【正文】 件下有 40%的 H2 參加還原，則參加還原的 H2 量==生成 CH4 的 H2 量=2= m 3進入煤氣的 H2 量== m 3= =%（假定用 H2 還原的鐵氧化物中，1/3 用于還原2Hir950?Fe2O3，2/3 用于還原 FeO）(3)由 Fe2O3→FeO 生成 CO2 的量= = 由 FeO→Fe 生成 CO2 的量= （） = m35由 MnO2→MnO 生成的 CO2 的量= = m387另外，H 2 參加還原反應(yīng)，相當(dāng)于同體積的 CO2 所參加的反應(yīng)，所以 CO2 的生成量中應(yīng)該減去 ，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 =360 + = m34. 4因此，煤氣的總 CO2 量=+=316 .18 m3(4)風(fēng)口前碳素燃燒生成的 CO= = m312元素直接還原生成 CO 的量= = m34焦炭揮發(fā)分中 CO 的量=360 = m3因此，間接還原消耗碳= 3煤氣中總 CO 的量=547 .79++= m3(5)總 N2 的量= =()?3 高爐物料平衡計算 13+360 +160=++= m3根據(jù)以上計算結(jié)果，列出煤氣組成表 表 煤氣組成成分 CO2 CO N2 H2 CH4 總計 Vg/ V 風(fēng)M3 % 編制物料平衡表（1）計算鼓風(fēng)量：1 m3 鼓風(fēng)質(zhì)量= kg/ m 3 全部鼓風(fēng)質(zhì)量== kg（2）計算煤氣的質(zhì)量 ??????煤 氣 的 質(zhì) 量 = kg/ m3全部煤氣質(zhì)量== kg（3）水分計算爐料帶入水分=360=17 .28 kg煤粉帶入水分=160=1 .26 kgH2 還原生成的水分= = 所以水分的總質(zhì)量=++= kg（4）爐料機械損失== kg根據(jù)上述結(jié)果，列出物料平衡，如下表 表 物料平衡表序號 收入項 Kg 序號 支出項 Kg1 原燃料 1 生鐵 2 鼓風(fēng) 2 爐渣 3 煤氣 4 水分 5 爐塵 共計 共計 1414據(jù)對誤差 % 相對誤差 %一般要求物料計算的相對誤差應(yīng)在 %以下，故本計算符合要求。4 高爐熱平衡計算 熱平衡計算的目的熱平衡計算的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)熱能的利用情況，研究改善高爐熱能利用和降低消耗的途徑。通過計算調(diào)查高爐冶煉過程中單位生鐵的熱量收入與熱量支出，說明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計算表研究高爐冶煉過程的基本方法 [2]。 熱平衡計算方法熱平衡計算的量論依據(jù)是能量守恒定律，即單位生鐵投入的能量總和應(yīng)等于中位個鐵各項熱消耗總和。熱平衡計算采用差值法，即熱損失是以總的熱量收入減去各項熱量的消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項，所以熱平衡表面上沒有誤差，因為一切誤差都集中掩蓋在所有熱損失之中。根據(jù)計算的目的和分析的需要，熱平衡可分為全爐熱平衡與區(qū)域熱平衡。全爐熱平衡是把整個高爐作為研究對象、計算它的各項熱收入與支出，用來分析高爐冶煉過程令的能量利用情況。而區(qū)域熱平衡是把高爐的某一個區(qū)域作為研究對象，計算和分析這個區(qū)域內(nèi)的能量利用情況。雖然計算熱平衡的部位與方法不向，但計算的目的都是為尋找降低能耗的途徑和確定一定冶煉條件下的能耗指標(biāo)。理論上可以以把高爐內(nèi)的任何一個部位當(dāng)作區(qū)域熱平衡的計算對象，但由于決定向爐冶煉能耗指標(biāo)的主要因素存在于高爐下部的高溫區(qū)。因此，常用高爐下部屬溫區(qū)熱平衡進行計算。本例采用第一熱平衡法計算進行熱平衡計算。第一種熱平衡法，亦稱熱工法熱平衡。它是根據(jù)羔斯定則，不考慮爐內(nèi)的實際反應(yīng)過程．耍以物料最初與最終狀態(tài)所具有的熱力學(xué)參數(shù)為依據(jù)，確定高爐內(nèi)的過程中所提供和消耗的熱量。它的熱收入規(guī)定為焦炭和噴吹物的熱值(即全部C 完全燃燒成 CO2 和 H2 全部燃燒成 H2O 時放出的熱量)、熱風(fēng)與爐料帶入的物理4 高爐熱平衡計算 15熱及少量成渣熱。而熱支出為氧化物、硫化物和碳酸鹽的分解熱，噴吹燃料的分解熱，水分分解熱。脫 S 反應(yīng)耗熱，渣鐵和爐頂煤氣熱焓與熱值，冷卻水代走的熱量和爐體散熱損失等項。這種熱平衡計算法中，把焦炭和噴吹的燃料完全燃燒時放出的熱量當(dāng)作熱收入。而實際上高爐冶煉過程中有相當(dāng)一部分 C 并沒有完全燃燒，以 CO 的形態(tài)離開了高爐。還有一部分進入生鐵中和爐守中的 C 則完全權(quán)有燃燒，因此，必須把爐頂煤氣與未燃燒 C 的熱值當(dāng)作熱支出來處理。另外，這種計算中，把爐內(nèi)還原反向看成兩步完成的，即硫化物的分解和還原劑的氧化，把還原劑氧化放熱(即 C 和 CO 的燃燒)當(dāng)作熱收入項。而把氧化物的分解吸熱當(dāng)作熱支出項。這就不符實際地夸大熱量收入與支出從邑，熱平衡總量中各項所占比例失真，難以通地?zé)崞胶饪偭颗c各項的比例來直觀地判斷爐內(nèi)能量利用情況及各種因素對冶煉指標(biāo)的影響。同時，在熱平衡計算中看不出爐內(nèi)各熱效應(yīng)的作用，這也是此種熱平徹計算法們?nèi)秉c [2]。 熱平衡計算過程需要補充的原始條件：鼓風(fēng)溫度 1150℃；爐頂溫度 200℃；入爐礦石溫度為 80℃。 熱量收入（1）碳素氧化熱 由 C 氧化 1m179。 成 CO2 放熱 = KJ/m179。?由 C 氧化成 1m179。 的 CO 放熱 = KJ/m179。97碳素氧化熱=+()= KJ（2）熱風(fēng)帶入熱1150 ℃時干空氣的比熱容為 ℃ ，水蒸氣的比熱為 kJ/ m3℃, 熱風(fēng)帶入熱=[(1252 .)+]1150= 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，1kg放出熱量 kJ混合礦的 CaO= = KJ456成渣熱=32 .75= kJ1616（4）混合礦帶入的物理熱80 ℃時混合礦的比熱容為 KJ/Kg℃混合礦帶入的物理熱=1 .080= kJ（5）H 2 氧化放熱1m179。 H2 氧化成 H2O 放熱 KJH2 氧化放熱=10806 .65= kJ（6）CH 4 生成熱1Kg CH4 生成熱= = KJ16784.CH4 的生成熱=9 .78 = KJ2.冶煉 1t 生鐵總熱為以上各熱量的總和= KJ 熱量支出（1） 氧化物分解與脫硫耗熱1）鐵氧化物分解熱：設(shè)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、Fe 3O4 和 Fe2O3 三部分組成。m（FeO） 硅酸鐵 =+360+160= 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 == kgm(FeO)四氧化三鐵 = == kgm(Fe2O3)四氧化三鐵 = = kg72160m(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 硅酸鐵分解熱 == KJ， ( KJ/kg FeO 硅酸鐵 )Fe4O3 分解熱 =（+）=1591337 .37 KJ（ KJ/kg Fe 4O3）Fe2O3 分解熱 == KJ， （ KJ/kg Fe 2O3）鐵氧化物分解總熱=++= KJ2）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；4 高爐熱平衡計算 17MnO2→Mn 分解熱=1670 .86= KJMnO→Mn 分解熱=0 .8= KJ， ( KJ/KgMn)錳氧化物分解總熱=+= KJ3）SiO 2 分解熱 == KJ， （ KJ/Kg Si）4）Ca 3(PO4)2 分解熱== KJ5）脫 S 耗熱由于 CaO 脫硫耗熱 KJ/ KgS，MgO 脫硫耗熱為 KJ/ KgS，二者差別較大，故取其渣中成分比例（：≈）來計算平均脫硫耗熱。1 Kg 硫的平均耗熱= KJ脫 S 耗熱=5969 .99= KJ氧化物分解和脫硫總熱為上述 1）～5）項熱耗之和，即Q 總 =++++= KJ（2）碳酸鹽分解熱 由 CaCO3 分解出 1 Kg 的 CO2 需熱 KJ，由 M gCO3 分解出 1 Kg CO2需熱 KJ，混合礦石 CO2 量== Kg。假定 CaCO3 和M gCO3 是按比例分配的。其中以 CaCO3 分解的 CO2 為 = Kg；故以 MgCO3 ?式分解的 CO2 量== Kg。碳酸鹽分解總熱=+= KJ（3）水分分解熱== KJ ( KJ/ 2O)（4）噴吹物分解熱=160=202276 kJ ( 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 KJ，再變成 100℃水蒸氣吸熱 2261 KJ 總吸熱為 KJ游離水蒸發(fā)熱=3602595 .96= KJ（6）生鐵帶走熱表 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= KJ/kg，鐵水帶走熱=1000=1172360 KJ（7）爐渣帶走熱 表 各種爐渣的熱焓值 [2]1818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= KJ/kg，爐渣帶走熱== KJ（8）爐頂煤氣帶走熱，爐頂溫度為 200℃時煤氣各成分比熱容見表 表 200℃時爐頂煤氣比熱容 [2]CO2 CO N2 H2 CH4 H2O 干煤氣比熱容=1 .787+(+)++= KJ/ m3℃干煤氣帶走熱=200= KJ水蒸氣帶走熱= 100= KJ1824爐塵帶走的熱=0 .+= KJ(爐塵比熱容 KJ/Kg℃)煤氣帶走總熱=498992 .52++= KJ前 8 項總和為=9779979 .04 KJ（9）外部熱損失== KJ(包括散熱和冷卻水帶走熱)根據(jù)熱收入與熱支出數(shù)值列表于 表 熱平衡表序號收入項名稱 KJ %序號支出項名稱 KJ %1 碳的氧化熱 1氧化物分解、脫硫 2 熱風(fēng)帶入熱 2 碳酸鹽分解 3 成渣熱 3 水分分解 4 物料物理熱 4 噴吹物分解 5H2 的氧化熱 5 游離水蒸發(fā) 6 CH4 生成熱 6 鐵水帶走 7 爐渣帶走 8 煤氣帶走 9 外部熱損失 共 共 4 高爐熱平衡計算 19計 計 熱平衡指標(biāo)計算（1）碳素?zé)崮芾孟禂?shù) Kc %10COK2??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c= %???焦焦（2）熱量有效利用系數(shù) K Kt =（高爐總熱量收入煤氣帶走熱外部熱損失） %=（100 ）%=%從上述指標(biāo)可以看出，K c 值一般在 50%～60%之間，個別可高達 65%。本例 Kc=%說明碳素?zé)崮芾帽容^好。K t 值一般為 80%～90%，本例的利用系數(shù)比較高。20205 高爐爐型設(shè)計 總述高爐設(shè)計包括基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以及高爐爐型設(shè)計等。高爐的大小以高爐有效容積表示，高爐有效容積和高爐座數(shù)表明高爐車間的規(guī)模，高爐爐型設(shè)計是高爐本體設(shè)計的基礎(chǔ)。 高爐爐型計算 確定年工作日和日產(chǎn)量年工作日定為 347 天，則日產(chǎn)量為 P 總 = = t34710? 定容積選定高爐座數(shù)為 1 座，利用系數(shù)為 = t/（m 3 d） Vη每座高爐容積 Vu= =1498 m179。中η? 爐缸尺寸 （1）爐缸直徑 選定冶煉強度 I= t（m 3 d）。燃燒強度 =25 t/md燃i則: d= = m，取 d= m中uiIV校核 Vu/A=,一般大型高爐在 22～28 之間，計算合理。（2）爐缸高度 1) 出鐵次數(shù)取 40 次，取渣口高度 hz= m2）風(fēng)口、鐵口中心高 a= m，風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸 b= m爐缸高 h1=hz+a+b= m,取 h1= m取死鐵層深度為 h 0= m5 高爐爐型設(shè)計 213）風(fēng)口數(shù)目N=3d=3= 取 24 個設(shè) 2 個鐵口，不設(shè)渣口。 爐腰直徑取 D/d=，D=8 .6=,取 D= m 爐腹高取 α=80176。30′， h2=（Dd）tanα/2= m 爐喉直徑取 d1/D=，d 1=D=，取 d1= m，另取 h5= m 爐身高取 β=84176。57′，h 4=(Dd1)tanβ/2= m，取 h4= m 高爐有效高取 Hu/D= m,Hu== m 爐腰高 h3=Hu（h 1+h2+h4+h5）=2 m 有效容積