炼铁厂课程设计

炼铁厂课程设计

姓 名：XXX 学 号：XXX 班 级：冶XXX 指导老师：XXX

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目录

1物料计算 ...................................................................................................................................... - 3 -

1.1原燃料成分的整理 ............................................................................................................ - 3 - 1.2主要技术经济指标 ............................................................................................................ - 4 - 1.3预定钢水成分 .................................................................................................................... - 5 - 1.4矿石配比的确定 ................................................................................................................ - 5 - 1.5铁矿石的用量 .................................................................................................................... - 5 - 1.6渣量和炉渣成分的计算 .................................................................................................... - 5 - 1.7生铁成分的校对 ................................................................................................................ - 6 - 2.1物料平衡 ................................................................................................................................... - 6 -

2.1.1 风量的计算 .................................................................................................................. - 6 - 2.1.2煤气量的计算 ................................................................................................................. - 7 - 2.1.3 物料平衡表 .................................................................................................................. - 9 - 2.2 热平衡 .................................................................................................................................... - 10 - 2.2.1 热收入的计算 ................................................................................................................... - 10 - 2.2.2 热支出的计算 ....................................................................................................................- 11 - 3.高炉本体设计 ............................................................................................................................ - 15 -

3.1高炉总容积的确定 .......................................................................................................... - 15 - 3.2 炉型设计 ......................................................................................................................... - 15 - 4炉型图 ........................................................................................................................................ - 20 -

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1物料计算

1.1原燃料成分的整理

表1-1 原料成分表

原料 烧结 球团 块矿 TFe FeO Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO 0.219 0.153 0.224 P2O5 0.179 0.072 0.051 0.151 S/2 0.006 0.0025 0.01 0.006 Mn 0.169 0.123 0.173 P 0.079 0.032 0.022 S 0.012 0.005 0.022 ∑ 100 100 100 58.149 8.052 74.123 4.634 65.686 0.817 92.928 4.086 64.701 1.555 90.702 4.725 1.864 8.909 2.013 1.124 0.613 0.204 1.646 0.772 0.315 8.369 4.579 1.749 6.937 1.592 0.212 混合矿 59.840 6.404 7

0.164 0.067 0.012 100 表1-2炉尘成分（%）

TFe 41.35 MgO 1.90 Mn 0.23 SiO2 5.55 P 0.025 Al2O3 1.25 S 0.46 P2O5 0.06

表1-3 焦碳成分 挥固定碳 87.33 灰分 CO2 10.90 0.27 CO 0.27 CH4 0.04 表1-4灰分成分

SiO2 5.65 Al2O3 3.84 CaO 0.17 MgO 0.10 Fe2O3 0.67 P2O5 0.009 FeO 0.46 H2 0.24 N2 0.36 0.59 发分 全硫 Fe2O3 42.61 FeS 0.23 FeO 14.63 MnO 0.30 C=24.82 CaO 7.94 ∑ 100 表1-5煤粉成分

C H O N S 灰分：（10.50%）

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SiO2 81.21 5.25 2.15 0.44 0.44 6.42 Al2O3 3.08 CaO 0.22 MgO 0.26 Fe2O3 0.53

表1-6主要元素的分配系数

项目 生铁 炉渣 煤气 Fe 0.998 0.002 0.0 Mn 0.5 0.5 0.0 P 1.0 0.0 0.0 S 0.0 0.0 0.05 1.2主要技术经济指标

焦比 煤比 燃料比 铁水温度 炉渣温度 炉尘吹出量 炉顶煤气温度 鼓风温度 入炉烧结温度 直接还原进度 炉渣碱度 鼓风湿度 综合冶炼强度 Si S

350Kg/t 160Kg/t℃ 490Kg/t 1500℃ 1520℃ 18Kg/t 2000C 12000C 800C 0.4 1.17 1.2% 1.1 t/m3·d 0.39 0.03

5、参考数据

1） 焦比：320~360kg/t；2）煤比：150~180 kg/t（燃料比：490-510kg/t）；3）铁水温度：1490~1510℃；4）炉

渣温度：1520~1550℃；5）炉尘吹出量：15~20 kg/t ； 6）炉顶煤气温度：180~220℃； 7）鼓风温度：1150~1200℃；8）入炉烧结矿温度：60~80℃； 9）直接还原度：0.40~0.42； 10）炉渣碱度：1.15~1.2；

11）鼓风湿度：1.2~1.8%； 12）综合冶炼强度：1.0~1.1 t/d.m3 ；13）[Si]：0.35~0.40 % ；[S]：0.03% 。

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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+0.04[Mn]-0.35[P]-0.03[Si]-0.54[S]

1.3预定钢水成分

预定铁水成分%

Fe 94.516 Si 0.39 Mn 0.3 S 0.03 P 0.15 C 4.5 1.4矿石配比的确定

烧结矿：球团矿：混合矿=76：12：12

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 单位 : Kg 根据铁平衡

0.59840X+350×0.0067×0.7+160×0.53×0.7=945.16+945.16×0.002/0.998+18×0.2135 碱度平衡

0.06941591.3553500.00171600.0022180.07940.04601591.3553500.05651600.0642180.0553,960281.175

解得：X=1591.255kg

烧结矿：1209.43kg 球团矿：190.96kg 澳矿：190.96kg

1.6渣量和炉渣成分的计算

1、S

原燃料带入的S：1591.355×0.00012+350×0.0059+160×0.0044=2.966Kg

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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 Kg 2、FeO 945.160.002722.435 Kg 0.998563、MnO (0.002121591.355180.003)0.51.66 Kg 4、SiO2 碱度平衡中的分母 93.56Kg 5、CaO 碱度平衡中的分子 109.91Kg

6、MgO 1591.355×0.0159-18×0.019+350×0.001+160×0.0026=25.727 Kg 7、Al2O3 1591.355×0.0175+350×0.0384+160×0.0308-18×0.0125=45.99 Kg

表四 炉渣成分表

组元 kg

%

CaO 109.91 39.04

SiO2 93.56 33.24

Al2O3 45.99 16.34

MgO 26.727 9.49

MnO 1.66 0.59

FeO 2.435 0.87

S/2 1.22 0.43

∑ 281.50 100

1.7生铁成分的校对

[S]=0.03% [Si]=0.39% [Fe]=94.516% [Mn]=1.66×55/71×100/1000=0.13%

[P]=（1591.355×0.00151-18×0.0006）×62/142×100/1000=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=350×0.8733+160×0.8121=435.591Kg

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CCH4=0.7%C总=435.591×0.007=3.05 Kg C生铁=1000×4.83%=48.3Kg C

直

=24/28×3.9+12/55×1.3+1.04×60/62+945.16×0.4×

12/56=85.65Kg

C尘=18×0.248=4.464 Kg

C燃=435.591-3.05-48.3-85.65-4.464=294.13 Kg WO2=0.21×(1-0.012)+0.5×0.012=0.2135 VO2=294.13×22.4/24=274.52 m3

煤粉提供的氧气=160×0.0215×22.4/32=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=1274.52×1.28=1631.39 Kg 2.1.2煤气量的计算 1、CH4

⑴炭生成的CH4=3.05×22.4/12=5.69 m3

⑵焦炭挥发的CH4=350×0.0004×22.4/16=0.196 m3 ⑶生成总量=5.69+0.196=5.89 m3 2、H2

⑴鼓风带入

H2=1274.52×0.012=15.29 m3

⑵煤粉带入H2=160×0.0525×22.4/2=94.08 m3 ⑶焦炭带入H2=350×0.0024×22.4/2=9.408 m3

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⑷还原消耗H2=（15.29+94.08+9.408）×0.4=47.51 m3 ⑸生成CH4 H2=5.69×2=11.38 m3

⑹炉顶H2=（15.29+94.08+9.408）×0.6-11.38=59.89 m3 3、CO2

Fe2O3+CO→FeO+CO2

CO2=(1591.355×0.7837) ×22.4/160=174.60 m3

FeO+H2→Fe+HO2 rH2=47.51×56/（22.4×945.16）解得：rH2=0.126 FeO+CO→Fe+CO2

CO2=945.16×(1-0.4-0.126) ×22.4/56=179.33 m3 焦炭带入CO2=350×0.0027×22.4/44=0.48 m3 进入炉顶CO2=174.60+179.33+0.48=354.41 m3 4、CO

⑴燃烧生成CO=294.13×22.4/12=549.04 m3 ⑵直接还原CO=85.65×22.4/12=159.88 m3 ⑶焦炭挥发份CO=350×0.0027×22.4/28=0.756 m3 ⑷间接还原CO=174.60+179.33=353.93 m3

⑸炉顶CO=549.04+159.88+0.756-353.93=355.75 m3 5、N2

⑴鼓风N2=1274.52×（1-0.012）×0.79=994.79 m3 ⑵焦炭带入N2=350×0.0036×22.4/28=1.00 m3 ⑶煤粉带入N2=160×0.0044×22.4/28=0.56 m3 ⑷炉顶带入N2=994.79+1.00+0.56=996.36 m3

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6、炉顶煤气成分

m³ %

表五 煤气成分表

CH4 CO N2 5.89 0.33

355.75 20.07

996.36 56.22

H2 59.89 3.38

CO2 354.41 20.00

总体积 1772.3 100

⑴煤气密度=(0.33×16+20.07×28+56.22×28+3.38 ×2+20.00×

44)/(100*22.4)=1.35 Kg/m3

⑵煤气重量=1772.3×1.35=2395.85 Kg ⑶氢还原生成H2O=47.51×18/22.4=38.18 Kg

2.1.3 物料平衡表

表六 物料平衡表 收入项 支出项 数量 kg 百分比 % 名称 数量 kg 百分比 % 1591.355 42.63 铁水 1000 26.78

炉尘 18 0.48 350 9.38 水分 38.18 1.02 160 4.29 煤气（干） 2395.85 64.17 1631.385 43.70 炉渣 281.5 7.54 3732.74 100 总计 3733.53 100

名称

复合矿 焦炭 煤粉 鼓风 总计

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。

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2.2 热平衡

2.2.1 热收入的计算

⑴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

⑵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 1274.52×0.98=1249.03 m3

Q2=[1249.03×(1-0.012) ×1.4233+1249.03×0.012×1.7343] 1100=1960646.357 KJ

⑶H2氧化放热： 1 m3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 Q3=38.18×10788.58=411907.98KJ ⑷矿带入物理热：25°C炉料的热容为0.6897KJ/ Kg°C Q4=1591.255×0.6897×25=27437.21KJ 热收入

Q=Q1+Q2+Q3+Q4=8185331.29+1960646.357+411907.98+27437.21 =10585322.84 KJ

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×

×

2.2.2 热支出的计算

1.氧化物的分解

⑴铁氧化物分解 FeO Fe3O4 80% 2FeO.SiO2 20% 以2FeO.SiO2存在的 FeO

FeO=1209.43×0.064×0.2+350×0.0046= 17.09Kg

以Fe3O4存在的FeO

FeO=1209.43×0.064×0.8=61.993Kg 以Fe3O4存在的Fe2O3

Fe2O3=61.993×160/72=137.76Kg

则Fe3O4=61.993+137.76=199.75Kg

游离的Fe2O3=1591.255×0.7836-137.76=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= 17.09×4068.52+199.75×4791.78+1109.15×5144.28 =6732467.22 KJ

⑵其他氧化物

MnO分解1Kg Mn耗热7350.53 KJ

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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=1.3×7350.53+3.9×31028.14+1.04×35697.26=167690.59KJ Q1=6732467.22+167690.59=6900157.81KJ 2.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=16249.39KJ 4.水分分解吸热

分解1m3水蒸气吸热10788.58KJ

Q4=1274.52×0.012×10788.58=165993.13KJ 5.煤粉分解吸热

分解1Kg煤粉吸热836KJ Q5=160×836=133760KJ 6.游离水蒸发吸热

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主要是焦炭带入

1KgH2O是由0°C升高到100°C吸热418KJ 1Kg 1000°C H2O变成100°C水蒸气吸热2257.2KJ Q6=350×（0.025+1）×0.025×（418+2257.2）=23993.2KJ 7.铁水带走

1Kg1450°C铁水带走热量1279.94KJ Q7=1000×1279.94=1279944.8KJ 8.炉渣带走

1Kg1500°C炉渣带走热量1876.43KJ Q8=281.50×1876.43=528215.01KJ 9.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

干燥气热容

=0.0033×1.8166+0.5622×1.3104+0.2007×1.3104+0.20×1.7844+0.0338×1.2996=1.41KJ/ m3°C

干燥气带走热量=1772.3×1.41×（200-0）=499788.6KJ

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煤气中水分带走热量

=（350×0.025×22.4/18）×（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 =18×0.836×（200-0）=3009.6KJ

Q9=499788.6+15443.37+3009.6=518241.57KJ 10.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

名称 碳素氧化放热 鼓风带入热 氢氧化放热 炉料物理热

总计

数量 kJ 8185331.29 1960646.357 411907.98 27437.21

10585322.84 热收入

热支出

% 77.33 18.52 3.89 0.26 100

名称 氧化物分解 脱硫吸热 水分解 游离水蒸发 铁水带走 炉渣带走 喷吹物分解 煤气带走 热损失 总计

数量 kJ 6900157.81 16249.39 165993.13 23993.2 1279944.8 528215.01 133760 518241.57 1018767.93 10585322.84

热支出

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% 65.19 0.15 1.57 0.23 12.09 4.99 1.26 4.90 9.62 100

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：

365×95%=346.45天

日产量：P总=162×10000/347=4671.95t （2） 定容积：

高炉利用系数ηv=2.0t/(m³.d) 每座高炉日产量：P= P总/1=4671.95t

每座高炉容积：Vu′=P/ηv=4671.95/2.0=2336m³ 3.2 炉型设计 （1） 炉缸直径（d）：

选定冶炼强度I=1t/(m³.d)

炉缸截面燃烧强度：i燃=1.05t/(m².h) 则 d=0.23

IVu1.02336=0.23=10.85m i燃1.05取 d=11m 校核：Vu′/A=

23364=24.59m

112设计符合要求。 （2） 炉缸高度：

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① 渣口高度：hz=1.27bPNc铁d2=

1.271.204671.951.51

100.557.1112 取 h z=1.5m

式中：N—昼夜出铁次数，10次；

ρ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。

② 风口高度： 取 K =0.50 hf= hz/k=1.5/0.5 =3m 取 hf=3m

③ 风口数目：n=2×(d+2)=2×(11+2)=26 取 n=28个

④ 风口结构尺寸：选取a=0.5 则炉缸高度：h1= hf+a=3+0.5=3.5m (3)死铁层厚度： 选取h0=1.1m

(4)炉腰直径、炉腹角、炉腹高度： 选取 D/d=1.1

则 D=1.1×11=12.1m 取 D=12m 选取 α=80.5°

则 h2=(D-d)×tg80.5°/2 =(12-11)×tg80.5°/2

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=3.27m

取 h2=3.4m

校核α：tgα=2 h2/(D-d)

=2×3.4/(12-11) =6.8

α=80.5°

(5)炉喉直径、炉喉高度的确定： 选取 d1/D=0.67

则 d1=0.67×12=8.04m 取 d1=8.0m 选取 h5=2m

（6）炉身角、炉身高度、炉腰高度：选取 β=83.5º 则 h4=(D- d1)×tgβ/2 =(12-8.0)× tg83.5º/2 =17.55m 取 h4=17.6 m

校核β：tgβ=2× h4/(D- d1) =2×17.6/(12-8) =8.8 β=83.5º 选取 Hu/D=2.27

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则 Hu=2.27×12=27.24 m 取 H =28 m

求得：h3=Hu-h1-h2-h4-h5 =28-3.5-3.4-17.6-2 =1.5m (7) 校核炉容： 炉缸体积：V1=d2h1

4=3.14×11²×3.5/4 =332.45 m³

炉腹体积：V2=

12h2(D2Ddd2)

=3.14×3.4×(12²+12×11+11² )/12 =353.20m³ 炉腰体积：V3=D2h3

4 =3.14×12²×1.5/4 =169.56m³ 炉身体积：V4=

12h4(D2Dd1d1)

2 =3.14×17.6×（12²+12×8+8²）/12 =1400.02m³ 炉喉体积：V5=d12h5

4 =3.14×8²×2/4 =100.48 m³ 高炉容积：Vu= V1+V2+V3+V4+V5

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=332.45+353.20+169.56+1400.02+100.48

=2355.71 m³

误差： ΔV =（Vu′- Vu）/ Vu′

=（2336-2355.71）×100%/2336 =0.84%〈1%

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4炉型图

20008000278701760081.5110002336m3高炉设计炉型

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110035003270120001500°.583