【正文】 ，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(shuō)明書(shū) 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(shuō)明書(shū) 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(guó)內(nèi)外高爐的內(nèi)型尺寸，如鞍鋼（ 2025m3）、美國(guó)共和南廠（ 2054m3）、包鋼（ 1800m3）、本鋼5高爐（ 20xxm3）、前蘇聯(lián)（ 1719m3） 等高爐。） 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%。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。 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(shuō)明書(shū) 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。（ 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(shuō)明書(shū) 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 =＋ =% 。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(shuō)明書(shū) 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)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 表 煤氣成分表 項(xiàng) 目 CO2 CO H2 CH4 N2 ∑ 體積， m3 含量， % 煤氣量與鼓風(fēng)量體積之比 Vg/Vb＝ ＝ 煤氣密度 ρg＝ {16+（ +） 28+2+44}/ ＝ Kg/m3 每噸生鐵的煤氣質(zhì)量 Gg＝ Vgρg＝ ＝ Kg 還原生成的 H2O＝ H2r18/＝ 18/＝ Kg 礦石帶入的結(jié)晶水＝ 0 ＝ 0 Kg 焦炭帶入的游離水＝ {K﹙ 1＋ ﹚ H 2OK}/（ 1－ H2OK） ＝ {410﹙ 1＋ ﹚ }/（ ）＝ Kg 進(jìn)入煤氣的 H2O 量＝ +＝ Kg 礦石量＝ ＝ Kg 焦炭量＝ 410（ 1－ ）＝ Kg 硅石量＝ ＝ Kg 因此，機(jī)械損失（含爐塵）量為 ＝（ － ） +（ － ） +（ － ） ＝ Kg 注： K/（ 1－ H2OK）＝ 列物料平衡表 ，計(jì)算物料平衡誤差。礦石成分經(jīng)補(bǔ)齊平衡計(jì)算后見(jiàn)表 （ 2） 冶煉制鋼生鐵，規(guī)定生鐵成分 [Si]＝ %， [S]＝ % （ 3） 煉鐵焦比 K＝ 410 Kg/t，煤比 M＝ 130 Kg/t （ 4） 規(guī)定爐渣堿度 R＝ CaO/ SiO2＝ （ 5） 元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率見(jiàn)表 （ 6） 選取鐵的直接還原度 rd＝ ，氫的利用率 ηH2＝ 35% （ 7） 空氣濕 度為 g/m3 （ 8） 鼓風(fēng)濕度為 ψ＝ ＝ ，即 % （ 9） 熱風(fēng)濕度為 1200℃ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 表 原料成分表（ %） 項(xiàng)目 TFe Mn P S FeO Fe2O3 CaO 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 生礦 硅礦 0 0 0 0 石灰石 0 0 0 0 混合礦 續(xù)表 項(xiàng)目 MgO SiO2 Al2O3 MnO MnO2 P2O5 FeS 燒結(jié)礦 0 球團(tuán)礦 0 生礦 0 0 硅礦 0 0 0 0 石灰石 0 0 0 混合礦 續(xù)表 項(xiàng)目 RxOy CO2 CaF2 K2O Na2O ∑n 燒結(jié)礦 0 100 球團(tuán)礦 0 100 生礦 0 0 0 100 硅礦 0 0 0 0 0 100 石灰石 0 0 0 0 100 混合礦 0 100 對(duì)于生礦，補(bǔ)齊平衡計(jì)算后 ∑n＝ 100 燒損 （其中含有結(jié)晶水） 對(duì)于混合礦，補(bǔ)齊平衡后 ∑n＝ 100 燒損 % 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 表 元素在生鐵爐渣煤氣中的分配率 項(xiàng)目 Fe K Mn Na P S 生鐵 爐渣 0 煤氣 0 0 0 0 0 2. 配料計(jì)算 （ 1） 鐵礦石用量計(jì)算 燃料帶入鐵量 Fef Fef＝焦炭帶入 +煤粉帶入 ＝ 410（ 56/72＋ 56/88）＋ 13056/72 ＝ Kg 計(jì)算礦石用量 A A＝ [1000﹙ － [Si] － [S] ﹚－ 100Fefη﹙ 1 ﹚ ]/[ η﹙ 1 ﹚ TFe＋ 礦 ＋ 礦 η﹙ 2﹚ ] ＝ [1000﹙ － － ﹚－ ]/[＋＋ ] ＝ Kg ﹙ 2﹚ 生鐵成分計(jì)算 [Fe] ＝﹙ ATFe/100＋ Fef﹚ ＝﹙ ＋ ﹚ ＝ [P] ＝﹙ AP 礦 /100＋焦炭中 P 帶入量﹚ /10 ＝﹙ ＋ 41062/142﹚ /10 ＝ [Mn] ＝ AMn 礦 /100η﹙ 2﹚ /10 ＝ ＝ [C] ＝ 100－ [Fe] － [Si] － [Mn] － [P] － [S] ＝ 100－ － － － － 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 ＝ 生鐵成分表如表 表 生鐵成分表（ %） 項(xiàng)目 Fe Si Mn P S C ∑ 比例 （ 3）熔劑用量計(jì)算 礦石燃料帶入的 CaO 量＝ ＋ ＋ 130 ＝ Kg 礦石燃料帶入的 Si02＝ +410 ＋ － 1060/28 ＝ Kg 由計(jì)算可見(jiàn) SiO2 量小于 CaO 量，故原料中加入 SiO2 作為熔劑。88＝ ） 表 煤粉成分表（ %） C H O N S H2O 續(xù)表 灰分（ %） SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 合計(jì) （ 1） 原料成分：采用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、生礦冶煉。 高爐本體和出鐵場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)上述文獻(xiàn) 資料的分析總結(jié)，按照高爐設(shè)計(jì)先進(jìn)、合理、可行、經(jīng)濟(jì)的原則，本設(shè)計(jì)擬采用如下方案：采用陶瓷杯爐缸爐底；出鐵場(chǎng)設(shè)計(jì)為雙矩形出鐵場(chǎng)，用圖拉法水沖渣處理爐渣。水淬后的爐渣通過(guò)沖渣溝隨水流入過(guò)濾池，沉淀、過(guò)濾后的水淬渣，用電動(dòng)抓斗機(jī)從過(guò)濾池中取出，作為成品水渣外運(yùn)。缺點(diǎn)是運(yùn)行不穩(wěn)定，故障率高[20]~[21]。水渣隨滾筒旋轉(zhuǎn)由攪動(dòng)葉片帶到上方時(shí)，脫水后的粒渣內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 滑落在伸進(jìn)滾筒上部的排料膠帶機(jī)上，然后由輸送膠帶機(jī)運(yùn)至粒渣槽或堆場(chǎng)。從渣溝流出的熔渣經(jīng)沖渣箱進(jìn)行?；?，粒渣和水經(jīng)水渣溝流入渣槽，蒸汽由煙囪排出，水渣自然流入設(shè)在過(guò)濾滾筒下面的分配器內(nèi)。我國(guó)唐鋼 2560m3高爐、濟(jì) 鋼 1750m3 高爐爐渣處理系統(tǒng)采用了該工藝 [18]~[19]。 （ 1）圖拉法水淬渣（ TYNA） 圖拉水淬渣工藝的原理是用高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械?；喤浜系娃D(zhuǎn)速脫水轉(zhuǎn)鼓處理熔渣，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，耗水量少，渣水比為 1： 1，運(yùn)行費(fèi)用低，可處理含鐵量小于 40%的熔渣，不需要設(shè)干渣坑，占地面積小，渣中帶鐵不爆炸等優(yōu)點(diǎn)。 爐渣處理 高爐渣處理方法有爐渣水淬、放干渣及沖渣棉。中小型高爐一般采用敞口式鐵水車(chē)，大型高爐多采用魚(yú)雷罐車(chē)。 鐵水處理設(shè)備 鐵水運(yùn)輸是冶金企業(yè)關(guān)鍵工藝之一，隨著鋼鐵生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的不斷壯大，鐵水運(yùn)輸方式也正在不斷發(fā)展。未抽盡的煙塵通過(guò)出鐵場(chǎng)上的排煙氣樓自然排出。 圖 矩形出鐵場(chǎng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 （ 2）出鐵場(chǎng)除塵 為了改善爐前高溫、多塵的勞動(dòng)環(huán)境，減少煙塵和熱輻射對(duì)人體的危害，在渣鐵溝上方設(shè)計(jì)有溝蓋，在渣、鐵罐的上方設(shè)計(jì)有抽塵罩，除塵管道全部采用側(cè)吸式并埋入沙層中。而環(huán)形出鐵場(chǎng)由于環(huán)形吊車(chē)內(nèi)環(huán)梁及環(huán)形廠房的影響，爐體各層平臺(tái)面積受到限制，對(duì)爐體平臺(tái)的布置造成一定的困難，環(huán)形氣樓附近的幾層爐體平臺(tái)。 矩形出鐵場(chǎng)有如下的優(yōu)點(diǎn) [17]： ① 矩形出鐵場(chǎng)在鐵口上方可設(shè)置較大面積的除塵罩，鐵口除塵效果好。出鐵場(chǎng)和操作平臺(tái)上設(shè)置有以下設(shè)備：渣鐵處理系統(tǒng)、主溝鐵溝等修理更換設(shè)備、能源管道（水、煤氣、氧氣、壓縮空氣）、風(fēng)口裝置 和更換風(fēng)口的設(shè)備、爐體冷卻系統(tǒng)和燃料吹噴系統(tǒng)的設(shè)備、起重設(shè)備、材料和備品備件堆置場(chǎng)、集塵設(shè)備、人體降溫設(shè)備、照明設(shè)備以及爐前休息室、操作室、值班室等。 見(jiàn)圖 。風(fēng)口平臺(tái)一般比風(fēng)口中心線低1150~1250mm，應(yīng)該平坦且留有排水坡度，其操作面積隨爐容大小而異 [16]?；睆脚c荷載和地基土質(zhì)有關(guān) [15]。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。因此大型高爐爐底中心部分要冷卻，冷卻的方法是風(fēng)冷和水冷。 （ 5）風(fēng)冷、水冷爐底。 圖 四代冷卻壁 （ 4）冷卻水箱。第二代較第一代平均壽命提高了 年，一代產(chǎn)量提高了 1445t/m3；而第三代使用壽命可穩(wěn)定的保持 10 年；第四代冷卻壁砌體厚度減薄至 200mm，因而冶煉中有利于維持爐型，穩(wěn)定了爐容。研究表明，在渣皮脫落后，銅冷卻壁能在 15min 內(nèi)完成渣皮的重建，而雙排水管球墨鑄鐵冷卻壁至少需要 4h。由于銅冷卻壁具有良好的導(dǎo)熱性，因而能形成一個(gè)相對(duì)較冷的表面，從而為渣皮的形成和重建創(chuàng)造有利條件。 2）利于渣皮的形成與重建。目前國(guó)內(nèi)外銅 冷卻壁大多以軋制純銅為材質(zhì)，經(jīng)鉆孔加工而成。冷卻壁的優(yōu)點(diǎn)是不損壞爐殼強(qiáng)度，密封性好，冷卻均勻，爐襯表面光滑平整。冷卻壁用方頭螺栓固定在爐殼上，每塊 4個(gè)螺栓。光面冷卻壁用于爐底爐缸，風(fēng)口區(qū)冷卻壁的塊數(shù)為風(fēng)口數(shù)目的兩倍；渣口周?chē)舷露胃鲀蓧K，由四塊冷卻壁組成。見(jiàn)圖 。渣口小套由紫銅制造，一般為空腔式結(jié)構(gòu)，直徑 4