年产360万吨炼钢生铁50万吨铸造生铁的炼铁车间本科毕业论文.doc

辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第82页

辽 宁 科 技 学 院
（2012届）
本科毕业设计
题目：
年产360万吨炼钢生铁50万吨

铸造生铁的炼铁车间设计
专题：
全氧高炉炼铁的可行性分析

年产360万吨炼钢生铁50万吨铸造生铁的炼铁车间设计
摘要
本设计是设计年产360万吨炼钢生铁，50万吨铸造生铁的高炉炼铁车间。
在设计中采用了2520m3的高炉2座，不设渣口，2个出铁口，采用圆形出铁场。送风系统采用四座4座新日铁外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、文氏管和电除尘。渣铁处理系统采用拉萨法水淬渣（RASA）处理，特殊情况采用干渣生产，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。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。
车间总体布置形式为半岛式。

关键词：高炉，物料平衡，热平衡，半岛式

Design of an iron making workshop with annual production of 2 million tons steelmaking iron and 0.3 million tons casting pig
Abstract
The assignment is the design of annual production capacity of the 3.6million tons steel-making pig iron and 0.5 million tons of blast furnace cast pig iron workshop. In this test we have two 2520 m3 blast furnaces and set up two tap holes with no slag hole, which use rectangular field of iron. Air supply system have 4 combustion .Dust catcher system uses gravity precipitators and venturi tube to handle. Slag iron processing system use water quenching residue Lhasa (RASA), special circumstances use dry slag productions to deal .The charging system use belt feeding machine to ensure the blast furnace charge.
In the design first of all we make 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 equipments ,these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency, save energy, improve productivity which played an important role in design.According to the actual need and possibilities we use advanced equipment as far as possible structure, materials and so on. Achieve technically advanced and economically rational and reduce environmental pollution. The type of workshop with the overall layout is peninsula.

Keywords: blast furnace, material balance, heat balance, peninsula

目录
绪论 1
1 高炉冶炼综合计算 3
1.1 概述 3
1.2 配料计算 5
1.2.1 原燃料条件 5
1.2.2 计算矿石需要量G矿 7
1.2.3 计算熔剂需要量G熔 7
1.2.4 计算熔剂需要量G熔 8
1.2.5 炉渣成分的计算 9
1.2.6 校核生铁成分 10
1.3 物料平衡计算 11
1.3.1 风量的计算 11
1.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算 12
1.3.3 编制物料平衡表 16
1.4 热平衡计算 17
1.4.1 热量收入q收 17
1.4.2 热量支出q支 18
1.4.3 热平衡表 20
2 高炉本体设计 22
2.1 高炉炉型 22
2.2 炉型设计与计算 22
2.3 高炉炉衬设计 25
2.3.1 高炉对耐火材料的要求 25
2.3.2 高炉炉衬的设计与砌筑 26
2.4 高炉冷却设备 28
2.4.1 冷却设备的作用 28
2.4.2 冷却介质及水的软化 28
2.4.3 高炉冷却 28
2.4.4高炉冷却系统 30
2.5 高炉送风管路 31
2.5.1热风围管 31
2.5.2 送风支管 32
2.5.3 直吹管 32
2.5.4 风口装置 32
2.6 高炉钢结构 32
2.6.1 高炉本体钢结构 33
2.6.2 炉壳 33
2.6.3炉体框架 33
2.6.4炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈 34
2.7高炉基础 34
2.7.1高炉基础的负荷 35
2.7.2 对高炉筑基的要求 36
3高炉车间的运转 36
3.1贮矿槽、贮焦槽及槽下运输筛分称量 37
3.1.1 贮矿槽与贮焦槽 37
3.1.2槽下运输称量 37
3.2 上料设备 38
4高炉炉顶装料设备 40
4.1无钟式炉顶装料设备 40
4.1.1串罐式无钟炉顶装料设备 40
4.1.2无钟式炉顶的布料方式 41
4.2探料装置 41
5 送风系统 42
5.1 高炉用鼓风机 42
5.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求 42
5.1.2 高炉鼓风机的工作原理和特性 42
5.1.3 高炉鼓风机的选择 44
5.2 热风炉 45
5.2.1 外燃式热风炉 46
5.2.2 外燃式热风炉的特点 46
6 高炉喷吹煤粉系统 47
6.1 煤粉的制备 47
6.2高炉喷煤系统 47
6.2.1三罐单列式高炉喷煤系统 47
6.2.2 喷吹罐组有效容积的确定 48
6.3 煤粉喷吹的安全措施 49
6.3.1 制粉系统的安全措施 49
6.3.2 喷吹系统的安全措施 50
7 高炉煤气处理系统 51
7.1 荒煤气管道 51
7.2 粗除尘装置 53
7.2.1 重力除尘器除尘原理 53
7.3 半精细除尘装置 54
7.4 精细除尘装置 54
7.4.1文式管 54
7.4.2 静电除尘器 55
7.5脱水器 56
8 渣铁处理系统 57
8.1 风口平台及出铁场设计 57
8.1.1 风口平台及出铁场 57
8.1.2 渣铁沟和撇渣器 57
8.1.3 摆动流嘴 58
8.2炉前主要设备 58
8.2.1开铁口机 59
8.2.2堵铁口泥炮 59
8.2.3 炉前吊车 59
8.3 铁水处理 59
8.3.1 鱼雷罐车 59
8.3.2 铸铁机 59
8.4炉渣处理设备 60
8.4.1拉萨法水淬渣 60
8.4.2干渣生产 60
9 能源回收利用 61
9.1高炉炉顶余压发电 61
9.2热风炉烟道废气余热回收 61
参考文献 62
专题研究 63
外文翻译 70
致谢 82

绪论
钢铁产业是国民经济的重要基础产业，是实现工业化的支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型产业。我国是一个发展中大国，在经济发展的期间内钢铁需求量较大，中国钢铁产量已多年居世界第一，但高新尖端钢铁产业的技术水平和物耗与国际先进水平相比还有很大的距离，因此我国钢铁企业发展重点是技术升级和结构调整。为提高钢铁工业整体技术水平，推进结构调整，改善产业布局，发展循环经济，降低物耗能耗，重视环境保护，提高企业综合竞争力，实现产业升级，把钢铁产业发展成在数量、质量、品种上基本满足国民经济和社会发展需求，具有国际竞争力的产业，依据有关法律法规和钢铁行业面临的国内外形势，制定钢铁产业发展政策，以指导钢铁产业的健康发展钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义来说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。
衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。由于钢铁企业生产规模大，每天原材料及产品的吞吐量大，需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。
钢铁之所以成为各国民经济基础，是因为它具备以下优越性能，且价格低廉：
1、有较高的强度及韧性；
2、钢铁具有良好的加工性能，以得到任何结构的工件；
3、矿石资源丰富，可供长期大量采用，成本低廉；
4、人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。
到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。
中国炼铁流程的优势在扩大体现在已建成巨大的生产规模、工艺装备水平不断提高、能耗达到国际先进水平、污染排放正在得到不断改进。
对于普遍关注的资源影响焦炭供应的问题。一个事实是，作为世界第一焦炭生产大国，中国焦炭生产抑制保持快速生长。但是已经出现比较严重的产能过剩现象。焦炭的出口量也持续增加。因此近年来中国高炉的焦炭的供应应该是有保障的。而且长期以来，炼焦工业通过各种措施不断加大非焦煤的配入比例，高炉通过提高喷煤量来减少焦炭的消耗以及将来通过降低铁钢比来减少高炉的焦炭总消耗量，这些将有效地保证长期维持中国一定规模的高炉炼铁生产。采取这些措施所付出的代价和风险远远小于用新工艺替代高炉所付出的。
中国高炉在炼铁环保方面的工作的到不断地加强不仅煤气的干法除尘在大高炉上迅速推广应用，烧结烟气的处理也在逐步开展起来。更值得注意的是，所有的污染物排放都可以在技术市场上找到成熟可行的方法来控制排放标准。现在只是实施的问题，不存在不可克服的缺陷。
因此短时间内长流程钢铁生产在短时间内仍为主流。

1 高炉冶炼综合计算
1.1 概述
组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等，也得到了主要产品（除生铁以外）煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。高炉设计应遵循以下原则：
1、 合理性。设计原则和设合计方案的确定，应当符合国家工业建设的方针和政策。
2、 客观性。设计选用的指标和技术方案应以客观的数据为依据。作出的设计经得起全面性的客观评审，抱枕所采用的方案有坚实的基础，并且能成功地付诸实践。
3、 先进性。设计应反映出最近在该领域里的成就，并反应考虑到发展趋势。
4、 经济性。在厂址、产品、工艺流程等多方案比较中，选择最经济的方案、使得单位产品投资最低、成本最低经济效益最佳。
5、综合性。在设计过程中，各部分的设计方案要互相联系，局部方案应与总体方案相一致，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。保证各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、废气应达到国家环保法的要求。
8、标准化。在设计中尽可能采用各种标准设计，这样可减少设计工作量和缩短建设周期。
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。在厂内应具有排列美观、色彩明快、安全宜人的环境，以减少疲乏和提高劳动生产率。
计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。
计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。因此高炉入炉原料应符合以下原则。
1、对入炉矿石的要求
入炉矿石要求必须含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度要均匀，并有良好的还原性及一定的机械强度等性能。
（1）入炉矿石的品位
冶炼品位高的矿石，有利于提高产量，降低焦比。根据生产经验，铁矿石品位升高1%，焦比可降低%，产量提高3%。
（2）入炉矿石的粒度
入炉矿石的粒度对高炉冶炼的进程影响很大。一般矿石的粒度的下限为8mm，大可至20～30mm。粒度过小则高炉内料柱的透气性性差，过大会减少煤气和矿石触面积，降低还原速度，增加焦炭的消耗量。因此要求粒度均匀，缩小粒度上限，减少粉末含量。
（3）入炉矿石的混匀
矿石成分的波动会引起炉温和炉渣碱度的波动，使高炉热制度不稳定，因此要加强原料成分的控制和混匀工作，以减少对高炉操作的不利因素，保证高炉的正常生产。若有条件的话可以采用“平铺切取”法，即把入厂原料分层堆存到一定数量，一般应达到数千吨，然后再纵向取用。
2、对燃料的要求
(1)焦炭
焦炭在高炉冶炼过程中主要起四方面的作用：发热剂、还原剂、铁水渗碳和料柱骨架。焦炭燃烧产生的大量的高温煤气，在煤气上升过程中，将热量传给炉料，使高炉内各种物理化学反应得以进行，高炉冶炼所消耗的热量70%～80%来自焦炭的燃烧。焦炭燃烧产生的CO，焦炭中碳与炉内水蒸汽作用生成H2和CO，以及焦炭中未燃烧的碳是铁矿石的还原剂。焦炭在料柱中大约占1/3至1/2的体积，它的粒度比矿石大，自身气孔率高，在高温下不软化也不熔化，所以它对改善料柱透气性和透液性有重要作用，特别是在高炉下部高温区，矿石已经软化、熔化的情况下焦炭的作用就更大。所以焦炭的质量对高炉冶炼影响很大，表1.1为焦炭质量的要求。
(2)煤粉
高炉喷吹对煤粉的要求是：灰份含量低，固定碳量高；含硫量低；可磨性好(即将原煤制成适合喷吹工艺要求的细粒煤粉时所耗能量少，同时对喷枪等输送设备的磨损也弱)；粒度细：根据不同条件，煤粉应磨细至一定程度，以保证煤粉在风口前完全气化和燃烧，—般要求＜200网目(0.074mm)的占80%以上，细粒煤粉也便于输送；爆炸性弱，以确保在制备和运输过程中的人身和设备的安全；燃烧性和反应性好，一般要求煤粉在喷出氧枪后0.01~0.04s内燃烧而转变成气体。
将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量，以及主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。
依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.3%。
1.2 配料计算
1.2.1 原燃料条件
1、常见元素高炉分配率见表1.1；
2、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿以及炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.2；
3、燃料成分，见表1.3、表1.4；
4、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.5。
表1.1 常见元素高炉分配率（炼钢生铁）
原料
Fe
Mn
P
S
V
生铁
0.997
0.500
1.000
—
0.800
炉渣
0.003
0.600
—
—
0.200
煤气
—
—
—
0.050
—

表1.2 含铁料成分（%）

Fe
Mn
P
S
FeO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
MnO
FeS
P2O5
烧结矿
60.20
0.031
0.030
0.01
9.55
75.36
3.86
1.22
1.99
1.88
0.04
0.031
0.069
球团矿
63.69
0.030
0.03
0.01
9.53
80.37
3.6
1.15
3.23
1.78
0.039
0.028
0.073
混合矿
60.71
0.030
0.020
0.030
9.486
76.36
3.81
1.31
7.038
1.86
0.04
0.03
0.07
炉尘
43.42
0.024
0.02
0.088
15.20
44.87
13.7
1.41
8.30
1.99
0.31
0.243
0.06
表1.3 焦炭成分（%）
固定炭
灰分（13.51）
有机物（1.32）
挥发份（0.43）
Σ
游离水
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
H2
N2
S
CO2
H2
CO
CH4
N2
84.34
7.81
4.58
0.52
0.34
0.68
0.3
0.25
0.77
0.25
0.026
0.26
0.017
0.077
100.00
4.00
表1.4 煤粉成分（%）
C
H
O
H2O
N
S
灰分
Σ
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
77.83
2.35
2.33
0.93
0.46
0.20
7.15
8.83
0.69
0.30
0.93
100.00
表1.5 预定生铁成分（%）
Fe
Si
Mn
P
S
C
95.29
0.45
0.035
0.035
0.023
4.17
其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.7、0.03；Mn、P由原料条件定为0.10、0.04。
C＝4.3－0.27Si－0.329P－0.032S＋0.3Mn＝4.12
Fe＝[100－Si－Mn－P－S－C]%。
原料成分和冶炼条件：
焦比：340kg/t 焦比（湿）：353kg/t
煤粉：180kg/t 置换比：0.7
鼓风湿度：12g/m3 相对湿度：1.493%
风温：1250℃ 炉尘量：35kg/t生铁
入炉熟炉料温度：80℃ 炉顶煤气温度：200℃
综合冶炼强度：1.38 t/(d·m3) 利用系数：1.9 t/(d·m3)
高炉球团矿和烧结矿配比：
选取高炉炉渣碱度为1.15，
故
注：
所以：解得。
1.2.2 计算矿石需要量G矿
以生产1000kg生铁为计算单位
1、进入炉尘焦炭量：
注：11.95是炉尘中焦炭烧损百分比
高炉内参加反应的焦炭量为：340-2.82=337.18kg
故GFe燃＝G焦%焦FeO%＋G煤FeO%煤
＝337.18×0.68%×＋180×0.93%×
＝3.085kg
2、进入炉渣中的铁量：
GFe渣＝1000 Fe%生铁×＝1000×95.29%×＝2.867kg
3、需要由铁矿石带入的铁量为：
GFe矿＝1000 Fe%生铁＋GFe渣－GFe燃＝952.9＋2.867－3.085＝952.68kg
4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：
G矿＝＝＝1569.23kg
考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：
G`矿＝G矿＋G尘－G焦粉＝1569.23＋20－2.82＝1586.4 kg
1.2.3 计算熔剂需要量G熔
1、炉渣碱度R＝＝1.15
制钢生铁：R＝1.10~1.2；铸造生铁：R＝1.0~1.1。
2、原料、燃料带有的CaO量GCaO.
铁矿石带入的CaO量为：
GCaO矿＝G矿CaO%矿＝1586.4×7.038%＝111.65kg
焦炭带入的CaO量为：
GCaO焦＝G焦CaO%焦＝340×0.52%＝1.76 kg
煤粉带入的CaO量为：
GCaO煤＝G煤CaO%煤＝180×0.69%＝1.242 kg
故
GCaO＝GCaO矿＋GCaO焦＋GCaO煤 ＝111.65＋1.972＋1.242＝114.864 kg
3、原料、燃料带入的SiO2量
铁矿石带入的SiO2量为：
＝G矿SiO2%矿＝1586.4×3.81%＝60.44kg
焦炭带入的SiO2量为：
＝G焦SiO2%焦＝340×7.81%＝26.554 kg
煤粉带入的SiO2量为：
＝G煤SiO2煤＝180×7.15%＝12.87 kg
硅素还原消耗的SiO2量为：
GSiO2还＝1000Si%生铁60/28＝1000×0.45%×60/28＝9.64kg
故＝＋＋－
＝60.44＋26.554＋12.87－9.64
＝90.224 kg
1.2.4 计算熔剂需要量G熔
1、炉渣碱度R＝＝1.15
制钢生铁：R＝1.10~1.2；铸造生铁：R＝1.0~1.1。
2、原料、燃料带有的CaO量GCaO.
铁矿石带入的CaO量为：
GCaO矿＝G矿CaO%矿＝1586.4×7.038%＝111.65kg
焦炭带入的CaO量为：
GCaO焦＝G焦CaO%焦＝340×0.52%＝1.76 kg
煤粉带入的CaO量为：
GCaO煤＝G煤CaO%煤＝180×0.69%＝1.242 kg
故GCaO＝GCaO矿＋GCaO焦＋GCaO煤＝111.65＋1.972＋1.242＝114.864 kg
3、原料、燃料带入的SiO2量
铁矿石带入的SiO2量为：
矿＝G矿SiO2%矿＝1586.4×3.81%＝60.44kg
焦炭带入的SiO2量为：
焦＝G焦SiO2%焦＝340×7.81%＝26.554 kg
煤粉带入的SiO2量为：
煤＝G煤SiO2煤＝180×7.15%＝12.87 kg
硅素还原消耗的SiO2量为：
还＝1000Si%生铁60/28＝1000×0.45%×60/28＝9.64kg
故＝＋＋－
＝60.44＋26.554＋12.87－9.64
＝90.224 kg
1.2.5 炉渣成分的计算
原料、燃料及熔剂的成分见表1.6。
表1.6 每吨生铁带入的有关物质的量
原燃料
数量kg
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
MnO
S
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
综合矿
1586.4
7..038
111.65
1.86
29.50
3.81
60.44
1.31
20.78
0.04
0.63
0.03
0.48
焦炭
340
0.52
1.76
0.34
1.156
12.87
26.55
4.58
15.57

0.77
2.618
煤粉
180
0.69
1.242
0.3
0.54
7.15
12.87
8.83
15.89

0.3
0.54
Σ
2106.4

114.66

31.19

99.86

52.23

0.63

3.638

由上表可知
ΣCaO=114.66kg
ΣSiO2=99.87kg
ΣAl2O3=52.25kg
ΣMgO=31.20kg
炉渣中各元素
渣中MnO含量0.5××1586.4×0.0186=0.41kg
渣中FeO含量95.29××=3.69kg
每吨生铁含S量340×0.77%+180×0.2%+1586×0.03%=3.63kg
进入生铁中S量1000×0.03%=0.3kg
进入煤气中S量0.05×3.63=0.182kg
进入炉渣中S量3.63－0.3－0.182=3.148kg
炉渣成分见表1.7。
表1.7 炉渣成分
组元
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
MnO
FeO
S
Σ
CaO/ SiO2
kg
128.51
32.77
108.4
49.18
0.32
3.68
1.46
324.32

%
39.63
10.10
33.42
15.16
0.1
1.13
0.46
100.00
1.17
1.2.6 校核生铁成分
1、生铁含磷[P]。按原料带入的磷全部进入生铁计算。
铁矿石带入的磷量为：
＝P%矿＝1586.4×0.035%＝0.55 kg
故[P] ＝0.55×＝0.055 %
2、生铁含锰[Mn]。
按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.63 kg见表1.8。
故[Mn] ＝0.63×50%××＝0.024%
3、生铁含碳[C]。
[C] ＝[100－（95.29＋0.45＋0.003＋0.047＋0.023）]% ＝4.17%
校核后的生铁成分（%）见表1.8。
表1.8 校核后生铁成分
[Fe]
[Si]
[Mn]
[P]
[S]
[C]
95.29
0.45
0.03
0.047
0.023
4.17
1.3 物料平衡计算
1.3.1 风量的计算
1、风口前燃烧的碳量。
(1)燃料带入的总碳量为：
＝+＝337.18×84.74%＋180×77.83%＝425.82 kg
(2)溶入生铁中的碳量为：
＝1000[C]%＝1000×4.17%＝41.7kg
(3)生成甲烷的碳量为：
燃料带入的总碳量约有1%~1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。
＝1.1% ＝0.01×425.82＝4.684 kg
2、直接还原消耗的
(1)锰还原消耗的碳量为：
＝1000[Mn]%12/55＝1000×0.03%×12/55＝0.065 kg
(2)硅还原消耗的碳量为：
＝1000[Si]24/28＝1000×0.45%24/28＝3.86kg
(3)磷还原消耗的碳量为：
＝1000[P]60/62＝1000×0.047%×60/62＝0.445 kg
铁直接还原消耗的碳量为：
＝1000[Fe]%12/56r`d

rd一般为0.4~0.5，本计算取0.5。

rH2=
解得=0.06。
r`d＝0.5－0.006＝0.46
式中 ηH2——氢在高炉内的利用率，一般为0.3~0.5，本计算取0.3；
V`风——设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3。
＝1000×95.29%×12/56×0.46＝93.92 kg
故＝＋＋＋＝0.07＋3.86＋0.445＋93.92＝97.665kg
风口前燃烧的碳量为：
＝－－－
＝425.82－41.7－4.684－97.665
＝281.77kg。
3、计算鼓风量
(1)鼓风中氧的浓度为：
N2＝21%（1－Φ）＋0.5Φ＝21%（1－1.493%）＋0.5×1.493%＝21.43%
②燃烧需要氧的体积为：
＝＝281.77× ＝262.42
③煤粉带入氧的体积为：
＝（＋）
＝180（2.33%＋0.93%×）
＝5.682
④需鼓风供给氧的体积为：
＝－ ＝262.98－5.62＝257.36
故V风＝＝＝1200.93。
1.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算
1、甲烷的体积
(1)由燃料碳素生成的甲烷量为；
＝＝4.684×＝8.74
(2)焦炭挥发份中的甲烷量为：
＝＝337.18×0.017%×＝0.08
故
＝7.74＋0.08＝8.82。
2、氢的体积。
(1)由鼓风中水分分解产生的氢量为：
＝Φ＝1200.93×1.493% ＝17.93
(2)焦炭挥发份及有机物中的氢量为：
＝（＋）
＝327.18×（0.026%＋0.3%）×
＝12.31
(3)煤粉分解产生的氢量为：
＝（＋）
＝180×（2.35%＋0.93%×）×
＝49.45
(4)炉缸煤气中氢的总生产量为：
＝＋＋＝17.93＋12.31＋49.45＝79.69
(5)生成甲烷消耗的氢量为：
＝＝2×8.74＝17.48
(6)参加间接还原消耗的氢量为：
＝＝80.69×0.46＝37.1
故＝－－＝79.69－17.48－37.1＝25.11。
3、二氧化碳的体积。
(1)由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2
由矿石带入的Fe2O3的质量为：
＝＝1569.31×76.362% ＝1198.23 kg
参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：
GH2还＝（1－α）
＝79.69×0.46×（1－0.9）×
＝0.252kg
由氢还原Fe2O3的质量为：
＝＝0.252×＝20.16 kg
由CO还原的质量为：
＝－＝1198－20.16＝1177.84 kg
故
＝＝1177.84×＝164.8
(2)由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：
＝1000[Fe]%[1－－]
＝952.29×[1－0.386－0.07]
＝209.64
(3)焦炭挥发份中的CO2量为：
＝＝337.18×0.26%×＝0.429
故＝＋＋＋0.429+209.64+164.8＝374.869。
4、一氧化碳的体积。
（1）风口前碳素燃烧生成CO量为：
＝＝262.98× ＝418.13
（2）直接还原生成CO量为：
＝＝93.92×＝175.30
（3）焦炭挥发份中CO量为：
＝＝337.18.×0.26%×＝0.72
（4）间接还原消耗的CO量为：
＝＋＝209.64+164.8＝374.64
故＝＋＋－
＝418.13＋175.3＋0.72－374.44
＝219.71。
5、氮气的体积
（1）鼓风带入的N2量为：
＝（1－Φ）＝1200.97×（1－1.493%）×79%＝935.5
（2）焦炭带入的N2量为：
＝（＋）
＝337.18×（0.077%＋0.25%）×
＝0.9
（3）煤粉带入的N2量为：
＝＝180×0.46%×＝0.66
故
＝＋＋＝935.5+0.9+0.66＝937.06
煤气成分见表1.8
表1.8 煤气成分
成分
CO2
CO
N2
H2
CH4
Σ
体积，m3
374
219.71
937.06
25.11
8.82
1564.7
%
23.9
14.0
59.98
1.7
0.56
100.00
1.3.3 编制物料平衡表
1、鼓风质量的计算。
1m3鼓风的质量为：

＝[0.21×0.985 ×32＋0.79×0.985×28＋18×1.493%]/22.4
＝1.28 kg/ m3
鼓风的质量为： ＝1060.34×1.28＝1357.24kg
2、煤气质量计算。1m3煤气的质量为：

＝[44×23.06%＋28×18.43%＋28×56.08%＋2×1.96%＋16×0.47%]/22.4
＝1.39 kg/m3
煤气的质量为： ＝1487.53×1.39＝2067.67kg
3、煤气中的水分。
（1）焦炭带入的水分为：
＝326.47×4 %＝13.06 kg
（2）氢气参加还原生成的水分为：
＝24.31×2/22.4×18/2＝19.53 kg
故 ＝13.06＋19.53＝32.59kg。
物料平衡列入表中1.9。
表1.9物料平衡表
入相
kg
%
出相
kg
%
铁矿石
1569
45.68
生铁
1000
28.30
焦炭
340
9.50
炉渣
303.33
9.23
鼓风
1502.20
43.73
煤气（干）
2119.75
60.99
煤粉
180
5.2
煤气中水
32.47
0.92

炉尘
20
0.57
Σ
3591.24
100.00
Σ
3475.55
100.00
相对误差＝＝0.1%＜0.3%
1.4 热平衡计算
1.4.1 热量收入q收
1、碳素氧化放热
(1)碳素氧化为CO2放出的热量：
碳素氧化产生CO2的体积为：
氧化＝－分＝374.86－0.429＝374.44 m3
＝氧化×33436.2＝374.44××33436.2＝6707062.89kJ
式中 33436.2——C氧化为CO2放热，kJ/ kg
(2)碳素氧化为CO放出的热量qCO：
碳素氧化生成CO的体积为：
VCO氧化＝VCO煤气－VCO挥＝308.67－0.7＝307.97 m3
qCO＝VCO氧化×9804.6＝