课程设计---设计一座年产制钢生铁(L08)280万吨的高炉

课程设计题目：设计一座年产制钢生铁（L08）280万吨的高炉
目录
原始数据： ........................................................................................................................... - 2 -一配料计算 ....................................................................................................................... - 3 -
1.矿石和熔剂消耗量的计算（以生产1t生铁为单位）................................................... - 3 -
2.渣量和炉渣成分的计算 .................................................................................................... - 4 -
3.生铁成分校正： ................................................................................................................ - 5 -二物料平衡计算： ............................................................................................................. - 5 -
1.风量的计算 ........................................................................................................................ - 6 -
2.煤气量的计算： ................................................................................................................ - 6 -
3.编制物料平衡表 ................................................................................................................ - 8 -
三.热平衡的计算 .................................................................................................................. - 9 -
1.热收入： ........................................................................................................................... - 9 -
2.热支出的计算 ................................................................................................................. - 10 -
3.热平衡表 .......................................................................................................................... - 13 -四．设计一座年产制钢生铁220万吨的高炉 ................................................................. - 14 -五. 高炉砌砖计算(高铝砖) ................................................................................................ - 16 -
原始数据
成分
TF e Fe2O3 FeO S MnO P SiO2 Al2O3 CaO MgO CO2 H2O 1/2S 3/2S P2O5 烧损∑品种
烧结矿56 69.5 9.7 0.06 0.35 0.11 5.4 2.02 9.5 3.0 0.2 0.03 0.25 99.75 球团矿62.5 70 17.7 0.06 0.038 8.7 0.7 1.6 1.05 0.03 0.08 99.86 澳矿65.6 92.7 0.4 0.04 0.12 0.16 2.4 1.6 0.02 0.26 0.06 0.37 97.93 石灰石 1.15 1.6 1.38 1.47 53.5 0.5 42.1 42.1 100.55 炉尘48.1 55.2 12.5 0.12 1.4 0.125 15 1.4 4.65 0.95 1.72 6.60 0.06 0.29 8.32 106.31 焦炭灰分 4.2 5.5 51.9 38.6 3.1 1.0 100.1 煤灰分 2.2 2.86 58.4 33.6 3.72 1.22 99.8
据上表校核原料成分：
TF e Fe2O3 FeO S MnO P SiO2 Al2O3 CaO MgO CO2 H2O 1/2S 3/2S P2O5 烧损∑成分
品种
烧结矿56.14 69.67 9.72 0.06 0.35 0.11 5.41 2.03 9.52 3.01 0.20 0.03 0.25 100 球团矿62.59 70.1 17.72 0.06 0.38 8.71 0.78 1.6 1.05 0.03 0.08 100 澳矿66.99 94.66 0.41 0.04 0.12 0.16 2.45 1.63 0.02 0.27 0.06 0.38 100 石灰石 1.14 1.59 1.37 1.46 53.21 0.5 41.87 41.87 100 炉尘45.25 51.92 11.76 0.12 1.32 0.125 14.11 1.32 4.37 0.89 1.62 6.21 0.06 0.27 7.83 100 焦炭灰分 4.2 5.5 51.84 38.56 3.1 1.0 100 煤灰分 2.20 2.87 58.52 33.67 3.73 1.22 100
焦碳和煤粉及其挥发分的成分如下表
品种\成分Fcd Ad Vd St.d H20
焦炭85.6 12.8 1.4 0.55 4.0
煤粉74.5 16.6 9.5 0.5
品种\成分CO2 CO CH4 H2 N2 O2
焦炭挥发分22.8 20.5 3.85 19.6 29.4
煤粉挥发分43.2 26.5 22.3
生铁预定成分如下表
生铁预定成分Fe Si Mn S P C ∑
（L08）/％94.516 0.48 0.03 0.026 0.098 4.85 100.00
其他条件
焦比Kg/t 煤比Kg/t 炉渣碱度直接还原度炉尘Kg/t 鼓风湿度% 风温440 125 1.1 0．54 20．00 1.00 1100 一配料计算
1.矿石和熔剂消耗量的计算（以生产1t生铁为单位）
矿石配比取烧结矿/球团矿/澳矿=76/10/14，计算混合矿成分。

品种TFe FeO SiO
2Al
2
O
3
1/2S
CaO MgO Fe
2
O
3
P
2
O
5
MnO
烧结矿56.14 9.72 5.41 2.03 0.03 9.52 3.01 69.67 0.25 0.35 球团矿62.59 17.72 8.71 0.78 0.03 1.6 1.05 70.1 0.08
澳矿66.99 0.41 2.45 1.63 0.06
（3/2S）
0.02 0.27 94.66 0.38 0.12 混合矿58.30 9.22 5.33 1.85 0.03 7.40 2.48 73.21 0.25 0.28
设需要混合矿为X kg/t ，石灰石为Y kg/t
由 TFe 的平衡可列出：
(1)
由二元碱度R 可列出：
28
60
8.41411.0205852.0166.01255184.0128.04450137.00533.00437
.0200373.0166.0125031.0128.04455321.0074.01.1⨯-⨯-⨯⨯+⨯⨯++⨯-⨯⨯+⨯⨯++=
y x y x (2)
联立（1）（2）解得
X=1636.52 Kg/t Y = 8.89Kg/t
所以：烧结矿的用量为：1636.52×76％ ＝ 1243.76 kg/t
球团矿的用量为：1636.52×10％ ＝ 163.65 kg/t
澳矿的用量为： 1636.52×14％ ＝ 229.11 kg/t
2．渣量和炉渣成分的计算
CaO
m
＝ 127.50 kg/t 由（2）式分子可得 2
sio m
＝ 115.91 kg/t 由（2）式分母可得
FeO
m
＝ 945.16×（0.003/0.997）×（72/56）＝ 3.65 kg/t MnO
m
＝（1636.52×0.0028-20×0.0132）×0.5=2.16 kg/t
MgO
m
＝1636.52×0.0248 ＋ 8.89×0.005 ＋ 440×0.128×0.01 ＋ 125×0.166×0.0122-20×0.0089 ＝ 41.27kg/t
2
3
Al O
m ＝1636.52×0.0185 ＋ 8.89×0.0146 ＋ 440×0.128×0.3856＋125×0.166×0.3367-20×0.0132 ＝ 59.09 kg/t
4525
.020997
.0003
.016.94516.9450223
.0166.0125042.0128.04450114.05830.0⨯+⨯+=⨯⨯+⨯⨯++Y X
进入高炉的总S量：m s=1636.52×0.0006＋440×0.0055＋125×
0.005=4.05 kg/t
进入生铁的m s ＝1000×0.026％=0.26 kg/t
进入煤气的m s ＝4.05×5％＝0.20kg/t
进入炉尘的m s ＝20×0.0012=0.02kg/t
则进入炉渣的m s ＝4.05－0.26－0.20－0.02＝3.57 kg/t
炉渣化学成分和渣量
成分SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO MnO S/2 ∑重量/kg 115.91 59.09 127.50 41.27 3.65 2.16 1.79 351.37 百分率/％32.99 16.82 36.29 11.75 1.03 0.61 0.51 100 3．生铁成分校正：
W[S]＝0.026 %
W[Si]＝0.48 %
W[Fe]＝94.516 %
W[Mn]＝2.16×(55/71)×100/1000＝0.17 %
W[P]＝1636.52×0.0025×(62/142)×100/1000＝0.179 %
W[C]＝100－94.516－0.026－0.48－0.17－0.179＝4.63% 二物料平衡计算：
= 0.54 ，鼓风湿度f= 1.0％
直接还原度r
d
1. 风量的计算
C 总＝440×0.856＋125×0.745＝469.77kg/t
＝ 469.77×0.7％=3.29 kg/t
C CH
4
C生铁＝1000×4.63％＝46.30 kg/t
C直接＝1.7×12/55＋4.8×24/48＋1.79×60/62＋945.16×0.54×12/56＝113.87 kg/t
C尘＝20×0.0783＝1.57kg/t
C燃＝469.77－3.29－46.30－113.87－1.57＝304.74 kg/t
密度＝0.21（1－0.01）＋0.5×0.01＝0.2129
O
2
C燃烧需要的氧气 V
＝304.74×22.4/24＝284.42 m3
O2
：VO2 ＝125×0.095×0.223×22.4/32=1.85 m3
煤挥发分提供的O
2
＝(284.42－1.85)/0.2129＝1327.24 m3
则需鼓风量为：V
风
M
＝1.28×1327.24＝1698.87 kg/t
风
2.煤气量的计算：
1）.CH
4
碳生成CH4＝3.29×22.4/12＝6.14 m3
焦炭挥发分中的CH4＝440×0.014×0.0385×22.4/16＝0.33 m3
总的CH4＝6.14＋0.33＝6.47 m3
2）.H
2
鼓风带入的H
＝1327.24×0.015＝19.91 m3
2
＝125×0.095×0.432×22.4/2=57.46 m3
煤分带入的H
2
＝440×0.014×0.196×22.4/2＝13.52 m3
焦炭带入的H
2
还原消耗的H 2＝(19.91+57.46+13.52) ×40％＝36.36 m 3
生成CH 4消耗的H 2＝6.14×2＝12.28 m 3
所以：炉顶煤气中的H 2＝19.91+57.46+13.52-36.36-12.28
＝42.25 m 3
3）.CO 2
还原Fe 2O 3生成的CO 2＝(1636.52×0.7321＋8.89×0.015) ×22.4/160
＝167.75 m 3
还原FeO 生成的CO 2＝56
4
.22)16.9454.225636.3654.01(16.945⨯⨯⨯--⨯
＝137.54 m 3
石灰石分解产生的CO 2＝444
.224187.089.8⨯⨯＝1.89 m 3
焦炭带入的CO2＝44
4
.22228.0014.0440⨯⨯⨯＝0.72 m 3
所以：进入炉顶煤气的CO2＝167.75＋137.54＋1.89＋0.72
＝307.90 m 3
4）.CO
C 燃烧生成的CO ＝12
4
.22304.74⨯
＝568.85 m 3 直接还原产生的CO ＝12
4
.22113.87⨯
＝212.56 m 3 焦炭挥发分中的CO ＝28
4
.22205.0014.0440⨯
⨯⨯＝1.01 m 3 间接还原消耗的CO ＝137.54167.75+＝305.29 m 3
所以：进入炉顶煤气中的CO ＝568.85＋212.56＋1.01－305.29
＝477.13 m 3
5）.N 2
鼓风中的N 2＝79.0)015.01(1327.24
⨯-⨯＝1032.79m 3 焦炭中的N 2＝45.128
4
.22294.0014.0440=⨯
⨯⨯ m 3 煤分中的N 2＝52.228
4
.22265.0095.0125=⨯
⨯⨯ m 3 所以炉顶煤气中的N 2＝1032.79＋1.45＋2.52＝1036.76 m 3
煤气成分如下
CO 2
CO
CH 4 H 2 N 2 ∑ 体积/m3 307.90 477.13 6.47 42.25 1036.76 1870.51 百分比/%
16.46
25.51
0.35
2.26
55.43
100
3.编制物料平衡表
煤气密度ρ
煤气
＝
3396.14.2228
5543.020226.0160035.0282551.0441646.0=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯kg/m 3 煤气重量
m 煤气＝74
.25053396.151.1870=⨯ kg
氢气还原生成的H 2O ＝22.294
.2218
36.36=⨯
kg
物料平衡表
收入 kg
支出 kg
烧结矿 1243.76 生铁 1000 球团矿 163.65 炉渣 351.37 澳矿 229.11 煤气 2505.74 焦炭 440.00 炉尘 20.00 煤粉 125.00 水分 29.22 石灰石 8.89 鼓风 1698.87 ∑
3909.28
∑
3906.33
绝对误差：3909.28-3906.33＝2.95 kg
相对误差：
%3.0%075.028
.390995
.2<= 满足要求
三.热平衡的计算
风温：1100℃ 冷矿：25℃ 铁水：1450℃
炉渣: 1500℃ 炉顶煤气：200℃
1.热收入：
1）.碳氧化放热：
由C 氧化成1 m 3CO 2放热：17869.50 KJ
由C 氧化成1 m 3 CO 放热：5241.72 KJ
则C 氧化放热Q 1
=kJ 04.798148672.5241)01.113.477(50.17869
)54.13775.167(=⨯-+⨯+
2）.热风带入的热：
1100℃空气热容 1.4233KJ/(m 3·℃)
水蒸气热容 1.7393 KJ/(m 3·℃)
2%的空气用于输送煤粉 入炉热风V 风=70.130098.024.1327=⨯m 3 热风带入热量Q 2=
()kJ
79.204319611007393.1015.070.13004233.1)015.01(70.1300=⨯⨯⨯+⨯-⨯ 3）. H 2氧化放热
1m 3 H 2氧化成H 2O 蒸气放热 10788.58KJ
H 2氧化放热Q 3=42.25×10788.58=455817.51KJ
4）. 成渣热
1KgCaO和MgO的成渣热为 1128.60KJ
成渣热Q
4
=8.89×（0.5321+0.005）×1128.60=5388.86KJ 5）. 矿石带入热量
25℃炉料热容为 0.6897 KJ/(Kg·℃)
矿石带入热量Q
5
=1636.52×0.6897×25=28217.70KJ
总热收入Q
收
＝10514106.90KJ
2. 热支出的计算
1）.氧化物分解吸热：
（1）.铁氧化物分解吸热：（存在状态Fe
2O
3
、Fe
3
O
4
、2FeO·SiO
2
）
烧结矿中FeO的20%以2FeO·SiO
2状态存在80%以Fe
3
O
4
状态存在
球团矿中FeO 100%以Fe
3O
4
存在
焦炭灰分、煤粉灰分中FeO100%以2FeO·SiO
2
存在
以2FeO·SiO
2
存在的FeO
=87
.
27
0287
.0
166
.0
125
055
.0
128
.0
440
2.0
0972
.0
76
.
1243=
⨯
⨯
+
⨯
⨯
+
⨯
⨯kg 以磁铁矿状态存在的FeO
=kg
65
.
126
0041
.0
11
.
229
1772
.0
65
.
163
8.0
0972
.0
76
.
1243=
⨯
+
⨯
+
⨯
⨯
以磁铁矿状态存在的Fe
2O
3
=kg
44
.
281
72
160
65
.
126=
⨯
Fe
3O
4
=kg
09
.
408
44
.
281
65
.
126=
+
游离的赤铁矿Fe
2O 3
=kg
80
.
916
44
.
281
0159
.0
89
.8
7321
.0
52
.
1636=
-
⨯
+
⨯
分解1Kg以2FeO·SiO
2
状态存在的FeO需要耗热4068.52KJ
分解1Kg 磁铁矿耗热4791.78KJ
分解1Kg 赤铁矿耗热5144.28KJ
则铁氧化物分解吸热Q 1
=kJ 06.678514328.514480.91678.479109.40852.406887.27=⨯+⨯+⨯
（2).非铁氧化物分解吸热：（Mn 、Si 、P ）
分解生成1Kg Mn 耗热：7350.53KJ
分解生成1Kg Si 耗热 ：31028.14KJ
分解生成1Kg P 耗热 ：35697.20KJ
Q =kJ 96.22532820.3569779.114.310288.453.73507.1=⨯+⨯+⨯
则 Q 1=06.6785143 + 96.225328＝7010472.02 kJ
2）. 脱硫吸热：
CaO 脱硫耗热： 5392.20KJ/Kg
MgO 脱硫耗热： 8025.60KJ/Kg
MnO 脱硫耗热： 6249.10KJ/Kg
FeO 脱硫耗热 ：5496.90KJ/Kg
取平均为： 6290.90KJ/Kg
脱硫吸热Q 2=（3.58+0.20）×6290.90=23779.60 kJ
3）. 碳酸盐分解
由CaCO 3分解成1KgCaO 吸热：4037.88KJ
由MgCO 3分解成1KgMgO 吸热：2482.92KJ
碳酸盐分解吸热Q 3
＝kJ 03.1921192.2482005.089.888.40375321.089.8=⨯⨯+⨯⨯
4）. H 2O 分解吸热
分解1m 3水蒸气吸热10788.58KJ
H 2O 分解吸热Q 4 =kJ 52.21478558.10788015.024.1327=⨯⨯ 5）. 煤粉分解吸热
分解1Kg 煤粉分解吸热：836KJ
煤粉分解吸热Q 5=kJ 104500836125=⨯ 6）. 游离水蒸发吸热
1Kg 水从0℃ 100℃吸热：418KJ
100℃水 100℃水蒸气吸热：2257.2KJ
游离水蒸发吸热Q 6
＝kJ 70.47083)21.2257
418(04.0440=+⨯⨯ 7）. 铁水带走的热量
1Kg 1450℃铁水带走的热量：1237.28KJ
铁水带走的热量Q 7=kJ 123728028.12371000=⨯ 8）. 炉渣带走的热量
1Kg 1500℃炉渣带走的热量：1851.74KJ
炉渣带走的热量Q 8=KJ 88.65064574.185137.351=⨯
9）. 煤气带走热量
200℃有关煤气成分的热容（Kg/(m 3·℃)）
成分 N 2 CO CO 2 H 2 H 2O CH 4
热容 1.3104 1.3104 1.7844 1.2996 1.5086 1.8166
干煤气热容C 煤气=
）
℃·Kg/(m 39.13104.15543.08166
.10035.02996.10226.07844.11646.03104.12551.03
=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯
干煤气带走的热量Q 煤气=KJ 78.520001020039.151.1870）＝－（⨯
⨯
煤气中水分带走的热量
Q 水=KJ 71.142745086.1020036.365086.110020018
4
.2204.0440＝）－（）－（⨯⨯+⨯⨯⨯⨯ 炉尘热容C 尘：0.836 KJ/(Kg ·℃)
炉尘带走的热量Q 尘=20×0.836×200=3344KJ
则煤气带走的热量Q 9=37620.49KJ 5
10). 热损失
热损失Q 损= Q 收- 10
1
i
i Q
=∑=668728.66KJ
3.热平衡表
热收入 热支出 项目 热量ＫＪ 比例% 项目 热量ＫＪ 比例% 碳氧化放热 7981486.04 75.91 氧化物分解
7010472.02 71.21 热风 2043196.79 19.43 脱S 23779.60 0.24 氢氧化 455817.51 4.34 碳酸盐分解 19211.03 0.195 成渣热 5388.86 0.051 水分分解 214785.52
2.18
矿石物理热
28217.70
0.27 煤粉分解
104500
1.06 游离水蒸发 47083.70 0.48 铁水带走 1237280 1
2.57
炉渣带走
650645.88
6.61
煤气带走 537620.49 5.46 ∑
10514106.90
100
∑
9845378.24
100
热损失
668728.66
0.23
四．设计一座年产制钢生铁280万吨的高炉
.确定工作日
d 347
%95365=⨯
日产量 t p 2.8069347
102804
=⨯=
1.定容积 利用系数 )(0.23d m t v ⋅=η
2. 每座高炉日产量P=2
p
=4034.6 每座高炉容积 3'20180
.26
.4034m p
V v
u ==
=
η 3.炉缸尺寸 炉缸直径
选择冶炼强度 )(95.03d m t I ⋅= 燃烧强度 )(05.13h m t i ⋅=燃 则 m i IV d u 83.905
.12018
95.023.0=⨯==
燃 取 m d 8.9= 校核
75.268.94
20182=⨯=πA
V u 合理
炉缸高度
渣口高度 m d Nc bp h z 64.18
.91.755.0106
.40342.127.127.12
2
=⨯⨯⨯⨯⨯=
=铁ρ 取 m h z 7.1= 风口高度 m k h h z f 03.356
.07.1===
取 m h f 0.3=
风口数目 6.23)28.9(2)2(2=+=+=d n 取24个 风口结构尺寸选取 m 5.0=α
炉缸高度 m h h f 5.35.00.31=+=+=α ○3死铁层厚度 选取m h 5.10= 4.炉腰直径，炉腰角，炉腰高度 选取 10.1=d D
则 m D 07.118.913.1=⨯= 取 m D 0.11= 选取
80=α
则 4.3802
8
.91122=-=-=
tg tg d D h α 取 m h 4.32= 校核α '
268083
.58
.9114
.3222 ==-⨯=-=
ααd D h tg 5.炉喉直径，炉喉高度
选取 68.01=D d 则 48.71168.01=⨯=d 取 m d 5.71= 选取 m h 0.25=
6.炉身角，炉身高度，炉腰高度 选取 84=β 则 65.16842
5
.711214=-=-=
tg tg d D h β 取 m h 174=
校核β
9218417.86.83.132
.192214'
''==-⨯=-=
ββd D h tg
选取 56.2/=D H u
则 m H u 16.281156.2=⨯= 取 m H u 2.28=
求得 m h h h h H h u 3.20.2174.35.32.2854213=----=----= 7.校核炉容 炉缸体积 3212101.2645.38.94
4
m h d V =⨯⨯=
=π
π
炉腹体积
32222222.289)8.98.91111(4.312
)(12
m d Dd D h V =+⨯+⨯⨯=
++=
π
π
炉腰体积 323230.2003.2114
4
m h D V =⨯⨯=
=π
π
炉身体积 3222
1124404.1156)5.7115.711(1712
)(12
m d Dd D h V =+⨯+⨯⨯=
++=
π
π
炉喉体积 32521536.880.25.74
4
m h d V =⨯⨯=
=π
π
高炉容积
35432161.199936.8804.115620020.28901.264m V V V V V V u =++++=++++= 误差 %1%91.0201861
.19992018''<=-=-=∆u u u V V V V
炉型设计合理符合要求
五. 高炉砌砖计算(高铝砖)
高炉炉身用冷却模块砌筑，高炉炉底采用综合炉底，炉缸采用碳砖砌筑。

1）炉腹：
采用G —2与G —4配砌，由上而下共分为15段，每段3层。

1.第一段：圆环内径d ＝炉腰直径＝11000mm 用G —4砌环圈需要砖数
则，需G —2数
则，第一段 共砌砖：n 1总=(87+158)×3=735块
87125
150345
14.3221=-⨯⨯=-=
b b a n s π158
150
125
871100014.31
=⨯-⨯=
-=
b
b n d n s z π
2.第二段：根据砌砖公式 ΔR ＝
α
tan h
； h ＝3×75＝225mm ，α＝79°26；ΔR ＝3400-225/5.83＝544.6mm 则，第二段内径d 2＝11800＋2ΔR ＝11800＋544.6×2＝12890mm 用G —4砌环圈需要砖数
则，需G —2数 则，第二段 共砌砖：n 2总=(87+198)×3=855块 3第三段：内径d 3＝12800mm
用G —4砌环圈需要砖数
则，需G —2数 则，第三段 共砌砖：n 3总=(87+197)×3=852块
同理可求出n 4总=851块；n 5总=846块；n 6总=840块；n 7总=833块；
n 8总=830块； n 9总=823块；n 10总=821块；n 11总=815块；n 12总=809块； n 13总=805块 ；n 14总=803块；n 15总=798块
则：楔形砖共87⨯45=3915 直形砖共8493 炉腹共用砖12408块。

2）炉腰： 采用G —2与G —4配砌 内径=11000mm
G －4砌环圈需要砖数
则，需G —2数 共砌砖31层
则， n 总=(87+158)×31=7595块
198150125871289014.31=⨯-⨯=-=b b n d n s z π87125
150345
14.3221=-⨯⨯=-=b b a n s π158
150125871100014.31
=⨯-⨯=-=b b n d n s z π87
125
15034514.3221=-⨯⨯=-=b b a n s
π87
125
15034514.3221=-⨯⨯=-=b b a n s
π197150
125871280014.31=⨯-⨯=-=b b n d n s z π。