【正文】 50 設(shè)備能力 200 爐頂壓力； MPa 設(shè)備能力 熱風(fēng)溫度； ℃ 1200～ 1500 設(shè)備能力 1250 富氧率； % 1～ 3 入爐風(fēng)量； Nm179。自 1994 年以來我國生鐵產(chǎn)量一直位居世界第一， 2020 年，全國鋼產(chǎn)量達(dá)到 1． 5 億噸，部分高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到、接近世界領(lǐng)先或世界先進(jìn)水平，這表明高爐操作技術(shù)有了新的進(jìn)展。日。自動(dòng)化不但降低勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是使高爐操作穩(wěn)定，對(duì)高爐操作參數(shù)進(jìn)行定量化。與此同時(shí)焦炭質(zhì)量也不斷提高。在高熱值煤氣缺乏的情況下，通過預(yù)熱煤氣和助燃空氣的辦法提高燃燒溫度。從控制高爐爐腹煤氣量指數(shù)，降低噸鐵爐腹煤氣量的途徑 。 隨著原料的改善，噴吹燃料技術(shù)的發(fā)展，操作水平的提高，以及熱風(fēng)爐構(gòu)造和耐火材料的改進(jìn)，高爐風(fēng)溫水平從 20世紀(jì)中期的 500～ 600℃ 提高到 20世紀(jì)后期的 1100～ 1350℃ 。 噴吹燃料 我國高爐六十年代中期就開始噴吹煤粉，由于風(fēng)溫水平大幅度提高，焦比顯著降低。也可只單設(shè)水渣或干渣坑，在爐前就地處理。寶鋼 2 號(hào)高爐的國產(chǎn)轉(zhuǎn)鼓水渣處理工藝在節(jié)能、節(jié)水方面超過國外技術(shù)。各國都在大力研究改善高爐爐體結(jié)構(gòu)，高爐穩(wěn)定操作和爐體維修技術(shù)。[1]。在降低高爐能耗的同時(shí)，發(fā)展長壽技術(shù)，開發(fā)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)，爐容逐步大型化。 （ 3）直接還原法作為高爐煉鐵法的補(bǔ)充，將在鋼鐵行業(yè)中占據(jù)一定的地位。 1989 年南非鋼鐵公司（ ISCOR）新的 30 萬噸 /年熔融還原設(shè)備投入生產(chǎn) 。 以合理的大型化帶動(dòng)高效化 1 提高富氧率和開發(fā)新爐料 2 提高煤比，降低焦比和燃料比 3 穩(wěn)定高爐操作，實(shí)現(xiàn)長壽 4 完善監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行 5 優(yōu)化流程和配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗 6 控制污染排放，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)生產(chǎn) 7 降低鐵鋼比，減少 CO2 排放 8 追求煉鋼零排放，要達(dá)到煉鋼過程零排放，粉塵和污泥尤 其是含鋅粉塵必須循環(huán)利用。采用一套大型設(shè)備集中處理，其投資比每個(gè)廠用小設(shè)備單獨(dú)處理要低得多。 在世界鋼鐵產(chǎn)量不斷增長的同時(shí)，世界鋼鐵生產(chǎn)的設(shè)備，技術(shù)也不斷發(fā)展與完善，鋼鐵生產(chǎn)呈現(xiàn)出以下 的特征： （ 1）連續(xù)，緊湊，高效化。世界開發(fā)應(yīng)用了一批高效，優(yōu)質(zhì)的工藝技術(shù)裝備。 （ 4）鋼鐵產(chǎn)業(yè)國際化特征。另外還有主體設(shè)備圖紙 3 張。高爐煉鐵工藝流程見圖 21。 高爐配 料計(jì)算 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。 w[Mn]= Mn? w(Mn)礦 m(Fe)鐵 /w(Fe)礦 式中： w[Mn]—生鐵含錳量， %； w(Mn)礦 ——混合礦含錳量， %； Mn? —錳的回收率，一般為 ～ ； m(Fe)鐵 —礦石帶入的生鐵的鐵量， kg/t 鐵； w(Fe)礦 —混合礦含鐵量， %。 冶煉條件確定 （ 1）根據(jù)原料條件，國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等確定生鐵成分。一般可參考表 31 選。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，力爭多噴燃料。 表 34 噴吹物成分（ %） 成分 C H2 O2 H2O N2 S 灰分 總計(jì) SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 煤粉 0 100 計(jì)算方法與過程 為精確配料，現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)要求，先根據(jù)生鐵成分，然后用理論方法進(jìn)行配料比計(jì)算，然后以配出的礦石為基礎(chǔ)對(duì)礦石用量、生鐵中鐵量、渣量及爐渣進(jìn)行計(jì)算，最后進(jìn)行爐渣性能、生鐵成分進(jìn)行校核。則： 焦炭帶入 Fe 量： 88 ??????? ????kg 煤粉帶入 Fe 量： ??? kg； 爐塵帶入 Fe 量： 4 3 7 ?? kg； 進(jìn)入渣中 Fe 量： ?? kg； 需要混合礦量： 5 0 4 4 4 5 ????? kg 根據(jù)堿度平衡計(jì)算石灰石用 量 假設(shè)石灰石加入量為 Y kg /t，則： 混合礦帶入 CaO 量： %= 焦炭帶入 CaO 量： 4500%= kg 煤粉帶入 CaO 量 ： 900%= kg 焦炭灰?guī)?CaO 量： 200%=7kg 煤灰?guī)?CaO 量 ： 100%= 爐塵帶入 CaO 量 ： %= kg 石灰石帶入 CaO 量 ： X%= kg 共帶入 CaO 量： +++7+++ kg 混合礦帶入 SiO2 量： %= 焦炭帶入 SiO2 量： 4500%= 煤粉帶入 SiO2 量： 900%= kg 焦炭灰?guī)?SiO2 量： 200%= kg 煤灰?guī)?SiO2量 ： 100%= kg 爐塵帶入 SiO2量 ： %= kg 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 石灰石帶入 SiO2量 ： X%= kg 共帶入 SiO2 量： ++++ ++ kg 由于設(shè)計(jì)的爐渣堿度： SiO CaO2 ?，則解得石灰石加入量為 。 表 37 終渣成分 含量 SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO FeO S/2① 合計(jì) R kg 3 高爐煉鐵綜合計(jì)算 16 % ① 由于分析所得 Ca2+都折算成 CaO，但其中一部分 Ca2+卻以 CaS 形式存在， CaS 和CaO 之質(zhì)量差為 S/2， 為了質(zhì)量平衡， Ca2+仍以 CaO 存在，而 S 則只算 S/2。S(1450℃ )。 混合礦 焦炭 石灰石 焦炭灰 煤灰 爐塵 煤粉 高爐冶煉 爐渣 鐵水 煙塵 kg Fe: % 4500 kg FeO： % Fe2O3： % 200 kg Fe2O3: % 100 kg Fe2O3: % kg FeO: % Fe2O3: % 900kg FeO: % FeO: % 10000 kg Fe: % 圖 38 高爐冶煉物料流程圖 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 表 38 實(shí)際生鐵成分（ %） 元素 Fe Si Mn P S C 合計(jì) 含量 校核結(jié)果與生鐵預(yù)定成分的誤差很小，表明原定生鐵成分合適。 初始條件 物料平衡是建立在質(zhì)量守恒定律的基礎(chǔ)上，以配料計(jì)算為依 據(jù)計(jì)算的。 計(jì)算前準(zhǔn)備包括： (1) 原料全分析并校正為 100%（ 表 31~表 33）； (2) 生鐵全分析；（表 38）； (3) 各種原料消耗量（表 36）； (4) 鼓風(fēng)濕度， f =%； (5) 本次計(jì)算選擇直接還原度 rd =； (6) 設(shè)定焦炭和噴吹物含 C 總量的 %與 H2 反應(yīng)生成 CH4。 據(jù)原料供應(yīng)情況，本高爐僅噴煤，將上式分別進(jìn)行計(jì)算： 鼓風(fēng)含氧濃度： += kg/ m3 風(fēng)口前碳燃燒所需氧量： = 燃料帶入氧量：322 2 . ?????? ???=179。 高爐熱平衡計(jì)算 熱平衡計(jì)算是高爐工藝計(jì)算的重要組成部分，它目的是為了了解高爐熱量供應(yīng)和消耗的狀況，掌握高爐內(nèi)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。 成 CO2放熱： ? = kJ/m179。℃ ，水蒸氣的比熱為 kJ/ m3 m （ FeO ） 硅酸鐵 = ＋ ＋＋ 4500＋ 900＋ = kg 去除進(jìn)入渣中的 FeO，它也以硅酸鐵形式存在，計(jì) kg 余下的 m(FeO)硅酸鐵 == m(FeO)四氧化三鐵 = kg m(Fe2O3)四氧化三鐵 =72160 =1521 kg 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 m(Fe2O3)自由 == kg 依據(jù) 1kg 鐵氧化物分 解熱，即可算出總的分解熱?！? 干煤氣帶走熱 =200= kJ 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 水蒸氣帶走熱 =156972 kJ 煤氣帶走總熱 =+156972= kJ 前 8 項(xiàng)總和為 = kJ （ 9）外部熱損失 = = kJ， (包括散熱和冷卻水帶走熱 ) [4] 根據(jù)以上計(jì)算列出熱收入與熱支平衡表 315。 表 312 各種生鐵的熱焓值 [2] 生鐵熱焓值 煉鋼生鐵 鑄造生鐵 錳鐵 kJ/kg 煉鋼生鐵焓值 =280 kJ/kg，鐵水帶走熱 =10000280=11704000 kJ （ 7）爐渣帶走熱 爐渣熱焓值經(jīng)驗(yàn)值 表 313 所示。 （ 5） H2氧化放熱及 CH4生成熱 每千克 H2O 的生成熱為 3011 kJ，每千克甲烷生成熱為 1024 kJ。 的 CO 放熱： 12?= kJ/m179。 熱平 衡計(jì)算 根據(jù)高爐煉鐵工藝經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定補(bǔ)充工藝條件原始數(shù)據(jù)：鼓風(fēng)溫度 1200℃ ；爐頂溫度 230℃ ；入爐礦石為冷礦。 (5) 總 N2的量 煤焦風(fēng) VVV ?? =()+4500 +900 = m3 3 高爐煉鐵綜合計(jì)算 20 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，列出煤氣組成表 39 表 39 煤氣組成 含量 CO2 CO N2 H2 CH4 總計(jì) 風(fēng)VVg/ m3 % 物料平衡表 （ 1）計(jì)算鼓風(fēng)量： 1 m3鼓風(fēng)質(zhì)量 :－ = kg/ m3 1 噸全部鼓風(fēng)質(zhì)量 : = 計(jì)算煤氣的質(zhì)量 煤氣密度 : kg/m3 全部煤氣質(zhì)量 : = kg （ 3）水分計(jì)算 焦炭帶入水分 : 4500= kg H2還原生成的水分 : = kg 鼓風(fēng)帶入的水分 : = 所以水分的總質(zhì) 量 : +＋ = 根據(jù)上述結(jié)果，列出物料平衡表，如表 310 和 311 所示。 風(fēng)量計(jì)算 (1) 風(fēng)口前燃燒的碳量 風(fēng)C 根據(jù)碳平衡得： 風(fēng)C =∑C 燃 －（ C） 103－ ∑C直 －4CHC 式中 風(fēng)C —風(fēng)口前燃燒碳量， kg； 3 高爐煉鐵綜合計(jì)算 18 (C)—生鐵含碳量 ， %； ∑C 燃 ， ∑C 直 ，4CHC —分別為燃料帶入碳量，直接還原耗碳和生成 4CH 的碳量， kg； 按上式分別進(jìn)行計(jì)算： 燃料帶入的 碳量 =m(C)J+m(C)M=4500%+900%+% = kg 溶于生鐵的 碳量 = kg 直接還原耗碳 =%1000012/56 = 生成 4CH 耗碳 == kg 風(fēng)口前燃燒的 C 量 == kg。物料平衡有助于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)算的正確性。而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的高爐物料平衡計(jì)算，則要確定單位生鐵的全部物質(zhì)收入與支出，即計(jì)算單位生鐵鼓風(fēng)數(shù)量與全部產(chǎn)品的數(shù)量，使物質(zhì)收入與支出平衡。 高爐冶煉物料流程圖如圖 38。 w (MgO)=%，符合設(shè)計(jì)要求 。 原料消耗總表如表 36。 注：混合礦組成：燒結(jié)礦﹕球團(tuán)礦﹕進(jìn)口礦 =70﹕15﹕ 15 3 高爐煉鐵綜合計(jì)算 14 表 35 生鐵成分（％） 成分 Si Mn S P C Fe Σ % 計(jì)算混合礦量 根據(jù)以上已知條件，先以 10t 生鐵 作為計(jì)算單位進(jìn)行計(jì)算，確定礦石配比。 表 32 入爐原料成分（ %） 物料 TFe Mn P S Fe2O3 FeO MnO MnO2 CaO 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 0 進(jìn)口礦 0． 09 0 混合礦 0 爐塵 0 石灰石 0 0 0 0 0 焦炭灰 0 0 0 0 0 0 煤灰 0 0 0 0 0 續(xù)表 32 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 物料 MgO SiO2 Al2O3 P2O5 FeS2 FeS 其他 燒損 合計(jì) 燒結(jié)礦 0 0 0 球團(tuán)礦 0 0 0 0 進(jìn)口礦 0 0 混合礦 0 0 爐塵 0 0 石灰石 0 0 0 焦炭灰 0 0 0 0 0 煤灰 0 0 0 0 0 （ 6）焦炭成分分析見表 33。本設(shè)計(jì)中取堿度 R=。 （ 2）各種元素在鐵，渣和煤氣中的分配比例。 w(Fe) 礦 =(100w[Mn]w[C]w[Si]w[P])/100(w[Mn]/wMn 礦 Mn? ) 式中： w[Mn],w[Si],w[C],w[P]表示錳鐵中該元素含量， %； w(Mn)礦 —錳礦含錳量， %； w(Fe)礦 —錳礦允許含鐵量， %； 3 高爐煉鐵綜合計(jì)算 12 Mn? —錳回收率，通常為 ～ 。此時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 礦石含 P 量不應(yīng)該超過生鐵允許含 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。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