年产量480万吨炼钢生铁和70万吨铸造生铁的高炉炼铁车间设计_毕业设计(87页).doc
-年产量480万吨炼钢生铁和70万吨铸造生铁的高炉炼铁车间设计_毕业设计-第 79 页 辽 宁 科 技 学 院本科毕业设计题目：年产量480万吨炼钢生铁和70万吨铸造生铁的高炉炼铁车间设计专题：高炉炉顶煤气成分及其变化对炉内冶炼的影响专 业：冶金工程班 级：冶BG082姓 名：学 号：0711108223指导教师：说明书101页，图纸 2 张，专题14页，译文14页年产480万吨炼钢生铁和70万吨铸造生铁的高炉炼铁车间设计摘 要本设计是设计年产480万吨炼钢生铁，70万吨铸造生铁的高炉炼铁车间。在设计中采用了4038m3的高炉2座，不设渣口，3个出铁口，采用矩形出铁场。送风系统采用四座外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、布袋除尘器。渣铁处理系统采用图拉法水淬渣处理，上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。在设计中，首先做了物料平衡、热平衡，炉型的设计与计算，以及设备的选择。设计中应用了许多先进的工艺，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的作用。在设计中，广泛吸收前人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，又减少环境污染。车间总体布置形式为岛式。关键词：高炉，外燃式热风炉，布袋除尘器，岛式The design of the 4.8 million tons pig iron for steelmaking and 700,000 tons pig iron for casting workshopAbstractThe assignment is the design of the 4.8 million tons pig iron for steelmaking and700,000 tons pig iron for casting workshop.Used in the design of the two 4038m3 blast furnace,no set up Jardine,four taphole,the use of rectangular field of iron.Blast systen 3 external combustion hot blast stove.Dust catcher system using gravity precipitators, Clothe Bag Deduster.Tapping systerm method of water quenching residue TYNA to deal with special cercumstances dry slag production,the charging systerm is used in feed belt to ensure uninterrupted blast furnace charge.In the design,first of all made a material balance,heat balance,and calculation of furnace design,as well as the choice of equipment;the design of the application of a number of advanced technology,these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency,energy saving,to improve productivity played an important role.In the design,thebroad absorption of previous technological innovations and the results of scientific research at home and abroad.According to the actual needs and possibilities,as far as possible the use of advanced equipment,advanced structure,advanced materials and so on.Achieve technically advanced and economically rational,but also reduce environmental pollution.The overall layout of the form of workshop-style Island type.Key words:blast furnace,whirl top combustion hot blast stove,Clothe Bag Deduster,Island type目录绪论11 高炉冶炼综合计算21.1 概述21.2 配料计算21.2.1 原燃料条件21.2.2 计算矿石需要量G矿41.2.3 计算熔剂需要量G熔51.2.4 炉渣成分的计算61.2.5 校核生铁成分81.3 物料平衡计算91.3.1 风量计算91.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算111.3.3 编制物料平衡表141.4 热平衡计算151.4.1 热量收入q收151.4.2 热量支出q支171.4.3 热平衡表212 高炉本体设计232.1 高炉炉型232.2 炉型设计与计算232.3 高炉炉衬设计272.3.1 高炉对耐火材料的要求272.3.2 高炉炉衬的设计与砌筑272.4 高炉冷却设备292.4.1 冷却设备的作用292.4.2 冷却介质及水的软化292.4.3 冷却方式302.4.4 高炉冷却系统312.5 高炉送风管路322.5.1 热风围管322.5.2 送风支管332.5.3 直吹管332.5.4 风口装置332.6 高炉钢结构342.6.1 高炉本体钢结构342.6.2 炉壳352.6.3 炉体框架362.6.4 炉缸炉身支柱和炉腰支圈以及支柱坐圈362.7 高炉基础372.7.1 高炉基础的负荷372.7.2 对高炉基础的要求383 高炉炼铁车间供料系统393.1 车间的运转393.2 贮矿槽和贮焦槽及槽下运输筛分称量403.2.1 贮矿槽与贮焦槽403.2.2 槽下运输称量413.3 上料设备414 炉顶装料设备424.1 无钟式炉顶装料设备424.1.1 串罐式无钟炉顶装料设备424.1.2 无钟式炉顶的布料方式434.2 探料装置445 送风系统455.1 高炉用鼓风机455.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求455.1.2 高炉鼓风机的工作原理和特性465.1.3 高炉鼓风机的选择475.2 热风炉485.2.1 外燃式热风炉485.2.2 外燃式热风炉的特点496 高炉喷吹煤粉系统506.1 煤粉的制备设备506.2 高炉喷煤系统506.2.1 单管路串罐喷吹系统506.2.2 喷吹罐组有效容积的确定516.3 煤粉喷吹的安全措施536.3.1 制粉系统的安全措施536.3.2 喷吹系统的安全措施537 炉煤气处理系统547.1 煤气管道547.2 粗除尘装置547.2.1 重力除尘器除尘原理547.3 精细除尘装置548 渣铁处理系统568.1 风口平台及出铁场设计568.1.1 风口平台及出铁场568.1.2 渣铁沟和撇渣器578.1.3 摆动流嘴578.2 炉前主要设备588.2.1 开铁口机588.2.2 堵铁口泥炮588.2.3 炉前吊车588.3 铁水处理588.3.1 鱼雷罐车598.3.2 铸铁机598.4 炉渣处理设备598.4.1 拉萨法水淬渣598.4.2 干渣生产599 能源回收利用619.1 高炉炉顶余压发电619.2 热风炉烟道废气余热回收61参考文献62专题研究63外文翻译77附录91致谢94绪论 在近代国家是否发达的主要标志是其工业化及生产自动化的水平，即工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义上说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。 衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。 钢铁工业的发展需要多方面的条件，如稳定可靠的原材料资源，包括铁矿石、煤炭及某些辅助原材料，如锰矿、石灰石及耐火材料等稳定的动力资源，如电力、水等。此外，由于钢铁企业生产规模大，每天原材料及产品的吞吐量大，需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。钢铁之所以成为各种机械装备及建筑、民用等各部门的基础材料，是因为它具备以下优越性能，并且价格低廉：（1）有较高的强度及韧性；（2）容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工件；（3）所需资源（铁矿、煤炭等）贮量丰富，可供长期大量采用，成本低廉；（4）人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。1 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铁车间或高炉设计。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工艺技术参数。高炉炼铁工业已有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。计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量，以及主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.3%。1.2 配料计算1.2.1 原燃料条件1、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿、石灰石以及炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.1；2、燃料成分，见表1.2、表1.3；3、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.4。表1.1 成分（%）原料TFeMnPSFeOCaOMgOSiO2综合矿59.620.030.0320.0316.107.351.9855.64炉尘43.390.240.0260.0915.308.301.9913.80石灰石1.080.060.0010.0361.1051.030.891.98原料Al2O3MnOP2O5FeSFe2O3烧损H2OCO2综合矿1.510.0390.0730.08367.22100.00炉尘1.310.310.060.24344.771.967C=11.95100.00石灰石0.070.0780.0020.101.261.0642.43100.00注：综合矿=70%烧结矿+20%球团矿+10%天然矿。固定炭灰分（13.51）有机物（1.32）挥发份（0.43）水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2SCO2H2COCH4N284.747.614.560.520.140.680.30.250.770.150.0260.160.0170.0771004.00表1.2 焦炭成分（%）表1.3 喷吹燃料成分（%）品种CHOH2ONS灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉77.832.352.330.830.460.307.156.830.690.300.93100表1.4 生铁成分（%）FeSiMnPSC95.140.650.030.0350.0254.12其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.65、0.025；Mn、P由原料条件定为0.03、0.035。C4.30.27Si0.329P0.032S0.3Mn某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率（%），见表1.5。表1.5 元素分配率FeMnSP生铁炉渣炉气99.70.3050500510000燃料消耗量（kg/t生铁）焦炭（干） 310焦炭（湿） 317煤粉 145 置换比0.7鼓风湿度 12g/m3相对湿度 12/1000×22.4/181.493%风温 1150炉尘量 20 kg/t生铁入炉熟炉料温度 80炉顶煤气温度 200焦炭冶炼强度 0.96t/(d·m3) 综合冶炼强度 0.98t/(d·m3) 利用系数 2t/(d·m3)1.2.2 计算矿石需要量G矿1、燃料带入的铁量GFe燃 首先计算20 kg炉尘中的焦粉量： G焦粉G尘C%尘/C%焦20×11.95/84.742.82kg高炉内衬参加反应的焦炭量为：G焦3102.82307.18kg故 GFe燃G焦%焦FeO%56/72G煤FeO%煤56/72 307.18×0.68%×56/72145×0.93%×56/722.67kg2、进入炉渣中的铁量：GFe渣1000 Fe%生铁×0.3%/99.7%1000×95.14%×0.3%/99.7%2.863kg式中0.3%、99.7%-分别为铁在炉渣和生铁中的分配率3、需要由铁矿石带入的铁量为：GFe矿1000 Fe%生铁GFe渣GFe燃951.42.8632.67951.6kg4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量。G矿GFe矿/ Fe%矿951.6/59.62%1596.11kg考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：G矿G矿G尘G焦粉1596.11202.821613.29kg1.2.3 计算熔剂需要量G熔1、设定炉渣碱度 RCaO/SiO21.15制钢生铁：R1.101.2；铸造生铁：R1.01.12、石灰石的有效熔剂性CaO%有效CaO%熔剂RSiO2%熔剂51.031.15×1.98%48.75%3、原料、燃料带有的CaO量GCaO.铁矿石带入的CaO量为：GCaO矿G矿CaO%矿1596.11×7.35%117.31kg焦炭带入的CaO量为：GCaO焦G焦CaO%焦307.18×0.52%1.60kg煤粉带入的CaO量为：GCaO煤G煤CaO%煤145×0.69%1.00kg故 GCaOGCaO矿GCaO焦GCaO煤117.311.601.00119.91kg4、原料、燃料带入的SiO2量铁矿石带入的SiO2量为：矿G矿SiO2%矿1596.11×5.64%90.02kg焦炭带入的SiO2量为：焦G焦SiO2%焦307.18×7.61%23.38kg煤粉带入的SiO2量为：煤G煤SiO2%煤145×7.15%10.37kg硅素还原消耗的SiO2量为：还1000Si%生铁60/281000×0.65%×60/2813.93kg故 矿焦煤还 90.0223.3810.3713.93 109.84kg熔剂（石灰石）需要量为：G熔（R-GCaO）/CaO有效（1.15×109.84119.91）/48.75%13.14kg1.2.4 炉渣成分的计算原料、燃料及熔剂的成分见表1.6。原燃料数量kgCaOMgOSiO2Al2O3MnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg综合矿1596.117.35117.311.98531.685.6490.021.5124.100.0390.620.030.48焦 炭307.180.521.600.140.437.6123.384.5614.010.772.37煤 粉1450.691.040.30.457.1510.736.8310.250.300.45石灰石13.1451.036.710.890.121.980.260.070.010.0780.0100.0360.005126.6232.67124.0348.020.633.295表1.6 每吨生铁带入的有关物质的量1、炉渣中CaO的量GCaO渣。由表1.6： GCaO渣126.62 kg2、炉渣中SiO2的量渣。渣124.0313.93110.01kg式中 124.03原、燃料带入SiO2的总量，kg（见表1.6）； 13.93还原消耗SiO2的量（还），kg。3、炉渣中Al2O3的量渣。由表1.8： 渣48.02kg4、炉渣中MgO的量GMgO渣。由表1.8： GMgO渣32.67kg5、炉渣中MnO的量GMnO渣。由表1.8： GMnO渣0.63×50%0.32kg式中 0.63原、燃料带入MnO的总量，kg（见表1.6）； 50%锰元素在炉渣中的分配率（见表1.5）。6、炉渣中FeO的量GFeO渣。进入渣中的铁量为：Fe渣2.863kg，并以FeO形式存在，故而GFeO渣2.863×72/563.68kg7、炉渣中S的量，GS渣。原、燃料带入的总硫量为：GS3.295kg（见表1.6）进入生铁的硫量为：GS生铁1000S%生铁1000×0.025%0.25kg进入煤气中的硫量为：GS煤气GS5%3.295×5%0.164kg故 GS渣GSGS生铁GS煤气3.2950.250.1642.88kg炉渣成分见表1.7。表1.7 炉渣成分组元CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2CaO/ SiO2kg126.6232.67110.148.020.323.681.44322.851.15%39.2210.1234.1014.870.101.140.45100.00表中S/2：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧原子量为16，S原子量为32，相当已计入S/2，故表中再计入S/2。将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%，见表1.8。表1.8渣的四种主要成分CaOSiO2Al2O3MgO39.2239.8934.1034.6914.8715.1310.1210.2998.31100.001.2.5 校核生铁成分1、生铁含磷P。按原料带入的磷全部进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为：GP矿G矿P%矿1596.11×0.032%0.51kg石灰石带入的磷量为：GP熔G熔P%熔13.14×0.001%0.0001%故 P （0.510.0001）×1/10000.051%2、生铁含锰Mn。按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.63kg见表1.8。故 Mn 0.63×50%×55/71×1/10000.024%3、生铁含碳C。C 100（95.140.650.0250.0510.024）% 4.11%4、生铁含硅Si。Si=0.65%5、生铁含硫S。S=0.025%校核后的生铁成分（%）见表1.9。表1.9 校核后生铁成分FeSiMnPSC95.140.650.0240.0510.0254.111.3 物料平衡计算1.3.1 风量计算1、风口前燃烧的碳量GC燃。（1）燃料带入的总碳量为：GC总GC焦C%焦G煤C%煤307.18×84.74%145×77.83%373.16kg（2）溶入生铁中的碳量为：GC生铁1000C%1000×4.11%41.1kg（3）生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约有1%1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。GC甲烷1% GC总0.01×373.163.73kg（4）直接还原消耗的GC直：锰还原消耗的碳量为：GC锰1000Mn%12/551000×0.024%×12/550.05kg硅还原消耗的碳量为：GC硅1000Si24/281000×0.65%24/285.57kg磷还原消耗的碳量为：GC磷1000P60/621000×0.051%×60/620.49kg铁直接还原消耗的碳量为：GC铁直1000Fe%12/56rd¢rd¢rdrd一般为0.40.5本计算取0.4556/2G焦（H2%焦挥发+H2%焦有机）+G煤H%煤+2/18（V风¢18/22.4+G煤H2O%煤） /1000Fe% 56/2307.18(0.026%+0.3%)+145×2.35%+2/18(1200×1.493%×18/22.4+145×0.83%） ×0.35×0.9/（1000×95.14%）0.06rd¢0.450.060.39式中 氢在高炉内的利用率，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0.851.0，本计算取0.9 V风设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3GC铁1000×95.14%×12/56×0.3979.51kg故 GC直GC锰GC硅GC磷GC铁直 0.055.570.4979.51 85.62kg风口前燃烧的碳量为：GC燃GC总GC生铁GC甲烷GC直 373.1641.13.7385.62 242.71 kg2、计算鼓风量V风（1）鼓风中氧的浓度为： N21%（1）0.5 21%（11.493%）0.5×1.493% 21.43%（2）GC燃燃烧需要氧的体积为：燃GC燃22.4/（2×12）242.17×22.4/（2×12）226.53 m3（3）煤粉带入氧的体积为：煤G煤（O%煤H2O%16/18）22.4/32 145（2.33%0.83%16/18）22.4/32 3.11m3（4）需鼓风共给氧的体积为：风煤226.533.11223.42m3故 V风风/N223.42/21.43%1042.56m31.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算1、甲烷的体积（1）由燃料碳素生成的甲烷量为：碳GC甲烷22.4/123.73×22.4/126.96m3（2）焦炭挥发份中的甲烷量为：焦G焦CH4%焦22.4/16 307.18×0.017%×22.4/16 0.073m3故 6.960.0737.03m32、氢的体积（1）由鼓风中水分分解产生的氢量为：分V风1042.56×1.493%15.56m3（2）焦炭挥发份及有机物中的氢量为：焦G焦（H2%焦挥发H2%焦有机）22.4/2307.18×（0.026%0.3%）×22.4/211.22m3（3）煤粉分解产生的氢量为：煤G煤（H%煤H2O%煤2/18）22.4/2 145×（2.35%0.83%2/18）×22.4/2 39.66m3（4）炉缸煤气中氢的总生产量为：总分焦煤15.5611.2239.6666.44m3（5）生成甲烷消耗的氢量为：烷22×7.0314.06m3（6）参加间接还原消耗的氢量为：间总66.44×0.3523.25m3故 总熔间 66.4414.0623.25 29.13m33、二氧化碳的体积（1）由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2 还由矿石带入的Fe2O3的质量为：G矿Fe2O3%矿1596.11×67.22%1072.91kg参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：还总（1）2/22.4 66.44×0.35×（10.9）×2/22.4 0.21kg由氢还原Fe2O3的质量为：¢还160/20.21×160/216.8kg由CO还原的质量为：²¢1072.9116.81056.11kg故 VCO还¢²22.4/1601056.11×22.4/160147.86m3（2）由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：还²1000Fe%1rd¢22.4/56 951.4×10.390.0622.4/56 209.31m3（3）石灰石分解产生的CO2量为：分G熔CO2%熔×22.4/4413.14×42.43%×22.4/442.84m3（4）焦炭挥发份中的CO2量为：挥G焦CO2%焦22.4/44307.18×0.15%×22.4/440.2m3故 VCO还¢还²分挥 147.86209.312.840.2 360.21m34、一氧化碳的体积VCO（1）风口前碳素燃烧生成CO量为：VCO燃GC燃22.4/12242.71×22.4/12453.1m3（2）直接还原生成CO量为：VCO直GC直22.4/1285.62×22.4/12159.82m3（3）焦炭挥发份中CO量为：VCO挥G焦CO%22.4/28307.18×0.16%×22.4/280.39m3（4）间接还原消耗的CO量为：VCO间VCO还¢还²147.86209.31357.17m3故 VCOVCO燃VCO直VCO挥VCO间 453.1159.820.39357.17 256.14m35、氮气的体积（1）鼓风带入的N2量为：风V风（1）N2%风 1042.56×（11.493%）×79% 811.33m3（2）焦炭带入的N2量为焦G焦（N2%焦挥发N2%有机）22.4/28 307.18×（0.077%0.25%）×22.4/28 0.80m3（3）煤粉带入的N2量为煤G煤N2%煤22.4/28145×0.46%×22.4/280.53m3故 风焦煤811.330.800.53812.66m3煤气成分见表1.10表1.10 煤气成分CO2CON2H2CH4体积，m3360.21256.14812.6629.137.031465.17%24.5817.4855.471.990.48100.001.3.3 编制物料平衡表1、鼓风质量的计算1m3鼓风的质量为：r风0.21（1）320.79（1）2818/22.4 0.21×0.985 ×320.79×0.985×2818×1.493%/22.4 1.28kg/m3鼓风的质量为：G风V风r风104
