【正文】 2N2H2O = 式中 q煤氣——爐頂溫度下的煤氣比焓，kJ/m3 。煤氣中水蒸氣帶走的熱量可由水蒸氣量、水蒸氣平均熱容及爐頂溫度計算求得。這里應(yīng)該指出，對于還原反應(yīng)生成的那部分水蒸氣（H2Or，m3/t）,它的平均熱容應(yīng)由基準(zhǔn)溫度（th，℃）算至爐頂溫度（tg，℃）；而爐料帶入物理水部分的水蒸氣（H2Of，m3/t），因已計算了蒸發(fā)耗熱（第五項(xiàng)熱支出），它的平均熱容應(yīng)該由100℃算至爐頂溫度。因此，水蒸氣帶走熱量應(yīng)為爐塵帶走的熱量可由爐塵量、爐塵比熱容及爐頂溫度來計算，（~）kJ/(kg?℃)。Q爐塵=t爐頂爐塵量=200=（kJ）所以煤氣帶走總熱量 熱支出總和：高爐熱損失熱損失所占比例 當(dāng)熱收入和熱支出的各項(xiàng)算完之后，就可以列出熱平衡表，計算熱平衡指標(biāo)。熱平衡表包括各項(xiàng)收支的熱量以及它們所占的比例。將上列計算結(jié)果列成熱平衡表:熱平衡表熱收入熱支出項(xiàng)目KcalkJ%項(xiàng)目kcalkJ%000 00　0　　　　45000188100　　　　2800001170400　　　　　　　　　　　　總計100總計11312870100高爐有效熱量利用系數(shù)高爐碳素?zé)崮芾孟禂?shù)KC= =（%）第三章 高爐煉鐵車間設(shè)計 高爐座數(shù)及容積確定 生鐵產(chǎn)量的確定本設(shè)計任務(wù)書上的生鐵年產(chǎn)量為200萬噸。 高爐煉鐵車間總?cè)莘e的確定（1）計算得到的高爐煉鐵車間生鐵年產(chǎn)量除以年工作日，即得出高爐煉鐵車間日產(chǎn)量（t），即：確定工作日：日產(chǎn)量每座高爐日產(chǎn)量（2）根據(jù)高爐煉鐵車間日產(chǎn)量和高爐有效容積利用系數(shù)可以計算出高爐煉鐵車間總?cè)莘e（m3）：選定高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)每座高爐容積 高爐座數(shù)的確定高爐煉鐵車間得總?cè)莘e確定后就可以確定高爐座數(shù)和一座高爐的容積。本設(shè)計中，一個車間的高爐容積是相同的，因?yàn)檫@樣有利于生產(chǎn)管理和設(shè)備管理。高爐座數(shù)要從兩方面考慮，一方面從投產(chǎn)、生產(chǎn)效率、管理等方面考慮，數(shù)目越少越好；另一方面從鐵水供應(yīng)、高爐煤氣供應(yīng)的角度考慮，則希望數(shù)目多些。確定高爐座數(shù)的原則應(yīng)保證在1座高爐停產(chǎn)時，鐵水和煤氣的供應(yīng)不致間斷。過去鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中高爐數(shù)目較多，近年來隨著管理水平的提高，新建企業(yè)一般只有2～3座高爐。本設(shè)計的高爐座數(shù)為兩座容積相同的高爐。 高爐煉鐵車間平面布置高爐煉鐵車間平面布置的合理性，關(guān)系到相鄰車間和公用設(shè)施是否合理，也關(guān)系到原料和產(chǎn)品的運(yùn)輸能否正常連續(xù)進(jìn)行，設(shè)施的共用性及運(yùn)輸線、管網(wǎng)線的長短，對產(chǎn)品成本及單位產(chǎn)品投資有一定影響。因此規(guī)劃車間平面布置時一定要考慮周到。 高爐煉鐵車間平面布置應(yīng)遵循的原則合理的平面布置應(yīng)符合下列原則：（1）在工藝合理、操作安全、滿足生產(chǎn)的條件下，應(yīng)盡量緊湊，并合理地共用一些設(shè)備與建筑物，以求少占土地和縮短運(yùn)輸線、管網(wǎng)線的距離。（2）有足夠的運(yùn)輸能力，保證原料及時入廠和產(chǎn)品（副產(chǎn)品）及時運(yùn)出。（3）車間內(nèi)部鐵路、道路布置要暢通。（4）要考慮擴(kuò)建的可能性，在可能條件下留一座高爐的位置。在高爐大修、擴(kuò)建時施工安裝作業(yè)及材料設(shè)備堆放等不得影響其它高爐正常生產(chǎn)。 高爐煉鐵車間平面布置形式高爐煉鐵車間平面布置形式根據(jù)鐵路線的布置可分為以下4種：一列式布置、并列式布置、島式布置和半島式布置。本設(shè)計采用一列式布置，其特點(diǎn)如下：高爐與熱風(fēng)爐在同一列線，出鐵場也布置在高爐列線上成為一列，并且與車間鐵路線平行。這種布置可以共用出鐵場和爐前起重機(jī)，共用熱風(fēng)爐值班室和煙囪，節(jié)省投資；熱風(fēng)爐距高爐近，熱損失少。但是運(yùn)輸能力低，在高爐數(shù)目多，產(chǎn)量高時，運(yùn)輸不方便，特別是在一座高爐檢修時車間調(diào)度復(fù)雜。 高爐車間勞動定員本項(xiàng)目勞動定員236人，各部門的勞動定員均按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行定員，詳細(xì)情況請參見下表：序號崗位及工種一班二班三班四班共計一、高爐煉鐵車間工藝部分　　　　　1 高爐爐長1 　　　1 2 高爐工長1 1 1 1 4 3 爐前工6 6 6 6 24 4 礦槽及上料3 3 3 3 12 5 熱風(fēng)爐工2 2 2 2 8 6 爐前水沖渣4 4 4 4 16 7 噴煤3 3 3 3 12 8 主控樓4 4 4 4 16 9 鼓風(fēng)機(jī)站3 3 3 3 12 10 煤氣布袋2 2 2 2 8 11 倒罐站4 4 4 4 16 12 電氣維修工9 　　　9 13 儀表維修工9 　　　9 14 計算機(jī)維修工3 　　　3 15 機(jī)械維修工9 　　　9 16 75噸鍋爐2 2 2 2 8 　小計65 34 34 34 167 二、給排水　　　　　1 高爐循環(huán)水泵站4 4 4 4 16 　小計4 4 4 4 16 三、計算機(jī)　　　　　1 系統(tǒng)管理、硬件維護(hù)1 1 1 　3 　小計1 1 1 　3 四、電力　　　　　2 高爐主控樓電氣室2 2 2 2 8 4 循環(huán)水泵站電氣室2 2 2 2 8 6 鼓風(fēng)機(jī)電氣室2 2 2 2 8 　小計6 6 6 6 24 五、熱力　　　　　1 鼓風(fēng)機(jī)站3 2 2 2 9 3 鍋爐5 4 4 4 17 　小計8 6 6 6 26 　　　　　　　　合 計84 51 51 50 236 第四章 高爐本體設(shè)計高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以及高爐爐型設(shè)計等。高爐爐型設(shè)計是高爐本體設(shè)計的基礎(chǔ)。近代高爐爐型向著大型橫向發(fā)展，目前，世界高爐有效容積最大的是5580m3。高爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計的先進(jìn)、合理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽的先決條件，也是高爐輔助系統(tǒng)設(shè)計和選型的依據(jù)。 高爐爐型高爐是豎爐，高爐內(nèi)部工作空間剖面的形狀稱為高爐爐型或高爐內(nèi)型。高爐冶煉的實(shí)質(zhì)是上升的煤氣流和下降的爐料之間進(jìn)行傳熱傳質(zhì)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(jìn)行傳熱傳質(zhì)的空間。高爐爐型要適應(yīng)原燃料條件的要求，保證冶煉過程的順行。近代高爐，由于鼓風(fēng)機(jī)能力進(jìn)一步提高，原燃料處理更加精細(xì)，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。高爐內(nèi)型合理與否對高爐冶煉過程有很大影響。爐型設(shè)計合理是獲得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證高爐操作順行的基礎(chǔ)。圖41 五段式高爐內(nèi)型圖Hu－有效高度；h0－死鐵層厚度；h1－爐缸高度；h2－爐腹高度；h3－爐腰高度；h4－爐身高度；h5－爐喉高度；hf－風(fēng)口高度；hz－渣口高度；d－爐缸直徑；D－爐腰直徑；d1－爐喉直徑；α－爐腹角； β－爐身角 五段式高爐爐型五段式高爐爐型如圖41所示。 高爐有效容積和有效高度對于無鐘爐頂而言，旋轉(zhuǎn)溜槽最低位置的下緣到鐵口中心線之間的距離，稱為高爐有效高度（H0）。在有效高度范圍內(nèi)，爐型所包括的容積稱為高爐有效容積（Vu）。我國曾對爐容做過系列設(shè)計，并習(xí)慣地規(guī)定，Vu≤100m3為小型高爐，Vu＝255～620m3為中型高爐，Vu＞620m3為大型高爐，把高爐分為大、中、小型是因?yàn)樵谠O(shè)計爐型時，每種類型的高爐某些參數(shù)的選取有共同之處。近代Vu＞4000m3的高爐稱為巨型高爐，其設(shè)計參數(shù)的選取與一般大型高爐也有差別。高爐的有效高度，對高爐內(nèi)煤氣與爐料之間傳熱傳質(zhì)過程有很大影響。在相同爐容和冶煉強(qiáng)度條件下，增大有效高度，爐料與煤氣流接觸機(jī)會增多，有利于改善傳熱傳質(zhì)過程，降低燃料消耗；但過分增加有效高度，料柱對煤氣的阻力增大，容易形成料拱，對爐料下降不利，甚至破壞高爐順行。高爐有效高度應(yīng)適應(yīng)原燃料條件，如原燃料強(qiáng)度、粒度及均勻性等。生產(chǎn)實(shí)踐證明，高爐有效高度與有效容積有一定關(guān)系，但不是直線關(guān)系，當(dāng)有效容積增加到一定值后，有效高度的增加則不顯著。有效高度與爐腰直徑的比值（Hu/D）是表示高爐“矮胖”或“細(xì)長”的一個重要設(shè)計指標(biāo)，不同爐型的高爐，其比值的范圍是：巨型高爐大型高爐中型高爐小型高爐～～～本設(shè)計的高爐應(yīng)屬大型高爐，～。并且，隨著高爐有效容積的增加，Hu/D在逐漸降低。 爐缸高爐爐型下部的圓筒部分為爐缸，爐缸的上、中、下部位分別設(shè)有風(fēng)口、渣口與鐵口，現(xiàn)代大型高爐多不設(shè)渣口。爐缸下部容積盛裝液態(tài)渣鐵，上部空間為風(fēng)口的燃燒帶。（1）爐缸直徑（d）。生產(chǎn)實(shí)踐表面，爐缸直徑過大和過小都直接影響高爐生產(chǎn)。直徑過大將導(dǎo)致爐腹角過大，邊緣氣流過分發(fā)展，中心氣流不活躍而引起爐缸堆積，同時加速對爐襯的侵蝕；爐缸直徑過小限制焦炭的燃燒，影響產(chǎn)量的提高。爐缸截面積應(yīng)保證一定數(shù)量的焦炭和噴吹燃料的燃燒，爐缸截面燃燒強(qiáng)度是高爐冶煉的一個重要指標(biāo)，它是指每1h每1m3爐缸截面積所燃燒的焦炭的數(shù)量，～(m2h)。爐缸截面燃燒強(qiáng)度的選擇，應(yīng)與風(fēng)機(jī)能力和條件相適應(yīng)，風(fēng)機(jī)能力大、原料透氣性好、燃料可燃性好的燃燒強(qiáng)度可選大些，否則選低值。根據(jù)高爐每天燃燒的焦炭量得到下列關(guān)系式：得出 （31）式中 I——冶煉強(qiáng)度，t/(m3d)；i燃——燃燒強(qiáng)度，t/(m2h)；Vu——高爐有效容積，m3；d——高爐爐缸直徑，m。計算得到的爐缸直徑應(yīng)該在用Vu/A進(jìn)行，不同爐容的Vu/A取值見表31。表41 不同爐容的Vu/A值爐型大型中型小型Vu/A22～2815～2210～13（2）爐缸高度（h1）。爐缸高度的確定，包括渣口高度、風(fēng)口高度以及風(fēng)口安裝尺寸的確定。鐵口位于爐缸下水平面，鐵口數(shù)目根據(jù)高爐爐容或高爐產(chǎn)量而定，一般1500～3000m3高爐設(shè)2～3個鐵口，或以每個鐵口日出鐵量1500～3000t設(shè)鐵口數(shù)目。原則上出鐵口數(shù)目取上限，有利于強(qiáng)化高爐冶煉。本設(shè)計設(shè)2個出鐵口。有效容積大于2000m3的高爐一般設(shè)置多個鐵口，而不設(shè)渣口，多個鐵口交替連續(xù)出鐵。預(yù)計本設(shè)計高爐有效容積約為1000～1500m3，但考慮到不設(shè)渣口的某些優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計也取消了渣口，而在主鐵溝處設(shè)置渣鐵分離器。風(fēng)口中心線與鐵口中心線間距離稱為風(fēng)口高度（hf），風(fēng)口與渣口的高度差應(yīng)能容納上渣量和提供一定的燃燒空間。風(fēng)口高度可參照下式計算： 式中 k——渣口高度與風(fēng)口高度之比，～，渣量大取低值。風(fēng)口數(shù)目（n）主要取決于爐容大小，與爐缸直徑成正比，還與預(yù)定的冶煉強(qiáng)度有關(guān)。風(fēng)口數(shù)目多有利于減小風(fēng)口間的“死料區(qū)”，改善煤氣分布。確定風(fēng)口數(shù)目可以按下式計算： 大型高爐 式中 d——爐缸直徑，m。風(fēng)口數(shù)目也可以根據(jù)風(fēng)口中心線在爐缸圓周上的距離進(jìn)行計算： ～，我國高爐設(shè)計曾經(jīng)是小高爐取下限，大高爐取上限。日本設(shè)計的4000m3以上的巨型高爐，增加了風(fēng)口數(shù)目，有利于高爐冶煉的強(qiáng)化。確定風(fēng)口數(shù)目時還應(yīng)考慮風(fēng)口直徑與入爐風(fēng)速，風(fēng)口數(shù)目一般取偶數(shù)。風(fēng)口直徑由出口風(fēng)速決定，一般出口風(fēng)速為100m/s以上，風(fēng)口直徑亦可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸（a）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選定，～，表32為不同容積高爐的風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸和爐喉間隙大小。表42 不同容積高爐的風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸和爐喉間隙高爐容積/m31002506001000150020002560風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸a/mm350350350400400500500爐喉間隙/mm550600700800900950～1000－爐缸高度h1 爐腹?fàn)t腹在爐缸上部，呈倒截圓錐形。爐腹的形狀適應(yīng)了爐料熔化滴落后體積的收縮，穩(wěn)定下料速度。同時，可使高溫煤氣流離開爐墻，既不燒壞爐墻又有利于渣皮的穩(wěn)定，對上部料柱而言，使燃燒帶對于爐喉邊緣的下方，有利于松動爐料，促進(jìn)冶煉進(jìn)行。，理論燃燒溫度1800～2000℃，氣體體積劇烈膨脹，爐腹的存在適應(yīng)這一變化。爐腹的結(jié)