年产350万吨生铁炼铁的车间设计说明书

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1、 2012年度本科生毕业论文（设计）年产350万吨生铁炼铁的车间设计说明书院 系： 专 业： 年 级： 学生姓名： 学 号： 导师及职称： 2012年6月2012Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Annual output of 3.5 million tons of pig iron, iron-smelting plant design June, 2012毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外

2、，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。   作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 红河学院本科毕业论文（设计）摘 要本设计为年产

3、量350万吨生铁炼铁的高炉车间。高炉车间的主要系统：高炉本体系统、上料系统、渣铁处理系统、喷吹系统、送风系统、除尘系统和冷却系统都做了一定的叙述。并且对厂址选择和车间布置也做了总体设计。本设计还对设备类型、尺寸计算和生产能力进行了粗略计算。为了更加具有科学性，本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，在预设计建造一座年产生铁350万吨的高炉炼铁车间，本设计说明书详细的对其进行了高炉设计、本设计参考了国内外的相似高炉的生产经验和数据。力争使该设计的高炉做到高度机械化、自动化和大型化，以期达到最佳的生产效益。关键词： 高炉 ； 热风炉 ； 车间设计 ABSTRACTThis is designed

4、 to yield 3.5 million tons of pig iron blast furnace shop. The major systems of the blast furnace shop: the blast furnace body systems, feeding systems, slag and iron handling system, injection system, air supply system, dust removal system and cooling system have done a certain narrative. The overa

5、ll design and site selection and plant layout. The design also includes the device type, size, computing and capacity computing. In order to more scientific, the spirit of quality, high yield, low energy consumption and environmental pollution guidelines, pre-designed to build an annual output of 35

6、0 tons of pig iron blast furnace ironmaking plant, the design specifications detailed its blast furnace design , the reference design similar to the blast furnace of domestic and foreign production experience and data. Strive to make the design of the blast furnace to achieve a high degree of mechan

7、ization, automation and large-scale, in order to achieve optimum production efficiency.Keywords:  Blast furnace ；Hot stove ；Plant design 目录1 绪论11.1 概述11.1.1 高炉炼铁简史和近况11.1.2中国钢铁业急需升级换代及展望21.1.3原料检测设备21.1.4休风率31.1.5生铁合格率31.1.6主要经济技术指标31.2 近代高炉炼铁技术发展41.2.1 精料51.2.2 采用新技术51.2.3高风温51.2.4高压操作51.2.5 喷

8、吹燃料61.2.6 富氧鼓风61.2.7 炉渣处理61.2.8能源回收61.2.9高炉长寿及快速大修61.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势61.4当前世界钢铁工业形势81.5 本设计的目的和任务82 工艺流程102.1高炉炼铁工艺流程103 高炉炼铁综合计算113.1 高炉配料计算113.1.1 矿石选配113.2计算方法与过程133.2.1 生铁成分133.2.2 计算混合矿量143.2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量143.2.4 终渣成分及渣量计算153.2.5 生铁成分校核163.3 高炉物料平衡计算173.3.1初始条件173.3.2风量计算173.3.3 煤气成分及数量计算183.3

9、.4物料平衡表203.4 高炉热平衡计算213.4.1 热平衡计算213.4.2 热量支出计算224 高炉炉型设计274.1年工作日的确定274.2 定容积274.3 炉缸尺寸274.3.1炉缸直径274.3.2 炉缸高度、渣口高度274.3.4 死铁层的厚度274.3.5 炉腰直径,炉腹角及炉腹高度284.3.6 炉喉直径和炉喉高度284.3.7 炉身角、炉身高度及炉腰高度284.4 校核炉容285 高炉供料系统设计305.1 高炉供料系统305.1.1 装料设备选择305.1.2 受料漏斗315.1.3称量料罐和密封阀315.1.4材料检测设备315.2 布料方式315.3 炉后供料系统3

10、25.4 供料系统的形式与布置325.5 给料设备326 送风系统336.1 高炉鼓风机的选择336.1.1 高炉入炉风量336.1.2 鼓风机风量336.1.3 高炉鼓风压力336.1.4 鼓风机选择336.1.5 选择风机要考虑以下两点346.2 热风炉346.2.1热风炉座数的确定346.2.2 热风炉工艺布置346.2.3 热风炉型式的确定346.2.4 热风炉主要尺寸的计算356.2.6 热风炉设备386.2.7 热风炉管道及阀门的确定386.3 风口的选择406.4送风调节406.4.1风量406.4.2 风温406.4.3风压406.4.4.鼓风湿分41参考文献42致 谢43红河

11、学院本科毕业论文（设计）1 绪论 进入21世纪以来，世界钢铁工业一改30年来停滞不前的局面，开始进入快速发展阶段。在世界钢铁产量不断增长的同时，世界钢铁生产的设备技术也不断发展与完善，广泛应用于各个领域，因此钢铁生产水平是一个国家工业发展程度的标志之一。国外高炉炼铁的产量约占整个铁产量90%, 如扣除直接还原铁, 则约99%。受炼钢需求量的驱动, 西方采取提高现有高炉生产率或改为扩建大高炉的方式来扩大高炉流程的产能。中国是目前国际上首次在5000立方米以上特大型高炉使用的国家。1.1 概述钢铁作为基础工业材料自身价格相对低廉同时具有以下优点：（1）钢铁拥有很高的韧性及强度。（2）在加工的过程中

12、易于铸、锻、切削以及焊接等，能够得到人们需要的任何钢铁产品。（3）生产所需的原料、燃料、石灰石等储量丰富，开采容易，生产成本较低。高炉生产是获得大量生铁的主要手段。它的原料是富铁矿或人造富矿(烧结矿或球团矿)。燃料主要是焦炭，其次是煤粉、重油、天然气等。熔剂是石灰石。 （4）钢铁拥有上千年的生产技术，较其他金属具有工业规模大、产量高、成本低的优势。1.1.1 高炉炼铁简史和近况        炼铁的历史悠久，早期高炉使用木炭或煤作为燃料，18世纪改用焦炭，19世纪中叶改为热风。20世纪初美国的大型高炉日产生铁量达4

13、50吨。70年代初，日本建成4197立方米高炉，日产生铁超过1万吨，燃料比低于500千克/每吨生铁。中国在清朝末年开始发展现代钢铁工业。1890年开始筹建汉阳铁厂，1号高炉（248米，日产铁100吨）于1894年5月投产。1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。1980年，中国高炉总容积约8万米,其中1000米以上的26座。1980年全国产铁3802万吨，居世界第四位。世界40005500m3 的大型高炉已有约30座，高炉最长寿命达16年，一代炉役的单位炉容出铁量达10000tm3 。1.1.2中国钢铁业急需升级换代及展望高炉炼铁技术，适合于那些工业化初步发展的国

14、家，生产大路货、初级钢材，但在发达国家，高炉技术需要更加先进和创新。作为世界上第一钢铁生产大国，世界铁矿第一进口大国，世界钢铁业初级钢材第一出口大国，世界钢铁第一进口大国，世界钢铁产业人数最多的国家，世界钢铁厂最多的国家，中国必须认真思考中国钢铁业的下一步发展战略。不能以推动就业为借口，把钢铁业的发展寄托在国家的巨型投资拉动钢铁业的繁荣，而要认真的思考减少污染，提高产品附加值和适应市场的实际需求，实现钢铁业的产业升级，效益升级。进入新世纪后，国家冶金工业技术装备政策和炼铁技术的发展将要求尽快淘汰落后装备。因此利用高炉大修的时机，采用成熟、适用的先进技术对高炉进行改造，满足涟钢发展的需要已势在必

15、行。2011年是“十二五”的开局之年，我国政府在国内物价上涨压力较大、国际经济持续动荡的背景下，在控物价、稳增长和调结构中寻求平衡，实现了有效遏制物价过快上涨，保持了经济平稳较快发展的预期目标。2011年我国钢铁工业总体运行态势良好，国内钢铁市场因基础设施投资和工业生产的平稳增长，特别是国家对于保障性住房投资力度的加大，需求较为旺盛，带动钢铁生产大幅增长。但在供大于求和钢材金融属性日益增强的情况下，国内钢铁市场波动频繁。 2012年我国经济仍将面临国际经济环境不稳定、外需放缓的局面，同时国内经济在经济结构调整、转变经济发展方式的方针指引下，增速也将适度放缓。转变经济发展方式将降低单位国内生产总

16、值钢铁消费强度，这对于钢铁工业来说既是机遇也是挑战。钢铁工业将在“十二五”规划和市场对资源有效配置的共同作用下，逐步提升产品质量，调整结构，推动钢铁工业转型升级，提高钢铁工业整体竞争力，逐步改变中国钢铁业多年来“大而不强”的局面，向钢铁强国迈出坚实的步伐。1.1.3原料检测设备 （1）高炉炼铁对精料的要求 精料就是全面改进原燃料的质量，为降低焦比和提高冶炼强度打下物质基础。保证高炉能在大风、高压、高风湿、高负荷的生产条件下仍然能稳定运行。 周传典同志说：“高炉必须采用精料，这是两千多年来中外炼铁人员反复认识的共同结论。”它是一条根本的准则。 精料的具体内容可概括为“高、熟、净、匀、小、稳”六个

17、字，此外，应注意高温冶金性能及合理的炉料结构。或者高炉精料方针的内容归结为：“高、熟、净、匀、小、少、好”）。1.1.4休风率休风率是指休风时间占全年日历时间的百分数。降低休风率是高炉增产的重要途径一般高炉休风率低于2。1.1.5生铁合格率生铁合格率是指化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数，是评价高炉优质生产的主要指标。1.1.6主要经济技术指标在研究分析国内2000高炉原燃料条件和实际技术经济指标的基础上，结合涟钢的实情和现有高炉的生产经验，确定了高炉的主要技术经济指标见下表1-1。该指标体现了国内外同类型高炉的先进性。下表1-1为涟钢2200级高炉主要技术经济指标 表1-1涟

18、钢2200级高炉主要技术经济指标指标名称指标备注高炉有效容积；m³2200年平均利用系数；t/m³·d2.02.2设备能力2.5燃料比；kg/tFe500焦比；kg/tFe350煤比；kg/tFe150设备能力200炉顶压力；MPa0.2设备能力0.25热风温度；12001500设备能力1250富氧率；%13入炉风量；Nm³/min4300渣比；kg/tFe300熟料比；%9092入炉矿品位；%58.5高炉年平均工作日；t/a350年产生铁；t/a154169.4设备能力210年产生渣；t/a5461高炉煤气产生量；N/h3236.1高炉一代寿命；a15

19、热风炉一代寿命；a301.2 近代高炉炼铁技术发展我国是世界上最早掌握炼铁技术的国家之一，其历史可以追溯到公元5世纪。但是19世纪中叶以来，由于众所周知的原因，在很长一个历史时期内，我国炼铁技术处在被动落后的状态。1949年新中国成立后，中国炼铁工业经过5O多年的发展，面貌焕然一新，取得了重大进步。自1994年以来我国生铁产量一直位居世界第一，2001年，全国钢产量达到15亿吨，部分高炉的技术经济指标达到、接近世界领先或世界先进水平，这表明高炉操作技术有了新的进展。自五十年代末以来，世界各国高炉容积不断扩大，产量不断增加，据不完全统计，目前世界上大于2000米 的高炉已超过150座，4000米

20、 的高炉约有3O余座。高炉大型化是建立在精料、高风温、超高压炉顶等现代技术上的，故大型高炉生产效率高。目前利用系数达到2.0吨米 ·日。到20世纪后期容积增大到40005000 m³，最大的达5500 m³，日产铁万吨以上。自动化不但降低劳动强度，更重要的是使高炉操作稳定，对高炉操作参数进行定量化。这是高炉技术由粗放型转变到集约型和精细化的必由之路。1.2.1 精料精料是现代高炉生产的物质基础，近年来世界各国在精料上都做了大量工作，取得了显著成效。其中包括提高入炉铁矿原料品位、提高熟料率、稳定入炉原料成分、整粒。与此同时焦炭质量也不断提高。这些，使高炉冶炼指标明显

21、改善。1.2.2 采用新技术为提高高炉产量，降低能耗，改善环境，近年来世界各国在高炉生产中相继采用了很多新技术，取得了很大的成效。1.2.3高风温为高炉提供更高风温必须提高热风炉拱顶温度。在高热值煤气缺乏的情况下，通过预热煤气和助燃空气的办法提高燃烧温度。通过开发顶燃式热风炉的燃烧器，使拱顶温度与风温之间的温度差缩小; 同时采取缩短送风时间，减少拱顶温度与风温之间的差; 从提高热风炉的利用效率来提高风温。从控制高炉炉腹煤气量指数，降低吨铁炉腹煤气量的途径; 实现既降低燃料比，又提高利用系数达到强化高炉冶炼方法就要求减少吨铁入炉风量，从而控制高炉入炉风量。这样既能降低鼓风能耗，以能提高热风炉的能

22、力。因为鼓风能耗约占高炉能耗的10%，同时在提高富氧率时减少吨铁耗氧量，以及吨铁加热鼓风的能耗。随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从20世纪中期的500600提高到20世纪后期的11001350。由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低了。1.2.4高压操作由于高压操作、富氧鼓风等新技术的广泛运用，以及高炉计测仪表的完备，当前已经具备精确计算炉腹煤气量，并作为控制高炉操作的条件。采用高压炉顶后（顶压力在0.150.25MPa），可使炉内煤气流速减慢，煤气流的压头损失减小，在维持一定的压差条件下，可加大风量，强化冶炼，达到增产的目的。1.

23、2.5 喷吹燃料我国高炉六十年代中期就开始喷吹煤粉，由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低。三十年来在国内普遍推广，无论在喷煤量还是在喷吹时间上，都位居世界前列。1.2.6 富氧鼓风为减少煤气体积，利于炉况顺行，与喷吹燃料相配合，能加大喷吹量，取代更多的焦炭，获得较理想的经济效益，根据高炉生产经验，在喷吹燃料量固定的条件下，每增加氧量10 ，可增产50 。1.2.7 炉渣处理炉渣处理有两种方法：一种是传统的渣罐出渣，热熔渣由渣罐车运往炉渣处理场冲制水渣或制成干渣块；另一种是在炉前设置水渣和干渣坑两套设施。也可只单设水渣或干渣坑，在炉前就地处理。1.2.8能源回收包括炉顶余压回收、炉顶均压煤气回收

24、、炉渣余热利用、热风炉废气余热回收。 完善资源的综合利用和环保设施高炉炉渣已经得到广泛利用。我国目前有多种水渣粒化技术，设备基本国产化。宝钢2 号高炉的国产转鼓水渣处理工艺在节能、节水方面超过国外技术。高锌高炉煤气灰中的锌也正在积极回收利用。大型高炉已经装备了烟尘回收处理设施、废水、废气进行了治理和控制了噪声。1.2.9高炉长寿及快速大修由于高炉大型化的结果高炉大修对整个钢铁企业将产生影响巨大，由于设备更新资金的短缺，世界各国都非常关心高炉的长寿。各国都在大力研究改善高炉炉体结构，高炉稳定操作和炉体维修技术。世界各国都十分重视高炉的长寿技术。超过15 年的长寿高炉不断增加，我国也出现了超过15

25、年的长寿高炉，宝钢3 号高炉正在向20 年的长寿迈进，一代炉役单位炉容产铁量达到70009000t/m³，高的达到12000t/m³1。1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势近10年来，中国高炉大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁发展进程加快，炼铁技术经济指标不仅性能显着提高,而且也表现的工艺技术和装备水平迅速提高，其中一些已进入世界领先行列。炼铁技术的发展趋势包括：(1) 在今后较长时期内，高炉炼铁仍将是生铁生产的主要手段。由于世界焦煤储量短缺，高炉炼铁技术的发展将在精料的基础上进一步降低焦比，开发非焦煤能源的利用，如提高煤粉喷吹量。在降低高炉能耗的同时，发展长寿技术，开发计

26、算机专家系统，炉容逐步大型化。(2) 直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁工业发展中占有一定地位。它可以不用焦炭，而以天然气、石油、非焦煤等为能源。20世纪60年代进入工业化阶段后，直接还原铁在特殊钢和优质钢的生产中发挥提高产品质量的特殊作用。（3）直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁行业中占据一定的地位。它可以不使用焦炭，转而使用天然气，石油，非炼焦煤能源。直接还原铁在20世纪60年代进入工业化阶段后，发挥了特殊的作用，在生产特殊钢和优质钢提高产品质量方面具有重要作用。（4）熔融还原法炼铁摆脱昂贵的焦炭、天然气、石油的依赖，缩短了生产流程，减少对环境的污染和有利于铁水在转炉炼钢生产。

27、 1989年南非钢铁公司（ISCOR）新的30万吨/年熔融还原设备投入生产。 20世纪90年代，许多国家的规划建设熔融还原设备。熔融还原技术，预计将有更大的发展。 中国高炉炼铁虽然已达到国际先进水平，但和国外一样，围绕实现高效率，低油耗，高长寿以及保护环境等方面不断改善和优化。以合理的大型化带动高效化1提高富氧率和开发新炉料2提高煤比，降低焦比和燃料比3稳定高炉操作，实现长寿4完善监测控制系统，实现高炉的稳定顺行5优化流程和配置，实现系统节能降耗6控制污染排放，实现达标生产7降低铁钢比，减少CO2排放 8追求炼钢零排放，要达到炼钢过程零排放，粉尘和污泥尤其是含锌粉尘必须循环利用。鲁基公司200

28、0年开始研发Radust系统，该系统混合喷吹粉尘和燃料、氧，将危险有机物燃烧，火焰温度将进3000，大部分的Zn、Pb和碱金属挥发掉，产生的熔渣可以循环利用，产生的富一氧化碳尾气进行二次燃烧，重金属以氧化物形式通过粉尘回收。该技术成功进行了半工业试验，但还没有实现商业化。目前正在进行的项目是将各地的废弃物进行集中处理，转底炉是考虑采用的工艺，每年可处理50万吨，而目前北欧国家普遍采用填满处理。采用一套大型设备集中处理，其投资比每个厂用小设备单独处理要低得多。9要保持连续高效的钢铁生产，必须对各工序技术进行整合。北欧钢厂已付出了巨大的努力，对各钢厂内部生产系统、地区钢铁生产及与当地社区的关系进行

29、了整合。1.4当前世界钢铁工业形势 目前世界主要发达国家人均钢材消费量在400-500kg，进入工业化阶段的中国，印度，巴西，阿根廷的发展中国家的钢铁消费量在快速增长，为世界钢铁工业的发展注入新的发展动力，发展中国家的工业化进程会使世界钢铁工业至少能够有10-15年的繁荣期。 在世界钢铁产量不断增长的同时，世界钢铁生产的设备，技术也不断发展与完善，钢铁生产呈现出以下的特征：（1）连续，紧凑，高效化。近终形连铸，薄板坯连铸连轧等工艺的开发，是的钢铁生产有了工艺流程紧凑，生产周期短，物料消耗少，生产效率高的一系列优点。板坯连铸连轧技术是世界积极开发应用的一项重大钢铁生产技术。（2）设备水平高端化，

30、智能化。世界开发应用了一批高效，优质的工艺技术装备。如：顶底复合吹炼转炉，lf刚报精炼炉等。（3）生产高附加值特征。国外现代化钢铁企业产品品种构成中的冷轧板卷，镀锡板，镀锌板，涂层带钢，冷轧硅钢片，高强度无缝钢管，高级造船板等高科技含量，高附加值钢材产品占钢材总产量的60%以上。（4）钢铁产业国际化特征。以2005年全球钢产量最大的钢铁企业-米塔尔为例，2004年，米塔尔出资10.5亿美元，获得波兰phs钢铁公司60%的股权；以4340万美元的价格收购了罗马尼亚著名的胡内阿拉钢铁联合企业；完成对南非最大的钢铁企业伊斯科公司的收购；获得波黑泽尼察公司51%的股权等1.5 本设计的目的和任务本次设

31、计为年产350万吨炼钢生铁的高炉车间设计。要求广泛查阅相关文献并进行全面评述，选择工艺流程并论证，进行设计计算，绘制图纸等。本设计的主要内容包括：绪论，厂址选择，工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证，高炉炼铁综合计算，高炉本体设计，高炉附属系统设计，车间布置设计等部分。另外还有主体设备图纸3张。292 工艺流程2.1高炉炼铁工艺流程高炉炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的

32、碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂或铸造厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉炼铁工艺流程见图2-1。 图2-1 炼铁工艺流程 3 高炉炼铁综合计算高炉炼铁需要的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷吹燃料)的量是有一定

33、规律的，根据原料成分、产品质量要求和冶炼条件不同可以设计出所需的工艺条件。对于炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要任务，就是计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼预定成分生铁所需要的矿石、熔剂数量。对于生产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说不存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出铁量、理论渣量等，有时因冶炼条件变化需要作变料计算。3.1 高炉配料计算配料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和熔剂的用量，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。3.1.1 矿石选配在使用混合矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当

34、配比选取。此时，需要注意以下几点：（1） 矿石含P量不应该超过生铁允许含P量，因考虑P全部进入生铁，故需要依据矿石含量事先预算，若某种矿石冶炼含P超标，此种情况下，只能搭配含P更低的矿石冶炼。（2） 冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求。wMn=×w(Mn)矿×m(Fe)铁/w(Fe)矿式中： wMn生铁含锰量，%； w(Mn)矿混合矿含锰量，%；锰的回收率，一般为0.50.6；m(Fe)铁矿石带入的生铁的铁量，kg/t铁；w(Fe)矿混合矿含铁量，%。（3） 冶炼锰铁时，为保证其含锰量，须检查矿石含铁量是否大于允许范围。 w(Fe) 矿=(100-wMn-wC-w

35、Si-wP)/100×(wMn/wMn矿×) 式中：wMn,wSi,wC,wP表示锰铁中该元素含量，%；w(Mn)矿锰矿含锰量，%；w(Fe)矿锰矿允许含铁量，%；锰回收率，通常为0.70.82。（4）适当控制碱金属2。3.1.3 冶炼条件确定 （1）根据原料条件，国家标准和行业标准等确定生铁成分。C，P元素一般操作不能控制，而Si,Mn,S等元素可以改变操作条件加以控制。 （2）各种元素在铁，渣和煤气中的分配比例。按照经验和实际生产数据选取。一般可参考表3-1选。表3-1 常见元素分配率（%）原料FeMnPSV生铁0.9980.4000.9000.0680.800炉渣0.

36、0020.6000.850.200煤气0.082（3）炉渣碱度选择，碱度主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利于矾的回收能力，在正常炉钢温度下，要保证流动性和稳定性，因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的MgO含量，若炉料含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求。本设计中取碱度R=1.03。（4）燃料比确定。确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条件，风温水平和生产经验等全面衡定，在有喷吹条件下，力争多喷燃料。（5）原燃料成分分析，入炉原料成分见表3-2。表 3-2 入炉原料成分（%）物料TFeMnPSFe2O3FeOMnOMnO2CaO烧结矿57.730.1

37、40.060.01974.5387.140.1813.748.50球团矿61.230.1140.0660.00887.1400.2930.14700.350进口矿65.810.070.0300.00691.1482.6400900.25混合矿59.00.1270.0500.01579.6555.4320.16306.10炉尘39.80.090.140.1445.1310.550.1205.80石灰石1.5100.0402.1500051.50焦炭灰4.230006.050003.50煤灰2.34000.073.350003.9续表3-2物料MgOSiO2Al2O3P2O5FeS2FeS其他烧损

38、合计烧结矿3.1104.6501.5800.137000.1400100.00球团矿0.7959.5811.5430.1520000100.00进口矿0.122.141.060.069000.0672.47100.00混合矿2.3215.0001.5000.131000.0980.371100.00炉尘4.286.281.100.32001.63524.9100.00石灰石1.00.861.100003.0340.24100.00焦炭灰1.2051.8536.8500000100.00注：混合矿组成：烧结矿球团矿进口矿=701515煤灰1.3159.1732.4400000100.00（6）焦

39、炭成分分析见表3-3。表3-3 焦炭成分（%）固定碳灰分11.01SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O585.266.244.180.650.181.150.110续表3-3挥发分0.90有机物其他总计全S游离水CO2COCH4O2H2N2SMeO1000.6854.120.3200.310.05200.280.4180.640.2（7）喷吹物成分见表3-4。表3-4 喷吹物成分（%）成分CH2O2H2ON2S灰分总计SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉76.886.023.3101.990.486.113.940.380.150.81003.2计算方法与过程为精确配料，现根据

40、设计的生产要求，先根据生铁成分，然后用理论方法进行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后进行炉渣性能、生铁成分进行校核。3.2.1 生铁成分根据设计的要求，生铁成分如表3-5。表3-5 生铁成分（）成分SiMnSPCFe%0.4760.030.0240.0904.8294.56100.003.2.2 计算混合矿量根据以上已知条件，先以10t生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。在计算时设定焦炭灰加入量为200kg/t，煤灰为100kg/t，炉尘加入量为1366.5kg/t。则：焦炭带入Fe量：kg煤粉带入Fe量：kg；炉尘带入Fe量：kg；进入渣中

41、Fe量： kg；需要混合矿量：kg3.2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量假设石灰石加入量为Y kg /t，则：混合矿带入CaO量：15043.19×6.10%=917.63kg焦炭带入CaO 量：4500×0.65%=29.25 kg煤粉带入CaO量 ：900×0.38%=3.42 kg焦炭灰带入CaO 量：200×3.5%=7kg煤灰带入CaO量 ：100×3.9%=3.9kg炉尘带入CaO量 ：366.5×5.8%=21.25 kg石灰石带入CaO量 ：X×51.5%=0.515X kg共带入CaO 量：917.63+2

42、9.25+3.42+7+3.9+21.25+0.515X kg混合矿带入SiO2 量：15043.19×5.00%=752.16kg焦炭带入SiO2 量：4500×6.24%=280.8kg煤粉带入SiO2 量：900×6.11%=54.99 kg焦炭灰带入SiO2 量：200×51.55%=103.1 kg煤灰带入SiO2量 ：100×59.17%=59.17 kg炉尘带入SiO2量 ：1366.5×6.28%=85.16 kg石灰石带入SiO2量 ：X×0.86%=0.0086X kg共带入SiO2 量：752.16+2

43、80.8+54.99+103.1+59.17 +85.16+0.0086X kg由于设计的炉渣碱度：，则解得石灰石加入量为921.61kg/t。则总CaO量为1457.03 kg/t，总SiO2量为1343.31kg/t。原料消耗总表如表3-6。表3-6 冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表（kg）种类焦炭混合矿石灰石炉尘焦炭灰煤灰煤粉数量450015043.19921.611366.52001009003.2.4 终渣成分及渣量计算（1） 终渣S含量炉料全部含S量： 15043.19×0.016%+4500×0.685%+900×0.48%+1366.5×0.1

44、4%=37.053kg进入生铁的S量： 10000×0.025/100=2.5kg进入炉渣的S量： 37.053×0.85=31.495kg进入煤气的S量：37.053-2.5-31.495=1.005kg（2） 终渣的FeO量：=25.67kg（3） 终渣的MnO量：(208) ×=15.49kg（4） 终渣的SiO2量：1343.31 kg（5） 终渣的CaO量：1457.03kg（6） 终渣的Al2O3量：15043.19×1.50%+4500×4.18%+900×3.94%+1366.5× 1.1%+921.61&#

45、215;0.82%+200×36.85%+100×32.44%=574.53 kg （7） 终渣的MgO量：15043.19×2.321%+4500×0.18%+900×0.15%+1366.5×4.28%+921.61×1.0%+200×1.20%+100×1.31%=430.01kg 终渣成分见表3-7。表3-7 终渣成分含量SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2合计Rkg1343.31574.531457.03430.0115.492.4425.673848.481.03%34.8114.

46、9037.5111.100.400.620.66100.00 由于分析所得Ca2+都折算成CaO，但其中一部分Ca2+却以CaS形式存在，CaS和CaO之质量差为S/2，为了质量平衡，Ca2+仍以CaO存在，而S则只算S/2。炉渣碱度R =1.03,满足规定值范围。w (MgO)=11.10%，符合设计要求。根据炉渣百分组成，校验炉渣物理性质得：熔化温度1360，粘度2Pa·S(1450)。该炉渣适合于炼钢铁生产。高炉冶炼物料流程图如图3-8。混合矿焦炭石灰石焦炭灰煤灰炉尘煤粉高炉冶炼炉渣铁水烟尘15043.19 kgFe: 59.00%4500 kgFeO：1.15%921.61k

47、gFe2O3：2.15%200 kgFe2O3: 6.05%100 kgFe2O3: 3.35%1366.5 kgFeO: 10.55%Fe2O3: 45.13%900kgFeO: 0.8%367.55kgFeO: 0.62%10000 kgFe: 94.93%图3-8高炉冶炼物料流程图 3.2.5 生铁成分校核（1)含P量： （2)含S量： ，（3)含Si量： （4)含Mn量： （5)含Fe量： 94.93% （6)含C量： 100-94.93-0.082-0.713-0.025-0.48=3.77% 生铁成分见表3-8。表3-8 实际生铁成分（%）元素FeSiMnPSC合计含量94.930

48、.480.0820.7130.0243.77100.000校核结果与生铁预定成分的误差很小，表明原定生铁成分合适。3.3 高炉物料平衡计算通过高炉配料计算确定单位产量生铁所需要的矿石、焦炭、石灰石和喷吹物等数量，这是制定高炉操作制度和生产经营所不可缺少的参数。而在此基础上进行的高炉物料平衡计算，则要确定单位生铁的全部物质收入与支出，即计算单位生铁鼓风数量与全部产品的数量，使物质收入与支出平衡。这种计算为工厂的总体设计、设备容量与运输力的确定及制定生产管理与经营制度提供科学依据，是高炉与各种附属设备的设计及高炉正常运转的各种工作所不可缺少的参数。3.3.1初始条件物料平衡是建立在质量守恒定律的基

49、础上，以配料计算为依据计算的。计算内容包括：风量、煤气量，并列出收支平衡表。物料平衡有助于检验设计的合理性，深入了解冶炼过程的物理化学反应，检查配料计算的正确性。校验高炉冷风流量，核定煤气成分和煤气数量，并能检查现场炉料称量的准确性，为热平衡及燃料消耗计算打基础。计算前准备包括：(1) 原料全分析并校正为100%（表3-1表3-3）；(2) 生铁全分析；（表3-8）；(3) 各种原料消耗量（表3-6）；(4) 鼓风湿度，f =1.8%；(5) 本次计算选择直接还原度rd =0.45；(6) 设定焦炭和喷吹物含C总量的1.0%与H2 反应生成CH4。上述1，2，3原数据已经由配料计算给出，这里假

50、定其余各项未知条件，分别为鼓风湿度f =1.8%（12g/m3 ），富氧率2.1%，氧气浓度99%。3.3.2风量计算(1) 风口前燃烧的碳量 根据碳平衡得： =C燃（C）×103C直式中风口前燃烧碳量，kg；(C)生铁含碳量，%；C燃，C直， 分别为燃料带入碳量，直接还原耗碳和生成的碳量，kg；按上式分别进行计算：燃料带入的碳量=m(C)J+m(C)M=4500×85.26%+900×76.88%+1376.4×24.9% =4871.3 kg溶于生铁的碳量=475.1 kg直接还原耗碳=94.93%×10000×0.45×

51、;12/56 =907.33kg生成耗碳=4871.3×0.006=29.23 kg风口前燃烧的C量=4871.3-475.1-907.33-29.23=3459.64 kg。(2) 风量计算（）根据氧平衡可得： 其中 为燃料带入的氧量（M为煤粉，为煤带入的氧和H2O量）； 0.21+0.29f鼓风含氧浓度（f为鼓风湿度）2。据原料供应情况，本高炉仅喷煤，将上式分别进行计算：鼓风含氧浓度：0.21+0.29×0.018=0.2152 kg/ m3风口前碳燃烧所需氧量：3459.64×0.933=3227.84m3燃料带入氧量：=95.84m³每吨生铁鼓风

52、量：=1455.39 m33.3.3 煤气成分及数量计算(1) 计算量由燃料带入的C生成的量=29.23×=54.56 m3焦炭挥发分含量=4500×0.00052×=3.276m3进入煤气的量=54.56+1.005=55.565 m3(2) 入炉总H2量鼓风带入H2+焦炭带入H2+煤粉带入H2即入炉的总H2量：1455.39×0.018+4500×(0.0006+0.004)×+900×(0.0435+)×=523.925m3设喷吹条件下有50%的H2参加还原，则参加还原的H2量523.925×0.5

53、=261.96 m3生成的H2量：71.97 m3进入煤气的H2量：523.925-261.96 -71.97=189.995m3=4.599%（假定用H2还原的铁氧化物中，1/3用于还原Fe2O3，2/3用于还原FeO）(3) 还原金属氧化物生成的CO2由Fe2O3FeO生成CO2的量：15043.19×0.7965×=1677.47m3由FeOFe生成CO2的量：10028.79×(1-0.45-0.05)×=2005.76 m3由MnO2MnO生成的CO2的量：15043.19×0.00159×=6.16 m3另外，H2参加还原

54、反应，相当于同体积的CO2所参加的反应，所以CO2的生成量中应该减去261.96 m3，总计间接还原生成的CO2量为：1677.47+2005.76+6.16 -261.96=3427.37m3各种炉料分解或者带入的CO2量=焦炭的CO2量+矿石的CO2量石灰石分解的CO2 量=4500×0.00320×+10543.19×0.00371×921.61×(1-0.5)×0.4024=221.17 m3因此，煤气的总CO2量=3427.37221.17 =3648.54 m3(4) 煤气中总CO的量风口前碳素燃烧生成的元素直接还原生成C

55、O的量焦炭挥发分中CO的量间接还原消耗碳，经计算可得，煤气中CO的总含量为4064.70m3。(5) 总N2的量=1455.39×(1-0.018)×0.79+4500×0.00418×+900×0.0199×=1158.968 m3根据以上计算结果，列出煤气组成表3-9表3-9煤气组成含量CO2CON2H2CH4总计m33648.544064.701158.97189.99555.5659117.781.30%40.0044.5812.712.010.7100.003.3.4物料平衡表（1）计算鼓风量：1 m3鼓风质量:1.2880

56、.484×0.018=1.279 kg/ m3 1吨全部鼓风质量: 1455.39×1.279=1861.44kg 计算煤气的质量煤气密度:1.359 kg/m3全部煤气质量: 9117.78×1.359=12391.06 kg（3）水分计算焦炭带入水分: 4500×0.0412=185.4 kgH2还原生成的水分: 261.96×=210.50 kg鼓风带入的水分: 0.018×1455.39×=21.05kg所以水分的总质量: 185.4+210.5020.097=415.997kg根据上述结果，列出物料平衡表，如表3-

57、10和3-11所示。表3-10 生产每10吨生铁的物料平衡表收入支出项目数量/kg项目数量/kg焦炭4500生铁10000混合矿15043.19炉渣3746石灰石921.61煤气12391.06炉尘1366.5煤气中水415.997焦炭灰200煤灰100煤粉900风量1861.44合计24892.74合计26553.06绝对误差166.03相对误差，%0.21表3-11 年产350万吨生铁的物料平衡表收入支出项目数量/万吨项目数量/万吨焦炭157.5生铁350混合矿526.51炉渣131.11石灰石32.256煤气964.88炉尘47.83煤气中水14.56焦炭灰7.0煤灰3.5煤粉31.5风

58、量651.50合计1457.596合计1460.55绝对误差2.594相对误差，%0.20一般要求物料计算的相对误差应在0.3%以下，故本计算符合要求。3.4 高炉热平衡计算热平衡计算是高炉工艺计算的重要组成部分，它目的是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能交换与利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。通过计算高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，研究热量收支各项对高炉冶炼的影响，从而寻找降低热消耗与提高能量利用的途径，达到使高炉冶炼过程处于能耗最低和效率最高的最佳运行状态，同时还可以绘制热平衡计算表研究高炉冶炼过程的热传递情况 3。3.4.1 热平衡计算 根据高炉炼

59、铁工艺经验，设定补充工艺条件原始数据：鼓风温度1200；炉顶温度230；入炉矿石为冷矿。（1）碳素氧化热 由C氧化1m³ 成CO2放热：=17898.43 kJ/m³由C氧化成1m³ 的CO放热：=5248.45 kJ/m³碳素氧化热：3227.84×17898.43+(439.45-9.07)×5248.45=60032117.72 kJ（2）热风带入热1100 时干空气的比热容为1.519kJ/m3· ，水蒸气的比热为1.865 kJ/ m3·,热风带入热：1861.44×(10.018)×1470.50.017×1815.9)=2688009.75 kJ（3）成渣热 炉料中以碳酸盐形式存在的CaO和MgO，在高炉内生成钙铝酸盐时，1000kg放出热量1170400 kJ熔剂和生矿带入的CaO和MgO：46.4712.866=59.336 kg1kg成渣热：59.336×117