年產鐵180萬噸高爐車間工藝優化設計_畢業論文-資料下載頁

【導讀】機構的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研。究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本設計是設計年產180萬噸煉鋼生鐵的高爐煉鐵車間。送風系統采用四座內燃式熱風爐，煤氣處理系統采用重力除塵器、布袋除塵。渣鐵處理系統采用圖拉法水淬渣處理，上料系統采用皮帶上料機，保證高爐。設計中應用了許多先進的工藝，這些工藝在實行大噴煤技術提高傳熱效率，節能，提高生產率方面起了重要的作用。在設計中，廣泛吸收前人技術革新和國。內外科學研究成果。根據實際需要及可能性，盡量采用先進設備、結構、材料及。做到技術上先進，經濟上合理，又減少環境污染。

　　

【正文】 ∑ SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 煤粉 100 重慶科技學院專科生畢業設計 2 高爐配料計算 6 ⑥ 確定焦比與煤比 根據 目前國內 生產 經驗 ，選擇焦比為 360 Kg/t，煤比為 150 Kg/t。 ⑦ 元素分配率 見表 表 各種元素分配率 鐵種 元素 Fe Mn P S V 生鐵 爐渣 煤氣 配料計算的內容 ① 礦石用量 及 配比計算 ； ② 生鐵中鐵量計算 ； ③ 渣量及爐渣成分計算 ； ④ 爐渣性能校核 ； ⑤ 生鐵成分校核 。 計 算 過程 為精確配料，現根據設計的生產要求，先假定生鐵成分，然后用理論方法進行配料比計算 ，然后以配出的礦石為基礎對礦石用量、生鐵中鐵量、渣量及爐渣進行計算，最后爐渣性能、生鐵成分進行校核。 根據設計的生產要求假定的生鐵成分 ， 規 定 Si=， S=， Mn=，P=， R=， 由公式 [C]=[Si][P]+[Mn],可 得 C=，Fe=。 根據以上已知條件，先以 1t 生鐵作為計算單位進行計算， 確定礦石配比。 在計算時需要列出兩個方程：堿度方程和鐵平衡方程，根據生產要求列出方程如下： ① 鐵平衡方程： 1321F10FFWFYFX ? eeeee R ????????? 鐵水中鐵的分配率鐵水中的含鐵量,燃料帶入的鐵量生礦中的鐵品位, 球團礦中的鐵品位,燒結礦的鐵品位,:分別為,( kg)ηT F e ,Fe,T F e,T F e,T F e 式中 1R321重慶科技學院?？粕厴I設計 2 高爐配料計算 7 ② 堿度平衡方程： )MKWY X(RM C a OK C a OW C a OY C a OX C a O )(2)(2)(2)3(2)2(2 )1(2321 RS i OS i OS i OS i OS i O S i O????? ????? 煤焦 煤焦 式中 CaO1, CaO2,CaO3,CaO 焦 ,CaO 煤，分別表示燒結礦、球團、生礦、焦炭、煤粉中 的 CaO 含量 。 SiO2(1), SiO2(2), SiO2(3) ,SiO2(焦 ), SiO2(煤 ) ， SiO2(R)，分別表示燒結礦、球團、生礦、焦炭、煤粉中 的 SiO2 含量、還原到鐵水中 的 SiO2量 （ kg） ，其中 SiO2(R)= ]Si[2860]Si[10 ?? 以 1t 生鐵作為計算單位進行計算 ， 據以上各表數據 可以求得 焦炭帶入鐵量=，煤粉帶入鐵量 = 假定配燒結 礦 Xkg,球團礦 配 Ykg,塊礦 =100kg,因此有： 鐵平衡方程： 0 . 9 9 79 5 2 . 70 . 5 31 . 9 90 . 5 8 7 21 0 00 . 6 3 5 4 Y0 . 5 5 6 3 X ?????? 堿度平衡方程 : 1 . 1 00 . 3 51 . 4 320 . 0 7 4 81 5 00 . 0 5 1 23 6 00 . 1 1 71 0 00 . 0 4 1 2 Y0 . 0 6 2 X 0 . 0 0 61 5 00 . 0 5 1 23 6 01 0 00 . 0 1 50 . 0 0 9 5 YX1 0 ????????? ??????? 聯立解出方程組可得：燒結礦 = kg（ 占 73%） ，球團礦 = kg（ 占20%） ，塊礦 =120 kg（ 占 7%） ，需要礦石總量為 kg，入爐熟料率 =93%。 冶煉每噸生鐵爐料的實際用量計算 見 表 表 冶煉每噸生鐵爐料的實際用量 名稱 干料用 量 kg 機械損失 % 水分 % 實際用 量 kg 混合礦 — 焦炭 360 煤粉 150 — — 150 合計 ① 終 渣 S 含量 爐料全部 含 S 量 = +360 +150 = 進入生鐵 的 S 量 = 進入煤氣 的 S 量 = = 進入爐渣 的 S 量 == ② 終渣 的 FeO 量 = ? = ③ 終渣 的 MnO 量 = ? 重慶科技學院?？粕厴I設計 2 高爐配料計算 8 ④ 終 渣的 SiO2 量 = +360 +150 = ⑤ 終渣的 CaO 量 = +360 +150 = ⑥ 終渣 的 Al2O3 量 = +360 +150 = ⑦ 終渣 的 MgO 量 = +360 +150 = 終渣成分見表 表 終渣成分 成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO FeO S/2① 合計 R Kg % 100 ① 由于分析所 得 Ca++都折算 成 CaO，但其中一部 分 Ca++卻 以 CaS 形式存在 ， CaS 和 CaO之質量差 為 S/2，為了質量平衡 ， Ga++仍 以 CaO 存在， 而 S 則只 算 S/2[2] 爐渣堿 度 R =,符合規定值 。 MgO%=%，符合設計要求 。 根據爐渣百分組成，校驗爐渣物理性質得：熔化溫度 1350℃ ，粘度 2PaS(1450℃ )。該爐渣適合于煉鋼鐵生產。 成分 校核 ① 含 P 量 0 . 0 8 %)1 4 2620 . 0 0 0 13 6 00 . 0 0 0 4 46 8 0 . 3 6(110 3 ?????? ? ② 含 S 量 %? ， 2 8 .6 70 . 0 3 20 . 4 3Ls ??? ③ 含 Si量 %? ④ 含 Mn 量 0 . 0 8 %1 0 0 01 0 071551 . 0 2 ???? ⑤ 含 Fe 量 =% ⑥ 含 C 量 ==% 生鐵成分列于表 表 生鐵成分 （ %） Fe Si Mn P S C 合計 100 校驗結果與生鐵成分的誤差很小，表明原定生鐵成分恰當。 重慶科技學院專科生畢業設計 3 高爐物料平衡計算 9 3 高爐物料平衡計算 高爐物料平衡計算的意義 通過高爐配料計算確定單位生鐵所需要的礦石、焦炭、石灰石和噴吹物 等數量，這是制定高爐操作制度和生產經營所不可缺少的參數。而在此基礎上進行的高爐物料平衡計算，則要確定單位生鐵的全部物質收入與 支出，即計算單位生鐵鼓風數量與全部產品的數量，使物質收入與支出平衡。這種計算為工廠的總體設計、設備容量與運輸力的確定及制定生產管理與經營制度提供科學依據，是高與各種附屬設備的設計及高。 高爐物料平衡計算的內容 物料平衡是建立在物質不滅定律的基礎上，以配料計算為依據編算的。計算內容包括：風量、煤氣量，并列出收支平衡表。物料平衡有助于檢驗設計的合理性，深入了解冶煉過程的物理化學反應，檢查配料計算的正確性。校驗高爐冷風流量，核定煤氣成分和煤氣數量，并能檢查現場爐料稱量的準確性，為熱平衡及燃料消耗計算打基礎 。 (1) 原料全分析并校正為 100%； (2) 生鐵全分析； (3) 各種原料消耗量； (4) 鼓風濕度 ， f=%； (5) 本次計算選擇直接還原 度 rd=； (6) 假定焦炭和噴吹物 含 C 總量的 %與 H2 反應生 成 CH4。 上述 (1)， (2)， (3)原條件已經由配料計算給出，本例 僅 假定其余各項未知條件，分別為鼓風濕 度 f=%（ 12g/m3 ），富氧率 %，氧氣濃度 98%。 根據碳平衡計算風量 ① 風口前燃燒的碳 量 C 風 根據碳平衡得： C 風 =∑C 燃 （ C） 103 ∑C 直 CCH4 式 中 C 風 ── 風口前燃 燒 C 量 ， kg； (C)── 生鐵 含 C 量 %； ∑C 燃 ， ∑C 直 ， CCH4 ── 分別為燃料帶 入 C 量，直接還原 耗 C 和生 成 CH4 的 C 量，㎏ [2]； 按上式分別進行計算： 燃料帶入的 C=m(C)J+m(C)M=360 +150 = 溶于生鐵 的 C= 直接還原耗碳 =m(C)Mn+m(C)Si+m(C)P+m(C)Fe 重慶科技學院專科生畢業設計 3 高爐物料平衡計算 10 =5512+2824+6260+ 5612 =+3++= 生 成 CH4 耗碳 = = 風口前燃燒 的 C 量 == kg，占入爐總碳量的%。 ② 風量計算 （ V 風 ） 根據氧平衡可得 ： 0. 29 f0. 21 Q0. 93 3c）CmV 2o風燃風 ? ????? ? （ 其中 322 2 . 41816O)V ( HV ( O )Q M2Mo 2 ??????? ??? ）（ 式中 ? ??? 0 . 9 3 3cm ( C ) 風燃 ── 風口前燃燒的 C 所需氧量 （ m179。） ，(? 燃)m(C 為燃燒帶入 C 量， 風c? 為 C 在風口前的燃燒率 )； Q2o──為燃料帶入的氧量 （ M 為煤粉 ， V（ O） M， V（ H2O） M為煤帶入的氧 和 H2O 量）； +──鼓風含氧濃度 （ f為鼓風濕度） [2]。 據原料 供應情況，本高爐僅噴煤，將上式分別進行計算： 鼓風含氧濃度 =+= m3/ m3 風口 前 C 燃燒所需氧量 =0 .933= m3 燃料帶入氧量 =150（ +1816） =179。 每噸生鐵鼓風量 = ? = m3 煤氣成分及數量計算 ① 計 算 CH4 量 由燃料帶入 的 C 生 成 CH4 的量 = = m3 焦炭揮發分 含 CH4 量 =360 = m3 進入煤氣 的 CH4 量 =+= m3 ② 入爐 總 H2 量 =鼓風帶 入 H2+焦炭帶 入 H2+煤粉帶 入 H2 即入爐的 總 H2 量 = +360 （ +） +150 （ + 18 ? ） = m3 重慶科技學院?？粕厴I設計 3 高爐物料平衡計算 11 設 噴 吹 條 件 下 有 40% 的 H2 參 加 還 原 ， 則 參 加 還 原 的 H2 量= = 生 成 CH4 的 H2 量 = 2= m3 進入煤氣 的 H2 量 == m3 2Hir= 950 ?? =%（ 假定 用 H2 還原的鐵氧化物中， 1/3 用于還 原Fe2O3， 2/3 用于還 原 FeO） ③ 由 Fe2O3→FeO 生成 CO2的量 = = m3 由 FeO→Fe 生成 CO2 的量 =（ ） = m3 由 MnO2→MnO 生成 的 CO2 的量 = = m3 另外 ， H2 參加還原反應，相當于同體積 的 CO2 所參加的反應，所 以 CO2 的生成量中應該減去 ，總計間接還原生成 的 CO2 量為 ++= 各種爐料分解或者帶入 的 CO2 量 =焦炭 的 CO2 量 +礦石 的 CO2 量 =360 + = 因此，煤氣的 總 CO2 量 =+= ④ 風口前碳素燃燒生成 的 CO= = 元素直接還原生 成 CO 的量 = = m3 焦炭揮發分 中 CO 的量 =360 = m3 因此，間接還原消耗碳 = 煤氣中 總 CO 的量 =++= m3 ⑤ 總 N2 的量 = 煤焦風 VVV ?? =()0 .79 +360 +1500 .0042 = 根據以上計算結果，列出煤氣組成表 重慶科技學院?？粕厴I設計 3 高爐物料平衡計算 12 表 煤氣組成 成分 CO2 CO N2 H2 CH4 總計 Vg/ V 風 m3 % 編制物料平衡表 ① 計算鼓風量： 1 m3 鼓風質量 = kg/ m3 全部鼓風質量 =1 .28= kg ② 計算煤氣的質量 2 2 . 4 20 . 0 2 58160 . 0 0 58280 . 5 3 42280 . 2 4 42440 . 1 8 93m1 3 ??????????煤氣的質量 = kg/ m3 全部煤氣質量 =1 .35= ③ 水分計算 爐料帶入水分 =360= kg 煤粉帶入水分 =1500 .0079= H2 還原生成的水分 = = kg 所以水分的總質量 =++= ④ 爐料機械損失 == 根據上述結果，列出物料平衡，如下表 表 物料平衡表 序號 收入項 Kg 序號 支出項 Kg 1 原燃料 1 生鐵 2 鼓風 2 爐渣 3 煤氣 4 水分 5 爐塵 共計 共計 絕對誤差 % 相對誤差 % 一般要求物料計算的相對誤差應在 %以下，故本計算 符合要求 。 重慶科技學院?？粕厴I設計 4 高爐 熱平衡計算 13 4 高爐熱平衡計算 熱平衡計算的目的 熱平衡計算的目的是為了了解高爐熱量供應和消耗的狀況，掌握高爐內熱能的利用情況，研究改善高爐熱能利用和降低消耗的途徑。通過計算調查高爐冶煉過程中單位生鐵的熱量收入與熱量支出，說明熱量收支各項對高爐冶煉的影響，從而尋找降低熱消耗與提高能量利用的途徑，達到使高爐冶煉過程處于能耗最低和效率最高的最佳運行狀態。同時還可以繪制熱平計算表研究高爐冶煉過程的基本方法 [2]。 熱平衡計算方法 熱平衡計算的 理 論依據是能量守恒定律，即單位生鐵投入的能量總和應等于其中 鐵各項熱消耗 總和。熱平衡計算采用差值法，即熱損失是以總的熱量收入減去各項熱量的消耗而得到的，即把熱量損失作為平衡項，所以熱平衡表面 上沒有誤差，因為 一 切誤差都集中掩蓋在所有熱損失之中。 根據計算的目的和分析的需要，熱平衡可分為全爐熱平衡與區域熱平衡。全爐熱平衡是把整個高爐作為研究對象、計算它的各項熱收入與支出，用來分析高爐冶煉過程令的能量利用情況。而區域熱平衡是把高爐的某一個區域作為研究對象，計算和分析這個區域內的能量利用情況。雖然計算熱平衡的部位與方法不向，但計算的目的都是為尋找降低能耗的途徑和確定一定冶煉條件下的能耗 指標。理論上可以以把高爐內的任何一個部位當作區域熱平衡的計算對象，但由于決定向爐冶煉能耗指標的主要因素存在于高爐下部的高溫區。因此，常用高爐下部屬溫區熱平衡進行計算。 本例采用第一熱平衡法計算進行熱平衡計算。 第一種熱平衡法，亦稱熱工法熱平衡。它是根據 高 斯定則，不考慮爐內的實際反應過程． 要 以物料最初與最終狀態所具有的熱力學參數為依據，確定高爐內的過程中所提供和消耗的熱量。它的熱收入規定為焦炭和噴吹物的熱值 (即全部 C完全燃燒成 CO2 和 H2 全部燃燒成 H2O 時放出的熱量 )、熱風與爐料帶入的物理熱及少量成渣熱。而熱 支出為氧化物、硫化物和碳酸鹽的分解熱，噴吹燃料的分解熱，水 分的 分解熱。脫 S 反應耗熱，渣鐵和爐頂煤氣熱焓與熱值，冷卻水代走的熱量和爐體散熱損失等項。這種熱平衡計算法中，把焦炭和噴吹的燃料完全燃燒時放出的熱量當作熱收入。而實際上高爐冶煉過程中有相當一部分 C 并沒 有完全燃燒，以 CO 的形態離開了高爐。還有一部分進入生鐵中和爐守中的 C 則完全權有燃燒，因此，必須把爐頂煤氣與未燃燒 C 的熱值當作熱支出 來 處理。另重慶科技學院?？粕厴I設計 4 高爐 熱平衡計算 14 外，這種計算中，把爐內還原反向看成兩步完成的，即硫化物的分解和還原劑的氧化，把還原劑氧化放熱 (即 C 和 CO 的燃燒 )當作 熱收入項。而把氧化物的分解吸熱當作熱支出項。這就不符實際地夸大熱量收入與支出從 而 ，熱平衡總量中各項所占比例失真，難以通地熱平衡總量與各項的比例來直觀地判斷爐內能量利用情況及各種因素對冶煉指標的影響。同時，在熱平衡計算中看不出爐內各熱效應的作用，這也是此種熱平 衡 計算法們缺點 [2]。 熱平衡計算過程 熱量收入 ① 碳素氧化熱 由 C 氧化 1m179。 成 CO2 放熱 ? = KJ/m179。 由 C 氧化成 1m179。 的 CO 放熱 ? = KJ/m179。 碳素氧化熱 = +() = ② 熱風帶入熱 1150 ℃ 時干空氣的比熱容為 ℃ ， 水蒸氣的比熱為 kJ/ m3℃ ,熱風帶入熱 =[() + ] 1150 = KJ ③ 成渣熱 爐料中以碳酸鹽形式存在 的 CaO 和 MgO，在高爐內生成鈣鋁酸鹽時， 1kg放出熱量 kJ 混 合礦 的 CaO=0 .01544456 = KJ 成渣熱 == kJ ④ 混合礦帶入的物理熱 80 ℃時混合礦的比熱容為 KJ/Kg℃ 混合礦帶入的物理熱 =1 .080= ⑤ H2 氧化放熱 1m179。 H2 氧化 成 H2O 放熱 KJ H2 氧化放熱 = = ⑥ CH4 生成熱 1Kg CH4 生成熱 = = KJ CH4 的 生成熱 = = KJ 重慶科技學院專科生畢業設計 4 高爐 熱平衡計算 15 冶煉 1t 生鐵總熱為以上各熱量的總和 = KJ 熱量支出 ① 氧化物分解與脫硫耗熱 1）鐵氧化物分解熱：設焦炭和煤粉 中 FeO 以硅酸鐵形態存在，燒結礦 中 FeO有 20%以硅酸鐵形態存在其余 以 Fe3O4，鐵氧化物分解熱 由 FeO、 Fe3O4 和 Fe2O3 三部分組成。 m（ FeO） 硅酸鐵 = +360 +150 = kg 去除進入渣中 的 FeO，它也以硅酸鐵形式存在，計 kg 余下 的 m(FeO)硅酸鐵 == m(FeO)四氧化三鐵 = = kg m(Fe2O3)四氧化三鐵 = 72160 = m(Fe2O3)自由 = = kg 依據 1kg 鐵氧化物分解熱，即可算出總的分解熱。 FeO 硅酸鐵分解熱 = =， ( KJ/kg FeO 硅酸鐵 ) Fe4O3 分解熱 =（ +） = KJ（ KJ/kg Fe4O3） Fe2O3 分解熱 = = KJ， （ KJ/kg Fe2O3） 鐵氧化物分解總熱 =++= 2）錳氧化物分解熱 錳氧化物分解熱包 括 MnO2 分解 為 MnO 和 MnO 分解 為 Mn 放出的熱量； MnO2→Mn 分解熱 =0 .00016= KJ MnO→Mn 分解熱 == KJ， ( KJ/KgMn) 錳氧化物分解總熱 =+= 3） SiO2 分解熱 == KJ， （ KJ/Kg Si） 4） Ca3(PO4)2 分解熱 = = KJ 5） 脫 S 耗熱 由 于 CaO 脫硫耗熱 KJ/ KgS， MgO 脫硫耗熱為 KJ/ KgS，二者差別較大，故取其渣中成分比例 （ ： ≈） 來計算平均脫硫耗熱。 1 Kg 硫的平均耗熱 = KJ 脫 S 耗熱 == 氧化物分解和脫硫總熱為上述 1）～ 5） 項熱耗之和，即 Q 總 =++++= KJ 重慶科技學院?？粕厴I設計 4 高爐 熱平衡計算 16 ② 碳酸鹽分解熱 由 CaCO3 分解出 1 Kg 的 CO2 需熱 KJ， 由 M gCO3 分解出 1 Kg CO2需熱 KJ， 混合礦 石 CO2 量 = =。假 定 CaCO3 和M gCO3 是按比例分配的。 其中 以 CaCO3 分解 的 CO2 為 ?=； 故 以 MgCO3 形式分解 的 CO2 量 ==。 碳酸鹽分解總熱 = + = KJ ③ 水分分解熱 = = KJ ( KJ/) ④ 噴吹物分解熱 =150=188415 kJ ( KJ/Kg 煤粉 ) ⑤ 爐料游離水的蒸發熱 1Kg 水由 20℃ 升溫到 100℃吸熱 KJ，再變成 100℃水蒸氣吸熱 2261 KJ 總吸熱為 KJ 游離水蒸發熱 =360= KJ ⑥ 生 鐵帶走熱 表 各種生鐵的熱焓值 [2] 生鐵熱焓值 煉鋼 生鐵 鑄造生鐵 錳鐵 KJ/Kg 煉鋼生鐵焓值 = KJ/kg， 鐵水帶走熱 =1000=1172360 KJ ⑦ 爐渣帶走熱 表 各種爐渣的熱焓值 [2] 爐渣熱焓值 煉鋼 鐵渣 鑄造鐵渣 錳鐵 鐵渣 KJ/Kg 煉鋼鐵渣焓值 = KJ/kg， 爐渣帶走熱 = = KJ ⑧ 爐頂煤氣帶走熱， 爐頂溫度為 200℃ 時煤氣各成分比熱容 見表 表 200℃ 時 爐頂煤氣比熱容 [2] CO2 CO N2 H2 CH4 H2O 干煤氣比熱容 =+(+) ++= KJ/ m3℃ 干煤氣帶走熱 =1 .399200= 重慶科技學院專科生畢業設計 4 高爐 熱平衡計算 17 水蒸氣帶走熱 =1 .519100= KJ 煤氣帶走總熱 =+= KJ 前 8 項總和為 = KJ ⑨ 外部熱損失 == KJ(包括散熱和冷卻水帶走熱 ) 根據熱收入與熱支出數值列表于 表 熱平衡表 序號 收入項名稱 KJ % 序號 支出項名稱 KJ % 1 碳的氧化熱 1 氧化物分解、脫硫 2 熱風帶入熱 2 碳酸鹽分解 3 成渣熱 3 水分分解 4 物料物理熱 4 噴吹物分解 5 H2 的氧化熱 5 游離水蒸發 6 CH4 生成熱 6 鐵水帶走 7 爐渣帶走 8 煤氣帶走 9 外部熱失 共計 共計 熱平衡指標計算 ① 碳素熱能利用系 數 Kc %100CO COCOK 2 2 ?? 所放出的熱量燃燒生成除進入生鐵外的碳全部 放出的熱量）和生成碳的氧化熱（包括燃燒c = % 2 83 3 4 2 1 5 9 0 1 3 1 ??? ）（ ② 熱量有效利用系 數 K Kt =（ 高爐總熱量收入 煤氣帶走熱 外部熱損失 ） % =（ ） %=% 從上述指標可以看出， Kc 值一般 在 50%～ 60%之間，個別可高達 65%。本重慶科技學院?？粕厴I設計 4 高爐 熱平衡計算 18 例 Kc=%說明 碳素熱能利用比較好 。 Kt 值一般為 80%～ 90%，本例的利用系數比較高 。 重慶科技學院?？粕厴I設計 5 高爐爐型設計 19 5 高爐爐型設計 年工作日的確定 設計要求 高爐工作日 350d/a 日產量： )t( 1 4 23 5 0101 8 0 4 ???總P 定容積 選定高爐座數為 1座，利用系數 v? = ? ?dmt/ 3? 每座高爐容積： )m(0 0 02 0 0 0η 339。 ??? Vu PV 爐缸尺寸 選定冶煉強度 I=（ m3d） 。燃燒強度 燃i = t（㎡ h ）， 則 d=燃i VI u? = 1. 05 ? = 取 d = m 校核 AVu =20xx??= 合理 爐缸高度、渣口高度 hz= dcN Pb ??? ? 鐵?= 1 4 ??? ?= hz= 風口高度 fh = khz = = 取 fh = 風口數目 n =2(d +2)=2(+2)=24 取 n =24個 風口結 構尺寸選 取 a = 則爐缸高度 1h = f