炼铁高炉课程设计

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课程设计设计说明书设计题目：设计年产制钢生铁1040万吨和铸造生铁100万吨的高炉车间2016年1月15日 课程设计任务书设计题目：设计年产制钢生铁1040万吨、铸造生铁100万吨的高炉车间。设计的基本内容：（1）高炉冶炼综合计算，包括配料平衡、物料平衡和热平衡计算。（2）高炉设计，包括炉型设计、炉衬选材、冷却壁选择等。 目录1高炉冶炼综合计算11.1配料计算11.1.1原始条件11.1.2计算矿石需要量G矿31.1.3计算熔剂需要量41.1.4炉渣成分的计算41.1.5校核生铁成分61.2物料平衡计算71.2.1风量的计算71.2.2炉顶煤气成分及数量的计算91.2.3编制物料平衡表111.3热平衡计算121.3.1热量收入q收121.3.2热量支出q支131.3.3热量平衡表152高炉炉型设计172.1任务要求172.2定容积172.3炉缸尺寸172.4死铁层厚度182.5炉腰直径、炉腹角、炉腰高度182.6其他尺寸182.7校核炉容192.8炉衬设计202.9冷高炉内型示意图202.10冷却器的选择20参考文献22 1高炉冶炼综合计算1.1配料计算1.1.1原始条件(1)原料成分，见表1.11。选取主原料的配比为烧结矿68%、球团矿20%、块矿12%，分别将表1.11中每种原料成分之和折合成100%，得到表1.12。(2)焦炭成分及喷吹燃料成分，见表1.13和表1.14。(3)确定冶炼条件。某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率见表1.15。预定生铁的成分见表1.16。其中铁水中Si和S的含量由生铁质量要求定，此处，选取[Si]=0.350%，[S]=0.025%，Mn、P百分含量由原料条件定，C含量参照下式定，其余为Fe。由表1.2、表1.5计算生铁各成分：[Mn]=Mn矿×1.6×Mn在生铁中的分配率＝0.16%×1.6×50%＝0.128%[P]=P矿×1.6×P在生铁中的分配率=0.04%×1.6×100%=0.0648%[C]＝4.3%-0.27[Si]-0.329[P]-0.032[S]+0.3[Mn]＝4.3%-0.27×0.35%-0.329×0.0648%-0.032×0.025%+0.3×0.128%＝4.22%[Fe]=1-[Mn]-[P]-[C]-[Si]-[S]=1-0.128%-0.0648%-4.22%-0.350%-0.025%=95.21%如表1.16所示得到预定生铁成分。其它参数为：燃料消耗量焦炭310kg/tFe(干）322.4kg/tFe（湿）煤粉185kg/tFe（置换比0.7）鼓风湿度12g/m3相对湿度Φ＝12/1000×22.4/18=1.493%风温1200℃炉尘量20kg/tFe入炉熟料温度80℃炉顶煤气温度200℃综合冶炼强度1.11t/(d·m3)利用系数ηV2.25t/(d·m3)富氧率2.0%1 表1.11原料成分/%类别TFeMnPSRFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeSP2O5TiO2∑H2OCO2烧结矿a357.890.200.040.011.97.0074.925.101.549.691.480.260.030.100.11100.23球团矿b261.270.080.020.010.60.5486.937.420.884.450.820.100.030.030.06101.26块矿c264.220.080.080.030.061.3790.222.530.670.150.120.100.080.190.0298.45石灰石0.170.0040.010.760.3654.150.390.090.01100.001.0643.02炉尘　　　　　　　　　　　　　C=14.95　　其中烧结矿碱度为1.9，球团矿碱度为0.6，块矿碱度为0.06，烧损是3%。表1.12原料成分（折合成100%）/%类别TFeMnPSRFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeSP2O5TiO2∑H2OCO2烧结矿a357.760.200.040.01190.006.9874.755.091.549.671.480.260.030.100.11100.00　　球团矿b260.510.080.010.0160.000.5385.857.330.874.400.810.100.030.030.06100.00　　块矿c265.260.080.080.036.001.3991.682.570.680.150.120.100.080.190.02100.00　　石灰石0.170.0040.010.760.3654.150.390.090.01100.001.0643.02炉尘　　　　　　　　　　　　　C=14.95　　表1.13焦炭成分/%C固灰分11.8挥发分0.71有机物0.79∑游离水灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeOCOCO2CH4H2N2HNS86.76.034.440.530.0510.750.180.270.030.030.20.20.10.491001.211.8表1.14煤粉成分/%CHNSOH2O灰分13.75∑SiO2Al2O3CaOMgOFeO80.544.021.200.423.000.975.022.931.450.170.2810016 表1.15元素分配率/%FeMnSP生铁99.750.0-100.0炉渣0.350.0-0.0煤气0.00.05.00.0表1.16生铁预定成分/%FeSiMnPSC95.210.350.130.0670.0254.221.1.2计算矿石需要量G矿(1)燃料带入的铁量GFe燃首先计算炉尘中的焦粉量：G焦粉=G尘×(%C)炉尘/(%C)焦炭=20×14.95/86.7=3.45kg高炉内参加反应的焦炭量G焦为：G焦=310-3.45=306.55kg故可得：GFe燃=(G焦×(%FeO)焦+G煤×(%FeO)煤)×56/72=(306.55×0.75%+185×0.39%)×56/72=2.19kg(2)进入炉渣中的铁量GFe渣GFe渣=1000×[%Fe]生铁×0.3%/99.7%=1000×95.21%×0.3%/99.7%=2.865kg式中0.3%、99.7%分别为铁在炉渣和生铁中的分配率。(3)需要由铁矿石带入的铁量GFe矿GFe矿=1000×[%Fe]生铁+GFe渣-GFe燃=1000×95.21%-2.19+2.865=952.74kg(4)冶炼1t生铁的铁矿石需要量满足生铁中铁含量的铁矿石需要量G矿为：G矿=GFe矿/铁矿石的品位=952.74/59.42%=1603.40kg考虑到炉尘吹出量，入炉的铁矿石量为：G’矿=G矿+G尘-G焦粉=1603.40+20-3.45=1619.95kg16 1.1.3计算熔剂需要量(1)设定炉渣碱度R炉渣碱度设定为：R=CaO/SiO2=1.2(2)石灰石的有效熔剂性CaO有效CaO有效=(CaO%)熔剂-R×(SiO2%)熔剂=54.15%-1.2×0.75%=53.24%(3)原料、燃料带入的CaO量GCaO铁矿石中带入的CaO量GCaO矿为：GCaO矿=G矿×(CaO%)矿=1603.40×7.50%=120.04kg焦炭带入的CaO量GCaO焦为：GCaO焦=G焦×焦炭中的CaO含量=306.55×0.53%=1.62kg煤粉带入的CaO量GCaO煤为：GCaO煤=G煤×煤粉中的CaO含量=185×1.45%=2.68kg故可得：GCaO=GCaO矿+GCaO焦+GCaO煤=120.04+1.62+2.68=124.54kg(4)原料、燃料带入的SiO2量铁矿石中带入的SiO2量为：=G矿×(SiO2%)矿=1603.40×5.25%=584.03kg焦炭带入的SiO2量为：=306.55×6.03%=18.48kg煤粉带入的SiO2量为：=G煤×(SiO2%)煤=185×5.02%=9.29kg硅元素还原消耗的SiO2量为：=1000×[Si%]生铁×60/28=7.50kg故可得：=584.03+18.48+9.29-7.500=104.49kg因此，熔剂（石灰石）需要量G熔可以确定为：G熔=(RGsio2-GCaO)/CaO有效=(1.2×104.49-124.54)/53.24%=1.60kg熔剂加入量要求1~5kg/t，这里计算熔剂需要量为1.60kg/t，满足要求。1.1.4炉渣成分的计算原料、燃料及熔剂带入的有关成分见表1.17。16 表1.17每吨生铁带入的有关物质的量原燃料数量/kgSiO2CaOAl2O3MgOMnOS/%/kg/%/kg/%/kg/%/kg/%/kg/%/kg混合矿1603.405.2584.227.50120.231.3020.921.1819.000.213.350.010.20焦炭306.556.0318.480.531.624.4413.620.050.160.0000.491.50石灰石1.600.760.0154.150.870.360.010.390.010.090.0010.010.00煤粉1855.029.291.452.682.935.430.170.310.0000.420.77合计112.01125.4139.9719.473.352.48(1)炉渣CaO的量GCaO渣＝125.41kg(2)炉渣中SiO2的量=112.01-7.50=104.51kg式中7.50—还原消耗的SiO2量，kg。(3)炉渣中Al2O3的量＝39.97kg(4)炉渣中MgO的量GMgO渣GMgO渣＝19.47kg(5)炉渣中MnO的量GMnO渣GMnO渣=3.35×50%=1.67kg式中3.34—原、燃料带入MnO的总量，kg；50—Mn在渣中的元素分配率，%。(6)炉渣中FeO的量GFeO渣进入炉渣中的铁量GFe渣=2.865kg，以FeO形式存在，故GFeO渣=GFe渣×72/56=3.68kg(7)炉渣中S的量GS渣原、燃料带入的总硫量为：GS＝2.48kg进入生铁的硫量为：GS生铁=1000×[S%]生铁=1000×0.025%=0.25kg进入煤气中的硫量为：GS煤气=5.0%×GS=5.0%×2.48=0.12kg式中5.0%——S元素在煤气中的分配率。故GS渣=GS-GS生铁-GS煤气=2.48-0.25-0.12=2.11kg16 由以上计算，可以得到炉渣成分，见表1.18。表1.18炉渣成分组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS/2合计R/kg125.41104.5139.9719.471.673.681.05295.761.2/%42.4035.3313.526.580.571.250.36100.00注：表中S/2：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧原子量为16，S原子量为32，相当于已计入S/2，故表中再计入S/2。按四元相图查验炉渣的性质，将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%，见表1.19。计算硫分配系数LS：LS=(S)/[S]=2.10/295.36/0.025%=28.48式中2.10—GS渣，kg；295.36—炉渣的总量，kg；0.025—生铁中硫含量，%。表1.19四元组成/%CaOSiO2Al2O3MgO合计42.4035.3313.526.5897.8343.3436.1114.026.73100.001.1.5校核生铁成分(1)生铁磷含量[P]按原料带入的磷进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为：Gp矿=G矿×（P%）矿=1603.40×0.01%=0.16kg石灰石带入的磷量为：Gp熔=G熔×（P%）熔=1.60×0.004%=0.00kg故[P]=(GP矿+GP熔)/1000=0.067%16 (2)生铁锰含量[Mn]按原料带入的锰有50%进入生铁计算。由表1.7得原料共带入MnO为3.34kg。故[Mn]＝3.34×50%×55/71/1000=0.025%(3)生铁碳含量[C][C]=1-[P]-[Mn]-[S]-[Fe]-[Si]=1-0.067%-0.025%-0.025%-95.21%-0.35%=4.22%校核后的生铁成分如表1.20所示。表1.20校核后的生铁成分/%[Fe][Si][Mn][P][S][C]95.210.350.1300.0670.0254.221.2物料平衡计算1.2.1风量的计算(1)风口前燃烧的碳量GC燃①燃料带入的总碳量GC总=G焦×（C%）焦+G煤×（C%）煤=306.55×86.7%+185×80.54%=414.78kg②溶入生铁的碳量GC生铁=1000×[C%]生铁=1000×4.22%=42.21kg③生成甲烷的碳量燃料带入的总碳量约有1%～1.5%与氢化合生成甲烷，这里取1%。GC甲烷=1%×GC总=1%×414.78=4.15kg④直接还原消耗的碳量GC直锰还原消耗的碳量为GC锰：GC锰=1000×[Mn%]×12/55=1000×0.025%×12/55=0.28kg硅还原消耗的碳量GC硅为GC硅=1000×[Si%]×24/28=1000×0.350%×24/28=3.00kg磷还原消耗的碳量GC硅为：GC磷=1000×[P%]×60/62=1000×0.067%×60/62=0.65kg铁还原消耗的碳量为：16 其中，rd一般为0.4～0.6，这里取0.55；＝56/2×[306.55×(0.03%+0.20%)+185×4.02%+2/18×(1200×1.493%×18/22.4+185×0.97%)]×0.35×0.9/(1000×95.21%)＝0.09＝0.55-0.09=0.46式中——氢在高炉内的利用率，一般为0.3~0.5，这里取0.35；α——被利用氢量中，参加还原FeO百分量，一般为0.85~1.0，这里取0.9；——设定的每吨铁耗风量，这里取1200m3。故GC铁直＝1000[Fe%]12rd’/56=1000×95.21%×12×0.46/56=93.48kgGC直＝GC锰+GC硅+GC磷+GC铁直＝0.28+3.00+0.63+93.28=97.02kg风口前燃烧的碳量GC燃为：GC燃＝GC总-GC生铁-GC甲烷-GC直＝414.78-42.21-4.15-97.02=269.52kg(2)计算鼓风量V风①鼓风中氧的浓度富氧和空气混合后的氧浓度为：N=[21%(1-Φ)+0.5Φ]×98%+2.0%=[21%×(1-1.493%)+0.5×1.493%]×98%+2.0%=23.00%则混合后的氮气浓度为：(N2%)=79%×(1-Φ)×98%=76.26%混合后气体的相对湿度：Φ’=Φ×98%=1.463%②GC燃燃烧需要氧的体积=GC燃22.4/(2×12)=269.52×22.4/(2×12)=252.94m3③煤粉带入氧的体积＝22.4/32×G煤((O%)煤+16/18(H2O%)煤)=22.4/32×185×(2.80%+16/18×0.97%)=5.00m3④需鼓风供给氧的体积＝-＝252.94-5.00=247.94m3故V风＝/(O%)=247.94/23.00%=1078.20m316 1.2.2炉顶煤气成分及数量的计算(1)甲烷的体积VCH4①由燃料碳素生成的甲烷量VCH4碳＝GC甲烷×22.4/12＝4.15×22.4/12=7.74m3②焦碳挥发分中的甲烷量VCH4焦＝GC甲烷×（CH4%）×22.4/16＝306.55×0.03%×22.4/12=0.13m3故VCH4=VCH4碳+VCH4焦=7.74+0.13=7.87m3(2)氢的体积①由鼓风中水分分解产生的氢量＝V风Φ＝1078.20×1.493%＝15.70m3②焦炭挥发分及有机物中的氢量为＝G焦((H2%)焦挥发+(H2%)焦有机)22.4/2＝306.55×(0.03%+0.20%)×22.4/2＝7.90m3③煤粉分解产生的氢含量＝G煤((H2%)煤+2/18(H2O%)煤)22.4/2＝185×(4.02%+2/18×0.97%)×22.4/2=85.51m3④炉缸煤气中氢气中氢的总产生量＝++＝15.70+7.90+85.51=109.11m3⑤生成甲烷消耗的氢量＝2×＝2×7.87＝15.74m3⑥参加间接还原消耗的氢量＝＝109.11×0.35＝38.19m3故＝--＝109.11-15.74-38.19＝55.18m3(3)二氧化碳的体积①由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2量由矿石带入的Fe2O3的质量为：GFe2O3=G矿×（FeO%）矿=1603.40×79.29%=1269.01kg参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：GH2还=VH2总hH2(1-α)×2/22.4=109.11×0.4×（1-0.9）×2/22.4=0.34kg由氢还原Fe2O3的质量为：GFe2O3=GH2还×160/2=0.34×160/2=27.28kg由CO还原Fe2O3的质量为：=-=1269.01-27.28=1241.73kg16 故=22.4/160=1241.73×22.4/160=173.84m3②由CO还原FeO为Fe生成的CO2量=1000[Fe%][1-rd-rH2]×22.4/56=1000×95.21%×(1-0.46-0.09)×22.4/56=171.07kg③石灰石分解产生的CO2量=G熔（CO2%）熔22.4/44=1.60×43.02%=0.36kg④焦炭挥发分中的CO2量=G熔（CO2%）熔22.4/44=306.55×0.27×22.4/44=0.42kg故＝+++＝173.84+171.07+0.36+0.42=345.70kg(4)一氧化碳的体积VCO①风口前碳素燃烧生成的CO量VCO燃VCO燃=GC燃×22.4/12=269.52×22.4/12=503.11kg②直接还原生成的CO量VCO直VCO直=GC直×22.4/12=97.22×22.4/12=181.47kg③焦炭挥发分中的CO量VCO焦VCO焦=GC焦×22.4/28=306.55×0.18×22.4/28=0.44kg④间接还原消耗的CO量VCOVCO间=+=173.84+171.07=344.91kg故VCO＝VCO燃+VCO直+VCO挥-VCO间＝503.11+181.47+0.44-344.91=340.11kg(5)氮气的体积①鼓风带入的N2量＝V风(N2%)风＝1078.20×76.26%=817.92m3②焦炭带入的N2量＝G焦((N2%)焦挥发+(N2%)焦有机)22.4/28＝306.55×(0.1%+0.2%)22.4/28=0.74m3③煤粉带入的N2量＝G煤(N2%)煤22.4/28=185×1.2%×22.4/28=1.78m3故＝++＝817.92+0.74+1.78=917.05m3由以上数据可以获得煤气的成分，如表1.21所示。16 表1.21煤气成分成分CO2CON2H2CH4合计体积/m3345.70340.11820.4455.187.871569.29%22.0321.6752.283.520.50100.001.2.3编制物料平衡表(1)鼓风量的计算1m3鼓风的质量G风＝＝1.28kg/m3鼓风的质量为：G风＝V风r风＝1078.20×1.28=1372.83kg(2)煤气质量的计算1m3煤气的质量G气煤气的密度r气为：r气===1.36kg/m3因此，G气＝V气r气＝1569.29×1.36=2086.505kg(3)煤气中的水分焦炭带入的水分=G焦×(H2O%)焦=306.55×1.2%=3.68kg石灰石带入的水分=×(H2O%)熔=1.60×1.06%=0.02kg氢气参加还原生成的水分＝×2/22.4×18/2＝38.19×2/22.4×18/2=30.69kg故=++=3.68+0.02+30.69=34.38kg汇总以上数据，得到物料平衡表，如表1.22所示。计算相对误差得：相对误差＝(3499.00-3490.02)/3499.00=0.26%＜0.3%16 表1.22物料平衡表入项kg%出项kg%混合矿1619.9546.22生铁1000.0028.65焦炭（湿）322.409.21炉渣295.368.46石灰石1.600.05煤气（干）2140.2861.33鼓风（湿）1372.8339.23煤气中水34.380.99煤粉185.005.29炉尘量20.000.57总计3499.00100.00总计3490.02100.001.3热平衡计算1.3.1热量收入q收(1)碳素氧化放热qC①碳素氧化为CO2放出的热量碳素氧化产生CO2的体积为：VCO2氧化=VCO2-VCO2分-VCO2挥=345.70-0.36-0.42=344.91m3qCO2=VCO2氧化12/22.4×33436.2=344.91×12/22.4×33436.2=.26kJ式中33436.2——C氧化成CO2放热量，kJ/kg②碳素氧化为CO放出的热量qCO碳素氧化产生CO的体积为：VCO氧化=VCO-VCO挥=340.11-0.44=339.67m3qCO=VCO氧化12/22.4×9804.6=339.67×12/22.4×9804.6=.66kJ式中9804.6——C氧化成CO放热量，kJ/kg故qC=+qCO=.26+.66=.92kJ(2)鼓风带入的热量q风q风＝(V风-V风Φ’)Q空气+V风Φ’Q水汽=1078.20×(1-1.463%)×1719+1078.20×1.463%×2132=.48kJ式中Q空气——在1200℃下空气的热容，其值是1719kJ/m3；Q水汽——在1200℃下水汽的热容，其值是2132kJ/m3。3)氢氧化为水放热=×13454.09＝30.69×13454.09＝.30kJ式中13454.09——氢气氧化成水放热，kJ/kg(4)甲烷生成热=16/22.4×4709.56=7.74×16/22.4×4709.56=26045.78kJ16 式中4709.56——甲烷氧化成水放热，kJ/kg(5)成渣热q渣石灰石分解产生的CaO和MgO与SiO2反应放热，每千克(CaO+MgO放热1131.3kJ。q熔=G熔（（CaO%）熔+（MgO%）熔）×1131.3=1.60×（54.15%+0.390%）×1131.3=448.144kJ(6)炉料物理热q物80℃冷烧结矿比热容为0.6740kJ/(kg·℃)。q物=G矿×0.6704×80=1603.40×0.6704×80=83103.960kJ热量总收入为：q收=q风+qC+qH2O+qCH4+q渣+q物=.852kJ1.3.2热量支出q支(1)氧化物分解吸热①铁氧化物分解吸热由于原料是熔剂性烧结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以Fe2O3形式存在，因此：GFeO硅＝G矿(FeO%)矿×20%＝1603.40×5.04%×20%＝16.11kgGFeO磁＝G矿(FeO%)矿-GFeO硅＝1603.40×5.04%-16.11＝64.57kg＝GFeO磁×160/72＝64.57×160/72＝143.49kg＝G矿(Fe2O3%)矿-＝1603.40×79.29%-143.49＝1125.51kg＝GFeO磁+＝64.57+143.49＝208.07kgqFeO硅＝GFeO硅×4078.25＝16.11×4078.25＝65697.87kJ＝×4803.33＝208.07×4803.33＝.78kJ＝×5156.59＝1125.51×5156.59＝.83kJ式中4087.52、4803.33、5156.59—分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg。q铁氧分＝qFeO硅++＝65697.87+.78+.83=.48kJ/kg②锰氧化物分解吸热q锰氧分q锰氧分＝[Mn%]×1000×7366.02=0.025%×1000×7366.02=9531.18kJ式中7366.02——由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ。③磷酸盐分解吸热q磷盐分q磷盐分＝[P%]×1000×35782.6=0.067%×1000×35782.6=24047.09kJ16 ④硅氧化物分解吸热q硅氧分q硅氧分＝[Si%]×1000×31102.37=0.35%×1000×31102.37=.30kJ故=.48+9531.18+24047.09+.30=.05kJ(2)脱硫吸热q脱硫q脱硫＝GS渣×8359.05＝2.10×8359.05＝17579.56kJ式中8359.05—假定烧结矿中硫以FeS形式存在，脱出1kg硫吸热值，kJ。(3)碳酸盐分解吸热q碳酸盐分解熔剂中碳酸钙和碳酸镁分解出二氧化碳的量为：＝G熔(CaO%)×22.4/56=1.60×54.15%×22.4/56=0.356m3＝-＝0.36-0.356＝0.004m3q碳酸盐分解＝×44/22.4×4048+×44/22.4×2489=0.356×44/22.4×4048+0.004×44/22.4×2489=2884.44kJ式中4048、2489—分别为由碳酸钙、碳酸镁分解1kg的CO2吸热，kJ。(4)水分分解吸热q水分q水分＝(V风Φ’18/22.4+G煤(H2O%)煤)×13454.1＝(1078.20×1.463%×18/22.4+185×0.97%)×13454.1＝.66kJ式中13454.1—水分解吸热，kJ/kg。(5)炉料游离水蒸发吸热q汽q汽＝G焦(H2O%)焦×2682＝306.55×1.2%×2682＝9866.05kJ式中2862—1kg水由0℃变为100℃水汽吸热，kJ。(6)铁水带走的热q铁水q铁水＝1000×1173＝kJ式中1173—铁水热容量，kJ/kg。(7)炉渣带走的热q渣q渣＝G渣×1760＝295.36×1760＝.81kJ式中1760—炉渣热容量，kJ/kg。(8)喷吹物分解吸热q喷分q喷分＝G煤×1048=185×1048＝kJ式中1048—煤粉分解热，kJ/kg。(9)炉顶煤气带走的热量q煤气从常温到200℃之间，各种气体的平均比热容CP如表1.23所示。表1.23各种气体的平均比热容CP/kJ/(m3·℃)16 N2CO2COH2CH4H2O1.2841.7771.2841.2781.6101.605①干煤气带走的热量q煤气干q煤气干＝(1.284+1.777+1.284+1.278+1.610)185=(1.284×917.05+1.777×345.70+1.284×340.11+1.278×55.18+1.610×7.87)×185=.14kJ②煤气中水汽带走的热量q水q水＝1.065×22.4/18×(200-100)=1.065×34.38×22.4/18×(200-100)=4556.84kJ故,q煤气＝q煤气干+q水＝.14+4556.84=.98kJ(10)炉尘带走的热量q尘q尘＝G尘×0.7542×200＝20×0.7542×200＝3016.80kJ式中0.7542—为炉尘的比热容，kJ/(kg·℃)。故q支=q氧化物分解+q碳酸盐分解+q脱硫+q水分+q汽+q铁水+q渣+q喷分+q煤气+q尘=.38kJ(11)冷却水带走及炉壳散发热损失q损失q损失＝q收-q支＝.08-.38＝.74kJ1.3.3热量平衡表热量平衡表如表1.24所示。表1.24热平衡表热收入/kJ/%热支出/kJ/%碳素氧化放热qC.9277.02氧化物分解.0567.82热风带的热q风.4817.89脱硫17579.560.17氢氧化放热q水.303.99碳酸盐分解2884.440.03甲烷生成热q烷26045.780.25水分分解.661.88成渣热q渣1026.330.01游离水蒸发9866.050.10物料物理热86302.260.83铁水带热.0011.35总计.08100炉渣带热.815.03喷吹物分解.001.88热量利用系数/%88.27煤气带热.984.28碳素利用系数/%66.19炉尘带热3016.800.0316 热损失.747.45总计.08100.00(1)热量利用系数KTKT=总热量收入-(煤气带走的热+热损失)＝100%-(4.28%+7.45%)＝88.27%对于中小型高炉的KT值为80%~85%，近代高炉由于大型化和原料条件改善KT值可以接近90%。(2)炭素利用系数KCKC==.92/（414.78-42.21）/33436.2=66.19%KC值对于中小型高炉的为50%~60%，大型和原料条件好的高炉KC值可以达到65%以上。16 2高炉炉型设计2.1任务要求要求高炉产能满足：年产制钢生铁1040万吨、铸造生铁100万吨。2.2定容积(1)计算生铁日产量生铁日产量=(1040+100×1.1)×104/353＝15082.36t式中1.1—铸造生铁折算成制钢生铁的折算系数。(2)计算每座高炉生铁日产量P选取高炉座数为2座，则P=15082.36/3=7541.18t(3)计算高炉容积选取有效容积利用系数ηV=2.25t/(m3·d)，则=P/ηV=7541.18/2.25=3352m3于是，取高炉容积为3360m3。车间采用半岛式布置。2.3炉缸尺寸(1)计算炉缸直径dd＝0.320.45＝0.32×(3352)0.45＝12.35m(2)计算炉缸高度①渣口高度hz：=2.15m式中：Vu是高炉有效容积，为3352m3；η是高炉有效容积利用系数，取2.25t/（m3·d）；b是生铁产量波动系数，一般取1.2；d是炉缸直径，为12.35m；N是出铁次数，根据高炉容积和产量，一般为8~12次/d，取10；c是渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.55~0.65。取0.6；m是渣铁比，取0.257t/t；ε是下渣率，一般取30%；γP是铁水密度，一般为7.1t/m3；γS是炉渣密度，一般为1.4~1.8t/m3，取1.6t/m3；21 （注：本设计为大型高炉，不设渣口，这里计算渣口高度只是为了确定风口高度）②渣口与风口间距hd=1.75m③风口高度hfhf＝hz+hd=2.15+1.75=3.90m④风口结构尺寸a风口结构尺寸a取值0.35~0.5m，选定a=0.5m。则炉缸高度h1＝hf+a=3.90+0.5=4.40m2.4死铁层厚度死铁层能防止渣铁、煤气对炉底的冲刷，稳定渣铁温度。由于冶炼的不断强化，增加死铁层的厚度，以便有效保护炉底至关重要。计算中取死铁层厚度h0＝2.2m。2.5炉腰直径、炉腹角、炉腰高度选取D/d=1.09则炉腰直径:D=1.09×12.35=13.46m取炉腹角α=83°则炉腹高度:h2=1/2(D-d)tanα=1/2×(13.46-12.35)×tan83°=4.52m校核α:tanα=2h2/(D-d)=2×4.52/(13.46-12.35)=8.144α=82.9997°2.6其他尺寸选取d1/D=0.64则炉喉直径:d1＝0.64×13.46＝8.61m则，取炉喉直径炉身角β=82°则炉身高度:h4=1/2(D-d1)tanβ=1/2×(13.46-8.61)×tan82°=17.24m校核β:tanβ=2h4/(D-d1)=2×17.24/(13.46-8.61)=7.109β=81.99°炉喉高度h5通常在2~3m,这里选取h5=2.3m选取Hu/D=2.32521 则有效高度Hu=2.325×13.46＝31.29m炉腰高度:h3=Hu-h1-h2-h4-h5=2.83m2.7校核炉容V1=π/4D2h1=3.14/4×12.462×4.40=526.56m3V2=π/12h2(D2+Dd+d2)=3.14/12×4.52×(13.462+13.46×12.35+12.352)=591.54m3V3=π/4D2h3=3.14/4×13.462×2.83=401.79m3V4=π/12h4(D2+Dd1+d12)=3.14/12×17.24×(13.462+13.46×8.61+8.612)=1673.84m3V5=π/4d12h5=3.14/4×8.612×2.3=133.92m3Vu=V1+V2+V3+V4+V5=3328m3计算误差△V△V=(Vu’-Vu)/Vu’=(3352-3328)/3352=0.72%<1%△V<1%满足要求。综上，高炉炉型参数如表2.1所示。表2.1高炉炉型参数炉型参数数值有效高度Hu/m31.26炉缸高度h1/m4.40炉腹高度h2/m4.52炉腰高度h3/m2.83炉身高度h4/m17.24炉喉高度h5/m2.30死铁层厚度h0/m2.20渣口高度hz/m2.15风口高度hf/m3.90炉喉直径d1/m8.61炉腰直径D/m13.46炉缸直径d/m12.35炉腹角α/°83.00炉身角β/°81.9921 高炉容积V’u/m333282.7.1风口数目:N=3d=3×12=36取N=362.7.2取两个铁口对称分布。2.8炉衬设计炉缸、炉底采用全碳砖，风口区以上的炉腹、炉腰采用粘土砖，炉身中下部采用碳化硅砖，炉身上部采用粘土砖，炉喉采用钢砖护板，基墩用耐火混凝土，基墩用钢筋混凝土，选用过渡式炉腰。表2.2各部分参考厚度炉底炉身炉腹基墩基座3000mm575mm345mm3000mm4500mm2.9冷高炉内型示意图2.10冷却器的选择炉缸、炉底采用光面冷却壁，炉底设置水冷管，炉腹、炉腰与炉身下部采用冷却壁，风口、渣口用紫铜套管冷却。21 表2.3各部分冷却器的选择部位砖冷却器砖厚/mm砖-冷却壁缝/mm冷却壁尺寸/mm冷却壁-炉壳缝/mm炉壳尺寸/mm炉喉炉喉钢砖60炉身上部粘土砖镶砖冷却壁345+230=575100~150，取1501700*300，上下段缝30（用了1块异型加长砖）2060炉身下部粘土砖镶砖冷却壁345+230=575100~150，取1501700*300，上下段缝302060炉腰SiC砖镶砖冷却壁上沿接于炉身下沿接于炉腹（过渡型炉腰）过渡用了1块异型加长砖，3400*3002060炉腹粘土砖镶砖冷却壁34501700*300，上下段缝302060炉缸碳砖光面冷却壁炉缸内外侧各砌1层345*75刚玉质预制块，外侧砌筑一层1200*400碳砖100~150，取130800*80，上下段水平缝30（用了一块异型加长砖,1600*80）2065炉底碳砖光面冷却壁底取1200的整数倍，我取13倍。最下层横砌6层1200*400高碳砖.二、三层刚玉莫来石砖，四层立砌一层230*75粘土保护砖100~150，取130800*80，上下段水平缝30（用了一块异型加长砖,1400*80）206521 参考文献[1]姜澜，钟良才.冶金工厂设计基础[M]，北京：冶金工业出版社，2013：174-225.[2]张树勋.钢铁厂设计原理[M]，北京：冶金工业出版社，2005：30-109.[3]郝素菊，蒋武锋，张玉柱.高炉炼铁设计原理[M]，北京：冶金工业出版社，2011：12-190.[4]朱苗勇，杜刚.现代冶金学（钢铁冶金卷）[M]，北京：冶金工业出版社，2005：7-14.[5]万新，吴明全，高艳宏.炼铁设计及车间设计[M]，北京：冶金工业出版社，2007：32-170.[6]刘庆业.本钢高炉炉缸长寿技术[J]，本钢技术，2010，14(3)：3-5.[7]周强.武钢新建3200m3高炉采用的新技术[J]，炼铁，2004，132(6)：23-32.1