【炼铁高炉设计毕业论文】年产300万吨生铁高炉车间设计35897

江西理工大学应用科学学院毕业设计 年产300万吨生铁高炉设计摘要高炉炼铁是传统的炼铁工艺，也是钢铁冶金过程中最重要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用。随着钢铁行业的蓬勃发展和节能环保要求的日益严格，高炉炉型逐渐走向大型化。本论文对年产300万吨生铁大型高炉车间进行了设计，设计内容包括炼铁物料平衡和热平衡计算、高炉炉型确定、高炉各部位炉衬、炉体冷却设备的选择和风口的设计。此外，还就高炉附属系统的煤气除尘处理系统进行了设计。本设计的高炉车间共有容积2162m的大型高炉两座，高炉车间按并列式布置。关键词：高炉；炼铁工艺计算；设计；煤气处理 Abstract Blast furnace ironmaking was the traditional iron-making craft, also was one of the most important link in ferrous metallurgy, it played a decisive role in national economic construction. With the vigorous development of the steel industry and more and more strict requirement of energy conservation and environmental protection requirement, the BF became maximization gradually.A large scale BF plant which had annual output of 3 million tons of pig iron was designed in this thesis, design content includeed material balance and thermal equilibrium calculation, determination of BF profile, selection of lining and cooling equipment for each part of BF and design of taphole. In addition, the gas processing sytem which was one of the BF subsidiary system was designed.The ironmaking plant of this thesis has two 2162m BF, they were layouted side by side.Key words:blast furnace；Ironmaking process calculation；design；gas processing 目 录2011年 4 月17日1摘要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论11.1高炉炼铁概述11.2高炉生产主要经济技术指标21.3高炉炉型发展趋势31.4高炉炼铁设计应遵循的原则3第二章 高炉配料计算52.1配料计算的目的52.2配料计算时需要确定的已知条件52.3冶炼条件的确定52.3.1根据铁平衡求铁矿石的需求量72.3.2根据CaO的平衡求石灰石用量82.3.3最终炉渣成分和数量计算92.3.4最终生铁成分计算112.4物料平衡122.4.1根据C的平衡计算风量122.4.2风量的计算132.4.3炉顶煤气成分及数量的计算142.4.4物料平衡表的编制162.5热平衡172.5.1热量收入的计算172.5.2热量支出项的计算182.5.3热平衡表21第三章 高炉本体设计233.1高炉容积的确定233.2高炉炉型及尺寸确定233.3绘制高炉炉型图26第四章 高炉基础和内衬274.1炉基的形状及材质274.1.1高炉基础的要求274.2高炉炉底和各段炉衬的选择284.3炉腹和炉腰的炉衬设计28第五章 冷却设备选择、风口及铁口设计285.1高炉冷却设备的作用及冷却介质285.2炉底冷却形式选择295.3高炉各部位冷却设备选择295.5风口数目及直径305.6铁口305.7炉壳及钢结构的确定30第六章 煤气除尘系统336.1概述336.1重力除尘器及文氏管除尘原理336.1.1重力除尘器336.1.2文氏管除尘原理346.2荒煤气管道356.2.1荒煤气通道的布置356.2.2荒煤气管数尺寸计算356.3重力除尘器直径及高度设计36第七章 高炉车间设计377.1厂址的选择377.2高炉炼铁车间平面布置应遵循的原则377.3车间布置形式37参考文献38致谢3939第一章 绪论1.1高炉炼铁概述1、高炉结构高炉是一种竖式的反应炉。现代高炉内型一般由圆柱体和截头圆锥体组成，由下而上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段。由于高炉炼铁是在高温下进行的，所以它的工作空间是用耐火材料围砌而成，外面再用钢板作炉壳。 图1-1 高炉的结构1-炉底耐火材料；2-炉壳；3-生产后炉内砖衬侵蚀线；4-炉喉钢砖；5-煤气导出管；6-炉体夸衬；7-带凸台镶砖冷却壁；8-镶砖冷却壁；9-炉底碳砖；10-炉底水冷管；11-光面冷却壁；12-耐热基墩；13-基座2、高炉炼铁原理及工艺流程示意图高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（10001300），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。高炉炼铁工艺流程示意图见图1-2。图1-2 高炉炼铁工艺流程示意图1.2高炉生产主要经济技术指标1、高炉有效容积利用系数（）指高炉每立方米有效容积一昼夜生产合格铁水的吨数，单位为t/(m3d)。修改后是高炉冶炼的一个重要指标，越大，其高炉生产率越高。小型高炉利用系数可达2.83.2，大型高炉一般为2.02.2。 2、焦比（K）每炼一吨生铁所消耗的焦炭量,单位为kg/tFe。先进高炉焦比为380400公斤/吨生铁。焦炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。 修改后3、燃料比(i)高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后，折合每炼一吨生铁所消耗的燃料总量，单位为kg/tFe。每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。此时燃料比等于焦比加煤比加油比。根据喷吹的煤和油置换比的不同，分别折合成焦炭(公斤)，再和焦比相加称为综合焦比。燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总燃料消耗量的一个重要指标。修改后4、高炉炼铁强度(I)每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为t/(m3d)。修改后5、休风率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%。6、生铁合格率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。7、炉龄炉龄的定义为两代高炉大修之间高炉实际运行的时间，即不计划中进行中小修而造成的休风以及封炉时间。1.3高炉炉型发展趋势高炉的炉型随着高炉精料性能，冶炼工艺，高炉容积，炉衬结构，冷却形式的发展而演变，高炉设计的理念也随着科学技术的进步和生产实践的进展而更新。总结国内外同类型容积高炉尺寸，原燃料条件，强化冶炼的矮胖型炉型已成为主要的炉型，其优点如下：1、适当矮胖，减小炉腹角，炉身角。较小的炉身角有利于受热膨胀后炉料下降，较小的炉腹角有利于煤气流的均匀分布，减小对炉腹生成渣皮的冲刷，保护炉腹冷却壁，延长其寿命。2、加深死铁层厚度，有利于开通死料柱下部通道，从而减少出铁时铁水环流对炉衬的侵蚀，提高炉底炉缸的寿命。同时较深的死铁层可多贮存铁水，保证炉缸有充足的热量储备，稳定铁水的温度和成分。3、加大炉缸的高度。可保证风口前有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充分燃烧及改善高炉下部中心的透气性，有利于改善气体动力学条件。1.4高炉炼铁设计应遵循的原则高炉炼铁设计应保证新建高炉车间的工艺布置合理，技术经济指标先进，设备有较高的机械化，自动化水平，有安全和尽可能舒适的劳动条件，有可靠而稳定的环境保护措施。高炉炼铁设计应遵循的基本原则有；1、合法性。设计原则和设计方案确定，应符合国家工业建设的方针和政策。2、客观性。设计所选的指标和技术方案应以客观的数据为依据，做出的设计经得起全面的客观的评价，保证所采用的方案有坚实的基础，并能成功的付诸实践。3、先进性。设计应反映出最近的该领域的成就，并应考虑发展趋势。4、经济性。在厂址，产品，工艺流程等多方案的比较中，选择最经济的方案，使得单位的产品投资最少，成本最低，经济效益最佳。5、综合性。设计过程中，各部分的设计方案要相互联系，局部方案应与总统方案一致，各专业的设计应服从工艺部分。6、发展远景。要考虑车间将来发展的可能性，适当的保留车间发展所需的土地，交通线和服务设施。7、安全和环保。保证个领域和工作岗位都能安全生产，不受污染，力争做到“场外看不到烟，场内听不到声”，排出的废水，废气都应达到国家的环保法的要求。8、标准化。在设计中尽可能的采用各种标准设计，这样可减小设计工作量和所点建设的周期。9、美学原则。车间和工作环境具有良好的布局和较好的劳动条件。在场内应具有排列美观，色彩明快，安全宜人的环境，以减少疲乏和提高劳动生产率。 第二章 高炉配料计算冶炼1t生铁，需要一定数量的矿石、熔剂和燃料(焦炭及喷吹燃料)。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，就是求出在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼规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。2.1配料计算的目的配料计算的目的，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。2.2配料计算时需要确定的已知条件本设计所选混合矿的组成为烧结矿：球团矿：生矿=80：12：8。各矿物成分及混合矿成分见表2-1。 表2-1 各矿物及混合矿成分（%）成分原料TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO烧结矿55.120.0130.04514.7962.3611.423.72.72天然矿62.200.0240.0257.9680.843.960.740.29球团矿59.870.0160.0520.70884.818.32.341.74混合矿56.880.0140.04412.55366.4710.443.302.40续表2-1成分原料Al2O3P2O5S/2K2ONa2OMnO烧损合计烧结矿2.75.02250.0300.20.0271.980100.00天然矿3.200.01250.0550.2320.0632.191.168100.00球团矿0.950.0260.0370001.089100.00混合矿2.570.0220.0320.1780.0261.7590.224100.002.3冶炼条件的确定根据冶炼铁种和原燃料条件，除确定矿石的配比之外，尚需预定炉渣碱度，焦比，喷吹物数量，炉尘，生铁成分与各种元素在渣及铁中的配比。设计中需要的各种成分如以下各表所示。 成 分MgOSiO2Al2O3BaOCaOFeOS/2MnO合计质量分数/%8.1436.139.933.7238.91.90.931.34100表2-2 炉渣成分表 表2-3 碎铁成分表成 分FeSiO2Al2O3烧损合计质量分数/%85.009.003.003.00100表2-4 焦炭工业分析表成 分固定碳灰分挥发分S合计有离水质量分数/%85.0212.941.170.871003.2表2-5 焦炭、煤粉灰分分析表成 分MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO合计质量分数/%焦炭0.9549.934.090.373.020.881.249.46100煤粉1.0348.8135.820.303.682.920.936.95100表2-6 焦炭挥发成分成 分CO2COH2CH2N2合计质量分数/%34.237.86418100表2-7 煤粉成分表成 分C灰分HON S H2O合计质量分数/%76.4911.183.516.010.600.361.85100表2-8 炉尘成分表成 分TFePSFe2O3FeOCaO合计质量分数/%41.420.040.4051.457.018.30100表2-9 各种元素在炉渣、生铁和煤气中的分配率产品FeMnPS生铁0.9970.701.000.02炉渣0.0030.300.000.98煤气0000表2-10 生铁成分表成分SiMnPCFeS质量分数 / %0.320.940.1464.0194.550.035100其它各种参数的选择。1、湿焦比（1t生铁）为420kg/t2、煤粉喷吹量（1t生铁）为180kg/t3、碎铁使用量（1t生铁）为40kg/t4、选择炉渣碱度w(CaO)/w(SiO2)=1.15、冶炼强度I=0.90t/(m3d)6、热风温度t=1100,鼓风湿度=1.5%7、炉顶煤气温度=2008、炉尘吹出量为(1t生铁）为40kg/t9、直接还原度rd=0.40kg/t10、焦炭与喷吹燃料中总碳量的1%和H2生成CH42.3.1根据铁平衡求铁矿石的需求量1、焦炭带入的铁量Fe2O3 2Fe159.7 111.70.0088 x 故:x=0.00616FeO Fe71.75 55.850.0946 y 故：y=0.0735所以，焦炭带入的铁量=2、矿石的需求量=式中 矿石的需求量（1t生铁），kgt； 进入生铁的铁量（1t生铁），kgt； 进入炉渣的铁量（1t生铁），kgt； 进入炉尘的铁量（1t生铁），kgt； 碎铁带入的铁量（1t生铁），kgt； 焦炭带入的铁量（1t生铁），kgt； 煤粉带入的铁量（1t生铁），kgt； 矿石含铁量（1t生铁），kgt；其中，的计算方法如下：Fe2O3 2Fe159.7 111.70.0298 x 故:x=0.021FeO Fe71.75 55.850.0695 y 故：y=0.054根据以上计算=所以= = 2.3.2根据CaO的平衡求石灰石用量 表2-11 溶剂的成分表成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5烧损质量分数 / %0.014 0.012 52.78 1.32 1.62 1.32 0.03 42.90 100根据CaO的平衡求石灰石用量，本设计的碱度w(CaO)/w(SiO2)=1.1。石灰石的用量： 式中 溶剂的需要量（1t生铁），kgt； 炉渣的碱度； 矿石所带入的SiO2量（1t生铁），kgt； 矿石所带入的CaO量（1t生铁），kgt； 焦炭所带入的SiO2量（1t生铁），kgt； 碎铁所带入的SiO2量（1t生铁），kgt； 碎铁所带入的CaO量（1t生铁），kgt； 煤粉所带入的SiO2量（1t生铁），kgt； 煤粉所带入的CaO量（1t生铁），kgt； 还原硅所消耗的SiO2量（1t生铁），kgt； 炉尘带走的SiO2量（1t生铁），kgt； 炉尘带走的CaO量（1t生铁），kgt； 溶剂中的SiO2量（1t生铁），kgt； 溶剂中的CaO量（1t生铁），kgt。在计算时要考虑机械损失，一般原燃料的机械损失和生铁原料实际消耗量分别列于表2-12和表2-13。表2-12 原燃料的机械损失原燃料机械损失 / %原燃料机械损失 / %矿石2焦炭1溶剂1 表2-13 生铁原料实际消耗量原燃料理论消耗量/ kg机械损失 / %水分 / %实际消耗量/kg混合矿1626201659碎铁400040石灰石32810331.3焦炭406.5613.2 42364总计2.3.3最终炉渣成分和数量计算1、进入炉渣的全部S量 式中 进入炉渣的硫量（1t生铁），kgt； 矿石带入的硫量（1t生铁），kgt； 溶剂带入的硫量（1t生铁），kgt； 焦炭带入的硫量（1t生铁），kgt； 煤粉带入的硫量（1t生铁），kgt； 重油带入的硫量（1t生铁），kgt； 进入生铁带入的硫量（1t生铁），kgt； 炉尘带走的硫量（1t生铁），kgt； 煤气带走的硫量（1t生铁），kgt；2、进入炉渣的FeO量 3、进入炉渣的SiO2量 4、进入炉渣的CaO量 = =5、进入炉渣的MgO量 = =6、进入炉渣的Al2O3量 = =7、进入炉渣的MnO量 所以，炉渣成分与数量如表2-14。表2-14 炉渣成分与数量化学成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS合计CaO / SiO2CaO +MgO / SiO2质量/ kg209.4871.46225.7343.328.593.664.47560.711.11.28质量分数/ %36.9612.6749837.641.520.650.781002.3.4最终生铁成分计算 1、生铁含P量的计算 式中 生铁含P量，%； 矿石带入的磷量（1t生铁），kgt； 焦炭带入的磷量（1t生铁），kgt； 溶剂带入的磷量（1t生铁），kgt； 炉尘带出的量（1t生铁），kgt。2、生铁含S量的计算 3、生铁含Si量为0.32% 4、生铁含Mn量的计算。 （0.665后补了%）5、生铁含Fe量为94.55% 6、生铁含C的计算。 所以，生铁的最终成分如表2-15。 表2-15 生铁的最终成分 成分SiMnPCFeS质量分数 / %0.320.660.0344.494.550.0351002.4物料平衡高炉物料平衡计算包括风量计算、煤气量计算以及编制物料平衡表。通过它可以进一步了解高炉反应过程的各种变化和检查有关计算（配料计算、风量和煤气量计算)的正确性，同时也可以检查称量工作及其他工作的情况。2.4.1根据C的平衡计算风量1、风口前燃烧的总C量。炉料带入的C量： 式中 炉料带入的C量（1t生铁），kgt； 焦炭带入的C量（1t生铁），kgt； 煤粉带入的C量（1t生铁），kgt； 重油带入的C量（1t生铁），kgt； 炉尘带走的C量（1t生铁），kgt。（1）生成甲烷的C量： （2）溶于生铁中的C量： （3）碎铁带入的C量： （4）还原Mn消耗的C量： 修改后（9.4应为6.6，铁含锰为0.66%）（5）还原Si消耗的C量： （6）还原Fe消耗的C量： （7）还原P消耗的C量： 修改后（0.0343应为0.343）根据以上计算，得出直接还原消耗的C量为： 修改后 给出式子中字母代表的意思风口前燃烧的C量为： 给出式子中字母代表的意思2.4.2风量的计算鼓风中氧的浓度： 式中 鼓风中氧的浓度； 鼓风中水分。风口前碳燃烧时需氧量： 其中，煤粉供氧： 则需要由鼓风供氧： 所以，每吨生铁需要风量： 2.4.3炉顶煤气成分及数量的计算1、甲烷的计算（1）由燃料碳素生成的甲烷： （2）焦炭挥发分中的甲烷： 则进入煤气中的甲烷为： 2、氢量的计算（1）由鼓风水分中分解出的氢： （2）焦炭挥发分级有机物中的的氢： （3）煤粉分解出的的氢： （4）在喷吹条件下，一般有30%的氢参加还原，故参加还原的量为： （5）生成甲烷的氢： 则进入煤气的氢： 3、CO2的计算。（1）Fe2O3还原为FeO时，生成的CO2为： （式中“22.4/2”应为22.42/160）（2）FeO还原为Fe时，生成的CO2为： （最好带入数据后再得的答案）（3）焦炭挥发分中的CO2为： （4）石灰石分解出的CO2为： （5）混合矿分解出的CO2为： 则进入煤气中的CO2为： 4、CO的计算（1）风口前燃烧生成的CO为： （2）直接还原生成的CO为：MeO+C=Me+CO （Me为Fe、Si、Mn、P） （3）焦炭挥发分中的CO为： （4）间接还原消耗的CO为： 进入煤气的CO为： 5、N2的计算。（1）鼓风带入的N2： （2）焦炭带入的N2： （3）煤粉带入的N2： 则进入煤气带入的N2为： 根据以上计算列出的煤气成分见表2-16。 表2-16 煤气成分及数量化学成分体积/ m体积分数/ %化学成分体积/ m体积分数/ %CO2415.4420H249.4072.38CO460.3522.202CH49.1560.442N21139.0454.94总计2073.41002.4.4物料平衡表的编制1、鼓风质量的计算1m鼓风的质量为： 则全部鼓风质量为：2、煤气质量的计算1m煤气的质量为： 则全部煤气质量为：3、水分的计算（1）氢参加还原生成的水为：（2）煤粉含水量=（3）焦炭含水量=根据以上计算，得到吨铁物料平衡表2-17。 表2-17 物料平衡表收入项目数量/kg支出项目数量/kg原、燃料2453.64生铁1000.00鼓风1880.04炉渣566.715煤粉180煤气2823.96炉尘40水分需重新算总计4513.68总计4453.815绝对误差需要重新计算相对误差需重新计算一般相对误差应小于3%，否则应该检查计算是否有错误。2.5热平衡进行高炉热平衡的计算，可以深入了解在高炉冶炼过程中热量利用率的情况，从而找到高炉进一步降低焦比的途径。根据能量守恒定律，在高炉冶炼过程中吸收的热量应等于支出的热量。热平衡和物料平衡这两个概念构成了高炉计算的全部基础。综合前面的配料计算和物料平衡，以下进行热平衡计算。2.5.1热量收入的计算热量收入的各项计算如下：1、碳氧化放热（1）由C氧化成1m放出的热量为： 其中，7980为C氧化为CO2放热，KJ/kg。（2）由C氧化成1m CO放出的热量为： 补充2340代表意义则碳氧化放出的总热量为：2、鼓风带入的热量1100干空气的热容量为0.3751，水蒸气比焓是0.4576。 3、氢氧化放热。1m3氢氧化成水蒸气放出热量为2581kcal。 4、成渣热炉料的碳酸盐或磷酸盐中存在的1kg的CaO及MgO在高炉内生成钙镁酸盐所放出的热量为270kcal。混合矿中呈Ca3(PO4)2存在的CaO为： CaCO3存在的CaO为： 溶剂中的（CaO+MgO)为： 则成渣热为：补充270意义5、混合矿带入热本设计只需计算烧结带入的物理热，其他料(如煤粉）等带入的物理热均忽略不计。烧结矿带入热量= 式中 每吨生铁烧结矿用量，kg； 烧结矿入炉温度下比热容，本设计取=0.19； 烧结矿入炉温度，本设计取=20。6、甲烷生成热 焦炭与喷吹燃料中总碳量的1%和H2生成CH4。 CH4的生成热= 补充1124意义则冶炼1t生铁的总热量收入为：2.5.2热量支出项的计算热量支出项的各项计算如下：1、氧化物的分解热计算时首先应该弄清各种氧化物在不同原料中的存在形态。一般原料分析中没有指出各种形态氧化物的含量，计算时依据矿物常识做出假定。铁矿石中没有自由的FeO，在溶剂性烧结矿中的FeO约有20%呈2FeOSiO2，其余以Fe2O3形态存在，焦炭中的全部以2FeOSiO2的形态存在。 （1）铁氧化物的分解热计算 （应为16260.1255380%） 补充Fe3O4量的计算分解1KgFeO（2FeOSiO2）需要973.33kcal热量，故：FeO的分解热分解1KgFe3O4需要1146.38kcal热量，故：Fe3O4的分解热分解1KgFe2O3需要1230.69kcal热量，故：Fe2O3的分解热所以：氧化物的总分解热=（2）Mn氧化物的分解热计算由MnO分解出1Kg Mn需要1758.5kcal热量。故：锰氧化物的分解热锰的量并不为1.23%，请修改（3）SiO2的分解热计算由SiO2分解出1kgSi需要7423kcal热量，故： SiO2的分解热2、磷酸钙的分解热计算由Ca3(PO4)2分解出1kg磷需要8540kcal热量，故：Ca3(PO4)2的分解热磷的量并非为0.0375，请改正3、脱S需要热量的计算使用不同脱S剂时，脱S消耗的热量见表2-18。表2-18 脱S消耗的热量脱S剂1kmol硫消耗热量/kcal1kg硫消耗热量/kcalCaO413401290MnO479101495FeO420701315MgO614101920以CaO、MnO、FeO作为脱S剂时，它们脱除1kgS所消耗的热量很相近，只有MgO脱S消耗的热量较大。一般当渣中的MgO较少时，计算生成硫化物的热效应时应该采用平均值，所以1kgS消耗的平均热量为：所以：脱S消耗的热量： 故：氧化物的分解和脱S消耗的总热量4、碳酸盐的分解热由CaCO3分解出1kgCO2需966kcal，由MgCO3分解出1kgCO2需594kcal，由MnCO3分解出1kgCO2需522kcal。混合矿以MnCO3存在的CO2量混合矿以CaCO3存在的CO2量溶剂中以CaCO3存在的CO2量溶剂中以MgCO3存在的CO2量所以：碳酸盐分解热5、水分分解热只考虑鼓风中水蒸气分解热故：风中水蒸气分解热 补充2581意义6、喷吹物分解热式中 1Kg喷吹物的分解热，KJ/Kg； 1Kg喷吹物的低发热值，kcal/Kg；， 喷吹物中该成分的质量分数，%。煤粉的分解热约为300kcal/KJ，所以： 7、炉料游离水的蒸发热 1Kg水由0升至100吸热100kcal，再变为100水蒸气吸热540kcal，共640kcal。所以： 游离水的蒸发热 8、铁水带走的热取铁水的焓量为270kcal/Kg，则铁水带走热9、炉渣带走的热 取炉渣的焓量为410kcal/Kg，则 炉渣带走热10、煤气带走的热取炉顶煤气温度T顶=200。200时煤气各成分的热熔见表2-19。表2-19 200时煤气各成分的热熔 N2COCO2H2CH4H2O0.3130.3140.4340.3070.4250.364（1）干煤气带走的热量干煤气的热熔为： 所以干煤气带走的热量为： （2）水蒸气带走的热量为： （3）炉尘的比热容为0.2， 则炉尘带走的热量为： 故煤气走的总热量为： 11、外部热损失 2.5.3热平衡表根据以上计算，列出吨铁热平衡表2-20。表2-20 吨铁热平衡表收入支出项目热量/KJ百分数项目热量/KJ百分数碳的氧化8977229.5074.3氧化物分解热6644504.37455.27鼓风2553062.4921.4碳酸盐分解热571414.864.75氢氧化312197.762.5水238828.0342.01成渣热204639.641.69喷煤2268001.78炉料带入热25960.960.21游离水36126.720.30铁水11340001.42炉渣975883.238.03煤气602631.715.02热损1642901.413.42共计12073090.33100共计12073090.33100能量利用的评定： 根据总热平衡的数据，可以计算出高炉内有效热量利用系数及碳的利用系数。1、有效热利用系数 式中 单位生铁的全部热量消耗，KJ/t； 单位生铁的有效热量消耗，KJ/t； 显然，的高低标志着高炉热量利用的好坏。一般情况下，此值为75%85%。2、碳的利用系数Kc Kc 式中 冶炼1t生铁在高炉生成的CO和CO2碳放出的总热量，kcal； 冶炼1t生铁在氧化生成CO和CO2的总C量，Kg。 KcKc是表述高炉能量利用好坏的又一指标。Kc值一般在50%60%之间，个别可高达65%。第三章 高炉本体设计3.1高炉容积的确定1、年工作日的计算 假定高炉一代炉龄为8年，大修时间为56天，一代中有一次中修，时间为30天，每年一次计划检修，时间是48h，则高炉年工作日为：2、高炉车间日产铁量3、高炉车间高炉座数高炉车间建设高炉的座数，既要考虑尽量增大高炉容积，又要考虑企业煤气平衡和生铁量的均衡，保证在一座高炉停产时，铁水和煤气的供应不致间断。一般新建车间由两23座高炉组成为宜。本设计确定高炉为2座。4、高炉容积计算高炉座数为2座，利用系数=2.0t/(m3d)每座高炉日产量P(t)=P总/2=8645.5/2=4322.76t每座高炉容积 取21613.2高炉炉型及尺寸确定1、炉缸直径d： 其中，冶炼强度I=k=2.00.42=0.84(m3d)；燃烧强度取0.93t/(m3h)则 （式中1.05应换成0.93） 取d=10m不同炉容高炉的Vu/A（炉容/炉缸截面积比）比值是不同的，一般大型高炉为2228，中型高炉为1522，小型高炉为1115。对本设计符合大型高炉数值，所以炉缸直径取值合理。 （在式中补上直径10的平方号）2、炉缸高度h1：铁口中心线至风口中心线的高度 （1）渣口高度hz：渣口中心线至铁口中心线的高度 取 hz=1.7m给出式中字母代表的含义（2）风口高度：风口中心线至铁口中心线的高度 取=3.0m补充K含义（3）风口数目n：补充大小高炉选风口数目方法 n=2（d+2）=2（10+2）=24 取n=24个补充d的含义，单位（4）风口结构尺寸a 选取 a=0.5m补充a的意义，选取依据则炉缸高度h1 h1=+a=3.0+0.5=3.5m3、死铁层厚度h0：选取 h0=1.5m 4、炉腰直径D、炉腹角、炉腹高度h2：选取 D/d=1.13则 D=1.1310=11.3 取D=11.3m选取 =8030则 h2=（D-d）tan/2=3.8 取h2=3.8m 校核 tan=2h2/D-d=5.85 =80:15”5、炉喉直径d1、炉喉高度h5：选取 d1/D=0.68则 d1=0.6811.3=7.68 取d1=7.7m选取 h5=2.0m6、炉身角、炉身高度h4、炉腰高度h3：选取 =则 h4=(D-d1)tan/2=17.13 取 h4=17.1m校核 tan =2h4/D-d1=9.5 取 =选取 Hu/D=2.55则 Hu= 2.5711.2=28.815 取 Hu=28.8m求得 h3=Hu-（h1+h2+h4+h5）=2.4m7、校核炉容：（1）炉缸体积： V1=d2h1=274.75m （2）炉腹体积： V2=h2（D2+Dd+d2）=338.76m （3）炉腰体积： V3=D2h3=240.57 m （4）炉身体积： V4=h4（D2+Dd1+d12）=1226 m（5）炉喉体积： V5=d12h5=93.09m高炉容积 Vu=V1+V2 +V3+V4+V5=2173.17m误差 = % 1% 炉型设计合理，符合要求。计算得高炉内型参数列于表3-1中。表3-1 高炉内型参数序号项目数值1有效容积Vu/m321622炉缸直径d/mm100003炉腰直径D/mm113004炉喉直径d1/mm77005死铁层深度h0/mm15006炉缸高度h1/mm35007炉腹高度h2/mm38008炉腰高度h3/mm24009炉身高度h4/mm1710010炉喉高度h5/mm200011有效高度Hu/mm240012炉腹角13炉身角14Hu/D2.1215铁口数/个2（夹角90）16风口数/个243.3绘制高炉炉型图图3-1 高炉炉型图 第四章 高炉基础和内衬4.1炉基的形状及材质高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到地基。高炉基础由埋在地下的基座和地面上的基墩组成。4.1.1高炉基础的要求对高炉基础（见图4-1）的要求是：1、高炉基础应把高炉的全部载荷均匀的传递给地基，不发生沉陷和不均匀的沉陷。2、有一定的耐热能力。采用水冷炉底及耐热基礅，以保证高炉基础很好工作。基礅断面为圆形，高度一般为2.53.0m；基座直径与载荷和地基土质有如下关系，A=P/KSm式中：A基座底表面积，m2；P包括基础质量在内的总荷载，t；K小于1的安全系数，取值视土质而定；Sm地基土质允许的承压能力，t/m2。一般建在大于2.0kg/cm2的土质上。图4-1高炉基础1冷却壁；2炉底砖；3水冷管；4耐火砖；5耐热混凝土；6钢筋混凝土基座一般混凝土只能在150以下工作，250便有开裂，400时失去强度，钢筋混凝土700时失去强度。过去由于没有耐热混凝土基墩和风冷炉底设施，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至爆炸。采用风冷和水冷炉底及耐火基墩后，可以保证高炉基础很好工作。高炉基础的结构主要取决于地质条件和高炉的容积。基座的主要作用是将上面传递来的载荷传递给地层。基座的底面积较大，以减小单位面积的地基所承受的压力。基座的直径与载荷和地基土质有关，基座用普通钢筋混凝土制成，其形状一般为正多边形。本设计选用正八边形，其对角线长为40，采用风冷和水冷炉底及耐火基墩后，基座表面为带坡度的水泥沙浆层，以便于排出积水。4.2高炉炉底和各段炉衬的选择炉缸、炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件非常恶劣。炉缸、炉底是高炉重要部分，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。它们的破坏机理是：1、液态铁、重金属及碱金属渗入砌体缝隙后凝固，体积膨胀，进而扩大裂缝使砖衬脱落浮起。2、受14001600（风口前端达1800）以上的高温作用，与同时受到的压力结合，破坏作用强。由于温度不均，产生的热应力使耐火砌体软化变形，开裂。3、受到炉料，渣铁的物理化学侵蚀及净压力作用和鼓风，崩料及坐料的冲击。4、渣、铁、煤气流的机械作用，特别是在开炉初期对炉底的机械作用尤为严重。5、鼓风中的氧气、水分和煤气中的二氧化碳等氧化性气氛对碳砖的氧化作用，还原剂对衬砖中的三氧化二铁和二氧化硅的还原作用，侵蚀炉衬。本设计采用热压小碳砖陶瓷杯技术。图4-2 炉底、炉缸结构4.3炉腹和炉腰的炉衬设计受到高氧化亚铁初渣侵蚀，炉腰的炉衬要承受煤气流和炉料的磨损，碱金属和锌蒸汽渗透的破坏作用，炉腰以下还要受到由于温度波动所产生的热震破坏作用。高炉冶炼过程中部分煤气流沿炉腹斜面上升，在炉腹与炉腰交界出转弯，对炉腰下部冲刷严重，使这部分炉衬侵蚀较快，使炉腹段上升，径向尺寸也有所增大，使得设计炉型向操作炉型转化。厚墙炉腰有利于这种转化，薄墙炉腰不利于这种转化，而有利于固定炉型的作用。第五章 冷却设备选择、风口及铁口设计5.1高炉冷却设备的作用及冷却介质高炉炉衬侵蚀机理是复杂的和多因素的，高温软融是主要因素之一。而且诸多破损因素都与温度有关，所以炉衬的温度状态是炉衬破损的主要原因。因此对炉衬冷却是非常重要的。冷却设备的作用是：1、保护炉壳。2、对耐火材料的冷却和支承。3、维持合理的操作炉型。4、促成炉衬内表面形成渣皮代替炉衬工作，延长炉衬寿命。冷却介质有水、空气、汽水混合物三种。本设计中采用