学士学位论文--年产铁180万吨高炉车间工艺优化设计.doc

重庆科技学院

毕业设计（论文）

题 目 年产铁180万吨的高炉车间工艺优化设计

院 （系） 冶金与材料工程学院
专业班级 冶金技术2010-01

学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：
年 月 日

重庆科技学院专科生毕业设计 摘要

摘 要

本设计是设计年产180万吨炼钢生铁的高炉炼铁车间。
在设计中采用了2000m3的高炉1座，不设渣口，2个出铁口，采用矩形出铁场。送风系统采用四座内燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、布袋除尘器。渣铁处理系统采用图拉法水淬渣处理，上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。
在设计中，首先做了物料平衡、热平衡，炉型的设计与计算，以及设备的选择。设计中应用了许多先进的工艺，这些工艺在实行大喷煤技术提高传热效率，节能，提高生产率方面起了重要的作用。在设计中，广泛吸收前人技术革新和国内外科学研究成果。根据实际需要及可能性，尽量采用先进设备、结构、材料及新工艺。做到技术上先进，经济上合理，又减少环境污染。
关键词：高炉 本体 外燃式热风炉 布袋除尘器

I
重庆科技学院专科生毕业设计 ABSTRACT
ABSTRACT

The assignment is the design of the 1.8million tons pig iron for steelmaking workshop.
Used in the design of the one 2036m3 blast furnace, no slag hole, two taphole,the use of rectangular field of iron. The airflow system uses the four internal combustion hot stove.Dust catcher system using gravity precipitators, Clothe Bag Deduster.Using iron and slag treatment system Tulafa slag water quenching treatment,the Feeding system adopts belt feeding machine, to ensure the uninterrupted supply of blast furnace.
In the design,first of all made a material balance,heat balance,and calculation of furnace design,as well as the choice of equipment;the design of the application of a number of advanced technology,these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency,energy saving,to improve productivity played an important role. In the design, widely absorbing the previous technical innovation and scientific research achievements at home and abroad.According to the actual needs and possibilities,as far as possible the use of advanced equipment,advanced structure,advanced materials and so on.Achieve technically advanced and economically rational,but also reduce environmental pollution.
Keywords: blast furnace, body, internal combustion type hot air stove, bag dust collector

II
重庆科技学院专科生毕业设计 目录
目录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1概述 1
1.2 高炉生产主要经济技术指标 1
1.3高炉冶炼现状及其发展 1
2 高炉配料计算 3
2.1配料计算的目的 3
2.2配料计算时需要确定的已知条件 3
2.2.1原始资料的收集整理 3
2.2.2选配矿石 4
2.2.3确定需要的冶炼条件 4
2.2.4 配料计算的内容 6
2.3计算过程 6
2.3.1计算方法 6
2.3.2确定生铁成分 6
2.3.3计算所配矿石比例 6
2.3.4计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量 7
2.3.5终渣成分及渣量计算 7
2.3.6生铁成分校核 8
3 高炉物料平衡计算 9
3.1高炉物料平衡计算的意义 9
3.2 高炉物料平衡计算的内容 9
3.2.1 根据碳平衡计算风量 9
3.2.2 煤气成分及数量计算 10
3.2.3 编制物料平衡表 12
4 高炉热平衡计算 13
4.1热平衡计算的目的 13
4.2热平衡计算方法 13
4.3热平衡计算过程 14
4.3.1 热量收入 14
4.3.2 热量支出 15
4.3.3 热平衡指标计算 17
5 高炉炉型设计 19
5.1年工作日的确定 19
5.2 定容积 19
5.3 炉缸尺寸 19
5.3.1炉缸直径 19
5.3.2 炉缸高度、渣口高度 19
5.3.4 死铁层的厚度 19
5.3.5 炉腰直径,炉腹角及炉腹高度 19
5.3.6 炉喉直径和炉喉高度 20
5.3.7 炉身角、炉身高度及炉腰高度 20
5.4 校核炉容 20
5.5炉衬设计 22
5.5.1 炉底炉缸的炉衬的设计 22
5.5.2炉腹和炉腰的炉衬设计 22
5.5.3炉身和炉喉炉衬设计 23
5.6 高炉冷却 23
5.6.1 高炉冷却设备的作用及冷却介质 23
5.6.2 高炉冷却设备设计 23
5.6.3 冷却设备工作制度 24
5.7高炉钢结构及高炉炉基 25
5.7.1 高炉钢结构 25
5.7.2 高炉基础 26
5.8炉体设备 26
5.8.1 炉体冷却设备 26
5.8.2 风口水套 27
5.8.3 铁口套 27
5.8.4炉喉钢砖 27
5.8.5 炉顶保护板 27
6 高炉车间原料系统 28
6.1 贮矿槽和贮焦槽的设计 28
6.1.1贮矿槽的设计 28
6.1.2 副矿槽 29
6.1.3贮焦槽设计 29
6.1.4矿槽的结构形式 29
6.2给料器，槽下筛分与称量设计 29
6.2.1给料器 29
6.2.2槽下筛分 29
6.2.3槽下称量 29
6.3胶带机的设计 30
6.4炉顶装料设备 30
6.5 探料装置 31
7 高炉送风系统 32
7.1高炉鼓风机 32
7.1.1高炉冶炼对鼓风机的要求: 32
7.1.2鼓风机出口风量的计算 32
7.1.3鼓风机出口风压的计算 33
7.1.4鼓风机的选择 33
7.2 高炉热风炉设计 33
7.2.1热风炉基本结构形式 33
7.2.2热风炉的计算说明： 34
7.3燃烧器及阀门 35
7.3.1燃烧器 35
7.3.2热风炉阀门 35
7.4提高风温的途径 36
7.5 余热回收装置 36
7.5.1.热管式换热器 36
7.5.2.分离式热管换热器 37
7.5.3.热媒式换热器 37
8 高炉喷煤系统 38
8.1煤粉的制备 38
8.1.1原煤的贮存 38
8.1.2煤的干燥 38
8.1.3磨煤机 38
8.1.4粗粉分离器 38
8.1.5旋风分离器 38
8.1.6锁气器 38
8.1.7布袋收集器 38
8.2 煤粉喷吹系统 39
8.3 安全措施 40
8.3.1煤粉爆炸条件 40
8.3.2采取的安全措施 40
9 高炉煤气除尘系统 41
9.1高炉煤气除尘的目的 41
9.2评价煤气除尘装置的主要指标 41
9.3高炉煤气除尘设备 41
9.4重力除尘器 42
9.4.1重力除尘器原理： 42
9.4.2主要尺寸—圆筒部分直径和高度 42
9.5文氏管 42
9.5.1文氏管除尘原理： 42
9.5.2半精细除尘设计 43
9.5.3精细除尘设计 43
9.6布袋除尘 43
9.7煤气除尘系统附属设备 43
9.7.1煤气遮断阀 43
9.7.2煤气放散阀 43
9.7.3煤气切断阀 44
9.7.4调压阀组 44
9.8炉顶余压发电 44
10 结论 45
参考文献 46

重庆科技学院专科生毕业设计 1 绪论

1 绪论
1.1概述
高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿，烧结矿，球团矿）为原料，焦碳，煤粉，重油，天然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为溶剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。为了实现优质，低耗，高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温，耐高压，耐磨，耐侵蚀密封性好，工作可靠，寿命长，而且具有足够的生产能力。
1.2 高炉生产主要经济技术指标
高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下：
(1) 高炉有效容积利用系数（η）：高炉有效容积利用系数即昼夜生铁的产量P（t）与高炉有效容积V（m）之比。是高炉冶炼的一个重要指标，越大，其高炉生产率越高。本设计取2.2
(2) 焦比（k）：焦比即每昼夜焦碳消耗量Q（t或kg）与每昼夜生铁产量P（t）之比，喷吹燃料可以有效地降低焦比，从而降低生铁成本。
(3) 煤比（Y），油比（M），燃气比（G）：指每吨生铁消耗的煤粉或油量或燃气量。从风口向炉内喷吹煤粉，重油以及天然气，焦炉煤气等燃料，可降低焦碳的消耗量。
(4) 冶炼强度（I）：高炉冶炼强度是每昼夜1m有效容积燃烧的焦碳量。冶炼强度表示高炉的主业强度，它与鼓入高炉的风凉成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大。本设计取0.95 。
(5) 休风率：休风率指休风时间占日历时间的百分数。
(6) 生铁合格率：高炉生产的化学成分符合国家的规定的合格生铁占生铁量的百分数为生铁合格率。
(7)高炉一代寿命：指高炉从点火开始到停炉大修之间的冶炼时间或相邻两次大修之间的时间称为高炉一带寿命。
1.3高炉冶炼现状及其发展
(1) 炉容大型化及其空间尺寸的横向发展。近年来，大型钢铁企业大多采用V4000m以上巨型高炉。
(2) 料：精料包括提高入炉矿石品位，改善入炉原料的还原性能，提高熟料率，稳定入炉原料成分和整粒，精练是改善高炉冶炼的基础。
(3) 提高休风温度：提高休风温度可以大幅度的降低焦比，特别是鼓风温度较低时效果更为显著。
(4) 高压操作：高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改善煤气性能及化学能利用，有利于稳定操作，为强化冶炼创造条件。
(5) 富氧大喷吹：富氧大喷吹可达到优质，低耗，高产，长寿的冶炼效果。
(6) 电子计算机的采用：计算机目前已可以控制配料，装料和热风炉操作。

2
重庆科技学院专科生毕业设计 2 高炉配料计算

2 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配料计算 [1]。
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
2.2.1原始资料的收集整理
生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不相吻合，加之分析方法不同存在分析误差，以致各种化学组成之和不等于100%。因此，应该先确定元素在原料存在的形态，然后进行核算，使总和为100%。
换算为100%方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为100%，或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为100%。调整幅度不大时，以调整Al2O3或MgO为宜。
在各种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方法处理。烧结矿分析的S，P，Mn 分别以FeS, P2O5,MnO形态存在。它们的换算为：
S──FeS ω(FeS)=ω(S)×%
P──P2O5 ω(P2O5) =ω(P)×%
Mn──MnO ω(MnO)=ω(Mn)×%
式中的S，P，Mn等元素皆为分析值（百分含量），当要计算Fe2O3时，需要从生铁（TFe）中扣除FeO和FeS中的Fe，再进行换算。
ω(Fe2O3)= (ω(Fe)-ω(FeO)×-ω(FeS)×)%
式中的Fe，FeO为分析所得烧结矿的全铁和氧化亚铁的百分含量，FeS为换算所得的硫化亚铁量。
天然矿石中的S以FeS2形态存在，换算式如下：
ω(FeS2)=ω(S)×%，式中S为分析所得的百分含量。
2.2.2选配矿石
在使用多种矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当配比选取。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。
ω[Mn]=ηMn×ω(Mn)矿×m(Fe)铁/ω(Fe)矿
式中：ω[Mn] ──生铁含锰量，%
ω(Mn)矿──混合矿含锰量，%
ηMn ──锰的回收率，一般为0.5～0.6
m(Fe)铁──矿石带入的生铁的铁量，kg/t铁
ω(Fe)矿──混合矿含铁量，
③ 冶炼锰铁时，为保证其含锰量，必须检查矿石含铁量是否大于允许范围。
ω(Fe) 矿=(100-ω[Mn]-ω[C]-ω[Si]-ω[P])/100×(ω[Mn]/ωMn矿×ηMn)
式中：ω[Mn],ω[Si],ω[C],ω[P]表示锰铁中该元素含量，%
ω(Mn)矿──锰矿含锰量，%
ω(Fe)矿──锰矿允许含铁量，%
ηMn──锰回收率，通常为0.7～0.82
④ 适当控制碱金属[2]。
2.2.3确定需要的冶炼条件
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。
③ 炉渣碱度选择碱，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。
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，入炉矿石成分见表2.1

表2.1入炉矿石成分（%）
成分
原料
TFe
Mn
P
S
Fe2O3
FeO
MnO
MnO2
CaO
烧结矿
55.63
0.093
0.048
0.033
70.30
8.18
0.12
0
10.10
球团矿
63.54
0.069
0.031
0.007
88.32
0.93
0.09
0
0.95
块矿
58.72
0.165
0.021
0.134
67.94
14.20
0
0.26
1.50
混合矿
57.00
0.094
0.044
0.035
72.86
7.450
0.108
0.016
8.21
续上表
成分
原料
MgO
SiO2
Al2O3
P2O5
FeS2
FeS
SO2
烧损
合计
烧结矿
2.61
6.20
1.13
0.11
0
0.09
0
1.16
100.00
球团矿
1.07
4.12
0.73
0.07
0
0.02
0
3.70
100.00
块矿
0.65
11.70
2.32
0.05
0.25
0
0
1.13
100.00
混合矿
2.26
6.22
1.146
0.10
0.02
0.07
0
1.54
100.00

焦炭成分分析见表2.2
表2.2 焦炭成分（%）
固
灰分11.01

挥发分0.90
定

碳
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
FeS
P2O5

CO2
CO
CH4
H2
N2
86.79
5.12
4.37
0.68
0.11
0.67
0.05
0.01

0.33
0.33
0.03
0.06
0.15
续上表
有机物1.30
∑
全S
游离水
H2
N2
S
100
0.53
4.80
0.40
0.40
0.50

喷吹物成分见表2.3
表2.3喷吹物成分
成分
C
H2
O2
H2O
N2
S
灰分
∑
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
煤粉
77.48
4.35
4.05
0.79
0.42
0.66
7.48
3.42
0.60
0.30
0.45
100

⑥ 确定焦比与煤比
根据目前国内生产经验，选择焦比为360 Kg/t，煤比为150 Kg/t。
⑦ 元素分配率 见表2.4
表2.4各种元素分配率
铁种
元素
Fe
Mn
P
S
V
生铁
炉渣
煤气
0.997
0.003
--
0.600
0.400
--
1.00
--
--
--
--
0.06
0.800
0.200
--

2.2.4 配料计算的内容
① 矿石用量及配比计算；
② 生铁中铁量计算；
③ 渣量及炉渣成分计算；
④ 炉渣性能校核；
⑤ 生铁成分校核。
2.3计算过程
2.3.1计算方法
为精确配料，现根据设计的生产要求，先假定生铁成分，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，最后炉渣性能、生铁成分进行校核。
2.3.2确定生铁成分
根据设计的生产要求假定的生铁成分，规定Si=0.35，S=0.03，Mn=0.08，P=0.09，R=1.10，由公式[C]=4.3-0.27[Si]-0.32[P]+0.03[Mn],可得C=4.18，Fe=95.27。
2.3.3计算所配矿石比例
根据以上已知条件，先以1t生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。
在计算时需要列出两个方程：碱度方程和铁平衡方程，根据生产要求列出方程如下：
① 铁平衡方程：

② 碱度平衡方程：

式中 CaO1, CaO2,CaO3,CaO焦,CaO煤，分别表示烧结矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的CaO含量。SiO2(1), SiO2(2), SiO2(3) ,SiO2(焦), SiO2(煤) ，SiO2(R)，分别表示烧结矿、球团、生矿、焦炭、煤粉中的SiO2含量、还原到铁水中的SiO2量（kg），其中SiO2(R)=
以1t生铁作为计算单位进行计算，据以上各表数据可以求得焦炭带入铁量=1.99kg，煤粉带入铁量=0.53kg
假定配烧结矿Xkg,球团矿配Ykg,块矿=100kg,因此有：
铁平衡方程：

碱度平衡方程:

联立解出方程组可得：烧结矿=1227.80 kg（占73%），球团矿=332.56 kg（占20%），块矿=120 kg（占7%），需要矿石总量为1680.36 kg，入炉熟料率=93%。
2.3.4计算冶炼每吨生铁炉料的实际用量
冶炼每吨生铁炉料的实际用量计算见表2.5
表2.5冶炼每吨生铁炉料的实际用量
名称
干料用量kg
机械损失%
水分%
实际用量kg
混合矿
1680.36
0.5
—
1688.76
焦炭
360
0.5
4.8
379.08
煤粉
150
—
—
150
合计
2190.36

2217.84
2.3.5终渣成分及渣量计算
① 终渣S含量
炉料全部含S量=1680.36×0.0004+360×0.005+150×0.0066=3.46kg
进入生铁的S量=0.3kg
进入煤气的S量=3.46×0.06=0.21
进入炉渣的S量=3.46-0.3-0.21=2.95kg
② 终渣的FeO量==3.69kg
③ 终渣的MnO量=1680.36×0.00094×0.5×
④ 终渣的SiO2量=1680.36×0.0622+360×0.0512+150×0.0748-7.5
=126.67kg
⑤ 终渣的CaO量=1680.36×0.0821+360×0.0068+150×0.0060
=141.31kg
⑥ 终渣的Al2O3量=1680.36×0.01146+360×0.0437+150×0.0342
=40.12kg
⑦ 终渣的MgO量=1680.36×0.0226+360×0.0011
+150×0.003=38.82kg
终渣成分见表2.6

表2.6终渣成分
成分
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
MnO
FeO
S/2①
合计
R
Kg
126.67
42.12
141.31
38.82
1.02
3.69
1.48
353.11
1.10
%
35.87
11.36
40.02
10.99
0.29
1.05
0.42
100

①由于分析所得Ca++都折算成CaO，但其中一部分Ca++却以CaS形式存在，CaS和CaO之质量差为S/2，为了质量平衡，Ga++仍以CaO存在，而S则只算S/2[2]
炉渣碱度R =1.10,符合规定值。MgO%=10.96%，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1350℃，粘度2Pa·S(1450℃)。该炉渣适合于炼钢铁生产。
2.3.6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=95.27%
⑥ 含C量=100-95.27-0.08-0.35-0.03-0.08=4.19%
生铁成分列于表2.7

表2.7 生铁成分（%）
Fe
Si
Mn
P
S
C
合计
95.27
0.35
0.08
0.09
0.03
4.18
100
校验结果与生铁成分的误差很小，表明原定生铁成分恰当。

8
重庆科技学院专科生毕业设计 3 高炉物料平衡计算

3 高炉物料平衡计算

3.1高炉物料平衡计算的意义
通过高炉配料计算确定单位生铁所需要的矿石、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，是高与各种附属设备的设计及高。
3.2 高炉物料平衡计算的内容
物料平衡是建立在物质不灭定律的基础上，以配料计算为依据编算的。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。
(1) 原料全分析并校正为100%；
(2) 生铁全分析；
(3) 各种原料消耗量；
(4) 鼓风湿度，f=1.5%；
(5) 本次计算选择直接还原度rd=0.45；
(6) 假定焦炭和喷吹物含C总量的1.0%与H2 反应生成CH4。
上述(1)，(2)，(3)原条件已经由配料计算给出，本例仅假定其余各项未知条件，分别为鼓风湿度f=1.5%（12g/m3 ），富氧率2.5%，氧气浓度98%。
3.2.1 根据碳平衡计算风量
① 风口前燃烧的碳量C风 根据碳平衡得：
C风 =∑C燃-（C）×103- ∑C直- CCH4
式中 C风 ──风口前燃烧C量，kg；
(C)──生铁含C量%；
∑C燃 ，∑C直 ，CCH4 ──分别为燃料带入C量，直接还原耗C和生成CH4 的C量，㎏[2]；
按上式分别进行计算：
燃料带入的C=m(C)J+m(C)M=360×0.8679+150×0.7748=428.66kg
溶于生铁的C=41.8kg
直接还原耗碳=m(C)Mn+m(C)Si+m(C)P+m(C)Fe
=0.8×+3.5×+0.9×+952.7×0.45×
=0.17+3+0.87+91.87=95.91kg
生成CH4耗碳=428.66×0.012=5.14kg
风口前燃烧的C量=428.66-41.8-95.91-5.24=285.81 kg，占入炉总碳量的66.68%。
② 风量计算（V风）
根据氧平衡可得：

其中
式中 ──风口前燃烧的C所需氧量（m³），(为燃烧带入C量，为C在风口前的燃烧率)；
Q──为燃料带入的氧量（M为煤粉，V（O）M，V（H2O）M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+0.29×0.015=0.2144 m3/ m3
风口前C燃烧所需氧量=285.81×0.933=266.66 m3
燃料带入氧量=150×（0.0405+0.079×）×=11.66m³
每吨生铁鼓风量==1189.37 m3
3.2.2 煤气成分及数量计算
① 计算CH4量
由燃料带入的C生成CH4的量=5.14×=9.59 m3
焦炭挥发分含CH4量=360×0.003×=0.15 m3
进入煤气的CH4量=9.59+0.15=9.47 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=1189.37×0.015+360×（0.0006+0.004）×
+150×（0.0435+）×
=110.95 m3
设喷吹条件下有40%的H2参加还原，则参加还原的H2量=110.95×0.4=44.38m3
生成CH4的H2量=9.59×2=19.18 m3
进入煤气的H2量=110.95-44.38-19.18=47.39 m3
==8.20%（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 由Fe2O3→FeO生成CO2的量=1680.36×0.7281×=170.27 m3
由FeO→Fe生成CO2的量=952.7×（1-0.45-0.0818）×=178.42 m3
由MnO2→MnO生成的CO2的量=1680.36×0.00016×=0.069 m3
另外，H2参加还原反应，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46.74m3，总计间接还原生成的CO2量为
170.27+178.42+0.069-44.38=304.38m3
各种炉料分解或者带入的CO2 量=焦炭的CO2量+矿石的CO2 量
=360×0.0033×+1680.36×0.0154×=13.78m3
因此，煤气的总CO2量=304.38+13.78=318.16m3
④ 风口前碳素燃烧生成的CO=285.81×=533.51m3
元素直接还原生成CO的量=95.91×=179.03 m3
焦炭挥发分中CO的量=360×0.0033×=2.22 m3
因此，间接还原消耗碳=304.38m3
煤气中总CO的量=533.51+179.03+2.22-304.38=410.38 m3
⑤ 总N2的量==1189.37×(1-0.05)×0.79
+360×0.0055× +150×0.0042×
=894.71m3
根据以上计算结果，列出煤气组成表3.1

表3.1煤气组成
成分
CO2
CO
N2
H2
CH4
总计
Vg/ V风
m3
318.16
410.38
84.71
47.39
9.74
1680.38
1.355
%
18.93
24.42
53.42
2.58
0.58
100.00

3.2.3 编制物料平衡表
① 计算鼓风量：
1 m3鼓风质量=1.28 kg/ m3
全部鼓风质量=1189.37×1.28=1522.39 kg
② 计算煤气的质量
=1.35 kg/ m3
全部煤气质量=1680.38×1.35=2268.51kg
③ 水分计算
炉料带入水分=360×0.048=17.28 kg
煤粉带入水分=150×0.0079=1.19kg
H2还原生成的水分=44.38×=35.66 kg
所以水分的总质量=17.28+1.19+35.66=54.13kg
④ 炉料机械损失=2217.84-2190.36-17.28-1.19=9.01kg
根据上述结果，列出物料平衡，如下表3.2
表3.2物料平衡表
序号
收入项
Kg

序号
支出项
Kg
1
原燃料
2190.36

1
生铁
1000.00
2
鼓风
1522.39

2
炉渣
353.11

3
煤气
2305.20

4
水分
54.13

5
炉尘
9.01

共计
3712.75

共计
3721.44

绝对误差
0.240%

相对误差
0.23%
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。

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重庆科技学院专科生毕业设计 4 高炉热平衡计算

4 高炉热平衡计算

4.1热平衡计算的目的
热平衡计算的目的是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能的利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。通过计算调查高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，说明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计算表研究高炉冶炼过程的基本方法[2]。
4.2热平衡计算方法
热平衡计算的理论依据是能量守恒定律，即单位生铁投入的能量总和应等于其中铁各项热消耗总和。热平衡计算采用差值法，即热损失是以总的热量收入减去各项热量的消耗而得到的，即把热量损失作为平衡项，所以热平衡表面上没有误差，因为一切误差都集中掩盖在所有热损失之中。
根据计算的目的和分析的需要，热平衡可分为全炉热平衡与区域热平衡。全炉热平衡是把整个高炉作为研究对象、计算它的各项热收入与支出，用来分析高炉冶炼过程令的能量利用情况。而区域热平衡是把高炉的某一个区域作为研究对象，计算和分析这个区域内的能量利用情况。虽然计算热平衡的部位与方法不向，但计算的目的都是为寻找降低能耗的途径和确定一定冶炼条件下的能耗指标。理论上可以以把高炉内的任何一个部位当作区域热平衡的计算对象，但由于决定向炉冶炼能耗指标的主要因素存在于高炉下部的高温区。因此，常用高炉下部属温区热平衡进行计算。
本例采用第一热平衡法计算进行热平衡计算。
第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据高斯定则，不考虑炉内的实际反应过程．要以物料最初与最终状态所具有的热力学参数为依据，确定高炉内的过程中所提供和消耗的热量。它的热收入规定为焦炭和喷吹物的热值(即全部C完全燃烧成CO2和H2全部燃烧成H2O时放出的热量)、热风与炉料带入的物理热及少量成渣热。而热支出为氧化物、硫化物和碳酸盐的分解热，喷吹燃料的分解热，水分的分解