炼铁厂设计原理
《炼铁厂设计原理》教学大纲
《炼铁厂设计原理》教学大纲课程编号：C065140706课程名称：炼铁厂设计原理课程类型：专业方向课英文名称：Ironworks Design适用专业：冶金工程总学时：40学分：2.5一、本课程的性质、目的及任务《炼铁厂设计原理》是冶金工程专业的一门专业必修课，主要介绍炼铁厂高炉本体及各辅助系统的主要设备的结构、作用原理及设计方法。
目的：使学生根据本科期间所学专业知识进行钢铁冶金工艺设计。
任务：培养学生具有初步的钢铁冶金工艺设计的基本技能。
二、课程教学的基本要求1．课程教学的基本要求掌握炼铁厂主体设备的工艺设计原理，主要工艺参数的选择与计算方法；掌握炼铁厂各辅助系统的作用、工艺原理及设计方法。
2．能力培养要求掌握炼铁生产技术、工艺、装备的改进发展与创新，培养学生技术改造与科技创新的能力。
三、课程教学内容绪论介绍本课程的目的、研究对象、内容和任务，炼铁设备和技术发展历史及现状。
第1章炼铁车间规划1.1高炉冶炼工艺过程及技术经济指标(复习)1.2炼铁车间规划钢铁厂总体布置，运输方式；高炉总容积及座数的确定。
1.3炼铁车间平面布置平面布置应遵循的原则，平面布置的型式及其特点。
第2章高炉本体设计2.1高炉炉型炉型发展过程，五段式高炉炉型尺寸要素及其意义，炉型设计与计算。
2.2高炉炉衬炉衬用耐火材料，炉衬设计的基本要求，炉衬各部位的工作条件及破坏机理，炉衬设计与砌筑，砖量计算。
2.3高炉冷却冷却的意义、方法，冷却设备，冷却器的工作制度，高炉冷却的改进。
2.4高炉钢结构高炉钢结构的类型及其特点，炉壳、支柱、框架尺寸及数目的计算与确定。
2.5高炉基础高炉基础承受的载荷及对基础的要求，基础的构成与基础尺寸的估算，低耐压土壤的处理。
第3章高炉供料系统3.1原料的储存、混匀及运输原料的混匀作业，车间内运输方案、设备，储矿槽构造、容积及尺寸的确定，槽下设备及焦炭、矿石的称量设备。
3.2高炉上料设备卷扬机、料车、斜桥的构造，卷扬机生产率计算，胶带机上料特点及胶带机能力的计算。
炼铁厂设计原理概念
Hu=h1+h2+h3+h4+h5 有效高度（Hu）意义：料柱阻力大，不利于顺行，但Hu高，煤气利用好，K低。
全高度H=h6+Hu●高炉内型：高炉工作空间的内部剖面形状。
●高炉有效高度：高炉零料线到出铁口中心线之间的垂直距离。
●欠冷度：在一定压力下，水的饱和蒸汽温度与冷却水实际温度之差。
●过滤负荷：每小时每立方米滤袋面积过滤的煤气量。
●有效炉容：有效高度内的高炉容积。
●高经比：高炉的有效高度与炉腰直径的比值。
●高炉鼓风机类型：离心式和轴流式。
●风机特性曲线：在一定吸气条件下，鼓风机的风量，风压与功率转速之间的关系曲线。
●扎铁钢设计：撇渣器又叫渣铁分离器。
●渣铁分离器（又叫撇渣器或者砂口）：利用渣铁比重的不同，用挡渣板把下渣挡下，只让铁水从下面穿过，达到渣铁分离的目的。
●高炉车间平面布置方式：一列式、并列式、岛式、半岛式。
●炉缸直径计算公式：d=1.13根号下（I*Vu/J）*mI：冶炼强度Vu:高炉有效容积J：燃烧强度：每昼夜每立方米炉缸截面积燃烧的焦炭量。
●高炉耐材：炭砖：应用在炉缸和炉底的砖衬上。
特点：1.耐火度高2.极高的荷重软化温度 3.高温耐磨性能良好4.高温体积稳定性好5.良好的导热性和导电性6.抗热震性好7.高温下不易氧化硅砖（应用在热风炉）：优点：熔点大于1700℃,抗蠕度能力好缺点：体积密度小，蓄热少，易发生晶型转变，应用在高温区。
高铝砖：抗蠕性能好粘土砖：抗蠕变性能不好，但便宜高铝砖和粘土砖主要用于炉腹、炉腰和炉身。
热风炉高温区一般用硅砖或者高铝砖，低温区用粘土砖。
●高炉冷却：冷却器分类（主要冷却器）：冷却板、冷却水箱、冷却壁、风渣口水套、及风冷或水冷管●冷却器工作制度：制定和控制合适的冷却水流量、流速、水压，水温差来适应各部分的温度，起到保护炉衬的作用。
热量Q=M*C*(t出-t进)*10 ³KJ/hM---水量C---水比热容单位统一，故*10 ³●软水密闭循环图：软水密闭循环按膨胀水箱位置分为上置式和下置式。
炼铁设计原理
D
h3 一般取值1～3m
D/d
小型高炉
1.25～1.5
h0 h1
hz
3.1.2.5 炉腰
承 上 启 下
h2
Hu
3.1.2.6 炉喉
作用：承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布
d1/D取值在0.64～0.73之间。
3.1.2.7 死铁层厚度
定义：铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离
作用：隔绝铁水和煤气对炉底的侵蚀，其热容量可使炉底温度均匀稳定，
具有 时间性和相对性
1. 比较法 产量确定炉容 寻找条件相似 确定几个主要设计参数
合理的炉型
比较、修订计算
容积计算
2. 计算法
经验数据的统计法 分析和统计 关系式 计算校核 修定
设计炉型
h0 0.0937 Vu d 2
（3－15）
大型高炉：
H u 6.44Vu
0.2
d 0.32Vu
0.3942
0.719Vu
0.2152
0.517Vu
0.7848
0.841
)
h3 0.3586Vu
0.7848
6.3278Vu
0.7701
h4 (6.3008Vu 47.7323 ) (Vu
d1 0.4317Vu
0.3771
0.7833Vu
0.2446
0.5769Vu
（6）生铁成本 （7）休风率
（8）高炉一代寿命
1.3 高炉炼铁设计的基本原则
一. 高炉炼铁设计应遵循的基本原则
1）合法性。
2）客观性。 3）先进性。
4）经济性。
5）综合性。 6）发展远景。 7）安全和环保。 8）标准化。
炼铁设计原理PPT课件
2.主要设备
• 1）混合器：混合器是将压 缩空气与煤粉启动的设备， 由壳体和喷嘴组成。
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• 2) 分配器单管路喷 吹必须设置分配器。 煤粉由设在喷吹罐下 部的混合器供给，经 喷吹总管送人分配器， 在分配器四周均匀布 置了若干个喷吹支管， 喷吹支管数目与高炉 风口数相同，煤粉经 喷吹支管和喷枪喷入 高炉。目前使用效果 较好的分配器有瓶式、 盘式和锥形分配器等 几种。图7—15所示 为瓶式、盘式和锥形 分配器的结构示意图。
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5）木屑分离器
• 安装在磨煤机出口的垂直管道上， 用以捕捉气流中夹带的木屑和其 它大块杂物。
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6）锁气器
• 锁气器是一 种只能让煤 粉通过而不 允许气体通 过的设备。 常用的锁气 器有锥式和 斜板式两种， 其结构如图 7—11所示。
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7.2煤粉喷吹系统
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• 3）喷射枪 • 喷射枪是高炉喷煤系统的重
要设备之一，由耐热无缝钢 管制成，直径15~25mm， 根据喷枪插入方式分为三种， 见右图：
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• 4） 氧煤枪 • 由于喷煤量的增大，
风口回旋区理论燃 烧温度降低太多， 不利于高炉冶炼， 而补偿的方法主要 有两种，一是通过 提高风温实现，二 是通过提高氧气浓 度即采取富氧操作 实现。但是欲将 1100～1250℃的 热风温度进一步提 高非常困难，因此 提高氧气浓度即采 用富氧操作成为首 选的方法。
7. 高炉喷吹煤粉系统
• 高炉系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉 喷吹、热烟气和供气等部分组成。 见下图：
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7. 1 煤粉制备系统
1.煤粉制备工艺：煤粉制备工艺是指通过磨煤 机将原煤加工成粒度及水分含量均符合高炉 喷煤要求的煤粉的工艺过程。 1）球磨机制粉工艺流程图
炼钢设计原理
1.1.2工艺过程高速化
利用系数：吨钢/公称吨一昼夜。 转炉利用系数：2005年转炉日历利用系数为
36．11吨／吨·日,2006年最高81.046吨／吨·日 （凌源）。 1）精料：a）金属的精化处理：铁水的脱硅处理 （Si<0.20）、铁水脱磷和脱硫（S≤0.012、 P≤0.005）。
1.1.4炉龄长寿化
转炉炉龄在70年代只有100-200炉，包钢平均炉龄 只有73.84炉，采用的炉衬是焦油白云石砖。普遍采 用了镁碳砖炉衬使转炉寿命大大提高，可达1500炉 以上，日本的一座炉子达到了10001炉，首钢（30 吨）达到了10110炉，但是炼钢36min，补炉需要 40min，耐火材料消耗大。
转炉复合吹炼时代
连铸生产技术的发展对转炉炼钢的生产稳定性提出更 高的要求，主要目的是改善吹炼后期渣钢反应远离平 衡，实现平稳吹炼。顶底复合吹炼的工艺方法可归纳 为三大类：
＊加强搅拌型：顶吹氧，底吹惰性气体（Ar、N2)或CO2， 流量大致在0.3m3/t.min以下。
＊强化冶炼型：顶底复吹氧，底吹氧或氧和溶剂，底吹 20—40%的氧气，顶吹60—80%的氧气，如K—BOP。
类 溶 液 或 熔 体 中 析 出 .( 溶 液 电 解 铜 ， 熔 盐 电 解:Al,Mg,Na) 钢铁冶金:火法,电冶金 有色冶金:火法,湿法
冶金主要操作工序
以钢铁冶金为例：
采矿→ 铁矿石→选矿→矿粉→造块→人造 富矿→ 熔炼→金属液→精炼→钢→成型 加工 →钢铁产品
16000 万吨 14000 12000
年 产量 (万吨) 年 产量 (万吨)
1964 1800
2003 22000
1976 2300
2004 28000
炼铁厂设计原理
第一章～第二章一. 名词解释1、高炉一代寿命高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。
大型高炉一代寿命为10～15年。
2、高炉休风率休风率是指高炉休风时间占日历时间的百分数。
先进高炉休风率小于1％。
3、生铁合格率化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。
它是衡量产品质量的指标。
二. 问答题1、高炉车间平面布置方式有哪几种？各有什么主要特点？①在工艺合理、操作安全、满足生产的条件下，应尽量紧凑，并合理地共用一些设备与建筑物，以求少占土地和缩短运输线、管网线的距离。
②有足够的运输能力，保证原料及时入厂和产品（副产品）及时运出；③车间内部铁路、道路布置要畅通。
④要考虑扩建的可能性，在可能条件下留一座高炉的位置。
在高炉大修、扩建时施工安装作业及材料设备堆放等不得影响其它高炉正常生产。
2、岛式布置有什么特点？有何优点？①铁水罐车停放线与车间两侧的调度线成一定交角，一般为11～13º。
②岛式布置的铁路线为贯通式，空铁水罐车从一端进入炉旁，装满铁水的铁水罐车从另一端驶出，运输量大。
③并且设有专用辅助材料运输线。
缺点：高炉间距大，管线长；设备不能共用，投资高。
半岛式布置有什么特点？有何优点？3、确定高炉座数的原则是什么？保证在一座高炉停产时，铁水和煤气的供应不致间断。
一般新建车间2～3座高炉。
三. 论述题1、高炉车间平面布置方式有哪几种？各有什么主要特点？一列式布置主要特点是：高炉与热风炉在同一列线，出铁场也布置在高炉列线上成为一列，并且与车间铁路线平行。
优点：1. 可以共用出铁场和炉前起重机，共用热风炉值班室和烟囱，节省投资；2. 热风炉距高炉近，热损失少。
缺点：运输能力低，在高炉数目多，产量高时，运输不方便，特别是在一座高炉检修时车间调度复杂。
并列式布置主要特点：高炉与热风炉分设于两条列线上，出铁场布置在高炉列线，车间铁路线与高炉列线平行。
设计年产1000万吨炼钢生铁炼铁厂
❖ 每座高炉对应四座新日铁外燃式热风炉，一座重 力除尘器及其它附属设备。考虑到目前的经济形 势，采用了先进的技术和设备。在操作上采用高 喷煤量，以降低焦碳的用量，强化冶炼，并采用 高度自动化，减轻工人的劳动强度
❖ 在设计上，采用国内外先进技术，如环形出铁场 、串罐式无钟炉顶、INBA法炉渣处理系统等。另 外，在炉前设置了除烟罩和其他除尘设备，在噪 音大的地方安装消音器，以改善炼铁厂的环境， 减少对环境的污染。
0.1 52
0
0.547
1.8 89
0
0
0.654
0.9 81
∑—
—
114 .84
—
122 .21
—
41.
—
26. — 5.3
—
3.0
Fe
(1)炉渣中CaO的量GCaO渣=122.217㎏ (2)炉渣中SiO2的量GSiO2渣=114.845-8.571=106.273kg 式中 114.845——原、燃料带入SiO2的总量，kg。
Fe
计算矿石需要量
(1)燃料带入的铁量GFe燃 首先计算20kg炉尘中的焦粉量：
G焦粉=G尘C%尘/C%焦=20*20/84.485 =4.735㎏\7 高炉内参加反应的焦碳量为：G焦=350-4.375 =345.265㎏ 故 GFe燃=G焦FeO%焦56/72＋G煤FeO%煤56/72= G焦Fe2O3%焦*13.725%*112/160+G 煤Fe2O3%煤*12.179%*112/160=1.366㎏ (2)进入炉渣中的铁量
对红土镍矿(c/o=1.0)进行高温高料层试验如下：
20min 温度/℃
25 min
30 min 35 min
（加料 CaO %
《钢铁厂设计原理》课程教学大纲
《钢铁厂设计原理》课程教学大纲课程名称：钢铁厂设计原理英文名称：Design principles of iron and steel factory课程代码：METE3003课程类别：①学位课；②考试；授课对象：冶金工程等专业开课学期：第7学期；学分：2.5学分；学时：45 学时主讲教师：指定教材：(1) 张树勋主编. 钢铁厂设计原理(上册)，冶金工业出版社，2005(2)李传薪主编. 钢铁厂设计原理(下册)，冶金工业出版社，2005一、教学目的本课程的目的和任务是使学生熟悉钢铁厂设计基础和设计原则，重点掌握炼铁、炼钢工艺过程的物料平衡和热平衡计算方法。
通过本课程的学习，使学生掌握钢铁厂主要设备工作原理、设备特征与设备选型，了解钢铁厂设计基本知识。
通过本课程教学，结合冶金工艺学基本知识，提高冶金工程专业学生的工程实践能力，配合我院“卓越工程师培养计划”的深入实施。
二、课程内容第一部分钢铁工业发展概况1 教学内容了解国内外钢铁工业发展现状及趋势；了解钢铁工业流程的发展与演变过程；熟悉钢铁冶金各工序之间的联系；掌握钢铁冶金清洁生产的内涵及意义；理解钢铁冶金工业走可持续发展路线的必要性。
2 教学要点(1)教学重点：①钢铁工业发展现状及趋势；②钢铁工业资源特征及供应情况；③钢铁冶金各工序之间的联系；④钢铁冶金清洁生产的意义。
(2)教学难点及要求：通过本部分教学，使学生对钢铁制造全流程有一个系统、全面的认识，为后续课程奠定基础。
第二部分炼铁厂设计部分第1章钢铁厂设计基础1 教学内容了解工程设计的主要任务，钢铁厂设计应遵循的基本方法，了解钢铁厂规模及特征，掌握钢铁厂工艺流程选择及技术经济性；了解钢铁厂厂址选择方法，钢铁厂厂房建筑特点等。
2 教学重点(1) 教学重点：钢铁厂设计应遵循的总体原则，厂址选择及厂房建筑特点。
(2) 教学难点及要点：熟练掌握钢铁厂设计的主要任务及工程设计需要解决的问题。
第2章高炉车间设计1 教学内容了解高炉车间的基本构成情况；熟悉高炉的主要技术指标计算方法及各主要指标间的关系；了解高炉车间的平面布置特点；掌握现代高炉先进技术及发展趋势；熟练掌握高炉本体的设计和计算方法。
钢铁厂设计原理
有效利用系数：每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比；即没昼夜1m 3有效容积的生铁产量。
2、焦比：每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量。
3、冶炼强度：每昼夜1m ³有效容积燃烧的焦炭量，即高炉一昼夜焦炭消耗量与有效容积之比。
4、拉坯速度：是以连铸机每一流每分钟拉出铸坯的长度来表示m/min ，也可以用浇注速度表示，指每一流每分钟浇注钢水的重量t/min 或kg/min 。
5、炉容比：指转炉有效容积Vt 与公称容量T 之比值Vt/T(m 3/t)。
氧流量：单位时间通过氧枪的氧量。
6、高炉有效容积和有效高度：高炉大钟下降位置的下缘到铁口中心线间的距离为高炉有效高度，对于无钟炉顶为流槽最低位置的下缘到铁口中心线之间距离；在有效高度范围内，炉型说包括的空间为高炉有效容积。
7、供氧强度：单位时间每吨钢的供氧量。
8、设计炉型：在给定条件下，通过经验公式或统计规律所得的炉型。
合理炉型：在现有条件下（原燃料条件，冶炼条件）能使高炉获得较好的冶炼指标的炉型。
操作炉型：高炉在冶炼过程中炉衬不断被侵蚀，炉室扩大，高炉内部各部分的尺寸均会发生变化的炉型。
10、冷却设备：炉底炉缸用光面冷却壁，镶砖冷却壁用于炉腹、炉腰和炉身下部。
炉喉用炉喉钢砖。
上料方式包括料车和胶带。
12、台数：凡共用一个盛钢桶浇注一根或同时浇注几根铸坯的一套连铸装置称为一台连铸机。
机数：凡是具有独立的传动和工作系统，当它机出故障时仍可以独立进行正常工作的一组设备系统。
流数：每台连铸机同时浇注的铸坯根数。
13、休风率：日历时间减去计划大、中修时间为高炉的作业时间。
凡其他因故休风，其休风时间占作业时间的百分比叫休风率。
1、高炉炉衬破损机理： 高温渣铁的渗透和侵蚀，渣中FeO 、MnO 、CaO 和砖中SiO 2作用，形成低熔点化合物，使得砖衬表面软熔，在液态铁渣和煤气流的冲刷下而脱落，液态铁，重金属及碱金属的渗透，是炉缸炉底破损的重要原因；高温和热震破损，炉内温度经常波动，由于温度梯度产生的热效应超过砖衬的强度极限，砖即裂开；炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气碳素沉积的破坏作用，碳素沉积的破坏作用反应在整个高炉炉衬、炉腰和炉身中下部较为严重；碱金属及其他有害元素的破坏作用，碱金属和锌的氧化物与炉衬中Al 2O 3、SiO 2反应形成低熔点的铝硅酸盐，炉衬软熔并被冲刷而破坏，炉底侵蚀：高温，高压下渣铁的渗透及重金属的渗透；高温下的化学侵蚀；渣铁的机械冲刷；高温热应力的作用。
钢铁厂设计原理
教学大纲一说明1 教学要求:《钢铁厂设计原理》上册是以高炉炼铁车间设计及炼铁车间设备结构、工作原理、设计计算和设备选型为主要内容，还编入了炼铁原料加工车间设计概论、钢铁厂设计概论及钢铁厂厂房建筑概论。
通过本书的学习，使学生掌握钢铁厂主要设备工作原理、设计计算与设备选型；了解钢铁厂设计基本知识。
2 教学内容的确定：根据专业的需求，无需删除任何内容。
3教学中应注意的问题：⑴系统地、全面地、有重点地、难易适中地将本书的内容讲给学生；⑵学习完每章节后，要通过习题练习、巩固和加强学生所学的内容。
进行基础教育的同时，注重培养学生的素质，提高学生独立解决问题的能力；⑶除了要通过作业了解学生对所学内容的掌握情况外，还要通过考试对学生进行考查与考核。
二教学内容第一章钢铁联合企业设计概述教学目标：通过本章学习，使学生：掌握厂址选择、总图运输、钢铁厂的组成、钢铁厂设计应遵循的原则。
了解高炉生产流程和主要技术经济指标、基本建设程序简介。
教学重点：厂址选择、总图运输、钢铁厂的组成、钢铁厂设计应遵循的原则。
教学难点：厂址选择、总图运输教学内容：1.1钢铁厂设计应遵循的原则1.2钢铁厂的组成1.3厂址选择1.4总图运输1.5基本建设程序简介第二章钢铁厂厂房建筑概论教学目标：通过本章学习,使学生:了解基础、柱网的选择、单层厂房的结构形式。
教学重点：基础、单层厂房的结构形式教学难点：柱网的选择、单层厂房的结构形式教学内容：2.1 基础2.2柱网的选择2.3单层厂房的结构形式第三章炼铁原料加工车间设计概论教学目标：通过本章学习,使学生:掌握烧结车间设计及规模确定、烧结物料平衡与热平衡计算、带式烧结机的选择和计算、抽风烧结机、造球设备及其设计、球团焙烧设备及其设计。
教学重点：烧结车间设计及规模确定、烧结物料平衡与热平衡计算、带式烧结机的选择和计算、抽风烧结机、造球设备及其设计、球团焙烧设备及其设计教学难点：烧结车间设计及规模确定、烧结物料平衡与热平衡计算、带式烧结机的选择和计算、抽风烧结机、造球设备及其设计、球团焙烧设备及其设计教学内容：3.1烧结车间设计及规模确定3.2烧结物料平衡与热平衡计算3.3带式烧结机的选择和计算3.4抽风烧结机3.5造球设备及其设计3.6球团焙烧设备及其设计第四章高炉车间设计教学目标：通过本章学习,使学生:掌握高炉座数规划、高炉车间的平面布置。
高炉炼铁设计原理课件
总结词
炉型与结构设计是高炉炼铁设计的核心，它决定了高炉的产能、能耗和环保性 能。
详细描述
炉型的选择要根据原料条件、产品需求和工艺要求等因素来确定，同时要考虑 高炉的结构稳定性、安全性和经济性。结构设计要合理安排炉膛、炉底、炉缸 和炉衬等部分，以确保高炉运行的稳定性和耐久性。
PART 04
高炉操作与控制
REPORTING
装料与送风操作
装料操作
根据高炉炼铁工艺要求，将原料 按照一定比例和顺序装入高炉炉 膛内，以保证高炉炼铁过程的顺 利进行。
送风操作
通过鼓风机将空气送入高炉炉膛 内，与焦炭和矿石发生反应，产 生高温和还原气体，为高炉炼铁 提供必要的热量和还原剂。
炉温与压力控制
排渣与排气的处理是高炉炼铁环保要求的重点，它涉及到对废气、废水和废渣的处理和利用。
详细描述
高炉排渣是炼铁过程中的必然产物，其处理要尽量减少对环境的污染。排气中含有大量的有害气体， 其处理要采用有效的净化措施，以符合环保标准。同时，对于废气、废水和废渣等资源，应积极探索 再利用的可能性，以实现资源的循环利用。
趋势
未来高炉炼铁的节能减排趋势将更加注重低 碳、环保、循环发展，通过技术创新和产业 升级实现高炉炼铁的可持续发展。
PART 06
高炉炼铁案例分析
REPORTING
国内某大型钢铁企业的高炉炼铁工艺流程
01
02
03
04
05
原料准备
配料与上料
燃烧与传热
生铁形成与出铁 环境保护与节能 减排
国内某大型钢铁企业使用 铁矿石、焦炭和熔剂等原 料，通过破碎、筛分和混 合等工艺，为高炉炼铁提 供合格的原料。
炉温控制
《炼铁设计原理》课程标准
《炼铁设计原理》课程标准课程代码：00520115适用专业：冶金技术学时：26学分：2开课学期：第五学期第一部分前言1.课程性质与地位《炼铁设计原理》是冶金工程专业一门实践性较强的专业必修课程。
学生在学完《冶金制图》、《冶金原理》、《高炉操作》等学习领域的基础上，通过本课程的教学培养，使学生具有初步的炼铁工艺设计的基本技能。
掌握炼铁车间工艺设计的基本原理和方法，掌握炼铁车间主要设备的工艺设计原理，主要工艺参数选择与计算方法，为毕业设计和毕业后从事冶金工程设计打下扎实的理论基础。
2.课程的设计思路《炼铁设计原理》课程，主要通过与多家企业合作进行课程开发。
坚持“面向市场、面向就业，以工作过程为导向，以职业能力培养为重点，走产学结合的发展道路、校企全程共建”的指导思想，充分体现课程的校企合作和职业性、实践性和开放性的特点。
以实际高炉炼铁车间设计任务为载体，按照炼铁各系统的类别，结合实训室的环境条件分设实做项目，实现教、学、做一体化。
“教”的内容是完成设计的方法；“学”的内容是高炉各大系统的设备选型原则、工作原理及各设备参数的计算与经验取值的调配原则；“做”的内容是独立完成高炉炼铁毕业设计。
第二部分课程目标1.知识目标（1）掌握炼铁设计的基本理论与知识；（2）掌握物料平衡和热平衡计算的方法与步骤；（3）掌握炉型设计的方法、步骤；（4）掌握高炉各系统的设备选型原则、工作原理及各设备参数的计算与经验取值的调配原则。
2.能力目标（1）具有高炉炉型的设计计算能；（2）具有炼铁生产物料衡算、热平衡计算的能力；（3）具有炼铁车间工艺设计的能力；（4）具有炼铁各辅助系统生产设备的选用能力。
3.素质目标（1）具有良好的职业道德和敬业精神；（2）具有团队意识及妥善处理人际关系的能力；（3）具有一定的计划组织能力。
第三部分内容标准1.课时分配2.课程单元描述第四部分课程考核表一过程性考核标准2.期末考核方式及说明期末考核采用卷面理论考试，重点考核学生对冶金生产职业危害控制能力应具备的理论知识要点的掌握情况和掌握程度。
炼钢厂设计原理课程设计
炼钢厂设计原理课程设计1. 引言本课程设计旨在让学生了解炼钢厂设计原理，掌握炼钢生产过程中的关键环节、基本要求和设计方法，为今后从事炼钢厂设计和管理工作打下基础。
本文将介绍炼钢厂的设计原理和关键环节，并给出炼钢厂设计的基本要求和设计方法。
2. 炼钢厂设计原理2.1 炼钢生产过程炼钢生产过程包括原料制备、炼钢和成品制备三个环节。
其中，原料制备包括铁矿石处理、炼铁制度等；炼钢环节包括预处理、熔炼和炉外精炼等；成品制备包括连铸、轧钢等。
2.2 炼钢厂的基本要求炼钢厂应满足以下基本要求：•设计合理、燃料利用率高；•环保、安全、节能；•生产效率高、产品质量好；•易于管理和维修。
2.3 炼钢厂的关键环节1.熔炼炉熔炼炉是制造钢铁的主要设备之一，其作用是把铁矿石和其他原料放入炉中加热至合适的温度，以使它们熔化，形成可铸造的熔融钢水。
2.炉外精炼系统炉外精炼是指在炼钢厂熔炼炉之外进行的一系列物理、化学处理过程，包括 RH- 真空精炼炉、VOD- 氧化脱碳装置、LF- 精炼炉等。
3.连铸机组连铸机组是钢铁行业中一种重要的设备，其作用是将熔融钢水铸造成各种规格和尺寸的铸坯或连铸坯。
3. 炼钢厂设计方法炼钢厂设计的方法有以下几种：3.1 程序设计法程序设计法是运用计算机技术，综合考虑各种技术因素和经济因素，并以计算程序为工具，确定最优方案。
程序设计法在炼钢厂设计中的应用，可以有效提高炼钢厂的生产效率和经济效益。
3.2 安全设计法安全设计法是针对炼钢厂环保和生产过程中存在的极易事故或存在环境污染等问题，在设计阶段就着手进行考虑和解决，确保炼钢厂的环保、安全、节能等基本要求。
3.3 环境设计法环境设计法在炼钢厂设计中主要应用于防止废气、废水等给环境带来的污染。
通常采用一些环保技术、设备和措施来减少废气和废水的排放量以及减轻其对环境的影响。
4. 总结本文介绍了炼钢厂的设计原理和关键环节，并探讨了炼钢厂的基本要求和设计方法。
炼铁厂设计原理
炼铁厂设计原理炼铁厂是将铁矿石经过一系列的工艺流程转化为铁和钢的生产设施。
它的设计原理涉及到矿石处理、炼铁和钢铁制造等多个方面。
下面将详细介绍炼铁厂的设计原理。
一、矿石处理矿石处理是炼铁厂的第一步，它包括矿石的选矿、破碎和磨矿等过程。
首先，通过选矿工艺将矿石中的有用成分与废石分离，以提高矿石的品位和减少有害杂质的含量。
然后，将选矿后的矿石进行破碎，使其粒度适合后续的处理工艺。
最后，通过磨矿将矿石细化，增加其表面积，有利于后续的冶炼反应。
二、炼铁过程1. 高炉冶炼高炉是炼铁厂的核心设备，它将矿石、焦炭和熔剂一起投入高炉内进行冶炼。
在高炉内，焦炭燃烧产生的高温和还原性气氛使矿石中的金属氧化物还原为金属铁。
矿石的还原反应和铁的熔化反应同时进行，生成液态铁和炉渣。
最后，通过铁口排出液态铁，而炉渣则从高炉底部排出。
2. 高炉煤气处理高炉煤气是高炉冶炼过程中的副产物，它含有丰富的可燃气体和有害物质。
为了回收煤气中的可燃气体和净化煤气，需要对高炉煤气进行处理。
处理过程包括除尘、脱硫、脱氰等环节，以提高煤气的利用率和减少对环境的污染。
三、钢铁制造1. 转炉冶炼转炉是钢铁制造中常用的设备，它将铁水和废钢一起加热冶炼，以获得所需的钢铁产品。
在转炉冶炼过程中，通过氧气吹入转炉，与铁水中的杂质进行氧化反应，同时加入适量的废钢和合金元素，调整钢液的成分和温度。
最后，通过倾吐将冶炼好的钢液从转炉中倾出。
2. 连铸连铸是将转炉冶炼好的钢液进行铸造成坯料的过程。
钢液首先通过保温包保持一定的温度，然后被连续铸造机注入到结晶器中。
在结晶器中，钢液逐渐冷却凝固，并通过连续铸造机的拉拔作用，使钢坯逐步成型。
最后，通过切割和定尺，将连铸坯切割成标准尺寸的钢坯。
3. 热轧热轧是将连铸坯进行加热和轧制，以获得所需的热轧钢材的过程。
连铸坯首先通过加热炉加热至适宜的温度，然后通过轧机进行轧制。
轧制过程中，连铸坯被逐渐压扁和延长，形成所需的热轧钢材。
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第一章～第二章一. 名词解释1、高炉一代寿命高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。
大型高炉一代寿命为10～15年。
2、高炉休风率休风率是指高炉休风时间占日历时间的百分数。
先进高炉休风率小于1％。
3、生铁合格率化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。
它是衡量产品质量的指标。
二. 问答题1、高炉车间平面布置方式有哪几种？各有什么主要特点？①在工艺合理、操作安全、满足生产的条件下，应尽量紧凑，并合理地共用一些设备与建筑物，以求少占土地和缩短运输线、管网线的距离。
②有足够的运输能力，保证原料及时入厂和产品（副产品）及时运出；③车间内部铁路、道路布置要畅通。
④要考虑扩建的可能性，在可能条件下留一座高炉的位置。
在高炉大修、扩建时施工安装作业及材料设备堆放等不得影响其它高炉正常生产。
2、岛式布置有什么特点？有何优点？①铁水罐车停放线与车间两侧的调度线成一定交角，一般为11～13º。
②岛式布置的铁路线为贯通式，空铁水罐车从一端进入炉旁，装满铁水的铁水罐车从另一端驶出，运输量大。
③并且设有专用辅助材料运输线。
缺点：高炉间距大，管线长；设备不能共用，投资高。
半岛式布置有什么特点？有何优点？3、确定高炉座数的原则是什么？保证在一座高炉停产时，铁水和煤气的供应不致间断。
一般新建车间2～3座高炉。
三. 论述题1、高炉车间平面布置方式有哪几种？各有什么主要特点？一列式布置主要特点是：高炉与热风炉在同一列线，出铁场也布置在高炉列线上成为一列，并且与车间铁路线平行。
优点：1. 可以共用出铁场和炉前起重机，共用热风炉值班室和烟囱，节省投资；2. 热风炉距高炉近，热损失少。
缺点：运输能力低，在高炉数目多，产量高时，运输不方便，特别是在一座高炉检修时车间调度复杂。
并列式布置主要特点：高炉与热风炉分设于两条列线上，出铁场布置在高炉列线，车间铁路线与高炉列线平行。
优点：可以共用一些设备和建筑物，节省投资；高炉间距离近。
缺点：热风炉距高炉远，热损失大，并且热风炉靠近重力除尘器，劳动条件不好。
岛式布置主要特点：铁水罐车停放线与车间两侧的调度线成一定交角，一般为11～13º。
（2）岛式布置的铁路线为贯通式，空铁水罐车从一端进入炉旁，装满铁水的铁水罐车从另一端驶出，运输量大。
（3）并且设有专用辅助材料运输线。
缺点：高炉间距大，管线长；设备不能共用，投资高。
半岛式布置特点：（1）高炉和热风炉列线与车间调度线间交角可以大到45º，因此高炉距离近；（2）在高炉两侧各有三条独立的有尽头的铁水罐车停放线，和一条辅助材料运输线；（3）出铁场和铁水罐车停放线垂直，缩短了出铁场长度；（4）设有摆动流嘴，出一次铁可放置几个铁水罐车。
一、填空1. 高炉年工作日一般取日历时间的。
2. 确定高炉座数应该保证在一座高炉停产时，和第三章高炉本体二、名词解释1、高炉有效高度高炉大钟下降位置的下缘到铁口中心线间的距离称为高炉有效高度（Hu），对于无钟炉顶为旋转溜槽最低位置的下缘到铁口中心线之间的距离。
2、高炉有效容积高炉有效容积：在有效高度范围内，炉型所包括的容积称为高炉有效容积（Vu）。
3、渣口高度渣口中心线与铁口中心线间距离。
4、风口高度风口中心线与铁口中心线间距离称为风口高度（hf）。
5、死铁层高度（厚度）铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离称为死铁层厚度。
6、炉缸截面燃烧强度指每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量，一般为1.0～1.25t/m2·h。
7、耐火度耐火度是指耐火材料开始软化的温度。
8、荷重软化点荷重软化点是指将直径36mm，高50mm的试样在0.2Mpa荷载下升温，当温度达到某一值时，试样高度突然降低，这个温度就是荷重软化点。
9、设计炉型按照设计尺寸砌筑的炉型；10、操作炉型指高炉投产后，工作一段时间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型；11、合理炉型指冶炼效果较好，可以获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性和相对性。
12、高炉炉衬指冶炼效果较好，可以获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性和相对性。
13、冷却设备的工作制度冷却设备的工作制度，即制定和控制冷却水的流量、流速、水压和进出水的温度差等。
14、热负荷高炉某部位需要由冷却水带走的热量称为热负荷。
15、冷却强度单位表面积炉衬或炉壳的热负荷称为冷却强度。
16、高炉汽化冷却高炉汽化冷却是把接近饱和温度的软化水送入冷却设备内，热水在冷却设备中吸热汽化并排出，从而达到冷却设备的目的。
三、问答题1、影响炉衬寿命的因素？（l）炉衬质量，是关键因素。
（2）砌筑质量。
（3）操作因素。
（4）炉型结构尺寸是否合理。
2、高炉对耐火材料的要求？（l）耐火度要高。
耐火度是指耐火材料开始软化的温度。
（2）荷重软化点要高。
荷重软化点是指将直径36mm，高50mm的试样在0.2Mpa荷载下升温，当温度达到某一值时，试样高度突然降低，这个温度就是荷重软化点。
（4）重烧收缩要小。
重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。
（5）气孔率要低。
（6）外形质量要好。
3、碳质耐火材料的主要特性是什么？主要特性：（1）耐火度高，不熔化也不软化，在3500℃升华；（2）抗渣性能好；（3）高导热性；（4）热膨胀系数小，体积稳定性好；（5）致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。
4、满铺炭砖炉底怎样砌筑？目前的砌法是碳砖两端的厚缝用薄缝连接，而两侧的长缝用厚缝连接。
相邻两行碳砖必须错缝200mm以上。
两层碳砖砖缝成90º，最上层碳砖砖缝与铁口中心线成90º。
5、炉底结构型式有哪几种？黏土砖和高铝砖炉底的砌筑，满铺碳砖炉底砌筑，综合炉底砌筑。
6、陶瓷杯结构的优点是什么？所谓“陶瓷杯”是指炉底砌砖的下部为垂直或水平砌筑的碳砖，碳砖上部为1～2层刚玉莫莱石砖。
炉缸壁是由通过一厚度灰缝（60mm）分隔的两个独立的圆环组成，外环为碳砖，内环是刚玉质预制块。
炉底采用水冷、油冷或空气冷却系统7、高炉冷却的目的是什么？保护炉壳，对耐火材料的冷却和支撑，维持合理的操作炉型，当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。
8、确定冷却水压力的原则是什么？9、确定冷却水压力的重要原则是冷却水压力大于炉内静压。
10、目前主要有哪几种冷却方式？分别用于高炉的哪个部位？高炉冷却系统方式：汽化冷却开式工业水循环冷却系统软（纯）水密闭循环冷却系统10、冷却壁包括哪几种冷却壁？分别用于高炉的哪个部位？有什么优点？冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。
11、凸台冷却壁有什么优点？①凸台部分除起冷却作用外，还起到支撑上部砌砖的作用；②延长炉衬寿命。
中间带凸台的冷却壁更优越。
12、高炉汽化冷却有什么优点？（1）冷却强度大，节水、节电；（2）防止冷却设备结垢，延长寿命；（3）产生大量蒸气，可作为二次能源；（4）有利于安全生产。
13、自然循环汽化冷却的工作原理是什么？汽包中的水沿下降管向下流动，经冷却设备汽化后，汽水混合物沿上升管向上流动，进入汽包后经水、汽分离，蒸汽排出做为二次能源利用，并由供水管补充一定量的新水保证循环的进行。
14、高炉本体钢结构有哪几种方式？目前大型高炉多采用哪种方式？炉缸支柱式，炉缸炉身支柱式，炉体框架式，自立式。
炉缸炉身支柱式四、论述题1、五段式高炉炉型炉衬的破损机理？1. 炉底：炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑；铁水渗入的条件：（1）炉底砌砖承受着液体渣铁、料柱重量等及煤气的压力；（2）砌砖存在砖缝和裂缝。
2. 炉缸：（1）渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素；（2）化学侵蚀；（3）风口带为最高温度区。
3. 炉腹：（1）高温热应力作用很大；（2）由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响；（3）承受初渣的化学侵蚀。
4. 炉腰（1）初渣的化学侵蚀；（2）上、下折角处高温煤气流的冲刷磨损。
（3）高温热应力的影响；5. 炉身：炉身中下部：（1）热应力的影响；（2）受到初渣的化学侵蚀；（3）碱金属和Zn的化学侵蚀。
在炉身上部：（1）下降炉料的磨损；（2）夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷。
2、说明五段式高炉炉型的组成，画出炉型图，并用特定符号表示，每段有何作用？第四章～第五章高炉车间原料系统及炉顶装料设备一. 问答题1、炉顶装料设备主要有哪几种方式？钟式炉顶装料设备无钟炉顶装料装置2、无钟炉顶布料方式有哪几种？并加以解释？有什么优点？1. 环形布料：倾角固定的旋转布料称为环形布料。
2. 螺旋形布料：倾角变化的旋转布料称为螺旋形布料。
3. 定点布料：方位角固定的布料形式称为定点布料。
4. 扇形布料：方位角在规定范围内反复变化的布料形式称为扇形布料。
3、皮带机上料的优点是什么？优点：①可以将贮矿槽等设施远离高炉；②上料能力大，效率高而且灵活，炉料破损率低；③减轻了设备重量，简化了控制系统。
一. 填空1. HY 炉顶的原理是，其布料系统由和。
2. 探料尺的零位是，高炉顺行时探尺曲线是3.无钟炉顶布料方式有环形布料、螺旋形布料、定点布料和扇形布料四种。
第六章高炉送风系统一. 名词解释1、鼓风机的临界压力风压过高时，风量迅速减少，如果再提高压力，则产生倒风现象，此时的风机压力称为临界压力。
2、鼓风机的飞动曲线将不同转数的临界压力点连接起来形成的曲线。
3、定温燃烧方式根据拱顶温度、废气温度和蓄热室下部温度判断蓄热室蓄热状态，控制其燃烧方式。
4、定时燃烧方式控制一定的燃烧时间。
5、热量控制燃烧方式在控制燃烧热值的同时，监视拱顶温度和废温度。
二. 问答题1、高炉对鼓风机的要求是什么？①要有足够的鼓风量；②要有足够的鼓风压力；③送风要均匀、稳定；④有良好的调节性能和一定的调节范围。
2、蓄热式热风炉哪几种基本结构型式？内燃式热风炉（传统型和改进型），外燃式热风炉和顶燃式热风炉。
3、陶瓷燃烧器的优点是什么？是用耐火材料砌成的，安装在热风炉燃烧室内部。
优点：①空气与煤气混合好，能完全燃烧；②空气过剩系数小，可提高燃烧温度；③燃烧气体向上喷出，不冲刷隔墙。
④燃烧能力大。
4、改进型内燃式热风炉主要改进了哪些内容？①悬链线拱顶且拱顶与大墙脱开；②眼睛形火井和与之相配的矩形陶瓷燃烧器；③燃烧室下部隔墙增设绝热砖和耐热不锈钢板。
5、外燃式热风炉的优点是什么？（1）结构上：外燃式比内燃式合理；（2）燃烧室、蓄热室、拱顶等部位砖衬可以单独膨胀和收缩，可以承受高温作用；（3）燃烧室断面为圆形，当量直径大，有利于煤气燃烧；（4）送风温度较高，可长时间保持1300℃。