【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 前言 在近代國(guó)家是否發(fā)達(dá)的主要標(biāo)志是其工業(yè)化及生產(chǎn)自動(dòng)化的水平，即工業(yè)生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的比重以及工業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度。而勞動(dòng)生產(chǎn)率是衡量工業(yè)化水平極為重要的標(biāo)志之一。為達(dá)到較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率需要大量的機(jī)械設(shè)備。鋼鐵工業(yè)為制造各種機(jī)械設(shè)備提供最基本的材料， 屬于基礎(chǔ)材料工業(yè)的范疇。鋼鐵還可以直接為人民的日常生活服務(wù)，如為運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)及民用品提供基本材料。一定意義上，一個(gè)國(guó)家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r也反映其國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的程度。 衡量鋼鐵工業(yè)的水平應(yīng)考察其產(chǎn)量（人均占有鋼的數(shù)量）、質(zhì) .量、品種、經(jīng)濟(jì)效益及勞動(dòng)生產(chǎn)率等各方面?？v觀當(dāng)今世界各國(guó)，所有發(fā)達(dá)國(guó)家無一不是具有相當(dāng)發(fā)達(dá)的鋼鐵工業(yè)的。 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要多方面的條件，如穩(wěn)定可靠的原材料資源，包括鐵礦石、煤炭及某些輔助原材料，如錳礦、石灰石及耐火材料等；穩(wěn)定的動(dòng)力資源，如電力、水等。此外，由于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大，每天 原材料及產(chǎn)品的吞吐量大，需要龐大的運(yùn)輸設(shè)施為其服務(wù)。一般要有鐵路或水運(yùn)干線經(jīng)過鋼鐵廠。對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)來說，還必須有重型機(jī)械的制造及電子工業(yè)為其服務(wù)。此外，建設(shè)鋼鐵企業(yè)需要的投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，而回收效益慢。故雄厚的資金是發(fā)展鋼鐵企業(yè)的重要前提。 鋼鐵之所以成為各種機(jī)械裝備及建筑、民用等各部門的基礎(chǔ)材料，是因?yàn)樗邆湟韵聝?yōu)越性能，并且價(jià)格低廉。 有較高的強(qiáng)度及韌性。 容易用鑄、鍛、切削及焊接等多種方式進(jìn)行加工，以得到任何結(jié)構(gòu)的工件。 所需資源（鐵礦、煤炭等）貯量豐富，可供長(zhǎng)期大量采用，成本低廉。 人類自進(jìn)入鐵器時(shí)代以來，積累了數(shù)千年生產(chǎn)和加工鋼鐵材料的豐富經(jīng)驗(yàn)，已具有成熟的生產(chǎn)技術(shù)。自古至今，與其他工業(yè)相比，鋼鐵工業(yè)相對(duì)生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、質(zhì)量好和成本低。 到目前看不出，有任何其他材料在可預(yù)見的將來，能代替鋼鐵現(xiàn)在的地位。 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 8 1 高爐冶煉綜合計(jì)算 概述 組建煉鐵車間或新建高爐，都必須依據(jù)產(chǎn)量以及原料和燃料條件作高爐冶煉綜合計(jì)算 ， 包括配料計(jì)算、物料平衡計(jì)算和熱平衡計(jì)算。從計(jì)算中得到原料、燃料消耗量及鼓風(fēng)消耗等， 也 得到了主要產(chǎn)品（除生鐵以外）煤氣及爐渣生產(chǎn)量等基本參數(shù)。以這些參數(shù)為基礎(chǔ)作煉 鐵車間或高爐設(shè)計(jì)。 計(jì)算之前，首先必須確定主要工藝技術(shù)參數(shù)。對(duì)于一種新的工業(yè)生產(chǎn)裝置，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)室研究、半工業(yè)性試驗(yàn)、以致于工業(yè)性試驗(yàn)等一系列研究來確定基本工藝技術(shù)參數(shù)。高爐煉鐵工業(yè)已有 200 余年的歷史，技術(shù)基本成熟，計(jì)算用基本工藝參數(shù)的確定，除特殊礦源應(yīng)做冶煉基本研究外，一般情況下都是結(jié)合地區(qū)條件、地區(qū)高爐冶煉情況予以分析確定。例如冶煉強(qiáng)度、焦比、有效容積利用系數(shù)等。 計(jì)算用的各種原料、燃料以及輔助材料等必須做工業(yè)全分析，而且將各種成分之總和換算成 100%，元素含量和化合物含量要相吻合。 將依據(jù)確定的工藝 技術(shù)參數(shù)、原燃料成分計(jì)算出單位產(chǎn)品的原料、燃料以及輔助材料的消耗量，以及主、副產(chǎn)品成分和產(chǎn)量等，供車間設(shè)計(jì)使用。配料計(jì)算也是物料平衡和熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。 依據(jù)質(zhì)量守衡定律，投入高爐物料的質(zhì)量總和應(yīng)等于高爐排出物料的質(zhì)量總和。物料平衡計(jì)算可以驗(yàn)證配料計(jì)算是否準(zhǔn)確無誤，也是熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。物料平衡計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差不應(yīng)大于 %。 配料計(jì)算 原燃料條件 原料成分（原始成分為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、天然礦以及爐塵，表中只顯示計(jì)算后的綜合礦）見表 ； 燃料成分，見表 、表 ； 確定冶煉條件；預(yù)定生鐵成分（ %），見表 。 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 原料成分（ %） 原料 TFe Mn P S FeO CaO MgO SiO2 綜合礦 爐塵 原料 Al2O3 MnO P2O5 FeS Fe2O3 燒損 Σ H2O CO2 綜合礦 爐塵 C= 注：綜合礦 =70%燒結(jié)礦 +20%球團(tuán)礦 +10%天然礦 表 焦炭成分（ %） 表 噴吹燃料成分（ %） 品種 C H O H2O N S 灰分 Σ SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 煤粉 100 表 生鐵成分（ %） 其中 Si、 S 由生鐵質(zhì)量要求定分別為 、 ； Mn、 P 由原料條件定為 、。 C＝ － － － ＋ ＝ Fe＝ [100－ Si－ Mn－ P－ S－ C]%。 某元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分配率（ %），見表 。 燃料消耗量（ kg/t 生鐵） ； 焦炭 345 固定炭 灰分（ ） 有機(jī)物（ ） 揮發(fā)份（ ） Σ 水 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO H2 N2 S CO2 H2 CO CH4 N2 100 Fe Si Mn P S C 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 煤粉 150 置換比 表 元素 的 分配率 Fe Mn S P 生鐵 50 — 100 爐渣 50 — 0 爐氣 0 0 5 0 鼓風(fēng)濕度 12g/m3 % ????相對(duì)濕度 風(fēng)溫 1150℃ 爐塵量 20 kg/t 生鐵 入爐熟爐料溫度 25℃ 爐頂煤氣溫度 200℃ 焦炭冶煉強(qiáng)度 (dm3) 綜合冶煉強(qiáng)度 t/(dm3) 利用系數(shù) t/(dm3) 計(jì)算礦石需要量 G 礦 燃料帶入的鐵量 GFe 燃 首先計(jì)算 20 kg 爐塵中的焦粉量： % % ???? 焦 塵塵焦粉 C CGG kg 高爐內(nèi)襯參加反應(yīng)的焦炭量為： ??焦G kg OMGGGGGkgGGGGGGG%FGGGG%F1000GgOAlS i OS i OOMS i OOCOCOCOCeFFFeF3222g2aaaaeeee煤焦渣煤焦礦塵礦礦、礦礦礦燃渣生鐵礦故故??????????? 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 =++ = 進(jìn)入爐渣中的鐵量： kg8 6 %%% 0 0 0%%%1 0 0 0?????? 生鐵渣 eF FG e 需要由鐵礦石帶入的鐵量為： 5 1 6 5 1GG%F1 0 0 0G eee FFeF ? ???? 燃渣生鐵礦 冶煉 1 噸生鐵的鐵礦石需要量： 5 9 5% 5 1% ???礦礦礦eFFGG e 考慮到爐塵吹出量，入爐鐵礦石量為： 1 6 1 2 . 9 k g 2 . 8 5 9 5GGGG ? ???? 焦粉塵礦礦、 計(jì)算熔劑需要量 G 熔 設(shè)定爐渣堿度 iOC aOR2 ?? 制鋼生鐵： R＝ － ；鑄造生鐵： R＝ － 原料、燃料帶有的 CaO 量 CaOG 鐵礦石帶入的 CaO 量為： 1 2 1 . 8 k g %%OCGG aOC a ? ??? 礦礦礦 焦炭帶入的 CaO 量為： % 4 2%OCGG aOC a ? ??? 焦焦焦 煤粉帶入的 CaO 量為： %%OCGG aOC a ? ??? 煤煤煤 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2 4 2 1GGGG OCOCOCOC aaaa ? ?????? 煤焦礦故 原料、燃料帶入的 SiO2 量2SiOG 鐵礦石帶入的 SiO2 量為： %3 5 5 9 5%S i OGG 2S i O 2 ? ??? 礦礦礦 焦炭帶入的 2SiO 量為： 5 . 6 6 %%S i OGG 2S i O 2 ? ??? 焦焦焦 煤粉帶入的 2SiO 量為： 7 .1 5 %150S i OGG 2S i O 2 ? ??? 煤煤煤 硅素還原消耗的 2SiO 量為： 2860%%S1000G2Si O ? ???? 生鐵還 6 . 0 48 5 . 4 8GGGGG 22222 S i OS i OS i OS i OS i O ? ?????? 還煤焦礦故 爐渣成分的計(jì)算 原料、燃料及熔劑的成分見表 。 表 每噸生鐵帶入的有關(guān)物質(zhì)的量 原燃料 數(shù)量 kg CaO MgO SiO2 Al2O3 MnO S % kg % kg % kg % kg % kg % kg 綜合礦 焦 炭 煤 粉 150 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 爐渣中 CaO 的量渣OCGa 由表 1. 6： a ?渣OCG 爐渣中 SiO2 的量渣2SiOG ??渣S iOG 式中 ——原、燃料帶入 SiO2 的總量， kg（見表 ）； ——還原消耗 SiO2 的量（ 還2SiOG）， kg。 爐渣中 32OAl 的量渣32OAlG 由表 ： 32 ?渣OAlG 爐渣中 OMg 的量 渣MOG 由表 18： GMgO 渣 ＝ 爐渣中 MnO 的量 GMnO 渣 。 由表 ： GMnO 渣 ＝ 50%＝ 式中 —— 原、燃料帶入 MnO 的總量， kg（見表 ）； 50%—— 錳元素在爐渣中的分配率（見表 ）。 爐渣中 FeO 的量 GFeO 渣 進(jìn)入渣中的鐵量為： Fe 渣 ＝ ，并以 FeO 形式存在，故而 6 ???渣F e OG 爐渣中 S 的量， GS 渣 原、燃料帶入的總硫量為： GS＝ （見表 ） 進(jìn)入生鐵的 硫量為： 0. 25k g 0. 025%1000%S1000G S ? ??? 生鐵生鐵 進(jìn)入煤氣中的硫量為： Σ 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 0. 178k g 5%3. 565%5GG SS ? ???煤氣 3. 14k g 0. 1780. 253. 565GGGG SSSS ? ?? 煤氣生鐵渣故 爐渣成分見表 。 表 爐渣成分 組元 CaO MgO SiO2 Al2O3 MnO FeO S/2 Σ CaO/ SiO2 kg % 表中 S/2：渣中 S 以 CaS 形式存在，計(jì)算中的 Ca 全部按 CaO 形式處理，氧原子量為 16， S 原子量為 32，相當(dāng)已計(jì)入 S/2，故表中再計(jì)入 S/2。 將 CaO、 SiO Al2O MgO 四元組成換算成 100%，見表 。 表 四種渣成分 CaO SiO2 Al2O3 MgO Σ 校核生鐵成分 生鐵含磷 [P]， 按原料帶入的磷全部進(jìn)入生鐵計(jì)算。 鐵礦石帶入的磷量為： % 10 . 5 1[ P ]0 . 5 1 k g0 . 0 3 2 %1 5 9 5 . 7 2%???????故礦礦渣 PGG P 生鐵含錳 [Mn]， 按原料帶入的錳有 50%進(jìn)入生鐵計(jì)算 ，原料共帶入 MnO為 ， 見表 。 %0 2 0 0 017155%500 . 6 2[ M n ] ?????故 生鐵含碳 %) ] %(100[[ C ] ??????? 。 生鐵含硅 [Si]=%。 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 生鐵含硫 [S]=%。 校核后的生鐵成分（ %）見表 。 表 校核后生鐵成分 成分 [Fe] [Si] [Mn] [P] [S] [C] 含量 物料平衡計(jì)算 風(fēng)量計(jì)算 風(fēng)口前燃燒的碳量 GC 燃 。 燃料帶入 的總碳量： %%%GC%GG CC ? ?????? 煤煤焦焦總 溶入生鐵中的碳量為： %%[ C ]1000 ????生鐵CG 生成甲烷的碳量為：燃料帶入的總碳量約有 1%~%與氧化合生成甲烷，取 1%。 0 %1 ???? 總甲烷 CC GG 直接還原消耗的 GC 直 ： 錳還原消耗的碳量為： 5512%0 2 0 0 05512%[ M n ]1 0 0 0GC?????錳 硅還原消耗的碳量為： 2824%2824%[ S i ]1000GC?????硅 磷還原消耗的碳量為： 6260%0 5 0 0 06260%[ P ]1 0 0 0GC?????磷 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 鐵直接還原消耗的碳量為： drG C 、鐵直 5612%[ F e ]100