2500m3高炉炉型设计
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焦碳带入的水分： 煤粉中带入的水分 还原生成水分
总计水分质量
有以上计算得出物料平衡表如下：
序号 1 2
收入项 原燃料 鼓风
kg 2194.1 1491.46
表8
序号 1 2 3 4
支出项 生铁 炉渣 煤气 水分
共计
kg 1000 385.347 2245.8 53.365
3679.512
共计
3685.56
CH4的
生成热
10088331.44 100
共计
1 水分分 6884143.697 68.24 2 解 73511.72 0.73 3 喷吹物 201868.22 2.00 4 分解 188415 1.87 5 游离水 43611.792 0.43 6 蒸发 1172360 11.62 7 铁水带 677600.63 6.72 8 走 477952.44 4.74 9 炉渣带 368867.941 3.66
： ——由C生成的 ——焦炭挥发份
（1）入炉总量=鼓风带入+焦炭带入+煤粉带入 （2）鼓风中的水分： （3）焦炭挥发份： （4）煤挥发份： ，其中40%的氢气发生还原反应 ：110.06×40%=44.024m3。 （5）生成CH4 ： 进入煤气的氢气体积：，（假定其中还原的铁氧化物中，1/3是用语还 原,2/3是用于还原） （6）由 ，得
1 原燃料条件
（1）原料成分
表1
原 料
Fe
Mn
P
S Fe2O3 FeO MnO2 MnO CaO
烧
结
矿
天 55.63 0.09 0.05 0.033 70.3 8.18 — 0.12 10.5
然 58.72 0.17 0.02 0.134 67.94 14.2 0.26 — 1.5
矿 56.09 0.1 0.04 0.048 69.95 9.083 0.039 0.102 9.15
脱硫耗热=3.33×5928.79=19742.88（kJ）
氧化物分解耗热和和脱硫总耗热为上述1）—5）项耗热之和，即
Q氧 =6722806.56+8408.36+106010.66+27175.31+19742.8=6884143.69（kJ）
(2)碳酸盐分解热。由CaCO3分解出1kg的CO2需热4044.64kJ，由 MgCO3分解出1kg的CO2需热2487.08kJ，混合矿石CO2量 =1694.1×0.0116=19.65（kg）。假定CaCO3和 MgCO3按比例分配的，其中以CaCO3分解的CO2为，则以MgCO3形式分解的 CO2量=19.65-15.82=3.83（kg）。
表 12
收入项
支出项
kJ
%
kJ
%
名称
名称
氧化物
分解与
碳的氧 化热 热风带
脱硫 碳酸盐 分解
1 入热 7476418.132 74.11
2 成渣热 1967635.49 19.5
3 炉料物 28273.55 0.28
4 理热
135528 1.34
5 H2的氧 596094.81 5.91 6 化热 19773.93 0.20
碳酸盐的分解热=15.82×4044.64+3.83×2487.08=73511.72(kJ)
（3）水分分解热=17.48×10806.65=201868.22（kJ）
（4）喷吹唔分解热=150×1256.1=188415.00（kJ） （5）炉料游离水的蒸发热1kg水由20OC升到100OC吸热 334.96（kJ），再变成100OC水蒸气，吸热2261（kJ），总吸热
误差校核 ，计算合理。
相对误差 0.016%
4 热平衡
4.1 热收入的计算
（1）碳素氧化放热 由C氧化生成1的放热 由C氧化生成1的放热 碳的氧化热 （2） 鼓风带入的热量 1200℃时干空气及水蒸气比热容分别为1.426 和1.742 。
热风带入热
（3）成渣热 炉料中以碳酸盐形式存在的，在高炉内生成钙铝硅酸盐时，放出 1130.49kJ的热量。 混合矿中量 成渣热=
校核后的生铁成分：
表6
Fe
Si
Mn
S
P
C
95.00 0.35 0.09 0.03 0.076 4.454
பைடு நூலகம்
2.3渣量和炉渣成分的计算
（1）S含量计算
原料，燃料带入的硫总量：
进入生铁的S :
进入煤气的S :
炉渣中的S
（2）FeO： （3）MnO：
（4）：
合计 100.00
（5）CaO：
（6）MgO：
（7）Al2O3： 总渣量：。其中，MgO占总渣量的百分比为：
表5
元素
Fe
Mn
生铁
0.997
0.5
炉渣
0.003
0.5
煤气
0
0
P
S
1.0
0
0
0.06
2 配料计算
2.1铁矿石的用量
单位 : Kg
铁平衡：Fe铁+ Fe渣+Fe尘= Fe矿+ Fe熔+ Fe焦+ Fe煤
焦炭带入Fe量 =
煤粉带入Fe量
进入渣中Fe
需要混合矿量
每吨生铁的实际用量：
混合矿：
煤粉：150kg；
表10 炉渣热焓值
炉渣焓值
炼钢铁渣
铸造铁渣
铁锰渣
kJ/kg
1716.59—
1884.06—
1842.192—
1758.54
2009.66
1967.79
炉渣带走热=385.32×1758.54=677600.63( kJ） （取1758.54 kJ/kg
铁）
（8）炉顶煤气带走热： 表11 200OC时煤气各成分比热容（kJ/m3·OC）：
所以，每顿生铁实际用量为：1699.2+367.85+150=2217.05kg
2.2生铁成分的校对
[P]：
[S]：0.03%;
[Si]：0.35%
[Mn]：原料带入的锰有50％进入生铁，炉渣中含量为1.1kg ，故
[Mn]=1.1×55/71×1/1000=0.09％
[C] ：(100－95－0.35－0.09－0.03－0.076)/100=4.454%
依据1kg铁氧化物分解热，即可算出总得分解热。
氧化物总分解热 =95156.15+2014839.61+4618064.8=67228060.56（kJ）
2）锰氧化物分解热 分解热=1694.1×0.0004×2629.44=1781.8kJ） 分解热=0.9×7362.84=6626.56（kJ） 锰氧化物分解总热=1781.8+6626.56=8408.36（kJ） 3）SiO2分解热=3.5×30288.76=106010.66（kJ）
走 10088331.44 100 煤气带
走 外部热 损失 共计
热量利用系数Kt Kt=总热量收入—（煤气带走的热+热损失） =100％—（7.92+0.48）％=91.6%
5 高炉炉型设计计算
5.1已知条件
选定高炉座数为1座，高炉利用系数为ηv=2.0t/(m3 Vu=2500m3 ，确定工作日和日产量：
2595.96（kJ）
游离水蒸发热=350×0.048×2595.94=43611.792（kJ）
（6）生铁带走热：
表9 生铁焓值
生铁焓值
炼钢生铁
铸造生铁
铁锰
kJ/kg
1130.449— 1172.36
1256.04— 1297.91
1172.3— 1214.17
铁水带走热=1000×1172.36=1172360（kJ） （取1172.36 kJ/kg铁） （7）炉渣带走热:
4）Ca3(PO4)2分解热=0.76×35756.98=27175.31（kJ） 5）脱硫耗热：由于CaO脱硫耗热为5401.23KJ/（kgS），MgO脱硫耗
热为8039.41kJ/（kgS），二者差别较大，故取其渣中成分比例
（40.42:10.48≈4:1）来计算平均脱硫
耗热。1kg硫的平均耗热=
40.17/385.347=10.42%符合设计给出的数据值。 碱度为：，符合设计给定的。
3 物料平衡
3.1 各成分的计算
3.1.1风量的计算 C的消耗： 熔入生铁的碳量： 生成甲烷的碳量： 约有0.7的碳量与氢化合成甲烷， 直接还原消耗的C：（Fe、Si、Mn、P ）直接还原度：rd=0.45 燃烧消耗的 C ： 416-44.54-2.912-95.54=273kg 鼓风中氧气的含量： 由，得 燃料带入氧量 每吨生铁鼓风量： 3.1.2 炉顶煤气成分的计算
矿石配比，烧结矿：原矿=85：15；焦比:
350kg/t；煤
比:150kg/t；鼓风湿度:
1.5%
；热风温度:1200℃；炉顶温
度:200℃；rd=0.42。
（4）预定铁水成分
表4
成 分 Si
Mn
S
P
C
Fe
合计
% 0.35 0.09 0.03 0.08 4.45 95.00 100.00
（5）元素分配
（4）混合矿带入的物理热：
80℃时混合矿的比热容为1.0kJ/(kg·℃)混合矿带入物理热 =1964.1×1.0×80=135.528（kJ）
（5）氧化放热：氧化成放热10806.65kJ
氧化放热
（6）生成热：1kg生成热 生成热 由上得冶炼1t生铁的总热量收入为：
4.2 热量支出
（1）铁氧化物分解与脱硫： 1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中的FeO以硅酸铁形态5.3存 在，烧结矿中的FeO有20%以硅酸铁形态存在，其余以Fe3O4形态存在。 铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和Fe2O3三部分组成。 去除进入渣中的FeO,也以硅酸铁形态存在，计3.68kg。 余下的
混
合
矿
备注：烧结矿：原矿=85：15
（2）焦炭成分
表2
固定
灰分12.17
碳 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5
85.63 5.7 4.8 0.8 0.1 0.8 0.1 0.01
85.52
挥发分0.91 CO2 CO CH4 0.33 0.33 0.04
有机物，1.30
合计
氮气总体积
由上得煤气成分，如下表7
表7
成 CO2
CO
分
N2
H2 CH4 总计 Vg/V风
m3 316.317 383.849 908.744 55.156 5.678 1669.753 1.433
% 18.94 22.99 54.42 3.30 0.34 100.00
（9）计算鼓风量： 1鼓风质量 全部鼓风质量 （10）计算煤气质量： 煤气的质量： （11）H2O的质量：
+1172360+677600.63+47952.44 =9289463.50（kJ） (9)外部损失热=10088331.44-9719461.49=798867.94（kJ）（包 括散热和冷却水带走热），此项作为热平衡项，即为总热量收入与以上 八项热支出的差值等于798867.94kJ。 热平衡表如下：
由 ，得 由于生成的量另外，参加还原反应，相当于同体积的CO所参加的反 应，所以生成量中应减去44.02，总计间接还原生成量 各种炉料分解火带入的量=焦中的量+矿中的量：
煤气中量为
（7）CO量：
燃烧反应生成的 直接还原生成的 焦炭挥发份
间接还原消耗 305.727
进入煤气的体积
（8）量：
鼓风带入的
焦炭挥发份 煤粉挥发份
CO2
CO
N2
H2
CH4
H2O
1.787 1.313 1.313 1.302 1.820 1.519
干煤气比热容=0.18261×1.787×+（0.23671+0.54424） ×1.313+0.00341×1.820+0.03303×1.302=1.401（kJ/m3·OC）
干煤气带走热=1669.753×1.401×200=467864.79（kJ） 水蒸气带走热= 煤气带走热=467864.79+10087.65=477952.44（kJ） 前8项之和=6884143.697+73511.72+201868.22+188415+43611.792
全S
H2 0.40
N2 0.40
S 0.50
100.00
0.52
游离水 4.80
（3）煤粉成分
表3
品 种C
H2 O2 H2O N2
灰分，12.27 S SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO
煤 粉
77.5
4.35
4.05
0.79
0.42
0.66
7.48
3.42
0.6 0.3 0.45
主要技术经济指标：
混
合
矿
续上表
原 料
MgO
SiO2 Al2O3 P2O5 FeS2
FeS
SO2
烧损 CO2
合计
烧
结
矿
天 2.61 5.8 1.13 0.11 — 0.09 — 1.16 100.00
然 0.65 11.7 2.32 0.05 0.25 — — 1.13 100.00
矿 2.316 6.685 1.31 0.101 0.038 0.0765 — 1.16 100.00
年工作日为365×95%=347天
·d),高炉容积
日产量P=Vu·ηv=5000t
5.2 炉缸尺寸
（1）炉缸直径 选定冶金强度I=0.95t（m3·d）；燃烧强度i燃=1.05t/(m2·h)则：
总计水分质量
有以上计算得出物料平衡表如下：
序号 1 2
收入项 原燃料 鼓风
kg 2194.1 1491.46
表8
序号 1 2 3 4
支出项 生铁 炉渣 煤气 水分
共计
kg 1000 385.347 2245.8 53.365
3679.512
共计
3685.56
CH4的
生成热
10088331.44 100
共计
1 水分分 6884143.697 68.24 2 解 73511.72 0.73 3 喷吹物 201868.22 2.00 4 分解 188415 1.87 5 游离水 43611.792 0.43 6 蒸发 1172360 11.62 7 铁水带 677600.63 6.72 8 走 477952.44 4.74 9 炉渣带 368867.941 3.66
： ——由C生成的 ——焦炭挥发份
（1）入炉总量=鼓风带入+焦炭带入+煤粉带入 （2）鼓风中的水分： （3）焦炭挥发份： （4）煤挥发份： ，其中40%的氢气发生还原反应 ：110.06×40%=44.024m3。 （5）生成CH4 ： 进入煤气的氢气体积：，（假定其中还原的铁氧化物中，1/3是用语还 原,2/3是用于还原） （6）由 ，得
1 原燃料条件
（1）原料成分
表1
原 料
Fe
Mn
P
S Fe2O3 FeO MnO2 MnO CaO
烧
结
矿
天 55.63 0.09 0.05 0.033 70.3 8.18 — 0.12 10.5
然 58.72 0.17 0.02 0.134 67.94 14.2 0.26 — 1.5
矿 56.09 0.1 0.04 0.048 69.95 9.083 0.039 0.102 9.15
脱硫耗热=3.33×5928.79=19742.88（kJ）
氧化物分解耗热和和脱硫总耗热为上述1）—5）项耗热之和，即
Q氧 =6722806.56+8408.36+106010.66+27175.31+19742.8=6884143.69（kJ）
(2)碳酸盐分解热。由CaCO3分解出1kg的CO2需热4044.64kJ，由 MgCO3分解出1kg的CO2需热2487.08kJ，混合矿石CO2量 =1694.1×0.0116=19.65（kg）。假定CaCO3和 MgCO3按比例分配的，其中以CaCO3分解的CO2为，则以MgCO3形式分解的 CO2量=19.65-15.82=3.83（kg）。
表 12
收入项
支出项
kJ
%
kJ
%
名称
名称
氧化物
分解与
碳的氧 化热 热风带
脱硫 碳酸盐 分解
1 入热 7476418.132 74.11
2 成渣热 1967635.49 19.5
3 炉料物 28273.55 0.28
4 理热
135528 1.34
5 H2的氧 596094.81 5.91 6 化热 19773.93 0.20
碳酸盐的分解热=15.82×4044.64+3.83×2487.08=73511.72(kJ)
（3）水分分解热=17.48×10806.65=201868.22（kJ）
（4）喷吹唔分解热=150×1256.1=188415.00（kJ） （5）炉料游离水的蒸发热1kg水由20OC升到100OC吸热 334.96（kJ），再变成100OC水蒸气，吸热2261（kJ），总吸热
误差校核 ，计算合理。
相对误差 0.016%
4 热平衡
4.1 热收入的计算
（1）碳素氧化放热 由C氧化生成1的放热 由C氧化生成1的放热 碳的氧化热 （2） 鼓风带入的热量 1200℃时干空气及水蒸气比热容分别为1.426 和1.742 。
热风带入热
（3）成渣热 炉料中以碳酸盐形式存在的，在高炉内生成钙铝硅酸盐时，放出 1130.49kJ的热量。 混合矿中量 成渣热=
校核后的生铁成分：
表6
Fe
Si
Mn
S
P
C
95.00 0.35 0.09 0.03 0.076 4.454
பைடு நூலகம்
2.3渣量和炉渣成分的计算
（1）S含量计算
原料，燃料带入的硫总量：
进入生铁的S :
进入煤气的S :
炉渣中的S
（2）FeO： （3）MnO：
（4）：
合计 100.00
（5）CaO：
（6）MgO：
（7）Al2O3： 总渣量：。其中，MgO占总渣量的百分比为：
表5
元素
Fe
Mn
生铁
0.997
0.5
炉渣
0.003
0.5
煤气
0
0
P
S
1.0
0
0
0.06
2 配料计算
2.1铁矿石的用量
单位 : Kg
铁平衡：Fe铁+ Fe渣+Fe尘= Fe矿+ Fe熔+ Fe焦+ Fe煤
焦炭带入Fe量 =
煤粉带入Fe量
进入渣中Fe
需要混合矿量
每吨生铁的实际用量：
混合矿：
煤粉：150kg；
表10 炉渣热焓值
炉渣焓值
炼钢铁渣
铸造铁渣
铁锰渣
kJ/kg
1716.59—
1884.06—
1842.192—
1758.54
2009.66
1967.79
炉渣带走热=385.32×1758.54=677600.63( kJ） （取1758.54 kJ/kg
铁）
（8）炉顶煤气带走热： 表11 200OC时煤气各成分比热容（kJ/m3·OC）：
所以，每顿生铁实际用量为：1699.2+367.85+150=2217.05kg
2.2生铁成分的校对
[P]：
[S]：0.03%;
[Si]：0.35%
[Mn]：原料带入的锰有50％进入生铁，炉渣中含量为1.1kg ，故
[Mn]=1.1×55/71×1/1000=0.09％
[C] ：(100－95－0.35－0.09－0.03－0.076)/100=4.454%
依据1kg铁氧化物分解热，即可算出总得分解热。
氧化物总分解热 =95156.15+2014839.61+4618064.8=67228060.56（kJ）
2）锰氧化物分解热 分解热=1694.1×0.0004×2629.44=1781.8kJ） 分解热=0.9×7362.84=6626.56（kJ） 锰氧化物分解总热=1781.8+6626.56=8408.36（kJ） 3）SiO2分解热=3.5×30288.76=106010.66（kJ）
走 10088331.44 100 煤气带
走 外部热 损失 共计
热量利用系数Kt Kt=总热量收入—（煤气带走的热+热损失） =100％—（7.92+0.48）％=91.6%
5 高炉炉型设计计算
5.1已知条件
选定高炉座数为1座，高炉利用系数为ηv=2.0t/(m3 Vu=2500m3 ，确定工作日和日产量：
2595.96（kJ）
游离水蒸发热=350×0.048×2595.94=43611.792（kJ）
（6）生铁带走热：
表9 生铁焓值
生铁焓值
炼钢生铁
铸造生铁
铁锰
kJ/kg
1130.449— 1172.36
1256.04— 1297.91
1172.3— 1214.17
铁水带走热=1000×1172.36=1172360（kJ） （取1172.36 kJ/kg铁） （7）炉渣带走热:
4）Ca3(PO4)2分解热=0.76×35756.98=27175.31（kJ） 5）脱硫耗热：由于CaO脱硫耗热为5401.23KJ/（kgS），MgO脱硫耗
热为8039.41kJ/（kgS），二者差别较大，故取其渣中成分比例
（40.42:10.48≈4:1）来计算平均脱硫
耗热。1kg硫的平均耗热=
40.17/385.347=10.42%符合设计给出的数据值。 碱度为：，符合设计给定的。
3 物料平衡
3.1 各成分的计算
3.1.1风量的计算 C的消耗： 熔入生铁的碳量： 生成甲烷的碳量： 约有0.7的碳量与氢化合成甲烷， 直接还原消耗的C：（Fe、Si、Mn、P ）直接还原度：rd=0.45 燃烧消耗的 C ： 416-44.54-2.912-95.54=273kg 鼓风中氧气的含量： 由，得 燃料带入氧量 每吨生铁鼓风量： 3.1.2 炉顶煤气成分的计算
矿石配比，烧结矿：原矿=85：15；焦比:
350kg/t；煤
比:150kg/t；鼓风湿度:
1.5%
；热风温度:1200℃；炉顶温
度:200℃；rd=0.42。
（4）预定铁水成分
表4
成 分 Si
Mn
S
P
C
Fe
合计
% 0.35 0.09 0.03 0.08 4.45 95.00 100.00
（5）元素分配
（4）混合矿带入的物理热：
80℃时混合矿的比热容为1.0kJ/(kg·℃)混合矿带入物理热 =1964.1×1.0×80=135.528（kJ）
（5）氧化放热：氧化成放热10806.65kJ
氧化放热
（6）生成热：1kg生成热 生成热 由上得冶炼1t生铁的总热量收入为：
4.2 热量支出
（1）铁氧化物分解与脱硫： 1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中的FeO以硅酸铁形态5.3存 在，烧结矿中的FeO有20%以硅酸铁形态存在，其余以Fe3O4形态存在。 铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和Fe2O3三部分组成。 去除进入渣中的FeO,也以硅酸铁形态存在，计3.68kg。 余下的
混
合
矿
备注：烧结矿：原矿=85：15
（2）焦炭成分
表2
固定
灰分12.17
碳 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5
85.63 5.7 4.8 0.8 0.1 0.8 0.1 0.01
85.52
挥发分0.91 CO2 CO CH4 0.33 0.33 0.04
有机物，1.30
合计
氮气总体积
由上得煤气成分，如下表7
表7
成 CO2
CO
分
N2
H2 CH4 总计 Vg/V风
m3 316.317 383.849 908.744 55.156 5.678 1669.753 1.433
% 18.94 22.99 54.42 3.30 0.34 100.00
（9）计算鼓风量： 1鼓风质量 全部鼓风质量 （10）计算煤气质量： 煤气的质量： （11）H2O的质量：
+1172360+677600.63+47952.44 =9289463.50（kJ） (9)外部损失热=10088331.44-9719461.49=798867.94（kJ）（包 括散热和冷却水带走热），此项作为热平衡项，即为总热量收入与以上 八项热支出的差值等于798867.94kJ。 热平衡表如下：
由 ，得 由于生成的量另外，参加还原反应，相当于同体积的CO所参加的反 应，所以生成量中应减去44.02，总计间接还原生成量 各种炉料分解火带入的量=焦中的量+矿中的量：
煤气中量为
（7）CO量：
燃烧反应生成的 直接还原生成的 焦炭挥发份
间接还原消耗 305.727
进入煤气的体积
（8）量：
鼓风带入的
焦炭挥发份 煤粉挥发份
CO2
CO
N2
H2
CH4
H2O
1.787 1.313 1.313 1.302 1.820 1.519
干煤气比热容=0.18261×1.787×+（0.23671+0.54424） ×1.313+0.00341×1.820+0.03303×1.302=1.401（kJ/m3·OC）
干煤气带走热=1669.753×1.401×200=467864.79（kJ） 水蒸气带走热= 煤气带走热=467864.79+10087.65=477952.44（kJ） 前8项之和=6884143.697+73511.72+201868.22+188415+43611.792
全S
H2 0.40
N2 0.40
S 0.50
100.00
0.52
游离水 4.80
（3）煤粉成分
表3
品 种C
H2 O2 H2O N2
灰分，12.27 S SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO
煤 粉
77.5
4.35
4.05
0.79
0.42
0.66
7.48
3.42
0.6 0.3 0.45
主要技术经济指标：
混
合
矿
续上表
原 料
MgO
SiO2 Al2O3 P2O5 FeS2
FeS
SO2
烧损 CO2
合计
烧
结
矿
天 2.61 5.8 1.13 0.11 — 0.09 — 1.16 100.00
然 0.65 11.7 2.32 0.05 0.25 — — 1.13 100.00
矿 2.316 6.685 1.31 0.101 0.038 0.0765 — 1.16 100.00
年工作日为365×95%=347天
·d),高炉容积
日产量P=Vu·ηv=5000t
5.2 炉缸尺寸
（1）炉缸直径 选定冶金强度I=0.95t（m3·d）；燃烧强度i燃=1.05t/(m2·h)则：