年产250万吨炼钢生铁的炼铁车间设计

1、重庆科技学院冶金工程设计课程设计报告 学 院: 冶金与材料工程学院 专业班级: 冶金工程09-1班 学生姓名: 李元 学 号: 2009440489 设计地点（单位） 冶金科技大楼L412 设计题目: 年产250万吨炼钢生铁的高炉车间工艺设计 完成日期：2013年 1 月 4 日 指导教师评语: 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）: 目录一、绪论3二、高炉配料，物料，热平衡计算4（一）各种原料数据的调整41. 烧结矿分析成分的调整42. 球团矿分析成分的调整43.混合矿分析成分的调整（其中烧结矿占85%，球团矿占15%）54. 焦炭分析成分的调整55. 焦炭挥发分成分调整56.煤粉成分的调

2、整67. 炉尘分析成分的调整68. 碎铁分析成分的调整6（二） 冶炼条件的确定61. 各元素的分配率62. 预定的生铁成分63 燃料使用量7（三） 高炉配料计算71.矿石需要量的计算72.熔剂需要量的计算73. 最终炉渣成分和数量的计算94.生铁成分的计算11（四）物料平衡121. 根据碳的平衡计算风量122. 炉顶煤气成分及数量的计算133.物料平衡表的编制15（五） 热平衡161.计算热量收入项162. 计算热量支出项173. 热量平衡表20三、高炉本体设计21（一）高炉有效容积的确定21（二）高炉内型尺寸确定211.炉缸212.炉腰223.炉腹224.炉喉225.炉身、炉腰高度226.校

3、核炉容22参考文献：24一、绪论本设计说明书是经柳浩老师指导的年产250万吨炼钢生铁的高炉车间工艺设计。本设计参照了近年来国内外炼铁工艺方面的资料。 本设计说明书着重以工艺角度论述钢铁冶炼工艺所涉及的基本流程和主要设备的基本结构，工作原理设计原则及设计方法。本设计说明书的设计原则是，拟建高炉有效容积1339m3，尽可能采用通用的工艺和技术，关键工艺装备水平达到国家同类型高炉水平，本设计说明书主要包括高炉配料计算、物料平衡、热平衡、高炉本体设计，同时对炼铁的其他工艺流程式进行了设计说明。其中高炉配料计算，先从原料入手，对各种原料的化学分析结果进行成分处理。接着进行高炉配料计算，包括产品方案的确定

4、，对物料平衡的计算，生铁炉渣性能指标的计算及校核等。高炉部分包括炉高炉的选型及高炉内型的计算，这部分作为炼铁设计的主体部分。本设计说明书附有高炉本体图一张二、高炉配料，物料，热平衡计算（一）各种原料数据的调整1. 烧结矿分析成分的调整表2-1烧结矿全分析（%）FeO CaOMgOPS50.2510.189.051.9513.502.900.0220.0280.1310.032根据烧结矿的矿物组成，P在烧结矿中呈P2O5状态存在，所以应将P换算成的百分含量：%=0.022%=0.022%=0.05%S在烧结矿中大部分呈FeS状态存在，在分析中却是硫元素的百分含量。FeS中的Fe包含在FeO中，O

5、已替代了S重量的一半，因此应将S换算为S/2 百分含量。即：S/2=0.028%2=0.014%=(50.2510.18)160=60.47%表2-2调整后的烧结矿成分为：PSFeOCaO50.250.00220.02810.1860.4713.509.05续表MgOS/2MnO2.901.950.050.0140.1310.032100.001.7232. 球团矿分析成分的调整表2-3球团矿全分析（%）TFePSFeOCaO61.610.0250.0600.90587.002.147.0续表MgOAl2O3MnOP2O5S/21.731.070.0850.040.03100.003.混合矿分

6、析成分的调整（其中烧结矿占85%，球团矿占15%）表2-4矿分析成分PSFeOCaO51.9540.005620.03288.7887564.449511.7968.8275续表MgOMnOS/22.7241.8181.39280.04850.01640.111350.0272100.004. 焦炭分析成分的调整(1) 焦炭的工业分析 表2-5的工业分析成份固定碳（c）灰分（a）挥发分（v）全硫（s）水分%85.0212.941.170.871003.2(2) 焦炭灰分分析 表2-6煤粉灰分分析成分MgOFeOCaO质量分数%焦炭0.950.370.889.463.0249.9934.091.

7、24100煤粉1.030.302.986.953.6848.3135.820.931005. 焦炭挥发分成分调整表2-7分成分全分析（%）成份CO%34.237.86418100.006.煤粉成分的调整表2-8成分的调整CS灰分76.493.510.600.366.011.8511.18100.007. 炉尘分析成分的调整表2-9的分析成分FeO CaOMgO41.427.0151.458.612.618.301.97续表MnOBaO 烧损SP1.120.8417.6415.780.400.04100.008. 碎铁分析成分的调整表2-10析成分TFeSiO2Al2O3烧损CO285.009.

8、003.003.00100.00（二） 冶炼条件的确定1. 各元素的分配率表2-11的分配率产品FeMnPS生铁0.9970.51.00炉渣0.0030.50煤气0.052. 预定的生铁成分表2-12成分FeSiMnSPC94.550.320.940.0350.1454.01100.003 燃料使用量(1) 假定湿焦比360kg/t铁(2) 煤粉喷吹量150kg/t铁(3) 使用量为30kg/t铁(4) 选择炉渣碱度=1.15(5) 冶炼强度=1.0t/m3d(6) 热风温度t=1200，鼓风湿度(7) 炉顶煤气温度tr=300 (8) 炉尘吹出量为30kg/t铁(9) 直接还原度rd=0.4

9、5(10) 焦炭与喷吹燃料中总碳量的1.2%与H2生成CH4（三） 高炉配料计算焦炭带入的铁量 360（1-0.032）0.1294=3.361.矿石需要量的计算QK =1779（kg）式中： Qk矿石的需要量 ， kg/t铁；Fet进入生铁的铁量， kg/t铁；Feza进入炉渣的铁量， kg/t铁；Fech进入炉尘的铁量， kg/t铁；FeM碎铁带入的铁量， kg/t铁；Fej焦炭带入的铁量， kg/t铁；Feme煤粉带入的铁量， kg/t铁；Fek矿石含铁量， %。2.熔剂需要量的计算表2-13溶剂成分成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5SO3烧损质量分数%0.0140.0125

10、2.781.321.621.320.030.0342.90100Ql = =-=-49.53(kg)因此，不用使用石灰石.式中： Ql熔剂的需要量， kg/t铁；R炉渣碱度；(SiO2)k矿石所带入的SiO2的量， kg/t铁；(CaO)k矿石所带入的CaO的量， kg/t铁；()j焦炭带入的SiO2量， kg/t铁；(CaO)j焦炭带入的CaO量， kg/t铁；()M碎铁带入的SiO2量， kg/t铁；(CaO)M碎铁带入的CaO量， kg/t铁；()me煤粉带入的SiO2量， kg/t铁；(CaO)me煤粉带入的CaO量， kg/t铁；(SiO2)Si还原硅所消耗的SiO2量， kg/t铁

11、；(SiO2)ch炉尘带走的SiO2量， kg/t铁；(CaO)ch炉尘带走的CaO量， kg/t铁；(SiO2)l熔剂中SiO2含量， %;(CaO)l熔剂中CaO含量， %表2-15原.燃料的机械损失原、燃料损失 (%)矿石2熔剂1焦炭1表2-16原燃实际消耗量原、燃料一吨生铁理论消耗量, (kg)机械损失 (%)水分 (%)实际消耗量（kg）混合矿177921814.58碎铁3030石灰石010焦炭348.4814365.9总计2158.482210.483. 最终炉渣成分和数量的计算(1) 进入炉渣的全部硫量Sza =Sk+Sj+Sme+SL-St-Sch-Sm=1779*0.0003

12、28+3600.9680.0087+360*0.968*0.1294*0.0124*+150*0.0036+150*0.1118*0.0093*-0.35-30*0.004- (Sk+Sj+Sme+SL)*0.05=4.4479-0.35-0.12-4.4479*0.05=3.76(2) 进入炉渣的FeO量 FeOza=Fe=945.5=3.66（kg）(3) 进入炉渣的氧化锰量为MnOza=QkMnO=17790.0139280.5=12.47（kg）(4) 进入炉渣的SiO2量为(SiO2)za=( SiO2)k+( SiO2)j+( SiO2)me+（SiO2）M(SiO2)si(SiO

13、2)ch=1779*0.088275+360*0.968*0.1294*0.4999+30*0.09+150*0.1118*0.483-3.2*60/28-30*0.0861 =160.77（kg）(5) 进入伍炉渣的CaO量 ( CaO)za=(CaO)k+(CaO)j+(CaO)me+(CaO)l-(CaO)ch=1779*0.11796+360*0.968*0.1294*0.0302+30*0+150*0.1118*0.08-30*0.083=210.06（kg）（6）进入炉渣的MgO量(MgO)za=(MgO)k+(MgO)j+(MgO)M+(MgO)me+(MgO)l-(MgO)ch

14、=1779*0.02724+360*0.968*0.1294*0.0095+150*0.1118*0.0103-30*0.0103=48.97（kg）（7）进入炉渣的Al2O3量(Al2O3)za=(Al2O3)k+(Al2O3)j+(Al2O3)M+(Al2O3)me+(Al2O3)l+(Al2O3)ch =17790.01818+360(1-0.032)0.12940.3409+300.03+1500.11180.3582-300.0261=53.84（kg）表2-17成分与数量化学组成SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOSCaO/SiO2重量 (kg)160.7753.84210.

15、0648.9712.473.663.76493.53成分 (%)32.5810.9142.569.922.530.740.76100.001.3表中S/2，渣中S以CaS形式存在,计算中的CaO全部按CaO形式处理,氧原子量为16,S原子量32，相当于计入S/2，故表中再计入S/2。按四元相图，查验炉渣性质：将CaO,SiO2,Al2O3,MgO四元组成换算成100%。表2-18炉渣性质CaOSiO2Al2O3MgO42.5632.5810.919.9295.9744.3533.9511.3710.33100.00炉渣熔化温度： t熔=14001450炉渣粘度： 1500时为0.3（Pas），

16、1400时为0.8（Pas）。硫分配系统 ls=3.32/320.74/0.00025=41.284.生铁成分的计算（1）生铁含磷量的计算Pt=100%=-*100%=100%=0.018%（2）生铁含硫量的计算St=St%=0.35%=0.035%（3）生铁含硅按假定的为0.32%（4）生铁含锰量的计算Mnt=(MnO)za%=12.47%=0.97%（5）生铁含铁量94.55%（6）生铁含碳量的计算 Ct=100-Pt-St-Mnt-Sit-Fet=4.107%表2-19 生铁的最终成份成份SiMnSPCFe%0.320.970.0350.0184.10794.55100.00计算结果与预

17、定的成份基本符合。（四）物料平衡1. 根据碳的平衡计算风量(1)风口前燃烧的总碳量 炉料带入的碳量Clu=Cj+Cme+Cy-Cch=3600.9680.8502+1500.7649-300.1764=405.72（kg）式中： Clu炉料带入的碳量, kg/t;Cj焦炭带入的碳量, kg/t;Cme煤粉带入的碳量, kg/t;Cch炉尘带定的碳量, kg/t; 生成CH4的碳量 405.720.012=4.87（kg） 溶于生铁的碳量 Ct=0.041071000=41.07（kg） 碎铁带入的碳量 CM=300.03=0.9（kg） 还原锰消耗的碳量 CMn=9.7=2.12（kg） 还原

18、硅消耗的碳量 CSi=3.2=2.74（kg） 还原铁消耗的碳量 CFe=(945.5-300.85)0.45=88.71（kg） 还原磷消耗的碳量 CP=0.18=0.17（kg） 则直接还原消耗的碳量：Cd=88.71+2.12+0.17+2.74=93.74（kg）风口前燃烧的碳量： Cf=Clu-Cd-CCH4-Ct+CM=405.72-93.74-4.87-41.07+0.9=266.94 （kg）(2)风量的计算鼓风中氧的浓度可用下式计算：N2=0.21(1-)+0.54式中： N2鼓风中氧的浓度； 鼓风中水分。N2=0.210.9802+0.51.98%=0.2157风口前碳燃烧

19、时需氧量：O2c=Cf=266.94=249.14（m3）其中，煤粉供氧： O2me=15022.4=6.31（m3）则需由鼓风供氧：O2f=O2C-O2me=249.14-6.31=242.83（m3）则每吨生铁需要风量：Vf=1125.78（m3）2. 炉顶煤气成分及数量的计算(1) 甲烷的计算 由燃料碳素生成的甲烷：V(CH4)1=4.47=8.848（m3）焦炭挥发分中的甲烷： V(CH4)2=3600.01170.040.968=0.228（m3） 则进入煤气的甲烷为：V=V1+V2=8.848+0.228=9.076(2) 氢量的计算由鼓风水分中分解的氢： H2f=1271.720

20、.0198=25.18（m3）焦炭挥发分及有机物中的氢：H2j=360(1-0.032)0.01170.06=2.74（m3）煤粉分解的氢：H2。me=1500.0351=58.8（m3）在喷吹的条件下，一般有40%的氢参加还原，故H2参加还原的量为：H2。h=（25.18+2.74+58.8）0.4=34.688（m3）生成甲烷的氢： H2=9.0762=18.152（m3）则进入煤气的氢： H2=25.18+2.74+58.827.1534.688-18.152=33.88（m3）(3) 二氧化碳的计算Fe2O3还原为FeO时，生成的CO2为：(CO2) Fe2O3=QkFe2O3=177

21、964.4495%=160.52（m3） FeO还原为Fe时生成的CO2为：(CO2)FeO=(Fet-FeM)(1-rd-) =(945.5-300.85)(1-0.45-) =167.712（m3） 焦炭挥发分中的CO2 : CO2=360*0.968*0.0117*0.342*22.4/44=0.71则进入煤气的二氧化碳：CO2=160.52+167.712+0.71=328.232（m3）(4) 一氧化碳的计算风口前燃烧的一氧化碳： COf=Cf=266.94=498.288（m3）直接还原生成的一氧化碳：COCd=93.74=174.981（m3）焦炭挥发分中的一氧化碳：COj=36

22、0(1-0.032) 0.01170.378=1.23（m3）间接还原消耗一氧化碳：COi=COFe2O3+COFeO =160.52+167.712 =328.232（m3）则进入煤气的一氧化碳：CO=498.288+174.981+1.23-328.232=346.266（m3）(5) 氮的计算鼓风带入的氮：N2 f=Vf（1-0.0198）0.79=1125.780.98020.79=971.76（m3）焦炭带入的氮：N2j=360(1-0.032) 0.01170.18=0.59（m3）煤粉带入的氮：N2.me=1500.006=0.72（m3）则进入煤气的氮：N2=871.76+0.

23、59+0.72=873.07（m3）表2-20煤气的数量及成分化学成分体积 (m3)成分 (%)CO2328.23220.66CO346.26621.79N2871.7654.85H233.882.13CH49.0760.57合计1589.214100.003.物料平衡表的编制(1) 鼓风重量的计算1m3鼓风的重量为：=1.278（kg/m3）则全部的鼓风重量=1225.781.278=1438.75（kg）(2) 煤气重量计算1m3煤气重量：=1.258（kg/m3）则全部煤气重量：11589.241.258=1999.23（kg）(3) 氢参加还原生成的水：34.688=27.87（kg）

24、表2-21 物料平衡表收入项目数量 (公斤)支出项目数量 (公斤)原、燃料2206.27生铁1000鼓风1438.75炉渣513.73煤粉150煤气1999.23炉尘30水分27.87总计3795.02总计3570.83续表2-21绝对误差224.19相对误差5.9%（五） 热平衡1.计算热量收入项（1）碳素氧化放由C氧化成1m3CO2放出热量： 12*4.2=19215（KJ）由C氧化成1m3CO放出热量： 12*4.5=5265（KJ）碳素氧化放出的总热量为：（328.2320.71）19215+（346.2661.23）5265=8111002.77（KJ）(2) 鼓风带进的热量1200

25、干空气的热容为1.428kJ/m3 水蒸汽热容为2.425kJ/m3热风带进的热量：（1125.7822.29）1.428+22.292.4251200=1955804.36（KJ）（3）氢氧化放热1m3氢氧化成水蒸汽放出10806.65KJ热量氢氧化放热量为：21.8210806.65=235801.10（KJ）（4）成渣热炉料的碳酸盐或磷酸盐中存在的1kgCaO及MgO在高炉内生成钙铝硅酸盐所放出的热量为1130.49kJ。混合矿中存在的CaO为：17790.11796=209.85（kg）混合矿中存在的MgO为： 1779*0.002724=48.46成渣热为： 1130.49(209.

26、85+48.46)=292016.87（kcal）（5）混合矿带入热只计算烧结矿带入的物理热，其他的料带入的物理热忽略不计。烧结矿带入热：NCatta=17790.850.795400=480863.7（KJ）N每吨生铁烧结矿用量1kgCat烧结矿入炉温度下比热 KJ/kg本计算中Cat=0.85 kcal/kgta烧结矿入炉温度，本计算取ta=400 (6) 甲烷生成热: 1kg甲烷生成热=77874.4/16=4865.29（KJ） 甲烷生成热： 8.848*16/22.4*4865.29=30748.63冶炼一吨生铁的总热收入为： 8111002.71+1955804.36+292016

27、.87+480863.7+235801.10+30748.63 =11106237.37 2. 计算热量支出项（1）氧化物分解吸热由于原料是熔剂结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁（2FeOSiO2）形式存在，其余以Fe3O4形态存在，焦炭中FeO全部以2FeOSiO2存在。铁氧化物分解热计算：FeO硅酸铁：17790.850.101820%+360(10.032)0.12940.0946=32.053（kg）FeO四氧化三铁：17790.130432.053=199.929（kg）Fe2O3（Fe3O4）：199.929=444.287（kg）Fe2O3液离： 17790.6449444

28、.287=702.270（kg）分解1kgFeO（2FeOSiO2）需要4087.906(KJ）；FeO（2FeOSiO2）分解热：32.0534087.906=131029.651（KJ）分解1kgFe3O4需要4814.796kJ热量；Fe3O4的分解热：（199.929+444.287）4814.796=3101725.287（KJ）分解1kgFe2O3，需要5168.898KJ热量；Fe2O3分解热：663.5605168.898=3429873.957（KJ）故铁氧化物的总分解热为：131029.651+3101725.287+3429873.957=6662628.895（KJ）锰

29、氧物的分解热计算：1kgMnO2分解成Mn3O4需要541.8KJ热量；1kgMn3O4分解成MnO需要1012.2KJ热量；由MnO分解出1kgMn需要7383.6KJ热量；锰氧化物的分解热：9.77383.6=71620.9（KJ）SiO2的分解热计算：由SiO2分解出1kgSi需要31176.6KJ热量；SiO2的分解热为：3.231176.6=99765.12（KJ）磷酸钙的分解热计算：由Ca3（PO4）2分解出1kg磷需要35868KJ热量；Ca3（PO4）2分解热为：0.18835868=6456.24（KJ）脱硫需要热量的计算：脱硫所需的热量应是硫化物（有机硫、无机硫）的分解热，

30、CaO的分解热，CaS的生成热及CO的生成热的代数和，（对于CaSO4 、BaSO4只考虑其分解热，因为CaSO4CaS+2O2）。但是硫化物FeS、FeS2的分解热很小，有机硫的形态及分解热都不祥，故硫化物的分解热一般忽略不计。而C氧化成CO热量在前面已计算；此外只考虑CaO的分解热与CaS生成热。事完上炉渣中的硫不仅CaS，而且是MgS，FeS等形成存在，但它们各自的数量不知道；不能准确计算脱S所消耗的热量。以CaO,MnO,FeO为作为脱硫剂；它们脱除1kg硫所消耗的热量很相近，只有MgO脱硫消耗的热量较大，一般当渣中的MgO较少时（34%；计算生成硫化物的热效应时就采用平均值,但当渣中

31、MgO34%时，每kg硫的平均热量消耗为：（5418+6279+5523+8064）4=6321（KJ/kg硫）所以脱硫消耗的热量为：3.766321=23766.96（KJ）故氧化物的总分解热：6662628.895+99765.12+6456.2+23766.96+71620.92=6864238.09（KJ）（2）碳酸盐分解热：由CaCO3分解出1kgCO2需2318.4KJ；由MgCO3分解出1kgCO2需2494.8KJ；由MnCO3分解出1kgCO2需2192.4KJ；混合矿以MnCO3存在的CO2量为：1779*0.013928*44/71=15.355混合矿以MgO3存在的CO

32、2量为：1779*0.02724*44/40=53.306混合矿以CaCO3存在的CO2量为：17790.11796*44/56=166.736碳酸盐分解热为： 15.355*2192.4+166.736+53.306*2494.8=553212.853（3）水分解热：分解1m3水蒸汽需10840.2鼓风中水蒸汽分解热为：1125.78*1.98%*10840.2=241632.871(KJ)（4）炉料游离水的蒸发热根据有关水的汽化热数据，1kg水由0开高到100时吸收热量420KJ,变成1000的水蒸汽又吸热2268KJ,共2688KJ。游离水的蒸发热为：360*3.2%*2688=3096

33、5.76(KJ)（5）喷吹物分解热喷吹物的分解热：Q分解=（7980C+28905H+2212S）Q低式中：Q分解1kg喷吹物的分解热，kcal/kg；Q低1kg喷吹物的低发热值，kcal/kg；C、H、S喷吹物中该成分的含量，%。煤粉的分解热约为1260KJ/kg喷吹物的分解热：1501260=189000（KJ）（6）铁水带走热量取铁水的热焓量为：1134KJ/kg；则铁水带走热量为：11341000=1134000（KJ）（7）炉渣带走的热量取炉渣的热熔量为1722KJ/kg；则炉渣带走热量：1722493.53=849858.66（KJ）（8）炉顶煤气带走的热量干煤气的热容量：1.32

34、550.5485+1.33220.2179+1.87150.2066+1.29700.0213+1.85300.0057=1.2243（KJ/m3）所以干煤气带走的热：1589.2141.2243300=583702.41（KJ）水蒸汽带走热： (3600.032+34.688)(300100)1.5456 =15154.299（KJ）炉尘带走的热量：假定炉尘的比热为084KJ/kg；则炉尘带走热量为：300.84300=7560（KJ）故煤气带走的总热量：583702.41+15154.299+7560=606416.709（KJ）（9）外部热损失包括冷却水带走热量和向周围环境敝失的热量。1

35、1106237.37-(6864238.09+553212.853+241632.871+189000+30965.76+1134000+849858.66+606416.709)=508194.860（KJ）3. 热量平衡表表2-22 热量平衡表热收入项热 支 出 项项目KJ%项目KJ%1、碳素氧化放热8111002.771、氧化物分解与脱硫6864238.092、鼓风带入热1955804.362、碳酸盐分解553212.8533、氢氧化放热235801.103、水分分解热241632.8714、成渣热292016.874、游离水蒸发30965.765、炉料带入热480863.75、喷吹物分解1890006、甲烷生成热30748.636、铁水带走11340007、