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炼铁厂课程设计姓 名:XXX学 号:XXX班 级:冶XXX指导老师:XXX- 20 -目录 1物料计算31.1原燃料成分的整理31.2主要技术经济指标41.3预定钢水成分51.4矿石配比的确定51.5铁矿石的用量51.6渣量和炉渣成分的计算51.7生铁成分的校对62.1物料平衡62.1.1 风量的计算62.1.2煤气量的计算72.1.3 物料平衡表92.2 热平衡102.2.1 热收入的计算102.2.2 热支出的计算113.高炉本体设计153.1高炉总容积的确定153.2 炉型设计154炉型图201物料计算1.1原燃料成分的整理原料TFeFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOP2O5S/2MnPS烧结58.1498.05274.1234.6341.8648.9092.0130.2190.1790.0060.1690.0790.012100球团65.6860.81792.9284.0861.1240.6130.2040.1530.0720.00250.1230.0320.005100块矿64.7011.55590.7024.7251.6460.7720.3150.2240.0510.010.1730.0220.022100混合矿59.840 6.404 78.369 4.579 1.749 6.937 1.592 0.212 0.151 0.006 0.164 0.067 0.012 100表1-1 原料成分表表1-2炉尘成分(%)TFeMnPSFe2O3FeOMnOCaO41.350.230.0250.4642.6114.630.307.94MgOSiO2Al2O3P2O5FeS1.905.551.250.060.23C=24.82100表1-3 焦碳成分固定碳灰分挥发分全硫CO2COCH4H2N287.3310.900.270.270.040.240.360.59表1-4灰分成分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3P2O5FeO5.653.840.170.100.670.0090.46表1-5煤粉成分CHONS灰分:(10.50%)SiO2Al2O3CaOMgOFe2O381.215.252.150.440.446.423.080.220.260.53表1-6主要元素的分配系数项目FeMnPS生铁0.9980.51.00.0炉渣0.0020.50.00.0煤气0.00.00.00.051.2主要技术经济指标焦比350Kg/t煤比160Kg/t燃料比490Kg/t铁水温度1500炉渣温度1520炉尘吹出量18Kg/t炉顶煤气温度2000C鼓风温度12000C入炉烧结温度800C直接还原进度0.4炉渣碱度1.17鼓风湿度1.2%综合冶炼强度1.1 t/m3dSi0.39S0.035、参考数据1) 焦比:320360kg/t;2)煤比:150180 kg/t(燃料比:490-510kg/t);3)铁水温度:14901510;4)炉渣温度:15201550;5)炉尘吹出量:1520 kg/t ; 6)炉顶煤气温度:180220; 7)鼓风温度:11501200;8)入炉烧结矿温度:6080; 9)直接还原度:0.400.42; 10)炉渣碱度:1.151.2;11)鼓风湿度:1.21.8%; 12)综合冶炼强度:1.01.1 t/d.m3 ;13)Si:0.350.40 % ;S:0.03% 。6、主要参考书目: 1)炼铁学; 2)钢铁冶金设计原理; 3)炼铁设计手册; 4)炼铁工艺计算手册;5)高炉炼铁生产技术手册等。注:C=1.30+2.57t铁水10-3+0.04Mn-0.35P-0.03Si-0.54S1.3预定钢水成分预定铁水成分%FeSiMnSPC94.5160.390.30.030.154.51.4矿石配比的确定烧结矿:球团矿:混合矿=76:12:121.5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 单位 : Kg根据铁平衡0.59840X+3500.00670.7+1600.530.7=945.16+945.160.002/0.998+180.2135碱度平衡解得:X=1591.255kg 烧结矿:1209.43kg 球团矿:190.96kg 澳矿:190.96kg1.6渣量和炉渣成分的计算1、S原燃料带入的S:1591.3550.00012+3500.0059+1600.0044=2.966Kg进入生铁的S : 0.30 Kg进入煤气的S : 3.69 0.05=0.148Kg进入炉尘的S:20 0.0012=0.083 Kg炉渣中的S : 2.966-0.30-0.148-0.083=2.435 Kg2、FeO Kg3、MnO Kg4、SiO2 碱度平衡中的分母 93.56Kg5、CaO 碱度平衡中的分子 109.91Kg 6、MgO 1591.3550.0159-180.019+3500.001+1600.0026=25.727 Kg7、Al2O3 1591.3550.0175+3500.0384+1600.0308-180.0125=45.99 Kg表四 炉渣成分表组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS/2kg109.9193.5645.9926.7271.662.4351.22281.50%39.04 33.24 16.34 9.49 0.59 0.87 0.43 1001.7生铁成分的校对S=0.03% Si=0.39% Fe=94.516%Mn=1.6655/71100/1000=0.13%P=(1591.3550.00151-180.0006)62/142100/1000=0.104%C=100-0.03-0.39-94.516-0.13-0.104=4.83% 2.1物料平衡2.1.1 风量的计算直接还原度rd=0.4 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=3500.8733+1600.8121=435.591Kg CCH4=0.7%C总=435.5910.007=3.05 Kg C生铁=10004.83%=48.3Kg C直=24/283.9+12/551.3+1.0460/62+945.160.412/56=85.65Kg C尘=180.248=4.464 Kg C燃=435.591-3.05-48.3-85.65-4.464=294.13 Kg WO2=0.21(1-0.012)+0.50.012=0.2135 VO2=294.1322.4/24=274.52 m3 煤粉提供的氧气=1600.021522.4/32=2.41 m3 鼓风VO2=274.52-2.41=272.11 m3 风量V风=272.11/0.2135=1274.52 m3 鼓风重量=1274.521.28=1631.39 Kg2.1.2煤气量的计算1、CH4 炭生成的CH4=3.0522.4/12=5.69 m3焦炭挥发的CH4=3500.000422.4/16=0.196 m3生成总量=5.69+0.196=5.89 m32、H2 鼓风带入H2=1274.520.012=15.29 m3煤粉带入H2=1600.052522.4/2=94.08 m3焦炭带入H2=3500.002422.4/2=9.408 m3还原消耗H2=(15.29+94.08+9.408)0.4=47.51 m3生成CH4 H2=5.692=11.38 m3炉顶H2=(15.29+94.08+9.408)0.6-11.38=59.89 m33、CO2 Fe2O3+COFeO+CO2CO2=(1591.3550.7837) 22.4/160=174.60 m3FeO+H2Fe+HO2 rH2=47.5156/(22.4945.16)解得:rH2=0.126FeO+COFe+CO2CO2=945.16(1-0.4-0.126) 22.4/56=179.33 m3焦炭带入CO2=3500.002722.4/44=0.48 m3进入炉顶CO2=174.60+179.33+0.48=354.41 m34、CO燃烧生成CO=294.1322.4/12=549.04 m3直接还原CO=85.6522.4/12=159.88 m3焦炭挥发份CO=3500.002722.4/28=0.756 m3间接还原CO=174.60+179.33=353.93 m3炉顶CO=549.04+159.88+0.756-353.93=355.75 m35、N2鼓风N2=1274.52(1-0.012)0.79=994.79 m3焦炭带入N2=3500.003622.4/28=1.00 m3煤粉带入N2=1600.004422.4/28=0.56 m3炉顶带入N2=994.79+1.00+0.56=996.36 m36、炉顶煤气成分表五 煤气成分表CH4CON2H2CO2总体积m5.89355.75996.3659.89354.411772.3%0.33 20.07 56.22 3.38 20.00 100煤气密度=(0.3316+20.0728+56.2228+3.38 2+20.0044)/(100*22.4)=1.35 Kg/m3煤气重量=1772.31.35=2395.85 Kg氢还原生成H2O=47.5118/22.4=38.18 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1591.35542.63 铁水100026.78 炉尘180.48 焦炭3509.38 水分38.181.02 煤粉1604.29 煤气(干)2395.8564.17 鼓风1631.38543.70 炉渣281.57.54 总计3732.74100总计3733.53100绝对误差=3732.74-3733.53=-0.79误差校核:-0.79/3732.74=-0.021%0.3%,符合要求。2.2 热平衡2.2.1 热收入的计算 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=(355.75-0.756)5241.72+(174.60+179.33) 17869.50=8185331.29KJ 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 1274.520.98=1249.03 m3 Q2=1249.03(1-0.012) 1.4233+1249.030.0121.7343 1100=1960646.357 KJ H2氧化放热: 1 m3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 Q3=38.1810788.58=411907.98KJ矿带入物理热:25C炉料的热容为0.6897KJ/ KgC Q4=1591.2550.689725=27437.21KJ热收入Q=Q1+Q2+Q3+Q4=8185331.29+1960646.357+411907.98+27437.21 =10585322.84 KJ2.2.2 热支出的计算 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=1209.430.0640.2+3500.0046= 17.09Kg 以Fe3O4存在的FeO FeO=1209.430.0640.8=61.993Kg 以Fe3O4存在的Fe2O3 Fe2O3=61.993160/72=137.76Kg 则Fe3O4=61.993+137.76=199.75Kg 游离的Fe2O3=1591.2550.7836-137.76=1109.15 Kg 分解1Kg以2FeO.SiO2状态存在的FeO消耗4068.52 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= 17.094068.52+199.754791.78+1109.155144.28 =6732467.22 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=1.37350.53+3.931028.14+1.0435697.26=167690.59KJ Q1=6732467.22+167690.59=6900157.81KJ2.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=(2.435+0.148) 6290.90=16249.39KJ4.水分分解吸热分解1m3水蒸气吸热10788.58KJQ4=1274.520.01210788.58=165993.13KJ5.煤粉分解吸热分解1Kg煤粉吸热836KJQ5=160836=133760KJ6.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=350(0.025+1)0.025(418+2257.2)=23993.2KJ7.铁水带走1Kg1450C铁水带走热量1279.94KJQ7=10001279.94=1279944.8KJ8.炉渣带走1Kg1500C炉渣带走热量1876.43KJQ8=281.501876.43=528215.01KJ9.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=0.00331.8166+0.56221.3104+0.20071.3104+0.201.7844+0.03381.2996=1.41KJ/ m3C干燥气带走热量=1772.31.41(200-0)=499788.6KJ煤气中水分带走热量=(3500.02522.4/18)(200-100)1.5086+45.74(200-0)1.5086=15443.37KJ炉尘带走热量 炉尘热容0.836 KJ/ Kg=180.836(200-0)=3009.6KJQ9=499788.6+15443.37+3009.6=518241.57KJ10.热损失Q10=热收入-(Q1+Q2+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9)=10585322.84-(6900157.81+16249.39+165993.13+133760+23993.2+1279944.8+528215.01+518241.57)=1018767.93 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8185331.2977.33 氧化物分解6900157.8165.19 鼓风带入热1960646.35718.52 脱硫吸热16249.390.15 氢氧化放热411907.983.89 水分解165993.131.57 炉料物理热27437.210.26 游离水蒸发23993.20.23 铁水带走1279944.812.09 炉渣带走528215.014.99 喷吹物分解1337601.26 煤气带走518241.574.90 热损失1018767.939.62 总计10585322.84100总计10585322.84100热收入热支出3.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162万吨的高炉车间。作业率为95%。(1) 确定年工作日:36595%=346.45天日产量:P总=16210000/347=4671.95t(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=4671.95t每座高炉容积:Vu=P/v=4671.95/2.0=2336m3.2 炉型设计 (1) 炉缸直径(d):选定冶炼强度I=1t/(m.d)炉缸截面燃烧强度:i燃=1.05t/(m.h)则 d=0.23 =0.23=10.85m 取 d=11m校核:Vu/A=24.59m设计符合要求。(2) 炉缸高度: 渣口高度:hz= 取 h z=1.5m 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=1.5/0.5 =3m取 hf=3m 风口数目:n=2(d+2)=2(11+2)=26取 n=28个 风口

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