设计一座年产制钢生铁(L08)320万吨的高炉——课程设计.doc

课 程 设 计

题目：设计一座年产制钢生铁（L08）320万吨的高炉

学 部： 材料化工部
专 业： 冶金工程
姓 名：
学 号：
指导教师：
完成日期： 2013年 12 月

目录

原始数据： - 2 -
一 配料计算 - 3 -
1.矿石和熔剂消耗量的计算（以生产1t生铁为单位） - 3 -
2.渣量和炉渣成分的计算 - 4 -
3.生铁成分校正： - 5 -
二 物料平衡计算： - 5 -
1.风量的计算 - 6 -
2.煤气量的计算： - 6 -
3.编制物料平衡表 - 8 -
三.热平衡的计算 - 9 -
1.热收入： - 9 -
2.热支出的计算 - 10 -
3.热平衡表 - 13 -
四．设计一座年产制钢生铁320万吨的高炉 - 14 -
五. 高炉砌砖计算(高铝砖) - 16 -

原始数据
成分
品种
TFe
Fe2O3
FeO
S
MnO
P
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
CO2
H2O
1/2S
3/2S
P2O5
烧损
∑
烧结矿
56
69.5
9.7
0.06
0.35
0.11
5.4
2.02
9.5
3.0
0.2

0.03

0.25

99.75
球团矿
62.5
70
17.7
0.06

0.038
8.7
0.7
1.6
1.05

0.03

0.08

99.86
澳矿
65.6
92.7
0.4
0.04
0.12
0.16
2.4
1.6
0.02
0.26

0.06
0.37

97.93
石灰石
1.15
1.6

1.38
1.47
53.5
0.5
42.1

42.1
100.55
炉尘
48.1
55.2
12.5
0.12
1.4
0.125
15
1.4
4.65
0.95
1.72
6.60

0.06

0.29
8.32
106.31
焦炭灰分
4.2

5.5

51.9
38.6
3.1
1.0

100.1
煤灰分
2.2

2.86

58.4
33.6
3.72
1.22

99.8

据上表校核原料成分：
成分
品种
TFe
Fe2O3
FeO
S
MnO
P
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
CO2
H2O
1/2S
3/2S
P2O5
烧损
∑
烧结矿
56.14
69.67
9.72
0.06
0.35
0.11
5.41
2.03
9.52
3.01
0.20

0.03

0.25

100
球团矿
62.59
70.1
17.72
0.06

0.38
8.71
0.78
1.6
1.05

0.03

0.08

100
澳矿
66.99
94.66
0.41
0.04
0.12
0.16
2.45
1.63
0.02
0.27

0.06
0.38

100
石灰石
1.14
1.59

1.37
1.46
53.21
0.5
41.87

41.87
100
炉尘
45.25
51.92
11.76
0.12
1.32
0.125
14.11
1.32
4.37
0.89
1.62
6.21
0.06

0.27
7.83
100
焦炭灰分
4.2

5.5

51.84
38.56
3.1
1.0

100
煤灰分
2.20

2.87

58.52
33.67
3.73
1.22

100

焦碳和煤粉及其挥发分的成分如下表

品种\成分
Fcd
Ad
Vd
St.d
H20
焦炭
85.6
12.8
1.4
0.55
4.0
煤粉
74.5
16.6
9.5
0.5

品种\成分
CO2
CO
CH4
H2
N2
O2
焦炭挥发分
22.8
20.5
3.85
19.6
29.4

煤粉挥发分

43.2
26.5
22.3

生铁预定成分如下表

生铁预定成分
Fe
Si
Mn
S
P
C
∑
（L08）/％
94.516
0.48
0.03
0.026
0.098
4.85
100.00

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
440
125
1.1
0．54
20．00
1.00
1100
一 配料计算
1.矿石和熔剂消耗量的计算（以生产1t生铁为单位）
矿石配比取 烧结矿/球团矿/澳矿=76/10/14，计算混合矿成分。
品种
TFe
FeO
SiO2
Al2O3
1/2S
CaO
MgO
Fe2O3
P2O5
MnO
烧结矿
56.14
9.72
5.41
2.03
0.03
9.52
3.01
69.67
0.25
0.35
球团矿
62.59
17.72
8.71
0.78
0.03
1.6
1.05
70.1
0.08

澳矿
66.99
0.41
2.45
1.63
0.06
（3/2S）
0.02
0.27
94.66
0.38
0.12
混合矿
58.30
9.22
5.33
1.85
0.03
7.40
2.48
73.21
0.25
0.28

设需要混合矿为X kg/t，石灰石为Y kg/t

由 TFe 的平衡可列出：

……(1)

由二元碱度R可列出：
…………………（2）
联立（1）（2）解得

X=1636.52 Kg/t Y = 8.89Kg/t

所以：烧结矿的用量为：1636.52×76％ ＝ 1243.76 kg/t

球团矿的用量为：1636.52×10％ ＝ 163.65 kg/t

澳矿的用量为： 1636.52×14％ ＝ 229.11 kg/t
2．渣量和炉渣成分的计算
＝ 127.50 kg/t 由（2）式分子可得
＝ 115.91 kg/t 由（2）式分母可得
＝ 945.16×（0.003/0.997）×（72/56）＝ 3.65 kg/t
＝（1636.52×0.0028-20×0.0132）×0.5=2.16 kg/t
＝1636.52×0.0248 ＋ 8.89×0.005 ＋ 440×0.128×0.01 ＋ 125×0.166×0.0122-20×0.0089 ＝ 41.27kg/t

＝1636.52×0.0185 ＋ 8.89×0.0146 ＋ 440×0.128×0.3856＋125×0.166×0.3367-20×0.0132 ＝ 59.09 kg/t

进入高炉的总S量： ms=1636.52×0.0006＋440×0.0055＋125×0.005=4.05 kg/t

进入生铁的ms ＝1000×0.026％=0.26 kg/t

进入煤气的ms ＝4.05×5％＝0.20kg/t

进入炉尘的ms ＝20×0.0012=0.02kg/t

则进入炉渣的ms ＝4.05－0.26－0.20－0.02＝3.57 kg/t

炉渣化学成分和渣量

成分
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
MnO
S/2
∑
重量/kg
115.91
59.09
127.50
41.27
3.65
2.16
1.79
351.37
百分率/％
32.99
16.82
36.29
11.75
1.03
0.61
0.51
100
3．生铁成分校正：
W[S]＝0.026 %

W[Si]＝0.48 %

W[Fe]＝94.516 %

W[Mn]＝2.16×(55/71)×100/1000＝0.17 %

W[P]＝1636.52×0.0025×(62/142)×100/1000＝0.179 %

W[C]＝100－94.516－0.026－0.48－0.17－0.179＝4.63%

二 物料平衡计算：
直接还原度rd= 0.54 ， 鼓风湿度f= 1.0％
1. 风量的计算
C 总 ＝440×0.856＋125×0.745＝469.77kg/t

C CH4 ＝ 469.77×0.7％=3.29 kg/t

C生铁＝1000×4.63％＝46.30 kg/t

C直接＝1.7×12/55＋4.8×24/48＋1.79×60/62＋945.16×0.54×12/56＝ 113.87 kg/t

C尘＝20×0.0783＝1.57kg/t

C燃＝469.77－3.29－46.30－113.87－1.57＝304.74 kg/t

O2 密度＝0.21（1－0.01）＋0.5×0.01＝0.2129

C燃烧需要的氧气 VO2＝304.74×22.4/24＝284.42 m3

煤挥发分提供的O2：VO2 ＝125×0.095×0.223×22.4/32=1.85 m3
则需鼓风量为：V风＝(284.42－1.85)/0.2129＝1327.24 m3
M风＝1.28×1327.24＝1698.87 kg/t
2.煤气量的计算：
1）.CH4
碳生成CH4＝3.29×22.4/12＝6.14 m3

焦炭挥发分中的CH4＝440×0.014×0.0385×22.4/16＝0.33 m3

总的CH4＝6.14＋0.33＝6.47 m3

2）.H2
鼓风带入的H2＝1327.24×0.015＝19.91 m3

煤分带入的H2＝125×0.095×0.432×22.4/2=57.46 m3

焦炭带入的H2＝440×0.014×0.196×22.4/2＝13.52 m3

还原消耗的H2＝(19.91+57.46+13.52) ×40％＝36.36 m3

生成CH4消耗的H2＝6.14×2＝12.28 m3

- 9 -

CO2
CO
CH4
H2
N2
∑
体积/m3
307.90
477.13
6.47
42.25
1036.76
1870.51
百分比/%
16.46
25.51
0.35
2.26
55.43
100
3.编制物料平衡表
煤气密度
＝
煤气重量
氢气还原生成的

物料平衡表

收入 kg
支出 kg
烧结矿
1243.76
生铁
1000
球团矿
163.65
炉渣
351.37
澳矿
229.11
煤气
2505.74
焦炭
440.00
炉尘
20.00
煤粉
125.00
水分
29.22
石灰石
8.89

鼓风
1698.87

∑
3909.28
∑
3906.33

绝对误差：3909.28-3906.33＝2.95 kg
相对误差： 满足要求

三.热平衡的计算

风温：1100℃ 冷矿：25℃ 铁水：1450℃

炉渣: 1500℃ 炉顶煤气：200℃
1.热收入：
1）.碳氧化放热：
由C氧化成1 m3CO2放热：17869.50 KJ
由C氧化成1 m3 CO放热：5241.72 KJ
则C氧化放热
Q1=

2）.热风带入的热：

1100℃空气热容 1.4233KJ/(m3·℃)

水蒸气热容 1.7393 KJ/(m3·℃)

2%的空气用于输送煤粉
入炉热风
热风带入热量Q2
3）. H2氧化放热

1m3 H2氧化成H2O蒸气放热 10788.58KJ

H2氧化放热Q3=42.25×10788.58=455817.51KJ

4）. 成渣热

1KgCaO和MgO的成渣热为 1128.60KJ

成渣热Q4=8.89×（0.5321+0.005）×1128.60=5388.86KJ

5）. 矿石带入热量

25℃炉料热容为 0.6897 KJ/(Kg·℃)

矿石带入热量Q5=1636.52×0.6897×25=28217.70KJ

总热收入Q收＝10514106.90KJ

2. 热支出的计算
1）.氧化物分解吸热：

（1）.铁氧化物分解吸热：（存在状态Fe2O3、Fe3O4、2FeO·SiO2）

烧结矿中FeO的20%以2FeO·SiO2状态存在80%以Fe3O4状态存在

球团矿中FeO 100%以Fe3O4存在

焦炭灰分、煤粉灰分中FeO100%以2FeO·SiO2存在

以2FeO·SiO2存在的
FeO=

以磁铁矿状态存在的
FeO=
以磁铁矿状态存在的

游离的赤铁矿

分解1Kg以2FeO·SiO2状态存在的FeO需要耗热4068.52KJ

分解1Kg磁铁矿耗热4791.78KJ

分解1Kg赤铁矿耗热5144.28KJ

则铁氧化物分解吸热

（2).非铁氧化物分解吸热：（Mn、Si、P）

分解生成1Kg Mn耗热：7350.53kJ

分解生成1Kg Si耗热 ：31028.14kJ

分解生成1Kg P耗热 ：35697.20kJ

则

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 ：5496.90kJ/kg

取平均为： 6290.90kJ/kg

脱硫吸热Q2=（3.58+0.20）×6290.90=23779.60 kJ

3）. 碳酸盐分解

由CaCO3分解成1KgCaO吸热：4037.88kJ

由MgCO3分解成1KgMgO吸热：2482.92kJ

碳酸盐分解吸热Q3

＝

4）. H2O分解吸热

分解1m3水蒸气吸热10788.58kJ

H2O分解吸热Q4
=
5）. 煤粉分解吸热

分解1Kg煤粉分解吸热：836kJ
煤粉分解吸热Q5=
6）. 游离水蒸发吸热

1Kg水从0℃ 100℃吸热：418kJ

100℃水 100℃水蒸气吸热：2257.2kJ

游离水蒸发吸热Q6
＝
7）. 铁水带走的热量

1Kg 1450℃铁水带走的热量：1237.28kJ
铁水带走的热量Q7=
8）. 炉渣带走的热量

1Kg 1500℃炉渣带走的热量：1851.74kJ
炉渣带走的热量Q8=
9）. 煤气带走热量

200℃有关煤气成分的热容（Kg/(m3·℃)）

成分 N2 CO CO2 H2 H2O CH4

热容 1.3104 1.3104 1.7844 1.2996 1.5086 1.8166

干煤气热容

干煤气带走的热量

煤气中水分带走的热量

炉尘热容C尘：0.836 KJ/(Kg·℃)

炉尘带走的热量Q尘=20×0.836×200=3344KJ

则煤气带走的热量

10). 热损失
热损失

3.热平衡表

热收入
热支出
项目
热量ＫＪ
比例%
项目
热量ＫＪ
比例%
碳氧化放热
7981486.04
75.91
氧化物分解
7010472.02
71.21
热风
2043196.79
19.43
脱S
23779.60
0.24
氢氧化
455817.51
4.34
碳酸盐分解
19211.03
0.195
成渣热
5388.86
0.051
水分分解
214785.52
2.18

矿石物理热
28217.70
0.27
煤粉分解
104500
1.06

游离水蒸发
47083.70
0.48

铁水带走
1237280
12.57

炉渣带走
650645.88
6.61

煤气带走
537620.49
5.46

10514106.90
100

9845378.24
100

热损失
668728.66
0.23

四．设计一座年产制钢生铁320万吨的高炉
.确定工作日

日产量
1. 定容积 利用系数
2. 每座高炉日产量P=
每座高炉容积
3. 炉缸尺寸
A.炉缸直径
选择冶炼强度
燃烧强度
则 取
校核 合理

B.炉缸高度
渣口高度
取
风口高度 取
风口数目 取24个
风口结构尺寸选取
炉缸高度
C.死铁层厚度 选取
4. 炉腰直径，炉腰角，炉腰高度
选取
则 取
选取
则 取
校核
5. 炉喉直径，炉喉高度
选取 则 取
选取
6. 炉身角，炉身高度，炉腰高度
选取
则 取
校核
选取
则 取
求得
7. 校核炉容
炉缸体积
炉腹体积
炉腰体积
炉身体积
炉喉体积
高炉容积
误差
炉型设计合理符合要求
五. 高炉砌砖计算(高铝砖)
高炉炉身用冷却模块砌筑，高炉炉底采用综合炉底，炉缸采用碳砖砌筑。
1） 炉腹：
采用G—2与G—4配砌，由上而下共分为15段，每段3层。
1. 第一段：圆环内径d＝炉腰直径＝11000mm
用G—4砌环圈需要砖数

则，需G—2数
则，第一段 共砌砖：n1总=(87+158)×3=735块
2. 第二段：根据砌砖公式 ΔR＝；
h＝3×75＝225mm，α＝79°26；ΔR＝3400-225/5.83＝544.6mm
则，第二段内径d2＝11800＋2ΔR＝11800＋544.6×2＝12890mm
用G—4砌环圈需要砖数

则，需G—2数
则，第二段 共砌砖：n2总=(87+198)×3=855块
3第三段：内径d3＝12800mm
用G—4砌环圈需要砖数

则，需G—2数
则，第三段 共砌砖：n3总=(87+197)×3=852块
同理可求出n4总=851块；n5总=846块；n6总=840块；n7总=833块；
n8总=830块； n9总=823块；n10总=821块；n11总=815块；n12总=809块；
n13总=805块 ；n14总=803块；n15总=798块
则：楔形砖共8745=3915 直形砖共8493 炉腹共用砖12408块。
2）炉腰： 采用G—2与G—4配砌 内径=11000mm
G－4砌环圈需要砖数

则，需G—2数
共砌砖31层
则， n总=(87+158)×31=7595块