年产200万吨炼铁高炉车间设计
年产200万吨炼铁高炉车间设计
摘要
人类获得生铁重要手段是通过高炉炼铁，高炉炼铁是钢铁冶金中的基础环节，同时也是最重要的环节。本设计任务是设计一个年生产能力达200万吨炼铁高炉车间。
本次设计的高炉 1100m3。高炉炉型为五段式，高炉炉衬设计依据各个
部分的工作条件的不同以及炉衬破损的机理，选择相应的耐火材料。热风炉采用的传统改进型内燃式热风炉，燃烧室为复合型断面，热风炉数量为3座，关于热风炉的设计部分还包括热风炉的各种设备以及相应的技术参数。上料
系统采用的是可不间断上料，原料破损率低的皮带运输上料，炉顶装料设备是并罐式无钟炉顶。煤气处理系统的功能是降低高炉煤气粉尘含量，一般分为三个阶段--粗除尘、半精细除尘、精细除尘。煤粉喷吹系统采用了单管路
串罐式直接喷吹工艺，这种工艺大大提高了喷吹效率，改善冶炼条件。本设计中还包括了其他一些环节的设计，例如渣铁处理系统。在设计的同时，广泛参考借鉴前辈的研究数据和国内外同级别炉容的高炉的实际生产经验，从理论和实践并举的角度出发，努力使本设计的高炉在技术操作上实现自动化和机械化，并把对环境的损害降到最低。
关键词：高炉，冶金计算，热风炉，鼓风机，煤气处理，渣铁处理
目录
前言 (1)
第一章高炉炼铁概况 (2)
§1.1 高炉炼铁的发展概况 (2)
§1.2 高炉及其附属设备 (2)
§1.3 高炉炼铁设计的基本原则 (2)
第二章高炉炼铁综合计算 (4)
§2.1 原始资料 (4)
§2.2 配料计算 (5)
§2.3 物料平衡计算 (8)
§2.4 热平衡计算 (12)
第三章高炉炼铁车间设计 (17)
§3.1 高炉座数及容积设计 (17)
第四章高炉本体设计 (18)
§4.1 炉型设计 (18)
§4.2 炉衬设计 (20)
§4.3 高炉冷却设备 (21)
§4.4 高炉冷却系统 (23)
§4.5 高炉送风管路 (23)
§4.6 高炉钢结构 (23)
§4.7 高炉基础 (24)
第五章附属设备系统 (25)
§5.1 供料系统 (25)
§5.2 炉顶装料系统 (26)
§5.3 送风系统 (27)
§5.4 煤气处理系统 (30)
§5.5 煤粉喷吹系统 (33)
§5.6 渣铁处理系统 (34)
第六章高炉炼铁车间平面布置 (37)
§6.1 应遵循的原则 (37)
§6.2 高炉炼铁车间平面布置的形式 (37)
结论 (38)
前言
随着改革开放打开国门，我国的经济飞速发展，也促进了钢铁业的飞速发展。但是由于其是资源消耗大户，尤其是能源消耗，同时高炉所产生的废气废渣等如果不做适当的利用或处理，对环境会形成极大的破坏，因此钢铁业的发展又面临着严峻的挑战。为了使得钢铁业朝向节能环保高效的方向发展，就必须对目前的炼铁技术进行创新和改进。
本次设计的任务是年产200万吨的炼铁高炉车间，在计算与设计时参考借鉴了许多前辈们的心血研究，以及国内外同行的生产经验，旨在设计出一座各项经济技术指标优良，而且环保的炼铁车间。此次设计结合了当前世界高炉发展的趋势，和考虑到我国减少农田占用的基本国情，进行了合理的设计。但由于专业知识和经验的不足，在设计过程中或多或少存在有偏差和错误的地方，欢迎各位老师同学们向我提出您珍贵的建议和意见。
第一章高炉炼铁概况
§1.1 高炉炼铁的发展概况
钢铁一直以来都是人类社会使用量最多，使用范围最宽的重要材料。钢铁在我们的日常生产生活中发挥着至关重要的作用，人们所使用的生产工具和生活设施也都直接或间接地使用钢铁。衡量一个国家工业化水平的重要标志就是这个国家的钢铁产量，而且其钢铁质量也影响着这个国家其他工业产品的质量，所以钢铁业对一个国家的工业发展具有至关重要的作用。
世界钢铁工业在20世纪迎来了前所未有大发展。全球钢产量由1900年的2850万吨激增到2000年的8.43亿吨。20世纪前半叶，英国钢铁业在世界上独占鳌头；20世界中期，美国与前苏联两大强国的钢铁工业在全球处于领先地位；上世纪后叶，随着日本钢铁业在世界钢铁格局中异军突起。
近年来我国钢铁行业的发展面临着巨大的挑战，特别是经济危机以来，全球经济增速放缓，以及我国正处于产业结构调整期以及越来越重视环境问题，大量高能耗的产业面临着整改甚至关闭，去年河北就关闭了一些小型钢铁厂并炸毁部分高能耗的高炉，房地产市场的长期低迷也使钢铁需求量持续下降，使得近几年来我国的钢铁生产状况供大于求。
§1.2 高炉及其附属设备
冶炼生铁的最主要设备是五段式高炉本体（炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉），外形为圆筒形，炉壳材料为钢板，内村耐火材料，在炉壳和耐火材料之间布置着冷却设备。要想把铁矿石转变成铁水，紧靠高炉本体是完不成的，还需要其它系统的配合，如供料、送风、煤气处理、渣铁处理、喷吹燃料等附属系统。
§1.3 高炉炼铁设计的基本原则
新建炼铁高炉在可行性、环保、安全性、经济性等方面多做细致深入的
考虑，可归纳为以下几项基本原则[1]：
（1）合法性确保设计原则和设计方案符合国家工业建设的方针和政策。
（2）客观性以事实客观的数据为设计依据，保证能成功地付诸实施。
（3）先进性设计必须根据高炉的当前以及未来发展趋势，反映出钢铁研究领域的最新研究成果。
（4）经济性在综合各方面的考虑的情况下，选择单位产品经济效益最佳的方案。
（5）综合性在设计中，要从全局考虑，尽量做到各部分设计之间能相互协调，不冲突矛盾。
（6）发展远景必须充分考虑到车间将来增产扩大规模的可能性，留有足够的扩建空间。
（7）安全和环保确保生产不会对周边的生态环境造成破坏，并且保障各岗位工作人员的人生安全。
（8）标准化在设计时应尽量采用标准化的设计，这样可以缩短建设时间，节约建设成本。
第二章高炉炼铁综合计算
高炉炼铁综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。这是在设计一座新高炉时或者高炉采用新冶炼技术之前选择各项生产指标、确定各物料用量以及工艺参数的重要依。
§2.1 原始资料
冶炼一吨生铁需要一定数量的矿石、熔剂和燃料。对于炼铁设计的计算工艺，燃料的用料是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要目的是求出在满足炉渣碱度要求的条件下，冶炼规定成分生铁所需的矿石和熔剂的数量。计算已知数据如下：
一、原燃料成分如表2-1～2-3所示。
二、炼钢用生产，规定生铁成分[Si]=0.25%，[S]=0.028%。
表2-1 原料成分表
注：高炉采用两种矿石混合冶炼，其中，烧结矿：生矿＝9：1。
表2-2 焦炭成分表
表2-3 煤份成分表
三、设计焦比K=390kg ，煤比M=110kg 。 四、炉渣碱度R=CaO/SiO 2=1.2。
五、元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率，如表2-4所示。
表2-4 表元素分配率表
六、选取铁的直接还原度45.0=d r ，氢的利用率%352=H η。 七、鼓风湿度测定为12.5g/m 3（湿风）。 八、热风温度为1100℃。
九、高炉使用冷烧结矿，炉顶温度为200℃。 十、高炉有效容积利用系数)./(6.23h m Fe v =η。
§2.2 配料计算
一、吨铁矿石用量计算[2] 燃料带入的铁量
27.372
56
0072.0110390)88560003.072560085.0(.=??+??+?=f Fe 矿石用量
kg
M P T f
Fe S Si A n Fe 15.17765.011.003.1148.068.0997.0528.5327.37.99-）028.0-25.073.0-7.95（10005.003.168.07.99.7.99])[][73.0-7.95（1000矿）(矿=??+?+????=?++--?=
二、生铁成分计算
(%)
21.9510/997.0）27.353582.015.177610
/997.0).e e (][混）(=?+?=?+?=f F F A Fe (%)03.010_/142/620001.039000145.015.1776(10
/)142/62(][焦）(（混）=??+?=??+?=P K P A P (%)
10.010/5.00011.015.177610
/5.0][)混(=??=??=Mn A Mn (%)
38.4028.0026.0098.025.021.95100]
[][][100][=-----=---=P Mn Fe C 生铁成分表如表2-5所示。
表2-5 生铁成分表(%)
三、石灰石用量计算 矿石、燃料带入的CaO 的量
192.29kg 4005.01100087.039010602.015.1776aO aO （煤）
（焦）)混(=?+?+?=?+?+?=C M C K CaO A
矿石、燃料带入的SiO 2量
kg
SiO M SiO K SiO A 5.17828
60
25.010-0557.01100636.03900861.015.1776煤）
(2焦）(2（混）2=???+?+?=?+?+?= 石灰石的有效熔剂性：
）%（06.54031.12.1-301.55-aO )石灰石(2石灰石有效=?=?=SiO R C CaO 石灰的用量kg 53.405406.0/)29.1922.15.178(=-?=φ 四、渣量及炉渣成分计算
炉料带入的各种炉渣组分的数量为
kg C 70.21455301.053.4029.192aO =?+=∑
∑=?+=kg SiO 91.17801031.053.405.1782
∑=?+?+?+?=kg MgO 41.650623.053.400023.01100012.0390035.015.1776kg
O Al 75.5000117.053.400531.01100542.039001353.015.17763
2=?+?+?+?=∑渣中MnO 量：kg MnO 26.155/715.00001115.1776渣=???= 渣中FeO 量：kg FeO 68.356/72997.0/003.01.952渣=??= 1t 生铁炉料带入的硫量（硫负荷）：
kg S
22.30023.01100055.039000046.015.1776=?+?+?=∑
进入生铁的硫量：kg S 28.010028.0生铁=?= 进入煤气的硫量：kg S 16.005.022.3煤气=?= 进入渣中的硫量：kg S 78.216.0-28.0-22.3渣==
炉渣组成如表2-6所示。
表2-6 炉渣组成表
炉渣性能校核：
炉渣实际碱度R=214.70/178.91=1.20(与规定碱度相符)； 炉渣脱硫之硫的分配系数L s =2×0.28/0.028=20； 查阅炉渣相图可知，该炉渣熔化温度为1450℃；
黏度：1500℃时，2.5泊；1400℃时，4泊。
由炉渣成分及性能校核可以看出，这种炉渣是能够符合高炉冶炼要求的。
§2.3 物料平衡计算
一、鼓风机算
每吨生铁的各项耗碳是：燃料带入的可燃碳量C f
kg
C M C K C f 67.421825.01108485.0390（煤）
)焦(=?+?=?+?= 生成CH 4的耗碳量kg C C f CH 27.401.067.42101.04=?=?= 生铁渗碳kg C C 8.4338.410=?=
氧化碳量373.50kg =43.9-4.27-421.67=C -C -C =C C CH4f O 其他因素直接还原耗碳
kg
S U CO P Mn Si C da 02.632/1278.25.044/1242928.053.40)62/60026.055/12098.028/2425.0(10)32/)(12
1244/1262/60][55/12][28/24]([102=?+???+?+?+??=???+???+?+?+?=αφφ式中φ——每吨生铁石灰石用量，kg ； CO 2φ——石灰石中CO 2
的量；
α——在高温区石灰石分解率，通常取为0.5； U ——每吨生铁的渣量，kg; (S) ——渣中含硫量。 铁的直接还原耗碳
kg r f Fe C d dFe 81.9156/1245.01.95256/.12=??=??=
风口前燃烧碳量
kg C C C C dFe da o b 67.27502.681.915.373=--=--=
风口碳量所占比例为
(%)38.6567.421/67.275/==r b C C
鼓风含氧量
322145.00155.025.021.029.021.0m O b =?+=?+=?
因此，每吨生铁的鼓风量
3b 22碳51.1190/4.22}32/)68/16(24/{m O O H O M C V b b =??+?-=
鼓风密度
3/280.10155.0484.0288.1m kg b =?-=ρ
每吨生铁的鼓风质量
kg V G b b b 85.1523280.151.1190=?=?=ρ
二、煤气组分和煤气质量计算 1、CH 4的体积
352.812/4.2227.416/4.22001.03904
m V CH =?+??=
2、H 2的体积 鼓风湿分分解的氢
3风45.180155.051.11902
m V H =?=
燃料带入的氢
3
燃
89.582/4.22)}18/20075.00186.0(110)007.0001.0(390{2
m V H
=??+?++?=入炉的氢气总量
32
m 34.7789.5845.18=+=∑H
生成CH 4耗氢
3耗94.1512/4.22227.42
m V H =??=
假设有35%的氢参加还原（%352=H η），的氢量为还原
3,207.2735.034.77m H r =?=
进入煤气的氢量
333.3407.2794.1534.772
m V H =--=
高炉中氢的还原度 071.01
.9524.2256
07.27)
(2=??=
H i r
3、CO 2 的体积 矿石带入的CO 2
3)混(2298.244/4.220033.051.177644/4.22m CO A CO =??=??=
熔剂分解出的CO 2(取石灰石高温区分解率α=0.5)
343.444/4.22)5.01(42928.053.40m =?-??=
焦炭带入的CO 2
3220.044/4.22001.0390m CO =??=
由炉料带入的CO 2
3261.72.043.498.2m CO =++=
高级氧化铁还原成的CO 2
3207.156160/4.2262763.051.1776m CO =??=
矿石中二氧化锰还原生成氧化锰产生的CO 2
306.087/4.2200013.015.1776m =??=
由FeO 还原成Fe 生成的CO 2
333.17656/4.22)087.045.01(1.952m =?--?=
因还原生成的CO 2总量
3
46.33233.17606.007.156m =++=
煤气中的CO 2总量
3m 07.34061.746.3322
=+=CO V
4、CO 的体积
风口前燃烧的碳生成的CO
358.51412/4.2267.275m =?=
铁直接还原生成的CO
338.17112/4.2281.91m =?=
其他直接还原生成的CO
324.1112/4.2202.6m =+=
上列三项CO 总量
320.69724.1138.17158.514m =++=
焦炭挥发分带入的CO
397.128/4.220063.0390m =??=
熔剂在高温区分解出CO 2转成CO
343.444/4.225.042928.053.40m =???=
扣除间接还原消耗的CO 后，进入煤气中的CO 总量为
314.37146.33243.497.120.697m V CO =-++=
5、 N 2的体积 鼓风带入的N 2
3165.92579.0)0155.01(51.1190m V =?-?=
焦炭煤粉带入的N 2
3
228.128/4.22}0036.0110)0027.00004.0390{m V =??++?=
煤气中N 2的总量
393.92628.165.9252
m V N =+=
将上列计算结果列表2-7，求出煤气（干）总量及煤气成分。
表2-7 煤气组成表
煤气和鼓风体积比为
412.151.1190/99.1680/==b g V V
煤气密度
3
/368.14
.22/}160051.020204.028)5514.02208.0(442023.0{m kg g =?+?+?++?=ρ每吨生铁的煤气质量
kg G g 74.2299368.199.1680=?=
三、煤气中水量计算 还原生成的
kg O H 75.214.22/1807.27还2=?=
矿石带入的结晶水
kg O H 99.15009.015.1776矿2=?=
焦炭带入的游离水
kg V 06.130324.0)0324.01/(390焦=?-=
四、考虑炉料的机械损失，实际入炉量： 矿石量
kg M 43.182903.115.1776矿=?=
焦炭量
kg M 12.41102.106.403焦=?=
石灰量
kg M 49.4001.153.40石灰=?=
因此，机械损失（含炉尘）量为
61.75kg =40.53）-（40.94+403.06）-（411.12+1776.15）-（1829.43
列物料平衡表2-8，计算物料平衡误差
表2-8 物料平衡表
物料平衡误差：
绝对误差=∣3915.34-3928.21∣=12.87kg 相对误差=12.87/3915.34=0.33%
§2.4 热平衡计算
一、热收入 1、碳素氧化热
由还原反应生成的CO 2为340.07m 3，相当于氧化生成CO 2的碳量是
kg C CO
O 18.1824.22/1207.340)
(2=?=
氧化成CO 的碳量则为
kg C C C CO
O CO O 32.19118.18250.373)
(0)(2=-=-=
碳素氧化热为
kJ
Q S 14.79482082.190148518.4)
18.182798032.1912340(18.41=?=?+??=
2、鼓风带入的热量
查表可知1100℃时，干空气比焓375.1kcal/m 3，水蒸气比焓457.6kcal/m 3。每吨生铁的风量为1190.51m 3,因而鼓风带入的物理热为：
kJ Q S 87.187298467.44808218.4}
0155.06.457)0155.01(1.375{51.119018.42=?=?+--??=
3、氢氧化热及CH 4生成热
氢参加还原生成的水量为H 2O r =21.75kg ，生成甲烷的耗碳是kg C CH 27.44=，这两部分热量为
kJ
Q S 17.31867756.7623818.4)
12/1627.4112475.213211(18.43=?=??+??=
4、成渣热（由石灰石及生矿带入的CaO 、MgO 计算）
kJ
Q S 12.2614210.625418.4)}
0028.00(10.015.1776)00623.055301.0(53.40{27018.44=?=+??++???=5、因采用冷矿，炉料带入物理热可忽略不计 以上各项总热收入为
kJ
Q S 1016601353.243206018.4)
10.625456.7623867.448082.1901485(18.4=?=+++?=
二、热支出 1、氧化物分解耗热 （1）铁氧化物分解耗热
烧结矿中以硅酸铁形态存在的FeO 量为
以Fe 3O 4形态存在的FeO 量则为
kg 97.17455.43-12303.015.1776e -e ‘
磁混磁=?=?=O F O F A FeO
以Fe 3O 4形态存在的Fe 2O 3量为
kg FeO O Fe 82.38872/16097.17472/160磁磁32=?=?=
因此，矿石带入的Fe 3O4量为
kg O F 79.56397.17482.388e 43=+= 矿石带入的赤铁矿量为
kg O Fe O F A O Fe 95.725＝82.388－62763.015.1776＝－e 磁32混32赤32??=
燃料带入的FeO 量为
kg F A FeO 55.431818.02.015.17769.0eO 2.09.0烧
硅‘=???=??=
kg 11.40072.01100085.0390e e e 煤焦燃=?+?=?+?=O F M O F K O F
进入渣的FeO 量3.65kg 需分解的硅酸铁中FeO 总量为
kg 98.4368.3-11.455.4368.3-e 燃硅‘硅=+=+=O F FeO FeO
因此，铁氧化分解耗热
kJ Q d 05.661510618.426.1582561)
95.7257.123079.5634.114698.433.973(18.41,1=?=?+?+??=
（2）其他氧化物分解耗热
kJ Q d 7.9378849.2243718.4)026.010854025
.010*******.0105.175800013.015.17761.341(18.42,1=?=??+??+??+???=氧化物分解耗热总量
kJ Q d 76.670889475.160497818.4)49.2243726.1582561(18.41=?=+?= 2、脱硫耗热
kJ S Q d 80.3152178.3199518.4199518.4渣2=??=??=
3、碳酸盐分解耗热 生矿中二氧化碳的量
kg CO A CO 59.00033.015.17761.01.0生2)生矿(2=??=?=
其中，以CaCO 3形态存在则为
kg CO CaCO
0059.0)
(23=?=
以MgCO 3形态存在的则为
kg CO MgCO 59.0059.0)(23
=-=
石灰石中CO 2的量kg 40.174293.053.40=?= 其中，以CaCO 3形态存在的CO 2量为
kg CO CaCO 61.1756/445530.053.40)(23
=??=
则以MgCO 3形态存在的量为0kg 碳酸盐分解耗热
kJ
Q d 08.30347717.7260218.4)}
059.0(3.594)61.170(4.966{18.43'=?=+?++??=
对于CO 2分解耗热量为
kJ
Q CO 5593682.1338118.444
/125.04293.053.40549018.42
=?=?????=
因此，
kJ Q d 08.35941399.8598318.4)82.1338117.72602(18.43=?=+?= 4、水分分解耗热
kJ Q d 31.21004508.5025018.4)0075.0110321145.182580(18.43=?=??+??=5、游离水蒸发耗热
kJ
Q d 31.4630187.1107618.4}
00224.015.1776)79620(06.13620{18.45=?=??++??=
6、喷吹煤粉分解耗热（无烟煤分解耗热250kcal/kg ）
kJ Q d 11495011025018.46=??=
7、铁水带走热量（取铁水比焓280kcal/kg ）
kJ Q d 1170400100028018.47=??=
8、炉渣带走热量（取炉渣比焓420kcal/kg ）
kJ Q d 15.90574992.51542018.48=??=
9、煤气带走热量
当炉顶温度200℃时，查表2-9可知各气体组分的比焓是（kJ/m 3）。
表2-9 各气体组分比焓
干煤气带走的热量(煤气比66.51kcal/m3，其平均热熔为0.3325kcal/(m3.℃))
kJ
Q d 41.47340736.11325518.4)
93.9266.6233.342.6214.3718.6252.84.8707.3404.85(18.41,9=?=?+?+?+?+??=煤气中的水蒸气带走的热量（还原生成的水量27.07m 3，水蒸气100℃时的比焓为36kcal/kg ）
kJ
Q d 42.1379806.330118.4)}
368.72(18/4.22)06.1399.15(8.7207.27{18.42,9=?=-??++??=
炉尘带走的热量为
kJ Q d 91.87755.209918.475.6120017.018.43,9=?=???=
因此，煤气带走的热量为
kJ Q d 0.49598446.11865618.4)36.11325506.33015.2099(18.49=?=++?=10、热损失
上列9项热支出总和为
kJ Q d 4.1004325964.240269318.4)46.1186564.216686280000
2750087.1107608.5025099.859831.754175.1604978(18.4=?=++++++++?=高炉热损失kJ Q Q Q d 6.1227534.1004325910166013s 失=-=-= 热损失所占比例：122753.6/10166013=1.21% 三、列热平衡表2-10，计算热平衡指标
表2-10 物料平衡表
高炉有效热量利用系数 高炉碳素热能利用系数）%（80.6350
.37379802
.19014857980氧化
=?=
?=C Q K C
C
第三章 高炉炼铁车间设计
§3.1 高炉座数及容积设计
§3.1.1 生铁产量的确定
本设计任务书上的生铁产量为年产200万吨。 §3.1.2 高炉炼铁车间总容积的确定 高炉炼铁车间日产量（t ），即： 年工作日
年产量高炉炼铁车间日产量= 确定工作日：)(347%95365d =? 日产量）
t （69.5763347
102004
总
=?=P §3.1.3 高炉座数的确定
随着近年来管理水平的提高，新建的钢铁厂高炉的数目通常只有2～3座。本车间设计的高炉数目为2座[3]。 则 （1）每座高炉日产）
t （85.28812
69
.57632
总
==
=
P P （2）根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效利用系数（)./(6.23d m t v =η）计算每座高炉有效容积：
)(40.11086
.285
.2881t p V v u ===
η，取1100m3。
- 炼铁工艺设计原则
- 高炉炉体设计
- 高炉炼铁设计原理--高炉炼铁车间设计
- 年产200万吨炼铁高炉车间设计教材DOCX 41页.docx
- 年产量500万吨高炉炼铁车间设计毕业论文
- 高炉炼铁的工艺流程及主要设备
- 高炉炼铁设计
- 年产260万吨生铁高炉车间设计
- 第二章 高炉车间设计
- 高炉炼铁车间设计(开题报告)
- 高炉炼铁车间设计
- 钢铁厂设计
- 第三章 高炉炼铁的上料系统.
- 一座年产炼钢生铁250万吨的高炉炼铁车间
- 年产530万吨生铁的高炉炼铁车间工艺设计毕业论文
- 高炉炼铁工艺流程与主要设备
- 年产200万吨炼铁高炉车间设计毕业设计论文
- 年产200万吨炼铁高炉车间设计
- 年产120万吨炼铁车间设计_毕业设计
- 高炉炼铁工艺设计规范