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1、 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.Fe Fe2O3 FeO CaO MgO SiO2 Al2O3 S P 烧结矿 56.2 69.73 9.5 9.6 2.84 5.6 2 0.06 0.12 校核 56.2 69.73 9.5 9.6 2.84 5.6 2 0.06 0.12 球团矿 61.8 69.17 17.2 1.6 1.01 8.5 0.6 0.06 0.04
2、校核 62.93 70.44 17.52 1.63 1.03 8.65 0.61 0.06 0.04 澳矿 64.7 91.96 0.42 0.02 0.25 2.46 1.42 0.02 0.14 校核 64.86 92.19 0.42 0.02 0.25 2.47 1.42 0.02 0.14 复合矿 58.08 72.95 9.03 7.46 2.3 5.47 1.78 0.05 0.11 石灰石 53.46 0.52 1.24 1.32 校核 53.46 0.5
3、2 1.24 1.32 炉尘 48.06 54.86 12.42 4.64 0.94 15.04 1.42 0.12 0.11 校核 48.51 55.38 12.54 4.68 0.95 15.18 1.43 0.12 0.11 焦炭灰分 5.05 6.16 6.24 0.99 46.43 39.69 校核 5.05 6.16 6.24 0.99 46.43 39.69 煤灰分 5.72 7.35 3.28 1.6 48.06 39.71 校核 5.72
4、 7.35 3.28 1.6 48.06 39.71 MnO MnO2 P2O5 FeS 1/2S 3/2S CO2 H2O ∑ 0.33 0.27 0.03 0.1 100 0.33 0.27 0.03 0.1 100 0.09 0.03 98.2 0.09 0.03 100 0.12 0.15 0.32 0.03 0.26 2.46 96.238 0.12 0.15 0.32 0.03 0.26
5、2.47 100 0.27 0.25 0.03 0.11 0.35 100 43.46 100 43.46 100 1.44 0.25 0.06 1.6 6.4 99.07 1.45 0.25 0.03 1.62 6.46 100 0.08 0.41 100 0.08 0.41 100 100 100 表二 燃料工业分析
6、及挥发份成分 焦炭成分（%） 固定碳 灰分（12.17） C SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5 85.63 5.65 4.83 0.76 0.12 0.75 0.05 0.01 挥发分（0.9） 有机物（1.30） ∑ H2O TFe TS CO2 CO CH4 H2 N2 H2 N2 S 0.33 0.33 0.03 0.06 0.15 0.4 0.4 0.5 100 4 0.62 0.52 煤粉成分（%） 固定碳 灰分（14.96） 有机物及挥发分（10.4
7、3） H2O TFe TS C SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO H2 O2 H2O N2 S 100 1.6 0.86 0.58 74.61 7.19 5.94 0.49 0.24 1.10 4.46 4.15 0.81 0.43 0.58 表三 元素分派 Fe Mn P S 生铁 0.997 0.5 1.0 炉渣 0.003 0.5 煤气 0.05 1.2重要技术经济指标 表4：其他条件 焦比kg/t 煤比kg/t 炉渣碱度 直接还原度
8、 炉尘kg/t 鼓风湿度% 风温℃ 400 150 1.2 0.45 20 1.2 1100 1.3预定钢水成分 表三 预定铁水成分 Fe Si Mn S P C 94.516 0.45 0.3 0.028 0.15 4.5 1.4矿石配比的拟定 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+945.16×0.003/0.997+2
9、0×0.4851 碱度平衡 解得：X=1642.5kg Y=14.08kg 烧结矿：1248.3kg 球团矿：164.25kg 澳矿：229.95kg 1.6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 Kg 2、FeO Kg 3、MnO K
10、g 4、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 Kg 7、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 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S/2 ∑ kg
11、 132.89 110.75 57.37 38.5 2.67 3.66 1.61 347.45 % 38.25 31.88 16.51 11.08 0.77 1.05 0.46 100 1.7 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
12、 2.1.1 风量的计算 直接还原度rd=0.45 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=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=4
13、54.44-3.18-47.2-96.14-0.09=307.83 Kg 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 Kg 2.1.2煤气量的计算 1、CH
14、4 ⑴炭生成的CH4=3.18×22.4/12=5.94 m3 ⑵焦炭挥发的CH4=400×0.0033×22.4/16=1.85 m3 ⑶生成总量=5.94+1.85=7.79 m3 2、H2 ⑴鼓风带入H2=1325.2×0.012=15.9 m3 ⑵煤粉带入H2=150×0.0446×22.4/2=74.93 m3 ⑶焦炭带入H2=400×0.0006×22.4/2=2.69 m3 ⑷还原消耗H2=（15.9+74.93+2.69）×0.4=37.41 m3 ⑸生成CH4 H2=5.94×2=11.88 m3 ⑹炉顶H2=（15.9+74.93+2
15、69）×0.6-11.88=44.23 m3 3、CO2 Fe2O3+CO→FeO+CO2 CO2=(1642.5×0.7295) ×22.4/160=167.75 m3 FeO+H2→Fe+HO2 rH2=72×44.23×56/（22.4×945.16×72）解得：rH2=0.123 FeO+CO→Fe+CO2 CO2=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CO
16、2=167.75+161.43+3.12+0.67=332.97 m3 4、CO ⑴燃烧生成CO=307.83×22.4/12=574.62 m3 ⑵直接还原CO=96.14×22.4/12=179.46 m3 ⑶焦炭挥发份CO=400×0.0033×22.4/28=1.06 m3 ⑷间接还原CO=167.75+161.43=329.18 m3 ⑸炉顶CO=574.62+179.46+1.06-329.18=425.96 m3 5、N2 ⑴鼓风N2=1325.2×（1-0.012）×0.79=1034.35 m3 ⑵焦炭带入N2=400×0.004×22.4/28=1.28
17、m3 ⑶煤粉带入N2=150×0.0043×22.4/28=0.52 m3 ⑷炉顶带入N2=1034.35+1.28+0.52=1036.15 m3 6、炉顶煤气成分 表五 煤气成分表 CH4 CO N2 H2 CO2 总体积 m³ 7.79 425.96 1036.15 44.23 332.97 1847.1 % 0.26 23.06 56.09 2.39 18.02 100 ⑴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 ⑵煤气
18、重量=1847.1×1.35=2493.59 Kg ⑶氢还原生成H2O=37.41×18/22.4=30.06 Kg 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 比例 % 名称 数量 kg 比例 % 复合矿 1642.5 42.08 铁水 1000 25.7 石灰石 14.08 0.36 炉尘 20 0.51 焦炭 400 10.25 水分 30.06 0.77 煤粉 150 3.84 煤气（干） 2493.59 64.08 鼓风 1696.26 43.47 炉渣 3
19、47.45 8.94 总计 3902.84 100 总计 3891.1 100 绝对误差=3902.84-3891.1=11.74 误差校核：11.74/3902.84.61=0. 29%<0.3%，符合规定。 2.2 热平衡 2.2.1 热收入的计算 一、热收入 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=（425.96-1.06）×5241.72+(167.75+161.43) ×17869.50=8109488.84KJ
20、 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 1325.2×0.98=1298.7 m3 Q2=[1298.7×(1-0.012) ×1.4233+1298.7×0.012×1.7343] ×1100=2038702.54 KJ ⑶H2氧化放热： 1 m3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 Q3=30.06×10788.58=32
21、4304.72KJ ⑷成渣热：1公斤氧化钙和氧化镁的成渣为1128.60KJ Q4=(0.5346+0.0052) ×14.08×1128.60=8577.79KJ ⑸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=8109488.84+2038702.54+324304.72+8577.79+28320.81 =10509394.7 KJ 二、热支出 1.氧化物的分
22、解 ⑴铁氧化物分解 FeO Fe3O4 80% 2FeO.SiO2 20% 以2FeO.SiO2存在的 FeO FeO=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.
23、65×160/72=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 =6774998.82 KJ ⑵其他氧化物 MnO分解1Kg M
24、n耗热7350.53 KJ 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=2.1×7350.53+4.5×31028.14+0.7×35697.26=180050.83KJ Q1=6774998.82+180050.83=6955049.65KJ 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
25、 KJ/ Kg 平均耗热=6290.90 KJ/ Kg 脱硫吸热Q2=(3.21+0.18) ×6290.90=19061.43KJ 3.碳酸盐分解吸热 CaCO3分解1Kg CaO吸热4037.88 KJ MgCO3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=30575.59KJ 4.水分分解吸热 分解1m3水蒸气吸热10788.58KJ Q4=1325.2×0.012×10788.58=171564.31KJ 5.煤粉分解吸热 分解1Kg煤粉吸热836K
26、J Q5=150×836=125400KJ 6.游离水蒸发吸热 重要是焦炭带入 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=400×（0.04+1）×0.04×（418+2257.2）=37977.80KJ 7.铁水带走 1Kg1450°C铁水带走热量1237.28KJ Q7=1000×1237.28=1237280KJ 8.炉渣带走 1Kg1500°C铁水带走热量1851.74KJ Q8=347.45×1851.74=643387.06KJ 9.煤气带走 200°C煤气带走的热
27、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 =0.0026×1.8166+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）=687899.53KJ 煤气中水分带走热量 =（400×0.04×2
28、2.4/18）×（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 =20×0.836×（200-0）=3344KJ Q9=687899.53+12610.55+3344=703854.08KJ 10.热损失 Q10=热收入-（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9） =10509394.7-(6955049.65+19061.43+30575.59+171564.31+125400+37977.8+1237280+643387.06+703854.08)=58524
29、4.78 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 8109488.84 77.16 氧化物分解 6955049.65 64.29 鼓风带入热 2038702.54 19.4 脱硫吸热 19061.43 0.18 氢氧化放热 324304.72 3.09 水分解 171564.31 1.63 成渣热 8577.79 0.08 游离水蒸发 37977.80 0.36 炉料物理热 28320.81 0.27 铁水带走 1237280 11.77 炉
30、渣带走 643387.06 6.13 喷吹物分解 125400 1.19 碳酸盐分解 30575.59 0.29 煤气带走 703854.08 6.7 热损失 585244.78 5.57 总计 10509394.7 100.00 总计 10509394.7 100.00 3.高炉本体设计 3.1高炉总容积的拟定 设计一座年产制钢生铁220万吨的高炉车间。作业率为95%。 （1） 拟定年工作日： 365×95%=347天 日产量：P总=220×10000/347=6340.06t （2）
31、定容积： 高炉运用系数ηv=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/ηv=6340.06/2.0=3170m³ 3.2 炉型设计 （1） 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 设计符合规定。 （2） 炉缸高度： ① 渣口高度：hz== 取 h z=1.7m 式中：N—昼夜出铁次数，10
32、次； ρ铁—铁水比重，7.1t/ m³； b—生铁波动系数，1.2； C—渣口以下炉缸运用系数，0.55。 ② 风口高度： 取 K =0.50 hf= hz/k=1.7/0.5 =4.15m 取 hf=4.1m ③ 风口数目：n=2×(d+2)=2×(12+2)=28 取 n=28个 ④ 风口结构尺寸：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
33、 取 D=13.2m 选取 α=80° 则 h2=(D-d)×tg80°/2 =(13.2-12)×tg80°/2 =3.4m 取 h2=3.4m 校核α：tgα=2 h2/(D-d) =2×3.4/(13.2-12) =6 α=80° (5)炉喉直径、炉喉高度的拟定： 选取 d1/D=0.67 则 d1=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 β=83º 则 h4=(D- d1)×tgβ/2
34、 =(13.2-8.9)× tg83º/2 =17.51m 取 h4=17.5 m 校核β：tgβ=2× h4/(D- d1) =2×17.5/(13.2-8.9) =8.14 β=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) 校核炉容： 炉缸体积：V1= =3.14×12²×4.6/4 =
35、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= =3.14×8.9²×1.5/4
36、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： ΔV =（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
37、铝砖）计算 (1)炉腹砌砖 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=12023mm。 G4：ns===87块 G2：nz===179块 ×15 G4=87 G2=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=12023+2=12023+2×199=12398mm G4：ns===87块 G2：nz===187块 ×15 G4=87 G2=18
38、7 第3段 内径d3=12023+4=12023+4×199=12796mm G4：ns===87块 G2：nz===196块 ×15 G4=87 G2=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
39、 块 ×40 G4=87 G2=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 ×5 G4=87 G1=201 G2=201 第2段 ==46mm
40、 G3：ns=97块 G1：nz=187块 G4=87 ×5 G3=97 G2=202 G1=187 第3段 G4：ns=87块 G2：nz=197块 G3=97 ×5 G4=87 G1=197 G2=197 第4段 G3：ns=97块 G1：nz=184块 G4=87 ×5 G3=97 G2=199 G1=184 第5段 G4：ns=87块 G2：nz=194块 G3=97 ×5 G4=87 G1=194 G2=194 第6段 G3：ns=97块 G1：nz=180块 G4=87 ×5 G3=
41、97 G2=195 G1=180 第7段 G4：ns=87块 G2：nz=190块 G3=97 ×5 G4=87 G1=190 G2=190 第8段 G3：ns=97块 G1：nz=177块 G4=87 ×5 G3=97 G2=192 G1=177 第9段 G4：ns=87块 G2：nz=186块 G3=97 ×5 G4=87 G1=186 G2=186 第10段 G3：ns=97块 G1：nz=174块 G4=87 ×5 G3=97 G2=189 G1=174 第11段 G4：ns=87块 G2：nz=1
42、82块 G3=97 ×5 G4=87 G1=182 G2=182 第12段 G3：ns=97块 G1：nz=171块 G4=87 ×5 G3=97 G2=186 G1=171 第13段 G4：ns=87块 G2：nz=178块 G3=97 ×5 G4=87 G1=178 G2=178 第14段 G3：ns=97块 G1：nz=168块 G4=87 ×5 G3=97 G2=183 G1=168 第15段 G4：ns=87块 G2：nz=174块 G3=97 ×5 G4=87 G1=174 G2=17
43、4 2） 炉身上半部 分为11段，炉身上半部炉衬厚度为345mm ×15 第1段 G4：ns=87块 G2：nz=172块 G4=87 G2=172 第2段 G4：ns=87块 G2：nz=168块 ×15 G4=87 G2=168 第3段 G4：ns=87块 G2：nz=164块 ×15 G4=87 G2=164 ×15 第4段 G4：ns=87块 G2：nz=160块 G4=87 G2=160 第5段 G4：ns=87块 G2：nz=156块 ×15 G4=87 G2=156 第6段 G4：ns=87块
44、G2：nz=152块 ×15 G4=87 G2=152 第7段 G4：ns=87块 G2：nz=148块 ×15 G4=87 G2=148 第8段 G4：ns=87块 G2：nz=144块 ×15 G4=87 G2=144 第9段 G4：ns=87块 G2：nz=140块 ×15 G4=87 G2=140 第10段 G4：ns=87块 G2：nz=135块 ×15 G4=87 G2=136 第11段 G4：ns=87块 G2：nz=132块 ×8 G4=87 G2=133 炉身砖的总数为57301块。 (4).炉喉应用冷却壁 3.各部分炉壳参考厚度 炉底 炉身 炉腹 基墩 基座 4000mm 805mm 345mm 3000mm 4500mm 4.冷却器的选择 炉缸、炉底采用光面冷却壁，炉底设立水冷管，炉腹、炉腰与炉身下部采用冷却壁，风口、渣口用紫铜套管冷却。
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