2000m3高炉炉型设计及物料平衡计算1

2000m3高炉炉型设计及物料平衡计算

摘要：本设计要求建2000m3炼铁高炉。设计主要内容包括高炉炉型设计计算及高炉本体立剖图，同时对所设计高炉的特点进行简述。设计高炉有效容积为2000m3，高径比取 2.3，高炉利用系数取值为 2.0，据此设计高炉炉型。设计本着优质、高产、低耗和对环境污染小的宗旨，为日产生铁4000t的高炉提供高炉内型设计。并对2000m3炼铁高炉进行物料平衡计算，物料平衡计算是炼铁工艺计算中重要组成部分，它是在配料计算的基础上进行的。整个物料平衡计算有配料计算和物料衡算两部分构成。在配料计算过程中，进行了原料和燃料的全分析，渣铁成分及含量分析；在物料衡算过程中计算了包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项内容的计算，并制作物料平衡表。

关键词：高炉发展；高炉炉型；炉型计算；物料平衡配料计算物料衡算物料平衡表

绪论

最近二十年来，日本和欧盟区的在役高炉座数由1990年的65座和92座下降到28座和58座，下降幅度分别为56.9%和37%，但是高炉的平均容积却分别由1558m3和1690m3上升到4157m3和2063m3，上升幅度为166.8%和22%，这基本代表了国外高炉大型化的发展状况。

高冶炼强度、高富氧喷煤比和长寿命化作为大型高炉操作的主要优势受到大家越来越高的关注和青睐,但是高炉大型化作为一项系统工程,它在立足自身条件的基础上仍须匹配的炼钢、烧结和炼焦能力。我国近年推出的《钢铁产业发展政策》中规定高炉炉容在300m3以下归并为淘汰落后产能项目，且仍存在扩大小高炉容积的淘汰范围的趋势。同时国内钢铁产业的快速发展均加速了世界和我国高炉大型化的发展进程。由于大型化高炉具备的单位投资省、效能高和成本低等特点，从而有效地增强了其竞争力。

20世纪高炉容积增长非常快。20世纪初，高炉炉缸直径4-5m，年产铁水约100000吨左右，原料主要是块矿和焦炭。20世纪末，最大高炉的炉缸直径达到14-15m，年产铁水300-400万吨。目前，特大型高炉的日产量能够达到甚至超过12000吨。例如，大分厂2号高炉（日本新日铁）炉缸直径15.6m，生产能力为13500吨铁/天。蒂森-克虏伯公司施韦尔格恩2号高炉炉缸直径14.9m，生产能力为12000吨铁/天。70年代末全世界2000立方以上高炉已超过120座，其中日本占1/3，中国有四座。全世界4000立方以上高炉已超过20座，其中日本15座，中国有1座在建设中。

我国高炉大型化的发展模式与国外基本相近，主要是采取新建大型高炉、以多座旧小高炉合并成大型高炉和高炉大修扩容等形式来推动着高炉的大型化发展。据不完全统计，我国自2004年以来相继建成投产的3200m3级15座，4000m3

级8座，5000m3级3座，且有越来越大的趋势。目前，河北迁钢和山东济钢等企业也正在建设4000m3级高炉，近来宝钢湛江和武钢防城港项目也在规划筹建5500m3级超大型高炉。

我国高炉大型化的标准主要是依据高炉容积的大小来划分的，且衡量标准也由过去的1000m3提高到2000m3，甚至更大。虽然大型化高炉相对于小高炉存在着生产率高、生产稳定、指标先进和成本低等显著的优点，但是对于我国高炉大型化的发展状况，我们仍然需要科学客观地看待。

本课程设计嗨针对改路物料计算做了计算，分析。高炉物料平衡的计算是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。

第一章高炉炉型

高炉是竖炉，高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或高炉内型。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的过程，因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空问。高炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺利。

1.1炉型的发展过程

炉型的发展过程主要受当时的技术条件和原燃料条件的限制。随着原燃料条件的改善以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展，炉型演变过程大体可分为3个阶段。

（1）无型阶段－又称生吹法。在土坡挖洞，四周砌行块，以木炭冶炼，这是原始的方法。

（2）大腰阶段－炉腰尺寸过大的炉型。出于当工业不发达，高炉冶炼以人力、蓄力、风力、水力鼓风，鼓风能力很弱，为了保证整个炉缸截面获得高温，炉缸直径很小，冶炼以木炭或无烟煤为燃料，机械强度很低，为了避免高炉下部燃料被压碎，从而影响料柱透气性，故有效高度很低；为了人工装料方便并能够将炉料装到炉喉中心．炉喉直径也很小，而大的炉腰直径减小了烟气流速度，延长了烟气在炉内停留时间，起到焖住炉内热量的作用。因此，炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大。这类高炉生产率很低，一座28m3高炉日产量只有1.5 t左右。

（3）近代高炉－由于鼓风机能力进一步提高．原燃料处理更加精细，高炉炉型向着“大型横向”发展。高炉内型合理与否对高炉冶炼过程有很大影响。炉型设计合理是获得良好技术经济指标，保证高炉操作顺行的基础。

1.2五段式高炉

①高炉有效客积和有效高度高炉大钟下降位置的下沿到铁口中心线间的距离称为高炉有效高度，对于无钟炉顶为旋转溜槽最低位置的下缘到铁口中心线之间的趴离。在有效高度范围内，炉型所包括的容积称为高炉有效容积。高炉的有效高度，对高炉内煤气与炉料之间传热传质过程行很大影响。在相同炉窖和冶炼强度条件下，增大有效高度，炉料与煤气流接触机会增多，有利于改善传热传质过程、降低燃料消耗；仅过分增加有效高度，料校对煤气的阻力增大．容易形成料供，对炉科下降不利。高炉有效高度应适应原燃料条件，如原燃料强度、粒度及均匀性等。生产实践证明，高炉有效高度与有效容积有一定关系，但不是直线关系，当有效容积增加到—定值后，有效高度的增加则不显著。

②炉缸高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸，炉缸的上、中、下部位分别没有风口、渣口与铁口，现代大型高炉多不设渣口。炉缸下部容积盛装液态渣铁，上部空间为风口的燃烧带。

（1）炉缸直径炉缸直径过大和过小都直接影响高炉生产。直径过大将导致炉腹角过大，边缘气流过分发展，中心气流不活跃而引起炉缸堆积，同时加速对炉衬的侵蚀；炉缸直径过小限制焦炭的燃烧．影响产员的提高。炉缸截面积应保证一定数量的焦炭和喷吹燃料的燃烧，炉缸截面燃烧强度是高炉冶炼的一个重要指标，它是指每1h每1m3炉缸截面积所烧侥的焦炭的数量，一般为 1.00～1.25t/(m 2·h)。炉缸截面燃烧强度的选择，应与风机能力和原燃料条件相适应，风机能力大、原料透气性好、燃料可燃性好的燃烧强度可选大些，否则选低值。

（2）炉缸高度炉缸高度的确定，包括渣口高度、风口高度以及风口安装尺寸的确定。铁口位于炉缸下水平面，铁口数目根据高炉炉容或高炉产量而定，一般1000m3以下高炉设一个铁口，1500～3000m3高炉设2～3个铁口，3000m3以上高炉设3～4个铁口，或以每个铁口日出铁量1500—3000t设铁口数目。原则上出铁口数目取上限，有利于强化高炉冶炼。渣口中心线与铁口中心线间距离称为渣口高度，它取决于原料条件，即渣量的大小。渣口过高，下渣量增加，对铁口的维护不利；渣口过低，易出现渣中带铁事故，从而损坏渣口，大、中型高炉渣口高度多为1.5～1.7m。

（3）炉腹炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体积的收缩，稳定下料速度。同时，可使高温煤气流离开炉墙，既不烧坏炉墙又有利于渣皮的稳定，对上部料柱而言，使燃烧带处于炉喉边缘的下方，有利于松动炉料，促进冶炼顺行。燃烧带产生的煤气量为鼓风量的1.4倍左右，理论燃烧温度1800～2000℃，气体体积剧烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。炉

和炉腹角α。炉腹过高，有可能炉料尚未熔融就进腹的结构尺寸是炉腹高度h

2

人收缩段，易造成难行和悬料；炉腹过低则减弱炉腹的作用。

（4）炉身炉身呈正截圆锥形，其形状炉料受热后体积的膨胀和煤气流冷却后的收缩，有利于减少炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身角对高炉煤气流的合理分布和炉料顺行影响较大。炉身角小，有利于炉料下降，但易于发展边缘煤气流，过小时但只边缘煤气流过分发展。炉身角大，有利于抑制边缘煤