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年产180万吨的炼钢生铁高炉设计 (张治洋 20151128)

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年产 180 炼钢 生铁 高炉 设计 张治洋 20151128
资源描述:
湖南化工职业技术学院毕 业 设 计毕业设计题 年产 180 万吨的炼钢生铁高炉设计 毕业设计类型 □ 产品设计 √工艺设计 □方案设计 姓名 张治洋 班级 冶金 1311 所属系部(院) 制药与生物工程系 专业 冶金技术 校内指导教师 施丽丽 职称企业指导老师讲师 吴俊雄 完成时间 2015 年 11 月 28 日 2015 年 11 月 28 要本设计是设计年产 180 万吨炼钢生铁的高炉车间。设计包括物料衡算、热平衡计算、八大系统的设计和一张高炉设计图。 本设计采用了 2137,送风系统是采用四座外燃式热风炉,煤气处理系统是采用重力除尘器、布袋除尘器。渣铁处理系统是采用图拉法水淬渣处理,上料系统是采用皮带上料机,保证高炉的不间断供料。车间总体布置形式为岛式。关键词:高炉, 外燃式热风炉, 布袋除尘器,is of an .8 of a 137m3 of , is of is to is is to 录绪论 ...............................................................炉冶炼综合计算 .................................................述 ....................................................... 炼铁工艺计算 ...............................................始数据 ..............................................据铁平衡求铁矿石需要量 ..............................渣成分和渣量计算 ...................................铁成分校核 ......................................... 物料平衡计算 ..............................................始物料 .............................................据碳的平衡计算风量 .................................气成分 及数量的计算 ................................制物料平衡表 ....................................... 热平衡 ....................................................量收入 .............................................量支出 .............................................平衡指标 ...........................................炉本体设计 .................................................... 高炉炉型 .................................................. 炉型设计与计算 ............................................. 绘制高炉炉型图。 ...........................................炉炼铁车间供料系统 ............................................ 车间的运转 ................................................ 贮矿槽和贮焦槽及槽下运输筛分称量 ..........................矿槽与贮焦槽 .......................................下运输称量 ......................................... 上料设备 ..................................................顶装料设备 .................................................... 无钟式炉顶装料设备 ........................................罐式无钟炉顶装料设备 ...............................钟式炉顶的布料方式 ................................. 探料装置 ..................................................风系统 ........................................................ 高炉用鼓风机 ..............................................炉冶炼对鼓风机的要求 ............................... 热风炉 ....................................................燃式热风炉 .........................................燃式热风炉的特点 ...................................炉喷吹煤粉系统 ................................................ 煤粉的制备设备 ............................................ 高炉喷煤系统 ..............................................管路串罐喷吹系统 ...................................煤气处理系统 .................................................. 粗除尘装置 ................................................力除尘器除尘原理 ................................... 精细除尘装置 ..............................................铁处理系统 .................................................... 风口平台及出铁场 .......................................铁沟和撇渣器 ....................................... 炉前主要设备 ..............................................铁口机 .............................................铁口泥炮 ........................................... 铁水处理 ..................................................雷罐车 .............................................铁机 ................................................................................................................................................................................................................................工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料,属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务,如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义上说,一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。衡量钢铁工业的水平应考察其产量(人均占有钢的数量)、质量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国,所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。钢铁工业的发展需要多方面的条件,如稳定可靠的原材料资源,包括铁矿石、煤炭及某些辅助原材料,如锰矿、石灰石及耐火材料等稳定的动力资源,如电力、水等。此外,由于钢铁企业生产规模大,每天原材料及产品的吞吐量大,需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说,还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外,建设钢铁企业需要的投资大,建设周期长,而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。钢铁之所以成为各种机械装备及建筑、民用等各部门的基础材料,是因为它具备以下优越性能,并且价格低廉:(1)有较高的强度及韧性;(2)容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工,以得到任何结构的工件;(3)所需资源(铁矿、煤炭等)贮量丰富,可供长期大量采用,成本低廉;(4)人类自进入铁器时代以来,积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验,已具有成熟的生产技术。自古至今,与其他工业相比,钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。到目前看不出,有任何其他材料在可预见的将来,能代替钢铁现在的地位。述组建炼铁车间或新建高炉,都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等,得到也了主要产品(除生铁以外)煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。计算之前,首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置,应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有 200 余年的历史,技术基本成熟,计算用基本工艺参数的确定,除特殊矿源应做冶炼基本研究外,一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析,而且将各种成分之总和换算成 100%,元素含量和化合物含量要相吻合。将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量,以及主、副产品成分和产量等,供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依据质量守衡定律,投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误,也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于 始数据(1)表 1炉矿石成分(%)成分原料n P S 7 2损 合计烧结矿 0 )表 1炭成分(%)固定 灰分 发分 2O 2 物 全 S 游 离 水2 )表 1吹物成分(%)(4)生铁成分:炼钢铁,成分如下:表 1铁成分成分 n S P C 计% 5 )配矿比:烧结矿:天然矿=87:13,配成混合矿(6)焦比 370kg/t,煤比 180kg/t,风温 1100℃,入炉矿石温度为 80℃,(7)炉渣碱度 R=w(w(8) 元 素 分 配 率 见 表 1 元 素 分 配 据铁平衡求铁矿石需要量(1)焦炭带入的铁量=370×( )=)(2)煤粉带入的铁量=180× )=)(3)进入炉渣的铁量=950× =)(相当于 )需要混合矿量= =)灰分成分 C 2 2 S 粉 00元素铁种n P 燃实际消耗量名称 干料用量 (机械损失 (%) 水分 (%)实际消耗量((混合矿 — — 180总计 渣成分和渣量计算(1)终渣 S 含量炉料全部含 S 量=70×80×入生铁的 S 量=入煤气的 S 量=入炉渣的 S 量=2)终渣的 =3)终渣的 ==71(4)终渣的 70×80×=60(5)终渣的 =70×80×6)终渣的 70×80×7)终渣的 =70×80× 1(1)含 P 量= 10 ×(70×)= 1426(2)含 S 量= L = =3)含 =4)含 =× =15(5)含 =95%(6)好 C 量=(100%= 1铁成份成份 n S P C % 5 始物料(1)原料全分析并校正为 100%。(2)生铁全分析。(3)各种原料消耗量。(4)鼓风湿度。(5)选定直接还原度。(6)假定焦炭和喷吹物含 C 的总量的 应生成 述 13 原始条件已由配料计算给出,本例仅假定其余各项未知条件,分别为鼓风湿度 f=既 12g/ ;直接还原度 =据碳的平衡计算风量根据碳平衡得: 43)(10][)()( 直燃风式中 ——风口前燃烧的 C 量,㎏;风——分别为燃料带入 C 量,直接还原耗 C 和生成 ,,)(燃的 C 量,㎏;———生铁含 C 量,%][w(1)风口前燃烧的碳量 燃料带入固定碳= 370×80×溶于生铁的碳=000≈还原耗碳= =+++950×)()(51284620=95.㎏5612生成 碳=风口前燃烧的 C 量: =。占入炉总 8%(既 ×100%=。)风量计算根据氧平衡可得( )2'风燃风其中 34.]186)()([2 ———风口前燃烧的 C 所需氧量( )3.'风燃 c 3m( 为燃料带入 C 量 , 为 C 在风口前的燃烧率 );燃)——燃料带入的氧量 (为煤带入的氧和 量);———鼓风含氧浓度( 为鼓风湿度)。f )3/ 燃烧所需氧量= )380×()× =)=)气成分 及数量的计算(1) 由燃料中碳生成 量== =370×==(2)入炉总 量=鼓风带入 +焦炭带入 +煤粉带入2 =70×( 总 量× +180×()× =18079.0%的 参加还原,则参加还原 的量20%= 生成 的 量===61 3= =假定用 还原的铁氧化物中, 2 是用于还原43)由 → 生成 的量== 生成 的量=950×( =2由 生成 的量==参加还原反应,相当于同体积的 所参加的反应,所以 生总计间接还原生成 量=4=量=焦中 的量+矿中 的量270×+=量= 2 3(4) 风口前碳素燃烧生成 ==== =370×= ==7=m(5) 由鼓风、焦炭及煤粉带入,其总量为:2N= 1222 70×+180×=根据以上计算结果,列出煤气组成表表 1—9 煤气成分O 2 体积,m 3 1 制物料平衡表(1)计算鼓风量:鼓风质量= = 32)计算煤气质量:煤气质量= =全部煤气质量=3)水分计算:焦炭带入水分=370×粉水分=180×原生成水分==4)炉料机械损失=据上述计算结果,列出物料平衡表表 1—10 物料平衡表收入项目 数量 (㎏) 支出项目 数量 (㎏)原燃料 铁 1000鼓风 渣 计 0.3%量收入(1)碳的氧化热由 C 氧化成 1 的 放热= ×12= 氧化成 1 的 放热= ×12=7碳的氧化热=)热风带入热1000℃时干空气及水蒸汽的比热容分别为 ℃)和 3m℃ )。3(1000=)成渣热炉料的碳酸盐或磷酸盐中存在的 1 高炉内生成钙铝硅酸盐所放出的热量为 合矿中存在的 ==)混合矿带入物理热80℃时混合矿的比热容为 ℃)0=) 氧化放热2化成 放热 ) 生产热4生产热= =×046总 量支出(1)氧化物分解与脱硫1)铁氧化物分解热:假设焦炭和煤粉中 以硅酸铁形态存在,烧结矿中有硅酸铁形态存在,其余以 形态存在。铁氧化物分解热由 、部分组成。4332=70×80× 铁)(除进入渣中 的,它也以硅酸铁形式存在,记 酸 铁)(=3× 氧 化 三 铁= 氧 化 三 铁)(322= 由㎏铁氧化物分解热,即可算出总的分解热。= 铁 分 解 热=( 热43 热2氧化物分解热:分解热=解热=分解热=分解热=硫耗热:由于脱硫耗热为 ,脱硫耗热为 取其渣中成分比例(4:1)来计算平均脱硫耗热。1㎏硫的平均耗热=(+)=)碳酸盐分解热:由 合矿存在的 合矿以 合矿以 =酸盐分解热=)水分分解热=))喷吹物分解热=180×26098煤粉)(5)游离水蒸发热1由 20℃升高到 100℃时吸收热量 成 100℃的水蒸汽又吸热2261 离水蒸发热=370×)生铁带走热取铁水的热焓量为:铁水带走热量为:000=1172360(7)炉渣带走热取炉渣的热熔量为 炉渣带走热量:J)(8)炉顶煤气带走的热量干煤气的热容量=J/ ·℃300=×20000=尘的比热为 J/)故煤气带走的总热量=26098+172360+)外部热损失=J(包括散热和冷却水带走热)表 1量平衡表热收入项 热 支 出 项项目 项目 1、、风带入热 、碳酸盐分解 渣热 、水分分解热 料物理热 、喷吹物分解 226098 、铁水带走 1172360 渣带走 气带走 部热损失 计 平衡指标(1)碳的热能利用系数 ;×100%=2)热量有效利用系数 ;T= ×100%=0%~60%,大型而原料条件较好的高炉可达到 65%以上。炉本体设计高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置,以及高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积表示;高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模,高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代高炉有效容积向大型化发展。目前,世界大型高炉有效容积已达到 5000炉型设计则向着大型横向发展,H/D 值已近 右。高炉本体结构的设计以及是否合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件,也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料,已由单一的陶瓷质耐火材料,普遍地过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构,也有采用高纯度 炉冷却设备期间结构亦在不断改进,软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于高炉综合设计水平的提高,强化高炉炉龄已经可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间实际首要解决的关键所在,炉炉型高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状成为高炉炉型或高炉内型。高炉问世二百多年来,随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善,以及鼓风能力的提高,高炉炉型也在不断地演变和发展。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过
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