【導讀】本設計是設計年產(chǎn)480萬噸煉鋼生鐵，70萬噸鑄造生鐵的高爐煉鐵車間。送風系統(tǒng)采用四座外燃式熱風爐，煤氣處理系統(tǒng)采用重力除塵器、布袋。渣鐵處理系統(tǒng)采用圖拉法水淬渣處理，上料系統(tǒng)采用皮帶上料機，保。證高爐的不間斷供料。設計中應用了許多先進的工藝，這些工藝在實行大噴煤技術提高傳熱效。率，節(jié)能，提高生產(chǎn)率方面起了重要的作用。在設計中，廣泛吸收前人技術革。新和國內(nèi)外科學研究成果。根據(jù)實際需要及可能性，盡量采用先進設備、結構、做到技術上先進，經(jīng)濟上合理，又減少環(huán)境污染。車間總體布置形式為島式。

　　

【正文】 石灰石 爐渣 焦炭（濕） 325 煤氣（干） 鼓風（濕） 煤氣中水 煤粉 爐塵 Σ 100 Σ 100 相對誤差 ＝（ － ） /＝ %＜ % 熱平衡計算 熱量收入 q 收 碳素氧化放熱 qC （ 1） 碳素氧化為 CO2 放出的熱量 ： 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 16 頁 他素氧化產(chǎn)生 CO2 的體積為： 氧化 ＝ 煤氣 － 揮 － 分 ＝ － － ＝ ＝ 氧化 12/ ＝ 12/ ＝ 式中 ——C 氧化為 CO2 放熱， kJ/kg （ 2） 碳素氧化為 CO 放出的熱量 qCO： 碳素氧化生成 CO 的體積為： VCO 氧化 ＝ VCO 煤氣 － VCO 揮 ＝ － ＝ qCO＝ VCO 氧化 12/ ＝ 12/ ＝ 式中 ——C 氧化為 CO 放熱， kJ/kg 故 qC＝ ＋ qCO ＝ ＋ ＝ 鼓風帶入的熱量 q 風 q 風 ＝（ V 風 － V 風 Φ） q 空氣 ＋ V 風 Φq 水氣 ＝（ － %） ＋ % ＝ 式中 q 空氣 —— 在 1150℃ 下空氣的熱容量，其值為 q 水氣 ——在 1150℃ 下水氣的熱容量，其值為 氫氧化為水放熱 ＝ 還 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17 頁 ＝ ＝ 式中 ——H2 氧化為水放熱， kJ/kg 甲烷生成熱 ＝ 碳 16/ ＝ 16/ ＝ 式中 ——甲烷生成熱， kJ/kg 成渣熱 q 渣 。石灰石分解產(chǎn)生的 CaO 和 MgO 與 SiO2 反應放熱，每千克 （ CaO＋ MgO） 放熱 q 渣 ＝ G 熔 （ CaO%熔 ＋ Mg%熔 ） ＝ （ %＋ %） ＝ 爐料物理熱 q 物 80℃ 冷綜合礦比熱容為 kJ/kg℃ 。 q 物 ＝ G 礦 80 ＝ 80 ＝ 熱量總收入： q 收 ＝ qC＋ q 風 ＋ ＋ ＋ q 渣 ＋ q 物 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＝ 熱量支出 q 支 氧化物分解吸熱 q 氧化物分解 （ 1） 鐵氧化物分解吸熱 q 鐵氧化 ： 可以考慮其中有 20%FeO 以硅酸鐵形式存在，其余以 F3O4 形式存在，因此： GFeO 硅 ＝ G 礦 FeO%礦 20%＝ %20%＝ 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18 頁 GFeO 磁 ＝ G 礦 FeO%礦 － GFeO 硅 ＝ %－ ＝ 磁 ＝ GFeO 磁 160／ 72＝ 160／ 72＝ 游 ＝ G 礦 Fe2O3 礦 %－ 磁 ＝ %－ ＝ ＝ GFeO 磁 ＋ 磁 ＝ ＋ ＝ qFeO 硅 ＝ GFeO 硅 ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ 游 ＝ 游 ＝ ＝ 式中 、 、 ——分別為 FeSiO Fe3O Fe2O3 分解熱，kJ/kg q 鐵氧化 ＝ qFeO 硅 ＋ ＋ 游 ＝ ＋ ＋ ＝ （ 2） 錳氧化物分解吸熱為 q 錳氧分 ＝ [Mn]% 1000 ＝ %1000 ＝ 式中 ——由 MnO 分解產(chǎn)生 1kg 錳吸收的熱量， kJ/kg （ 3） 硅氧化物分解吸熱為 q 硅氧分 ＝ [Si]% 1000 ＝ %1000 ＝ 式中 ——由 SiO2 分解產(chǎn)生 1 kg 硅吸 收的熱量， kJ/kg （ 4） 磷酸鹽分解吸熱為 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 q 磷鹽分 ＝ [P]% 1000 ＝ %1000 ＝ 式中 ——Ca3（ PO4） 2 分解產(chǎn)生 1 kg 磷吸收熱量， kJ/kg 故 q 氧化物分解 ＝ q 鐵氧化 ＋ q 錳氧分 ＋ q 硅氧分 ＋ q 磷鹽分 ＝ ＋ ＋ ＋ ＝ 脫硫吸熱 q 脫硫 ＝ GS 渣 ＝ ＝ 式中 ——假定礦中硫以 FeS 形式存在，脫出 1kg 硫吸熱量值， kJ/kg 碳酸鹽分解吸熱 q 碳酸鹽分解 熔劑中 CaCO3 和 MgCO3 分解出 CO2的量為： 鈣 ＝ G 熔 CaO%熔 ＝ % ＝ 鎂 ＝ 分 鈣 ＝ ＝ q 碳酸鹽分解 ＝ 鈣 44/4048＋ 鎂 44/2489 ＝ 44/4048＋ 44/2489 ＝ 式中 4048,2489—分別為由 CaCO3， MgCO3 分解 1kg 的 CO2 吸熱， kJ。 水分分解吸熱 q 水分 ＝（ V 風 Φ18/＋ G 煤 H2O%煤 ） ＝（ %18/＋ 145%） ＝ 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 20 頁 式中 ——水分解吸熱， kJ/kg 爐料游離水蒸發(fā)吸熱 q 汽 ＝ G 焦 H2O%焦 2682 ＝ %2682 ＝ 式中 2682——1 kg 水由 0℃ 變?yōu)?100℃ 水汽吸熱， kJ/kg 鐵水帶走的熱 q 鐵水 q 鐵水 ＝ 10001173＝ 1173000kJ 式中 1173——鐵水熱容量， kJ/kg 爐渣帶走的熱 q 渣 ＝ G 渣 1760＝ 1760＝ 568216kJ 式中 1760——爐渣熱容量， kJ/kg 噴吹物分解吸熱 q 噴 ＝ G 煤 1048＝ 1451048＝ 151960kJ 式中 1048——煤粉分解熱， kJ/kg 爐頂煤氣帶走的熱量 q 煤氣 從常溫到 200℃ 之間， 各種氣體的平均比熱容 Cρ[kJ/(kg℃ )]如下（表 ）： 表 各種氣體的平均比熱容 N2 CO2 CO H2 CH4 H2O 汽 （ 1） 干煤氣帶走的熱量為 q 煤氣干 ＝（ ＋ ＋ ＋ ＋ ） 240 ＝（ ＋ ＋ ＋ ＋ ） 200 ＝ （ 2） 煤氣中水汽帶走的熱為 q 水 ＝ （ 200－ 100） ＝ 100 ＝ 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 21 頁 q 煤氣 ＝ q 煤氣干 ＋ q 水 ＝ ＋ ＝ 爐塵帶走的熱量 q 塵 ＝ G 塵 200＝ 20200＝ 式中 ——為爐塵的比 熱容， kJ/(kg℃ ) 故 q 支 ＝ q 氧化物分解 ＋ q 脫硫 ＋ q 碳酸鹽分解 ＋ q 水分 ＋ q 汽 ＋ q 鐵水 ＋ q 渣 ＋ q 噴 ＋ q 煤氣 ＋ q 塵 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋1173000＋ 568216＋ 151960＋ ＋ ＝ 1 冷卻水帶走及爐殼散發(fā)熱損失 q 損失 ＝ q 收 － q 支 ＝ － ＝ 熱平衡表 見表 。 表 熱平衡表 熱收入 kJ % 熱支出 kJ % 碳素氧化放熱 氧化物分解 熱風帶的熱 脫硫 甲烷生成熱 碳酸鹽分解 氫氧化放熱 游離水蒸發(fā) 物料物理熱 鐵水帶熱 1173000 成渣熱 爐渣帶熱 568216 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 22 頁 總計 噴吹物分解 151960 煤氣帶熱 水分分解 爐塵帶熱 熱損失 總計 100 熱量利用系數(shù) KT KT＝ 總熱量收入－（煤氣帶走的熱＋熱損失） ＝ 100%－（ ＋ ） % ＝ % 對于一般中小型高爐 KT 值為 80%~85%［ 10］ ，近代高爐由于大型化和原料條件的改善可達到近 90% 碳素利用系數(shù) KC KC＝放熱燃燒生成除進入生鐵外的碳全部 放熱和碳素氧化熱（燃燒生成 22 )COCOCO 100% ＝ [()]100% ＝ % KC值對于中小型高爐為 50%~60%，大型而原料條件較好的高爐可達到 65%以上。 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 23 頁 2 高爐本體設計 高爐本體包括高爐基礎、鋼結構、爐襯、冷卻裝置，以及高爐爐型設計計算等。高爐的大小以高爐有效容積 表示；高爐有效容積和座數(shù)表明高爐車間的規(guī)模，高爐有效容積和爐型是高爐本體設計的基礎。近代高爐有效容積向大型化發(fā)展。目前，世界大型高爐有效容積已達到 5000m3 級，而爐型設計則向著大型橫向發(fā)展， H/D 值已近 左右。高爐本體結構的設計以及是否合理是實現(xiàn)優(yōu)質、低耗、高產(chǎn)、長壽的先決條件，也是高爐輔助系統(tǒng)裝置的設計和選型的依據(jù)。高爐爐襯用耐火材料，已由單一的陶瓷質耐火材料，普遍地過渡到陶瓷質和碳質耐火材料綜合結構，也有采用高純度 Al2O3 的剛玉磚和碳化硅磚；高爐冷卻設備期間結構亦在不斷改進，軟水冷卻、純水冷卻在 逐漸擴大其使用范圍。由于高爐綜合設計水平的提高，強化高爐爐齡已經(jīng)可望達到十年或更長。高爐本體結構及其設計是高爐車間實際首要解決的關鍵所在，必須慎重對待。 高爐爐型 高爐是豎爐。高爐內(nèi)部工作空間剖面的形狀成為高爐爐型或高爐內(nèi)型。高爐問世二百多年來，隨著人們對產(chǎn)量的要求和原料燃料條件的改善，以及鼓風能力的提高，高爐爐型也在不斷地演變和發(fā)展。 高爐冶煉的實質是上升的煤氣流和下降爐料之間所進行的傳熱傳質過程，因此必須提供燃料燃燒所必須的空間，提供高溫煤氣流與爐料進行傳熱傳質的空間。爐型要適應爐料燃燒條件，保 證冶煉過程的順行。 爐型設計與計算 高爐爐型設計的依據(jù)是單座高爐的生鐵產(chǎn)量，由產(chǎn)量確定高爐有效容積。歷史上曾有過將產(chǎn)量與有效高度直接聯(lián)系起來，結果設計爐型都是依產(chǎn)量大小的相似形，這顯然是不合理的；也曾有過以產(chǎn)量定爐缸截面積，在焦比一定的條件下，爐缸單位面積的燃燒強度，便可以確定某一合適的數(shù)值，這樣做雖然有一定的道理，但并不全面?，F(xiàn)在多數(shù)國家都是以產(chǎn)量和有效容積利用系數(shù)（ ηv）來確定高爐有效容積，再以有效容積為基礎，計算其他尺寸。 有關爐型的名詞概念： 遼寧科技學院本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 24 頁 設計爐型 —— 按照設計尺寸砌筑的爐型； 操作爐型 — — 高爐投產(chǎn)后，工作一段時間，爐襯侵蝕，形狀發(fā)生變化后的爐型； 合理爐型 —— 冶煉效果較好，獲得優(yōu)質、低耗、高產(chǎn)和長壽的爐型，它具有時間性、相對性。 高爐冶煉是復雜的物理化學過程，設計的爐型必須適應冶煉過程的需要，設計爐型應能保證高爐一代獲得穩(wěn)定的較高的產(chǎn)量，優(yōu)質的產(chǎn)品，較低的