【導(dǎo)讀】高爐本體及渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是煉鐵車間設(shè)計(jì)的重要部分。設(shè)備及渣鐵處理方式的設(shè)計(jì)均借鑒了國內(nèi)外先進(jìn)高爐的情況。本設(shè)計(jì)采用了陶瓷。杯爐缸爐底，選擇銅冷卻壁作為高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻設(shè)備。密閉循環(huán)進(jìn)行冷卻。風(fēng)口平臺(tái)出鐵場(chǎng)設(shè)計(jì)為矩形雙出鐵場(chǎng)，雙鐵口平衡布置，渣。用除塵設(shè)施改善出鐵場(chǎng)操作環(huán)境。Keywords：blastfurnace，design，refractory，coolingequipment，slagiron

　　

【正文】 ＝（ － ） +（ － ） +（ － ） ＝ Kg 注： K/（ 1－ H2OK）＝ 列物料平衡表 ，計(jì)算物料平衡誤差。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 表 物料平衡表 物 料 收 入 物 料 支 出 項(xiàng) 目 數(shù)量 Kg % 項(xiàng) 目 數(shù)量 Kg % 礦 石 生 鐵 1000 焦 炭 爐 渣 煤 粉 130 煤 氣 硅石 煤氣中水 鼓 風(fēng) 爐 塵 總 計(jì) 總 計(jì) 物料平衡誤差： 絕對(duì)誤差＝ － ＝ Kg 相對(duì)誤 差＝ ＝ %＜ % 在允許誤差范圍內(nèi)，物料平衡計(jì)算正確 高爐熱平衡計(jì)算 全爐熱平衡 （ 1）風(fēng)口前碳素燃燒放 熱：由物料平衡計(jì)算得到風(fēng)口前燃燒碳量 Cb= Kg， 則 Qs1=2340= KJ （ 2）鼓風(fēng)帶入的熱量 已知 Vb= m3，查表可知 1200℃ 時(shí)，干空氣熱焓 KJ/ m3，水蒸氣熱焓 KJ/ m3。每噸生鐵的風(fēng)量為 m3， 噴吹煤粉用的壓縮空氣數(shù)量很少 (大約 15～ 30kg/kg)，這里就不考慮了，因而鼓風(fēng)帶入的物理熱為： Qs2=Vb{（ 1－ ψ） Cpb＋ ψCpH2O} ={()+} = KJ （ 3）氫氧化熱及 CH4 生成熱 生成 CH4 耗碳 CCH4= Kg，熱量為： Qs3=112416/12= KJ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 （ 4）成渣熱（由硅石及生礦帶入的 CaO 和 MgO 計(jì)算） Qs4=270（ CaO＋ MgO） =270{(+) ＋ (+)} = KJ （ 5）因采用冷礦，爐料帶入的物理熱可忽略不計(jì)。 因此，以上各項(xiàng)熱收入總計(jì)為： Qs=Qs1＋ Qs2＋ Qs3＋ Qs4 =＋ ＋ ＋ = KJ 2．熱支出 （ 1）鐵及其他元素還原消耗 ① 鐵還原消耗 已 知 rd=， ri（ H2） =， ri（ CO） =， Fer= Kg 燃料帶入的 FeO 量 FeO 燃 =KFeOK＋ MFeOM =410＋ 130 = Kg 進(jìn)入渣中的 FeO 渣 = Kg 需分解的硅酸鐵中的 FeO 總量為 FeO 硅 = FeO′硅 ＋ FeO 燃 － FeO 渣 =＋ － = Kg ( FeO′硅 =(＋ ) = Kg 礦石中以 Fe3O4 形態(tài)存在的 FeO 量 FeO 磁 =A（ FeOA－ aFeOa） ={－ （ ＋ ﹚ } = Kg 其中 a：爐料中人造富礦配比 FeOa：燒結(jié)礦（包括球團(tuán)礦）中 FeO 含量 FeOA：混合礦中的 Fe 含量 礦石中以 Fe3O4 形態(tài)存在的 Fe2O3量為 Fe2O3 磁 = FeO 磁 160/72=160/72= Kg 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 礦石中 Fe3O4= FeO 磁 ＋ Fe2O3 磁 =＋ = Kg 礦石中自由 Fe2O3 數(shù)量 Fe2O3 赤 =AFe2O3A－ Fe2O3 磁 =－ = Kg 即鐵氧化物還原耗熱 Qd’=[FeO 硅 ＋ Fe3O4168/232＋ Fe2O3 赤 112/160＋ Ferrd＋ Fer r i（ H2） － Ferri（ CO） ] =[＋ 168/232＋ 112/160＋ ＋ － ] = KJ ② 其他元素耗熱 Qd’’=QdSi＋ QdMn＋ QdP ⅰ ) Si還原耗熱 QdSi=536010[Si] =536010=112024 KJ ⅱ ） Mn還原耗熱 QdMn=124810[Mn] =124810= ⅲ ） P 還原耗熱 QdP=627510[P] =627510= KJ Qd’’=112024＋ ＋ = KJ 則還原總耗熱 Qd1= Qd′＋ Qd″= ＋ ＝ KJ （ 2）脫硫耗熱 Qd2=1139S 渣 =1139= KJ （ 3）碳酸鹽分解耗熱 Qd3=0（加入熔劑為硅石） （ 4）水分解耗熱 Qd4=（ 2580Vbψ＋ 3211MH2OM） =（ 2580＋ 3211130） = KJ （ 5）爐料游離水蒸發(fā)耗熱 Qd5=620 = KJ （ 6）噴吹煤粉分解耗熱 Qd6=250130= KJ （按無煙煤分解熱 250kcal/kg） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 （ 7）鐵水帶走的熱量 Qd7=2801000= KJ （取鐵水比焓 280kcal/kg） （ 8）爐渣帶走熱量 Qd8=420= KJ （取爐渣比焓 420kcal/kg） （ 9）煤氣帶走熱量：當(dāng)爐頂溫度為 200℃ 時(shí)，查氣體組分熱焓表 。（ kcal/kg） 表 氣體組分熱焓表 CH4 H2 CO CO2 N2 H2O 干煤氣帶走熱量 Qd9′=∑C 氣 V 氣 =（ ＋ ＋ ＋ ＋ ） = KJ 煤氣中水蒸氣帶走熱量 Qd9″=∑ΔC 水 C 水 ={＋（ 0＋ ） （ － ） /18} = KJ （水蒸氣 100℃ 比焓為 ， 為還原生成水量） 煙塵帶走熱量 Qd9′′′=200= KJ 因此煤氣帶走熱量 Qd9= Qd9′ ＋ Qd9″ ＋ Qd9′′′ =＋ ＋ = KJ （ 10）熱損失 上列 9 項(xiàng)熱支出總耗為 Qd=Qd1＋ Qd2＋ .... ＋ Qd9= KJ 高爐熱損失 ΔQ=QS－ Qd=－ = KJ 熱損失所占比例 ΔQ/QS=100%=% 高爐有效熱量利用系數(shù) KT=1－ %－ %=% 高爐碳素?zé)崮芾孟禂?shù)： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 由還原反應(yīng)生成的 CO2 為 ，相當(dāng)于氧化生成 CO2 的碳量是 Co（ CO2） =12/= Kg KC=[2340CO＋ 5640Co（ CO2） ]/（ 7980CO） =＋ Co（ CO2） /CO =＋ =% 。 表 熱平衡表 熱 收 入 熱 支 出 項(xiàng) 目 kJ % 項(xiàng) 目 kJ % 碳素氧化熱 氧化物分解耗熱 鼓風(fēng)物理熱 脫硫耗熱 氫氧化放熱 水分分解耗熱 成渣熱 游離水蒸發(fā)耗熱 噴吹物分解耗熱 鐵水物理熱 爐 渣物理熱 煤氣帶走熱量 熱損失 總 計(jì) 總 計(jì) 高溫區(qū)熱平衡 以 950℃ 為高溫區(qū)界限溫度，進(jìn)行高溫區(qū)熱平衡計(jì)算。 1. 高溫區(qū)熱收入 （ 1）碳素在風(fēng)口前燃燒放出的熱量 Qhs1 Qhs1 = Qs1= KJ （ 2）鼓風(fēng)帶入的有效凈熱量 已知 Vb= m3， ψ = 風(fēng)中濕分 VH2O== m3 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 風(fēng)溫 1200℃ 時(shí)，干空氣的焓 ,水蒸氣的焓 ，在界限溫度時(shí)，他們的熱焓分別為 ， ，噴吹煤粉的壓縮空氣的影響不予考慮。在扣除濕分分解耗熱后，鼓風(fēng)帶給高溫區(qū)的熱量為： Qhs2={[(1－ )(－ ) ＋ (－ )]－ 2580} = Kg （ 3）高溫區(qū)的熱收入 Qhs=Qhs1＋ Qhs2 =＋ = KJ 燃燒每千克碳素的有效熱量： qc= Qhs /Cb=2. 高溫區(qū)熱支出 （ 1）鐵及合金元素直接還原耗熱： 已知每噸生鐵的還原鐵量 Kg，直接還原度 rd=， ri(H2)=， [Mn]=，[Si]=， [P]= 高溫區(qū)直接還原耗熱 Qhd1={（ ＋ ）＋ 12480 ＋ 536000＋ 62750} = KJ （ 2）碳酸鹽分解耗熱 Qhd2=0 （ 3）鐵水帶走熱量 (高溫區(qū)界限溫度 950176。C時(shí)生鐵焓為 150KJ/m3) Qhd3=（ 280150） 1000= KJ （ 4）爐渣帶走的熱量 Qhd4=(420220)= KJ （ 5）煤粉升溫及分解耗熱（煤粉在 950176。C時(shí)熱焓為 345KJ/m3） Qhd5=（ 345+250） 130= KJ （ 6）高溫區(qū)熱損失 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 Qhd6=Qhs－ Qhd1－ Qhd2－ Qhd3－ Qhd4－ Qhd5 =－ － － － = KJ 高溫區(qū)熱損失占熱比例 100%=% 表 高溫區(qū)熱平衡表 熱 收 入 熱 支 出 項(xiàng) 目 kJ % 項(xiàng) 目 kJ % 碳素燃燒熱 直接還原耗熱 鼓風(fēng)有效熱 鐵水帶走熱量 爐渣帶走熱量 煤粉升溫分解熱 高溫區(qū)熱損失 總 計(jì) 總 計(jì) 煉鐵焦比的計(jì)算 由以上設(shè)計(jì)過程獲得已知量 熱風(fēng)溫度 1200℃ ，鼓風(fēng)濕度 ψ=； 噴煤量 130Kg（煤粉含 C=%， H2=%， H2O=%）； 硅石用量 Kg（硅石含 CO2=%， CaO=%）； 渣量 Kg，爐渣堿度 ，進(jìn)渣硫量 Kg； 直接還原度 rd=，高溫氫利用率取 ； 焦炭含碳量 %，高爐利用系數(shù) ηv= t/（ m3d） CdFe= Kg， Cda= Kg 碳為 Cd=CdFe+Cda=＋ = Kg Cc= Kg Cj=MCM=130= Kg 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 鼓風(fēng)含氧量 O2b= 每 1m3 鼓風(fēng)的碳素燃燒熱 qh=╳ 2340= KJ/m3 每 1m3 鼓風(fēng)的物理熱 qw=(－ － 2580)= KJ/m3 （鼓風(fēng) 1200℃ 時(shí)的焓為 KJ/m3，界 限溫度 950℃ 的熱焓 KJ/m3，這里未考慮噴吹煤粉用壓縮空氣的影響。） 鼓風(fēng)中濕風(fēng)分解出的氫參加浮氏體還原，每立方米鼓風(fēng)氫還原耗熱為： qf== KJ/m3 因此，每立方米鼓風(fēng)給高溫區(qū)的綜合熱量是： q= qh+ qw－ qf=＋ － = KJ/m3 鐵的直接還原耗熱： QdFe=6491= KJ 高溫區(qū)其他因素耗熱： Qh 其他 ={53600[Si] ＋ 12480[Mn] ＋ 32570[P] ＋ H2j＋ 硅 ＋（ 130000＋ 210U）＋ 595M＋ 1000ZoCK/ηV} 式中 H2j：每噸生鐵由噴吹燃料帶入的氫量， m3 其計(jì)算式為 H2j=M（ H2M＋ 2H2OM/18） （這里取 Z0=300 kcal/kgC，高溫區(qū)域熱損失為全爐熱損失的 80%。） Qh 其他 =[53600+12480+62750+ 130(+2)+（ 130000+210） +595130 +3001000] = KJ 因此， Vb=(QhdFe＋ Q 其他 )/（ qh＋ qw－ qf） =(＋ )/ = m3 風(fēng)口前燃燒碳量為： Cb=O2bV b== Kg K=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，取生成 CH4 的碳是 a′=，則焦比為 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 K=（ ＋ ＋ － ） /{（ 1－ ） } = Kg 本設(shè)計(jì)焦比為 410Kg，兩者相差 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 第三章 高爐內(nèi)型設(shè)計(jì) 本高爐爐型設(shè)計(jì)采取經(jīng)驗(yàn)公式于理論計(jì)算結(jié)合的方法，并參考國內(nèi)外高爐的內(nèi)型尺寸，如鞍鋼（ 2025m3）、美國共和南廠（ 2054m3）、包鋼（ 1800m3）、本鋼5高爐（ 20xxm3）、前蘇聯(lián)（ 1719m3） 等高爐。本高爐爐型設(shè)計(jì)公式有 [22]: 爐缸直徑 d＝ 死鐵層厚度 h0≥ 爐缸設(shè)計(jì) 爐缸尺寸 由經(jīng)驗(yàn)公式 d＝