2012年高炉炼铁毕业设计

（2012届）专科毕业设计（论文）资料题目名称：根据娄底地区，设计一个年产量为480万吨的高炉炼铁车间学院（部）：冶金工程学院专业：冶金技术***名：**班级：冶金092 学号*********** 指导教师姓名：王建丽职称讲师最终评定成绩：湖南工业大学教务处本次设计是根据娄底地区设计年产量为480万吨的高炉炼铁车间，该地区矿藏丰富，水资源充沛，交通发达，设计炼铁车间比较合理。

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。

生铁除了少部分用于铸H2造外，绝大部分是作为炼钢原料。

虽然现在高炉并不是以后炼钢的发展趋势，但高炉冶金是获得生铁的重要手段。

它是以铁矿石是为原料，焦炭煤粉作为燃料和还原剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非铁氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程。

随着冶金技术的不断发展，对其冶炼的关键设备——“高炉”。

也有了越来越严格的要求。

高效率、高质量、高寿命、低能耗、低污染——是本次设计所追求的目标。

在本次设计中翻阅了大量的参考文献，相当于又系统的学习了一遍高炉的有关知识，是对高炉发展的新的具体认识和总结，是本人三年专业知识学习的一个促进过程。

本次设计中得到了王建丽老师的悉心指导和帮助，本人表示非常的感谢。

然而，由于本人水平有限，设计中难免有不足和纰漏之处。

望各位给予指正。

第一章绪论 (1)1.1 高炉炼铁任务及工艺流程 (1)1.2 高炉生产的特点及优点 (2)1.3 设计原则和指导思想 (2)1.4 厂址及建厂条件论证 (3)第二章炼铁工艺计算 (4)2.1 配料计算 (4)2.2 根据铁平衡求铁矿石需要量 (6)2.3 渣量及炉渣成分计算 (6)2.4 物料平衡计算 (7)2.5 热平衡计算 (8)第三章高炉本体 (14)3.1 高炉炉型 (14)3.2 高炉炉衬 (16)3.3 炉体冷却方式 (16)3.4 冷却系统 (19)3.5 高炉钢结构及高炉基础 (20)第四章炉顶装料系统 (23)4.1 串罐式无钟炉顶装料设备 (23)4.2 串罐式无钟炉顶的特点 (25)第五章供料系统 (26)5.1 高炉供料系统 (26)5.2 储矿（焦）槽及其主要设备 (27)5.3 槽下运输及炉料称量 (30)第六章送风系统 (31)6.1 鼓风机的选择 (31)6.2 热风炉设计 (32)6.3 热风炉常用耐火材料 (34)6.4 燃烧器及送风制度的选择 (34)6.5 热风炉主要管道直径的选定 (35)第七章渣铁处理系统 (36)7.1 风口平台及出铁场 (36)7.2 炉前设备 (37)7.3 炉渣处理 (39)第八章煤气除尘系统 (41)第九章喷吹系统设计 (42)9.1 主要设备 (43)9.2 喷煤车间设备 (43)第十章车间布置形式10.1 高炉车间平面布置 (46)结束语 (48)主要参考文献 (49)1 绪论1.1高炉炼铁的任务及工艺流程高炉炼铁的任务是用还原剂（焦炭、煤粉）在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程。

高炉生产要求以最小的投入获得最大的产出，即做到高产、优产、低耗、有良好的经济效益。

高炉生产是借助高炉本体和其辅助设备来完成的。

高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。

要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其他附属的配合，其工艺流程如图1-1所示。

1（1）供料系统包括贮矿槽、贮焦、称量与筛分等一系列设备，其任务是将高炉冶炼所需要原料通过上料系统装入高炉。

（2）送风系统包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，其任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需要的热风。

（3）煤气除尘系统包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经一系列的净化使其含尘量降至10mg/m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。

（4）渣铁处理系统包括出铁场、开铁口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，其任务是及时处理高炉排放的渣、铁，保证高炉生产正常进行。

（5）喷吹燃料系统包括原煤的存储、运输、煤粉的制备、收集罐车及煤粉喷吹，以煤代焦，降低焦炭消耗。

1.2高炉生产的特点及优点特点：（1）高炉是一个多相复杂的巨型高温化学反应器；（2）炉内两股逆向流动是一切反应的基础；（3）高炉寿命长；（4）连续作业率高；（5）热效率高；（6）生铁质量稳定。

优点：既能利用多种原料，产品性能又能满足广泛的质量要求，铁的收得率高，又具备大规模生产的能力。

1.3设计原则和指导思想设计的总要求是技术上优先，工艺上可行，经济上合理。

（1）积极采用成熟的生产工艺，设备和结构；（2）学习总结生产经验，移植适用可行的先进技术；（3）在现有条件允许的情况下，留足够的发展余地；（4）充分考虑节约能源，资源的综合利用，改善劳动条件和环境保护。

21.4厂址及建厂条件论证本设计是针对娄底地区设计的。

娄底市，是湖南的能源、矿产和化工重镇，也是省内重要的铁路枢纽，有”世界锑都“、”百里煤海“之称。

位于省湖南中部。

铁路建设方面，沪昆客运专线经过娄底，并在娄底城区和新化设站；娄邵铁路既有线改造开工建设。

高速公路方面，二广高速娄底段、娄新高速、新溆高速建设如火如荼；长娄、娄益、娄衡高速进入了省里的建设，我市东、南、西、北四个高速出口即将全面打通，一个面向湘西、大西南的综合交通枢纽城市日益显现在公众面前。

32炼铁工艺计算2.1配料计算（1）原始资料的收集和整理1）矿石成分分析：见表2-12）焦炭成分分析：见表2-23）煤粉成分分析：见表2-3（2）矿石的选配因现场提供的化验成分不完全，为此因按元素在原料中存在形态不全应有的组成，并各组分含量之和等于100%。

如矿石中其他物质（如碱金属化合物）未做化验分析，所以常规分析组分之和（包括烧损等）不等于100%，则可补加一个其他项，使总和等于100%。

表2-1 矿石成分%表2-2 焦炭成分 %4表2-3 煤粉成分 %表2-4 预定生铁成分 %表2-5 常见元素分配率 %冶炼条件的确定燃料消耗量焦比 340kg/t 煤比 180kg/t 重比 30kg/t 置换比 0.7 鼓风湿度 12g/m 3 相对湿度 1.493% 风温 1200℃ 炉尘量 20kg/t 入炉熟料温度 80℃ 炉顶煤气温度 200℃ 焦炭冶炼强度 0.9t/(d ·m 3) 综合冶炼强度 1.05 t/(d ·m 3) 利用系数 3.0 t/(d ·m 3) 燃烧强度1.00t/(d ·m 3) (3) 根据碱度平衡求铁矿石配比根据原料条件，假设生铁矿的配比为a ，烧结矿的配比为b ，球团矿的配比为c 。

在按照生产经验确定炉渣碱度R ，然后根据碱度平衡求出a,b,c 。

其中a ＋b ＋c=1][14.222222Si Q SiO QK SiO QK cSiO bSiO aSiO CaO QK CaO QK cCaO bCaO aCaO R -++++++++=煤煤焦焦球烧矿煤煤焦焦球烧矿如果假设焦、煤带入的铁和进入炉渣和炉尘的铁相等，既有 ][Fe cFe bFe aFe Q 球烧生++=本设计选定R=1.1，计算得生铁矿，烧结矿和球团矿的配比为8:76:16，按比例得到混合矿的成分，见表2-1。

5 2.2 根据铁平衡求铁矿石需要量（1）燃料带入的铁量：进入炉尘的焦炭量=G尘C尘/C焦=20×11.95／84.74=2.82 kg11.95%为炉尘中炭的烧损量。

高炉内参加反应的焦炭量为G焦=340－2.82=337.18 kg故焦，煤带入的铁GFe燃=（337.18×0.68%＋180×0.93%）×56／72=3.085 kg （2）进入炉渣中的铁量GFe渣=95.29%×1000×0.3%／99.3%=2.867 kg（3）需要由铁矿石带入的铁量G矿=1000[Fe] ＋GFe渣－GFe燃=952.9＋2.867－3.085=952.68 kg（4）冶炼1t生铁的矿石需要量G矿=G矿／Fe矿=952.68／61.003%=1561.72 kg考虑到炉尘吹出量，入炉矿石量为G矿入=1561.72＋20－2.82=1578.9 kg 2.3 渣量及炉渣成分计算∑CaO=340×0.0052＋180×0.0069＋1578.9×0.0628=102.165 kg∑SiO2=340×0.0781＋180×0.0715＋1578.9×0.0398－9.643=92.621 kg∑Al2O3=340×0.0458＋180×0.0883＋1578.9×0.0144=54.202 kg∑MgO=340×0.0014＋180×0.003＋1578.9×0.0184=30.068 kg渣中MnO量=0.5×1578.9×0.00041=0.324 kg渣中FeO量=952.9×0.3%／99.7%×72／56=3.687 kg每吨生铁含硫量=340×0.0077＋180×0.003＋1578.9×0.0003=3.632 kg 进入生铁中的硫=1000×0.00023=0.23 kg进入煤气中的硫=0.05×3.614=0.181 kg进入渣中的硫=3.632－0.23－0.181=3.221 kg表2-6 炉渣成分[S]=0.023%；LS=2×0.566／0.023=49.22[Si]=49%[P]=0.43×1／1000=0.043%[Mn]=0.324×55／71×1／1000=0.023%[Fe]=95.29%[C]=100%－95.29%－0.023%－0.043%－0.023%=4.131%6表2-7 校核后生铁成分 %2.4 物料平衡计算1、风量计算(1) 燃料带入总C量GC总=G焦C焦＋G煤C煤=337.18×84.74%＋180×77.83%＋30×84.32%=451.116 kg(2) 溶入生铁中的C量GC生铁=1000×4.131%=41.31 kg(3) 生成甲烷的C量GC甲烷=1.0%×451.116=4.51 kg(4) 直接还原消耗的C量1) 锰还原消耗的C量 GC锰=1000×0.03%×12／55=0.07 kg2）磷还原消耗的C量 GC磷=1000×0.043%×60／62=0.416 kg3）硅还原消耗的C量 GC硅=1000×0.45%×24／28=3.86 kg4）铁直接还原消耗的C量 GC铁直=1000×95.29%×12／56×0.38=77.59 kg故 GC直=0.07＋0.416＋77.59＋3.86=81.936 kg风口前燃烧的C量=451.116－41.31－4.51－81.936=323.36 kg(5) 计算鼓风量V风1) 鼓风中的氧浓度=21%（1－1.493%）＋0.5×1.493%=21.43%2) GC燃燃烧需要的氧为Vo2=323.36×22.4／24=301.8 m33) 煤粉带入氧量Vo2=180×(2.33%＋0.83%×16／18) ×22.4／32=3.87 m34) 重油带入氧量Vo2=30×（0.76%＋3.01%×16／18）=0.72 m3(6) 需鼓风供给的体积Vo2风=301.8－3.87－0.72=297.21 m3故 V风=297.21／21.43%=1386.89 m32、炉顶煤气成分及数量计算(1) 甲烷的体积V CH41) 由燃料碳生成的CH4量V CH4=4.51×22.4／12=8.42 m32) 焦炭挥发分中的CH4量V CH4=337.18×0.017％×22.4／16=0.08 m3故V CH4=8.42＋0.08=8.5 m3(2) 氢的体积V H21) 由鼓风中水分分解产生的H2量=1275.97×1.493％=19.1 m32) 焦炭挥发分及有机物中H2量=337.18×（0.026％＋0.3％）×22.4／2=12.31 m33) 煤粉分解产生的H2量=180×﹙2.35％＋0.83％×2／18﹚×22.4／2=49.24 m34) 重油分解产生的H2量=30×﹙11.18％＋3.01％×2／18﹚×22.4／2=38.69 m 35) 炉缸煤气中H 2的总量=19.1＋49.24＋12.31＋38.69=119.34 m 376) 生成甲烷消耗的H 2量=8.5×2=17 m 37) 参加间接还原消耗的H 2量=119.34×0.35=41.77 m 3 故V H 2=119.34－17－41.77=60.57 m 3(3) 二氧化碳的体积V CO 21) 由矿石带入的Fe 2O 3的量=1578.9×78.89％=1245.59 kg 参加还原Fe 2O 3为FeO 的氢气量=119.34×0.35×﹙1－0.9﹚×2／22.4=0.37 kg由氢还原的Fe 2O 3的量=0.37×160／2=29.6 kg由CO 还原的Fe 2O 3的量=1245.59－29.6=1215.99 kg故 V CO 2还=1215.99×22.4／160=170.24 m32) CO 还原FeO 为Fe 生成CO 2的量=1000×95.3％×﹙1－0.38－ 0.07﹚×22.4／56=209.64 m 33) 焦炭挥发分中CO 2量=337.18×0.15％×22.4／44=0.26 m 3 故V CO 2=170.24＋209.64＋0.26=308.14 m 3 (4) 一氧化碳的体积V CO1) 风口前炭燃烧生成CO 量=GC 燃×22.4／12=323.36× 22.4／22=603.61 m 32) 直接还原生成CO 量=GC 直×22.4／12=81.936× 22.4／12=152.95 m 33) 焦炭挥发分中的CO 量=337.18×0.16％×22.4／28=0.43 m 3 4) 间接还原消耗的CO 量=170.24＋209.64=379.88 m 3 故V CO =603.61＋152.95＋0.43－379.88=377.11 m 3 由以上计算结果得煤气成分表，见表2-8。