炼铁课程设计--设计一座年产制钢生铁（L08）220万吨的高炉.doc

课程设计说明书设计题目：设计一座年产制钢生铁（L08）220万吨的高炉1物料计算1.1原燃料成分的整理表一 原燃料成分的整理品种 T.FeFe2O3FeOCaOMgOSiO2Al2O3SP烧结矿56.269.739.59.62.845.620.060.12校核56.269.739.59.62.845.620.060.12球团矿61.869.1717.21.61.018.50.60.060.04校核62.9370.4417.521.631.038.650.610.060.04澳矿64.791.960.420.020.252.461.420.020.14校核64.8692.190.420.020.252.471.420.020.14复合矿58.0872.959.037.462.35.471.780.050.11石灰石53.460.521.241.32校核53.460.521.241.32炉尘48.0654.8612.424.640.9415.041.420.120.11校核48.5155.3812.544.680.9515.181.430.120.11焦炭灰分5.056.166.240.9946.4339.69校核5.056.166.240.9946.4339.69煤灰分5.727.353.281.648.0639.71校核5.727.353.281.648.0639.71MnOMnO2P2O5FeS1/2S3/2SCO2H2O0.330.270.030.11000.330.270.030.11000.090.0398.20.090.031000.120.150.320.030.262.4696.2380.120.150.320.030.262.471000.270.250.030.110.3510043.4610043.461001.440.250.061.66.499.071.450.250.031.626.461000.080.411000.080.41100100100表二 燃料工业分析及挥发份成分焦炭成分（%）固定碳灰分（12.17）CSiO2Al2O3CaOMgOFeOFeS P2O585.635.654.830.760.120.750.050.01挥发分（0.9）有机物（1.30）H2OTFeTSCO2COCH4H2N2H2N2S0.330.330.030.060.150.40.40.510040.620.52煤粉成分（%）固定碳灰分（14.96）有机物及挥发分（10.43）H2OTFeTSCSiO2Al2O3CaOMgOFeOH2O2H2ON2S1001.60.860.5874.617.195.940.490.241.104.464.150.810.430.58表三 元素分配FeMnPS生铁0.9970.51.0炉渣0.0030.5煤气0.051.2主要技术经济指标 表4：其他条件焦比kg/t煤比kg/t炉渣碱度直接还原度炉尘kg/t鼓风湿度%风温4001501.20.45201.211001.3预定钢水成分表三 预定铁水成分FeSiMnSPC94.5160.450.30.0280.154.51.4矿石配比的确定烧结矿：球团矿：混合矿=76：10：14 1.5铁矿石的用量设生产每吨生铁所用的复合矿和石灰石分别为 X , Y 单位 : Kg根据铁平衡0.5808X+4000.12170.0505+1500.14960.0572=945.16+945.160.003/0.997+200.4851碱度平衡解得：X=1642.5kg Y=14.08kg烧结矿：1248.3kg 球团矿：164.25kg 澳矿：229.95kg1.6渣量和炉渣成分的计算1、S原燃料带入的S：1642.50.0005+4000.005+1500.0058=3.69Kg进入生铁的S : 0.28 Kg进入煤气的S : 3.69 0.05=0.18Kg进入炉尘的S：20 0.0012=0.024 Kg炉渣中的S ： 3.69-0.28-0.18-0.024=3.21 Kg2、FeO Kg3、MnO Kg4、SiO2 碱度平衡中的分母 5、CaO 碱度平衡中的分子 6、MgO 1642.50.023+14.080.0052-200.0143+4000.12170.0099+1500.14960.016=38.5 Kg7、Al2O3 1642.50.0178+14.080.0132+4000.12170.3969+1500.14960.3971-200.0143=57.37 Kg表四 炉渣成分表组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS/2kg132.89110.7557.3738.52.673.661.61347.45%38.2531.8816.5111.080.771.050.461001.7生铁成分的校对S=0.028% Si=0.45% Fe=94.516%Mn=2.6755/71100/1000=0.21%P=（1642.50.0011-200.011）62/142100/1000=0.07%C=100-0.028-0.45-94.516-0.07-0.21=4.72%2.1物料平衡2.1.1 风量的计算直接还原度rd=0.45 鼓风湿度f=1.2%C燃=C焦+C煤-C直-C生铁-CCH4-C尘进入高炉C总=4000.8563+1500.7461=454.44Kg CCH4=0.7%C总=454.440.007=3.18 Kg C生铁=10004.72%=47.2Kg C直=24/284.5+12/552.1+0.760/62+945.160.4512/56=96.14 C尘=200.016212/44=0.09 Kg C燃=454.44-3.18-47.2-96.14-0.09=307.83 Kg WO2=0.21(1-0.012)+0.50.012=0.2135 VO2=307.8322.4/24=287.31 m3 煤粉提供的氧气=1500.041522.4/32=4.38 m3 鼓风VO2=287.31-4.38=282.93 m3 风量V风=282.93/0.2135=1325.2 m3 鼓风重量=1325.21.28=1696.26 Kg2.1.2煤气量的计算1、CH4 炭生成的CH4=3.1822.4/12=5.94 m3焦炭挥发的CH4=4000.003322.4/16=1.85 m3生成总量=5.94+1.85=7.79 m32、H2 鼓风带入H2=1325.20.012=15.9 m3煤粉带入H2=1500.044622.4/2=74.93 m3焦炭带入H2=4000.000622.4/2=2.69 m3还原消耗H2=（15.9+74.93+2.69）0.4=37.41 m3生成CH4 H2=5.942=11.88 m3炉顶H2=（15.9+74.93+2.69）0.6-11.88=44.23 m33、CO2 Fe2O3+COFeO+CO2CO2=(1642.50.7295) 22.4/160=167.75 m3FeO+H2Fe+HO2 rH2=7244.2356/（22.4945.1672）解得：rH2=0.123FeO+COFe+CO2CO2=945.16(1-0.45-0.123) 22.4/56=161.43 m3石灰石分解CO2=14.080.434622.4/44=3.12 m3焦炭带入CO2=4000.003322.4/44=0.67 m3进入炉顶CO2=167.75+161.43+3.12+0.67=332.97 m34、CO燃烧生成CO=307.8322.4/12=574.62 m3直接还原CO=96.1422.4/12=179.46 m3焦炭挥发份CO=4000.003322.4/28=1.06 m3间接还原CO=167.75+161.43=329.18 m3炉顶CO=574.62+179.46+1.06-329.18=425.96 m35、N2鼓风N2=1325.2（1-0.012）0.79=1034.35 m3焦炭带入N2=4000.00422.4/28=1.28 m3煤粉带入N2=1500.004322.4/28=0.52 m3炉顶带入N2=1034.35+1.28+0.52=1036.15 m36、炉顶煤气成分表五 煤气成分表CH4CON2H2CO2总体积m7.79425.961036.1544.23332.971847.1%0.2623.0656.092.3918.02100煤气密度=(0.002616+0.230628+0.560928+0.02392+0.180244)/22.4=1.35 Kg/m3煤气重量=1847.11.35=2493.59 Kg氢还原生成H2O=37.4118/22.4=30.06 Kg2.1.3 物料平衡表表六 物料平衡表收入项支出项名称数量 kg百分比 %名称数量 kg百分比 %复合矿1642.542.08铁水100025.7石灰石14.080.36炉尘200.51焦炭40010.25水分30.060.77煤粉1503.84煤气（干）2493.5964.08鼓风1696.2643.47炉渣347.458.94总计3902.84100总计3891.1100绝对误差=3902.84-3891.1=11.74误差校核：11.74/3902.84.61=0. 29%0.3%，符合要求。2.2 热平衡2.2.1 热收入的计算一、热收入 碳氧化：由C氧化生成1m3CO2放热17869.50KJ 由C氧化生成1m3CO放热5241.72 KJ Q1=（425.96-1.06）5241.72+(167.75+161.43) 17869.50=8109488.84KJ 热风：1100C的空气热容1.4233KJ/ m3C 1100C水蒸气的热容1.7393 KJ/ m3C 鼓风中98%进入热风炉，2%用常温喷吹煤粉 1325.20.98=1298.7 m3 Q2=1298.7(1-0.012) 1.4233+1298.70.0121.7343 1100=2038702.54 KJ H2氧化放热： 1 m3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 Q3=30.0610788.58=324304.72KJ成渣热：1千克氧化钙和氧化镁的成渣为1128.60KJ Q4=(0.5346+0.0052) 14.081128.60=8577.79KJ矿带入物理热：25C炉料的热容为0.6897KJ/ KgC Q5=1642.50.689725=28320.81KJ热收入Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=8109488.84+2038702.54+324304.72+8577.79+28320.81 =10509394.7 KJ二、热支出 1.氧化物的分解 铁氧化物分解 FeO Fe3O4 80% 2FeO.SiO2 20% 以2FeO.SiO2存在的 FeOFeO=1248.30.0950.2+4000.12170.0616+1500.14960.0735= 28.37Kg 以Fe3O4存在的FeO FeO=1248.30.0950.8+164.2501752=123.65Kg 以Fe3O4存在的Fe2O3 Fe2O3=123.65160/72=274.77Kg 则Fe3O4=123.65+274.77=398.42Kg 游离的Fe2O3=1642.50.7295-274.77=923.44 Kg 分解1Kg以2FeO.SiO2状态存在的FeO消耗408.52 KJ 分解1Kg Fe3O4消耗4791.78KJ 分解1Kg Fe2O3消耗5144.28 KJ 铁氧化物耗热G= 28.374068.52+398.424791.78+923.445144.28 =6774998.82 KJ其他氧化物 MnO分解1Kg Mn耗热7350.53 KJ 由SiO2分解出1KgSi耗热31028.14KJ 由3CaO.P2O5分解出1KgP耗热35697.26KJ 其他氧化物分解吸热 G=2.17350.53+4.531028.14+0.735697.26=180050.83KJ Q1=6774998.82+180050.83=6955049.65KJ2.脱硫吸热 CaO.脱硫耗热5392.20 KJ/ Kg MgO.脱硫耗热8025.60 KJ/ Kg MnO脱硫耗热6249.10 KJ/ Kg FeO .脱硫耗热5496.70 KJ/ Kg 平均耗热=6290.90 KJ/ Kg 脱硫吸热Q2=(3.21+0.18) 6290.90=19061.43KJ3.碳酸盐分解吸热CaCO3分解1Kg CaO吸热4037.88 KJMgCO3分解1Kg MgO吸热2482.92 KJ碳酸盐分解吸热Q3=14.080.53464037.88+14.080.00522482.92=30575.59KJ4.水分分解吸热分解1m3水蒸气吸热10788.58KJQ4=1325.20.01210788.58=171564.31KJ5.煤粉分解吸热分解1Kg煤粉吸热836KJQ5=150836=125400KJ6.游离水蒸发吸热主要是焦炭带入1KgH2O是由0C升高到100C吸热418KJ1Kg 1000C H2O变成100C水蒸气吸热2257.2KJQ6=400（0.04+1）0.04（418+2257.2）=37977.80KJ7.铁水带走1Kg1450C铁水带走热量1237.28KJQ7=10001237.28=1237280KJ8.炉渣带走1Kg1500C铁水带走热量1851.74KJQ8=347.451851.74=643387.06KJ9.煤气带走 200C煤气带走的热量 N2 CO CO2 H2 CH4 H2O 热容 1.3104 1.3104 1.7844 1.2996 1.8166 1.5086干燥气热容=0.00261.8166+0.23061.3104+0.56091.3104+0.18021.7844+0.02391.2996=1.46KJ/ m3C干燥气带走热量=1847.11.46（200-0）=687899.53KJ煤气中水分带走热量=（4000.0422.4/18）（200-100）15.086+28.93（200-0）1.5086=38766.66KJ炉尘带走热量 炉尘热容0.836 KJ/ Kg=200.836（200-0）=3344KJQ9=687899.53+12610.55+3344=703854.08KJ10.热损失Q10=热收入-（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9）=10509394.7-(6955049.65+19061.43+30575.59+171564.31+125400+37977.8+1237280+643387.06+703854.08)=585244.78 KJ表七 热平衡表热收入热支出名称数量 kJ%名称数量 kJ%碳素氧化放热8109488.8477.16氧化物分解6955049.6564.29鼓风带入热2038702.5419.4脱硫吸热19061.430.18氢氧化放热324304.723.09水分解171564.311.63成渣热8577.790.08游离水蒸发37977.800.36炉料物理热28320.810.27铁水带走123728011.77炉渣带走643387.066.13喷吹物分解1254001.19碳酸盐分解30575.590.29煤气带走703854.086.7热损失585244.785.57总计10509394.7100.00总计10509394.7100.003.高炉本体设计3.1高炉总容积的确定 设计一座年产制钢生铁220万吨的高炉车间。作业率为95%。（1） 确定年工作日：36595%=347天日产量：P总=22010000/347=6340.06t（2） 定容积：高炉利用系数v=2.0t/(m.d)每座高炉日产量：P= P总/1=6340.06t每座高炉容积：Vu=P/v=6340.06/2.0=3170m3.2 炉型设计 （1） 炉缸直径（d）：选定冶炼强度I=0.90t/(m.d)炉缸截面燃烧强度：i燃=1.05t/(m.h)则 d=0.23 =0.23=11.98m 取 d=12m校核：Vu/A=28m设计符合要求。（2） 炉缸高度： 渣口高度：hz= 取 h z=1.7m 式中：N昼夜出铁次数，10次；铁铁水比重，7.1t/ m；b生铁波动系数，1.2；C渣口以下炉缸利用系数，0.55。 风口高度：取 K =0.50hf= hz/k=1.7/0.5 =4.15m取 hf=4.1m 风口数目：n=2(d+2)=2(12+2)=28取 n=28个 风口结构尺寸：选取a=0.5则炉缸高度：h1= hf+a=4.1+0.5=4.6m(3)死铁层厚度： 选取h0=2d=21.2=2.4m(4)炉腰直径、炉腹角、炉腹高度： 选取 D/d=1.1则 D=1.112=13.2m 取 D=13.2m选取 =80则 h2=(D-d)tg80/2 =(13.2-12)tg80/2 =3.4m取 h2=3.4m校核：tg=2 h2/(D-d)=23.4/(13.2-12)=6 =80(5)炉喉直径、炉喉高度的确定：选取 d1/D=0.67则 d1=0.6713.2=8.85m取 d1=8.9 m选取 h5=1.5m（6）炉身角、炉身高度、炉腰高度：选取 =83则 h4=(D- d1)tg/2 =(13.2-8.9) tg83/2 =17.51m取 h4=17.5 m校核：tg=2 h4/(D- d1) =217.5/(13.2-8.9) =8.14 =83选取 Hu/D=2.28则 Hu=2.2813.2=30.09 m取 H =30 m求得：h3=Hu-h1-h2-h4-h5 =30-4.6-3.4-17.5-1.5 =3m(7) 校核炉容：炉缸体积：V1=3.14124.6/4=520.24 m炉腹体积：V2= =3.143.4(13.2+13.212+12 )/12 =424.26m炉腰体积：V3= =3.1413.23/4 =410.34m炉身体积：V4= =3.1417.5（13.2+13.28.9+8.9）/12 =1699.41m 炉喉体积：V5= =3.148.91.5/4 =93.27 m高炉容积：Vu= V1+V2+V3+V4+V5 =520.24+424.26+410.34+1699.41+93.27=3147.52 m误差： V =（Vu- Vu）/ Vu=（3170-3147.52）100%/3170=0.7%1%3.3 内型尺寸及示意图4.1高炉砌砖（高铝砖）1.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。2.高炉砌砖（高铝砖）计算(1)炉腹砌砖 炉腹用高铝砖，高炉炉腹高度为3400mm，则所需高铝砖层数=45层，炉腹内衬厚度为345mm，采用G4-G2配合。为设计方便，将炉腹分为3段进行砌砖计算，从下往上每段的砖层数为15层。第1段 圆环内径d=12000mm。G4：ns=87块G2：nz=179块15G4=87G2=179第2段 根据砌砖公式=199mm式中：h为砖的厚度=1125mm。第2段内径d2=12000+2=12000+2199=12398mmG4：ns=87块G2：nz=187块15G4=87G2=187第3段 内径d3=12000+4=12000+4199=12796mmG4：ns=87块G2：nz=196块15G4=87G2=196炉腹砖的总数为11640块。(2). 高炉炉腰砌砖 用高铝砖炉腰高度为3000mm。则所需高铝砖层数为=40层。炉腰内衬厚度为345mm，采用G4-G2配合。G4：ns=87块 G2：nz=204 块40G4=87G2=204 炉腰砖的总数为9735块。(4) 高炉炉身砌砖 用黏土砖炉身高度为17500 mm，所需黏土砖的层数为=234层1）炉身下半部 将炉身下半部分为15段，炉身下部炉衬厚度为575mm。第1段 G4：ns=87块G2： nz=201块G3=975G4=87G1=201G2=201第2段 =46mm G3：ns=97块 G1：nz=187块G4=875G3=97G2=202G1=187 第3段 G4：ns=87块 G2：nz=197块G3=975G4=87G1=197G2=197 第4段 G3：ns=97块 G1：nz=184块G4=875G3=97G2=199G1=184 第5段 G4：ns=87块 G2：nz=194块G3=975G4=87G1=194G2=194第6段 G3：ns=97块 G1：nz=180块G4=875G3=97G2=195G1=180第7段 G4：ns=87块 G2：nz=190块G3=975G4=87G