炼铁课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上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

2、.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.

3、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）CS

4、iO2Al2O3CaOMgOFeOFeS 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.

5、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+400×0.1217×0.0505+150×0.1496×0.0572=945.16+945.16×

6、;0.003/0.997+20×0.4851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：1642.5×0.0005+400×0.005+150×0.0058=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 K

7、g4、SiO2 碱度平衡中的分母 5、CaO 碱度平衡中的分子 6、MgO 1642.5×0.023+14.08×0.0052-20×0.0143+400×0.1217×0.0099+150×0.1496×0.016=38.5 Kg7、Al2O3 1642.5×0.0178+14.08×0.0132+400×0.1217×0.3969+150×0.1496×0.3971-200.0143=57.37 Kg表四 炉渣成分表组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeO

8、S/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=2.67×55/71×100/1000=0.21%P=（1642.5×0.0011-20×0.011）×62/142×100/1000=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=

9、1.2%C燃=C焦+C煤-C直-C生铁-CCH4-C尘进入高炉C总=400×0.8563+150×0.7461=454.44Kg CCH4=0.7%C总=454.44×0.007=3.18 Kg C生铁=1000×4.72%=47.2Kg C直=24/28×4.5+12/55×2.1+0.7×60/62+945.16×0.45×12/56=96.14 C尘=20×0.0162×12/44=0.09 Kg C燃=454.44-3.18-47.2-96.14-0.09=307.83 Kg

10、WO2=0.21×(1-0.012)+0.5×0.012=0.2135 VO2=307.83×22.4/24=287.31 m3 煤粉提供的氧气=150×0.0415×22.4/32=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=1325.2×1.28=1696.26 Kg2.1.2煤气量的计算1、CH4 炭生成的CH4=3.18×22.4/12=5.94 m3焦炭挥发的CH4=400×0.0033×22.4/1

11、6=1.85 m3生成总量=5.94+1.85=7.79 m32、H2 鼓风带入H2=1325.2×0.012=15.9 m3煤粉带入H2=150×0.0446×22.4/2=74.93 m3焦炭带入H2=400×0.0006×22.4/2=2.69 m3还原消耗H2=（15.9+74.93+2.69）×0.4=37.41 m3生成CH4 H2=5.94×2=11.88 m3炉顶H2=（15.9+74.93+2.69）×0.6-11.88=44.23 m33、CO2 Fe2O3+COFeO+CO2CO2=(1642

12、.5×0.7295) ×22.4/160=167.75 m3FeO+H2Fe+HO2 rH2=72×44.23×56/（22.4×945.16×72）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=14.08×0.4346×22.4/44=3.12 m3焦炭带入CO2=400×0.0033×22.4/44=0.67 m3进入炉顶CO2=167.75+161.43+3.12

13、+0.67=332.97 m34、CO燃烧生成CO=307.83×22.4/12=574.62 m3直接还原CO=96.14×22.4/12=179.46 m3焦炭挥发份CO=400×0.0033×22.4/28=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=400×0.004×22.4/28=1.28 m3煤粉带

14、入N2=150×0.0043×22.4/28=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m³7.79425.961036.1544.23332.971847.1%0.2623.0656.092.3918.02100煤气密度=(0.0026×16+0.2306×28+0.5609×28+0.0239×2+0.1802×44)/22.4=1.35 Kg/m3煤气重量=1847.1×1.35=2493.59

15、Kg氢还原生成H2O=37.41×18/22.4=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

16、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=.84KJ 热风：1100°C的空气热容1.4233KJ/ m3°C 1100°C水蒸气的热容1.7393 KJ/ m3°C 鼓风中98%进入热风炉，2%用常温喷吹煤粉 1325.2×0.98=1298.7 m3 Q2=1298.7×(1-0.012) ×1.42

17、33+1298.7×0.012×1.7343 ×1100=.54 KJ H2氧化放热： 1 m3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 Q3=30.06×10788.58=.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) ×14.08×1128.60=8577.79KJ矿带入物理热：25°C炉料的热容为0.6897KJ/ Kg°C Q5=1642.5×0.6897×25=28320.81KJ热收入Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=.84+.5

18、4+.72+8577.79+28320.81 =.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=1248.3×0.095×0.2+400×0.1217×0.0616+150×0.1496×0.0735= 28.37Kg 以Fe3O4存在的FeO FeO=1248.3×0.095×0.8+164.25×01752=123.65Kg 以Fe3O4存在的Fe2O3 Fe2O3=123.65×160/

19、72=274.77Kg 则Fe3O4=123.65+274.77=398.42Kg 游离的Fe2O3=1642.5×0.7295-274.77=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= 28.37×4068.52+398.42×4791.78+923.44×5144.28 =.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

20、由3CaO.P2O5分解出1KgP耗热35697.26KJ 其他氧化物分解吸热 G=2.1×7350.53+4.5×31028.14+0.7×35697.26=.83KJ Q1=.82+.83=.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 C

21、aO吸热4037.88 KJMgCO3分解1Kg MgO吸热2482.92 KJ碳酸盐分解吸热Q3=14.08×0.5346×4037.88+14.08×0.0052×2482.92=30575.59KJ4.水分分解吸热分解1m3水蒸气吸热10788.58KJQ4=1325.2×0.012×10788.58=.31KJ5.煤粉分解吸热分解1Kg煤粉吸热836KJQ5=150×836=KJ6.游离水蒸发吸热主要是焦炭带入1KgH2O是由0°C升高到100°C吸热418KJ1Kg 1000°C H2

22、O变成100°C水蒸气吸热2257.2KJQ6=400×（0.04+1）×0.04×（418+2257.2）=37977.80KJ7.铁水带走1Kg1450°C铁水带走热量1237.28KJQ7=1000×1237.28=KJ8.炉渣带走1Kg1500°C铁水带走热量1851.74KJQ8=347.45×1851.74=.06KJ9.煤气带走 200°C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

23、容=0.0026×1.8166+0.2306×1.3104+0.5609×1.3104+0.1802×1.7844+0.0239×1.2996=1.46KJ/ m3°C干燥气带走热量=1847.1×1.46×（200-0）=.53KJ煤气中水分带走热量=（400×0.04×22.4/18）×（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=20×0.83

24、6×（200-0）=3344KJQ9=.53+12610.55+3344=.08KJ10.热损失Q10=热收入-（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9）=.7-(.65+19061.43+30575.59+.31+37977.8+.06+.08)=.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.8477.16氧化物分解.6564.29鼓风带入热.5419.4脱硫吸热19061.430.18氢氧化放热.723.09水分解.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

25、走11.77炉渣带走.066.13喷吹物分解1.19碳酸盐分解30575.590.29煤气带走.086.7热损失.785.57总计.7100.00总计.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：365×95%=347天日产量：P总=220×10000/347=6340.06t（2） 定容积：高炉利用系数v=2.0t/(m³.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=3170m³3.2 炉型设计 （1）

26、炉缸直径（d）：选定冶炼强度I=0.90t/(m³.d)炉缸截面燃烧强度：i燃=1.05t/(m².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/ m³；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

27、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=2×d=2×1.2=2.4m(4)炉腰直径、炉腹角、炉腹高度： 选取 D/d=1.1则 D=1.1×12=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)=2×3.4/(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=

28、0.67×13.2=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 =83º则 h4=(D- d1)×tg/2 =(13.2-8.9)× tg83º/2 =17.51m取 h4=17.5 m校核：tg=2× h4/(D- d1) =2×17.5/(13.2-8.9) =8.14 =83º选取 Hu/D=2.28则 Hu=2.28×13.2=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

29、) 校核炉容：炉缸体积：V1=3.14×12²×4.6/4=520.24 m³炉腹体积：V2= =3.14×3.4×(13.2²+13.2×12+12² )/12 =424.26m³炉腰体积：V3= =3.14×13.2²×3/4 =410.34m³炉身体积：V4= =3.14×17.5×（13.2²+13.2×8.9+8.9²）/12 =1699.41m³ 炉喉体积：V5= =3.14×

30、;8.9²×1.5/4 =93.27 m³高炉容积：Vu= V1+V2+V3+V4+V5 =520.24+424.26+410.34+1699.41+93.27=3147.52 m³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

31、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+2×199=12398mmG4：ns=87块G2：nz=187块×15G4=87G2=187第3段 内径d3=12000+4=12000+4×199=127

32、96mmG4：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=97×5G4=87G1=201

33、G2=201第2段 =46mm G3：ns=97块 G1：nz=187块G4=87×5G3=97G2=202G1=187 第3段 G4：ns=87块 G2：nz=197块G3=97×5G4=87G1=197G2=197 第4段 G3：ns=97块 G1：nz=184块G4=87×5G3=97G2=199G1=184 第5段 G4：ns=87块 G2：nz=194块G3=97×5G4=87G1=194G2=194第6段 G3：ns=97块 G1：nz=180块G4=87×5G3=97G2=195G1=180第7段 G4：ns=87块 G2：nz=190块G3=97×5G4