業(yè)西安建筑科技大學《金屬提取冶金學》王成剛，王齊銘主編西安地圖出版社2000五、審核批準意見教研室主任簽（章）設計總說明本設計是設計年產330萬噸生鐵的高爐煉鐵車間。在設計中設計了2000m3的高爐2座，2個出鐵口。送風系統(tǒng)采用4座外燃式熱風爐，煤氣處理系統(tǒng)采用重力除塵器、布袋除塵器。上料系統(tǒng)采用皮帶上料機，保證高爐的不間斷供料。噴煤采用三罐并列形式噴吹，渣處理采用因巴法沖渣工藝。設計的主要內容包括煉鐵工藝計算（包括配料計算、物料平衡和熱平衡）、高爐爐型設計、高爐各部位爐襯的選擇、爐體冷卻設備的選擇、風口及出鐵場的設計、原料系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、爐頂設備、煤氣處理系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、高爐噴吹系統(tǒng)和煉鐵車間的布置等。關鍵詞：高爐，熱平衡，物料平衡，布袋除塵器，車間設計DesignGeneralInformationTheassignmentisthedesignofthe3.30milliontonspigiron.Usedinthedesignofthetwo2000m3blastfurnace,twotaphole.Blastsystem4externalcombustionhotblaststove.GravityprecipitatorsandclothesBagDe-dusterDustareusedincatchersystem.Thewayoffeedbeltisadoptedinthechargingsystemtoensureuninterruptedblastfurnacecharge.ThethreetanksinparallelforminjectionofpulverizedcoalusesandSlagtreatmentmethodisINBAslagflushingprocess.Thedesignprogramconsistsoftechnologicalcalculation（includingblast-furnaceburdencalculation,materialbalancecalculationandthermalequilibriumcalculation）,thechooseoffurnaceliningandcoolingplant,thedesignoffurnacelines,tuyereandcastinghouse,materialsystem,roofsystem,gasdisposesystem,ironandslagdisposesystem,fuelinjectionsystemandthedispositionofplant.KeyWords:blastfurnace，heatbalance,materialbalance,workshopdesign,ClotheBagDe-duster目錄TOC\o"1-4"\h\u1緒論 11.1概述 11.1.1我國高爐煉鐵發(fā)展歷程 11.1.2原料和燃料 21.1.3主要技術經濟指標 21.1.4高爐煉鐵流程 31.2近代高爐煉鐵技術發(fā)展 31.3我國高爐煉鐵技術的發(fā)展趨勢 42廠址選擇 62.1廠址選擇一般原則 62.2本設計廠址選擇 62.2.1工業(yè)布局及國家政策 62.2.2資源供應及運輸條件 72.2.3人力資源優(yōu)勢 72.2.4廠址的協(xié)作條件 72.2.5廠址的工程地質及水文地質條件 73高爐煉鐵綜合計算 83.1高爐配料計算 83.1.1原始資料 83.1.2原始資料的整理 93.1.3冶煉條件的確定 113.2物料平衡 153.2.1根據碳平衡計算風量 153.2.2煤氣成分和數(shù)量的計算 173.2.3物料平衡表的編制 183.3熱平衡 193.3.1計算熱量收支項 193.3.2計算熱量支出項 203.3.3能量利用的評定 234高爐本體設計 254.1高爐內型設計 254.1.1內型設計要求 254.1.2內型設計方法 264.1.3高爐內型相關計算 264.2高爐內襯設計 284.2.1高爐對耐火材料的要求 294.2.2高爐各部分爐襯設計與砌筑 294.3高爐鋼結構 364.3.1高爐本體鋼結構 364.3.2爐殼 364.3.3爐體框架 374.3.4高爐基礎 374.3.5爐喉鋼磚 384.4爐體設備 384.4.1高爐冷卻設備 384.4.2風口、鐵口設計 405高爐車間料運系統(tǒng)及裝料布料設備 425.1高爐原料供應 425.1.1貯礦槽的布置 425.1.2貯礦槽工藝參數(shù) 425.1.3槽上運輸方式及槽下篩分、運輸稱量 435.2上料設備 435.3爐頂裝料設備 445.3.1無鐘式爐頂裝料設備 445.4探料裝置 456高爐鼓風機 466.1高爐鼓風機技術要求 466.2高爐鼓風機的選擇 466.2.1高爐鼓風量及鼓風壓力的確定 466.2.2高爐鼓風機能力的確定 477熱風爐設計 497.1蓄熱式熱交換的基本特性 497.2蓄熱式結構形式的確定 497.3熱風爐相關計算 497.3.1計算的原始數(shù)據 497.3.2燃燒計算 507.3.3熱平衡計算 527.3.4熱風爐的蓄熱面積指標 567.3.5熱風爐尺寸設計 577.3.6熱風爐構造 577.3.7提高風溫的途徑 597.4熱風爐工藝布置 598渣鐵處理系統(tǒng) 608.1概述 608.2風口平臺及出鐵場設計 608.2.1風口平臺及出鐵場 608.2.2渣鐵溝和撇渣器 608.3爐前主要設備 618.3.1泥炮 618.3.2開鐵口機 628.3.3爐前吊車 628.3.4鐵水罐車 628.4鐵水處理 638.5渣的處理 638.5.1高爐渣分類 638.5.2水渣處理工藝 639高爐噴吹煤粉系統(tǒng) 659.1噴吹工藝 659.2噴吹設備的確定 659.3安全措施 669.3.1煤粉爆炸條件 669.3.2采取的安全措施 6610高爐煤氣處理系統(tǒng) 6710.1工藝流程 6710.2煤氣除塵設備 6710.2.1粗除塵設備-重力除塵器 6710.2.2精細除塵設備-布袋除塵器 6710.3煤氣除塵系統(tǒng)附屬設備 6810.4高爐煤氣余壓利用 6811車間平面布置 7011.1高爐煉鐵設計應遵循的基本原則 7011.2車間平面布置 7012生產組織 7113環(huán)保與安全 7213.1生產安全 7213.2環(huán)境保護 74參考文獻 76專題鉻鐵礦固態(tài)還原的研究進展 77致謝 901緒論鋼鐵是重要的金屬材料之一，廣泛應用于各個領域，因此鋼鐵生產水平是一個國家工業(yè)發(fā)展程度的標志之一。工農業(yè)生產要大量的機械設備，這些都需要大量的工業(yè)材料。鋼鐵工業(yè)為機械制造和工程建設提供最基本的材料，在國民經濟中占有重要地位。1.1概述鋼鐵作為基礎工業(yè)材料自身價格相對低廉同時具有以下優(yōu)點：（1）具有較高的強度及韌性。（2）容易用于鑄、鍛、切削以及焊接等多種加工方式，可以得到任何結構、任何形態(tài)的工件。（3）生產所需資源（鐵礦石、煤炭、石灰石等）儲量豐富，易于開采，生產成本較低。（4）鋼鐵生產歷史悠久，積累了大量成熟的生產技術，與其他材料工業(yè)相比，鋼鐵工業(yè)規(guī)模大、產量高、成本低。所以在一定意義上說，一個國家的鋼鐵工業(yè)發(fā)展狀況也反映其國民經濟發(fā)展程度。到目前為止，沒有任何材料能夠代替鋼鐵的地位。1.1.1我國高爐煉鐵發(fā)展歷程我國近代工業(yè)水平低下，鋼鐵冶煉基本處在較原始的狀態(tài)。直到晚清洋務運動時于1894年，在中國漢陽鋼鐵廠建成第一座近代高爐，爐容248m3。此后我國煉鐵工業(yè)發(fā)展極為緩慢，無論生產技術還是產量都與世界平均水平差距巨大。從1949年中華人民共和國成立到20世紀80年代初，是中國煉鐵工業(yè)奠定基礎的階段。解放前的舊中國,鋼鐵工業(yè)十分落后，1949年新中國成立時,中國鋼年產量只有15.8萬t,生鐵年產量僅為25萬t。經過3年的生產恢復，1952年中國的鋼、鐵、材產量都創(chuàng)造了新紀錄。20世紀50年代中期以前，中國煉鐵主要學習前蘇聯(lián)技術，其間擴建了鞍鋼，新建了武鋼、包鋼。在“大躍進”年代，本鋼總結出高爐高產經驗，提出了“以原料為基礎，以風為綱，提高冶煉強度與降低焦比并舉”的操作方針，中國煉鐵技術開始進入探索進程。60年代初的國民經濟調整期，大批高爐停產，生產中的高爐則維持低冶煉強度操作。1963—1966年，中國自主開發(fā)了高爐噴吹煤粉、重油以及釩鈦磁鐵礦冶煉等技術，技術經濟指標達到新中國建立以來的最好水平?！拔母铩睍r期中國鋼鐵工業(yè)受到沉重打擊，出現(xiàn)“10年徘徊”的局面。經過解放后約30年的曲折發(fā)展，中國初步奠定了鋼鐵工業(yè)的基礎，1980年中國生鐵產量達到3802萬t。以1985年投產的寶鋼一期工程為標志，20世紀80年代起中國煉鐵進入學習國外先進技術階段?！拔母铩苯Y束后,黨的十一屆三中全會撥亂反正,以經濟建設為中心,實施改革開放政策，引進國際先進技術，使中國鋼鐵工業(yè)進入發(fā)展新階段。以寶鋼建設為契機，消化吸收寶鋼引進的煉鐵技術并移植推廣，對促進中國煉鐵系統(tǒng)的技術進步起了很大的推動作用。從此中國煉鐵進入學習國外先進技術階段。20世紀80—90年代，中國鋼鐵企業(yè)進行了大規(guī)模的擴建和技術改造，采用先進的技術裝備，在原燃料質量改進和高爐操作方面也有很大進步，高爐技術經濟指標有很大改善。1994年，中國生鐵產量達到9740.9萬t，成為世界第一產鐵大國。1996年以來，中國鋼鐵產量一直保持世界首位。進入21世紀，中國煉鐵技術發(fā)展進入自主創(chuàng)新階段。近十幾年來，中國鋼鐵工業(yè)以更高的速度發(fā)展。2016年，中國鋼產量為11.38億t，占世界鋼產量的49.5%；生鐵產量為7.00073億t，占世界生鐵總產量的60.44%。這一時期，以中國自主創(chuàng)新設計建設的京唐5500m3高爐為標志，中國煉鐵技術進入自主創(chuàng)新階段。近年中國鋼鐵產能過剩，企業(yè)經營困難，盈利水平急劇下滑。在市場、資源、環(huán)境的多重壓力下，中國的鋼鐵工業(yè)正面臨結構調整、壓縮過剩產能的嚴峻挑戰(zhàn)和考驗。1.1.2原料和燃料高爐煉鐵是將鐵礦石(含天然礦和人造富礦)冶煉成生鐵的工序。高爐煉鐵廠是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要組成部分，也可作為生產生鐵的獨立工廠。主產品為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的高爐煉鐵廠以生產煉鋼生鐵為主，而獨立鐵廠一般生產鑄造生鐵，均根據實際需要確定。高爐煉鐵廠一般包括：高爐主體設備，高爐鼓風系統(tǒng)，高爐貯礦槽系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、爐頂系統(tǒng)、爐體系統(tǒng)、風口平臺出鐵場系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)、粗煤氣系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、燃料噴吹系統(tǒng)鐵水等。高爐煉鐵的主要原料包括人造富礦(如燒結礦、球團礦等)和天然鐵礦石。設計中通常以熔劑性燒結礦為主，必要時配入少量球團礦，燒結礦和球團礦用量占含鐵原料量的85%(即熟料率)以上，直接入爐的天然礦石一般采用富塊礦。輔助原料主要包括熔劑(石灰石、白云石)、錳礦、螢石和廢鐵。熔劑應盡量配入燒結礦中，直接入爐部分只作調劑爐渣成分用。高爐煉鐵的主要燃料是焦炭，要求灰分低、含硫低、強度好。輔助燃料有煤粉、重油、天然氣等(見高爐燃料噴吹系統(tǒng)設計)，可用以取代部分焦炭，也是調節(jié)爐況和增產的手段。1.1.3主要技術經濟指標高爐主要技術經濟指標是反映煉鐵廠綜合水平的標志，主要有：（1）高爐有效容積利用系數(shù)（ηv）。高爐有效容積系數(shù)是指每晝夜、每1m3高爐有效容積的生鐵產量，即高爐每晝夜的生鐵產量P與高爐有效容積V有之比。（2）焦比（K）。焦比是指冶煉每噸生鐵所消耗的焦炭量，即每晝夜焦炭消耗量Bk與每晝夜的生鐵產量P之比。（3）燃料比。高爐采用噴吹煤粉、重油或天然氣后，折合每煉一噸生鐵所消耗的燃料總量。（4）高爐煉鐵強度。冶煉強度是指高爐每晝夜高爐燃燒的焦炭量Qk與高爐容積V有的比值，是表示高爐強化程度的指標，單位為t/(m·d)。（5）休風率。休風率是指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，一般高爐休風率低于2%。（6）生鐵合格率。生鐵合格率是指化學成分符合規(guī)定要求的生鐵量占全部生鐵產量的百分數(shù)。（7）高爐一代壽命。高爐一代壽命是指從點火開爐到停爐大修之間的冶煉時間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時間。大型高爐一代壽命為10～15年[2]。1.1.4高爐煉鐵流程高爐煉鐵工藝是是將含鐵原料（燒結礦、球團礦或鐵礦）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它輔助原料（石灰石、白云石、錳礦等）按一定比例自高爐爐頂裝入高爐，并由熱風爐在高爐下部沿爐周的風口向高爐內鼓入熱風助焦炭燃燒（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料），在高溫下焦炭中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣。原料、燃料隨著爐內熔煉等過程的進行而下降，在爐料下降和上升的煤氣相遇，先后發(fā)生傳熱、還原、熔化、脫炭作用而生成生鐵，鐵礦石原料中的雜質與加入爐內的熔劑相結合而成渣，爐底鐵水間斷地放出裝入鐵水罐，送往煉鋼廠或鑄造廠。同時產生高爐煤氣，爐渣兩種副產品。高爐煉鐵工藝流程見圖1-1。圖1-1高爐煉鐵工藝流程1.2近代高爐煉鐵技術發(fā)展自19世紀中葉起高爐煉鐵發(fā)展速度加快，新技術不斷涌現(xiàn)。主要有：（1）采用精料。19世紀40年代開始生產人造富礦(燒結礦、方團礦和球團礦等)。起初燒結配料中不加熔劑，燒結礦是自然堿度的，到20世紀中葉發(fā)展為自熔性燒結礦，進而發(fā)展成熔劑性燒結礦，其冶金性能大為改善，高堿度燒結礦和球團礦成為高爐的主要原料，高爐基本上不再加石灰石。此外，礦石混勻、整粒、篩分等技術也有很大發(fā)展。（2）高爐大型化。1860年以前高爐最大容積為100～300m3，產量30～50t/d；到19世紀末容積增大到500～700m3，產量400～500t/d；進入20世紀爐容不斷擴大到1000～3000m3，到20世紀后期容積增大到4000～5000m3，最大的達5500m3，日產鐵萬噸以上。（3）上部和下部調劑技術。其內涵是對高爐上部調整裝料制度(包括批重、裝料順序、料線、溜槽角位或活動爐喉擋位等)與下部調整送風制度(包括風口風速、鼓風動能及其他鼓風參數(shù))相結合來獲得高爐內合理的爐料分布和煤氣分布，以達到爐子穩(wěn)定順行，煤氣利用率高，焦比低的效果。（4）高壓操作。以前高爐爐頂壓力為0.01～0.02MPa，20世紀中期出現(xiàn)了高壓(爐頂)操作，初期爐頂壓力提高到0.07MPa左右，隨著鼓風機能力加大，和設備制造水平提高，到20世紀后期爐頂壓力已達到0.15～0.25MPa。由于爐內壓力提高，煤氣速度減慢，使高爐的冶煉強度和利用系數(shù)提高了一大步。（5）富氧鼓風。為減少煤氣體積，利于爐況順行，提高冶煉強度和產量，20世紀中葉出現(xiàn)了富氧鼓風技術，即在高爐鼓風中兌入一部分工業(yè)氧氣。（6）高風溫技術。隨著原料的改善，噴吹燃料技術的發(fā)展，操作水平的提高，以及熱風爐構造和耐火材料的改進，高爐風溫水平從20世紀中期的500～600℃提高到20世紀后期的1100～1350℃。由于風溫水平大幅度提高，焦比顯著降低了。（7）噴吹燃料技術。為大量降低高爐焦比，60年代起普遍采用了從高爐風口噴吹燃料的技術。噴吹燃料的種類主要有重油、天然氣和煤粉。（8）低硅生鐵冶煉技術。由于降低生鐵含硅量高爐可以降低焦比和提高產量，同時對轉爐煉鋼也有好處，到20世紀末，許多高爐的生鐵含硅量已降到0.2%～0.3%的水平。1.3我國高爐煉鐵技術的發(fā)展趨勢近10年來，中國高爐大型化、高效化、現(xiàn)代化、長壽化、清潔化發(fā)展進程加快，煉鐵不僅表現(xiàn)在技術經濟指標的顯著提高，也表現(xiàn)在工藝技術裝備水平迅速提升，其中有些已經進入了世界先進行列。

雖然中國高爐煉鐵已達到國際先進水平，但仍要像國外一樣，圍繞著實現(xiàn)大型化、高效化、低排放等方面持續(xù)進行改進和優(yōu)化。大型化促進高效化由于小高爐原燃料的適應性強、造價低、適應市場能力強，所以小爐在中國還頗有市場，但小高爐燃料比高、能耗高、勞動生產率低、裝備水平低、污染大是不可克服的缺點。因此凡是工業(yè)化先進的國家無不實施高爐大型化戰(zhàn)略。2）大于10%的超高富氧率條件下的高爐冶煉技術富氧是支持高爐高系數(shù)和高煤比的必要手段。當前超高富氧率的高爐冶煉已經在中國起步。超高富氧率有利于提高產量，改變高爐煤氣成分而提高煤氣利用率，因而也有利于降低燃料比，同時也會提高煤粉在風口前的燃燒率而有利于提高噴煤量等等。3）降低高爐的燃料消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排鋼鐵業(yè)是全國工業(yè)企業(yè)中能耗的大戶，約占全國總能耗的14%（2006年數(shù)據），所以在世界生態(tài)環(huán)境不斷惡化的今天，高爐的節(jié)能減排應該是擺在中國面前的十分重要的緊迫任務。4）穩(wěn)定高爐操作，實現(xiàn)長壽中國在高爐長壽的設計和維護長壽的手段等方面已取得了顯著的成績，一些大高爐的壽命已達到世界先進水平。要探索高爐長壽技術，使高爐壽命普遍達到≥15a，力爭一些高爐壽命≥20a，要盡力朝這個方向努力。5）發(fā)展信息化和智能化技術隨著中國高爐檢出端的完善和精度提高，信息化和智能化技術即人工智能和專家系統(tǒng)在高爐生產中的應用值得探索。高爐操作技術數(shù)字化可以改變過去那種“老中醫(yī)”式的爐況判斷方法以提高高爐操作和管理水平，進而保障高爐的長期穩(wěn)定順行和健康長壽也是煉鐵技術發(fā)展所追求的一個不能缺失的方向。6）推廣和發(fā)展全燒高爐煤氣，風溫達到1300℃以上的熱風爐和相關設備優(yōu)化技術這一技術已經在京唐公司實現(xiàn)了歷史性的突破，需要在全行業(yè)做進一步的推廣和ＰＤＣＡ的完善工作。7）繼續(xù)推進高爐大噴煤技術高爐大噴煤冶煉是高爐降低鐵水成本和節(jié)約煉焦煤的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不可缺少的組成部分，是高爐煉鐵提高競爭力、生命力的重要標志。8）深化配礦、配煤的技術研究礦、煤資源是鋼鐵行業(yè)的基礎。近年來，隨著中國鋼鐵生產快速發(fā)展，必然造成對礦、煤資源需求量的猛增。這不但推進了礦、煤資源價格的暴漲，同時也加速了礦、煤資源質量的劣化。在目前資源劣化的條件下如何貫徹高爐煉鐵的精料方針，實現(xiàn)“粗糧細做”，深化配礦、配煤的技術研究是必不可少的。9）控制污染排放，實現(xiàn)達標生產受多種因素的影響，中國高爐煉鐵在環(huán)保方面欠債較多，需要盡快補償和改進。2廠址選擇廠址選擇是指在一定的區(qū)域內選擇建廠的地區(qū)，并對該廠址選擇方案分析評價的過程。廠址選擇是工廠建設的重要內容，要考慮到到工業(yè)布局的落實、投資的地區(qū)分配、經濟結構、生態(tài)平衡等問題，還要根據自身特點選擇具體地點，盡量減少建設投入。2.1廠址選擇一般原則（1）滿足工業(yè)布局工業(yè)建設項目建設地區(qū)和建廠地址的選擇，都必須按照全國工業(yè)布局或地區(qū)規(guī)劃的要求，并考慮各不同工業(yè)部門布局的特點。正確處理局部和全局的關系，工業(yè)部門之間的關系，中央工業(yè)和地方工業(yè)的關系，統(tǒng)籌兼顧，全面安排。（2）符合城市規(guī)劃新建工業(yè)企業(yè)的廠址若在現(xiàn)有城市范圍內，應符合城市總體規(guī)劃布局的要求。若遠離城市新建企業(yè)，一般地說，隨著大中型企業(yè)興建而形成一獨立的工業(yè)區(qū)或逐步形成一工業(yè)城鎮(zhèn)。在選定廠址時要使其符合城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃，使廠區(qū)和居住區(qū)的相對位置符合城鎮(zhèn)功能分區(qū)的要求。（3）重視節(jié)約用地貫徹執(zhí)行“十分珍惜和合理利用每寸土地，切實保護耕地”的基本國策。不占或少占良田及經濟效益高的土地，充分利用荒地和劣地。（4）靠近原、燃料基地落實和充足的資源條件是企業(yè)建設的基礎和前提。在資源條件落實的情況下要使擬建企業(yè)廠址靠近原、燃料基地，當有多個原、燃料基地時，宜靠近一個主要的。這樣，不僅企業(yè)有可靠而近便的原、燃料供應，減少運距，節(jié)省運費，而且也減少企業(yè)大宗原、燃料運輸對國家運輸網絡的壓力。（5）交通運輸方便方便的交通運輸條件是企業(yè)建設和生產所必須的。建設期間要有大量的材料、設備從各地源源不斷的運進，投產之后，不僅有大宗原、燃料運入，而且有大量的成品運往各地，這就要求所選廠址必須有方便的交通運輸條件。（6）水源電源可靠選廠時，應根據企業(yè)對水源和電源的要求切實落實。水源和電源不僅考慮企業(yè)既定規(guī)模的用量，且能適應企業(yè)發(fā)展的要求。特別是對耗量大的企業(yè)，充足可靠的水源、電源是確定企業(yè)廠址的關鍵因素。（7）有利保護環(huán)境選擇廠址應考慮保護環(huán)境和景觀，廠址不應靠近和影響風景游覽和自然保護區(qū)，不應位于窩風地帶；有污染的企業(yè)應遠離居住區(qū)。2.2本設計廠址選擇2.2.1工業(yè)布局及國家政策鋼鐵企業(yè)廠址選擇的任務，就是在鋼鐵工業(yè)企業(yè)總體布局規(guī)劃和區(qū)域工業(yè)開發(fā)的基礎上，根據廠址選擇原則和要求，結合地區(qū)自然條件、經濟條件、社會條件，運用廠址選擇的理論，即運用工業(yè)區(qū)位論原理，根據企業(yè)區(qū)位指向，選擇廠址布局地區(qū)，運用區(qū)域工業(yè)規(guī)劃和布局理論，選擇廠址布局地點，運用廠址最優(yōu)位置確定的理論方法，選擇廠址具體位置，使工業(yè)企業(yè)建成投產后獲得良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。綜合各方面考慮，所設計的鋼鐵廠選擇在武漢。2.2.2資源供應及運輸條件武漢有豐富的自然資源。武漢工業(yè)生產條件優(yōu)越，水利資源豐富，被稱為“百湖之市”。武漢有各類礦藏33種，礦點154處，潛在經濟價值8400多億元，尤其是冶金輔料和建筑材料豐富，并擁有全國最大的熔劑石灰?guī)r、白云巖和石英砂巖基地，膨潤土儲量居全國第一位。武漢位于中國經濟地理中心，交通四通八達，歷來有“九省通衢”之稱，東去上海、西抵重慶、南下廣州、北上京城，距離均在1000公里左右。武漢的最顯著的資源優(yōu)勢，可以概括為“二厚”。即“得水獨厚”，武漢臨江傍水，湖泊星羅棋布，水資源相當豐富，總量大大超過了現(xiàn)有工農業(yè)生產和城鎮(zhèn)居民用水總量；“得中獨厚”，武漢是我國經濟地理的心臟，在西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推動下，我國新的經濟發(fā)展將形成東-中-西“H”型格局，武漢將成為重要的戰(zhàn)略大支點。這種經濟發(fā)展的強輻射效應必然帶動武漢城市超常規(guī)發(fā)展。2.2.3人力資源優(yōu)勢湖北省具有較長的煉鐵設廠的歷史，我國近代第一座煉鐵廠漢陽鐵廠就選擇在武漢設廠。武漢市早在上世紀五十年代就建立起以武鋼為代表的現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)，具備完善鋼鐵冶煉、加工，機械，建材等加工制造體系，各類專業(yè)技術人員和技工人才儲備豐富。武漢是華中地區(qū)的科技文化教育中心，科技教育綜合實力位居全國大中城市第3位，僅次于北京和上海。同時具備完善的人才培養(yǎng)機制。2.2.4廠址的協(xié)作條件煉鐵廠選址應與附近企業(yè)在生產、運輸、公用設施、綜合利用及生活福利設施等方面創(chuàng)造協(xié)作條件。2.2.5廠址的工程地質及水文地質條件從地質構造上來看，武漢是一個相對穩(wěn)定地區(qū)，地震等級為5級，廠址地表以下12米無地下水層，且土層較淺，下部是堅硬的巖石層，滿足鋼鐵廠所要求的地理、水文條件。3高爐煉鐵綜合計算高爐煉鐵需要的礦石、熔劑和燃料(焦炭及噴吹燃料)的量是有一定規(guī)律的，根據原料成分、產品質量要求和冶煉條件不同可以設計出所需的工藝條件。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，就是計算在滿足爐渣堿度要求條件下，冶煉預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。3.1高爐配料計算配料計算的目的，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。3.1.1原始資料（1）配料計算所用的鐵礦石、熔劑、爐塵、噴吹物等原始數(shù)據見表3-1至表3-9。表3-1鐵礦石原料成分（%）名稱TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPMnO燒結礦53.039.186.2911.382.91.610.040.023球團礦61.211.389.842.742.742.740.040.0081.47塊礦70.340.042.90.0120.140.77表3-2煤粉工業(yè)及元素分析表（%）成分C灰分揮發(fā)分SH2O質量分數(shù)80.084.048.000.267.62表3-3焦炭工業(yè)及元素分析表（%）成分固定碳灰分揮發(fā)分S∑游離水質量分數(shù)87.469.941.170.871003.2表3-4焦炭、煤粉灰分成分表（%）成分MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO焦炭0.9549.9934.090.373.020.881.249.46煤粉1.0348.3135.820.303.682.980.936.95表3-5焦炭揮發(fā)分成分（%）CO2COH2CH4N2合計34.237.86418100表3-6熔劑成分表（%）成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5SO3燒損∑質量分數(shù)0.0140.01252.781.321.621.320.030.0342.90100表3-7各元素在爐渣生鐵煤氣中分配率表產品FeMnPS生鐵0.9970.71.00.02爐渣0.0030.300.98煤氣0000.05表3-8生鐵成分表（%）CSiMnPSFe合計4.010.320.940.1450.03594.55100表3-9爐渣成分表（%）成分MgOSiO2Al2O3BaOCaOFeOS/2MnO∑質量分數(shù)8.1436.139.933.7238.910.900.931.34100表3-10爐塵成分及含量（%）成分TFePSFe2O3FeOCaOSiO2重力除塵灰41.420.040.4051.457.018.308.61表3-11碎鐵成分表（%）成分FeSiO2Al2O3燒損∑質量分數(shù)85.009.003.003.00100（2）礦石的選配高爐使用多種礦石冶煉時，應根據礦石的供應量及爐渣成分和渣量的要求選擇適當?shù)谋壤?。在選配礦石時，應注意檢查礦石。含磷量不得超過生鐵含磷量。冶煉鑄鐵時還應檢查礦石含錳量是否滿足生鐵的要求，否則應加錳礦。注：本文燒結礦：球團礦：塊礦=80：15：5。3.1.2原始資料的整理（1）燒結礦分析成分的調整已知燒結礦原始成分如表3-1。FeO～FeFe2O3～ 2Fe71.85 55.85 159.70 111.79.18 X1 X2 (53.03-7.13)故X1=7.13，X2=65.62。已知燒結礦原始成分如表3-1，P在燒結礦中以P2O5的狀態(tài)存在，根據燒結礦中磷元素的含量計算P2O5的含量。W根據燒結礦中FeS的含量計算硫元素的含量。W調整后的燒結礦成分見表3-11。表3-11調整后的燒結礦成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO質量分數(shù)（%）53.030.0230.049.1865.626.2911.382.9成分Al2O3S/2P2O5MnOΣ質量分數(shù)（%）1.610.020.05397.053調整后不足100%，再按各成分的分析誤差調整，各成分的分析誤差見表3-12。表3-12各成分的分析誤差成分TFeSiO2Al2O3CaOMgOΣ差誤差（%）±0.50±0.30±0.25±0.40±0.25±1.70調整時應盡量用造渣的各組分的誤差，因為分析中造渣個組分值得相對誤差比TFe大，同時，它們對物料平衡中礦石用量及熱平衡中鐵氧化物分解或還原耗熱的影響較小。由于97.053%<100%，所以按照正偏差調整。采用SiO2用0.3%正偏差調整，CaO用0.4%正偏差調整，MgO用0.25%正偏差調整，Al2O3用0.25%正偏差調整其余成分不變，Σ=97.053+1.2=98.25，燒損1.75。燒結礦最終成分見表3-13。表3-13燒結礦最終成分表成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO質量分數(shù)（%）53.030.0230.049.1865.626.5911.783.15成分Al2O3S/2P2O5MnO燒損Σ質量分數(shù)（%）1.860.020.0531.75100燒損的原因：燒結過程進行的不充分，在試樣加熱至1000℃左右的過程中，原來在燒結過程中未完全揮發(fā)的CO2(CaCO3、MgCO3)及未完全燃燒的碳素，在加熱過程中揮發(fā)和燃燒，便出現(xiàn)燒損現(xiàn)象。（2）塊礦和球團礦成分的調整球團礦和塊礦成分的調整運用和燒結礦一樣的方法就可以。球團礦最終成分見表3-14。表3-14球團礦最終成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO質量分數(shù)（%）61.20.040.00810.6371.099.182.562.56成分Al2O3S/2P2O5MnO燒損Σ質量分數(shù)（%）2.560.0190.0171.370100塊礦的最終成分見表3-15。表3-15塊礦的最終成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO質量分數(shù)（%）129.474.764.570.750.29成分Al2O3S/2P2O5MnO燒損Σ質量分數(shù)（%）3.150.0060.0320.825.94100本設計選用燒結礦：球團礦：塊礦=80：15：5。混合礦的最終成分見表3-16。表3-16混合礦最終成分成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO質量分數(shù)（%）54.580.0310.0349.4166.906.889.852.92成分Al2O3S/2P2O5MnO燒損Σ質量分數(shù)（%）2.030.0190.0470.251.691003.1.3冶煉條件的確定根據冶煉鐵種和原燃料成分，除確定礦石的配比外，尚需要確定爐渣堿度、焦比、噴物數(shù)量、爐塵、生鐵成分與各種元素在渣中的分配比。（1）各種元素在爐渣、煤氣和生鐵中的分配比見表3-17。表3-17各元素在爐渣生鐵煤氣中分配率表產品FeMnPS生鐵0.9970.71.00.02爐渣0.0030.300.93煤氣0000.05（2）預定生鐵成分見表3-18。表3-18預定生鐵成分表（%）CSiMnPSFe合計4.010.320.940.1450.03594.55100（3）各種參數(shù)的選擇①濕焦比480kg/t鐵；②煤粉噴150kg/t鐵；③爐渣堿度CaO/SiO2=1.0；④冶煉強度I=1.2t焦/（m3·晝夜）；⑤熱風溫度t=1200℃；鼓風濕度Φ=1%；⑥碎鐵使用量為30kg/t鐵；⑦爐塵吹出量15kg/t鐵；⑧直接還原度rd=0.45；爐頂煤氣溫度tr=150℃；=9\*GB3⑨焦炭與噴吹燃料中總碳量的1.2%和H2生成CH4。（4）根據鐵平衡求鐵礦石的量 1）焦炭帶入的鐵量m(Fe)jFe2O3～2FeFeO～Fe159.7 111.7 71.55 55.850.0088x0.0946 y 故x=0.00616，y=0.00735。 故焦炭帶入的鐵量：m(Fe)j=480×（1-0.032）×0.0994×（0.00616+0.00735）=0.624（kg 2）煤粉帶入的鐵量m(Fe)meFe2O3～2FeFeO～Fe159.7 111.7 71.55 55.850.0298x0.0695 y 故x=0.021，y=0.054。 得到m(Fe)me=150×0.0404×（0.021+0.054）=0.456kg。3）鐵礦石的量 =945.5+945.5×=1694kg式中：Qk-礦石的需要量，kg/t鐵；Fet-進入生鐵的鐵量，kg/t鐵；Feza-進入爐渣的鐵量，kg/t鐵；Fech-進入爐塵的鐵量，kg/t鐵；Fej-焦炭帶入的鐵量，kg/t鐵；Feme-煤粉帶入的鐵量，kg/t鐵；Fek-礦石的含鐵量，kg/t鐵。（5）根據氧化鈣的平衡求石灰石的用量本設計中堿度RO取為1.0Q=-1694×0.0753+480×0.968×0.0994×0.0302-15×0.083=-53.97kg式中：QL-熔劑的需要量，kg/t鐵；（SiO2)k-礦石所帶入的SiO2量，kg/t鐵；（CaO)k-礦石所帶入的CaO量，kg/t鐵；（SiO2)j-焦炭所帶入的SiO2量，kg/t鐵；（CaO)j-焦炭所帶入的CaO量，kg/t鐵；（SiO2)me-煤粉所帶入的SiO2量，kg/t鐵；（CaO)me-煤粉所帶入的CaO量，kg/t鐵；（SiO2)Si-還原硅所消耗的CaO量，kg/t鐵；（SiO2)ch-爐塵所帶走的SiO2量，kg/t鐵；（CaO)ch-爐塵所帶走的CaO量，kg/t鐵；（CaO)e-熔劑中SiO2量，kg/t鐵；（SiO2)e-溶劑中CaO量，kg/t鐵；RO-爐渣堿度。負值說明之前堿度能保證冶煉，不用加熔劑。計算時要考慮機械損失，一般原燃料的機械損失見表3-19。表3-19原燃料的機械損失原燃料機械損失%礦石2熔劑1焦炭1每噸生鐵原燃料的實際消耗量見表3-20。表3-20每噸生鐵原燃料的實際消耗量原燃料理論消耗量/kg機械損失/%水分/%實際消耗量/kg混合礦1694201728.57焦炭碎鐵石灰石464.6430013.2485.01300總計2188.642243.58爐渣成分和數(shù)量的計算 1）進入爐渣的全部硫量m=1694×0.00034+0+=4.587式中：—進入爐渣的硫量（1t生鐵），kg/t；—礦石帶入的硫量（1t生鐵），kg/t；—熔劑帶入的硫量（1t生鐵），kg/t；—焦炭帶入的硫量（1t生鐵），kg/t；—煤粉帶入的硫量（1t生鐵），kg/t；—進入生鐵的硫量（1t生鐵），kg/t；—爐塵帶走的硫量（1t生鐵），kg/t；—煤氣帶走的硫量（1t生鐵），kg/t。 2）進入爐渣的FeO量m 3）進入爐渣的SiO2量m=1694×0.0688+480×0.968×0.0994×0.4999+150×0.0404×0.4831+30×0.09-3.2×=137.11kg4）進入爐渣的CaO量m=1694×0.0985+480×0.968×0.0994×0.302+0+150×0.0404×0.0368-15×0.083=167.23kg5）進入爐渣的MgO量m(=1694×0.0292+480×0.968×0.0994+150×0.0404+30×0×0.0103+0-15×0.0197=49.67kg 6）進入爐渣的Al2O3量m=1694×0.0203+480×0.968×0.0994×0.3409+30×0.03+150×0.0404×0.3582+0-15×0.0261=52.81kg 7）進入爐渣的MnO量m(MnO)綜上所述，最終爐渣成分見表3-21。表3-21最終爐渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeO質量137.1152.81167.2349.672.343.66質量分數(shù)/%32.8512.6540.0611.903.340.88成分S合計CaO（質量4.587417.4質量分數(shù)/%1.10100.001.221.58（7）生鐵成分的確定生鐵含磷量的確定：=0.059%式中：—生鐵含磷量，%；—礦石帶入的磷量（1t生鐵），kg/t；—焦炭帶入的磷量（1t生鐵），kg/t；—熔劑帶入的磷量（1t生鐵），kg/t；—爐塵帶出的磷量（1t生鐵），kg/t。生鐵含硫量的計算：w(S)生鐵含硅假定為0.32%；生鐵含錳量的計算：w生鐵含鐵量94.55%；生鐵含碳量的計算：w=故生鐵的最終成分見表3-22。表3-22生鐵的最終成分（%）成分CSiMnPSFe合計質量分數(shù)4.8560.320.180.0590.03594.551003.2物料平衡通過高爐配料計算確定單位產量生鐵所需要的礦石、焦炭、石灰石和噴吹物等數(shù)量，這是制定高爐操作制度和生產經營所不可缺少的參數(shù)。而在此基礎上進行的高爐物料平衡計算，則要確定單位生鐵的全部物質收入與支出，即計算單位生鐵鼓風數(shù)量與全部產品的數(shù)量，使物質收入與支出平衡。這種計算為工廠的總體設計、設備容量與運輸力的確定及制定生產管理與經營制度提供科學依據，是高爐與各種附屬設備的設計及高爐正常運轉的各種工作所不可缺少的參數(shù)。3.2.1根據碳平衡計算風量（1）風口前燃燒的總碳量 爐料帶入的碳量：m=480×0.968×0.8746+150×0.8008+0-15×0.1764=523.848kg式中：—爐料帶入的碳量（1t生鐵），kg/t；—焦炭帶入的碳量（1t生鐵），kg/t；—煤粉帶入的碳量（1t生鐵），kg/t；—重油帶入的碳量（1t生鐵），kg/t； —爐塵帶走的碳量（1t生鐵），kg/t。生成甲烷的碳量：m(C)溶于生鐵的碳量：m(C)碎鐵帶入的碳量：m(C)還原錳消耗的碳量：m(C)還原硅消耗的碳量：m(C)還原鐵消耗的碳量：m(C)還原磷消耗的碳量：m(C)則直接還原消耗的碳量為：m(C)=0.94+4.11+91.29+0.68=94.07風口前燃燒的碳量：m(C)=523.848-94.07-6.29-48.56+0.9=375.83（2）風量的計算鼓風中氧的濃度： 風口前燃燒時需氧量；其中煤粉供氧：V(則由鼓風供氧：V(則每噸生鐵需要風量（包括噴煤粉所用的壓縮空氣量）：V3.2.2煤氣成分和數(shù)量的計算（1）甲烷的計算 由燃料碳素產生的甲烷：V 焦炭揮發(fā)份中的甲烷：V 則進入煤氣中的甲烷為：V氫量的計算 由鼓風水分中分解的氫：V( 焦炭揮發(fā)份有機物中的氫：V( 在噴吹的條件下，一般有40%的氫參加還原，故H2參加還原的量為：V( 生成甲烷的氫：V二氧化碳的計算 Fe2O3還原為FeO時，生成的CO2： V( FeO還原為Fe時生成的CO2為：V=945.5×=188.37焦炭揮發(fā)分中的COV不加石灰石，不需要算石灰石分解出的二氧化碳；混合礦分解的二氧化碳為：V則進入煤氣的二氧化碳為：V一氧化碳的計算風口前燃燒生成的一氧化碳：V直接還原生成的一氧化碳：V焦炭揮發(fā)份中的一氧化碳：V間接還原消耗的一氧化碳：V則進入煤氣的CO為：V氮的計算鼓風帶入的氮：V(焦炭帶入的氮：V(則進入煤氣的氮：V綜合計算煤氣的數(shù)量及成分見表3-23。表3-23煤氣的數(shù)量及成分化學成分體積/m3體積分數(shù)/%CO2349.46716.27CO531.7624.77N21229.8857.28H224.091.12CH412.0450.56合計2147.242100.003.2.3物料平衡表的編制 （1）鼓風重量的計算1m3鼓風的重量為：則全部鼓風重量為1587.25×1.278=2028.51kg煤氣重量的計算1m3煤氣的重量：=1.37kg則全部煤氣的重量：2147.242×1.37=2941.72kg氮參加還原生成的水為：14.03× 則本計算的物料平衡見表3-24。表3-24物料平衡表收入項目數(shù)量/kg百分數(shù)/%支出項目數(shù)量/kg百分數(shù)/%礦粉1728.5739.09生鐵100022.80鼓風2028.5145.87爐渣417.49.52煤粉150.003.39煤氣2941.7267.08焦粉485.0110.97爐塵15.000.34碎鐵30.000.68水分11.270.26總計4422.09100總計4385.38100絕對誤差36.70相對誤差0.83%3.3熱平衡熱平衡計算是高爐工藝計算的重要組成部分，它目的是為了了解高爐熱量供應和消耗的狀況，掌握高爐內熱能交換與利用情況，研究改善高爐熱能利用和降低消耗的途徑。通過計算高爐冶煉過程中單位生鐵的熱量收入與熱量支出，研究熱量收支各項對高爐冶煉的影響，從而尋找降低熱消耗與提高能量利用的途徑，達到使高爐冶煉過程處于能耗最低和效率最高的最佳運行狀態(tài)，同時還可以繪制熱平衡計算表研究高爐冶煉過程的熱傳遞情況[4]。3.3.1計算熱量收支項 （1）碳氧化放熱碳素氧化產生1m3CO2的熱量：7980碳素氧化產生1m3CO的熱量：2340則碳氧化放出的總熱量為：349.417-1.44-0.947 （2）鼓風帶入的熱量：（熱風溫度取1100℃）1100℃干空氣的熱容為0.3812kcal/(m3?℃)，水蒸氣的熱容為0.4576=2762623.479kJ（3）氫氧化為水放熱：1m3氫氧化成水蒸氣放出熱量為14.03×2581×4.2=152088.01kJ（4）成渣熱爐料的碳酸鹽或者磷酸鹽中存在1kgCaO及MgO在高爐內生成為鈣鋁硅酸鹽所放出的熱量為270kcal?；旌系V中呈Ca3(PO4)2存在的CaO為：1694×0.00047×3×混合礦中呈CaCO3存在的CaO為：1694×0.0169×則成渣熱為：270×（5）混合礦帶入熱：本設計只需計算燒結礦帶入的物理熱，其他料（如煤粉）等帶入的物理熱均忽略不計。燒結礦帶入的熱量式中： N─每噸生鐵燒結礦用量，kg cat─燒結礦入爐溫度下比熱容，本設計取0.19kcal/( ta─燒結礦入爐溫度，本設計取400 則冶煉1t生鐵的總熱量收入為：9022005.45+2762623.479+152088.01+42386.652+432579.84=12411683.43kJ3.3.2計算熱量支出項（1）氧化物分解吸熱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。由于原料是熔劑性燒結礦，可以考慮其中有20%FeO以硅酸鐵形式存在，其余以Fe3O4形態(tài)存在，焦炭中FeO全部以硅酸鐵形式存在。m(FeO)mmm分解1kgFeO(硅酸鐵)需要973.33kcalFeO分解1kgFe3O4需要1146.38kcalF分解1kgFe2O3需要1230.69kcalFe所以鐵氧化物的總分解熱為：119573.591+2019325.442+4362808.357=9501707.39kJ1kgMnO2分解成Mn1kgMn3O4分解成MnO由MnO分解出1kgMn需要1758.5kcal熱量錳氧化物分解吸熱=0.94%×1000×1758.5×4.2=69425.58kJ由SiO2分解出1kgSi需要硅氧化物分解吸熱=0.32%×1000×7423×4.2=99765.12kJ由Ca3(PO4)2分解出1磷酸鹽的分解吸熱=0.059%×1000×8540×4.2=21162.12kJ（2）脫硫吸熱脫硫所需的熱量應是硫化物（有機硫、無機硫）的分解熱、CaO的分解熱、CaO的生成熱的代數(shù)和（對于CaSO4、BaSO4只需要考慮分解熱，因為例如），但是硫化物FeS、FeS2的分解熱很小，有機硫的形態(tài)及分解熱都不詳，故硫化物的分解熱一般忽略不計，而C氧化成CO的熱量前面已計算，此處只考慮CaO的分解熱與CaS的生成熱。脫硫消耗的熱量見表3-25。表3-25脫硫消耗的熱量脫硫劑氧化物分解熱硫化物生成熱硫消耗熱量硫消耗熱量CaO151130109790413401290MnO9672048810479101495FeO6443022360420701315MgO14580084390614101920注：事實上爐渣中的硫不僅呈CaS，而且也呈MgS、FeS等形態(tài)存在，但它們各自的數(shù)量不詳，不能準確計算脫硫所消耗的熱量[5]。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MnO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就采用平均值，所以1kgS消耗的平均熱量為：所以脫硫消耗的熱量；=32869.2kJ所以氧化分解和脫硫消耗的總熱量：6501707.39+69425.58+99765.12+21162.12+=6724929.41kJ碳酸鹽的分解熱： 由CaCO3分解出1kgCO?需要966kcal，由MgCO3分解出1kgCO?需要594kcal，由MnCO3分解出1kgCO2需要522kcal?；旌系V以MnCO3存在的CO2量：1694×0.05×0.0082×混合礦以CaCO3存在的CO2量：1694×0.0169-0.43=28.199kg碳酸鹽的分解熱：0.43×522×4.2+28.199×966×4.2+0.47×594×4.2=118958.969kJ水分分解熱：分解1m3水蒸氣需2581kcal熱量。由爐料放出和分解1kg結晶水需要熱量為式中—為放出1kg結晶水消耗的熱量，；—為分解1kg水蒸氣消耗的熱量，；—為結晶水的分解度，一般。由于爐料中無結晶水，所以這一項為。所以只考慮鼓風中水分分解熱。故：鼓風水蒸氣分解熱噴吹物分解熱噴吹物的分解熱式中:—1kg噴吹物的分解熱，kJ/kg；—1kg噴吹物的低發(fā)熱值，kcal/kg。、、—噴吹物中該成分的質量分數(shù)，。煤粉的分解熱約為300kcal/kg，所以：Q爐料游離水的蒸發(fā)熱1kg水由0℃升至100℃吸熱100kcal，再變?yōu)樗羝?40kcal，共640kcal。所以爐料游離水的蒸發(fā)熱=480×3.2%×640×4.2=41287.68kJ鐵水帶走的熱：270×1000×4.2=1134000kJ（8）爐渣帶走的熱量：（爐渣帶走焓量為410kcal/kg）410×417.5×4.2=718935kJ（9）爐頂煤氣帶走的熱量：爐頂煤氣溫度為250℃，250℃煤氣各成分熱容見表3-26。表3-26250℃煤氣各成分熱容N2COCO2H2CH4H2O0.31560.31720.444560.30880.44120.3680干煤氣的熱容量：0.1627×0.4456+0.2477×0.3173+0.5728×0.3156+0.0112×0.3088+0.0053×0.4412=0.3380所以干煤氣帶走的熱量：2147.242×0.338×250×4.2=458700.59kJ煤氣中水汽帶走的熱量：18×假定爐塵的比熱容為0.2kcal/(kg·℃)則爐塵帶走的熱量：15×0.2×250×4.2=3150kJ煤氣帶走的總熱量：458700.59+8445.931+3150=773652.117kJ外部熱損失：12411683.43-9724929.41-118958.969-172061.075-189000-41287.68-1134000-718935-773652.117=305327.41kJ根據以上計算列出熱量平衡見表3-27。表3-27熱量平衡表熱收入熱支出項目熱量/KJ百分數(shù)/%項目熱量/KJ百分數(shù)/%碳的氧化熱9022005.4572.69氧化分解熱9724929.4172.18鼓風帶入熱2762623.47922.26碳酸鹽分解熱118958.9690.96氧化放熱152088.011.23水分分解熱172061.0751.39成渣熱42386.6520.34噴吹物分解熱1890001.52爐料帶入熱4322579.843.48游離水帶走熱41287.680.33鐵水帶走熱11340009.14爐渣帶走熱7189355.79煤氣帶走熱外部熱損失773652.117305327.416.232.46共計12411683.43100.00共計12411683.43100.03.3.3能量利用的評定根據總熱平衡的數(shù)據，可以計算出高爐內有效熱量利用系數(shù)及碳的利用系數(shù)。有效熱量利用系數(shù)KT的計算：K==83.31%KT的高低標志著高爐熱量利用的好壞。碳的利用系數(shù)：K==67.29%式中：KC是表述高爐能量利用好壞的又一指標。由公式可以看出，總碳量消耗越多，碳的能量利用越差；間接還原越發(fā)展，則碳的熱能利用越好。KC值一般不是一個確定的值，因高爐不同而變化[6]。4高爐本體設計4.1高爐內型設計高爐冶煉的實質是上升的煤氣流和下降的爐料之間進行傳熱傳質的過程，因此必須提供燃料燃燒的空間，提供高溫煤氣流與爐料進行傳熱傳質的空間。高爐爐型要適應原燃料條件的要求，保證冶煉過程的順利進行。本設計采用五段式高爐爐型。4.1.1內型設計要求高爐爐型的合理性，是高爐能實現(xiàn)高產、優(yōu)質、低耗、長壽的重要條件。合理爐型應該是使爐型能夠很好地適應于爐料的順利下降和煤氣流的上升運動。在設計爐型時，盡可能地使設計爐型接近于合理爐型是設計工作者的重要任務和努力方向。爐型設計應當滿足下列要求：（1）與原燃料條件和送風制度等操作條件相適應，有利于爐況的順行；（2）能夠燃燒較多數(shù)量的燃料，提高冶煉強度，增加生鐵產量；（3）有利于煤氣的熱能和化學能的充分利用降低焦比；（4）適應于采用噴吹等強化操作的新技術；（5）能與爐襯結構及冷卻方式配合，易于生成保護性渣皮，防止爐襯的迅速燒壞和侵蝕，有較長的一代壽命。爐型設計的總原則是合理確定爐型各部分尺寸之間的比例。高爐的合理爐型應該滿足冶煉強度，降低焦比，有利于爐況順行和長壽的要求，隨著冶煉條件的改善，裝備水平和操作水平的提高，高爐內型尺寸逐步向矮胖型發(fā)展。另外，高爐鼓風機能夠提供高爐冶煉足夠的風量和風壓，高爐爐頂設備的改進和發(fā)展，能夠滿足高爐爐頂高壓操作和各種布料方式的要求，高爐富氧噴吹煤粉，高風濕的使用等等。為高爐大型化和爐型向矮胖型方向發(fā)展提供了有利條件。因此，在設計合理爐型，必須綜合考慮，保證高爐爐型合理的情況下，更好地適應于爐料順行和煤氣運動。4.1.2內型設計方法由于高爐冶煉過程和工作條件十分復雜，用理論計算方法設計出來的爐型難以滿足生產條件。因此，迄今為止爐型設計仍然是采用分析比較和經驗公式來計算的，即根據同類型高爐的生產實踐數(shù)據，對所設計的高爐具體原料和操作條件，進行分析和比較，確定高爐各部分尺寸之間的比例值，進而設計出高爐的經驗公式，進行初步計算取值，最后確定出爐型尺寸。爐型設計的總規(guī)則是合理確定爐型各部分尺寸之間比例。這是因為爐型各部分尺寸之間的比例是相互影響，相互制約的。片面過分強調擴大或縮小某部分尺寸，都會給高爐生產帶來不利影響，并且這些比例關系中的合適比值，是隨著爐子有效容積，爐襯結構，原燃料及操作條件的變化而改變的。4.1.3高爐內型相關計算本設計為年產330萬噸生鐵（煉鋼生鐵78%，鑄造生鐵22%）的高爐煉鐵設計。實際年產量鑄造生鐵與煉鋼生鐵的換算系數(shù)是1：1.15，得到實際年產量為：330×78%+330×22%×1.15=340.89確定年工作日日產量P定容積選定高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)每座高爐的日產量：P=高爐容積V 取Vu=爐缸尺寸爐缸直徑：d=0.32×取d=9.8m爐缸高度：=1\*GB3①風口高度h取hf=3.1式中：b─生鐵產量波動系數(shù)，本設計取1.2；P─生鐵日產量；N─晝夜出鐵次數(shù)，取12；c─爐缸容積利用系數(shù)，本設計取0.28；③風口數(shù)目：n=2×d+2取風口結構尺寸f=0.5m④爐缸高度h死鐵層高度h爐腰直徑、爐腹角和爐腹高度根據經驗值，選取爐腰直徑D=1.11d=1.11×9.8=10.9m選取爐腹角則爐腹高度：h校核α：爐喉直徑和爐喉高度根據經驗公式d1D=0.64~0.73，本設計取d選取爐喉高度h爐身角、爐身高度、爐腰高度爐身角β：β=80.5°~85.5°，本設計選取β=84°30'。則：h校核β：tan本設計取HuD爐腰高度：h=28-3.6-3.3-17.1-2.0=2m校核爐容爐缸體積：爐腹體積：爐腰體積：爐身體積：爐喉體積：則：=1988.13誤差：結果合格。 高爐各部分尺寸見表4-1。表4-1高爐各部分尺寸高爐有效容積2000m3爐喉高度2.0m爐缸直徑9.8m死鐵層高度2.1m爐腰直徑10.9m風口高度3.1m爐喉直徑7.6m爐腹角80°高爐有效高度28.0m爐身角84°爐缸高度3.6m風口個數(shù)24爐腹高度3.3m鐵口個數(shù)2爐腰高度2.0m爐身高度17.1m4.2高爐內襯設計按照設計爐型，以耐火材料砌筑的實體稱為高爐爐襯。高爐爐襯的作用在于構成高爐的工作空間，減少熱損失，并保護爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用。4.2.1高爐對耐火材料的要求根據高爐爐襯的工作條件和破損機理，砌筑材料的質量對爐襯壽命有重要的影響，故對高爐用耐火材料有如下要求：1、耐火度要高。耐火度是指耐火材料開始軟化的溫度。它表示了耐火材料承受高溫的能力。因為高爐長期在高溫條件下工作，要求耐火材料具有較高的耐火度，并且高溫機械強度要大，具有良好的耐磨性、抗撞擊能力。2、荷重軟化點要高。荷重軟化點能夠更確切地評價耐火材料的性能。3、Fe2O3含量要低。耐火材料中的Fe2O3和SiO2在高溫下相互作用生成低熔點化合物，降低耐火材料的耐火度；在高爐內，耐火材料中的Fe2O3有可能被滲入磚襯中CO還原生成海綿鐵，而海綿鐵又促進CO分解產生石墨碳沉積，構成對磚襯的破壞作用。4、重燒收縮要小。重燒收縮是表示耐火材料升至高溫后產生裂紋可能性大小的一種尺度。4.2.2高爐各部分爐襯設計與砌筑高爐用高鋁磚與粘土磚形狀及尺寸如表4-1所示。表4-1高爐用高鋁磚與粘土磚形狀及尺寸高爐內襯特征如表4-2所示。表4-2高爐內襯特征爐容/m3部位爐底爐缸（鐵口處）爐腹爐腰爐身下部爐身上部2000材質厚度/mm材質厚度/mm材質厚度/mm材質厚度/mm材質厚度/mm材質厚度/mm碳磚高鋁磚2000800高鋁磚1200高鋁磚345高鋁磚345粘土磚575粘土磚9爐底 高爐爐底采用綜合爐底，死鐵層由表4-2可知，爐底厚度2800mm，設計采用爐底外圍直徑11200mm，爐底采用的高鋁磚尺寸為的大型爐底磚。則：所需高鋁磚層數(shù)=800÷400=2（層）所需高鋁磚總體積為：V而一塊高鋁磚的體積為：設計采用碳磚型號為所需碳磚層數(shù)=2000÷400=5（層）碳磚總體積為：V而一塊碳磚的體積為所以，需要碳磚的數(shù)量為：n死鐵層死鐵層高度2100mm，選用大碳磚砌筑，則所需碳磚層數(shù)=2100÷400=5（層）爐缸高爐爐缸高度3600mm，則：用磚層數(shù)設計中將爐缸分為2段，第一段：共29層下層內圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G3=97G4=87G4=87G1=158G1=148G2=148G2=133上層內圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G4=87G3=97G3=97G2=175G2=160G1=135G1=125第二段：共19層下層內圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G4=87G3=97G2=165G2=150G1=125上層內圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G4=87G4=87G1=148G2=148G2=13爐腹高爐爐腹高度3300mm，則：用磚層數(shù)爐腹內襯厚度345mm，所以采用G4-G2配合。為設計方便，將爐腹分為3段進行砌磚計算。從下往上每段的磚層數(shù)分別為14，15，15。第一段：G4G2G4=87×14G2=136第二段：G4G2G4=87×15G2=144第三段：G4G2G4=87×15G2=15爐腰高爐爐腰高度為2000mm，則：用磚層數(shù)爐腰內襯厚度345mmG4G4=87×27G2=15爐身爐身高17100mm，則：用磚層數(shù)爐身下半部。為設計方便，將爐身下半部分分為14段，爐身下部爐襯厚度575mm。第1段：共7層下層內圈采用G3-G1配合G3G1G4=87G3=97G2=166G1=141上層內圈采用G4-G2配合G4G2G3=97G4=87G1=156G2=156第2段：共7層G4=87G3=97G2=164G1=139G3=97G4=87G1=154G2=154第3段：共7層G3=97G4=87G1=152G2=152G4=87G3=97G2=162G1=137第4段：共7層G4=87G3=97G2=160G1=135G3=97G4=87G1=150G2=150第5段：共7層G3=97G4=87G1=148G2=148G4=87G3=97G2=158G1=133第6段：共7層G4=87G3=97G2=156G1=131G3=97G4=87G1=146G2=146第7段：共8層G4=87G3=97G2=154G1=129G3=97G4=87G1=144G2=144第8段：共8層G4=87G3=97G2=152G1=127G3=97G4=87G1=142G2=142第9段：共8層G4=87G3=97G2=150G1=125G3=97G4=87G1=140G2=140第10段：共8層G4=87G3=97G2=148G1=123G3=97G4=87G1=138G2=138第11段：共8層G4=87G3=97G2=146G1=121G3=97G4=87G1=136G2=136第12段：共8層G4=87G3=97G2=144G1=119G3=97G4=87G1=134G2=134第13段：共8層G4=87G3=97G2=142G1=117G3=97G4=87G1=132G2=132第14段：共10層G4=87G3=97G2=140G1=115G3=97G4=87G1=130G2=130 （2）爐身上半部。為設計方便，將爐身上半部分分為10段，爐身下部爐襯厚度920mm。以下省略計算過程，將用磚圖列于下。第1段：共9層G4=87G4=87G3=97G2=153G2=138G1=113G3=97G4=87G4=87G1=143G2=143G2=128第2段：共9層G4=87G4=87G3=97G2=151G2=136G1=111G3=97G4=87G4=87G1=141G2=141G2=126第3段：共9層G4=87G4=87G3=97G2=149G2=134G1=109G3=97G4=87G4=87G1=139G2=139G2=124第4段：共10層G4=87G4=87G3=97G2=147G2=132G1=107G3=97G4=87G4=87G1=137G2=137G2=122第5段：共10層G4=87G4=87G3=97G2=145G2=130G1=105G3=97G4=87G4=87G1=135G2=135G2=120第6段：共7層G4=87G4=87G3=97G2=143G2=128G1=103G3=97G4=87G4=87G1=133G2=133G2=118第7段：共8層G4=87G4=87G3=97G2=141G2=126G1=101G3=97G4=87G4=87G1=131G2=131G2=1