設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)生鐵 300 萬噸的高爐車間畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)（論文）題目：設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)生鐵 300 萬噸的高爐車間 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 學(xué) 部： 指導(dǎo)教師： 摘 要 摘 要 按照設(shè)計(jì)說明書的要求，設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)300萬噸的煉鋼生鐵的煉鐵廠。該廠的高爐車間由2座有效容積2163立方米的高爐，車間布置形式采用半島式布置。 高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程主要包括六個系統(tǒng)：高爐本體系統(tǒng)、高爐車間原料系統(tǒng)、高爐送風(fēng)系統(tǒng)、高爐噴煤系統(tǒng)、煤氣除塵系統(tǒng)渣鉄處理系統(tǒng)。 其中高爐的爐襯設(shè)計(jì)方法采用的是均衡爐襯的方法，根據(jù)不同的冶煉條件砌筑不

2、同的磚。冷卻方式：爐身部分采用板壁結(jié)合的方式爐腰部分采用凸臺冷卻壁；爐缸和爐底采用光面冷卻壁和水冷爐底結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)的熱風(fēng)爐采用傳統(tǒng)改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。蓄熱式和燃燒室在同一爐殼內(nèi)。這部分同時包括熱風(fēng)爐各種設(shè)備和閥門的選取計(jì)算。 上料系統(tǒng)采用的皮帶機(jī)連續(xù)上料，同時增加了皮帶的速度和寬度，滿足高爐冶煉的要求。爐頂裝料設(shè)備采用串罐式無料鐘爐頂裝料。噴吹系統(tǒng)增加了煤的數(shù)量，采用了單管路串罐式直接噴吹。煤氣處理設(shè)備采用的是濕法除塵設(shè)備。 所涉及的計(jì)算有高爐和熱風(fēng)爐尺寸的計(jì)算、高爐的物料平衡和熱平衡計(jì)算以及熱風(fēng)爐風(fēng)機(jī)的選擇等。 本設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，對設(shè)備及相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行選擇并

3、作了具體闡述和計(jì)算，同時對高爐車間工藝布置作了比較詳細(xì)的敘述，并繪制里高爐本體砌磚與冷卻設(shè)備圖、熱風(fēng)爐剖面圖、高爐車間平面布置圖、高爐車間總剖面圖四張圖。 關(guān)鍵詞: 高爐；設(shè)計(jì)；熱風(fēng)爐；濕法除塵；工藝流程; 布置 -51- Abstract ABSTRACT The design’s task is to build an iron-making plant, which has two blast furnaces and each capacity is 2163m3. The plant generates 3000,000 tons iron e

4、very year. There are seven chapters in the design. The seven systems of the iron-making plant is follow: blast furnace system、raw material system、blast air blowing system、fuel injecting system、gas dust removal system、slag processing systems The BF lining adopted equalization lining method and was

5、made of alumina brick and chayote in upper of BF and all carbon brick in the bottom of BF.The cooling methods were batten wall style in shaft, boss-cooling stave in bosh, smooth cooling stave in hearth and water-cooling stave in bottom of hearth. The air-stove was modified tradition style of intern

6、al combustion. The checker chamber and combustion chamber were in the same furnace shell and divided by heat insulation wall. And the combustion chamber was eye-style. Furthermore this part of the paper included the selection of various equipments and valves. The charging equipment used the belt ma

7、chine to continuing supplying charge and the belt velocity and width were increased in order to meet the BF melting needs. The furnace roof equipment used string pot style of non-bell furnace roof. Injection system increased amount of coal and use single valve line sting pot direct injection. The ga

8、s treating system used hydro filter equipment. The computes in the paper have size of BF and air-stave, charge balance, heat balance and fan of air-stave choice, etc. The design experience based on the existing domestic and foreign advanced production technology, equipment and the appropriate choi

9、ce of parameters and were calculated in detail and at the same time on the blast furnace process layout of the workshop were described in more detail, and ontology mapping in blast furnace bricklayer and cooling equipment, maps, profiles of hot gas, blast furnace workshop floor plan, the total cross

10、-section of blast furnace workshop 4 maps. Keywords: blast furnace; process; plant; design; layout. 目 錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 引　言 1 1 文獻(xiàn)綜述 2 1.1 概述 2 1.2廠址的選擇 2 1.2.1廠址選擇應(yīng)考慮的因素 2 1.2.2高爐煉鐵車間平面布置應(yīng)遵循的原則 3 1.2.3車間布置形式 3 1.3高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 4 1.4原燃料化學(xué)成分 4 1.5 本設(shè)計(jì)采用的新技術(shù) 5 2 工藝計(jì)算 6

11、 2.1 配料計(jì)算 6 2.1.1 原燃料成分的整理 6 2.1.2 預(yù)定生鐵成分 7 2.1.3 原燃料的消耗 7 2.1.4 渣量及爐渣成分的計(jì)算 8 2.1.5 生鐵成分的校對 8 2.2 物料平衡計(jì)算 9 2.2.1 風(fēng)量的計(jì)算 9 2.2.2爐頂煤氣成分的計(jì)算 9 2.2.3物料平衡表 10 2.3 熱平衡 11 2.3.1 熱收入的計(jì)算 11 2.3.2 熱支出的計(jì)算 11 3 高爐本體設(shè)計(jì) 15 3.1 高爐數(shù)目及總?cè)萘康拇_定 15 3.2 爐型設(shè)計(jì) 15 3.3 參數(shù) 17 3.4 爐襯設(shè)計(jì)及高爐基礎(chǔ) 18 3.4.1 高爐爐基的形狀及材料

12、 18 3.4.2 高爐爐底和各段爐襯的選擇、設(shè)計(jì)和砌筑 19 3.5 概述高爐冷卻及鋼結(jié)構(gòu) 21 3.5.1 爐底冷卻型式選擇 21 3.5.2 爐底冷卻型式選擇 21 3.5.3 高爐供水量、水壓的確定 22 3.5.4 風(fēng)口數(shù)目及直徑 23 3.5.5 鐵口 23 3.5.6爐殼及鋼結(jié)構(gòu)確定 23 4 原料系統(tǒng) 26 4.1 焦礦槽容積的確定 26 4.1.1 貯礦槽和附礦槽的布置、容積及數(shù)目的確定 26 4.1.2焦礦槽的布置、容積及數(shù)目的確定 27 4.2 槽上、槽下設(shè)備及參數(shù)的確定 27 4.2.1 槽上設(shè)備 27 4.2.2 槽下設(shè)備及參數(shù)選擇

13、27 4.3 皮帶上料機(jī)能力的確定 28 4.3.1．皮帶機(jī)選擇 28 4.3.2．為保證膠帶安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)時采取了以下措施 28 5 送風(fēng)系統(tǒng) 29 5.1 高爐鼓風(fēng)機(jī)的選擇 29 5.1.1 高爐入爐風(fēng)量 29 5.1.2 鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量 29 5.1.3 高爐鼓風(fēng)壓力 29 5.1.4 鼓風(fēng)機(jī)的選擇 30 5.2 熱風(fēng)爐 30 5.2.1 熱風(fēng)爐座數(shù)的確定 30 5.2.2 熱風(fēng)爐工藝布置 30 5.2.3 熱風(fēng)爐型式的確定 30 5.2.4 熱風(fēng)爐主要尺寸的計(jì)算 31 5.2.5 熱風(fēng)爐設(shè)備 33 5.2.6 熱風(fēng)爐管道及閥門 33 6 爐頂設(shè)備 35

14、 6.1爐頂基本結(jié)構(gòu) 35 6.2布料方式 36 7 煤氣處理系統(tǒng) 37 7.1 荒煤氣管道 37 7.1.1 導(dǎo)出管 37 7.1.2上升管 38 7.1.3下降管 38 7.2 除塵系統(tǒng)的選擇和主要設(shè)備尺寸的確定 38 7.2.1 粗除塵裝置 38 7.2.2 粗除塵裝置 39 7.2.3 精細(xì)除塵裝置 40 7.2.4 布袋除塵器 40 7.2.5 附屬設(shè)備 40 8 渣鐵處理系統(tǒng) 41 8.1 風(fēng)口平臺及出鐵場 41 8.2 爐渣處理設(shè)備 41 8.3 鐵水處理設(shè)備 42 8.3.1 鐵水罐車 42 8.3.2 鑄鐵機(jī) 42 8.3.3 鑄鐵

15、機(jī) 42 8.4 鐵溝流咀布置 42 8.4.1 渣鐵溝的設(shè)計(jì) 42 8.4.2 渣鐵溝的設(shè)計(jì) 43 8.5 爐前設(shè)備的選擇 43 8.5.1 開鐵口機(jī) 43 8.5.2堵鐵口泥炮 43 8.5.3堵渣機(jī) 44 8.5.4換風(fēng)口機(jī) 44 8.5.5爐前吊車 44 9 高爐噴吹煤粉系統(tǒng) 45 9.1 煤粉制備工藝 45 9.1.1 煤粉制備工藝 45 9.1.2 煤粉噴吹系統(tǒng) 46 9.2 噴吹工藝流程 48 結(jié) 論 49 參考文獻(xiàn) 50 謝 辭 51 引言 引　言 近些年來我國高爐生產(chǎn)各方面取得了顯著進(jìn)步, 但在資源和能源利用率、高爐大型

16、化、提高產(chǎn)業(yè)集中度以及環(huán)保等方面還有很大差距, 有待進(jìn)一步提高,努力向鋼鐵強(qiáng)國邁進(jìn) 我國高爐數(shù)量太多, 平均爐容過小,近年來又新建了一批1000m3以下的中小型高爐,使高爐結(jié)構(gòu)不合理的問題進(jìn)一步突出。根據(jù)2006年上半年的不完全統(tǒng)計(jì), 我國1000m3以上的高爐占高爐總數(shù)的38.8% , 600～1000m3 的中型高爐81.4%,600m3以下的占52.18%。這樣的高爐結(jié)構(gòu)對解決資源、能源、環(huán)境問題以及應(yīng)對日趨激烈的國際競爭非常困難。幾年來, 我國高爐大型化的發(fā)展是有進(jìn)步的,濟(jì)鋼、安鋼、柳鋼等一大批中小企業(yè)紛紛建設(shè)1000m3以上的大型高爐, 取得了跨越式進(jìn)步。除寶鋼擁有4000m3級高

17、爐外,太鋼新建的4350m3高爐也已經(jīng)投產(chǎn);首鋼在曹妃甸新區(qū)建兩座5500m3高爐;鞍鋼除新建了3座3200m3高爐外,已將部分落后的小高爐拆掉,此外還將在鲅魚圈新建兩座大型高爐。但近幾年,我國地方也新建了一大批小型高爐,有的企業(yè)小高爐數(shù)達(dá)到12～15座,人員多、占地面積大、管理困難、設(shè)備落后、消耗高、經(jīng)濟(jì)效益差、競爭力弱。因此分批、有計(jì)劃地逐步淘汰已經(jīng)非常必然了。 作為鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),高爐煉鐵生產(chǎn)近年來取得了很大進(jìn)步,為國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。高爐煉鐵需要針對目前存在的問題,繼續(xù)搞好結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造工作;為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高爐高效低耗,搞好節(jié)能和二次能源回收利用工作,高爐精料工作

18、以及高爐的大型化和長壽化;高爐工作者應(yīng)繼續(xù)提高認(rèn)識,把高爐清潔生產(chǎn)放到應(yīng)有的高度,為實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展而努力。 文獻(xiàn)綜述 1 文獻(xiàn)綜述 1.1 概述 設(shè)計(jì)課題：設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)生鐵 300 萬噸的高爐車間 另外，用AutoCAD繪制四張1#圖，分別是：高爐本體砌磚圖；高爐車間剖面圖；高爐車間布置圖；熱風(fēng)爐斷面砌磚圖。 本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和延長爐齡，高爐本體結(jié)構(gòu)和輔助系統(tǒng)必須滿足耐高溫，耐高壓，耐腐蝕，密封性好，工作可靠，壽命長，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，產(chǎn)量高，消耗低等要求。現(xiàn)代化高爐已成為高度機(jī)械化、自動化和大型化的一種綜合生產(chǎn)裝置。高爐車間的設(shè)計(jì)也必須滿足高爐生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)技

19、術(shù)指標(biāo)，以期達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。 高爐煉鐵是獲得生鐵的主要手段，是鋼鐵冶金過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足輕重的作用。高爐煉鐵是以鐵礦石（天然富礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）為原料，以焦炭、煤粉、重油、天然氣等為燃料和還原劑，以石灰石等為熔劑，在高爐內(nèi)通過爐料燃燒、氧化物中鐵元素的還原以及非鐵氧化物造渣等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程獲得生鐵煉鐵方式，其主要副產(chǎn)品有高爐爐渣和高爐煤氣。 1.2廠址的選擇 1.2.1廠址選擇應(yīng)考慮的因素 確定廠址需要做多方案比較，選擇最佳者，廠址選擇的合理與否，不僅影響建設(shè)速度與投資，也影響到投產(chǎn)后的產(chǎn)品成本和經(jīng)濟(jì)效益，以及對居民生活的影響，因此必須十分

20、慎重。 廠址選擇應(yīng)考慮以下因素： 1）工業(yè)布局要合理。即要考慮地區(qū)工業(yè)的綜合平衡，也要考慮鋼鐵生產(chǎn)對原料的依賴性。 2）以節(jié)省投資，降低應(yīng)運(yùn)費(fèi)用。 3）合理利用地形設(shè)計(jì)工藝流程。 4）接近原料產(chǎn)地，減少原料運(yùn)輸。 5）地質(zhì)條件要好，耐壓力大于2.0kg/cm2 6）水電資源豐富，供水供電不能間斷，供電雙電源。 7）位于城市居民區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向或側(cè)風(fēng)向。 1.2.2高爐煉鐵車間平面布置應(yīng)遵循的原則 1）在工藝合理，操作安全，滿足生產(chǎn)的條件下，應(yīng)盡量緊湊并合理地公用一些設(shè)備與建筑物，以求少占土地和縮短運(yùn)輸線。網(wǎng)管線的距離。 2）有足夠的運(yùn)輸距離，保證原料及時入廠和產(chǎn)品及時

21、運(yùn)出。 3）車間內(nèi)部鐵路，道路布置要暢通。 4）要考慮擴(kuò)建的可能性，在可能的條件下留一座高爐的位置。在高爐大修擴(kuò)建時施工安裝作業(yè)及材料設(shè)備堆放等不得影響其他高爐正常生產(chǎn)。 1.2.3車間布置形式 1）一列式布置：高爐與熱風(fēng)爐在一列線上，出鐵場也布置在高爐列線上成為一列，并且與車間鐵路線平行。 優(yōu)點(diǎn)：可以共用出鐵場和爐前起重機(jī)，共用熱風(fēng)爐值班室和煙囪，節(jié)省投資；熱風(fēng)爐距高爐近，熱損失少。 缺點(diǎn)：運(yùn)輸能力低，在高爐數(shù)目多，產(chǎn)量高時，運(yùn)輸不方便，特別是在一座高爐檢修時車間調(diào)度復(fù)雜。 2）并列式布置：高爐與熱風(fēng)爐分設(shè)在兩條列線上，出鐵場布置在高爐列線，車間鐵路線與高爐列線平行。 優(yōu)點(diǎn)

22、：可以共用一些設(shè)備和建筑物，節(jié)省投資；高爐間距離近。 缺點(diǎn)：熱風(fēng)爐距高爐遠(yuǎn)，熱損失大，并且熱風(fēng)爐靠近重力除塵器，勞動條件不好。 3）島式布置：每座高爐和它的熱風(fēng)爐、出鐵場、鐵水罐車停放線等組成一個獨(dú)立的體系。鐵水罐車停放線與車間兩側(cè)的調(diào)度線成一定角度，一般為11-13度。 島式布置的鐵路線為貫通式，空鐵水罐車從一端進(jìn)入爐旁，裝滿鐵水的鐵水罐車從一端駛出，運(yùn)輸量大，并且設(shè)有專用輔助材料線。 缺點(diǎn)：高爐間距大，管線長；設(shè)備不能共用，投資高。 4）半島式布置：高爐和熱風(fēng)爐的列線與車間調(diào)度線間交角可以大到45，因此高爐距離近， 并且在高爐兩側(cè)各有三條獨(dú)立的有盡頭的鐵水罐車停放線，和一條輔助

23、材料運(yùn)輸線，出鐵場和鐵水罐車停放線垂直，縮短了出鐵場長度，設(shè)有擺動流嘴，出一次鐵可放置幾個鐵水罐車。 本設(shè)計(jì)采用半島式車間布置。 1.3高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 高爐生產(chǎn)效果以其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)衡量，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： 1）高爐有效容積利用系數(shù)（η）：晝夜生鐵的產(chǎn)量P與高爐有效容積V有（m3）之比。η是高爐冶煉的一個重要指標(biāo)，η越大，其高爐生產(chǎn)率越高。本設(shè)計(jì)η取2.2。 2）焦比（k）：焦比即每晝夜焦炭消耗量Qk(t或kg)與每晝夜生鐵產(chǎn)量P之比。 3）煤比（Y），：指每噸生鐵消耗的煤粉量。從風(fēng)口向爐內(nèi)噴吹煤粉，噴吹燃料可以有效地降低焦比，降低了焦炭的消耗量，從而降低生鐵成本。

24、4）冶煉強(qiáng)度（I）：高爐冶煉強(qiáng)度是每晝夜1m3高爐有效容積燃燒的焦炭量。冶煉強(qiáng)度表示高爐的作業(yè)強(qiáng)度，它與鼓入高爐的風(fēng)量成正比，在焦比不變的情況下，冶煉強(qiáng)度越高，高爐產(chǎn)量越大。本設(shè)計(jì)取1.05。 5）休風(fēng)率：休風(fēng)率指休風(fēng)時間占日歷時間的百分?jǐn)?shù)。 6）生鐵合格率：化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)的生鐵成為合格生鐵，合格生鐵占生鐵生產(chǎn)總量的百分?jǐn)?shù)為生鐵合格率。 7）高爐一代壽命：指高爐從點(diǎn)火開始到停爐大修之間的冶煉時間或相鄰兩次大修之間的時間稱為高爐一代壽命。 1.4原燃料化學(xué)成分 表1 原燃料化學(xué)成分（%） 試樣 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 巴西礦 石灰石 爐塵 焦炭灰分 煤灰分 T Fe

25、 57.86 58.63 62.94 1.23 39.46 4.25 2.23 FeO 5.70 0.80 1.56 9.84 5.46 2.87 CaO 8.80 0.87 0.21 52.32 4.81 3.02 3.78 MgO 2.83 0.31 0.13 0.65 3.84 1.01 1.21 SiO2 4.28 11.20 2.14 1.61 6.57 51.89 58.48 Al2O3 1.38 1.48 1.24 0.46 2.53 38.01 31.42 S 0.02 0.01

26、 0.01 0.12 Mn 0.19 0.11 0.08 0.07 P 0.09 0.07 0.02 0.11 燒損 2.76 41.10 14.87 表2 生鐵預(yù)定成分（%） Fe Si Mn S P C 94.74 0.48 0.15 0.03 0.01 4.5 1.5 本設(shè)計(jì)采用的技術(shù) 1. 無鐘爐頂和皮帶上料 ，布料旋轉(zhuǎn)溜槽可以實(shí)現(xiàn)多種布料方式。 2. 熱風(fēng)爐采用錐球形爐頂，有利用拱頂氣流分布和熱風(fēng)溫度的提高，隔墻間加耐熱鋼板防止蓄熱室氣流短路。 3. 冷卻采用軟

27、水密封循環(huán)系統(tǒng) 。 4. 高爐噴煤設(shè)備。 5. 有余熱回收和余壓發(fā)電裝置。 6. 水渣系統(tǒng)采用過濾式。 7. 采用計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。 工藝計(jì)算 2 工藝計(jì)算 2.1 配料計(jì)算 2.1.1 原燃料成分的整理 表3 原燃料成分的整理 品種 T.Fe FeO CaO MgO SiO2 Al2O3 S Mn P 燒結(jié)礦 57.86 5.70 8.80 2.83 4.28 1.38 0.02 0.19 0.09 校核 57.98 5.71 8.82 2.84 4.29 1.38 球團(tuán)礦

28、58.63 0.80 0.87 0.31 11.20 1.48 0.01 0.11 0.07 校核 59.92 0.82 0.89 0.32 11.45 1.51 巴西礦 63.94 1.56 0.21 0.13 2.14 1.24 0.01 0.08 0.02 校核 65.35 1.59 0.21 0.13 2.19 1.27 復(fù)合礦 59.28 4.6 6.74 2.18 4.69 1.38 0.02 0.16 0.07 石灰石 1.23 52.32 0.65 1.61

29、 0.46 校核 1.26 53.54 0.67 1.65 0.47 爐塵 39.46 9.84 4.81 3.84 6.57 2.53 0.12 0.07 0.11 校核 44.69 11.14 5.45 4.35 7.44 2.87 焦炭灰分 4.25 5.46 3.02 1.01 51.89 38.01 校核 4.28 5.49 3.04 1.02 52.21 38.24 煤灰分 2.23 2.87 3.78 1.21 58.48 31

30、.42 校核 2.38 2.94 3.78 1.24 59.82 32.14 MNO MNO2 P2O5 Fe2O3 1/2S 燒損 ∑ 0.25 0.21 76.32 0.01 99.78 0.25 0.21 76.49 0.01 100 0.142 0.16 82.87 0.005 97.84 0.145 0.10 84.70 0.005 100 0.127 0.05 89.61 0.005 2.7

31、6 97.84 0.132 0.05 91.6 0.005 2.82 100 0.22 0.018 0.18 79.58 0.01 0.42 100 1.58 41.10 97.72 1.62 42.06 100 0.25 45.54 14.87 88.3 0.28 51.46 16.84 100 99.39 100 97.76 100 2.1.2 預(yù)定生鐵成分 表

32、4 生鐵預(yù)定成分（%） Fe Si Mn S P C 94.74 0.46 0.15 0.03 0.01 4.5 2.1.3 原燃料的消耗 1.鐵礦石的用量 設(shè)生產(chǎn)每噸生鐵所用的復(fù)合礦和石灰石分別為 X , Y 單位 : K 鐵平衡 0.5928X+0.0139Y+3600.12760.0428+1500.10930.0238=947.4+947.40.003/0.997+200.4469 堿度平衡 X=1613.8kg Y=5.64kg 燒結(jié)礦：1210.35kg 球團(tuán)礦：161.38kg 巴西礦：242.07kg 2.1.4 渣

33、量及爐渣成分的計(jì)算 1、S 原燃料帶入的S：1613.80.0002+3600.0069+1500.0047=3.51kg 進(jìn)入生鐵的S : 0.3 kg 進(jìn)入煤氣的S : 3.51 0.05=0.176 kg 進(jìn)入爐塵的S：20 0.0012=0.029 kg 爐渣中的S：3.014 kg 2、FeO kg 3、MnO kg 4、SiO2 堿度平衡中的分母 102.73kg 5、CaO 堿度平衡中的分子 112.73kg 6、MgO 1613.80.0218+5.640.0067-200.0435+3600.127

34、60.0102+1500.10930.0124=35.02 kg 7、Al2O3 1613.80.0138+5.640.0047+3600.12760.3824+1500.10930.3214-200.0287=44.56 計(jì)算結(jié)果如表5 表5 爐渣成分 組元 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S/2 ∑ CaO/SiO2 kg 112.73 102.48 44.56 35.02 1.76 3.67 1.507 301.727 % 37.36 33.96 14.77 11.61 0.58 1.22 0

35、.499 100 1.1 2.1.5 生鐵成分的校對 結(jié)果 [S]=0.03% [Si]=0.48% [Fe]=94.74% [Mn]=1.7655/71100/1000=0.136 [P]= (1613.80.0018-200.0028）62/142100/1000=0.142 [C]=100-0.027-0.55-94.847-0.19-0.065=4.49 2.2 物料平衡計(jì)算 2.2.1 風(fēng)量的計(jì)算 直接還原度rd=0.45 鼓風(fēng)濕度f=1.5% =3600.8585+1500.7263-10004.81%-0.7%(3600.8585+1500

36、.7263)-200.1487-1.3612/55-4.824/28-1.2460/62-947.412/560.45=267.04 kg 鼓風(fēng)含氧：V=267.0422.4/24=249.24 m3 O2=0.21(1-0.0015)+0.50.015=0.2144 V風(fēng)=1162.49 m3 G風(fēng)=V風(fēng)r空氣=1162.491.29=1499.61 kg 2.2.2爐頂煤氣成分的計(jì)算 1、CH4 ⑴風(fēng)口燃燒VCH4=3600.8585+1500.7263）0.7%22.4/12=5.46 m3 ⑵焦中CH4=3600.01390.038822.4/16=0.27m3k

37、g ⑶生成總量=5.46+0.27=5.73 m3 2、H2 ⑴風(fēng)口燃燒H2=1162.490.015=17.437 m3/kg ⑵焦炭和煤粉的揮發(fā)份 H2=（3600.01390.2029+1500.16440.4317）22.4/2=130.6 m3 ⑶生成CH4 H2=（3600.8585+1500.7263）0.7%22.4/122=10.92m3 ⑷參加還原（參加還原的氫量為總量的40%） H2=（17.437+130.6）0.4=59.21 m3 ⑸進(jìn)入煤氣量H2=17.437+130.6-10.92-59.21=77.9m3 3、CO2 Fe2

38、O3+CO→FeO+CO2 CO2=(1613.80.7958+5.640.0162) 22.4/160=179.81 m3 FeO+CO→Fe+CO2 CO2=947.4(1-0.45-47.8856/22.4947.4) 22.4/56=160.68 m3 石灰石分解CO2=5.640.420622.4/44=1.21 m3 焦炭帶入CO2=3600.01390.230222.4/44=0.59 m3 進(jìn)入爐頂CO2=342.29 m3 4、CO ⑴燃燒生成CO=267.0422.4/12=498.47 m3 ⑵直接還原CO=96.9622.4/12=180.99 m3

39、 ⑶焦炭揮發(fā)份CO=3600.01390.224522.4/28=0.95m3 ⑷間接還原CO=340.49 m3 ⑸爐頂CO=339.87 m3 5、N2 ⑴鼓風(fēng)N2=1162.49（1-0.015）0.79=904.6 m3 ⑵焦炭和煤粉的揮發(fā)份N2=（3600.01390.2936+1500.16440.1474）22.4/28=4.08 m3 ⑶爐頂帶入N2=908.68 m3 6、爐頂煤氣成分 表6煤氣成分表 CH4 CO N2 H2 CO2 總體積 M 5.73 339.87 908.68 77.9 342.29 1674.47 %

40、 0.34 20.3 54.27 4.65 20.44 100 ⑴煤氣密度=(0.204444+0.20328+0.542728+0.04652+0.003416)/22.4=1.345 kg/m3 ⑵煤氣重量=1674.471.345=2252.16kg 2.2.3物料平衡表 表7 物料平衡表 收入項(xiàng) 支出項(xiàng) 名稱 數(shù)量 kg 百分比 % 名稱 數(shù)量 kg 百分比 % 復(fù)合礦 1613.8 44.5 鐵水 1000 27.62 石灰石 5.64 0.15 爐塵 20 0.55 焦炭 360 9.9 水分 47.

41、58 1.31 煤粉 150 4.15 煤氣（干） 2252.16 62.19 鼓風(fēng) 1499.61 41.3 爐渣 301.727 8.33 總計(jì) 3629.05 100 總計(jì) 3621.467 100 絕對誤差=3629.05-3621.467=7.583 誤差校核：7.583/3629.05=0.208%<0.3%，符合要求。 2.3 熱平衡 2.3.1 熱收入的計(jì)算 1、熱收入 ⑴碳氧化：由C氧化生成1m3CO2放熱17869.50kJ 由C氧化生成1m3CO放熱5241.72 kJ Q

42、1=（358.56-0.9）5241.72+340.49 17869.50=7959139.63 kJ ⑵熱風(fēng)： 1100C的空氣熱容1.4233kJ/ m3C 1100C水蒸氣的熱容1.7393 kJ/ m3C 鼓風(fēng)中98%進(jìn)入熱風(fēng)爐，2%用常溫噴吹煤 Q2=[1162.4998% (1-0.015)1.4233+1162.490.0151.7393] 1100=1789865.56 kJ ⑶H2氧化放熱： 1 m3 H2氧化成水蒸氣放熱10788.58 Q3=59.2110788.58=6387

43、91.8kJ ⑷成渣熱： 1千克氧化鈣和氧化鎂的成渣為1128.60kJ Q4=(0.5354+0.0067) 5.641128.60=3450.63kJ ⑸礦帶入物理熱：25C爐料的熱容為0.6897kJ/ kgC Q5=1613.80.689725=27825.95kJ 熱收入Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=7959139.63+1789865.56+638791.8+3450.63+27825.95=10419073.57kJ 2.3.2 熱支出的計(jì)算 2、熱支出 1.氧化物的分解 ⑴鐵氧

44、化物分解 FeO Fe3O4 80% 2FeO.SiO2 20% 以2FeO.SiO2存在的 FeO FeO=1613.875%0.05710.2+3600.12760.0549+1500.10930.0294= 16.82kg 以Fe3O4存在的FeO FeO=1613.875%0.05710.8+161.380.0082+1613.815%0.0159=60.46kg 以Fe3O4存在的Fe2O3 Fe2O3=60.46160/72=134.35kg 則Fe3O

45、4=60.46+134.35=194.81kg 游離的Fe2O3=1613.80.7958+5.640.0162-134.35=1150 kg 分解1kg以2FeO.SiO2狀態(tài)存在的FeO消耗408.52 kJ 分解1kg Fe3O4消耗4791.78kJ 分解1kg Fe2O3消耗5144.28 kJ 鐵氧化物耗熱G= 16.824068.52+194.814791.78+11505144.28=7377841.16 kJ ⑵其他氧化物 MnO分解1kg Mn耗熱7350.53 kJ 由SiO2分解出1kgSi耗熱31028.14kJ 由3CaO.P2O5分解出1kgP耗

46、熱35697.26kJ 其他氧化物分解吸熱G=1.367350.53+4.831028.14+1.2435697.26=203196.32kJ =7377841.16 +203196.32=7581037.48kJ 2.脫硫吸熱 CaO.脫硫耗熱5392.20 kJ/ kg MgO.脫硫耗熱8025.60 kJ/ kg MnO脫硫耗熱6249.10 kJ/ kg FeO .脫硫耗熱5496.70 kJ/ kg 平均耗熱=6290.90 kJ/ kg 脫硫吸熱=3.014 6290.90=18960.7726kJ 3.碳酸鹽分解吸熱 CaCO3分解1kg CaO吸熱4037

47、.88 kJ MgCO3分解1kg MgO吸熱2482.92 kJ 碳酸鹽分解吸熱=5.640.53544037.88+5.640.00672482.92=12286.8kJ 4.水分分解吸熱 分解1m3水蒸氣吸熱10788.58kJ =1162.490.01510788.58=188124.2kJ 5.煤粉分解吸熱 分解1kg煤粉吸熱836kJ =150836=125400kJ 6.游離水蒸發(fā)吸熱 =3600.046404.18=38522.8kJ 7.鐵水帶走 1kg1450C鐵水帶走熱量1237.28kJ =10001237.28=1237280kJ 8.爐渣

48、帶走 1kg1500C鐵水帶走熱量1851.74kJ =301.7271851.74=558719.9kJ 9.煤氣帶走200C煤氣帶走的熱量 CO 熱容 1.3104 1.3104 1.7844 1.2996 1.8166 1.5086 干燥氣熱容 =0.381.8166+0.56311.3104+0.2151.3104+0.20011.7844+0.0181.2996=1.407 kJ/ m3C 干燥氣帶走熱量=1674.471.407（

49、200-0）=471195.8kJ 煤氣中水分帶走熱量 =（3600.0422.4/18）（200-100）1.5086+59.21（200-0）1.5086=2327.16kJ 爐塵帶走熱量 其中爐塵熱容0.838kJ/ kg =200.838（200-0）=3352kJ =497819.4 kJ 則總的熱支出為=10258150.88 10.熱損失 =10419073.57-9419266.46=160922.69kJ 表8 熱平衡表 熱收入 熱支出 名稱 數(shù)量 kJ % 名稱 數(shù)量 kJ % 碳素氧

50、化放熱 7959139.63 76.39 氧化物分解 7581037.48 72.76 鼓風(fēng)帶入熱 1789865.56 17.18 脫硫吸熱 18960.3 0.18 氫氧化放熱 638791.8 6.13 水分解 188124.2 1.8 成渣熱 3450.63 0.03 游離水蒸發(fā) 38522.8 0.38 爐料物理熱 27825.95 0.27 鐵水帶走 1237280 11.87 爐渣帶走 558719.9 5.36 噴吹物分解 125400 1.2 碳酸鹽分解 12286.

51、8 0.13 煤氣帶走 494467.4 4.74 爐塵帶走 3352 0.04 熱損失 160922.69 1.54 總計(jì) 10419073.57 100 總計(jì) 10419073.57 100 高爐本體設(shè)計(jì) 3 高爐本體設(shè)計(jì) 3.1 高爐數(shù)目及總?cè)萘康拇_定 高爐煉鐵車間建設(shè)高爐的座數(shù)，既要考慮盡量增大高爐容積，又要考慮企業(yè)的煤氣平衡和生鐵量的均衡，所以一般根據(jù)車間規(guī)模，由兩座或三座高爐組成即可。本設(shè)計(jì)選取高爐車間由兩座相同容積（2163m3）的高爐組成。 由高爐煉鐵車間生鐵年產(chǎn)量除以年工作日，即得出高爐煉

52、鐵車間日產(chǎn)量（t）: 高爐煉鐵車間日產(chǎn)量＝……………………………………(1) 根據(jù)高爐煉鐵車間日產(chǎn)量和高爐有效容積利用系數(shù)可以計(jì)算出煉鐵車間總?cè)莘e（m3）: 高爐煉鐵車間總?cè)莘e＝……………………………(2) 高爐有效容積利用系數(shù)一般直接選定。大高爐選低值（2.0～2.2左右），小高爐選高值（2.7～3.0左右）。 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)生鐵300萬噸的高爐車間，設(shè)計(jì)高爐一代壽命為10年，年作業(yè)率為95%，高爐有效利用系數(shù)為=2.0 。 定年工作日: 36595%=347d； 日產(chǎn)量: P總==8645.5t 確定高爐容積: 選定高爐座數(shù)為2座,利用系數(shù)ηv =2.0 每座高

53、爐日產(chǎn)量 P = ==4326t 每座高爐容積 Vμ’= ==2163m3 3.2 爐型設(shè)計(jì) ⑴爐缸尺寸: 1) 爐缸直徑 選定冶煉強(qiáng)度 I=0.95 ； 燃燒強(qiáng)度i燃=1.08 則 ===10.03 取d=10m 校 核 ==26.5 合理 2) 爐缸高度 渣口高度： hz= ==1.54 取 =1.6m 風(fēng)口高度： hf = ==2.8 取 =2.8m 風(fēng)口數(shù)目： n=2(+2)=2(

54、10+2)=24 取=24個 風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸： 選取 =0.5m 則爐缸高度 h1= hf+ a=2.8+0.5=3.3m ⑵死鐵層厚度： 選取 h0= 1.5m ⑶爐腰直徑，爐腹角，爐腹高度： 選取 =1.12 則 D=1.12=1.1210=11.2 取=11.2m 選取 α=81 則 h0 = =3.79 取h2=3.8m 校核α ===6.3

55、 =81.03 ⑷爐喉直徑，爐喉高度： 選取 =0.68 則 d1 =0.68D=0.6811.2=7.62 取d1=7.6m 選取 h5=2.0m ⑸爐身角，爐身高度，爐腰高度： 選取 β=84 則 h4== =17.13 取h4=17m 校核β tan== =9.4 β=83.96 選取 =2.58 則 Hu=2.58=2.5811.2=28.79 取Hu=28.

56、8m 求得: h3==28.8-3.3-3.8-17-2.0=2.7m ⑹校核爐容： 爐缸體積 = = =259.05m3 爐腹體積 = = =335.53m3 爐腰體積 = = =275.72m3 爐身體積 = ==1193.58m3 爐喉體積 = ==90.68m3 高爐容積 = ++++ =256.05+335.53+275.72+1193.58+90.68 =2151.56m3 誤差 △V===0.53%<1 在允許范圍內(nèi)，故爐型設(shè)計(jì)符合要求。 3.3 參數(shù) 表9 高

57、爐爐型尺寸參數(shù)（1） Vu/m3 d/mm D/mm d1/mm Hu/mm h0/mm h1/mm h2/mm h3/mm h4/mm 2163 10000 11200 7600 28800 1500 3300 3800 2700 17000 （續(xù)） h5/mm hz/mm hf/mm α/ β/ 風(fēng)口/個 渣口/個 A/m2 Vu/A Hu/D 2000 1600 2800 81.03 83.96 24 ----- 78.54 26.5 2.58 3.4 爐襯設(shè)計(jì)及高爐基礎(chǔ) 3.4.1 高爐爐基的形狀

58、及材料 高爐基礎(chǔ)是高爐下部的承重結(jié)構(gòu)，它的作用是將高爐全部載荷均勻地傳遞到地基。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。 1．對高爐基礎(chǔ)的要求： 1) 高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部載荷均勻地傳給地基，不發(fā)生沉陷和不均勻沉陷。高爐基礎(chǔ)下沉?xí)鸶郀t鋼結(jié)構(gòu)變形，管路破裂；不均勻下沉將引起高爐傾斜，破壞爐頂正常布料，嚴(yán)重時不能正常生產(chǎn)。高爐總體設(shè)計(jì)，對基礎(chǔ)的下沉量和傾斜率都有嚴(yán)格要求。 2) 具有一定的耐熱能力。一般混凝土只能在150以下工作，250便有開裂，400時失去強(qiáng)度，鋼筋混凝土700時失去強(qiáng)度。過去由于沒有耐熱混凝土基墩和風(fēng)冷爐底設(shè)施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎(chǔ)破壞，甚至爆炸。采

59、用風(fēng)冷和水冷爐底及耐火基墩后，可以保證高爐基礎(chǔ)很好工作。 2．高爐基礎(chǔ)的形狀、尺寸、材質(zhì)結(jié)構(gòu) 高爐基礎(chǔ)是由基墩和基座組成的。高爐基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)主要取決于地質(zhì)條件和高爐的容積。 圖1 高爐基礎(chǔ) 基墩的作用是隔熱和調(diào)節(jié)鐵口標(biāo)高?；沼媚蜔峄炷磷龀??；盏男螤顬閳A柱體，直徑尺寸與爐底相適應(yīng)，并要求高度一般為2.5～3.0m，本設(shè)計(jì)為3.0m。高爐基墩一般都澆注成整體結(jié)構(gòu)，并在周圍設(shè)置環(huán)行鋼筋以保證其強(qiáng)度?；障虏康臓t殼外面設(shè)有密封鋼環(huán)，上部與爐殼焊接，下部澆注在基座的混凝土內(nèi)。鋼環(huán)與爐殼之間留100～150mm空隙，內(nèi)填充碳素材料?；张c基礎(chǔ)之間留有10mm的水平溫度縫，其間填充石英砂，以

60、抵抗形變損壞。 基座的主要作用是將上面?zhèn)鬟f來的載荷傳遞給地層?；牡酌娣e較大，以減小單位面積的地基所承受的壓力?；闹睆脚c載荷和地基土質(zhì)有關(guān)，基座用普通鋼筋混凝土制成，其形狀一般為正多邊形，本設(shè)計(jì)選用正八邊形，其對角線長為40m。基座表面為帶坡度的水泥沙漿層，以便于排出積水。 地表面積按下式計(jì)算： ………………………………………………………………(3) 其中：P ---總載荷， K ---安全系數(shù)， S允 ---地基土質(zhì)允許承載能力。 3.4.2 高爐爐底和各段爐襯的選擇、設(shè)計(jì)和砌筑 爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件非

61、常惡劣。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程度是決定高爐大修的關(guān)鍵。 爐底 爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件十分惡劣。為了防止炭磚在烘爐和開爐時被氧化，在炭磚表面應(yīng)砌一層粘土磚保護(hù)層。為吸收砌體膨脹，砌體與周圍冷卻壁之間應(yīng)留100～150mm縫隙，縫隙內(nèi)填滿碳素?fù)v打料。爐殼的圓錐體部分的縫隙應(yīng)取較大值，以便碳搗操作，保證質(zhì)量，同時防止磚襯膨脹產(chǎn)生對爐殼的推力，避免爐殼開裂而泄漏煤氣。本設(shè)計(jì)采用滿鋪炭磚爐底結(jié)構(gòu)，它是提高爐襯壽命的一項(xiàng)新技術(shù)，且能提高鐵水溫度。爐底磚襯厚度為2800mm（磚層為7層）。 炭磚砌筑在水冷管的炭搗層上。砌筑時，先以出鐵口中心線為基準(zhǔn)線，向下

62、逐層劃出每層碳磚的十字形中心線，并標(biāo)注標(biāo)高。每列先從該列的中心塊開始逐塊砌筑。同一列相鄰兩塊碳磚之間以斜接或垂直薄縫相接。每層炭磚砌筑從中心開始，逐步砌筑其余各列，直至砌到邊緣為止。砌磚有厚縫和薄縫兩種連接方式，薄縫連接時，各列磚砌縫不大于1.5mm (本設(shè)計(jì)取1.5mm)，各列間的垂直縫和兩層間的水平縫不大于2.5mm（本設(shè)計(jì)取2mm）。厚縫連接時，磚縫為35～45mm (本設(shè)計(jì)取40mm)，縫中以炭素料搗固。爐底水冷管的安裝：安裝在基墩耐熱混凝土之上爐底炭搗層之中。 目前，一般砌法是炭磚兩端的短縫用薄縫相接；兩側(cè)的長縫用厚縫相接。也有兩端短縫用厚縫而兩側(cè)長縫用薄縫相接的，這種砌法可減少厚

63、縫的炭搗工作量。 1. 爐缸 爐缸工作條件與爐底相似，而且裝有鐵口、風(fēng)口。每天有大量的鐵水流過鐵口，開堵鐵口有劇烈的溫度波動和機(jī)械振動。風(fēng)口前邊是燃燒帶，為高爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。 為此爐缸用炭磚砌筑，風(fēng)口、渣口及鐵口處采用異形炭磚砌筑，炭磚砌筑為薄縫（1.5mm），上下層碳磚磚縫均砌在中間。 爐缸炭磚砌筑以薄縫相連，上下層炭磚的磚縫均砌筑在中間。風(fēng)口、渣口和鐵口采用異型炭磚砌筑。砌體與冷卻壁之間留有100～150mm縫隙，本設(shè)計(jì)為150mm，其中填以炭質(zhì)填料。第一層環(huán)砌炭磚最好能蓋上三塊半爐底滿鋪的炭磚，因此其長度一般大于（400+40）3.5＝1540mm。（本設(shè)計(jì)取1760mm）

64、 2. 爐腹 爐腹位于風(fēng)口之上，此部位受強(qiáng)烈的熱應(yīng)力作用，不僅爐襯內(nèi)表面溫度高，而且由溫度波動引起的熱沖擊、破壞力很大；同時還承受由上部落入爐缸的渣鐵水和高速向上運(yùn)動的高溫煤氣的沖刷、化學(xué)侵蝕及氧化作用，再加上爐料的壓力和摩擦力及崩料時的巨大沖擊力。開爐后爐腹部位的砌磚很快被侵蝕掉，靠渣皮工作，一般 砌一層厚345mm高鋁磚，傾斜部分按每三層磚錯臺一次砌筑。砌磚磚縫應(yīng)不大于1mm（本設(shè)計(jì)取1mm），上下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯開。 3. 爐腰 爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設(shè)計(jì)采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌筑一層345mm厚的高鋁磚，砌磚緊靠冷卻壁，砌磚磚縫應(yīng)不大于1mm（本設(shè)計(jì)取1mm），上

65、下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯開。 4. 爐身 爐身砌磚厚度通常為690～805mm，目前趨于向薄的方向發(fā)展，本設(shè)計(jì)的爐襯厚度采用575mm，即230mm高鋁磚+345mm高鋁磚=575mm。爐身傾斜部位按3層磚錯臺一次砌筑。砌磚緊靠冷卻壁，縫隙用炭質(zhì)填料填充。 5. 爐喉 本設(shè)計(jì)采用長條式爐喉鋼磚，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)中不易變形、脫落，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便。爐喉有幾十塊保護(hù)板，在爐喉的剛殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板，板之間留20mm的間隙，保證保護(hù)板受熱膨脹時不相互碰擠。 3.5 概述高爐冷卻及鋼結(jié)構(gòu) 3.5.1 爐底冷卻型式選擇 大型高爐爐缸直徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中

66、心部位的熱量散發(fā)出去，如不進(jìn)行冷卻則向下侵蝕嚴(yán)重。目前，多數(shù)高爐爐底都采用水冷的方法，即水冷爐底。 水冷管中心線以下埋置在爐基耐火混凝土基墩上表面中，中心線以上為碳素?fù)v固層，水冷管為40mm10mm，爐底中心部位水冷管間距200～300mm（本設(shè)計(jì)取200mm），邊緣水冷管間距為300～500mm（本設(shè)計(jì)取300mm），水冷管兩端伸出爐殼外50～100mm。爐殼開孔后加墊板固定，開空處應(yīng)避開爐殼折點(diǎn)150mm以上。 水冷爐底結(jié)構(gòu)應(yīng)保證切斷給水后，可排出管內(nèi)積水，工作時排水口要高出水冷管水平面，保證管內(nèi)充滿水。 3.5.2 爐底冷卻型式選擇 1. 爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇 爐缸和爐底選用光面冷卻壁，砌與冷卻