炼铁厂课程设计.docx

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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

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

1物料计算

1.1原燃料成分的整理

原料

TFe

FeO

Fe2O3

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

MnO

P2O5

S/2

Mn

P

S

∑

烧结

58.149

8.052

74.123

4.634

1.864

8.909

2.013

0.219

0.179

0.006

0.169

0.079

0.012

100

球团

65.686

0.817

92.928

4.086

1.124

0.613

0.204

0.153

0.072

0.0025

0.123

0.032

0.005

100

块矿

64.701

1.555

90.702

4.725

1.646

0.772

0.315

0.224

0.051

0.01

0.173

0.022

0.022

100

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（%）

TFe

Mn

P

S

Fe2O3

FeO

MnO

CaO

41.35

0.23

0.025

0.46

42.61

14.63

0.30

7.94

MgO

SiO2

Al2O3

P2O5

FeS

∑

1.90

5.55

1.25

0.06

0.23

C=24.82

100

表1-3焦碳成分

固定碳

灰分

挥发分

全硫

CO2

CO

CH4

H2

N2

87.33

10.90

0.27

0.27

0.04

0.24

0.36

0.59

表1-4灰分成分

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

P2O5

FeO

5.65

3.84

0.17

0.10

0.67

0.009

0.46

表1-5煤粉成分

C

H

O

N

S

灰分：

（10.50%）

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

81.21

5.25

2.15

0.44

0.44

6.42

3.08

0.22

0.26

0.53

表1-6主要元素的分配系数

项目

Fe

Mn

P

S

生铁

0.998

0.5

1.0

0.0

炉渣

0.002

0.5

0.0

0.0

煤气

0.0

0.0

0.0

0.05

1.2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

1.1t/m3·d

Si

0.39

S

0.03

5、参考数据

1）焦比：

320~360kg/t；2）煤比：

150~180kg/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：

15~20kg/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：

1.0~1.1t/d.m3；13）[Si]：

0.35~0.40%；[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+0.04[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

Si

Mn

S

P

C

94.516

0.39

0.3

0.03

0.15

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

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

进入生铁的S:

0.30Kg

进入煤气的S:

3.69×0.05=0.148Kg

进入炉尘的S：

20×0.0012=0.083Kg

炉渣中的S：

2.966-0.30-0.148-0.083=2.435Kg

2、FeO

Kg

3、MnO

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、MgO1591.355×0.0159-18×0.019+350×0.001+160×0.0026=25.727Kg

7、Al2O31591.355×0.0175+350×0.0384+160×0.0308-18×0.0125=45.99Kg

表四炉渣成分表

组元

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

MnO

FeO

S/2

∑

kg

109.91

93.56

45.99

26.727

1.66

2.435

1.22

281.50

%

39.04

33.24

16.34

9.49

0.59

0.87

0.43

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

CCH4=0.7%C总=435.591×0.007=3.05Kg

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=4.464Kg

C燃=435.591-3.05-48.3-85.65-4.464=294.13Kg

WO2=0.21×（1-0.012）+0.5×0.012=0.2135

VO2=294.13×22.4/24=274.52m3

煤粉提供的氧气=160×0.0215×22.4/32=2.41m3

鼓风VO2=274.52-2.41=272.11m3

风量V风=272.11/0.2135=1274.52m3

鼓风重量=1274.52×1.28=1631.39Kg

2.1.2煤气量的计算

1、CH4

⑴炭生成的CH4=3.05×22.4/12=5.69m3

⑵焦炭挥发的CH4=350×0.0004×22.4/16=0.196m3

⑶生成总量=5.69+0.196=5.89m3

2、H2

⑴鼓风带入H2=1274.52×0.012=15.29m3

⑵煤粉带入H2=160×0.0525×22.4/2=94.08m3

⑶焦炭带入H2=350×0.0024×22.4/2=9.408m3

⑷还原消耗H2=（15.29+94.08+9.408）×0.4=47.51m3

⑸生成CH4H2=5.69×2=11.38m3

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

3、CO2

Fe2O3+CO→FeO+CO2

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

FeO+H2→Fe+HO2rH2=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=179.33m3

焦炭带入CO2=350×0.0027×22.4/44=0.48m3

进入炉顶CO2=174.60+179.33+0.48=354.41m3

4、CO

⑴燃烧生成CO=294.13×22.4/12=549.04m3

⑵直接还原CO=85.65×22.4/12=159.88m3

⑶焦炭挥发份CO=350×0.0027×22.4/28=0.756m3

⑷间接还原CO=174.60+179.33=353.93m3

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

5、N2

⑴鼓风N2=1274.52×（1-0.012）×0.79=994.79m3

⑵焦炭带入N2=350×0.0036×22.4/28=1.00m3

⑶煤粉带入N2=160×0.0044×22.4/28=0.56m3

⑷炉顶带入N2=994.79+1.00+0.56=996.36m3

6、炉顶煤气成分

表五煤气成分表

CH4

CO

N2

H2

CO2

总体积

m³

5.89

355.75

996.36

59.89

354.41

1772.3

%

0.33

20.07

56.22

3.38

20.00

100

⑴煤气密度=（0.33×16+20.07×28+56.22×28+3.38×2+20.00×44）/（100*22.4）=1.35Kg/m3

⑵煤气重量=1772.3×1.35=2395.85Kg

⑶氢还原生成H2O=47.51×18/22.4=38.18Kg

2.1.3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

1591.355

42.63

铁水

1000

26.78

炉尘

18

0.48

焦炭

350

9.38

水分

38.18

1.02

煤粉

160

4.29

煤气（干）

2395.85

64.17

鼓风

1631.385

43.70

炉渣

281.5

7.54

总计

3732.74

100

总计

3733.53

100

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

⑴碳氧化：

由C氧化生成1m3CO2放热17869.50KJ

由C氧化生成1m3CO放热5241.72KJ

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1.7393KJ/m3°C

鼓风中98%进入热风炉，2%用常温喷吹煤粉

1274.52×0.98=1249.03m3

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

⑶H2氧化放热：

1m3H2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

=10585322.84KJ

2.2.2热支出的计算

1.氧化物的分解

⑴铁氧化物分解FeOFe3O480%

2FeO.SiO220%

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=1109.15Kg

分解1Kg以2FeO.SiO2状态存在的FeO消耗4068.52KJ

分解1KgFe3O4消耗4791.78KJ分解1KgFe2O3消耗5144.28KJ

铁氧化物耗热G=17.09×4068.52+199.75×4791.78+1109.15×5144.28

=6732467.22KJ

⑵其他氧化物

MnO分解1KgMn耗热7350.53KJ

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5392.20KJ/Kg

MgO.脱硫耗热8025.60KJ/Kg

MnO脱硫耗热6249.10KJ/Kg

FeO.脱硫耗热5496.70KJ/Kg

平均耗热=6290.90KJ/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

主要是焦炭带入

1KgH2O是由0°C升高到100°C吸热418KJ

1Kg1000°CH2O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

N2COCO2H2CH4H2O

热容1.31041.31041.78441.29961.81661.5086

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

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0.836KJ/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）=1018767.93KJ

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

8185331.29

77.33

氧化物分解

6900157.81

65.19

鼓风带入热

1960646.357

18.52

脱硫吸热

16249.39

0.15

氢氧化放热

411907.98

3.89

水分解

165993.13

1.57

炉料物理热

27437.21

0.26

游离水蒸发

23993.2

0.23

铁水带走

1279944.8

12.09

炉渣带走

528215.01

4.99

喷吹物分解

133760

1.26

煤气带走

518241.57

4.90

热损失

1018767.93

9.62

总计

10585322.84

100

总计

10585322.84

100

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：

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

=0.23

=10.85m

取d=11m

校核：

Vu′/A=

=24.59m

设计符合要求。

（2）炉缸高度：

1渣口高度：

hz=

=

取hz=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

=3.27m

取h2=3.4m

校核α：

tgα=2h2/（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=17.6m

校核β：

tgβ=2×h4/（D-d1）

=2×17.6/（12-8）

=8.8

β=83.5º

选取Hu/D=2.27

则Hu=2.27×12=27.24m

取H=28m

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=

=3.14×11²×3.5/4

=332.45m³

炉腹体积：

V2=

=3.14×3.4×（12²+12×11+11²）/12

=353.20m³

炉腰体积：

V3=

=3.14×12²×1.5/4

=169.56m³

炉身体积：

V4=

=3.14×17.6×（12²+12×8+8²）/12

=1400.02m³

炉喉体积：

V5=

=3.14×8²×2/4

=100.48m³

高炉容积：

Vu=V1+V2+V3+V4+V5

=332.45+353.20+169.56+1400.02+100.48

=2355.71m³

误差：

ΔV=（Vu′-Vu）/Vu′

=（2336-2355.71）×100%/2336

=0.84%〈1%

4炉型图