1、年产300万吨生铁高炉设计资料年产300万 吨 生 铁 高 炉 设 计周英彪08020110251绪论 11.1高炉炼铁概述 仁1.2高炉生产主要经济技术指标 2.1.3高炉炉型发展趋势 3.2高炉配料计算 4.2.1配料计算的目的 4.2.2配料计算时需要确定的已知条件 4.2.3冶炼条件的确定 4.2.3.1根据铁平衡求铁矿石的需求量 52.3.2根据CaO的平衡求石灰石用量 6.2.3.3最终炉渣成分和数量计算 7.2.3.4最终生铁成分计算 8.2.4物料平衡 9.2.4.1根据C的平衡计算风量 9.2.4.2风量的计算 102.4.3炉顶煤气成分及数量的计算 112.4.4物料平衡表
2、的编制 1.32.5热平衡 14.2.5.1热量收入的计算 1.42.5.2热量支出项的计算 152.5.3热平衡表及能量利用评定 183高炉炉型设计 193.1高炉容积的确定 193.2高炉炉型及尺寸确定 19参考文献 23.1绪论1.1高炉炼铁概述1、高炉结构高炉是一种竖式的反应炉。现代高炉内型一般由圆柱体和截头圆锥体组成，由下而上分为 炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段。由于高炉炼铁是在高温下进行的，所以它的工作空间是 用耐火材料围砌而成，外面再用钢板作炉壳。炉臥炉#81炉底耐火材料；2炉壳；3生产后炉内砖衬侵蚀线； 4炉喉钢砖；5煤气导出管；6炉体夸衬；7带凸台镶砖冷却壁；8镶砖冷却壁；
3、9炉底碳砖；10炉底水冷管；11 光面冷却壁；12耐热基墩；13基座2、高炉炼铁原理及工艺流程示意图高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。 生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断 地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（ 10001300C）,喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的 碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通 过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与
4、加入炉 内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。高炉炼铁工艺 流程示意图见图1-2。图1-2高炉炼铁工艺流程示意图1.2高炉生产主要经济技术指标1、高炉有效容积利用系数（n）指高炉每立方米有效容积一昼夜生产合格铁水的吨数，单位为 t/（m3?d）。高炉有效容积系数昼夜合格生铁产量t高炉有效容积Vn是高炉冶炼的一个重要指标，n越大，其高炉生产率越高。小型高炉利用系数可达 2.83.2，大型高炉一般为2.02.5。2、焦比（K）每炼一吨生铁所消耗的焦炭量，单位为Kg/t-Fe。先进高炉焦
5、比为300400公斤/吨生铁。焦 炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。6、生铁合格率是评价高炉优质生产的主要指化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数, 标。7、炉龄炉龄的定义为两代高炉大修之间高炉实际运行的时间，即不计划中进行中小修而造成的休 风以及封炉时间。1.3高炉炉型发展趋势高炉的炉型随着高炉精料性能，冶炼工艺，高炉容积，炉衬结构，冷却形式的发展而演变， 高炉设计的理念也随着科学技术的进步和生产实践的进展而更新。总结国内外同类型容积高炉尺寸，原燃料条件，强化冶炼的矮胖型炉型已成为主要的炉型， 其优点如下：1、 适当矮胖，减小炉腹角，炉身角。较小的炉身角有利于受热膨胀后炉料下降
6、，较小的 炉腹角有利于煤气流的均匀分布，减小对炉腹生成渣皮的冲刷，保护炉腹冷却壁，延长其寿命。2、 加深死铁层厚度，有利于开通死料柱下部通道，从而减少出铁时铁水环流对炉衬的侵 蚀，提高炉底炉缸的寿命。同时较深的死铁层可多贮存铁水，保证炉缸有充足的热量储备，稳 定铁水的温度和成分。3、 加大炉缸的高度。可保证风口前有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充分燃烧及改善 高炉下部中心的透气性，有利于改善气体动力学条件。2高炉配料计算2.1配料计算的目的配料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和熔剂的用量，以配制 合适的炉渣成分和获得合格的生铁。2.2配料计算时需要确定的已知条件本设计所选
7、混合矿的组成为烧结矿：球团矿：生矿 =80： 16： 4。各矿物成分及计算后的混 合矿成分见表2-1。表2-1各矿物及混合矿成分（%）成分原料FePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO烧结矿52.7440.0390.03015.20058.4609.76010.1003.740球团矿49.6300.0440.10012.42057.10014.34010.2002.100天然矿62.5460.0520.11013.9673.843.960.740.29混合矿52.6370.040320.04414.705658.857610.2619.7423.340成分原料Al 2O3P2O5S/2K2O
8、Na2OMnO烧损合计烧结矿1.3650.0900.0150.3000.0500.9200100.00球团矿2.1200.1000.0500.2600.0601.0500.2100.00天然矿3.2000.1200.0550.2320.1032.1901.31100.00混合矿1.5590.0930.02220.2910.0540.9920.084100.002.3冶炼条件的确定设计中需要的各种成分如以下各表所示。表2-2 碎铁成分表成分FeSiO2Al 2O3C合计质量分数/%85.009.003.003.00100表2-3焦炭工业分析表成分固定碳灰分挥发分S合计有离水质量分数/%85.02
9、12.941.170.871003.2表2-4焦炭、煤粉灰分分析表成分MgOSiO2Al 2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO合计质量分数/%焦炭0.9549.934.090.373.020.881.249.46100煤粉1.0348.3135.820.303.682.980.936.95100表2-5焦炭挥发成分成分CO2COH2CH4N2合计质量分数/%34.237.86418100表2-6 煤粉成分表成分C灰分HONSH2O合计质量分数/%76.4911.183.516.010.600.361.85100表2-7 炉尘成分表成分FePSFe2O3FeOCaOC质量分数/%41.46
10、70.040.4051.457.018.3017.64成分SiO2MgOAl 2O3合计质量分数/%8.611.972.61100表2-8各种元素在炉渣、生铁和煤气中的分配率产品FeMnP生铁n0.9970.701.00炉渣卩0.0030.300.00煤气入000表2-9 生铁成分表成分SiMnPCFeS质量分数/ %0.350.940.083.6394.990.030100其它各种参数的选择1本设计所使用混合矿组成为，烧结矿：球团矿：生矿 =80 : 16 : 4；2、 湿焦比（1t生铁）为390kg/t;3、 煤粉喷吹量（1t生铁）为175kg/t;4、 碎铁使用量（1t生铁）为50kg/
11、t；5、 选择炉渣碱度 w（CaO）/w（SiO2）=1.05;6、 鼓风湿度巾=1.5%7、 炉尘吹出量为（1t生铁）为30kg/t;&直接还原度rd=0.49、 焦炭与喷吹燃料中总碳量的1%和H2生成CH4；10、 喷吹条件下，进入炉内的 H2有35%消耗于FeO还原成Fe的过程11、 热风温度T=1100C，炉顶煤气温度T=200C。2.3.1根据铁平衡求铁矿石的需求量1、焦炭带入的铁量(1) Fe2O3 2Fe112x故:x=0.006161600.0088(2)FeO Fe72560.0946y故：y=0.0735所以，焦炭带入的铁量m(Fe)j -390 1 -0.032 0.12
12、94 0.00616 0.0735=3.891 Kg2、矿石的需求量m Fe t m Fe za m Fe 一m Fe m -m Fe j -m Fe me式中:m Fe kQk 矿石的需求量（1t生铁），kgt;m（Fe）t 进入生铁的铁量（1t生铁），kgt; m（Fe）za 进入炉渣的铁量（1t生铁），kgt; m（Fe）ch 进入炉尘的铁量（1t生铁），kgt; m（Fe）M 碎铁带入的铁量（1t生铁），kgt; m（Fe）j 焦炭带入的铁量（1t生铁），kgt;m（Fe）me 煤粉带入的铁量（1t生铁），kgt; m（Fe）k 矿石含铁量（1t生铁），kgt;其中，m（Fe）me的计
13、算方法如下：(1) Fe2O3 159.72Fe111.7x故:x=0.0210.0298(2)FeO Fe71.7555.850.0695y故：y=0.054根据以上计算m(Fe)me= 175 0.118 0.021 0.054 = 1.4674 Kg所以0.003949.9 949.9 30 0.41467 -50 0.85 - 3.891 -1.4674Q“ .9970.52637=1742.776 Kg2.3.2根据CaO的平衡求石灰石用量表2-10 溶剂的成分表成分PSCaOMgOSiO2Al 2O3P2O5烧损质量分数/ %0.0140.01252.781.321.621.320
14、.0342.90100根据CaO的平衡求石灰石用量，本设计的碱度 w(CaO)/w(SiO2)= 1.05。石灰石的用量：m(SiO2)k +m(SQ)j +m(SQ)M +m(SiO2)me -m(SiO2)s -m(SiO2)chN ROQ lm(CaO)L - RO m(SiO2)L m(CaO) k m(CaO) j m(CaO)M m(CaO)me -m(CaO)chm(CaO)L - ROx m(SiO2)L1742.776 汇0.10261 +390 汉(1 0.032)汉 0.1294汉 0.4999 +50 汉 0.09+175汉 0.1118汉 0.4831 汉1.05 -
15、 0.5278-1.05x0.016260(3.5 30 0.0861) 1.0528 1742.776 0.09742 390 (1-0.032) 0.1294 0.03020.5278 -1.05 汉 0.0162 0.5278-1.05 汉 0.0162(50 0 175 0.1118 0.0368-30 0.083)0.5278-1.057.0162-93.6426 Kg式中：Ql 溶剂的需要量(1t生铁)，kgt；RO炉渣的碱度； m(SiQ)K 矿石所带入的SiO2量(1t生铁)，kgt； m(CaOK 矿石所带入的CaO量(1t生铁)，kgt； m(SiO)j 焦炭所带入的SiO
16、2量(1t生铁)，kgt； m(S i O)m 碎铁所带入的SiO2量(1t生铁)，kgt ； m(C a Om 碎铁所带入的CaO量(1t生铁)，kgt ； m(SiO2)me 煤粉所带入的SiO2量(1t生铁)，kgt； m(CaO)me 煤粉所带入的CaO量(1t生铁)，kgt ； m(SiO2)si 还原硅所消耗的SiO2量(1t生铁)，kgt；m(SiO2)ch 炉尘带走的 SiO2量( 1t生铁)，kgt;m(CaO)ch 炉尘带走的CaO量(1t生铁)，kgt； m(SiQ)L 溶剂中的 SiO2量(1t 生铁)，kgt； m(CaOL 溶剂中的CaO量(1t生铁)，kgt。在计
17、算时要考虑机械损失，一般原燃料的机械损失和生铁原料实际消耗量分别列于表 2-11和表2-12。表2-11原燃料的机械损失原燃料机械损失/ %原燃料机械损失/ %矿石2焦炭1溶剂1表2-12生铁原料实际消耗量原燃料理论消耗量/ kg机械损失/ %水分/ %实际消耗量/kg混合矿1738.168201772.931碎铁500050熔剂93.4221094.356焦炭41013.2427.22总计2291.592344.5072.3.3最终炉渣成分和数量计算1、进入炉渣的全部S量m(S)za =m(S)K m(S)L m(S)j m(S)me - m(S)t - m(S)ch= 1742.776 0
18、.00044 93.9426 0.00012 390 1 - 0.032 0.0087 390 1 - 0.0327.1294X 0.0124 汉32 +80175x 0.0036 +175x 0.1118x 0.0093汇孚 j 0.3 30汉 0.004、 80 丿=4.5876Kg式中：m(S)za 进入炉渣的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)K 矿石带入的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)L 溶剂带入的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)j焦炭带入的硫量(1t生铁)，kgt ； m(S)me煤粉带入的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)y 重油带入的硫量(1t生铁)，kgt； m(
19、S)t 进入生铁带入的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)ch 炉尘带走的硫量(1t生铁)，kgt； m(S)m 煤气带走的硫量(1t生铁)，kgt；2、进入炉渣的FeO量卩72m(FeO)za 二 m(Fe)矗-3.675 Kg3、进入炉渣的SiO2量m(SiO2)za 二 m(SiO2)k m(SiO2)M m(SiO2)me m(SiO2)j m SiO2 l - m(SiQ)t - m(SiO2)ch=1742.776 0.10261 50 0.09 175 0.1118 0.4831 390 1-0.032 0.12940.499 93.9426 0.0162 -1000 0.003
20、5 60/28 -30 0.0861= 208.637(kg)4、 进入炉渣的CaO量m(CaO)za = m(CaO)k m(CaO)j m(CaO)M mQaO) m(CaO)L - m(CaO)ch -171.2555 0.71992 49.5829-2.49-219.1(Kg)5、 进入炉渣的MgO量m(MgO)za =m(MgO)k m(MgO) j m(MgO)M m(MgO)me m(MgO)L - m(MgO)ch= 1742776 0.0334 390 (1 -0.032) 0.1294 0.0095 50 0175 0.1118 0.0103 93.9426 0.0132-
21、30 0.0197= 59.523(Kg)6、 进入炉渣的 AI2O3量m(Al2O3)za m(Al2O3)k m(Al2O3)j m(Al2Oa)me m(Al2Og) m(Al2Og)ch-1742.776 0.01559 390 (1 -0.032) 0.1294 0.3409 50 0.03175 0.1118 0.3582 93.9426 0.0132-30 0.0261 -52.788(Kg)7、 进入炉渣的MnO量m(Mn O)za =QK MnO= 1742.776 0.00992 0.3 = 5.186(kg)所以，炉渣成分与数量如表2-13。表2-13炉渣成分与数量化学成
22、分SiO2Al 2O3CaOMgOMnOFeOS合计CaO /SiO2CaO +MgO / SiO2质量/ kg 208/.63752.788219.159.5235.1713.6754.5876552.88161.051.336质量分数/ %37.709.5439.5910.760.930.660.83100.002.3.4最终生铁成分计算1、生铁含P量的计算m(P)k m(P)j m P me m(P)L -m(P)ch6214210001742.776 0.04032 390 (1 -0.032) 0.1294 0.00371000175 0.1118 0.003 93.9426 0.0
23、0014 -30 0.00041420.0812%式中：wPt 生铁含P量，%；mPk 矿石带入的磷量（1t生铁），kgt; mPj 焦炭带入的磷量（1t生铁），kgt ； m（P me煤粉带入的磷量（1t生铁），kgt ； mPL 溶剂带入的磷量（1t生铁），kgt ； mPch 炉尘带出的量（1t生铁），kgt。2、生铁含S量的计算wSt 二 m(S)t 100%10000.030%3、 生铁含Si量为0.35%4、 生铁含Mn量的计算。= 5.18655 0.7 100%X x71 0.3 1000= 0.937%5、 生铁含Fe量为94.99%6、 生铁含C的计算。wCt =100%
24、-wPt - WSt -wMnt - WSit -wFet= (100 -0.081 -0.03 -0.35 -0.937 -94.99)%3.612%所以，生铁的最终成分如表 2-14。表2-14 生铁的最终成分成分SiMnPCFeS质量分数/ %0.350.9370.08123.61294.990.031002.4物料平衡高炉物料平衡计算包括风量计算、煤气量计算以及编制物料平衡表。通过它可以进一步了解高炉反应过程的各种变化和检查有关计算 （配料计算、风量和煤气量计算）的正确性，同时也可以检查称量工作及其他工作的情况。2.4.1根据C的平衡计算风量1、风口前燃烧的总C量 炉料带入的C量：m（
25、C）Lu =m（C）j m（C）me m C m= 390 1 - 0.032 0.8502 175 0.7649 50 0.03 =4 5.4 1 （kg）式中：m（C）Lu 炉料带入的C量（1t生铁），kgt； m（C）j 焦炭带入的C量（1t生铁），kgt； m（C）me 煤粉带入的C量（1t生铁），kgt ； m（C）M 碎铁带入的C量（1t生铁），kgt； 消耗的铁量：(1)生成甲烷的C量：C 2H2 二CH4m(C)cH4 珂m(C)j m(C)me 1% =455.546 0.01 =4.555(kg)(2)溶于生铁中的C量：m(C)t =wCt 1000 = 3.612% 10
26、00 = 36.12(kg)(3)还原Mn消耗的C量：MnO C = Mn COm(C)Mn =wMn 1000 12/55 = 2.0 4kg)(4)还原Si消耗的C量：SQ 2C = Si 2COm(C)s =3.5 24/28 = 3.0(kg)(5)还原Fe消耗的C量：FeO C = Fe CO12m(C)Fe =(949.9 -50 0.85) 0.4 =77.777(kg)56(6)还原P消耗的C量：F2O5 5C =2P 5COm(C)p =0.0812% 1000 60/62 =0.786(kg)根据以上计算，得出直接还原消耗的 C量为：mC d =m(C)Mn mC si m
27、C Fe mC p= 2.044 3 77.777 0.786二 83.604( Kg)式中：m(C)Mn 还原Mn所消耗的C量；m(C)s 还原Si所消耗的C量； m(C)Fe 还原Fe所消耗的C量； m(C)p 还原P所消耗的C量。风口前燃烧的C量为：m(C)f m(C)Lu -m(C)d -m(C)ch4 -m(C)t - m(C) ch= 456.415 -83.604 -4.555 -36.12 -30 0.1764= 326.844 Kg式中：m(C)Lu 炉料带入的C量；m(C)d 直接还原消耗的C量；m(C)CH4 生成甲烷的C量； m(C)t 溶于生铁的C量； m(C)ch 炉尘带走的C量(1t生铁)，kgt。2.4.2风量的计算鼓风中氧的浓度：No? =0.21 (1 -)0.5= 0.21 (1-0.015) 0.5 0.015= 0.2144式中：No?鼓风中氧的浓度；鼓风中水分。风口前碳燃烧时需氧量：2C 02 二
