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 SiO2Al2O31/2SCaO MgO Fe2O3P2O5MnO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：28608.41411.0205852.0166.01255184.0128.04450137.00533.00437.0200373.0166.0125031.0128.04455321.0074.01.1⨯-⨯-⨯⨯+⨯⨯++⨯-⨯⨯+⨯⨯++=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/t2．渣量和炉渣成分的计算CaOm＝ 127.50 kg/t 由（2）式分子可得 2sio m＝ 115.91 kg/t 由（2）式分母可得FeOm＝ 945.16×（0.003/0.997）×（72/56）＝ 3.65 kg/t MnOm＝（1636.52×0.0028-20×0.0132）×0.5=2.16 kg/tMgOm＝1636.52×0.0248 ＋ 8.89×0.005 ＋ 440×0.128×0.01 ＋ 125×0.166×0.0122-20×0.0089 ＝ 41.27kg/t23Al Om ＝1636.52×0.0185 ＋ 8.89×0.0146 ＋ 440×0.128×0.3856＋125×0.166×0.3367-20×0.0132 ＝ 59.09 kg/t4525.020997.0003.016.94516.9450223.0166.0125042.0128.04450114.05830.0⨯+⨯+=⨯⨯+⨯⨯++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rd1. 风量的计算C 总＝440×0.856＋125×0.745＝469.77kg/t＝ 469.77×0.7％=3.29 kg/tC CH4C生铁＝1000×4.63％＝46.30 kg/tC直接＝1.7×12/55＋4.8×24/48＋1.79×60/62＋945.16×0.54×12/56＝113.87 kg/tC尘＝20×0.0783＝1.57kg/tC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＝0.2129O2C燃烧需要的氧气 V＝304.74×22.4/24＝284.42 m3O2：VO2 ＝125×0.095×0.223×22.4/32=1.85 m3煤挥发分提供的O2＝(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）.CH4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 m32）.H2鼓风带入的H＝1327.24×0.015＝19.91 m32＝125×0.095×0.432×22.4/2=57.46 m3煤分带入的H2＝440×0.014×0.196×22.4/2＝13.52 m3焦炭带入的H2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 33）.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＝564.22)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＝444.22228.0014.0440⨯⨯⨯＝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 34）.COC 燃烧生成的CO ＝124.22304.74⨯＝568.85 m 3 直接还原产生的CO ＝124.22113.87⨯＝212.56 m 3 焦炭挥发分中的CO ＝284.22205.0014.0440⨯⨯⨯＝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 35）.N 2鼓风中的N 2＝79.0)015.01(1327.24⨯-⨯＝1032.79m 3 焦炭中的N 2＝45.1284.22294.0014.0440=⨯⨯⨯ m 3 煤分中的N 2＝52.2284.22265.0095.0125=⨯⨯⨯ 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 2COCH 4 H 2 N 2 ∑ 体积/m3 307.90 477.13 6.47 42.25 1036.76 1870.51 百分比/%16.4625.510.352.2655.431003.编制物料平衡表煤气密度ρ煤气＝3396.14.22285543.020226.0160035.0282551.0441646.0=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯kg/m 3 煤气重量m 煤气＝74.25053396.151.1870=⨯ kg氢气还原生成的H 2O ＝22.294.221836.36=⨯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=()kJ79.204319611007393.1015.070.13004233.1)015.01(70.1300=⨯⨯⨯+⨯-⨯ 3）. H 2氧化放热1m 3 H 2氧化成H 2O 蒸气放热 10788.58KJH 2氧化放热Q 3=42.25×10788.58=455817.51KJ4）. 成渣热1KgCaO和MgO的成渣热为 1128.60KJ成渣热Q4=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Q5=1636.52×0.6897×25=28217.70KJ总热收入Q收＝10514106.90KJ2. 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Fe2O3、Fe3O4、2FeO·SiO2）烧结矿中FeO的20%以2FeO·SiO2状态存在80%以Fe3O4状态存在球团矿中FeO 100%以Fe3O4存在焦炭灰分、煤粉灰分中FeO100%以2FeO·SiO2存在以2FeO·SiO2存在的FeO=87.270287.0166.0125055.0128.04402.00972.076.1243=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯kg 以磁铁矿状态存在的FeO=kg65.1260041.011.2291772.065.1638.00972.076.1243=⨯+⨯+⨯⨯以磁铁矿状态存在的Fe2O3=kg44.2817216065.126=⨯Fe3O4=kg09.40844.28165.126=+游离的赤铁矿Fe2O 3=kg80.91644.2810159.089.87321.052.1636=-⨯+⨯分解1Kg以2FeO·SiO2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 ：35697.20KJQ =kJ 96.22532820.3569779.114.310288.453.73507.1=⨯+⨯+⨯则 Q 1=06.6785143 + 96.225328＝7010472.02 kJ2）. 脱硫吸热：CaO 脱硫耗热： 5392.20KJ/KgMgO 脱硫耗热： 8025.60KJ/KgMnO 脱硫耗热： 6249.10KJ/KgFeO 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 kJ3）. 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10788.58KJH 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：418KJ100℃水 100℃水蒸气吸热：2257.2KJ游离水蒸发吸热Q 6＝kJ 70.47083)21.2257418(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 71.142745086.1020036.365086.1100200184.2204.0440＝）－（）－（⨯⨯+⨯⨯⨯⨯ 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 510). 热损失热损失Q 损= Q 收- 101ii Q=∑=668728.66KJ3.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 214785.522.18矿石物理热28217.700.27 煤粉分解1045001.06 游离水蒸发 47083.70 0.48 铁水带走 1237280 12.57炉渣带走650645.886.61煤气带走 537620.49 5.46 ∑10514106.90100∑9845378.24100热损失668728.660.23四．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 2.8069347102804=⨯=1.定容积 利用系数 )(0.23d m t v ⋅=η2. 每座高炉日产量P=2p=4034.6 每座高炉容积 3'20180.26.4034m pV vu ===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 83.905.1201895.023.0=⨯==燃 取 m d 8.9= 校核75.268.9420182=⨯=πAV u 合理炉缸高度渣口高度 m d Nc bp h z 64.18.91.755.0106.40342.127.127.122=⨯⨯⨯⨯⨯==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 4.38028.91122=-=-=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 65.168425.711214=-=-=tg tg d D h β 取 m h 174=校核β9218417.86.83.132.192214'''==-⨯=-=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 3212101.2645.38.944m h d V =⨯⨯==ππ炉腹体积32222222.289)8.98.91111(4.312)(12m d Dd D h V =+⨯+⨯⨯=++=ππ炉腰体积 323230.2003.21144m h D V =⨯⨯==ππ炉身体积 32221124404.1156)5.7115.711(1712)(12m d Dd D h V =+⨯+⨯⨯=++=ππ炉喉体积 32521536.880.25.744m h d V =⨯⨯==ππ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。