【正文】 ystem of the blast furnace, blast furnace blowing system, blast furnace gas and blast furnace slag processing system. The system design of blast furnace blast furnace production, use, have very big effect. The design for the construction of the annual output of 1500000 tons of blast furnace. The design also incorporates some of the similar blast furnace at home and abroad advanced production experience and relevant data, and strive to make the design of the blast furnace to achieve a reasonable, practical, longevity, in order to achieve the best production main design elements include the ironmaking process ( including the burden calculation, calculation of material balance and heat balance ), blast furnace design and so on. Keywords: Ironmaking process calculations, blast furnace, the eight systems, Injection， 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 1 緒 論 我國(guó)高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)步 進(jìn)入 21世紀(jì)，中 國(guó)鋼鐵工業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展階段。在原有的煉鐵設(shè)計(jì)原理與理論實(shí)踐基礎(chǔ)上，煉鐵設(shè)計(jì)上進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，新的技術(shù)和思想不斷涌現(xiàn)并得到應(yīng)用，極大地推動(dòng)了煉鐵生產(chǎn)的進(jìn)步和發(fā)展。 因此近 10年來(lái) ,中國(guó)高爐大型化、高效化、現(xiàn)代化、長(zhǎng)壽化、清潔化發(fā)展進(jìn)程加快 ,煉鐵不僅表現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的顯著提高，也表現(xiàn)在工藝技術(shù)裝備水平迅速提升 ,其中有些已經(jīng)進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。 高爐無(wú)料鐘爐頂設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新 采用無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備是現(xiàn)代化高爐的重要技術(shù)特征。首鋼自主設(shè)計(jì)研制的無(wú)料鐘爐頂設(shè)備經(jīng)歷了 20多年的創(chuàng)新發(fā)展歷程 ,結(jié)合大型高爐生產(chǎn) 技術(shù)的進(jìn)步 ,在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化創(chuàng)新 ,攻克了大型高爐無(wú)料鐘爐頂布料裝置、齒輪箱冷卻、設(shè)備工作可靠性及設(shè)備使用壽命等關(guān)鍵性技術(shù)難題 ,成為中國(guó)自主設(shè)計(jì)制造全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)裝備。 高爐爐體結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步 在高爐爐體結(jié)構(gòu)中，兩方面的進(jìn)步是顯著的。一是軟水或純水閉路循環(huán)冷卻得到了大面積的推廣，其避免結(jié)垢、節(jié)水降耗的效果十分明顯。同時(shí)，我國(guó)的銅冷卻避及傳統(tǒng)的球磨鑄鐵冷卻壁都具有世界先進(jìn)水平。二是國(guó)內(nèi)的耐火材料技術(shù)已經(jīng)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，這包括熱風(fēng)爐使用的硅磚和高爐爐缸使用的剛 玉莫來(lái)石磚、復(fù)合棕櫚剛玉磚、微孔剛玉磚以及爐身使用的 SiC磚、鋁碳磚等 。 高爐煤氣全干式布袋除塵技術(shù) 高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)已有 30多年的發(fā)展歷程。 2022年 1月 ,中國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高爐煤氣全干式低壓脈沖布袋除塵技術(shù)在遷鋼 2號(hào)高爐 (2650m179。) 獲得成功 ,完全取消了備用的煤氣濕式除塵系統(tǒng)，研究開(kāi)發(fā)了煤氣溫度控制、除塵灰濃相氣力輸送、管道系統(tǒng)防腐等核心技術(shù) ,使中國(guó)在大、中型高爐煤氣全干式布袋除塵技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 研究開(kāi)發(fā)助燃空氣高溫預(yù)熱技術(shù) 近年來(lái)我國(guó)高爐風(fēng)溫水平有了提高，由于中國(guó)鋼 鐵企業(yè)高熱值煤氣匱乏 ,大多數(shù)熱風(fēng)爐只能使用低熱值的高爐煤氣 ,為了實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫 ,開(kāi)發(fā)了助燃空氣高溫預(yù)熱技術(shù)。其原理是 :設(shè)置兩座助燃空氣高溫預(yù)熱爐 ,通過(guò)燃燒低熱值的高爐煤氣將預(yù)熱湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 爐加熱后 ,再用來(lái)預(yù)熱熱風(fēng)爐使用的助燃空氣。預(yù)熱爐燃燒溫度在 1000℃ 。 我國(guó)高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 高爐爐容、技術(shù)裝備大型化 我國(guó) 煉鐵產(chǎn)業(yè)集中度低，高爐平均爐容偏小，尚有 7500萬(wàn)噸 /年落后的小高爐沒(méi)有淘汰。我國(guó)現(xiàn)有 870多家鋼鐵企業(yè)，擁有 1300多座高爐。但是 ＞ 1000m179。以上容積的高爐只有 167多 座，平均爐容只有 570m179。左右。 另外我國(guó)燒結(jié)機(jī)、焦?fàn)t、高爐的裝備容積偏小且數(shù)量太多，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和能耗高，企業(yè)效益受到影響。 高風(fēng)溫、低燃料比 國(guó)際領(lǐng)先水平的熱風(fēng)溫度為 1300℃，國(guó)際先進(jìn)水平為 1250℃左右。我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平的熱風(fēng)溫度差距在 100℃左右 ,是我國(guó)煉鐵技術(shù)指標(biāo)中與國(guó)際差距最大的地方。我國(guó)煉鐵工作者首先應(yīng)當(dāng)努力縮小這個(gè)差距。熱風(fēng)溫度是廉價(jià)的能源，這是用 45%高爐煤氣換來(lái)的 ,是降低煉鐵燃料比的工作重點(diǎn)。 精料技術(shù)的提高 高爐煉鐵應(yīng)當(dāng)以精料為基礎(chǔ)，精料技術(shù)水平對(duì)高爐煉鐵的影響率占 70%，高爐操作占 10%，設(shè)備影響占 10%，管理水平占 5%，外界因素（包括上下工序，運(yùn)輸和動(dòng)力 )占 5%。近年來(lái)，一些鋼鐵企業(yè)對(duì)精料將方針重視不夠，沒(méi)有善待高爐，使高爐生產(chǎn)處于被劫狀態(tài)，造成多方面損失。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 2 高爐配料計(jì)算 冶煉 1t生鐵，需要一定數(shù)量的礦石、熔刑和燃料 (焦炭及噴吹燃料 )。對(duì)于煉鐵設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算，燃料的用量是預(yù)先確定的，是已知的量，配料計(jì)算的主要任務(wù)，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(duì)于生產(chǎn)高爐的工藝計(jì)算，各種原料的用量都是已知的，從整體上說(shuō)不存在配料計(jì)算的問(wèn)題，但有時(shí)需通過(guò)配料計(jì)算求解礦石的理論出鐵量、理論渣量等，有時(shí)因冶煉條件變化需要作變料計(jì)算 [1]。 配料計(jì)算的目的 配料計(jì)算的目的，在于根據(jù)已知的原料條件和冶煉要求來(lái)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。 配料計(jì)算時(shí)需要確定的已知條件 原始資料的收集整理 生產(chǎn)中原始資料分析常常不完全，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誤差，以致各種化學(xué)組成之和不等于 100%。因此，應(yīng)該先確定元素在原料存在的形態(tài)，然后進(jìn)行核算，使總和為 100%。 換算為 100%方法，可以均衡地?cái)U(kuò)大或縮小各成分的百分比，調(diào)整為 100%，或者按照分析誤差允許的范圍，人為的調(diào)整為 100%。調(diào)整幅度不大時(shí)，以調(diào)整 Al2O3或 MgO為宜。 在各種原料中化合物存在的形態(tài)和有關(guān)換算，按照下述方法處理。燒結(jié)礦分析的 S， P， Mn 分別以 FeS, P2O5,MnO形態(tài)存在。它們的換算為： S──FeS ω(FeS)=ω(S)3288 % P──P2O5 ω(P2O5) =ω(P)62142 % Mn─ ─ MnO ω(MnO)=ω(Mn)5571 % 式中的 S， P， Mn等元素皆為分析值（百分含量），當(dāng)要計(jì)算 Fe2O3時(shí)，需要從生鐵（ TFe）中扣除 FeO和 FeS中的 Fe，再進(jìn)行換算。 ω(Fe2O3)= (112162 ω(Fe)ω(FeO) 7256 ω(FeS) 8856 )% 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為換算所得的硫化亞鐵量。 天然礦石中的 S以 FeS2形態(tài)存在，換算式如下： 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 ω (FeS2)=ω(S) 64120 %， 式中 S 為分析所得的百分含量。 選配礦石 在使用多種礦石冶煉時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦石供應(yīng)量及爐渣成分適當(dāng)配比選取。此時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)： 1）礦石含 P量不應(yīng)該超過(guò)生鐵允許含 P量，因考慮 P全部進(jìn)入生鐵，故需要依據(jù)礦石含量事先預(yù)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。 2）冶煉鑄造鐵時(shí)，應(yīng)該核算生鐵含錳 量是否滿足要求。 ω[Mn]=ηMn ω(Mn)礦 m(Fe)鐵 /ω(Fe)礦 式中 ： ω[Mn] ── 生鐵含錳量， % ω(Mn)礦 ── 混合礦含錳量， % ηMn ── 錳的回收率，一般為 ～ m(Fe)鐵 ── 礦石帶入的生鐵的鐵量 ， kg/t 鐵 ω(Fe)礦 ── 混合礦含鐵量， % 3）冶煉錳鐵時(shí)，為保證其含錳量，必須檢查礦石含鐵量是否大于允許范圍。 ω(Fe) 礦 =(100ω[Mn]ω[C]ω[Si]ω[P])/100( ω[Mn]/ωMn 礦 ηMn) 式中 ： ω[Mn],ω[Si],ω[C],ω[P]表示錳鐵中該元素含量 ， % ω(Mn)礦 ── 錳礦含錳量， % ω(Fe)礦 ── 錳礦允許含鐵量， % ηMn── 錳回收率，通常為 ～ 4）適當(dāng)控制堿金屬 [2]。 確定需要的冶煉條件 (1）根據(jù)原料條件，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(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。按照經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)選取。 (3)爐渣堿度選擇堿，主要是取決于爐渣脫硫的要求，此外若冶煉低硅生鐵釩鈦磁鐵時(shí)，還應(yīng)該考慮爐渣 抑制硅鈦還原和利于礬的回收能力，在正常爐鋼溫度下，要保證流動(dòng)性和穩(wěn)定性，因此除了考慮二元堿度外，還需要有適宜的 MgO 含量，若爐料含堿金屬還應(yīng)該兼顧爐渣排堿要求。 (4）燃料比確定。確定燃料比應(yīng)該依據(jù)冶煉鐵種，原料條件，風(fēng)溫水平和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等全面衡定，在有噴吹條件下，力爭(zhēng)多噴燃料。 (5）原燃料成分分析，入爐礦石成分見(jiàn)表 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 配料計(jì)算的內(nèi)容 （ 1）礦石用量及配比計(jì)算； （ 2）生鐵中鐵量計(jì)算； （ 3）渣量及爐渣成分計(jì)算； （ 4）爐渣性能校核； （ 5）生鐵成分校核。 計(jì)算步驟 （ 1）表 原料成分（ %） 表 原料成分 （ %） 成分 原料 Fe Mn P S Fe2O3 FeO MnO MnO2 CaO 燒結(jié)礦 0 天然礦 0 混合礦 續(xù)上表 成分 原料 MgO SiO2 Al2O3 P2O5 FeS2 FeS SO2 燒損 合計(jì) 燒結(jié)礦 0 0 天然礦 0 0 混合礦 0 （ 2）焦炭成分分析見(jiàn)表 表 焦炭成分（ %） 固 定 碳 灰分 揮發(fā)分 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5 CO2 CO CH4 H2 N2 續(xù)上表 有機(jī)物 ∑ 全 S 游離水 H2 N2 S 100 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 （ 3）噴吹物成分見(jiàn)表 噴吹物成分 成分 C H2 O2 H2O N2 S 灰分 ∑ SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 煤粉 100 4）配爐比：燒結(jié)礦：天然礦 =85:15，配成混合礦 5） 生鐵成分，煉鋼鐵，見(jiàn)下表 成分 Si Mn S P C Fe 合計(jì) % 6）焦比 360kg/t ，煤比 160kg/t ，風(fēng)溫 1100℃ 7）爐渣堿度 R=w（ CaO） /w（ SiO2） = 8）根據(jù)上述已知條件，下面 1000kg 生鐵作為計(jì)算單位進(jìn)行計(jì)算。 元素分配率見(jiàn)下表 元素 Fe Mn P S 生鐵 爐渣 0 煤氣 0 0 0 計(jì)算過(guò)程 根據(jù)鐵平衡求鐵礦石需要量 礦石量 = ? ?礦渣煤焦）（ ）（ew em)(10 3 F FFemFem ?? ? 式中 礦)(Few —— 礦石含鐵量， % 煤焦 )(Fem?—— 焦炭及煤粉帶入鐵量， kg ??Fem —— 生