年產(chǎn)值剛生鐵450噸的高爐車間中高爐內型設計

課程設計說明書題目名稱：年產(chǎn)值鋼生鐵450噸的高爐車間中高爐內型設計系部：機械系工程系專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：完成日期：2014.6.20新疆工程學院課程設計評定意見設計題目系部專業(yè)班級學生姓名評定意見：學生學號評定成績：指導教師（簽名）：年月曰新疆工程學院系（部）課程設計任務書學年學期年月日專業(yè)班級課程名稱設計題目指導教師起止時間周數(shù)設計地點設計目的：設計任務或主要技術指標：設計進度與要求：主要參考書及參考資料：教研室主任（簽名）系（部）主任（簽名）目錄tTOC\o"1-5"\h\z刖言1配料計算方法3配料計算原始條件3噸鐵簡易配料計算5物料平衡計算方法10物料平衡計算的原始條件10噸鐵物料平衡計算10高爐內型設計方法15爐缸15爐腹16爐身17爐腰17爐喉17死鐵層厚度18高爐內型計算1821高爐內型圖2021參考資料、前言近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，在基礎設施建設房地產(chǎn)，汽車，家電，機電等行業(yè)的帶動下我國煉鐵工業(yè)也處于高速發(fā)展階段，2007年全國生鐵產(chǎn)量達到4.6944億t,比上年度增長15.19%，占世界總產(chǎn)量的49.74%,08年全國生鐵產(chǎn)量4.7067億t，煉鐵生產(chǎn)能力超過6億t,09年全國生鐵產(chǎn)量達5.4375億t，但有6000萬t/年的生產(chǎn)能力居于淘汰之列（主要是300m3以下容積小高爐）。在產(chǎn)量不斷增長的同時，我國的高爐煉鐵技術也取得了較大的進步，入爐焦比和煉鐵工序能耗不斷下降，噴煤比、熱風溫度和利用系數(shù)也不斷提高，高爐操作技術也日趨成熟，各項技術經(jīng)濟指標得到進一步改善。我國現(xiàn)有高爐1300多座，大于1000m3以上容積的高爐有150多座。近年來，高爐大型化的步伐加快，寶鋼建成三座4000m3級的高爐，另外已建成和在建的7座4000m3級高爐以及首鋼曹妃甸2座5500m3高爐。大型高爐均采用了先進的技術裝備，一大批成熟高新技術和裝備的應用大大降低了生產(chǎn)成本和勞動強度，自動化程度也進一步提升，生產(chǎn)環(huán)境有了很大改善，企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益得到明顯提高。但是，目前我國只有寶鋼，武鋼，鞍鋼，沙鋼，首鋼等少數(shù)幾家鋼廠的技術裝備水平及產(chǎn)品結構、品質達到世界先進水品，大多數(shù)中小企業(yè)整體相對比較落后，因此我國煉鐵工業(yè)還有很長的路要走，需要大批有經(jīng)驗，懂理論，會技術的的建設者和接班人。我國煉鐵工業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度較低，全國近千家煉鐵企業(yè)，而年產(chǎn)生鐵能力大于500萬噸的21家企業(yè)產(chǎn)量不及總產(chǎn)量的40%。這說明，我國煉鐵工業(yè)是處于多種結構，不同層次，各種生產(chǎn)技術指標共存的發(fā)展階段。這個現(xiàn)狀對于我國煉鐵技術水平的提高和整個行業(yè)的發(fā)展十分不利，造成資源、能源的很大浪費并對環(huán)境造成很大破壞。所以，我國煉鐵企業(yè)要加快淘汰落后產(chǎn)能，加大自主創(chuàng)新和技術攻關的投入力度，增加高科技人才的引進，積極與科研院所和相關高校實施合作，通過多種渠道努力實現(xiàn)煉鐵企業(yè)的高效生產(chǎn)，使我國鋼鐵工業(yè)走向健康的可持續(xù)發(fā)展的道路。煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態(tài)一一礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質CO、H2、C；適宜溫度等）通過物化反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。高爐煉鐵是現(xiàn)代煉鐵的主要方法，鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。這種方法是由古代豎爐煉鐵發(fā)展、改進而成的。盡管世界各國研究發(fā)展了很多新的煉鐵法，但由于高爐煉鐵技術經(jīng)濟指標良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大,勞動生產(chǎn)率高，能耗低，這種方法生產(chǎn)的鐵仍占世界鐵總產(chǎn)量的95%以上。高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經(jīng)預熱的空氣。在高溫下焦炭(有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料)中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出，鐵礦石中不還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導出，經(jīng)除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。二、高爐配料計算配料計算方法高爐配料計算是根據(jù)冶煉條件、生鐵品種等原始數(shù)據(jù)，通過計算確定單位生鐵所需的礦石、溶劑、焦炭、噴吹物和其他附加物理量，以保證高爐合理的造渣制度與熱平衡計算的基礎。配料計算的方法很多，但其基本原則是一樣的，即加入爐內的爐料中各元素和化合物的總和應等于高爐產(chǎn)品中各元素和化合物的總和。下面我們介紹簡易配料計算。配料計算原始條件在簡易配料計算中，較比和噴吹物數(shù)量是根據(jù)冶煉條件直接選定的，礦石和溶劑數(shù)量需通過計算確定。如果生鐵中的含錳量有特殊要求而所用礦石不能滿足要求時，還要通過計算確定錳礦需要量。如果要求爐渣中含有含有一定得MgO，則還要通過計算確定白云石需要量。為了進行配料計算，需要現(xiàn)手機、整理一些資料：需要原料和燃料的全分析數(shù)據(jù)，并折算成100%。生鐵品種及其成分。參照國家標準，根據(jù)生產(chǎn)計劃和冶煉條件確定生鐵品種機器主要成分含量。（3）確定礦石配比。根據(jù)礦石供應情況和造渣制度的要求等，選定適宜的配礦比。（4）確定焦比。課根據(jù)實際冶煉焦比來確定，在噴吹條件行下，還應結合選定的噴吹燃料量。（5）各種元素在生鐵、爐渣和煤氣見的分配率。課按實際生產(chǎn)經(jīng)驗來確定。（6）爐渣成分。根據(jù)所煉鐵種選定合適的爐渣堿度。確定原始條件（1）原料主要成分：混合礦原料成分表（％）名稱TFeFeOCaOSiO2—MgOAl2O3MnOSPFe2O3燒損混合礦55.398.4710.027.982.060.910.230.0240.03569.720.26石灰石原料成分表（％）名稱TFeFeOCaOSiO2—MgOAl2O3MnOSPFe2O3燒損石灰石0.610.81455.231.380.350.260.010.00444.58焦炭成分表（％）固定碳灰分有機物揮發(fā)分全S量水分TFe86.0612.061.140.740.584.21.06焦炭灰分含量表（％）FeO^-3SiO2CaOMgOAlO^-3MnOPO1.085.890.600.154.080.150.11焦炭揮發(fā)分和有機物含量表（％）成分CO2COCH4H2N2S揮發(fā)分0.260.270.030.040.14有機物0.30.30.54煤粉成分表（%）CH2N2O2HO2S灰分（12.14）SiO2—AlO^-3—CaOMgOFeOMeO76.924.280.983.971.510.206.862.970.680.171.100.36（2）元素分配率各種元素的分配率（%）元素FeMnSP生鐵99.8707100爐渣0.230850煤氣0080（3）煉鋼生鐵成分煉鋼生鐵成分（%）FeSiCSPMn94.4780.5504.380.0220.070.500爐渣堿度日=CaO/SiO=1.352焦比391kg/t；煤比110kg/t；噸鐵簡易配料計算以1t生鐵作為計算單位，進行計算如下：（1）根據(jù)鐵平衡求鐵礦石需要量。焦炭帶入的Fe量：391x0.0106=4.14kg煤粉帶入的Fe量：110x0.0110x56/72=0.94kg進入爐渣的Fe量：944.78x0.002/0.998=1.89kg（相當于FeO量為2.43kg）需要混合礦量：（944.78-4.14-0.94+1.89）/0.5539=1699.92kg（2）根據(jù)堿度平衡求石灰石用量?；旌系V帶入的CaO量：1699.92x0.1002=170.33kg焦炭帶入的CaO量：391x0.006x0.1206=0.2829kg煤粉帶入的CaO量：110x0.0068=0.748kg共帶入的CaO量：170.33+0.2829+0.748=171.36kg混合礦帶入的SiO量：1699.92x0.0798=135.65kg2焦炭帶入的SiO量：391x0.1206x0.0589=2.78kg2煤粉帶入的SiO量：110x0.0686=7.55kg2共帶入的SiO量：136.6+2.77+7.65=145.89kg2還原Si消耗的SiO2量：5.5x60/28=11.79kg石灰石用量：[(145.88-11.78)x1.35-173.36]/(0.0589-0.0138x1.35)=240.15kg考慮到機械損失和水分損失含量，則每噸生鐵的原料實際用量列于下表：每噸生鐵的原料實際用量名稱干料用料/kg機械損失/%水分含量/%實際用量/kg混合料1699.9231750.92石灰石240.151240.55焦炭39124414.46合計2331.072407.93終渣成分。終渣S量：爐料全部含S量：1699.92x0.00024+391x0.0058+110x0.002+240.15x0.0001=2.92kg進入生鐵含S量：0.22kg進入煤氣S量：2.29x0.08=0.23kg進入爐渣S量：2.92-0.22-0.23=2.47kg由于分析得到Ca2+都折算成CaO，而其中一部分Ca2+以CaO形式存在。CaS

與CaO的質量差為S/2,為了質量平衡，Ca2+仍以CaO存在計算，而S則只算S/2。終渣FeO量：2.43kg終渣MnO量：1699.92x0.0023x0.3=1.17kg終渣SiO量：145.88-11.78=134.09kg2終渣CaO量：185.51kg終渣Al2O3量：1699.92x0.0091+391x0.0408x0.1206+110x0.0297+240.15x0.0027=21.31kg終渣MgO量：1669.92x0.0206+391x0.1206x0.015+110x0.0017+240.15x0.0035=36.75kg終渣成分見下表：終渣成分成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS/2ER質量/kg134.0921.31185.5136.751.172.431.23382.51質量分數(shù)/%35.065.5748.499.610.310.630.321.35生鐵成分校核。生鐵含P量：1699.92x0.00035+391x0.1206x1.1x62/142+240.15x0.00004=23.25kgw(p)=23.25/1000=0.02325%生鐵含S量：w(s)=0.023%生鐵含Si量：w(si)=0.550%生鐵含Mn量：w(Mn)=1.17x0.7/0.3x55/71x100/1000=0.233%生鐵含F(xiàn)e量：w(Fe)=94.478%生鐵含C量：w(C)=100%-0.023%-0.055%-0.23%-94.478%=4.692%最終生鐵成分見下表：最終生鐵成分成分SiMnSPCFeE質量分數(shù)/%0.0230.5500.230.02334.69294.48100.00校驗結果與原設生鐵成分相符合。當計算中生鐵成分不符合時，可在鐵種合理范圍之內變更C量，否則需重新給定生鐵成分，重算一遍。三、高爐物料平衡計算物料平衡計算方法高爐物料平衡是在配料計算的基礎上編算的，計算內容包括風量、煤氣量計算，然后根據(jù)加入高爐的物料與高爐出來的物料應收支平衡的原則編算物料平衡表，它能幫助我們了解高爐冶煉的物理化學反應，檢查配料計算是否真確，校核高爐冷風流量表的數(shù)據(jù)，核定煤量和煤氣成分，并能幫助檢查現(xiàn)場稱量的準確性，進一步為高爐的熱平衡計算做準備。高爐物料平衡的計算方法有兩種，即一般物料平衡計算法與現(xiàn)場物料平衡計算法。一般物料平衡計算用于高爐配料計算的設計階段的工藝計算；現(xiàn)場物料平衡計算用實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)做物料平衡，用來檢查和校核入爐物料和產(chǎn)品稱量的準確性等。我們以前面配料計算的原始數(shù)據(jù)為基礎，則物料平衡的計算如下。原始條件的確定（1）直接還原度七二0.48（2）鼓風濕度f=1.05%（3）假定入爐碳量中0.5%的碳與^反應生成CH4（純焦冶煉可取0.5%-1.0%，噴吹燃料時取1.2%）噸鐵物料平衡計算物料平衡計算的步驟為：（1）風口前燃燒的碳量。焦炭帶入固定碳量：391x0.8606=336.49kg煤粉帶入固定碳量：110x0.7692=84.61kg共計燃燒碳量：336.49+84.61=421.11kg生成CH的碳量：392.67x0.012=5.05kg4溶于生鐵的碳量：0.0438x1000=43.8kg還原Mn消耗的碳量：0.005x1000x（12/55）=1.09kg還原Si消耗的碳量：0.005x1000x（24/28）=4.71kg還原P消耗的碳量：0.0007x1000x（60/62）=0.67kg還原Fe消耗的碳量：0.9447x1000x0.48x（12/56）=97.18kg直接還原消耗的碳量：1.09+4.71+0.67+97.18=103.15kg風口前燃燒的碳量：m風=421.11-5.05-43.8-103.65=268.6kgm風占入爐總碳量的質量分數(shù)：(286.6/421.11)x100%=63.79%根據(jù)碳平衡計算風量。1m2鼓風中氧的濃度：0.21x0.985+0.5x0.0105=0.21m3風口前燃燒碳需氧量：268.6x22.4/(2x12)=214.88m3煤粉可供給：110x(0.0397/32+0.0151/36)x22.4=4.09m3則每噸生鐵鼓風量V風=(214.88-4.09)/0.21=983.18m3計算煤氣各組分的體積和成分。CH4體積：有燃燒碳素生成CH4量：4.71x(22.4/12)=8.80m3焦炭揮發(fā)分CH4量：391x0.0003x(22.4/16)=0.16m3進入煤氣的CH量：8.8+0.16=8.95m34史體積：由鼓風中水分分解出的H量：983.18x0.015=14.75m32焦炭揮發(fā)分及有機物中的H2量：391x(0.0004+0.003)x(22.4/2)=14.89m3煤粉分解出的史量：110x(0.0428+0.0151/18)x(22.4/2)=48.87m3入爐總H量：14.75+14.89+48.87=78.51m32在噴吹條件下，參加還原反應的H2量為入爐總史量的40%，即：生成CH4的H2量：78.51x0.4=31.41m3進入煤氣的史量：78.51-31.41-17.58=29.52m3CO2體積由FeO還原FeO所生成的CO量：1699.92x0.6972x(22.4/160)二165.93m3232由FeO還原Fe所生成的CO2量：947.7x(1-0.48)x(22.4/56)=197.12m3由MnO2還原MnO所生成的CO2量：1699.92x(0.0023x87/103)x22.4/87=0.85m3另外，H2還參加還原反應，即相當于同體積的CO參加反應，所以，CO2生成量中應減去總計間接還原生成的CO量：165.93+197.12+0.85-31.41=332.49m32石灰石分解出的CO量：240.15x0.4458x22.4/44=54.52焦炭揮發(fā)分的CO2量：391x0.0026x22.4/44=0.52m3混合礦分解出的CO2量：1699.92x0.0026x22.4/44=2.25m3煤氣中總CO2量：332.48+54.5+0.5175+2.25=389.7403CO體積：風口前碳素燃燒生成的CO量：268.6x22.4/12=501.3903各種元素直接還原生成的CO量：103.65x22.4/12=193.4803焦炭揮發(fā)分中的CO量：391x0.0027x22.4/28=1.9703間接還原消耗的CO量為，則煤氣中總CO量：501.39+193.48+1.97-332.48=364.36034)*體積：鼓風中帶入的N量：983.18x(1-0.014)x0.79=765.83032焦炭帶入的*量：391x0.0048x22.4/28=1.503煤粉帶入的*量：110x0.0098x22.4/28=0.8603煤氣中總的*量：765.83+1.50+0.86=768.1903根據(jù)計算，列出煤氣成分如下表。煤氣成分成分CO2CON2H2CH4總計體積/03389.74364.36768.190.8519.121542.26體積分數(shù)/%25.2723.6349.810.051.24100.00計算物料質量和編制物料平衡表。計算鼓風質量：103鼓風質量：(0.21x0.985x32+0.79x0.985x28+0.015x18)/22.4=1.28kg/03全部鼓風質量：983.18x1.28=1258.7kg計算煤氣的質量：103的質量：(0.2527x44+0.2383x28+0.4981x28+0.0005x2+0.0012x16)/22.4=1.42kg全部煤氣質量：1542.26x1.42=2195.06kg計算水分質量：爐料帶入的水分：391x0.04=15.64kgH2還原生成的水分：34.41x18/22.4=25.24kg總計水分質量：15.64+25.24=40.88kg計算爐料機械損失：2407.93-2331.07-15.64=60.29kg根據(jù)上述計算，列出物料平衡如下表。物料平衡序號收入項/kg支出項/kg絕對誤差/kg相對誤差/kg1原料2407.93生鐵10000.0230.00062鼓風1258.7爐渣382.513煤氣110煤氣2195.064水分50.885爐料機械損失60.29合計3776.633688.74一般平衡相對誤差允許在0.3%以下，所以計算是真確。2)高爐內型計算1、高爐內型的設計與計算的原始條件年產(chǎn)制鋼生鐵450萬噸的高爐車間。選定高爐座數(shù)為2座。我國高爐有效容積利用系數(shù)錯誤!未找到引用源。，高者可達3.0t/(m3.d)；該值從此范圍內選擇。我國高爐冶煉強度冶煉強度I，在中、小型高爐上超過了1.5t/(m3.d),大高爐也達到了1.1t/(m3.d)以上；爐缸截面燃燒強度i燃，一般為1.0?1.25t/(m3.d)。以上兩個值從上述范圍內自行選取。爐腹角一般為79?83。，爐身角一般取值為81.5。?85.5。之間。根據(jù)此范圍自行選取。大型高爐爐腰直徑D與爐缸直徑d的比值在：1.09?1.15之間；爐喉直徑4與爐腰直徑D的比值在：0.64?0.73之間。根據(jù)此范圍自行選取。高爐有效高度與爐腰直徑的比值(H/D)的取值根據(jù)“課程設計參考書2”u中表3-3選取。

設計年產(chǎn)量制鋼生鐵800萬噸的高爐車間。(1)確定年工作日：365X96%=351d日產(chǎn)量P總=450X104/351=12820.51t(2)定容積：選定高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)nv=2.0t/(m2?d)每座高爐日產(chǎn)量P="6410.26t每座高爐容積=P/nv=3205.13m3(4)爐缸尺寸:1)爐缸直徑。選定冶煉強度：I=2t/(mP="6410.26t每座高爐容積=P/nv=3205.13m3(4)爐缸尺寸:1)爐缸直徑。選定冶煉強度：I=2t/(m2T);爐缸界面燃燒強度：i.2。t/(m2T)d=0.23:籍二0.23「2X3205=13.02m取d=13m13燃\2校核V^3205"T=A—X1324=24.14合理2)爐缸高度。風口高度—,.p鐵d23.14X10X膘7.1X132=2-2m4bP取h=3.0mf風口數(shù)目n=2(d+2)=2X(13+2)=30個取n=30個風口結構尺寸選取a=0.4m則爐缸高度h=h+a=2.72+0.40=3.12m1f(4)死鐵層厚度：選取h=2.95m0爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度:選取D/d=1.