【導讀】研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設計）用于非贏利目的。的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。布論文（設計）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設計）在解密后適。本設計為年產(chǎn)量350萬噸生鐵煉鐵的高爐車間。統(tǒng)都做了一定的敘述。并且對廠址選擇和車間布置也做了總體設計。設備類型、尺寸計算和生產(chǎn)能力進行了粗略計算。了高爐設計、本設計參考了國內(nèi)外的相似高爐的生產(chǎn)經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。的高爐做到高度機械化、自動化和大型化，以期達到最佳的生產(chǎn)效益。

　　

【正文】 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) 鼓風濕度， f =%； (5) 本次計算選擇直接還原度 rd =； (6) 設定焦炭和噴吹物含 C 總量的 %與 H2 反應生成 CH4。 上述 1， 2， 3 原數(shù)據(jù)已經(jīng)由配料計算給出，這里假定其余各項未知條件，分別為鼓風濕度 f =%（ 12g/m3 ），富氧率 %，氧氣濃度 99%。 風量計算 (1) 風口前燃燒的碳量 風C 根據(jù)碳平衡得： 風C =∑C 燃 －（ C） 103－ ∑C直 －4CHC 式中 風C —風口前燃燒碳量， kg； 3 高爐煉鐵綜合計算 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； 按上式分別進行計算： 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 風口前燃燒的 C 量 == kg。 (2) 風量計算（ 風V ） 根據(jù)氧平衡可得： 其中 ? ?322 2 . 41816O)(H( O ) M2Mo 2 ??????? ??? VVQ 2oQ—為燃料帶入的氧量（ M 為煤粉， ? ?MOV ， ? ?M2OHV 為煤帶入 的氧和 H2O 量）； +──鼓風含 氧濃度（ f 為鼓風濕度） [2]。 據(jù)原料供應情況，本高爐僅噴煤，將上式分別進行計算： 鼓風含氧濃度： += kg/ m3 風口前碳燃燒所需氧量： = 燃料帶入氧量：322 2 . ?????? ???=179。 每噸生鐵鼓風量： ?? = m3 煤氣成分及數(shù)量計算 (1) 計算 4CH 量 由燃料帶入的 C 生成 4CH 的量 = = m3 焦炭揮發(fā)分含 4CH 量 =4500 = 進入煤氣的 4CH 量 =+= m3 紅河學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 (2) 入爐總 H2量 鼓風帶入 H2+ 焦炭帶入 H2+ 煤粉帶入 H2 即入爐的總 H2 量：+4500(+) +900(+ 18 ? ) =523.925m3 設噴吹條件下有 50%的 H2參加還原，則參加還原的 H2量 = m3 生成 4CH 的 H2量： m3 進入煤氣的 H2量： = 2Hir= 9493 ?? =%（假定用 H2 還原的鐵氧化物中， 1/3 用于還原 Fe2O3， 2/3 用于還原 FeO） (3) 還原金屬氧化物生成的 CO2 由 Fe2O3→FeO 生成 CO2的量 ： = 由 FeO→Fe 生成 CO2的量 ： () = m3 由 MnO2→MnO 生成的 CO2的量 ： = m3 另外， H2參加還原反應，相當于同體積的 CO2所參加的反應，所以 CO2的生成量中應該減去 m3，總計間接還原生成的 CO2量為： ++ = 各種爐料分解或者帶入的 CO2量 =焦炭的 CO2量 +礦石的 CO2量＋石灰石 分解的 CO2 量 =4500 + ＋()= m3 因此，煤氣的總 CO2量 =＋ = m3 (4) 煤氣中總 CO 的量 風口前碳素燃燒生成的＋元素直接還原生成 CO 的量＋焦炭揮發(fā)分中 CO的量－間接還原消耗碳，經(jīng)計算可得，煤氣中 CO 的總含量為 。 (5) 總 N2的量 煤焦風 VVV ?? =()+4500 +900 = m3 3 高爐煉鐵綜合計算 20 根據(jù)以上計算結(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 風VVg/ m3 % 物料平衡表 （ 1）計算鼓風量： 1 m3鼓風質(zhì)量 :－ = kg/ m3 1 噸全部鼓風質(zhì)量 : = 計算煤氣的質(zhì)量 煤氣密度 : kg/m3 全部煤氣質(zhì)量 : = kg （ 3）水分計算 焦炭帶入水分 : 4500= kg H2還原生成的水分 : = kg 鼓風帶入的水分 : = 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。 表 310 生產(chǎn)每 10 噸生鐵的物料平衡表 收入 支出 項目 數(shù)量 /kg 項目 數(shù)量 /kg 焦炭 4500 生鐵 10000 混合礦 爐渣 3746 石灰石 煤氣 爐塵 煤氣中水 焦炭灰 200 煤灰 100 煤粉 900 風量 紅河學院本科畢業(yè)論文（設計） 21 合計 合 計 絕對誤差 相對誤差， % 表 311 年產(chǎn) 350 萬噸生鐵的物料平衡表 收入 支出 項目 數(shù)量 /萬噸 項目 數(shù)量 /萬噸 焦炭 生鐵 350 混合礦 爐渣 石灰石 煤氣 爐塵 煤氣中水 焦炭灰 煤灰 煤粉 風量 合計 合計 絕對誤差 相對誤差， % 一般要求物料計算的相對誤差應在 %以下，故本計算符合要求。 高爐熱平衡計算 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(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。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 [3]。 熱平 衡計算 根據(jù)高爐煉鐵工藝經(jīng)驗，設定補充工藝條件原始數(shù)據(jù)：鼓風溫度 1200℃ ；爐頂溫度 230℃ ；入爐礦石為冷礦。 （ 1）碳素氧化熱 由 C 氧化 1m179。 成 CO2放熱： ? = kJ/m179。 3 高爐煉鐵綜合計算 22 由 C 氧化成 1m179。 的 CO 放熱： 12?= kJ/m179。 碳素氧化熱： +()= kJ （ 2）熱風帶入熱 1100 ℃ 時干空氣的比 熱容為 ℃ ，水蒸氣的比熱為 kJ/ m3℃ , 熱風帶入熱： ((1－ )＋ )= kJ （ 3）成渣熱 爐料中以碳酸鹽形式存在的 CaO 和 MgO，在高爐內(nèi)生成鈣鋁酸鹽時，1000kg 放出熱量 1170400 kJ 熔劑和生礦帶入的 CaO 和 MgO： ＋ = kg 1kg 成渣熱： = （ 4）混合礦帶入的物理熱冷礦不計。 （ 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。 H2氧化放熱 =(－ 4500) 3011= kJ C H4生成熱 =(－ 4500)1025= kJ H2氧化放熱及 CH4生成熱 =＋ = kJ 總的熱收入 = kJ 熱量支出計算 （ 1）氧化物分解與脫硫耗熱 鐵氧化物分解熱：設焦炭和煤粉中 FeO 以硅酸鐵形態(tài)存在，燒結(jié)礦中 FeO有 20%以硅酸鐵形態(tài)存在其余以 Fe3O4，鐵氧化物分解熱由 FeO、 Fe3O4 和 Fe2O3三部分組成。 m （ FeO ） 硅酸鐵 = ＋ ＋＋ 4500＋ 900＋ = kg 去除進入渣中的 FeO，它也以硅酸鐵形式存在，計 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 紅河學院本科畢業(yè)論文（設計） 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。 FeO 分解熱 :984， (984 kJ/kgFeO 硅酸鐵 )= kJ Fe4O3 分解熱 :(+1521) ，（ kJ/kgFe4O3 ）= Fe2O3分解熱 : 1291 ， (1291kJ/kgFe2O3） = kJ 鐵氧化物分解總熱 =+ += kJ （ 2）錳氧化物分解熱 錳氧化物分解熱包括 MnO2 分解為 MnO 和 MnO 分解為 Mn 放出的熱量；由于本設計給定的原料中均不含 MnO2，因此錳氧化物分解熱只有 MnO 分解為Mn 放出的熱量 MnO→Mn 分解熱 :， ( kJ/kgMn)= kJ 錳氧化物分解總熱 : kJ （ 3） SiO2分解熱 :7366= kJ，（ 7366 kJ/kgSi） （ 4） Ca3(PO4)2分解熱 :8540，（ 8540 kJ/kgCa3(PO4)2） = kJ （ 5）脫 S 耗熱 爐渣脫硫耗熱按照下式計算： S)1 9 9 5 k J / k g4 . 1 8( ,O21FeC a SC a OF e S 2 ????? 10 kg 硫的平均耗熱 :1995= kJ 10kg 脫 S 耗熱 :1995= kJ 氧化物分解和脫硫總熱為上述 1）～ 5）項熱耗之和，即 總Q = kJ （ 2）碳酸鹽分解熱 由 CaCO3分解出 1000 g 的 CO2需熱 9664 kJ，由 MgCO3分解出 1000 g CO2需熱 594. 3 kJ，碳酸鹽的分解總熱為： kJ 2739751. 39=5656???????????? ????????????? ????3 高爐煉鐵綜合計算 24 （ 3）水分分解熱 :2580， (2580 kJ/kgH2O) = kJ （ 4）噴吹物分解熱 :900250=940500 kJ (250 kJ/kg煤粉 ) （ 5）爐料游離水的蒸發(fā)熱 1kg 水由 20℃ 升溫到 100℃ 吸熱 80 kJ，再變成 100℃ 水蒸氣吸熱540 kJ 總吸熱為 620 kJ 游離水蒸發(fā)熱 :450620 = kJ （ 6）生鐵帶走熱 生鐵的熱焓值經(jīng)驗值如表 312 所示。 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)驗值 表 313 所示。 表 313 各種爐渣的熱焓值 [2] 爐渣熱焓值 煉鋼鐵渣 鑄造鐵渣 錳鐵鐵渣 kJ/kg 煉鋼鐵渣焓值 =420 kJ/kg， 則爐渣帶走熱 =3746420 = kJ （ 8）爐頂煤氣帶走熱 爐頂溫度為 230℃ 時煤氣各 成分比熱容參考 ℃ 的數(shù)據(jù)，見圖 314 表 314 200℃ 時爐頂煤氣比熱容 [2] CO2 CO N2 H2 CH4 H2O 干煤氣比熱容： =+(+)++ = kJ/ m3℃ 干煤氣帶走熱 =200= kJ 紅河學院本科畢業(yè)論文（設計） 25 水蒸氣帶走熱 =156972 kJ 煤氣帶走總熱 =+156972= kJ 前 8 項總和為 = kJ （ 9）外部熱損失 = = kJ， (包括散熱和冷卻水帶走熱 ) [4] 根據(jù)以上計算列出熱收入與熱支平衡表 315。 表 315 熱平衡表 項目 kJ % 項目 kJ % 然燒熱 鐵氧化物分解耗熱 熱風帶入熱 錳氧化物分解耗熱 氫氧化熱及甲烷生成熱 硅氧化物分解耗熱 成渣熱 磷酸鈣分解放熱 爐料物理熱（冷礦不計） 脫硫耗熱 碳酸鹽分解耗熱 2739751 水分分解耗熱 游離水蒸發(fā)耗熱 噴吹物分解耗熱 940500 鐵水帶走熱量 11704000 爐渣帶走熱量 干煤氣帶走熱量 煤氣中水蒸氣帶走熱量 156972 熱量損失 總計 總計 熱平衡指標計算 （ 1）碳素熱能利用系數(shù) Kc %1 0 0CO COCO 2 2 ?? 所放出的熱量燃燒生成除進入生鐵外的碳全部 放出的熱量）和生成碳的氧化熱（包括燃燒cK = ? ? %%100 3 4 2 1 6 0 0 3 2 1 1 7 . 7 ????? 3 高爐煉鐵綜合計算 26 （ 2）熱量有效利用系數(shù) Kt ? ? % 外部熱損失煤氣