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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计说明书设计题目：设计一座年产制钢生铁（同学姓名：李哲学 号：200715140421 L08）220 万吨的高炉专业班级： 07 冶金四班 学 部：材料化工部指导老师：郝素菊2022年 03 月 14 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 物料运算1.1 原燃料成分的整理表一原燃料成分的整理品种 烧结矿 校核 球团矿 校核 澳矿 校核 复合矿 石灰石 校核 炉尘 校核 焦炭灰分 校核 煤灰分 校核T.Fe 56.2 56.2 61.8 62.93 64.7
2、 64.86 58.08 Fe2O3 69.73 69.73 69.17 70.44 91.96 92.19 72.95 FeO 9.5 9.5 17.2 17.52 0.42 0.42 9.03 CaO 9.6 9.6 1.6 1.63 0.02 0.02 7.46 53.46 53.46 4.64 4.68 6.24 6.24 3.28 3.28 MgO 2.84 2.84 1.01 1.03 0.25 0.25 2.3 0.52 0.52 0.94 0.95 0.99 0.99 1.6 1.6 SiO2 5.6 5.6 8.5 8.65 2.46 2.47 5.47 1.24 1.24
3、15.04 15.18 46.43 46.43 48.06 48.06 Al 2O3 2 2 0.6 0.61 1.42 1.42 1.78 1.32 1.32 1.42 1.43 39.69 39.69 39.71 39.71 S 0.06 0.06 0.06 0.06 0.02 0.02 0.05 P 0.12 0.12 0.04 0.04 0.14 0.14 0.11 48.06 48.51 5.05 5.05 5.72 5.72 54.86 55.38 12.42 12.54 6.16 6.16 7.35 7.35 0.12 0.12 0.11 0.11 MnOMnOP2O5FeS 1
4、/2S 3/2S COH2O 0.33 0.15 0.27 0.41 0.03 0.03 0.1 2.46 100 0.33 0.27 0.03 0.1 100 0.12 0.09 0.03 0.26 98.2 0.09 0.03 100 0.32 96.238 0.12 0.15 0.32 0.03 0.03 0.26 2.47 100 0.27 0.25 0.11 0.35 100 1.44 0.25 0.06 43.46 6.4 100 43.46 100 1.6 99.07 1.45 0.25 0.03 1.62 6.46 100 0.08 100 0.08 0.41 100 100
5、100 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表二 燃料工业分析及挥发份成分焦炭成分（ %）固定碳SiO 2Al 2O3灰分（ 12.17）FeS P2O5C CaO MgO FeO 85.63 5.65 4.83 0.76 0.12 0.75 0.05 0.01 有机物CO 2挥发分（ 0.9）N2（1.30）H2O TFe TS CO CH4H 2H2N2S 0.33 0.33 0.03 0.06 0.15 0.4 0.4 0.5 100 4 0.62 0.52 煤粉成分（ %）固定碳SiO2灰分（ 14.96）有
6、机物及挥发分（10.43）100 H2O TFe TS C Al 2O3CaO MgO FeO H2O2H2O N2S 1.6 0.86 0.58 74.61 7.19 5.94 0.49 0.24 1.10 4.46 4.15 0.81 0.43 0.58 表三元素安排S Fe Mn P 生铁0.997 0.5 1.0 0.05 炉渣0.003 0.5 煤气1.2 主要技术经济指标表 4：其他条件焦比 kg/t 煤比 kg/t 炉渣碱度直接仍原度炉尘 kg/t 鼓风湿度 % 风温400 150 1.2 0.45 20 1.2 1100 1.3 预定钢水成分Fe 表三预定铁水成分P C Si
7、Mn S 94.516 0.45 0.3 0.028 0.15 4.5 1.4 矿石配比的确定名师归纳总结 烧结矿：球团矿：混合矿=76：10：14 第 3 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1.5 铁矿石的用量设生产每吨生铁所用的复合矿和石灰石分别为 X , Y 单位 : Kg 依据铁平稳0.5808X+400 0.1217 0.0505+150 0.1496 0.0572=945.16+945.16 0.003/0.997+20 0.4851 碱度平稳0.0746X0.5346Y40012.17%6.24%15014.96%3.28
8、%204.68%601 2.0.0547X0.0124Y40012.17%46.43%15014.96%48.06%2015.18%4.528解得： X=1642.5kg Y=14.08kg 烧结矿： 1248.3kg 球团矿： 164.25kg 澳矿： 229.95kg 1.6 渣量和炉渣成分的运算1、S 原燃料带入的 S：1642.5 0.0005+400 0.005+150 0.0058=3.69Kg 进入生铁的 S : 0.28 Kg 进入煤气的 S :3.69 0.05=0.18Kg 进入炉尘的 S：20 0.0012=0.024 Kg 炉渣中的 S ： 3.69-0.28-0.18
9、-0.024=3.21 Kg 2、FeO 945.160.003723.66Kg710 .52.67 Kg0. 997563、MnO 0.00271642.5200.0145 554、SiO2碱度平稳中的分母110. 75kg碱度平稳中的分子132. 89kg5、CaO6、MgO1642.5 0.023+14.08 0.0052-20 0.0143+400 0.1217 0.0099+150 0.1496 0.016=38.5 Kg 7、Al 2O31642.5 0.0178+14.08 0.0132+400 0.1217 0.3969+150 0.1496 0.3971-200.0143=5
10、7.37 Kg 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表四 炉渣成分表1.7 组元CaOSiO2Al2O3MgOMnO FeO S/2 kg132.89 110.75 57.37 38.5 2.67 3.66 1.61 347.45 % 38.25 31.88 16.51 11.08 0.77 1.05 0.46 100 生铁成分的校对S=0.028% Si=0.45% Fe=94.516% Mn=2.67 55/71 100/1000=0.21% P= （1642.5 0.0011-20 0.011 ） 62/142
11、 100/1000=0.07% C=100-0.028-0.45-94.516-0.07-0.21=4.72% 2.1 物料平稳2.1.1 风量的运算直接仍原度 rd=0.45 鼓风湿度 f=1.2% C 燃=C焦+C 煤-C 直-C 生铁-C CH4-C 尘 进入高炉 C 总=400 0.8563+150 0.7461=454.44Kg C CH4=0.7%C 总=454.44 0.007=3.18 Kg C 生铁=1000 4.72%=47.2Kg C直 =24/28 4.5+12/552.1+0.760/62+945.16 0.45 12/56=96.14 名师归纳总结 C尘=20 0.
12、0162 12/44=0.09 Kg 3第 5 页,共 21 页 C燃=454.44-3.18-47.2-96.14-0.09=307.83Kg WO2=0.21 1-0.012+0.5 0.012=0.2135 VO2=307.83 22.4/24=287.31 m3煤粉供应的氧气 =150 0.0415 22.4/32=4.38 m鼓风 VO2=287.31-4.38=282.93 m3- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 风量 V 风=282.93/0.2135=1325.2 m3鼓风重量 =1325.2 1.28=1696.26 Kg 2.1.2
13、煤气量的运算1、CH4炭生成的 CH4=3.18 22.4/12=5.94 m33焦炭挥发的 CH4=400 0.0033 22.4/16=1.85 m生成总量 =5.94+1.85=7.79 m32、H2 鼓风带入 H2=1325.2 0.012=15.9 m33煤粉带入 H2=150 0.0446 22.4/2=74.93 m3焦炭带入 H2=400 0.0006 22.4/2=2.69 m3仍原消耗 H2=（15.9+74.93+2.69） 0.4=37.41 m生成 CH4H2=5.94 2=11.88 m33 炉顶 H2=（15.9+74.93+2.69） 0.6 -11.88=44
14、.23 m3、CO2 Fe2O3+COFeO+CO3 CO2=1642.5 0.7295 22.4/160=167.75 mFeO+H 2Fe+HO 2 rH2=72 44.23 56/ （22.4 945.16 72）解得： rH2=0.123 FeO+COFe+CO名师归纳总结 CO2=945.16 1-0.45-0.123 22.4/56=161.43 m3第 6 页,共 21 页石灰石分解 CO2=14.08 0.4346 22.4/44=3.12 m3焦炭带入 CO2=400 0.0033 22.4/44=0.67 m3- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -
15、- - - 3 进入炉顶 CO2=167.75+161.43+3.12+0.67=332.97 m4、CO 燃烧生成 CO=307.83 22.4/12=574.62 m33直接仍原 CO=96.14 22.4/12=179.46 m3焦炭挥发份 CO=400 0.0033 22.4/28=1.06 m间接仍原 CO=167.75+161.43=329.18 m33 炉顶 CO=574.62+179.46+1.06-329.18=425.96 m5、N2 鼓风 N2=1325.2 （1-0.012 ） 0.79=1034.35 m3焦炭带入 N2=400 0.004 22.4/28=1.28
16、m3煤粉带入 N2=150 0.0043 22.4/28=0.52 m33 炉顶带入 N2=1034.35+1.28+0.52=1036.15 m6、炉顶煤气成分m3表五煤气成分表H2CO2总体积CH4CO N27.79 425.96 1036.15 44.23 332.97 1847.1 % 0.26 23.06 56.09 2.39 18.02 100 煤 气 密 度 =0.0026 16+0.2306 28+0.5609 28+0.0239 2+0.1802 44/22.4=1.35 Kg/m3 煤气重量 =1847.1 1.35=2493.59 Kg 氢仍原生成 H2O=37.41 1
17、8/22.4=30.06 Kg 2.1.3 物料平稳表名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表六物料平稳表名称收入项百分比 % 名称支出项百分比 % 数量 kg 数量 kg 复合矿1642.5 42.08 铁水1000 25.7 石灰石14.08 0.36 炉尘20 0.51 焦炭400 10.25 水分30.06 0.77 煤粉150 3.84 煤气2493.59 64.08 1696.26 43.47 鼓风（干）347.45 8.94 总计3902.84 100 总计3891.1 100 肯定误差 =3902.84
18、-3891.1=11.74 误差校核： 11.74/3902.84.61=0. 29%0.3%,符合要求；2.2 热平稳2.2.1 热收入的运算一、热收入碳氧化：由 C 氧化生成 1m3CO2放热 17869.50KJ 由 C 氧化生成 1m 3CO 放热 5241.72 KJ Q1=（425.96-1.06）5241.72+167.75+161.43 17869.50=8109488.84KJ 热风： 1100C 的空气热容 1.4233KJ/ m 3C 1100C 水蒸气的热容 1.7393 KJ/ m 3C 鼓风中 98%进入热风炉, 2%用常温喷吹煤粉 1325.2 0.98=1298
19、.7 m 3 Q2=1298.7 1-0.012 1.4233+1298.7 0.012 1.7343 1100=2038702.54 KJ 名师归纳总结 H2氧化放热： 1 m 3 H2氧化成水蒸气放热10788.58 第 8 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Q3=30.06 10788.58=324304.72KJ 成渣热： 1 千克氧化钙和氧化镁的成渣为 1128.60KJ Q4=0.5346+0.0052 14.08 1128.60=8577.79KJ 矿带入物理热： 25C 炉料的热容为 0.6897KJ/KgC Q5=16
20、42.5 0.6897 25=28320.81KJ 热收入Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=8109488.84+2038702.54+324304.72+8577.79+28320.81 =10509394.7 KJ 二、热支出1.氧化物的分解 铁氧化物分解 FeO Fe3O4 80% 2FeO.SiO2 20% 以 2FeO.SiO2 存在的 FeO FeO=1248.3 0.095 0.2+400 0.1217 0.0616+150 0.14960.0735= 28.37Kg 以 Fe3O4存在的 FeO FeO=1248.3 0.095 0.8+164.25 01752=123.65K
21、g 以 Fe3O4存在的 Fe2O3 Fe2O3=123.65 160/72=274.77Kg 就 Fe3O4=123.65+274.77=398.42Kg 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 游离的 Fe2O3=1642.5 0.7295-274.77=923.44Kg 分解 1Kg 以 2FeO.SiO2状态存在的 FeO消耗 408.52 KJ 分解 1Kg Fe3O4消耗 4791.78KJ 分解 1KgFe2O3消耗 5144.28 KJ 铁氧化物耗热 G= 28.37 4068.52+398.42 479
22、1.78+923.44 5144.28 =6774998.82 KJ 其他氧化物 MnO 分解 1Kg Mn 耗热 7350.53 KJ 由 SiO2分解出 1KgSi 耗热 31028.14KJ 由 3CaO.P2O5分解出 1KgP 耗热 35697.26KJ 其他氧化物分解吸热 G=2.1 7350.53+4.5 31028.14+0.7 35697.26=180050.83KJ Q1=6774998.82+180050.83=6955049.65KJ 2.脱硫吸热 CaO.脱硫耗热 5392.20 KJ/ Kg MgO.脱硫耗热 8025.60 KJ/ Kg MnO 脱硫耗热 6249
23、.10 KJ/ Kg FeO .脱硫耗热 5496.70 KJ/ Kg 平均耗热 =6290.90 KJ/ Kg 脱硫吸热 Q2=3.21+0.18 6290.90=19061.43KJ 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.碳酸盐分解吸热 CaCO3分解 1Kg CaO 吸热 4037.88 KJ MgCO 3分解 1Kg MgO 吸热 2482.92 KJ 碳 酸 盐 分 解 吸 热Q3=14.08 0.5346 4037.88+14.08 0.0052 2482.92=30575.59KJ 4.水分分解吸热
24、 分解 1m3水蒸气吸热 10788.58KJ Q4=1325.2 0.012 10788.58=171564.31KJ 5.煤粉分解吸热 分解 1Kg 煤粉吸热 836KJ Q5=150 836=125400KJ 6.游离水蒸发吸热 主要是焦炭带入1KgH 2O 是由 0C 上升到 100C 吸热 418KJ 1Kg1000 C H2O 变成 100C 水蒸气吸热 2257.2KJ Q6=400 （ 0.04+1） 0.04 （418+2257.2）=37977.80KJ 7.铁水带走 1Kg1450 C 铁水带走热量 1237.28KJ Q7=1000 1237.28=1237280KJ
25、8.炉渣带走名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1Kg1500 C 铁水带走热量 1851.74KJ Q8=347.45 1851.74=643387.06KJ 9.煤气带走 200 C 煤气带走的热量 N2 CO CO2 H2 CH4 H2O 热容 1.3104 1.3104 1.7844 1.2996 1.8166 1.5086 干燥气热容=0.0026 1.8166+0.2306 1.3104+0.5609 1.3104+0.1802 1.7844+0.0239 1.2996=1.46KJ/ m 3 C 干燥
26、气带走热量 =1847.1 1.46 （ 200-0）=687899.53KJ 煤气中水分带走热量 =（ 400 0.04 22.4/18） （ 200-100） 15.086+28.93 （ 200-0）1.5086=38766.66KJ 炉尘带走热量 炉尘热容 0.836 KJ/ Kg =20 0.836 （200-0）=3344KJ Q9=687899.53+12610.55+3344=703854.08KJ 10.热缺失 Q10=热收入 -（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9）=10509394.7-6955049.65+19061.43+30575.59+17156
27、4.31+125400+37977.8+1237280 +643387.06+703854.08=585244.78 KJ 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表七 热平稳表名称热收入% 名称热支出% 数量 kJ 数量 kJ 碳素氧化放热8109488.8477.16 氧化物分解6955049.6564.29 鼓风带入热2038702.5419.4 脱硫吸热19061.430.18 氢氧化放热324304.72 3.09 水分解171564.311.63 成渣热8577.790.08 游离水蒸发37977.800.
28、36 炉料物理热28320.810.27 铁水带走123728011.77 总计10509394.7100.00 炉渣带走643387.066.13 喷吹物分解125400 1.19 碳酸盐分解30575.590.29 煤气带走703854.08 6.7 热缺失585244.78 5.57 总计10509394.7100.00 3.高炉本体设计3.1 高炉总容积的确定设计一座年产制钢生铁220 万吨的高炉车间；作业率为95%；（1）确定年工作日：365 95%=347 天 日产量： P总=220 10000/347=6340.06t （2）定容积：高炉利用系数 v=2.0t/m3.d 每座高炉
29、日产量： P= P总/1=6340.06t 每座高炉容积： Vu=P/ v=6340.06/2.0=3170m33.2 炉型设计（1）炉缸直径（ d）：名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 选定冶炼强度 I=0.90t/m3.d 炉缸截面燃烧强度： i 燃=1.05t/m2.h 就 d=0.23 IV u =0.23 i 燃.0 903170=11.98m .1 05取 d=12m 校核： Vu /A=3170 =28m 2 12 4设计符合要求；（2）炉缸高度： 渣口高度： hz= .127bPd2=1 . 271
30、 .2031701 .7Nc铁1122100. 557 .取 h z=1.7m 式中： N昼夜出铁次数, 10次； 铁铁水比重, 7.1t/ m3；b生铁波动系数, 1.2；C渣口以下炉缸利用系数,0.55； 风口高度：取 K =0.50 hf= hz/k=1.7/0.5=4.15m 取 hf=4.1m 风口数目： n=2 d+2=2 12+2=28 取 n=28 个 风口结构尺寸：选取 a=0.5 就炉缸高度： h1=hf+a=4.1+0.5=4.6m 3死铁层厚度：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 选取 h0
31、=2 d=2 1.2=2.4m 4炉腰直径、炉腹角、炉腹高度：选取 D/d=1.1 就 D=1.1 12=13.2m 取 D=13.2m 选取 =80就 h2=D-d tg80 /2 =13.2-12 tg80 /2 =3.4m 取 h2=3.4m 校核 ： tg =2 h2/D-d =23.4/13.2-12 =6 =805炉喉直径、炉喉高度的确定：选取 d1/D=0.67 就 d1=0.67 13.2=8.85m 取 d1=8.9 m 选取 h5=1.5m （6）炉身角、炉身高度、炉腰高度：选取 =83o 就 h4=D- d 1 tg /2 =13.2-8.9 tg83o/2 =17.51
32、m 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 取 h4=17.5 m 校核 ： tg =2 h4/D- d 1 =217.5/13.2-8.9 =8.14 =83o 选取 Hu/D=2.28 就 Hu=2.28 13.2=30.09 m 取 H=30 m 求得： h3=Hu-h1-h2-h4-h5 =30-4.6-3.4-17.5-1.5 =3m 7 校核炉容：炉缸体积： V1=4d2h 1=3.14 1224.6/4 =520.24 m3 炉腹体积： V2= h 2 D 2Dd d 2 12 =3.14 3.4 13.
33、22+13.2 12+122 /12 =424.26m3炉腰体积： V3=4D2h 3 =3.14 13.22 3/4 =410.34m3炉身体积： V4=12h4D2Dd1d12 =3.14 17.5 （ 13.22+13.2 8.9+8.92）/12 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - =1699.41m3炉喉体积： V5=4d 12h5 =3.14 8.92 1.5/4 =93.27 m3 高炉容积： Vu= V 1+V 2+V 3+V 4+V5 =520.24+424.26+410.34+1699.41+9
34、3.27 =3147.52 m3 误差： V =（Vu- Vu）/ Vu=（3170-3147.52） 100%/3170 =0.7%1% 3.3 内型尺寸及示意图名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.1 高炉砌砖（高铝砖）1.炉衬设计 ：炉缸、炉底采纳全碳砖,风口区以上的炉腹、炉腰采纳粘土砖,炉身中下部采纳碳化硅砖,炉身上部采纳粘土砖,炉喉采纳钢砖护板,基墩用耐火混凝土,基墩用钢筋混凝土,选用过渡式炉腰；2.高炉砌砖（高铝砖）运算1炉腹砌砖炉腹用高铝砖,高炉炉腹高度为 3400mm,就所需高铝砖层数 = 340
35、0 =45 层,炉腹内衬75厚度为 345mm,采纳 G4-G2 协作；为设计便利,将炉腹分为 3 段进行砌砖运算,从下往上每段的砖层数为 15 层；第 1 段圆环内径 d=12000mm；2 a 2 3 . 14 345G4：ns= = =87块b b 1 150 125G2：nz= d n s b 1 = 3 . 14 12000 87 125 =179块b 150G4=87 15 G2=179 第 2 段依据砌砖公式 R h= 1125 =199mm tan tan 80式中： h 为砖的厚度 =1125mm；第 2 段内径 d2=12000+2 R=12000+2199=12398mm
36、 G4：ns=2a = b 123 . 14345=87块125=187块b150125G2：nz=d2bn s b 1=3 .141239887150G4=87 G2=187 15 第 3 段内径 d3=12000+4 R=12000+4199=12796mm 名师归纳总结 G4：ns=2a = b 123 . 14345=87块125=196块第 18 页,共 21 页b150125G2：nz=d3bn s b 1=3 . 141279687150G4=87 G2=196 15 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 炉腹砖的总数为 11640块；2.
37、高炉炉腰砌砖用高铝砖炉腰高度为 3000mm；就所需高铝砖层数为3000 =40 层；炉腰内衬厚度为 75345mm,采用 G4-G2 协作；G4：ns=87 块 G2：nz=dbn s b 1 =3. 141320087125=204 150块G4=87 G2=204 40 575mm；炉腰砖的总数为9735 块；4高炉炉身砌砖用黏土砖炉身高度为 17500 mm,所需黏土砖的层数为17500 =234层 751）炉身下半部将炉身下半部分为15 段,炉身下部炉衬厚度为第 1 段 G4：ns=87 块G2： nz=dbn sb 1 =3. 141320087130=201块150G3=97 G
38、4=87 5 G1=201 G2=201 第 2 段Rh=575=46mm tantan83 G3：ns=97 块 G1：nz=187 块名师归纳总结 G4=87 G2=202 G3=97 G1=187 5 第 19 页,共 21 页第 3 段 G4：ns=87 块 G2：nz=197块G3=97 G4=87 5 G1=197 G2=197 第 4 段 G3：ns=97 块 G1：nz=184 块G4=87 G2=199 G3=97 G1=184 5 第 5 段 G4：ns=87 块 G2：nz=194 块G3=97 G4=87 5 G1=194 G2=194 第 6 段 G3：ns=97 块 G1：nz=180 块G4=87 G3=97 5 G2=195 G1=180 第 7 段 G4：ns=87 块 G2：nz=190 块G3=97 G4=87 5 G1=190 G2=190 第 8 段 G3：ns=97 块 G1：nz=177 块- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - -