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1、2011年度本科生毕业论文（设计）生产160万吨高炉炼铁车间的平面设计院 系： 理学院化学系 专 业： 冶金工程 年 级： 2007 学生姓名： xx 学 号： 2007020511x 导师及职称： xx（助教） 2011年6月2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate In the design of the 1.6 million tons annual production capacity of steel-making cast ieon in blast furnace Workshop
2、Department: College of Life Science and Technology Major: professional engineeringGrade: 2007Students Name: xxStudent No.: 2007020511xxTutor: xx June, 2011摘要 本设计要求建年产量为160万吨炼钢生铁的高炉车间。在设计中采用了2048 m3的高炉1座，不设渣口，2个出铁口，采用矩形出铁场。送风系统采用四座新日铁式外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘，文氏管和电除尘。渣铁处理系统采用轮法粒化渣处理工艺处理，特殊情况采用干渣生产，上料系统采用皮
3、带上料机，保证高炉的不间断供料。在设计中，首先作了物料平衡.热平衡.炉形的设计与计算，以及设备的选择；设计中应用了选多先进的工艺，这些工艺在实行大喷煤技术提高传热效率，节能，提高生产率方面起了重要作用。在设计中，广泛吸收前任技术革新和国内外科学研究成果。根据实际需要及可能性，尽量采用先进设备.结构.材料及新工艺。做到技术上先进，经济上合理，有减少环境污染。AbstractThe assignment in the design of the 1.6 million tons annual production capacity of steel-making cast ieon in blas
4、t furnace Workshopused in the design of the one 2048 m3 blast furnace ,no set up Jardine ,two taphole , the use of rectangular field of iron. Blast system 4 Nippon external combustion hot stove, Dust catcher system using gravity precipitators , vebturi tube and electrostatic precipitator .Tapping sy
5、stem method of Wheel law granular slag to deal with special circumstances dry slag production ,the charging system is used in feed belt to ensure uninterrupted blast furnace charge .In the design, first of all made a material balance, heat balane ,and calculation of furnace design ,as well as the ch
6、ice of equipment ;the design of the application of a number of advanced technology ,these processes in implementation of large pulverized coal injection technology ,these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency ,energy saving
7、,to improve productivity played an important role .in the design, the broad absorption of previous technological innovations an the results of scientific research at home an abroad . According to the actual needs and possibilities , as far as possible the use of advanced equipment, advanced structur
8、e, advanced materials and so on .Achieve technicaiiy advanced and economically rational, but slso reduce environmental pollution 关键词：高炉 物料平衡 热平衡 Keywords：Blast furnace. Material balance. Heat balance目录绪论I1 高炉冶炼综合计算11.1 概述21.2 配料计算21.2.1 原燃料条件31.2.2 计算矿石需要量31.2.3原燃料条件41.2.4炉渣成分的计算41.2.5校核成分的计算52 物料平衡
9、计算72.1 风量计算72.2 炉顶煤气成分及数量的计算72.3 编制物料平衡表82.4热平衡的计算102.4.1热量收入102.4.2 热量支出102.4.4热平衡表133高炉本体设计133.1高炉数目及总容量的确定143.2炉形设计与计算154高炉基础和内衬164.1 炉基的形状及材质174.1.1 高炉基础的要求184.1.2高炉基础的形状.尺寸.材质结构194.2高炉炉底和各段炉尘的选择.设计和砌筑204.3炉腹和炉腰的炉尘设计214.4施工技术要求225冷却设备选择.风口及铁口设计235.1高炉冷却设备的作用及冷却介质245.2炉底冷却型式选择255.2.1给水方式265.2.2炉底
10、结构水管排列275.3高炉各部位冷却设备选择285.4高炉供水量.水压的选择285.4.1供水量295.4.2水压305.5风口数目及直径315.6铁口325.7炉壳及钢结构的确定336高炉炼铁车间的供料系统346.1贮矿槽及贮焦槽的设计356.1.1贮矿槽的设计366.1.2贮焦槽的设计376.2槽上.槽下设备及参数的确定386.2.1槽上设备396.2.2槽下设备及参数选择406.3胶带机的设计416.3.1皮带机选择426.3.2皮带机操作436.4高炉槽下上料系统的设计与改进447 高炉送风系统457.1高炉用鼓风机467.1.1 高炉入炉风量477.1.2鼓风机风量487.1.3高炉
11、鼓风压力497.1.4鼓风机选择497.2高炉热风炉设计507.3热风炉设备517.3.1燃烧器527.3.2热风炉管道及阀门537.4热风炉用耐火材料547.5提高风温途径558炉顶设备568.1概述578.2炉顶基本结构588.3布料方式598.4基本参数的确定599煤气除尘系统设计609.1煤气上升管和下降管609.1.1导出管619.1.2上升管619.1.3下降管629.2除尘系统的选择和主要设备尺寸的确定629.2.1粗除尘装置639.2.2精细除尘装置649.2.3附属设备6510渣铁处理系统6610.1风口平台及出铁口6710.1.1风口平台6810.1.2出铁场6910.2炉
12、渣处理设备6910.3铁水处理设备6910.3.1铁水罐车7010.3.2铸铁机7010.3.3铁水炉外脱硫设备7010.4炉前设备的选择7110.4.1开铁口机7210.4.2堵铁口泥炮7210.4.3堵渣机7210.4.4换风口机7210.4.5炉前吊车7211喷吹燃料系统7211.1煤粉制备系统7311.1.1原煤的贮存7311.1.2给煤机7311.1.3煤粉的干燥7311.1.4磨煤机7311.1.5粗粉分离机7311.1.6PPCS气箱式脉冲布袋收粉器7311.1.7木屑分离器和锁气器7311.2煤粉喷吹系统7311.2.1喷吹工序的分类7311.2.2喷吹设备7311.3喷煤应注
13、意的问题7412高炉车间设计7412.1厂址的选择7512.2高炉生产主要经济指标及技术7512.3车间布置形式75结论75参 考 文 献76谢辞771.1绪论目前我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用，例如在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要钢铁行业来做有力的支撑。我国现在虽然的年产量为5亿多吨，世界排名第一位。现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一
14、角度来说我国虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。 高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石 (天然富矿，烧结矿，球团矿)为原料、焦炭、煤粉、重油、大然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为熔剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。为了实现优质、低耗、高产和延长，炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温、
15、耐高压、耐磨、耐侵蚀密封性好、工作可靠、寿命长，而且具有足够的生产能力。2高炉冶炼综合计算1.1概述 组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等，得到也了主要产品(除生铁以外)煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼钢车间或高炉设计。 计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本下艺技术参数。高炉炼铁一业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基
16、本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。1.2配料计算1.2.1原燃料条件原燃料是高炉冶炼的基础。为了使高炉实现高产、优质、低耗、低成本，就必须实行精料方针。精料的主要措施有:提高铁矿石含铁量，增加自熔性烧结矿和球团矿使用率，缩小粒度，筛除粉矿，减小成分波动，以及提高原燃料强度等。表1-1成分(%)原料烧结矿59.170.030.0320.0310.107.321.945.64球团矿65.720.10.0420.0030.304.550.650.41天然矿430.1650.0210.1349.29.02.116.34综合矿58
17、.960.060.0330.0358.056.931.705.66石灰石1.80.060.0010.0031.1040.44212.151.38炉尘43.390.240.0240.0915.3013.461.318.30续上原料烧损 烧结矿1.510.0390.0560.08373.22球团矿0.1530.1330.1050.00893.546天然矿2.320.2440.0480.39851.030.5748.426综合矿1.320.0780.0650.05975.060.0570.843石灰矿0.340.0780.0090.0080.9391.0642.43炉尘1.990.310.060.2
18、4344.771.960 表1-2焦炭成分(%)灰分（13.1） 有机物（1.32） 挥发分（0.43） 水 84.747.614.560.520.140.680.30.250.770.150.0260.160.0170.077100.004.00表1-3喷吹燃料成分（%）品种 灰分 煤粉67.844.854.050.790.420.6611.487.420.60.31.45100表1-4生铁成分（%）94.760.50.40.10.044.2其中、由生铁质量要求定；、由原料条件定=100% 某元素在生铁，炉渣，炉气中的分配率（%）见表1-5生铁99.7505100炉渣0.350900炉气00
19、50燃料消耗量（Kg/生铁）焦炭400煤粉180 置换比0.7鼓风温度12相对温度=12/100022.4/18=1.493%风温1150炉尘量20生铁入炉熟料温度25炉顶煤气温度200焦炭冶炼强度0.87综合冶炼强度0.95利用系数2.21.2.2计算矿石需要量（1）燃料带入的铁量首先计算20炉尘中的粉尘量、=/=2011.95/84.74=2.82高炉内衬参加反映的焦炭量为：=4002.82=397.18=56/7256/72 =397.180.68%56/72+1801.45%56/72 =4.13（2）进入炉渣的铁量=10000.3%/99.7% =100094.76%0.3%/99.
20、7% =2.851 式中0.3%，99.7%-分别为贴在炉渣和生铁中的分配率（3）需要由铁矿石带入的铁量为：=1000 =947. 62.8514.13 =946.3（4）冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：=/=946.3 /59.17%=1599.3考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：= =1599.3202.82 =1616.481.2.3计算熔剂需要量（1） 设定炉渣碱度=1.15制钢生铁：=1.101.2；铸造生铁：=1.01.1（2）石灰石的有效熔剂性= =40.442%1.151.38% =38.86%（3）原料，燃料带有的量铁矿石带入的量为：= =1599.36.93% =110.83焦
21、炭带入的量为= =397.180.52% =2.07煤粉带入的量为：= =1800.6% =1.08故= =110.832.071.08 =113.98（4）原料，燃料带入的量铁矿石带入的量为：= =1599.35.66% =90.52焦炭带入的量为：= =397.187.61% =30.22煤粉焦炭带入的量为=18011.48% =20.66硅素还原消耗的量为：=100060/28 =10000.5%60/28 =11故= =90.5230.2222.6611 =132.4熔剂（石灰石）需要量为：=（）=（1.15132.4113.98）38.86% = 98.501.2.4炉渣成分的计算原
22、料，燃料及熔剂的成分见表1-6原燃料数量 综合矿1599.36.93110.831.7027.115.6690.521.3221.110.0781.250.0350.56焦炭397.180.522.070.140.567.6130.224.5618.110.773.05石灰石98.5040.4439.8312.1511.971.381.360.340.330.0780.0770.0030.03煤粉1800.61.080.30.5411.520.77.4213.360.661.19 2274.98 153.81 40.18 142.8 52. 91 1.327 4.83 表1-6 每顿生铁带入的
23、有关物质的量（1）炉渣中的量表6知=153.81（2）炉渣中的量=142.811 =131.8 式中 142.8原燃料带入的总量，（见表6） 11还原小号消耗的量（），（3）炉渣中由表6知： =52.91 （4）炉渣中的量表6可知：=40.18（5）炉渣中的量表6可知：=1.32750%=0.664式中 1.327原燃料带入的总量，（见表6） 50%锰元素在炉渣中的分配率（见表5）（6）炉渣中的量进入渣中的铁量为：=2.851，并以形式存在，故而=2.85172/56=3.67 （7）炉渣中的量原燃料带入的总硫量=4.813（表6）进入生铁的硫量为：=1000 =10000.04%=0.4进入
24、煤气中的硫量为：= =4.8135%=0.24故= =4.8130.40.24 =4.173炉渣成分见表7表7 炉渣成分组元 153.8140.18131.852.910.6643.672.086385.121.1539.9410.4334.2213.740.170.950.55100.00表中：渣中以形式存在，在计算中的全部按形式处理，氧原子量为16，原子量为32.相当以计入，故表中再计入。将，四元组成换算成100%。见表8表8 四种渣成分39.9434.2213.7410.4398.3340.6234.8013.9710.61100.00图1 此图为-四元系熔化温度图2 此图为含量为15%
25、的四元渣系粘度（）由图1图2查得炉渣熔化温度=14001500炉渣粘度：1500时为0.3（）1400时为0.8（）硫分配系统：=()/1.2.5校核生铁成分(1)生铁含磷.按原料带入的磷全部进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为：=1599.30.033%=0.53石灰石带入的磷量为：= =98.500.001% =0.000985 故=(0.53+0.000985)1/1000 =0.053%(2)生铁含量.按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入为1.327 见表6故=（1599.3+20+98.50）0.655%50%55/71100/1000=0.44%(3) 生铁含碳=100(94
26、.76+0.5+0.024+0.053+0.44)%=4.22%(4)生铁含硅=0.5%(5)生铁含硫=4.813(15%90%)/1000=0.024%校核后的生铁成分（%）见表9表9校核后生铁成分94.760.50.440.0530.0244.221.3物料平衡计算1.3.1风量计算（1）风口前燃烧的碳量燃烧带入的总碳量为：= =397.1884.74%18067.84%=458.68熔入生铁中的碳量为：=1000 =1000 4.22% =42.2生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约1%-1.5% 与氧化合成甲烷，取1%=1 =0.01458.68 =4.59直接还原消耗的：锰还原消耗的
27、碳量为：=1000%12/55 =10000.44%12/55 =0.96硅还原消耗的碳量为：=100024/28 =10000.5%24/28=4.29磷还原消耗的碳量为：=100060/6210000.05360/62 =0.51铁直接还原消耗的碳量为：=100012/56=一般为0.40.5本计算取0.45=56/2()2/18(18/22.4)H2/1000%=56/2397.18(0.026%0.3%)1804.85%2/18(12001.493%18/22.41800.79%)0.350.9/(100094.76%)=0.11=0.450.11=0.34式中 H2氢在高炉内的利用率
28、，一般为0.30.5,本计算取0.35;被利用氢量中，参加还原FeO的半粉量，一般为0.85一1.0，本计算0.9设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200=100094.76%12/560.34 =69.03故= =0.964.290.5169.03 =74.79风口钱燃烧的铁量为：=458.6842.24.5974.79=337.11.3.2计算鼓风量 鼓风中氧的浓度为：=21%(1) 0.5 =21%(11.493%)0.51.493% =21.43%燃烧需要氧的体积为：=22.4/(212) =337.122.4/(212)=314.63煤粉带入氧的体积为：=（）22.4/32=180(4
29、.05%0.79%16/18) 22.4/32=5.99需鼓风共给氧的体积为：=314.635.99=308.64故=/ =308.64/21.43% =1440.221.3.3炉顶煤气成分及数量计算（1）甲烷的体积由燃料碳素生成的甲烷量为： =22.4/12 =4.5922.4/12 =8.57焦炭挥发中的甲烷量为：=22.4/16 =397.180.017%22.4/16 =0.095故=8.570.095=8.67（2）氢的体积 由鼓风中水分分解产生的氢量为：=1440.221.493%=21.50 焦炭挥发及有机物中的氢量为：=（+）22.4/2 =397.18(0.026%+0.3%
30、)22.4/2 =14.5 煤粉分解产生的氢量为：=（+2/18）22.4/2 =180(4.85%+0.79%2/18) 22.4/2 =99.54 炉缸煤气中氢的总生产能量：=+=21.50+14.5+99.54=135.54 生成甲烷消耗的氢量为：=2 =28.67 =17.34 参加间接还原消耗的氢量为：=H2 =135.540.35 =47.44故= =135.5417.3447.44 =70.76（3）二氧化碳的体积由还原为生成的 由矿石带入的的质量为：= =1599.373.22% =1171.0参加还原为的氢量为：=H2（1）2/22.4 =135.540.35(10.9) 2
31、/22.4 =0.42由氢还原的质量为：=160/2 =0.42160/2 =33.6由还原的质量为：= =117133.6 =1137.4故=22.4/160=159.3由还原为生成的量为：=1000%122.4/56 =947.610.350.1122.4/56 =204.7石灰石分解产生的量为：=22.4/44=98.5042.43%22.4/44 =21.3 焦炭挥发份中的量为：=22.4/44 =397.18 0.15%22.4/44 =0.3故= =159.3204.721.30.3 =385.6（4）一氧化碳的体积风口前碳素燃烧生成量为：=22.4/12 =337.122.4/1
32、2=629.25 直接还原生成量为：=22.4/12 =74.7922.4/12 =139.6 焦炭挥发份中量为：=22.4/28 =397.180.16%22.4/28 =0.5 间接还原消耗的量为：= =159.3204.7=364故= =629.25139.60.5364 =405.35（5） 氮气的体积 鼓风带入的量为：=（1）=1440.22（11.493%）79%=1120.7 焦炭带入的量为：=22.4/28=397.18(0.077%0.25%)22.4/28=1.04 煤粉带入的量为=22.4/28=1800.42%22.4/28=0.6故= =1120.71.040.6 =
33、1122.34煤气成分见表10 表10 煤气成分 体积，385.6405.351122.3470.768.671992.7219.3520.3456.323.550.44100.001.3.4编制物料平衡表（1） 鼓风质量的计算1鼓风的质量为：=0.21(1)320.79(1)2818/22.4 =0.210.0985320.790.98528+181.493%/22.4 =1.01鼓风的质量为：= =1440.221.01 =1454.62（2）煤气质量计算1煤气的质量为：=442828216/22.4 =4419.35%2820.34%2856.32%23.55%160.44%/22.4
34、=1.345煤气的质量为：=1992.721.345=2680.26煤气中的水分 焦炭带入的水分为：= =397.184.0% =15.89 石灰石带入的水分为：= =98.501.06% =1.044 氢气参见还原生成的水分为：=2/22.418/2 =47.442/22.418/2 =38.12故= =15.891.04438.12 =55.054物料平衡表见表11 表11 物料平衡表入相 出相 综合矿1616.4843.14生铁100024.21焦炭397.1810.60炉渣376.769.12石灰石98.502.63煤气2680.2664.86鼓风1454.6238.82煤气中水55.
35、0541.33煤粉1804.81炉尘200.483746.781004132.074100相对误差=（4132.0743746.78）/3746.78=0.1%0.31.4热平衡计算1.4.1热量收支(l)碳素氧化放热碳素氧化为放出的热量碳素氧化产生的体积为:= =385.621.30.3 =364=12/22.433436.2 =36412/22.433436.2 =6520059 式中33436.2氧化为放热，碳素氧化为放出的热量碳素氧化生成的体积为：= =405.350.5 =404.85=12/22.49804.6 =404.8512/22.49804.6 =2 126 460.166
36、0714 式中 9804.6氧化为放热，故=6 520 0592 126 460.1660714 =8 646 519.17鼓风带入的热量 =(一)=(1440.221440.221.493%)1643.111440.221.493%2030.26=2374764.57式中 在1150 下空气的热容量，其值为1643.11在1150下水气的热容量，其值为2030.26 氢氧化为水放热=13454.09=38.1213454.09=512869.9式中 13454.09氧化为水放热， 甲烷生成热=16/22.44709.56=8.5716/22.44709.56=28829.24 式中4709.
37、56甲烷生成热, 成渣热，石灰石分解产生的和和与反应放热，每千克（）放热1131.3=（）1131.3 =98.50（40.44%12.15%）1131.3 =58602.64炉料物理热80冷综合矿比热容为0.674=0.67480 =1599.30.67480 =86234.3热量总收入：= =8646519.172374764.57512869.928829.2458602.6486234.3 =11707819.82 1.4.2热量支出(1)氧化物分解吸热铁氧化物分解吸热可以考虑其中有20%以硅酸铁形式存在，其余以形式存在，因此:=20% =1599.38.05%20% =25.75= =1599.38.05%25.75 =102.99=160/72 =102.99160/72 =228.87= =1599.373.22%228.87 =942.14= =102.99228.87 =331.86=4078.25 =25.754078.25 =105 014.94=4803.33 =331.864803.33 =15
