高炉炼铁论文

1、重庆科技学院课程设计PAGE PAGE 23重庆科技学院课程设计报告 学 院:冶金与材料工程学院专业班级:冶金普2010-03班学生姓名: 左朝庆 学 号: 2010440482 设计地点（单位）：_ _ _ _ _设计题目:_ _ _指导教师评语:_ _ _ _ _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字） :_ _ 完成日期： 2013年 12月 27日 目 录 HYPERLINK l _Toc312849869 绪论3 HYPERLINK l _Toc312849870 1、炼铁模拟软件简要说明41.1 高炉模拟操作简介 HYPERLINK l _Toc312849871 4

2、 HYPERLINK l _Toc312849872 2、模拟炼铁实际操作4 HYPERLINK l _Toc312849873 2.1 矿石、燃料及溶剂的选择4 HYPERLINK l _Toc312849874 2.2 各原料重要成分组成及范围5 HYPERLINK l _Toc312849875 2.3 配料及生产环境的设定 PAGEREF _Toc312849875 h 82.4 HYPERLINK l _Toc312849876 所得结果反馈图10 HYPERLINK l _Toc312849877 3、结果反馈计算11 HYPERLINK l _Toc312849878 3.1 结

3、果反馈计算11 HYPERLINK l _Toc312849879 4、物料平衡计算 PAGEREF _Toc312849879 h 12 HYPERLINK l _Toc312849880 4.1 混合矿计算 PAGEREF _Toc312849880 h 12 HYPERLINK l _Toc312849881 4.2 风量计算 PAGEREF _Toc312849881 h 12 HYPERLINK l _Toc312849882 4.3 炉顶煤气成分及数量计算 PAGEREF _Toc312849882 h 13 HYPERLINK l _Toc312849883 4.4 编制物料平衡

4、表 PAGEREF _Toc312849883 h 16 HYPERLINK l _Toc312849884 5、热平衡计算 PAGEREF _Toc312849884 h 17 5.1 HYPERLINK l _Toc312849877 热量收入17 HYPERLINK l _Toc312849878 5.2 热量支出1 PAGEREF _Toc312849878 h 9 HYPERLINK l _Toc312849879 5.3 热平衡表21 HYPERLINK l _Toc312849880 6、影响成本因素分析21 HYPERLINK l _Toc312849881 6.1 原料中各成

5、分变量的影响22 HYPERLINK l _Toc312849882 6.2生产环境中各因素的影响23 HYPERLINK l _Toc312849877 6.3装料比例影响23 HYPERLINK l _Toc312849879 参考文献23 绪 论近年来，我国高炉炼铁生产在国家淘汰落后产能和宏观经济调控政策的形势下，生铁产量仍逐年增加。据中国钢协信息统计部汇集的73家炼铁企业的资料显示，2009年2012年6月我国生铁产量仍逐年递增，2012年上半年平均日产铁量为110.1561万吨，比2009年增产16.2178万吨。2012年前三季度全国生铁产量为5.0277亿吨，比去年同期增长2.7

6、0%。全国生铁产量增幅减缓（但增幅大于钢产量的增幅1%），这是因我国经济增长变缓，钢铁产能富余量大，市场竞争激烈，钢铁企业出现亏损所造成的。重点钢铁企业铁产量为4.322亿吨，与去年同期相比增长1.20%。其他企业铁产量为0.705亿吨，同比增长12.90%。重点钢铁企业中有54家企业铁产量是减产，有17家企业减产幅度大于10%，降幅最大的企业达52.95%。主要原因是炼铁企业经济效益大幅下降，一批企业出现亏损，迫使部分炼铁厂减产、停炉。 目前，我国炼铁企业是多层次的，先进与落后指标并存，处于不同发展水平阶段。为促进我国炼铁生产技术进步，实现节能减排目标，提升炼铁企业的市场竞争力，我们应当加大

7、推广成熟、先进、实用的炼铁技术装备，同时，也应加大淘汰落后的力度(国家明确规定要坚决淘汰400m3以下小高炉，于2012年前完成淘汰落后任务)。我国炼铁企业数目众多，造成炼铁产业集中度低、高炉平均炉容小(约有1450座高炉，大于1000m3的高炉约有350座)，炼铁企业之间生产指标差距大。因此，加大贯彻落实国家公布的钢铁工业“十二五”发展规划的目标和任务，利用产业政策和市场经济的手段，加快技术升级和重组优化是炼铁企业的一项重要任务。 现如今钢铁行业亏损较严重，因此现在研究讨论降低钢铁冶炼成本显得尤其重要。此次研究，我们是在钢铁大学开发的网络模拟炼铁软件上进行的，在网上用控制变量法对对各个可能影

8、响成本的因素设置并模拟。从而得到一些重要结论及应对措施。此软件是按照合理的方法编译的程序，可模拟性强，模拟结果可靠。操作简单，比实际高炉实验要容易的多，从模拟结果还能得到一些重要的结论。从这些结论可得出一些可行的降低成本方法。炼铁模拟软件简要说明随着科学技术的发展以及电脑的广泛应用。先如今可以编译很多软件来模拟实际生产过程。在电脑上来模拟实际生产过程，可以进行很多实验研究。炼铁模拟软件就是其中的一种，该软见采用一定的方法编译并按照特定的原理来工作，在此软件上进行实验研究存在很多优点。模拟操作比实际操作过程简单，而且可靠性高、费时少、成本低、易于控制变量，得到的结果也较准确。所以，用此软件进行实

9、验研究是完全可行的。1.1 高炉模拟操作简介在这个模拟中，我们将扮演负责高炉操作的工厂冶金专家，我们的目标是通过选择合适的原材料、生产统计数据和装料速度，优化高炉生产铁水的过程。首先，我们要选择合理的矿石放入料槽。其次，是燃料和熔剂的选择。然后是用你所选的料进行合理的配比。再次，进行生产环境和生产设定。最后，点击查看结果，就能查到实验的结果。通过对前面环节中各个参数的改变，我们可以得到不同结果。通过对不同结果的计算和分析便能得到一些重要结论。模拟炼铁实际操作 2.1 矿石、燃料及熔剂的选择 2.2 各原料重要成分组成及范围 矿石成分：表 1-1原料成分 ，%原料FeMnPSFeOFe2O3Si

10、O2Al2O3CaOMgOMnOP2O5FeS烧损烧结矿58.10.4340.04102.7080.004.841.133.654.080.560.100100球团矿63.60.0540.0250090.862.930.224.001.450.070.060100天然矿61.30.1160.0650.015087.593.901.356.710.030.150.160.04100混合矿60.380.1720.0320.0031.3884.734.080.894.312.540.330.100.007100配矿比： 烧结矿：球团矿：天然矿=54：31：15焦炭成分：表1-2焦炭成分 ，%C灰分（

11、10.00）有机物（0.56）游离水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2S86.805.182.940.250.141.480.0100.5597.40.70喷吹燃料成分：表1-3煤粉成分 ，%燃料CHNSOH2O灰分（8.00）SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉70.500.060.040.440.421.304.152.600.340.260.6585.5预定生铁成分：表1-4预定生铁成分 ，%FeCSiMnTiVSP95.003.521.100.210.020.040.020.10 = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 焦炭重点成分范围：表 1-5焦炭重点成分范围

12、表挥发份灰分水分硫固定碳波动范围（%）0.71.21315260.88188 = 6 * GB3 * MERGEFORMAT 煤粉成分质量要求：(1)灰分含量低，固定碳含量高。(2)含硫量低。(3)可磨性好(即将原煤制成适合喷吹工艺要求的细粒煤粉时所耗能最少，同时对喷枪等输送设备的磨损也弱)。(4)粒度细。根据不同条件，煤粉应磨细至一定程度，以保证煤粉在风口前完全气化和燃烧。一般要求粒度小于0. 074 mm的占80%以上，细粒煤粉也便于输送。目前西欧有的高炉正在推广喷吹粒煤的工艺。为了保证煤尽量多地(例如85%以上)在风口带内气化，应喷吹含挥发分较高的烟煤,因外钢铁企业大多采用这种喷吹工艺.

13、煤中的挥发分的质量分数一般控别在22一25% . = 7 * GB3 * MERGEFORMAT 混合矿质量要求：表1-6 烧结矿质量要求类别品级化学成分/%物理性能/%冶金性能/%TFeCaO/SiO2FeOS转鼓指数（+6.3mm）抗磨指（-0.5mm）筛分指数（-5mm）低温还原粉化指数RDI（+3.15mm）还原度指数RI允许波动范围不大于碱度1.502.50一级品0.50.0811.00.0668.07.07.07278二级品1.00.1212.00.0865.08.09.070751.001.50一级品0.50.0512.00.0464.08.09.07474二级品1.00.113

14、.00.0661.09.011.07272表1-7 球团矿质量要求内容化学成分物理性能冶金性能粒度名称品级TFeFeO碱度S抗压N/p转鼓指数(ISO)%抗磨指数%(0.5mm)筛分指数%(5mm)膨胀率%还原度%1016mm指标一级10.052000906590二级20.081500869590允许波动范围一级0.50.05二级1.00.1表1-8 块矿矿质量要求化学成份（%）晶级TFeSiO2SP = 1 * ROMAN I组 = 2 * ROMAN II组 = 3 * ROMAN III组 = 1 * ROMAN I组 = 2 * ROMAN II组 = 3 * ROMAN III组一级

15、晶58120.10.30.50.20.50.9二级晶55140.10.30.50.20.50.9三级晶50170.10.30.50.20.50.9四级晶45180.10.30.50.20.50.92.3 配料及生产环境的设定2.4 所得结果反馈图结果反馈计算 3.1 结果反馈计算 高炉利用系数=7280.03/2500=2.91 焦比=303.39kg/t Hm 煤比=136.66 kg/t Hm 能量利用系数=100% =92.36% 碳能量利用系数=100%=74.69%4、物料平衡计算 4.1 混合矿计算 G=（36000+22000+12210）/=1639.4 kg式中37.26为吨

16、铁水/批，0.99为除去损失0.01所剩。4.2风量的计算风口前燃烧的碳量G燃料带入的总碳量G：G= GC%+ GC%=301.4686.80%+136.6670.50%=358.01kg式中 86.80%、70.50%分别为焦炭和喷吹煤粉中碳的百分比溶入生铁中的碳量为G：G=1000C%=10003.746%=37.46kg式中 3.746%碳在校核后的生铁中的百分比生成甲烷的碳量为G：G=1.2% G=0.012358.01=4.30kg燃料带入的总碳量有1%1.5%与氢化合生成甲烷，取1.2%4）直接还原消耗的碳量G：锰还原消耗的碳量：G=1000Mn%=10000.069%=0.15k

17、g硅还原消耗的碳量：G1000Si%=10001.10%=9.43kg磷还原消耗的碳量：G1000P%=10000.005%=0.048kg式中 0.069%、1.10%、0.005%分别为锰、硅、磷在校核后的生铁中的百分比铁直接还原消耗碳量：G=1000Fe% rd =100095.00%0.44=89.57kg 式中 rd一般为0.40.5，取0.44故 G= G+ G+G+G =0.15+9.43+0.048+89.57 =99.20kg故 风口前燃烧碳量：G= G-G-G-G=358.01-37.46-4.30-99.20=217.05kg计算鼓风量V1）鼓风中氧的浓度：N=21%(1

18、-)+0.5=21%(1-1.556%)+0.51.556%=21.45%式中 21%空气中氧的浓度相对湿度，其百分比为1.556%2) G燃烧需要氧的体积为V：故 V= G=217.05=202.58 m33）煤粉带入氧的体积为V：V=G（O%+ H2 O %）=136.66（0.42%+ 1.30 %） =1.51m3式中 0.42%、1.30%分别表示氧和水在喷吹煤粉成分中的百分比4）需鼓风供给氧的体积为V：V= V-V=217.05-1.51=217.54m3V= V/N=217.54/24.55%=886.11 m3式中 24.55%鼓风中氧的浓度(富氧3.1)4.3.炉顶煤气成分及

19、数量的计算甲烷的体积V：1）由燃料碳素生成的甲烷量为V：V= G=4.30=8.03 m32）焦炭挥发分中的甲烷量为V：V=GCH%=301.46=422.044m3式中 0.025%焦炭成分中甲烷挥发的百分比故 V= V+V=8.03m3氢气的体积V：1）由鼓风中水分分解产生的氢量为V：V= V=1014.171.556%=15.78 m32）焦炭挥发分及有机物中的氢量为V： V= G（H2%+ H2%）=301.46（0.01%）m3 =0.338m3式中 0.01%表示氢气在有机物中的百分比3）煤粉分解产生的氢量为V：V= G（H2%+ H2 O %）=136.66（0.06%+1.30

20、%）=19.82 m3式中 0.06%、1.30%分别表示氢和水分在喷吹煤粉成分中的百分比4）炉缸煤气中氢的总产量为V：V= V+V+V=15.78+376.352（0.01%）+19.82=35.64m35）生成甲烷消耗的氢量为V：V=2V=2(8.03)=16.06 m36）参加间接反应消耗的氢量为V：V=V=35.6+376.352（0.01%）0.4=14.26m3式中 H2氢在高炉内的利用率，一般为0.30.5，取0.4故 V =V-V-V=35.6+376.352（0.01%）- 2(8.03) -35.6+376.352（0.01%）0.4=5.32m3二氧化碳的体积V：1）由C

21、O还原FeO为FeO生成的CO2 量V ：由矿石带入的FeO的质量G：G= G FeO%=1590.4484.73%=1347.58kg参加还原FeO为FeO的氢气量为G：G= VH2（1-）=35.6+376.352（0.01%）0.4（1-0.9） =0.127kg由氢气还原FeO的质量为G：G= G=0.127=10.16kg由CO还原FeO的质量为：G= G- G=1347.58-10.16=1337.42kg故 V= G=1337.42=187.24m32）由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为V：V=1000Fe%1- rd-r=100095.00%(1-0.38-0.07) =2

22、09.0 m3故 V= V+V=187.24-+209.0=396.24 m3一氧化碳的体积 V：1）风口前碳素燃烧生成的CO量为V：V=G=217.05=405.16 m32）直接还原生成的CO量为V：V= G=99.20=185.17 m33）间接还原消耗的CO量为V：V= V+V=187.24+209.0=396.24 m3故 V=V+V-V=405.16+185.17 -187.24-209.0=194.09m3氮气的体积V：1）鼓风带入的氮气量为V：V= V（1-）N2%=886.11（1-1.556%）75.45%=658.17 m32）煤粉带入的氮气量为V：V=GN2%=136.

23、660.04%=0.044 m3故 V=V+V=658.17 +0.044 =658.214 m3煤气成分：表1-9煤气量及成分成分CO2CON2H2CH4体积，m3396.24 194.09658.214 5.32 8.031261.98%31.4015.3825.160.420.641004.4.编制物料平衡表鼓风质量的计算1 m3鼓风的质量为r：r=0.21（1-）32+0.79（1-）28+18/22.4=0.2455（1-1.556%）32+0.7545（1-1.556%）28+181.556%/22.4=1.29kg/ m3故 全部鼓风的质量为G：G=Vr=886.111.29=1

24、143.08kg煤气质量的计算1 m3煤气的质量为r：r=（44CO2%+28CO %+28N2%+2H2%+16CH4%）/22.4=(440.2262+280.196+280.5592+20.0128+160.0058)/22.4=1.393 kg/ m3故 煤气的质量为G：G=Vr=1402.681.393=1953.93kg煤气中的水分1）焦炭带入的水分G=GH2O%=301.460.70%=2.11kg2）氢气参加还原生成的水分为：G= V=35.6+376.352（0.01%）0.4=35.6+376.352（0.01%）0.32=11.40kg故 G= G +G=2.11+35.

25、6+376.352（0.01%）0.32 =13.51 kg物料平衡表：表1-10物料平衡表收入支出项目kg%项目kg%混合矿焦炭煤粉风量1590.44303.59136.661143.0850.119.574.3136.01生铁炉渣煤气水分炉尘1000249.631953.9313.51总计3173.77100.00总计3227.07绝对误差53.3 相对误差1.68%绝对误差=物料收入质量总和物料支出质量=|3173.77-3227.07 |=53.3 相对误差=100%=53.3/3173.77100%=1.68%2%所以计算结果符合要求。5、热平衡计算5.1 热量收入碳的氧化热Q11）

26、碳素氧化为CO2放出的热量Q1-1碳素氧化产生CO2的体积V：V= V-= 396.24 m3Q1-1= V33410.66=396.24-33410.66=7092129.38kJ式中 33410.66C氧化为CO2放热，kJ/kg2)碳素氧化为CO放出的热量Q1-2碳素氧化产生CO的体积V：V= V-V= 198.12 m3Q1-2= V9797.11=198.129797.11=1039823.27kJ式中 9797.11C氧化为CO放热，kJ/kg故 Q1= Q1-1+ Q1-2=7092129.38+1039823.27=8131952.62kJ鼓风带入热Q2Q2= (V- V) Q

27、+ VQ=(886.11-886.110.01556)1755.82+886.110.015562161.60=1526328.103 kJ式中 Q在1220下空气的热容量，其值为1755.82kJ/ m3 Q在1220下水汽的热容量，其值为2161.60kJ/ m3H2氧化放热Q3Q3 = G13448.28=35.6+376.352（0.01%）0.3213448.28=35.64 kJ式中 13448.28H2氧化为H2O放热，kJ/kgCH4生成热Q4Q4= V4865.29=8.034865.29 =20929.44 kJ式中 4865.29甲烷生成热，kJ/kg炉料物理热Q5Q5=

28、 G1.080=1590.441.080=12723.52kJ式中 1.080时混合矿的比热容，kJ/(kg)热量总收入QQ= Q1 +Q2 +Q3 + Q4 +Q5 =8131952.62+1526328.103+35.63+20929.44+12723.52=9691969.33kJ5.2 .热量支出氧化物分解吸热q1铁氧化物分解吸热q1-1：由于原料中含有溶剂型烧结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸盐形式存在，其余以Fe3O4形式存在。因此：G= G85%FeO%20%=1590.440.512.70%20%=4.38kgG= GFeO%- G=1590.441.38%-4.38=17

29、.57kgG= G=17.57=39.04kgG= GFe2O3%- G=1590.4484.73%-39.04=1308.54kgG= G+ G=17.57+39.04=56.61kg故 q= G4087.52=4.384087.52=17903.34 kJq= G5156.69=1308.545156.69=6747735.13 kJq= G4803.33=56.614803.33=271916.51 kJ式中 4087.52、4803.33、5156.69分别为FeSiO4、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg故 q1-1=q+q+q=17903.34+6747735.13 +271

30、916.51 =7037554.98kJ2) 锰氧化物分解吸热q1-2：q1-2=1000Mn%7366.02=10000.069%7366.02=5082.55 kJ式中 7366.02由MnO分解产生1kgMn吸收的热量，kJ3) 硅氧化物分解吸热q1-3：q1-3=1000Si%31102.37=10001.10%31102.37=342126.07 kJ式中 31102.37由SiO2分解产生1kg硅吸收的热量，kJ4) 磷酸盐分解吸热q1-4：q1-4=1000P%35782.6=10000.005%35782.6=21789.13kJ式中 35782.6由Ca3(PO4)2分解产生

31、1kg磷吸收的热量，kJ故 q1= q1-1+ q1-2+ q1-3+q1-4=7037554.98+5082.55+342126.07+21789.13=7406552.73kJ脱硫吸热q2q2= G8359.05=2.128359.05=17721.19kJ式中 8359.05假定烧结矿中硫以FeS形式存在，1kg硫吸收的值，kJ水分分解热q3q3= (V+ GH2O%煤) 13454.1=(886.110.01556+136.661.30%)13454.1=12.8613454.1=173019.73 kJ式中 13454.1水分解吸热，kJ游离水蒸发吸热q4q4= GH2O%2682=

32、301.460.70%2682=5659.61kJ式中 26821kg水由0变为100水汽吸热，kJ生铁带走热q5q5=10001173=1173000 kJ式中 1173铁水热容量，kJ/kg喷吹物分解热q6q6= G1256.1=136.661256.1=171658.63kJ式中 1256.1煤粉分解热，kJ/kg炉渣带走热q7q7= G1760=249.631760=439348.8kJ式中 1760炉渣热容量，kJ/kg煤气带走热q8从常温到200之间，各种气体的平均比热容Cp如下：表1-11平均比热容Cp ，kJ/( m3)成分CO2CON2H2CH4H2OCp1.7871.313

33、1.3131.3021.821.519干煤气带走热量：q8-1= V ( + )200=1261.984+1.3025.32+1.787396.24+1.313194.09+1.313658.214 +1.828.03200=5764.15kJ煤气中水分带走热：q8-2=1.519 G(200-100)=1.51913.51(200-100)= 2553.81kJ故 q8= q8-1+ q8-2=5764.15+2553.81=8317.96kJ故 q = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+q6+ q7+ q8=7406552.73+17721.19+173019.73+5659.61+1

34、173000+171658.63+439348.8+8317.96=9396278.65kJ冷水带走及炉壳散发热损失为qq= Q- q= 9691969.33-9396278.65=295690.68kJ5.3热平衡表收入项kJ%支出项kJ%碳的氧化热鼓风带入热炉料物理热H2氧化放热CH4生成热总计 8131952.621526328.10312723.5235.6420929.449691969.3383.9015.750.130.00040.22100.0氧化物分解脱硫水分分解热喷吹物分解热游离水蒸发热生铁带走热炉渣带走热煤气带走热外部热损失总计7406552.7317721.19173019.73171658.635659.611173000439348.88317.96295690.689691969.3376.420.18