年产630万吨生铁的高炉炼铁车间工艺设计毕业设计说明书.doc

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1、年产630万吨生铁（其中炼钢生铁90%，铸造生铁10%）的高炉炼铁车间工艺设计专 业：冶金工程专业 设计总说明钢铁厂一般是指具有炼铁、炼钢及轧钢的完整生产周期的冶金工厂。高炉炼铁车间是为炼钢提供原材料的车间组织。本次毕业设计的题目为设计一座年产630万吨生铁（其中炼钢生铁90%，铸造生铁10%）的高炉炼铁车间工艺设计，本设计采用一系列先进工艺，如全冷却壁，碳砖、炉底高铝砖综合炉底，高炉长寿技术，富氧喷煤等。本设计的主要任务包括高炉配料计算、高炉本体设计、料运系统方案设计、高炉炉顶设备设计、高炉鼓风机的选择、热风炉设计计算、渣铁处理系统及煤气处理系统设计及其车间平面布置等几大部分，并对部分工艺流

2、程进行了说明。本设计涉及到的计算部分为高炉配料计算、高炉内型计算、高炉砌砖计算以及鼓风机和外燃式热风炉的相关计算。其中高炉设计部分和热风炉设计部分是本次设计的主要部分。本设计涉及到的设备选择包括高炉设备的选择、高炉供料系统的设备选择、鼓风机的选择、渣铁处理系统及煤气处理系统设备选择。我希望，所采用的先进技术能是高炉实现高产、优质、低耗、长寿、环保的生产目标。关键词：高炉,热风炉,工艺设计,设备ANNUAL OUTPUT OF 6.3 MILLION TONS OF PIG IRON BLAST FURNACE IRONMAKING WORKSHOP PROCESS DESIGN (OF WHI

3、CH 90% IS STEEL-MAKING PIG IRON, AND 10% IS CAST IRON ) Specialty:Metallurgical Engineering Director:Yang ShuangpingDesign DescriptionGenerally refers to a steel plant iron, steel making and rolling of the complete production cycle of metallurgical plants. Blast furnace steel plant with raw material

4、s for the workshop organizationThe subject of this graduation project for the design of an annual output of 6.3million tons of pig iron (including steel-making pig iron 90%, cast iron 10%) of the blast furnace plant process design. This design uses a series of advanced technology, such as whole cool

5、ing wall, carbon bricks, high alumina bricks integrated bottom bottom, blast furnace technology, enriched PCI, etc.the main task of this design include the blast furnace burden calculation, blast furnace body design, material transport system design, equipment design, blast furnace, blast furnace bl

6、ower selection, design and calculation of hot stove, iron slag processing systems and gas handling system design and plant layout and so few parts, and part of the process are described.The design part involves the calculation of blast furnace burden calculation, computing blast furnace, blast furna

7、ce blowers and brick computing, and the related calculation of internal combustion stove. Part and the hot blast stove blast furnace design in which the design part is the main part of this design.The design options related to the equipment, including blast furnace equipment selection, blast furnace

8、 feed system, equipment selection, the choice of blower, iron slag processing systems and gas handling system equipment selection. I hope that advanced technology can be used in a blast furnace to achieve high yield, high quality low; longevity, environmental protection, the production target.Key wo

9、rds: blast furnace, stove,process design, equipment 第iv页目 录前 言11 高炉配料计算21.1 原始资料21.1.1 矿石的选配41.2 原始资料的整理41.3 冶炼条件的确定41.4.2 煤气的成分和数量计算121.4.3物料平衡表的编制151.5 热平衡161.5.1 计算热量收入项161.5.2 计算热量支出项171.5.3 根据以上计算列出热量平衡表201.5.4 高炉热工指标的分析212 高炉本体设计222.1 高炉内型相关计算222.2 高炉内衬设计252.2.1炉底252.2.2炉缸262.2.3炉腹262.2.4炉腰272

10、.2.5炉身272.3 高炉炉壳和高炉基础322.3.1高炉炉壳322.3.2高炉基础332.4炉体设备342.4.1 炉体冷却设备342.4.2 风口水套352.4.3 铁口套352.4.4炉喉钢砖352.4.5 炉顶保护板353 料运系统计算及装料布料设备363.1贮矿槽363.1.1 平面布置363.1.2 槽上运输方式363.1.3 储矿槽工艺参数363.1.4 槽下供料363.2 料坑设备373.3 碎焦运送设施383.4 上料设备384 高炉鼓风机的选择394.1 高炉鼓风量及鼓风压力的确定394.1.1 高炉入炉风量394.1.2 鼓风机出口风量394.1.3 高炉鼓风压力404

11、.2 高炉鼓风机能力的确定404.2.1 大气状况对高炉鼓风的影响404.2.2 鼓风机工况的计算404.2.3 鼓风机的选择414.3 高炉鼓风机的工艺过程425 热风炉435.1 计算的原始数据435.2 燃烧计算445.2.1 煤气成分换算445.2.2 煤气发热值计算445.2.3 燃烧1标米3煤气的空气需要量455.2.4燃烧1标米3煤气生成的烟气量灰分分组成455.2.5理论燃烧温度和实际燃烧温度计算465.3 热平衡计算485.3.1 计算鼓风从80提高到1200所增加的热含量485.3.2 加热1标米3鼓风需要的煤气量485.3.3 煤气消耗量及烟气量485.4 蓄热室热工计算

12、495.4.1 热工计算的原始条件515.4.2 蓄热室各部位的烟气及鼓风温度525.4.3 蓄热室面积及各段砖格子高度的计算535.4.4 蓄热室面积及蓄热室各段高度的调整555.5 热风炉的蓄热面积指标556 风口平台及渣铁处理系统576.1 风口平台和出铁场布置576.1.1 铁口及出铁场数目的确定576.1.2 渣、铁沟及其流嘴布置586.2 风口平台和出铁场设备586.2.1 泥炮586.2.2 开铁口机596.2.3堵渣口机596.2.4炉前吊车606.2.5铁水罐车606.2.6渣罐车616.3 风口平台和出铁场结构626.3.1风口平台626.3.2 出铁场626.4铁水处理6

13、26.5 渣的处理627 高炉煤气处理系统647.1 工艺流程647.2 煤气除尘设备647.2.1 粗除尘设备重力除尘器647.2.2 精细除尘设备布袋除尘器657.2.3 脱水器657.3 煤气除尘系统附属设备667.3.1 粗煤气管道667.3.2 调节阀组667.3.3 煤气遮断阀667.3.4 煤气放散阀668 高炉喷吹煤粉系统678.1 喷煤系统678.2 喷吹工艺678.3 主要设备688.3.1 混合器688.3.2 分配器688.3.3 喷煤枪688.3.4 喷氧枪689部分车间布置与总图运输699.1 车间平面布置699.2厂区的选择699.3 总图运输6910参考文献70

14、致 谢71专题 添加微量纳米铜粉在冶金制件烧结时的作用72 前 言毕业设计是大学学习过程中的最后一个环节，对每个大学生的学习能力和以后的工作实践能力都会有很大的帮助与提高。毕业设计是为了更好地将理论和实践结合起来，达到学以致用的目的。本设计说明书是编者赴陕西省汉中钢铁集团有限公司实习后，经杨双平老师悉心指导的年产630万吨生铁的高炉的工艺设计说明书。本设计参照了近年来国内外炼铁工艺方面的资料。 本设计说明书着重以工艺角度论述生铁冶炼工艺所涉及的基本流程和主要设备的基本结构，工作原理设计原则及设计方法。本设计说明书的设计原则是，拟建两座高炉其中每座高炉有效容积3172m3，尽可能采用通用的工艺和

15、技术，关键工艺装备水平达到国家同类型高炉水平，本设计说明书主要包括高炉配料计算、高炉本体设计、料运系统方案设计、高炉炉顶、高炉鼓风机、外燃式热风炉、渣铁处理系统及煤气处理系统设计等几大部分，同时对炼铁的其他工艺流程式进行了设计说明。其中高炉配料计算，先从原料入手，对各种原料的化学分析结果进行成分处理。接着进行高炉配料计算，包括产品方案的确定，对物料平衡的计算，生铁炉渣性能指标的计算及校核等。高炉部分包括高炉的选型及高炉内型的计算，配砖的计算，冷却设备及本体结构设计等，热风炉部分包括热工计算，结构设计。这两部分作为炼铁设计的主体部分。其它工艺流程包括出铁场的设计，渣铁处理系统，高炉鼓风机，煤气处

16、理系统的工艺设计及主要设备的选型。车间平面布置及总图运输方案，以联合企业为背景，尽量使车间布置趋向合理。 本设计说明书附有高炉砖量图，热风炉剖面图，车间平面布置图各一张。由于编者缺乏实作和经验，如有疏忽和错误，还望见谅和批评指正！1 高炉配料计算1.1 原始资料配料计算所需的铁矿石、炉尘、及喷吹物的整理成分见表1-1、表1-2、表1-3、表1-4、表1-5。表1-1 球团矿和烧结矿的化学成分（%）类 型TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPMnO烧结矿53.199.246.1913.392.891.670.040.021.11球团矿61.220.758.121.20.911.480.0

17、280.0351.47表1-2 块矿的化学成份（%）TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPMnO59.551.744.391.360.042.130.0220.0230.88表1-3 焦炭工业分析表（%）固定炭灰份挥发份硫合计游离水87.469.941.170.871003.2表1-4 燃料灰份分析表（%）MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO合计焦炭0.9549.9934.090.373.020.881.249.46100煤粉1.0348.3135.820.303.682.980.936.95100表1-5 焦炭挥发份成分（%）CO2COH2CH4N2合计34.

18、237.86418100表1-6 煤粉成分（%）CAd灰分SH2O合计75.738.004.040.261.85100表1-7 生铁成分表（%）SiMnPCFeS合计0.320.940.1454.0194.550.035100表1-8 炉渣成分表（%）MgOSiO2Al2O3BaOCaOFeOS/2MnO合计8.1436.139.933.7238.910.900.931.34100表1-9 炉顶煤气成分表（%）CO2COH2CH4N2合计17.125.31.30.655.7100表1-10 炉尘分析表（%）TFePSFe2O3FeOCaOSiO2Al2O3MnOMgOBaO烧损合计重力尘41.

19、420.040.4051.457.018.308.612.611.121.970.8417.6415.78100文氏尘44.670.040.4056.627.038.248.632.111.032.030.9012.9714.61001.1.1 矿石的选配 高炉使用多种矿石冶炼时，应根据矿石的供应量及炉渣成分和渣量的要求选择适当的比例，本设计选用60%的烧结矿和30%的球团矿，10%的块矿。为计算方便，求出混合矿的成分，计算时看作单一矿石。在选配矿石时，应注意检查矿石含磷量不得超过生铁含磷量。冶炼铸铁时还应检查矿石含锰量是否满足生铁的要求，否则应加锰矿。注：烧结矿：球团矿：生矿60：30：10

20、1.2 原始资料的整理配料计算所需的铁矿石、熔剂、炉尘及喷吹物等的整理成分如下表1-11，表1-12，表1-13，表1-14。表1-11 原料整理后的成分TFePSFeOFe2O3SiO2CaO烧结矿53.190.020.049.2465.786.1913.39球团矿61.220.0350.0280.7586.708.120.8块矿60.050.0280.0271.7485.355.231.76混合矿56.330.0120.0345.9374.036.458.45 MgOAl2O3P2O5S/2MnO烧损合计2.891.670.0460.021.110100.000.661.370.080.0

21、141.470100.000.292.380.0640.0140.932.242100.001.961.660.060.021.20.22100.001.3 冶炼条件的确定根据冶炼铁种和原燃料成分，除确定矿石的配比外，尚需要定炉渣碱度、焦比、喷物数量、尘、铁成分与各种元素在渣铁中的分配比 。（1）各种元素在炉渣、煤气、和生铁中的分配比如下表1-12表1-12 各种元素在炉渣、煤气、和生铁中的分配比产品FeMnPS生铁0.9970.701.000.02炉渣0.0030.3000.98煤气0000.05（2）预定生铁成分，见表1-13：表1-13 预定生铁成分SiPCFeSMn合计0.320.14

22、54.0194.550.0350.94100（3）燃料使用量的假定：湿焦比为480kg/吨铁； 焦炭与喷吹燃料中总碳量的1.2与H2生成CH4；煤粉喷吹量为150 kg /吨铁；碎铁使用量为20 kg /吨铁；选择的炉渣碱度CaO/SiO2=1.0；冶炼强度i= 2.0吨焦/立方米昼夜；热风温度t=1200，鼓风湿度=1；炉尘吹出量为15 kg /吨铁；直接还原度d=0.45；炉顶煤气温度tr=200 (4) 根据铁平衡求铁矿石的量 焦炭带入的铁量： Fe2O32Fe FeOFe 159.70 111.70 71.55 55.85 0.0088 X1 0.0946 X2 故 X1=0.0061

23、6 X2=0.0738 所以焦炭带入的铁量：m(Fe)j=480（1-0.032）0.0994（0.00616+0.0738）=3.68（）矿石的需求量：其中煤粉带入的铁量（1t生铁）m（Fe）me Fe2O32Fe FeOFe 159.70 111.70 71.55 55.85 0.0298 X1 0.0695 X2 故 X1=0.021 X2=0.054 所以煤粉带入的铁量m（Fe）me=1500.0404（0.021+0.054）=0.455（） （生铁）=100094.55%=945.5 （炉渣）=945.50.003/0.997=2.845 （炉尘）=150.4142=6.213 F

24、em（碎铁）=200.85=17故 669式中：矿石的需要量，kg/t(铁)；进入生铁的铁量，kg/t(铁)；进入炉渣的铁量 ，kg/t(铁)；进入炉尘的铁量 ，kg/t(铁)；焦炭带入的铁量 ，kg/t(铁)；煤粉带入的铁量 ，g/t(铁)；矿石的含铁量 ，kg/t(铁)。 Fem碎铁带入的铁量，kg/t(铁)。(5) 据氧化钙的平衡求石灰石的需要量 炉渣碱度=1.0。 =(16690.06745）+480(1-0.032)0.09940.4999+（200.09）+（1500.04040.4831）1.0/(0.5278-1.00.0162)-3.260/28+150.08611.0/(0

25、.5278-1.00.0162)-16690.0845+480(1-0.032)0.09940.0302/(0.5278-1.00.0162)-300+1500.04040.0368-150.083/(0.5278-1.00.0162)=6故石灰石的用量为0式中： 熔剂的需要量 ，kg/t(铁)；矿石所带入的SiO2量， kg/t(铁)；矿石所带入的CaO量 ，kg/t(铁)；焦炭所带入的SiO2量 ，kg/t(铁)；焦炭所带入的CaO量 ， kg/t(铁)；煤粉所带入的SiO2量 ， kg/t(铁)；煤粉所带入的CaO量 ， kg/t(铁）；还原硅所消耗的CaO量， kg/t(铁)；炉尘所带

26、走的SiO2量 ， kg/t(铁)； 炉尘所带走的CaO量 ， kg/t(铁)；熔剂中SiO2含量 ，%； 熔剂中CaO含量 %；炉渣碱度。在计算时要考虑机械损失，一般原料机械损失列于下表1-14：表1-14 原燃料的机械损失原、燃料机械损失 %矿 石熔 剂焦 炭211每吨生铁原燃料的实际消耗量见下表1-15。表1-15 生铁原燃料的实际消耗量原、燃料理论消耗量Kg/t机械损失（%）水分（%）实际消耗量 Kg/t混 合 矿焦 炭碎铁石灰石1669480(1-0.032)=4652062101032001703.00485.3920.006.06总 计21602214.45(6)炉渣成分和数量的

27、计算进入炉渣的全部硫量:=16690.0002+60.00012+480(1-0.032)0.0087+480(1-0.032)0.09940.012432/80+(1500.0026+1500.04040.009332/80)+0-0.35-150.0040-16690.0002+60.00012+(480(1-0.032)0.0087+480(1-0.032)0.09940.012432/80)+(480(1-0.032)0.0087+480(1-0.032)0.09940.012432/80)0.05=4.60kg进入炉渣的FeO量:=Fe=945.5=3.66kg进入炉渣的SiO2量:

28、 =16690.0675+480(1-0.032)0.09940.4999+200.09+1500.04040.4831-3.2-150.083 =132.37进入炉渣的CaO量:=16690.0845+480(1-0.032)0.09940.0302+200+1500.04040.0368+0-150.083=144.57进入炉渣的MgO量: =16690.025+480(1-0.032)0.09940.0095+200+1500.04040.0103+0-150.0197 =42.01进入炉渣的Al2O3量: =16690.0166+480(1-0.032)0.09940.3409+200

29、.03+1500.04040.3582+0-150.0261 =45.90进入炉渣的MnO量： =16690.0120.3/0.771/55 =11.08综上述计算，最终炉渣成分列于下表1-16。表1-16 炉渣成分与数量化学组成SiO2Al2O3CaOMgOFeO重量（kg）132.3745.90144.5742.013.66成分（%）34.5011.9137.6110.950.95SMnO合计4.0711.08383.591.1 1.401.062.81100.00(7) 铁成分的确定生铁含磷量的计算:=0.11%生铁含硫量的计算: =0.350.1% =0.035%生铁含硅按假定的0.3

30、2%生铁含锰量 =11.08 =0.86%生铁含铁量94.55%生铁含碳量Ct=100%-Pt-St-Sit-Mnt-Fet=(100.00-0.11-0.035-0.86-0.32-94.55)%=4.115%故生铁的最终成分见表1-17。表1-17 生铁的最终成分表成分SiMnSPCFe合计含量（%）0.320.860.0350.114.11594.55100.00计算结果与预定基本符合.1.4 物料平衡1.4.1 根据碳平衡计算风量(1)风口前燃烧的总碳量炉料带入的碳量可按下式计算： =517.32kg式中 炉料带入的碳量；焦炭带入的碳量；煤粉带入的碳量；炉尘带走的碳量。生成甲烷的碳量:

31、517.320.012=6.21溶于生铁的碳量:Ct=Ct1000=4.88%1000=48.8kg 还原锰消耗的碳量: CMn=9.412/55=2.05kg还原硅消耗的碳量:CSi=3.22.74kg 还原铁消耗的碳量:CFe=（945.5-200.85）0.45=89.53kg 还原磷消耗的碳量:CP=0.540.52kg则直接还原消耗的碳量:=2.05+2.74+89.53+0.52=94.84风口前燃烧的量:Cf=Clu-Cd-CCH4-Ct=517.32-94.84-6.21-48.8+0.6=368.07（2）风量的计算鼓风中氧的浓度可按下式计算: N氧气=0.21=0.21(1

32、-0.01)+0.50.01=0.2129式中 N氧气鼓风中的氧的浓度; 鼓风中水分.风口前谈燃烧时的需氧量 ：其中煤粉供氧 则由鼓风供氧： 343.53-6.311=337.22则每吨生铁需要风量（包括喷煤粉所用的压缩空气量） 1.4.2 煤气的成分和数量计算(1)甲烷的计算由燃料碳素生产的甲烷：焦炭挥发分中的甲烷：则进入煤气中的甲烷为： (2)氢量的计算由鼓风中分解的氢：H2.f=Vf氢气=1663.030.01=16.63焦炭挥发分有机物中的氢： H2.j=煤粉分解出的氢：H2.me=在喷吹得条件下，一般有40%的氢参加还原，故氢气参加还原的总量为：H2.h生成甲烷的氢 H2=11.88

33、62=23.76则进入煤气中的氢：H2=16.63+3.65+58.968-31.7-23.76=23.79(3)二氧化碳的计算Fe2O3还原为FeO时，生成的CO2为：FeO还原为Fe时生成的CO2为： 石灰石分解出的二氧化碳为：60.42922.4/44=1.31混合矿分解的二氧化碳为： 焦炭挥发中的CO2： 则进入煤气的二氧化碳：(4) 一氧化碳的计算风口前燃烧的一氧化碳： 直接还原生成的一氧化碳： 焦炭挥发分中的一氧化碳： 间接还原消耗一氧化碳： 则进入煤气的一氧化碳：CO=700.45+177.73+1.64-339.03=540.79m3(5) 氮的计算鼓风带入的氮： 焦炭带入的氮

34、： 煤粉带入的氮： 则进入煤气的氮： 综上计算煤气的数量及成分见表1-18。表1-18 煤气的数量及成分化 学 成 分体 积（m3）体积分数（%）CO2343.6815.44CO540.7924.34N21302.1658.61H223.791.07CH411.880.54总 计2221.80100.001.4.3物料平衡表的编制(1) 鼓风重量的计算1m3鼓风的重量为 /m3则全部的鼓风重量=1663.031.28=2133.67kg(2) 煤气重量计算1m3煤气重量： 则全部煤气重量：2221.801.35=2999.44kg 氢参加还原生成的水为：则本计算的物料平衡见下表1-19。表1-

35、19 物料平衡表收入项目数量，kg支出项目数量，kg原燃料鼓风煤粉2214.452133.67150.00生铁煤气炉渣炉尘水分10002999.44383.5915.0025.47总计4498.12总计4422.82绝对误差75.30相对误差1.4%1.5 热平衡1.5.1 计算热量收入项（1）碳素氧化放热碳素氧化为1m3CO2放热： =17955kJ碳素氧化为1m3CO放热： = =5265kJ则碳氧化放出的总热量： =8925549.3kJ（2）鼓风带入的热量 = =2888285.4kJ（3）氢氧化为水放热 =31.725814.2 =343636.34kJ（4）成渣热炉料的碳酸盐或磷酸

36、盐中存在1CaO及MgO在高炉内生成为270kcal，混合矿中呈Ca3(PO4)2存在的CaO为： 16690.0006356/（312+165）=1.185混合矿中呈CaCO3形式存在的CaO为： 16690.002256/44=4.673熔剂中的（CaO+MgO）为： 6（0.5278+0.0132）=3.246则成渣热为： 270（1.185+4.673+3.246）4.2=10323.936kJ（5） 混合矿带入热：烧结矿带入热量：NCatta =16690.60.194004.2 =319646.88kJ则冶炼1t生铁的总热量收入为：8925549.3+2888285.4+34363

37、6.34+10323.936+319646.88=12487439.86kJ1.5.2 计算热量支出项（1）氧化物分解吸热 铁氧化物分解热：由于原料是熔剂结矿，可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁（2FeOSiO2形式存在，其余以Fe3O4形态存在，焦炭中FeO全部以2FeOSiO2存在。 分解1FeO（2FeOSiO2）需要973.33kcal FeO的分解热=22.87973.334.2=93492.240分解1Fe3O4需要1146.38kcal Fe3O4的分解热=（76.10+169.11）1146.384.2 =1180636.127kJ分解1Fe2O3需要1230.69kcal F

38、e2O3的分解热=1066.451230.694.2 =5512371.272kJ所以铁氧化物的总分解热为： 93492.24+1180636.127+5512371.272=6786499.639kJ 锰氧化物分解吸热： = =63517.02kJ 硅氧化物分解吸热： =99765.12kJ 磷酸盐的分解吸热： = =39454.8kJ（2）脱硫吸热： =32934.66kJ脱S消耗的热量= =（5.0185-0.06）1504.2 =31911.569kJ所以氧化分解和脱S消耗的总热量=6786499.639+63517.02+99765.12+39454.8+31911.569=7021148.148kJ（3） 碳酸盐的分解热： 由CaCO3分解出1CO2需要966kcal，由MgCO3分解出1CO2需要594kcal，由MnCO3分解出1CO2需要522kcal混合矿以MnCO3存在CO2量=16690.10.002944/71=0.30混合矿以CaCO3存在CO2量=16690.0022-0.30=3.372熔剂中以CaCO3存在CO2量=60.527844/56=2.488熔剂中以MgCO3存在CO2量=60.429-2.488=0.086 所以，碳酸盐的分解热=0.305224.2+（