设计年产180万吨制钢生铁的炼铁厂毕业论文设计说明书.docx

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设计年产180万吨制钢生铁的炼铁厂毕业论文设计说明书

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ANHUIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

毕业设计说明书

设计题目：

设计年产180万吨制钢生铁的炼铁厂

摘要1

ABSTRACT2

第一节绪论3

1.1概述3

1.2高炉冶炼现状及其发展3

1.3高炉生产主要技术经济指标4

1.4高炉冶炼的主要操作技术措施5

1.5本设计采用的技术6

第二节工艺计算7

2.1配料计算7

2.1.1原料成分计算7

2.1.2参数设定8

2.1.3预定生铁成分9

2.1.4矿石需求量的计算10

2.1.5生铁成分校核10

2.1.6渣量及炉渣成分计算11

2.1.7炉渣性能及脱硫能力的计算11

2.2物料平衡计算12

2.2.1风量计算12

2.2.2炉顶煤气成分及数量计算13

2.2.3编制物料平衡表15

2.3热平衡计算16

2.3.1热收入16

2.3.2热支出17

2.3.3编制热量平衡表20

第三节高炉本体设计22

3.1设定有关参数22

3.2高炉内型设计22

3.3风口、铁口设计25

3.4高炉内衬26

3.4.1炉底设计27

3.4.2炉缸设计28

3.4.3炉腹设计28

3.4.4炉腰设计28

3.4.5炉身设计28

3.4.6炉喉设计29

3.5炉体冷却29

3.5.1冷却目的29

3.5.2炉底冷却形式选择29

3.5.3冷却设备选择29

3.5.4冷却水耗量的计算31

3.5.5供水水压32

3.6高炉承重结构设计33

第四节厂址选择36

4.1考虑因素36

4.2要求36

第五节炉顶设备38

5.1对装料设备的要求38

5.2炉顶基本结构39

5.3均压控制装置40

5.4探料装置41

第六节高炉送料系统42

6.1贮矿槽和贮焦槽的设计42

6.1.1贮矿槽的设计42

6.1.2贮焦槽的设计43

6.1.3矿槽的结构形式43

6.2给料机、槽下筛分与称量设计43

6.2.1给料机43

6.2.2槽下筛分43

6.2.3槽下称量44

6.3槽下运输45

6.4高炉上料设备46

第七节高炉鼓风系统48

7.1高炉鼓风机的选择48

7.1.1高炉入炉风量48

7.1.2鼓风机出口风量48

7.2高炉热风炉设计49

7.2.1有关原始数据50

7.2.2混合湿煤气的燃烧值计算51

7.2.3空气需要量和燃烧生成物的计算51

7.2.4热风炉理论燃烧温度的计算53

7.2.5热风炉实际消耗煤气量和空气量的计算53

7.2.6热风炉热平衡的计算54

7.2.7热风炉系统热效率计算56

7.3热风炉炉体的设计56

7.3.1热风炉蓄热室格子砖的要求56

7.3.2所需加热面积的计算57

7.3.3热风炉尺寸的计算62

7.4热风炉的附属设备63

7.4.1助燃风机63

7.4.2燃烧器64

7.4.3热风炉阀门65

7.4.4煤气和助燃空气的预热设备67

7.5热风炉的耐火材料及砌体结构68

7.5.1热风炉内衬的破损机理及选砖原则68

7.5.2砌体结构69

第八节高炉喷吹系统70

8.1煤粉制备工艺流程70

8.2喷吹工艺流程70

第九节高炉煤气除尘系统和渣铁处理系统73

9.1煤气除尘系统73

9.1.1高炉煤气除尘目的及工艺流程73

9.1.2煤气除尘设备及原理73

9.2渣铁处理系统76

9.2.1风口平台及出铁场76

9.2.2渣铁沟和撇渣器77

9.2.3炉前主要设备79

9.2.4铁水处理设备79

9.2.5水渣处理81

第十节车间的平面布置84

10.1车间平面布置的原则84

10.2高炉炼铁车间平面布置的形式84

参考文献86

致谢87

摘要

本设计建造一座年产180万吨制钢生铁的炼铁厂，力求达到低污染，低能耗，高效率。

高炉炼铁是现代获得生铁的主要手段，而高炉是炼铁的主要设备。

设计中高炉的主要经济技术指标：

年产量P：

180×104t

焦比：

350kgt

煤比：

160kgt

综合冶炼强度：

1.05tm3·d

高炉有效容积利用系数：

2.197tm3·day

本设计说明书高炉设计内容包括绪论、工艺计算（配料计算、物料平衡和热平衡）、高炉炉型设计、厂址的选择、高炉炉顶设备、高炉送料系统、送风系统、煤气处理系统、渣铁处理系统、高炉喷吹系统和炼铁车间的布置等。

设计同时借鉴了了国外先进技术和经验，尽量实现高机械化、自动化，并获得最大的经济效益。

关键词：

高炉炼铁设计，物料平衡，渣铁处理，热平衡，喷吹，热风炉，煤气处理

ABSTRACT

Inlinewiththeandenvironmentalpollutionpolicy,designandbuildablastfurnaceiron-makingworkshopproducing1.8million

ironseveryyearinadvance.Blastfurnaceiron-makingisamainmeanstoobtainpigiron,andoneofthemostimportantlinksinthemetallurgicalcourseofsteel,andtheblastfurnaceisthemainequipmentofiron-making.Themaineconomicandtechnicalindicatorsoftheblastfurnace:

Annualproduction:

180×104t

Coke:

350kgt

Coalratio:

160kgt

Intergratedsmeltingintensity:

1.05tm3·d

Effectivecapacityutilizationcoefficientofblast:

2.197tm3·day

Thisdesigninstructiondesignstheblastfurnacedetailedly,includingintroducion,thecraftcalculating（thebatchingiscalculated,suppliesbalanceandthermalbalance）,thefurnacetypeofblastfurnaceisdesigned,siteselection,furnaceroofequipment,blastfurnacefeedsystem,blowsystem,gasprocessingsystem,ironslagsystemandironmakingplantlayoutetc.Combinedomesticandinternationalthesamefurnacevolumesomeadvancedproductionoperationexperienceandrelevantdataofblastfurnacealsowhilethedesign,striveblastfurnaceshoulddesignedtomakeaccomplishandmaximizing,inthe-makingdesign,materialbalance,slagirondisposal,]-0.35[P]-0.03[Si]-0.54[S]

2.1.3预定生铁成分

表2-5元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率

项目

Fe

Mn

P

S

V

Ti

生铁

0.998

0.5

1.0

0.8

0.1

炉渣

0.002

0.5

0.0

0.2

0.9

煤气

0.0

0.0

0.0

0.05

0.0

0.0

假设冶炼一吨生铁烧结矿的用量为1350kg，球团矿的用量是150kg，天然矿的用量是100kg。

生铁中[Si]=0.4%,[S]=0.03%。

则：

（1）生铁中[P]按原料带入全部进入生铁计算，则：

[P]=（1350×0.12%+150×0.01%+100×0.03%-18×0.16%+350×0.01%+160×0.52%）×62142×11000=0.11%

（2）生铁中[Mn]按原料带入量的50%计算，则：

[Mn]=（1350×0.39%+150×0.17%+100×0.12%-18×0.14%）×5571×50%×11000=0.22%

（3）生铁中的[C]量为：

[C]=（1.30+2.57×1500×10-3+0.04×0.22-0.35×0.11-0.03×0.4-0.54×0.03）100=5.10%

（4）生铁中的[V]为：

[V]=150×0.0003×102182×0.21000=5.04×10-6

（5）生铁中的[Ti]为：

[Ti]=（1350×0.11%+150×1.77%）4880×0.91000=0.22%

（6）生铁中的[Fe]为：

[Fe]=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）100=93.92%

表2-6预定铁水成分（%）

Fe

Mn

P

S

Si

Ti

V

C

93.92

0.22

0.11

0.03

0.4

0.22

5.04×10-4

5.10

2.1.4矿石需求量的计算

焦炭带入的铁量：

350×0.79%×5672=2.15kg

煤粉带入的铁量：

160×0.80%×112160=0.90kg

炉尘带走的铁量：

18×（45.21×112160+10.75×5672）=7.20kg

进入渣中的铁量：

939.2×0.0020.998=1.88kg

设需烧结矿Xkgt，球团矿固定150kgt，天然矿Ykgt。

根据铁平衡

939.2+7.20+1.88=58.40%X+150×60.09%+63.85%Y+2.15+0.90…………①

碱度平衡

铁水等价带走的SiO2量=1000×0.4%×6028=8.57kg

R=

1.2=

…………②

由式①②得X=1379.89kg，Y=77.60kg

2.1.5生铁成分校核

（1）生铁中含[P]=（1379.89×0.12%+150×0.01%+77.60×0.03%-18×0.16%+350×0.01%+160×0.52%）×62142×11000=0.11%

（2）生铁中含[Mn]=（1379.89×0.39%+150×0.17%+77.60×0.12%-18×0.14%）×5571×50%×11000=0.22%

（3）生铁中含[C]=（1.30+2.57×1500×10-3+0.04×0.22-0.35×0.11-0.03×0.4-0.54×0.03）100=5.10%

（4）生铁中含[V]=150×0.0003×102182×0.21000=5.04×10-6

（5）生铁中含[Ti]=（1379.89×0.11%+150×1.77%）4880×

=0.22%

（6）生铁中含[Fe]=100-（0.4+0.03+0.11+0.22+5.10+0.22）100=93.92%

表2-7校核后铁水成分（%）

Fe

Mn

P

S

Si

Ti

V

C

93.92

0.22

0.11

0.03

0.4

0.22

5.04×10-4

5.10

2.1.6渣量及炉渣成分计算

∑CaO=350×0.0026+160×0.0022+1379.89×0.0872+150×0.0069+77.60×0.0062-18×0.0668=121.90kg

∑SiO2=350×0.068+160×0.0546+1379.89×0.0476+150×0.068+77.60×0.037-18×0.0488=110.41kg

∑Al2O3=350×0.0424+160×0.0288+1379.89×0.0171+150×0.0167+77.60×0.0162-18×0.025=46.08kg

∑MgO=350×0.0014+160×0.0032+1379.89×0.0169+150×0.0060+77.60×0.0042-18×0.0402=24.82kg

∑MnO=（1379.89×0.0039+150×0.0018+77.60×0.0012-18×0.0014）×0.5=2.86kg

∑FeO=93.92×7256×0.0020.998=2.42kg

∑S=350×0.0068+160×0.0039+1379.89×0.0001+150×0.0004+77.60×0.0006-18×0.002-1000×0.03%=2.91kg

∑TiO2=（1379.89×0.0011+150×0.0177）×0.9=3.76kg

∑V2O5=150×0.0003×0.2=0.01kg

表2-8炉渣的成分

组成

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

MnO

FeO

TiO2

kg

121.90

110.41

46.08

24.82

2.86

2.42

3.76

%

38.68

35.03

14.62

7.88

0.91

0.77

1.19

组成

V2O5

S

∑

CaOSiO2

kg

0.01

2.91

315.17

1.2

%

0.92

100

2.1.7炉渣性能及脱硫能力的计算

将SiO2、CaO、Al2O3、MgO看成四元素换算成100%如下：

%SiO2+%CaO+%Al2O3%+MgO=35.03+38.68+14.62+7.88=96.21

换算为100%后：

SiO2:

35.03×10096.21=36.41

CaO:

38.68×10096.21=40.20

MgO:

7.88×10096.21=8.19

Al2O3:

14.62×10096.21=15.20

所以：

（R0`）=50-0.25（Al2O3）+3（S）-

=50-0.25×15.20+3×0.245-

=44.28

（R0）=CaO+MgO+FeO+MnO

=38.68+7.88+0.77+0.91

=48.24

（R0`）＜（R0）所以能保证脱硫

2.2物料平衡计算

2.2.1风量计算

1.风口前燃烧的碳量

（1）燃料带入总C量

GC总=G焦C焦+G煤C煤=350×0.8605+160×0.7431=420.07kg

（2）溶入生铁中的C量

GC生铁=1000×0.0510=51.0kg

（3）生成CH4的C量：

（燃料带入的总碳量约有1%到1.5%与氢化合成甲烷）

GC甲烷=1%GC总=1%×420.07=4.20kg

（4）炉尘带走的碳量

GC炉尘=18×0.2555=4.60kg

（5）直接还原消耗的C量

锰还原消耗的C量=1000×0.0022×1255=0.48kg

磷还原消耗的C量=1000×0.0011×6062=1.06kg

硅还原消耗的C量=1000×0.004×2428=3.43kg

钛还原消耗的C量=1000×0.0022×2448=1.10kg

铁直接还原消耗的C量=939.2×1256×0.40=80.50kg

故GC直=0.48+1.06+3.43+1.10+80.50=86.57kg

（6）脱硫消耗的C量

GC脱硫=2.91×1232=1.09kg

∴风口前燃烧的碳量

GC燃=420.07-51.0-4.20-4.60-86.57-1.09=272.61kg

2.风量计算

（1）鼓风中氧的浓度=21%（1-1.5%）+0.5×1.5%=21.44%

（2）风口前碳燃烧消耗的氧

=272.61×22.424=254.44m3

（3）焦炭带入氧量=350×0.0023×22.432=0.56m3

（4）煤粉带入氧量=160×0.008×22.432=0.90m3

（5）需鼓风供给的氧气体积为V=254.44-0.56-0.90=252.98m3

故V风=252.9821.44%=1179.94m3

2.2.2炉顶煤气成分及数量计算

（1）甲烷的体积

由燃料C生成的CH4量=4.20×22.412=7.84m3

焦炭挥发分中的CH4量=350×0.0004×22.416=0.20m3

煤粉挥发分中的CH4量=160×0.028×22.416=6.27m3

故

=7.84+0.20+6.27=14.31m3

（2）氢的体积

由鼓风中水分分解产生的H2量=1179.94×1.5%=17.70m3

焦炭水分分解产生的H2量=350×0.0023×22.418=1.00m3

焦炭挥发分中的H2量=350×0.0026×22.42=10.19m3

煤粉挥发分中的H2量=160×0.016×22.42=28.67m3

煤粉水分分解产生的H2量=160×0.008×22.418=1.59m3

生成甲烷消耗的H2量=4.20×2=8.40m3

炉缸煤气中H2的总量=17.70+1.00+10.19+28.67+1.59=59.15m3

参加间接还原消耗的H2量=59.15×0.35=20.70m3

故

=59.15-8.40-20.70=30.05m3

（3）二氧化碳的体积

由矿石和煤粉带入的Fe203的量=1379.89×74.14%+150×84.22%+77.60×90.31%+160×0.8%-18×45.21%=1212.60kg

参加还原Fe2O3为FeO的氢气量=20.70×（1-0.9）×222.4=0.185kg

由氢还原的Fe2O3的量=0.185×1602=14.80kg

由CO还原的Fe2O3的量=1212.60-14.80=1197.80kg

故CO2还=1197.80×22.4160=167.69m3

CO还原FeO为Fe生成CO2的量=939.92×（1-0.4-

）×22.456=206.62m3

焦炭挥发分中的CO2量=350×0.30%×22.444=0.53m3

煤粉挥发分中的CO2量=160×2.5%×22.444=2.04m3

故

=167.69+206.62+0.53+2.04=376.88m3

（4）一氧化碳的体积

风口前碳燃烧生成CO量=GC燃×22.412=272.61×22.412=508.87m3

直接还原生成CO量=86.57×22.412=161.60m3

焦炭挥发分中的CO量=350×0.3%×22.428=0.84m3

煤粉挥发分中的CO量=160×7.7%×22.428=9.85m3

间接还原消耗的CO量=206.62+167.69=374.31m3

故

=508.87+161.60+0.84+9.85-374.31=306.85m3

（6）氮气的体积

鼓风带入的N2量=1179.94×（1-1.5%）×79%=918.17m3

焦炭带入的N2量=350×0.13%×22.428=0.364m3

煤粉带入的N2量=160×0.5%×22.428=0.64m3

故

=918.17+0.364+0.64=919.17m3

由以上结果可得煤气成分表，见表2-8

表2-9煤气成分表

成分

CO2

CO

N2

H2

CH4

∑

m3

376.88

306.85

919.17

30.05

14.31

1647.26

%

22.88

18.63

55.80

1.82

0.87

100

2.2.3编制物料平衡表

（1）鼓风量的计算

每立方米鼓风的质量为γ风

γ风=

=1.28gm3

G风=V风×γ风=1179.94×1.28=1510.32kg

（2）煤气质量的计算

γ煤气=

=1.387kgm3

所以煤气的质量G煤气=V煤气×γ煤气=1647.26×1.387=2284.74kg

（3）煤气中的水分

氢气参加还原生成的水分量=20.70×222.4×182=16.63kg

则G

=16.63kg

由以上计算结果编制物料平衡表，见表2-9

表2-10物料平衡表

收入项

支出项

组成

质量kg

百分数%

组成

质量kg

百分数%

烧结矿

1379.89

38.04

生铁

1000

27.51

球团矿

150

4.13

炉渣

315.17

8.67

天然矿

77.60

2.14

煤气

2284.74

62.86

焦炭

350

9.65

煤气水分

16.63

0.46

煤粉

160

4.41

炉尘

18

0.50

鼓风

1510.32

41.63

总计

3627.81

100

总计

3634.54

100

校核误差：

＜0.3%

故符合要求

2.3热平衡计算

2.3.1热收入

（1）碳素氧化放热

碳素氧化为CO2放出热量

的计算：

碳素氧化为CO2的体积为：

=

-

=376.88-2.04-0.53=374.31m3

=

×33436.2×1222.4=374.31×33436.2×1222.4=6704734.30kJ

其中：

33436.2为C氧化为CO2的反应热

碳素氧化为CO放出热量QCO的计算：

碳素氧化为CO的体积为：

VCO氧化=VCO煤气-VCO挥发=306.85-0.84-9.85=296.16m3

QCO=VCO氧化×9840.6×1222.4=296.16×9840.6×1222.4=1561281.48kJ

其中：

9840.6为C氧化为CO的反应热

由上述计算可得：

QC=QCO2+QCO=6704734.30+1561281.48=8266015.78kJ

（2）鼓风带入的热量Q风

Q风=V风×（1-φ）×

+V风×φ×

=（1-1.5%）1179.94×1708.9+1179.94×1.5%×2110.5

=2023507.43kJ

--------1200℃下空气的热容量

-------1200℃下水蒸气的热容量

（3）H2氧化成H2O放出的热量

H2氧化成H2O放热为13454.09kJkg

Q水=16.63×13454.09=223741.52kJ

（4）CH4生成热

生产1kgCH4产生的热量为4709.56kJ

=

×4709.56×1622.4=14.31×4709.56×1622.4=48138.43kJ

（5）炉料物理热Q物

80℃时烧结矿和球团矿