煉鐵高爐設計畢業(yè)論文年產300萬噸生鐵高爐車間設計

摘要高爐煉鐵是傳統(tǒng)的煉鐵工藝，國民經濟建設中起著舉足輕重的作用。隨著鋼鐵行業(yè)的蓬勃發(fā)展和節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴格，高爐爐型逐漸走向大型化。本論文對年產300萬噸生鐵大型高爐車間進行了設計，設計內容包括煉鐵物料平衡和熱平衡計算、高爐爐型確定、高爐各部位爐襯、爐體冷卻設備的選擇和風口的設計。此外，還就高爐附屬系統(tǒng)的煤氣除塵處理系統(tǒng)進行了設計。本設計的高爐車間共有容積2162m3的大型高爐兩座，高爐車間按并列式布置。關鍵詞：高爐；煉鐵工藝計算；設計；煤氣處理AbstractBlastfurnaceironmakingwasthetraditionaliron-makingcraft,alsowasoneofthemostimportantlinkinferrousmetallurgy,itplayedadecisiveroleinnationaleconomicconstruction.Withthevigorousdevelopmentofthesteelindustryandmoreandmorestrictrequirementofenergyconservationandenvironmentalprotectionrequirement,theBFbecamemaximizationgradually.AlargescaleBFplantwhichhadannualoutputof3milliontonsofpigironwasdesignedinthisthesis,designcontentincludeedmaterialbalanceandthermalequilibriumcalculation,determinationofBFprofile,selectionofliningandcoolingequipmentforeachpartofBFanddesignoftaphole.Inaddition,thegasprocessingsytemwhichwasoneoftheBFsubsidiarysystemwasdesigned.Theironmakingplantofthisthesishastwo2162m3BF,theywerelayoutedsidebyside.Keywords:blastfurnace；Ironmakingprocesscalculation；design；gasprocessing目錄2011年4月17日1摘要IAbstractII目錄III第一章緒論1高爐煉鐵概述1高爐生產主要經濟技術指標2高爐爐型發(fā)展趨勢3高爐煉鐵設計應遵循的原則3第二章高爐配料計算5配料計算的目的5配料計算時需要確定的已知條件5冶煉條件的確定5根據鐵平衡求鐵礦石的需求量7根據CaO的平衡求石灰石用量8最終爐渣成分和數量計算9最終生鐵成分計算11物料平衡12根據C的平衡計算風量12風量的計算13爐頂煤氣成分及數量的計算14物料平衡表的編制16熱平衡17熱量收入的計算17熱量支出項的計算18熱平衡表21第三章高爐本體設計23高爐容積的確定23高爐爐型及尺寸確定23繪制高爐爐型圖26第四章高爐基礎和內襯27爐基的形狀及材質27高爐基礎的要求27高爐爐底和各段爐襯的選擇28爐腹和爐腰的爐襯設計28第五章冷卻設備選擇、風口及鐵口設計28高爐冷卻設備的作用及冷卻介質28爐底冷卻形式選擇29高爐各部位冷卻設備選擇29風口數目及直徑30鐵口30爐殼及鋼結構的確定30第六章煤氣除塵系統(tǒng)33概述33重力除塵器及文氏管除塵原理33重力除塵器33文氏管除塵原理34荒煤氣管道35荒煤氣通道的布置35荒煤氣管數尺寸計算35重力除塵器直徑及高度設計36第七章高爐車間設計37廠址的選擇37高爐煉鐵車間平面布置應遵循的原則37車間布置形式37參考文獻38致謝39第一章緒論高爐煉鐵概述1、高爐結構高爐是一種豎式的反應爐?，F代高爐內型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，由下而上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段。由于高爐煉鐵是在高溫下進行的，所以它的工作空間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐殼。圖1-1高爐的結構1-爐底耐火材料；2-爐殼；3-生產后爐內磚襯侵蝕線；4-爐喉鋼磚；5-煤氣導出管；6-爐體夸襯；7-帶凸臺鑲磚冷卻壁；8-鑲磚冷卻壁；9-爐底碳磚；10-爐底水冷管；11-光面冷卻壁；12-耐熱基墩；13-基座2、高爐煉鐵原理及工藝流程示意圖高爐生產是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300℃），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發(fā)電。高爐煉鐵工藝流程示意圖見圖1-2。圖1-2高爐煉鐵工藝流程示意圖高爐生產主要經濟技術指標1、高爐有效容積利用系數（η）指高爐每立方米有效容積一晝夜生產合格鐵水的噸數，單位為t/(m3?d)。修改后η是高爐冶煉的一個重要指標，η越大，其高爐生產率越高。小型高爐利用系數可達2.8～3.2，大型高爐一般為2.0~2.2。2、焦比（K）每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量,單位為kg/tFe。先進高爐焦比為380～400公斤/噸生鐵。焦炭價格昂貴，降低焦比可降低生鐵成本。修改后3、燃料比(i)高爐采用噴吹煤粉、重油或天然氣后，折合每煉一噸生鐵所消耗的燃料總量，單位為kg/tFe。每噸生鐵的噴煤量和噴油量分別稱為煤比和油比。此時燃料比等于焦比加煤比加油比。根據噴吹的煤和油置換比的不同，分別折合成焦炭(公斤)，再和焦比相加稱為綜合焦比。燃料比和綜合焦比是判別冶煉一噸生鐵總燃料消耗量的一個重要指標。修改后4、高爐煉鐵強度(I)每晝夜高爐燃燒的焦炭量與高爐容積的比值，是表示高爐強化程度的指標，單位為t/(m3?d)。修改后5、休風率休風時間占全年日歷時間的百分數。降低休風率是高爐增產的重要途徑一般高爐休風率低于2%。6、生鐵合格率化學成分符合規(guī)定要求的生鐵量占全部生鐵產量的百分數，是評價高爐優(yōu)質生產的主要指標。7、爐齡爐齡的定義為兩代高爐大修之間高爐實際運行的時間，即不計劃中進行中小修而造成的休風以及封爐時間。高爐爐型發(fā)展趨勢高爐的爐型隨著高爐精料性能，冶煉工藝，高爐容積，爐襯結構，冷卻形式的發(fā)展而演變，高爐設計的理念也隨著科學技術的進步和生產實踐的進展而更新?？偨Y國內外同類型容積高爐尺寸，原燃料條件，強化冶煉的矮胖型爐型已成為主要的爐型，其優(yōu)點如下：1、適當矮胖，減小爐腹角，爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后爐料下降，較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對爐腹生成渣皮的沖刷，保護爐腹冷卻壁，延長其壽命。2、加深死鐵層厚度，有利于開通死料柱下部通道，從而減少出鐵時鐵水環(huán)流對爐襯的侵蝕，提高爐底爐缸的壽命。同時較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量儲備，穩(wěn)定鐵水的溫度和成分。3、加大爐缸的高度。可保證風口前有足夠的風口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心的透氣性，有利于改善氣體動力學條件。高爐煉鐵設計應遵循的原則高爐煉鐵設計應保證新建高爐車間的工藝布置合理，技術經濟指標先進，設備有較高的機械化，自動化水平，有安全和盡可能舒適的勞動條件，有可靠而穩(wěn)定的環(huán)境保護措施。高爐煉鐵設計應遵循的基本原則有；1、合法性。設計原則和設計方案確定，應符合國家工業(yè)建設的方針和政策。2、客觀性。設計所選的指標和技術方案應以客觀的數據為依據，做出的設計經得起全面的客觀的評價，保證所采用的方案有堅實的基礎，并能成功的付諸實踐。3、先進性。設計應反映出最近的該領域的成就，并應考慮發(fā)展趨勢。4、經濟性。在廠址，產品，工藝流程等多方案的比較中，選擇最經濟的方案，使得單位的產品投資最少，成本最低，經濟效益最佳。5、綜合性。設計過程中，各部分的設計方案要相互聯(lián)系，局部方案應與總統(tǒng)方案一致，各專業(yè)的設計應服從工藝部分。6、發(fā)展遠景。要考慮車間將來發(fā)展的可能性，適當的保留車間發(fā)展所需的土地，交通線和服務設施。7、安全和環(huán)保。保證個領域和工作崗位都能安全生產，不受污染，力爭做到“場外看不到煙，場內聽不到聲”，排出的廢水，廢氣都應達到國家的環(huán)保法的要求。8、標準化。在設計中盡可能的采用各種標準設計，這樣可減小設計工作量和所點建設的周期。9、美學原則。車間和工作環(huán)境具有良好的布局和較好的勞動條件。在場內應具有排列美觀，色彩明快，安全宜人的環(huán)境，以減少疲乏和提高勞動生產率。第二章高爐配料計算冶煉1t生鐵，需要一定數量的礦石、熔劑和燃料(焦炭及噴吹燃料)。對于煉鐵設計的工藝計算，燃料的用量是預先確定的，是已知的量，配料計算的主要任務，就是求出在滿足爐渣堿度要求條件下，冶煉規(guī)定成分生鐵所需要的礦石、熔劑數量。對于生產高爐的工藝計算，各種原料的用量都是已知的，從整體上說不存在配料計算的問題，但有時需通過配料計算求解礦石的理論出鐵量、理論渣量等，有時因冶煉條件變化需要作變料計算。配料計算的目的配料計算的目的，在于根據已知的原料條件和冶煉要求來決定礦石和熔劑的用量，以配制合適的爐渣成分和獲得合格的生鐵。配料計算時需要確定的已知條件本設計所選混合礦的組成為燒結礦：球團礦：生礦=80：12：8。各礦物成分及混合礦成分見表2-1。表2-1各礦物及混合礦成分（%）成分原料TFePSFeOFe2O3SiO2CaOMgO燒結礦天然礦球團礦混合礦續(xù)表2-1成分原料Al2O3P2O5S/2K2ONa2OMnO燒損合計燒結礦.02250天然礦球團礦000混合礦冶煉條件的確定根據冶煉鐵種和原燃料條件，除確定礦石的配比之外，尚需預定爐渣堿度，焦比，噴吹物數量，爐塵，生鐵成分與各種元素在渣及鐵中的配比。設計中需要的各種成分如以下各表所示。成分MgOSiO2Al2O3BaOCaOFeOS/2MnO合計質量分數/%.90.93100表2-2爐渣成分表表2-3碎鐵成分表成分FeSiO2Al2O3燒損合計質量分數/%100表2-4焦炭工業(yè)分析表成分固定碳灰分揮發(fā)分S合計有離水質量分數/%100表2-5焦炭、煤粉灰分分析表成分MgOSiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3SO3FeO合計質量分數/%焦炭100煤粉100表2-6焦炭揮發(fā)成分成分CO2COH2CH2N2合計質量分數/%6418100表2-7煤粉成分表成分C灰分HONSH2O合計質量分數/%100表2-8爐塵成分表成分TFePSFe2O3FeOCaO合計質量分數/%100表2-9各種元素在爐渣、生鐵和煤氣中的分配率產品FeMnPS生鐵η爐渣μ煤氣λ0000表2-10生鐵成分表成分SiMnPCFeSΣ質量分數/%100其它各種參數的選擇。1、濕焦比（1t生鐵）為420kg/t2、煤粉噴吹量（1t生鐵）為180kg/t3、碎鐵使用量（1t生鐵）為40kg/t4、選擇爐渣堿度5、冶煉強度I=0.90t/(m3?d)6、熱風溫度t=1100℃,鼓風濕度7、爐頂煤氣溫度=2008、爐塵吹出量為(1t生鐵）為40kg/t9、直接還原度rd=/t10、焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4根據鐵平衡求鐵礦石的需求量1、焦炭帶入的鐵量Fe2O3~2Fe0.0088x故:x=FeO~Fe0.0946y故：y=所以，焦炭帶入的鐵量=2、礦石的需求量=式中—礦石的需求量（1t生鐵），kg\t；—進入生鐵的鐵量（1t生鐵），kg\t；—進入爐渣的鐵量（1t生鐵），kg\t；—進入爐塵的鐵量（1t生鐵），kg\t；—碎鐵帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；—焦炭帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；—煤粉帶入的鐵量（1t生鐵），kg\t；—礦石含鐵量（1t生鐵），kg\t；其中，的計算方法如下：Fe2O3~2Fe0.0298x故FeO~Fe0.0695y故：根據以上計算=所以==根據CaO的平衡求石灰石用量表2-11溶劑的成分表成分PSCaOMgOSiO2Al2O3P2O5燒損Σ質量分數/%0.0140.01252.781.321.621.320.0342.90100根據CaO的平衡求石灰石用量，本設計的堿度。石灰石的用量：式中—溶劑的需要量（1t生鐵），kg\t；—爐渣的堿度；—礦石所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—礦石所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；—焦炭所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—碎鐵所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—碎鐵所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；—煤粉所帶入的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—煤粉所帶入的CaO量（1t生鐵），kg\t；—還原硅所消耗的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—爐塵帶走的SiO2量（1t生鐵），kg\t；爐塵帶走的CaO量（1t生鐵），kg\t；—溶劑中的SiO2量（1t生鐵），kg\t；—溶劑中的CaO量（1t生鐵），kg\t。在計算時要考慮機械損失，一般原燃料的機械損失和生鐵原料實際消耗量分別列于表2-12和表2-13。表2-12原燃料的機械損失原燃料機械損失/%原燃料機械損失/%礦石2焦炭1溶劑1表2-13生鐵原料實際消耗量原燃料理論消耗量/kg機械損失/%水分/%實際消耗量/kg混合礦1626201659碎鐵400040石灰石32810焦炭1423．64總計最終爐渣成分和數量計算1、進入爐渣的全部S量式中—進入爐渣的硫量（1t生鐵），kg\t；—礦石帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—溶劑帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—焦炭帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—煤粉帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—重油帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—進入生鐵帶入的硫量（1t生鐵），kg\t；—爐塵帶走的硫量（1t生鐵），kg\t；—煤氣帶走的硫量（1t生鐵），kg\t；2、進入爐渣的FeO量3、進入爐渣的SiO2量4、進入爐渣的CaO量==5、進入爐渣的MgO量==6、進入爐渣的Al2O3量==7、進入爐渣的MnO量所以，爐渣成分與數量如表2-14。表2-14爐渣成分與數量化學成分SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOS合計CaO/SiO2CaO+MgO/SiO2質量/kg質量分數/%49．83100最終生鐵成分計算1、生鐵含P量的計算式中—生鐵含P量，%；—礦石帶入的磷量（1t生鐵），kg\t；—焦炭帶入的磷量（1t生鐵），kg\t；—溶劑帶入的磷量（1t生鐵），kg\t；—爐塵帶出的量（1t生鐵），kg\t。2、生鐵含S量的計算3、生鐵含Si量為%4、生鐵含Mn量的計算。（后補了%）5、生鐵含Fe量為%6、生鐵含C的計算。所以，生鐵的最終成分如表2-15。表2-15生鐵的最終成分成分SiMnPCFeSΣ質量分數/%100物料平衡高爐物料平衡計算包括風量計算、煤氣量計算以及編制物料平衡表。通過它可以進一步了解高爐反應過程的各種變化和檢查有關計算（配料計算、風量和煤氣量計算)的正確性，同時也可以檢查稱量工作及其他工作的情況。根據C的平衡計算風量1、風口前燃燒的總C量。爐料帶入的C量：式中—爐料帶入的C量（1t生鐵），kg\t；—焦炭帶入的C量（1t生鐵），kg\t；—煤粉帶入的C量（1t生鐵），kg\t；—重油帶入的C量（1t生鐵），kg\t；—爐塵帶走的C量（1t生鐵），kg\t。（1）生成甲烷的C量：（2）溶于生鐵中的C量：（3）碎鐵帶入的C量：（4）還原Mn消耗的C量：修改后（應為，鐵含錳為0.66%）（5）還原Si消耗的C量：（6）還原Fe消耗的C量：（7）還原P消耗的C量：修改后（應為）根據以上計算，得出直接還原消耗的C量為：修改后給出式子中字母代表的意思風口前燃燒的C量為：給出式子中字母代表的意思風量的計算鼓風中氧的濃度：式中—鼓風中氧的濃度；—鼓風中水分。風口前碳燃燒時需氧量：其中，煤粉供氧：則需要由鼓風供氧：所以，每噸生鐵需要風量：爐頂煤氣成分及數量的計算1、甲烷的計算（1）由燃料碳素生成的甲烷：（2）焦炭揮發(fā)分中的甲烷：則進入煤氣中的甲烷為：2、氫量的計算（1）由鼓風水分中分解出的氫：（2）焦炭揮發(fā)分級有機物中的的氫：（3）煤粉分解出的的氫：（4）在噴吹條件下，一般有30%的氫參加還原，故參加還原的量為：（5）生成甲烷的氫：則進入煤氣的氫：3、CO2的計算。（1）Fe2O3還原為FeO時，生成的CO2為：（式中“2”應為22.42/160）（2）FeO還原為Fe時，生成的CO2為：（最好帶入數據后再得的答案）（3）焦炭揮發(fā)分中的CO2為：（4）石灰石分解出的CO2為：（5）混合礦分解出的CO2為：則進入煤氣中的CO2為：4、CO的計算（1）風口前燃燒生成的CO為：（2）直接還原生成的CO為：MeO+C=Me+CO（Me為Fe、Si、Mn、P）（3）焦炭揮發(fā)分中的CO為：（4）間接還原消耗的CO為：進入煤氣的CO為：5、N2的計算。（1）鼓風帶入的N2：（2）焦炭帶入的N2：（3）煤粉帶入的N2：則進入煤氣帶入的N2為：根據以上計算列出的煤氣成分見表2-16。表2-16煤氣成分及數量化學成分體積/m3體積分數/%化學成分體積/m3體積分數/%CO220H2COCH4N2總計100物料平衡表的編制1、鼓風質量的計算1m3則全部鼓風質量為：2、煤氣質量的計算1m3則全部煤氣質量為：3、水分的計算（1）氫參加還原生成的水為：（2）煤粉含水量=（3）焦炭含水量=根據以上計算，得到噸鐵物料平衡表2-17。表2-17物料平衡表收入項目數量/kg支出項目數量/kg原、燃料生鐵鼓風爐渣煤粉180煤氣爐塵40水分需重新算總計總計絕對誤差需要重新計算相對誤差需重新計算一般相對誤差應小于3%，否則應該檢查計算是否有錯誤。熱平衡進行高爐熱平衡的計算，可以深入了解在高爐冶煉過程中熱量利用率的情況，從而找到高爐進一步降低焦比的途徑。根據能量守恒定律，在高爐冶煉過程中吸收的熱量應等于支出的熱量。熱平衡和物料平衡這兩個概念構成了高爐計算的全部基礎。綜合前面的配料計算和物料平衡，以下進行熱平衡計算。熱量收入的計算熱量收入的各項計算如下：1、碳氧化放熱（1）由C氧化成1m3放出的熱量為：其中，7980為C氧化為CO2放熱，KJ/kg。（2）由C氧化成1m3CO放出的熱量為：補充2340代表意義則碳氧化放出的總熱量為：2、鼓風帶入的熱量1100℃干空氣的熱容量為，水蒸氣比焓是。3、氫氧化放熱。1m3氫氧化成水蒸氣放出熱量為2581kcal4、成渣熱爐料的碳酸鹽或磷酸鹽中存在的1kg的CaO及MgO在高爐內生成鈣鎂酸鹽所放出的熱量為270kcal。混合礦中呈Ca3(PO4)2存在的CaO為：CaCO3存在的CaO為：溶劑中的（CaO+MgO)為：則成渣熱為：補充270意義5、混合礦帶入熱本設計只需計算燒結帶入的物理熱，其他料(如煤粉）等帶入的物理熱均忽略不計。燒結礦帶入熱量=式中—每噸生鐵燒結礦用量，kg；—燒結礦入爐溫度下比熱容，，本設計??；—燒結礦入爐溫度，℃，本設計取=20℃6、甲烷生成熱焦炭與噴吹燃料中總碳量的1%和H2生成CH4。CH4的生成熱=補充1124意義則冶煉1t生鐵的總熱量收入為：熱量支出項的計算熱量支出項的各項計算如下：1、氧化物的分解熱計算時首先應該弄清各種氧化物在不同原料中的存在形態(tài)。一般原料分析中沒有指出各種形態(tài)氧化物的含量，計算時依據礦物常識做出假定。鐵礦石中沒有自由的FeO，在溶劑性燒結礦中的FeO約有20%呈2FeO·SiO2，其余以Fe2O3形態(tài)存在，焦炭中的全部以2FeO·SiO2的形態(tài)存在。（1）鐵氧化物的分解熱計算（應為1626×0.12553×80%）補充Fe3O4量的計算①分解1KgFeO（2FeO·SiO2）需要熱量，故：FeO的分解熱②分解1KgFe3O4需要熱量，故：Fe3O4的分解熱③分解1KgFe2O3需要熱量，故：Fe2O3的分解熱所以：氧化物的總分解熱=（2）Mn氧化物的分解熱計算由MnO分解出1KgMn需要熱量。故：錳氧化物的分解熱錳的量并不為1.23%，請修改（3）SiO2的分解熱計算由SiO2分解出1kgSi需要7423kcal熱量，故：SiO2的分解熱2、磷酸鈣的分解熱計算由Ca3(PO4)2分解出1kg磷需要8540kcal熱量，故：Ca3(PO4)2的分解熱磷的量并非為，請改正3、脫S需要熱量的計算使用不同脫S劑時，脫S消耗的熱量見表2-18。表2-18脫S消耗的熱量脫S劑1kmol硫消耗熱量/kcal1kg硫消耗熱量/kcalCaO413401290MnO479101495FeO420701315MgO614101920以CaO、MnO、FeO作為脫S劑時，它們脫除1kgS所消耗的熱量很相近，只有MgO脫S消耗的熱量較大。一般當渣中的MgO較少時，計算生成硫化物的熱效應時應該采用平均值，所以1kgS消耗的平均熱量為：所以：脫S消耗的熱量：故：氧化物的分解和脫S消耗的總熱量4、碳酸鹽的分解熱由CaCO3分解出1kgCO2需966kcal，由MgCO3分解出1kgCO2需594kcal，由MnCO3分解出1kgCO2需522kcal。混合礦以MnCO3存在的CO2量混合礦以CaCO3存在的CO2量溶劑中以CaCO3存在的CO2量溶劑中以MgCO3存在的CO2量所以：碳酸鹽分解熱5、水分分解熱只考慮鼓風中水蒸氣分解熱故：風中水蒸氣分解熱補充2581意義6、噴吹物分解熱式中—1Kg噴吹物的分解熱，KJ/Kg；—1Kg噴吹物的低發(fā)熱值，kcal/Kg；，，—噴吹物中該成分的質量分數，%。煤粉的分解熱約為300kcal/KJ，所以：7、爐料游離水的蒸發(fā)熱1Kg水由0℃升至100℃吸熱100kcal，再變?yōu)?00℃水蒸氣吸熱540kcal，所以：游離水的蒸發(fā)熱8、鐵水帶走的熱取鐵水的焓量為270kcal/Kg，則鐵水帶走熱9、爐渣帶走的熱取爐渣的焓量為410kcal/Kg，則爐渣帶走熱10、煤氣帶走的熱取爐頂煤氣溫度T頂=200℃。200℃時煤氣各成分的熱熔見表2-19。表2-19200℃時煤氣各成分的熱熔N2COCO2H2CH4H2O（1）干煤氣帶走的熱量干煤氣的熱熔為：所以干煤氣帶走的熱量為：（2）水蒸氣帶走的熱量為：（3）爐塵的比熱容為，則爐塵帶走的熱量為：故煤氣走的總熱量為：11、外部熱損失熱平衡表根據以上計算，列出噸鐵熱平衡表2-20。表2-20噸鐵熱平衡表收入支出項目熱量/KJ百分數項目熱量/KJ百分數碳的氧化氧化物分解熱鼓風碳酸鹽分解熱氫氧化水成渣熱噴煤226800爐料帶入熱游離水鐵水1134000爐渣煤氣熱損共計100共計100能量利用的評定：根據總熱平衡的數據，可以計算出高爐內有效熱量利用系數及碳的利用系數。1、有效熱利用系數式中—單位生鐵的全部熱量消耗，KJ/t；—單位生鐵的有效熱量消耗，KJ/t；顯然，的高低標志著高爐熱量利用的好壞。一般情況下，此值為75%—85%。2、碳的利用系數KcKc式中—冶煉1t生鐵在高爐生成的CO和CO2碳放出的總熱量，kcal；—冶煉1t生鐵在氧化生成CO和CO2的總C量，Kg。KcKc是表述高爐能量利用好壞的又一指標。Kc值一般在50%～60%之間，個別可高達65%。第三章高爐本體設計高爐容積的確定1、年工作日的計算假定高爐一代爐齡為8年，大修時間為56天，一代中有一次中修，時間為30天，每年一次計劃檢修，時間是48h，則高爐年工作日為：2、高爐車間日產鐵量3、高爐車間高爐座數高爐車間建設高爐的座數，既要考慮盡量增大高爐容積，又要考慮企業(yè)煤氣平衡和生鐵量的均衡，保證在一座高爐停產時，鐵水和煤氣的供應不致間斷。一般新建車間由兩2~3座高爐組成為宜。本設計確定高爐為2座。4、高爐容積計算高爐座數為2座，利用系數=2.0t/(m3?d)每座高爐日產量P(t)=P總每座高爐容積取2161高爐爐型及尺寸確定1、爐缸直徑d：其中，冶煉強度I=×k=2.0×0.42=0.84(m3?d)；燃燒強度取0.93t/(m3?h)則（式中1.05應換成0.93）取d=10m不同爐容高爐的Vu/A（爐容/爐缸截面積比）比值是不同的，一般大型高爐為22~28，中型高爐為15~22，小型高爐為11~15。對本設計符合大型高爐數值，所以爐缸直徑取值合理。（在式中補上直徑10的平方號）2、爐缸高度h1：鐵口中心線至風口中心線的高度（1）渣口高度hz：渣口中心線至鐵口中心線的高度取hz=給出式中字母代表的含義（2）風口高度：風口中心線至鐵口中心線的高度取=補充K含義（3）風口數目n：補充大小高爐選風口數目方法n=2（d+2）=2（10+2）=24取n=24個補充d的含義，單位（4）風口結構尺寸a選取補充a的意義，選取依據則爐缸高度h1h1=+a=3.0+0.5=3、死鐵層厚度h0：選取h0=1.5m4、爐腰直徑D、爐腹角、爐腹高度h2：選取則10=11.3取選取=80°30則h2=（D-d）tanα/2=3.8取h2校核tanα=2h2/D-d=5.85=80:15”5、爐喉直徑d1、爐喉高度h5：選取d1則d111.3=7.68取d1選取h56、爐身角β、爐身高度h4、爐腰高度h3：選取β=則h4=(D-d1)tanβ/2=17.13取h4校核tanβ=2h4/D-d1=9.5取β=選取Hu則Hu11.2=28.815取Hu求得h3=Hu-（h1+h2+h4+h5）7、校核爐容：（1）爐缸體積：V1=d2h1=274.75m3（2）爐腹體積：V2=h2（D2+Dd+d2）=338.76m3（3）爐腰體積：V3=D2h3=240.57m3（4）爐身體積：V4=h4（D2+Dd1+d12）=1226m3（5）爐喉體積：V5=d12h5=93.09m3高爐容積Vu=V1+V2+V3+V4+V5=2173.17m3誤差=%<1%爐型設計合理，符合要求。計算得高爐內型參數列于表3-1中。表3-1高爐內型參數序號項目數值1有效容積Vu/m321622爐缸直徑d/mm100003爐腰直徑D/mm113004爐喉直徑d1/mm77005死鐵層深度h0/mm15006爐缸高度h1/mm35007爐腹高度h2/mm38008爐腰高度h3/mm24009爐身高度h4/mm1710010爐喉高度h5/mm200011有效高度Hu/mm240012爐腹角α13爐身角β14Hu/D15鐵口數/個2（夾角90°）16風口數/個24繪制高爐爐型圖圖3-1高爐爐型圖第四章高爐基礎和內襯爐基的形狀及材質高爐基礎是高爐下部的承重結構，它的作用是將高爐全部載荷均勻地傳遞到地基。高爐基礎由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。高爐基礎的要求對高爐基礎（見圖4-1）的要求是：1、高爐基礎應把高爐的全部載荷均勻的傳遞給地基，不發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。2、有一定的耐熱能力。采用水冷爐底及耐熱基礅，以保證高爐基礎很好工作?；鈹嗝鏋閳A形，高度一般為～m；基座直徑與載荷和地基土質有如下關系，A=P/KSm式中：A—基座底表面積，m2；P—包括基礎質量在內的總荷載，t；K—小于1的安全系數，取值視土質而定；Sm—地基土質允許的承壓能力，t/m2。一般建在大于/cm2的土質上。圖4-1高爐基礎1－冷卻壁；2－爐底磚；3－水冷管；4－耐火磚；5－耐熱混凝土；6－鋼筋混凝土基座一般混凝土只能在150以下工作，250便有開裂，400時失去強度，鋼筋混凝土700時失去強度。過去由于沒有耐熱混凝土基墩和風冷爐底設施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎破壞，甚至爆炸。采用風冷和水冷爐底及耐火基墩后，可以保證高爐基礎很好工作。高爐基礎的結構主要取決于地質條件和高爐的容積。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載荷和地基土質有關，基座用普通鋼筋混凝土制成，其形狀一般為正多邊形。本設計選用正八邊形，其對角線長為40，采用風冷和水冷爐底及耐火基墩后，基座表面為帶坡度的水泥沙漿層，以便于排出積水。高爐爐底和各段爐襯的選擇爐缸、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鍵。它們的破壞機理是：1、液態(tài)鐵、重金屬及堿金屬滲入砌體縫隙后凝固，體積膨脹，進而擴大裂縫使磚襯脫落浮起。2、受1400～1600℃（風口前端達1800℃3、受到爐料，渣鐵的物理化學侵蝕及凈壓力作用和鼓風，崩料及坐料的沖擊。4、渣、鐵、煤氣流的機械作用，特別是在開爐初期對爐底的機械作用尤為嚴重。5、鼓風中的氧氣、水分和煤氣中的二氧化碳等氧化性氣氛對碳磚的氧化作用，還原劑對襯磚中的三氧化二鐵和二氧化硅的還原作用，侵蝕爐襯。本設計采用熱壓小碳磚—陶瓷杯技術。圖4-2爐底、爐缸結構爐腹和爐腰的爐襯設計受到高氧化亞鐵初渣侵蝕，爐腰的爐襯要承受煤氣流和爐料的磨損，堿金屬和鋅蒸汽滲透的破壞作用，爐腰以下還要受到由于溫度波動所產生的熱震破壞作用。高爐冶煉過程中部分煤氣流沿爐腹斜面上升，在爐腹與爐腰交界出轉彎，對爐腰下部沖刷嚴重，使這部分爐襯侵蝕較快，使爐腹段上升，徑向尺寸也有所增大，使得設計爐型向操作爐型轉化。厚墻爐腰有利于這種轉化，薄墻爐腰不利于這種轉化，而有利于固定爐型的作用。第五章冷卻設備選擇、風口及鐵口設計高爐冷卻設備的作用及冷卻介質高爐爐襯侵蝕機理是復雜的和多因素的，高溫軟融是主要因素之一。而且諸多破損因素都與溫度有關，所以爐襯的溫度狀態(tài)是爐襯破損的主要原因。因此對爐襯冷卻是非常重要的。冷卻設備的作用是：1、保護爐殼。2、對耐火材料的冷卻和支承。3、維持合理的操作爐型。4、促成爐襯內表面形成渣皮代替爐襯工作，延長爐襯壽命。冷卻介質有水、空氣、汽水混合物三種。本設計中采用軟水作為冷卻介質。爐底冷卻形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心部位的熱量散發(fā)出去，如不進行冷卻則向下侵蝕嚴重。爐底冷卻可以采用風冷，也可以采用水冷。而水冷時，目前有兩種給水方式：一種是在爐缸排水溫度較低的情況下，利用爐缸的部分排水來供爐底冷卻使用，這種方式對于檢查爐底水冷管進出口溫度會帶來一定的困難。另一種是由爐體給水冷管供水，顯然要增加耗水量，爐底耗水量為爐體總耗量的5%左右。本設計采用第二種方式。高爐各部位冷卻設備選擇1、爐底、爐缸：均采用光面冷卻壁冷卻。冷卻壁設置于爐殼爐襯之間。其優(yōu)點是：不損壞爐殼強度，密封性好，冷卻均勻，爐襯表面光滑平整。風口區(qū)光面冷卻壁的塊數為風口數目的兩倍，即48塊；渣口周圍上下段各兩塊，由四塊冷卻壁組成。光面冷卻壁厚80～120，本設計取120；寬700～1500，本設計取950mm；高度視爐殼折點而定，一般小于3000。光面冷卻壁與爐殼間留20mm縫隙，用稀泥漿填滿，光面冷卻壁與磚襯間留100～150縫隙，本設計取120mm，填以炭素料。2、爐腹、爐腰：采用鑲磚冷卻壁（銅冷卻壁），其厚度為300mm，且爐腰部位用帶凸臺的鑲磚冷卻壁。其凸臺部位可支承爐磚，延長爐襯壽命，安裝時緊靠砌磚。與爐殼間距130mm，中間填以水渣—石棉材料，同段冷卻壁之間垂直縫為20mm，水平縫30mm，上下兩段豎直縫應相互錯開銅冷卻壁的特點有：1）銅冷卻壁具有熱導率高，熱損失低的特點。目前，國內外銅冷卻壁大多以軋制純銅為材質，經鉆孔加工而成的。這樣制作出來的銅冷卻壁的冷卻通道與壁體是一個有機的整體，消除了鑄鐵冷卻壁因水管與壁體之間存在氣隙而形成隔熱屏障的弊端，再加上銅本身具有的高導熱性，這樣就使得銅冷卻壁在實際使用過程中能保持非常低的工作溫度。3）利于渣皮的形成與重建。較低的冷卻壁熱面溫度是冷卻壁表面渣皮形成和脫落后快速重建的必要條件。由于銅冷卻壁具有良好的導熱性，因而能形成一個相對較冷的表面，從而為渣皮的形成和重建創(chuàng)造條件。由于渣皮的導熱性極低，渣皮形成后，就形成了由爐內向銅冷卻壁傳熱的一道隔熱屏障，從而減少了爐內熱損失。研究表明，在渣皮脫落后，銅冷卻壁能在15min內完成渣皮的重建，而雙排水管球墨鑄鐵冷卻壁則至少需要4h。4、爐身：為提高高爐爐身壽命，原蘇聯(lián)開發(fā)了一種新型爐身結構并廣泛應用于高爐生產。新型爐身取消了磚襯和冷卻壁，將冷卻水管直接焊接在爐殼上，并澆鑄耐熱混凝土，是由爐殼—厚壁鋼管—耐熱混凝土構成的大型冷卻模塊組成。冷卻模塊將爐身部位的爐殼沿徑向分成數塊，塊數取決于爐前的起重能力這種冷卻設備主要技術優(yōu)點如下：1）根據烏克蘭高爐的經驗與傳統(tǒng)的“爐殼—鑄鐵冷卻壁—爐襯”相比，爐身壽命可提高近l倍。眾所周知，高爐是靠冷卻工作的，新型冷卻模塊結構在工作系統(tǒng)上突破現行模式，以性能優(yōu)良的鋼管代替鑄鐵，以渣皮代替耐火磚襯，組成爐身在高溫條件下以可靠的冷卻系統(tǒng)形成“自身保護自身”的“不蝕型內襯”，克服現行模式存在的缺點，延長高爐壽命。2）明顯降低爐身造價。新型冷卻模塊結構以鋼管代替鑄鐵冷卻壁使冷卻設備重量大大降低。3）縮短大修時間。大型模塊的制造可在停爐前預先進行，停爐后只進行吊裝、焊接、澆注對接縫等，相當于在高爐上整體組裝爐身，大大縮短大修工期。4）高爐大修初始即形成操作爐型，有利高爐順行，同時由于爐襯減薄，也擴大了爐容，在供排水方面無特殊要求，利用原有系統(tǒng)即可正常進行。風口數目及直徑圖5-1風口裝置結構示意圖1－風口中套冷水管；2－風口大套密封罩；3－爐殼；4－抽氣孔；5－風口大套；6－灌泥漿孔；7－風口小套冷水管；8－風口小套；9－風口小套壓緊裝置；10－灌泥漿孔；11－風口法蘭；12－風口中套壓緊裝置；13－風口中套經過高爐爐型設計計算，本設計取風口數目為24個。風口由風口大套、風口中套和風口小套組成（見圖5-1），是送風管路最前端的一個部件。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。風口直徑按生產實踐經驗而定，同相似爐容的高爐相比較，本設計風口直徑取180。鐵口鐵口裝置主要指鐵口套。鐵口套的作用是保護鐵口處的爐殼。鐵口套一般用鑄鋼制成，并與爐殼鉚接后焊接?？紤]不使應力集中，鐵口套的形狀，一般做成橢圓形，或四角大圓弧半徑的方形。本設計采用后者。爐殼及鋼結構的確定爐體鋼結構主要包括爐體支柱、爐頂框架、爐殼及平臺結構等。1、爐體支柱：爐體支柱是支撐爐體及爐頂設備重要的鋼結構件。根據爐體內襯結構及爐頂設備的載荷傳遞到爐基的方式爐體支柱結構有四種：爐缸支柱式，爐缸、爐身支柱式，爐體框架式，自立式。本設計采用大框架結構，見圖5-2。這種結構特點是爐頂框架上的全部載荷由四根大支柱組成的大框架直接傳遞到爐基，爐頂法蘭盤上的載荷由爐殼傳遞到爐基，取消了爐腰托圈，爐缸支柱及爐身支柱。此外，爐體框架式還具有風口平臺寬敞，爐前操作方便，有利于大修時高爐容積的擴大的優(yōu)點。2、爐頂框架：爐身支柱或大框架支柱上的部頂端一般都用橫跨鋼梁將支柱連接成整體，并在橫跨鋼梁上面滿鋪花紋鋼板或普通鋼板作為爐頂平臺。爐頂平臺是爐頂最寬敞的工作平臺。爐頂框架是設置在爐頂平臺上面的鋼結構支撐架。它主要支撐受料漏斗、大小料鐘平衡桿機構及安裝大梁等。爐頂框架結構形式在A字型和門型兩種，本設計選用門型結構。門型結構鋼架一般為24-40厚鋼板焊成或槽鋼制成。圖5-2高爐本體鋼結構3、平臺結構：高爐爐體凡是在設置有人孔、探測孔、冷卻設施及機械設備的部位，均應設置工作平臺，以便于檢修和操作。各層工作平臺之間用走梯連接。4、爐殼：爐殼由鋼板制成，各部位爐殼厚度的計算公式如下：式中：，其值見表5-1。表5-1爐體各部位系數部位值值本設計δ值，爐頂封板與爐喉50°<≤55°>55°7600爐身上部區(qū)域11200爐身下部區(qū)域11200爐腰及其以下部位11200爐缸及爐底1000030爐殼形狀要與高爐內型，爐襯厚度，冷卻設備結構形式相適應。爐缸下部爐殼轉折點在風口大套，法蘭盤邊緣以上不小于100mm處。爐身下弦?guī)Ц叨纫话悴怀^爐身高度的1/4～。爐殼一般由碳素鋼板或低合金鋼板焊成，厚度大于10mm的鋼板要鏟坡，豎縫采用“V”或“X”坡口焊接，橫縫采用“V”或“K”坡口焊接。第六章煤氣除塵系統(tǒng)概述要完成高爐生產，除高爐本體外，還必須有其他的附屬設備。1、供料系統(tǒng)，包括貯礦槽、過篩、輸送、稱量及上料機等一系列設備。2、送風系統(tǒng)，包括鼓風機、加濕和脫濕裝置、熱風爐及一系列管道閥門等設備，主要是連續(xù)不斷地供給送風。3、除塵系統(tǒng)，包括粗除塵、半精除塵、精細除塵等設備。其主要任務是保證回收高爐煤氣，使其含塵量降到15毫克每立方米，以資利用。4、渣、鐵處理系統(tǒng)，包括爐前出鐵場設備、渣鐵運輸設備、鑄鐵機生鐵爐外處理設備、水渣場機器設備等。主要任務是及時處理渣鐵，保證高爐正常運行生產。5、燃料噴吹系統(tǒng)，包括燃料的制備、貯存、空壓機、高壓泵和一系列管道閥門輸送等。其任務是噴入燃料，降低焦炭消耗?？梢?，高爐是一個龐大復雜的設備組合，是一個有上述系統(tǒng)組成的聯(lián)動機。本設計在對高爐本體進行設計之余，對附屬系統(tǒng)之一的煤氣除塵系統(tǒng)進行了設計。高爐煤氣可作為熱風爐，煉焦和多種冶金爐的燃料，但由于煤氣中含有大量的灰塵，所以必須經過除塵才能使用。高爐煤氣傳統(tǒng)的除塵流程見圖6-1。圖6-1煤氣除塵流程1—高爐；2—重力除塵器；3—洗滌塔；4—文氏管；5—調壓閥組；6—脫水器本設計采用的除塵系統(tǒng)由重力除塵器和雙文氏管組成，并配有余壓發(fā)電裝置，消音器，這種除塵方法文氏管阻力損失較大，耗水量較低，第二文氏管之后的重力灰泥捕集器設有塑料環(huán)脫水器，煤氣中水分含量可降至7g/m3以下，發(fā)電機組入口煤氣溫度為50～55℃，環(huán)縫洗滌器具有消音效果，不必設消音設備，故系統(tǒng)投資較低，占地面積小。重力除塵器及文氏管除塵原理重力除塵器重力除塵器屬粗除塵設備，其除塵原理是利用煤氣速度的突然降低和改變氣流方向，使爐塵動能降低，大粒度的灰塵在重力和慣性力的作用下與煤氣流分離而沉淀，從而達到除塵的目的。煤氣在除塵器的流速必須小于灰塵的沉降速度，而灰塵的沉降速度與灰塵的粒度有關，荒煤氣中灰塵的粒度與原料狀況及爐頂壓力有關。重力除塵器結構如圖6-2所示。圖6-2重力除塵器1－煤氣下降管；2－除塵器；3－清灰口；4－中心導入管；5－塔前管通常，重力除塵器可以出去粒度大于30微米的顆?；覊m，除塵效率可達80%，出口煤氣含塵可降至2～10g/m3，阻力損失較小，一般為50～200Pa。文氏管除塵原理文氏管由收縮管，喉管和擴散管三部分組成，煤氣通過文氏管的厚口時，速度很大，呈紊流狀態(tài)，它與高壓噴嘴噴出的水霧在通過喉口時接觸，使氣流中更細的粉塵顆粒得以濕潤與煤氣分離，粉塵互相粘結而塵降，達到除塵清洗的目的，文氏管的除塵效率與喉口處煤氣流速和耗水量有關。文氏除塵管屬半精細除塵設備。溢流文氏管的結構見圖6-3。圖6-3溢流文氏管結構圖1－煤氣入口；2－溢流水箱；3－溢流口；4－收縮管；5－喉口；6－擴張管由于高爐冶煉條件時有變化，常使煤氣量發(fā)生波動，設計中采用多根不同直徑文氏管并聯(lián)調節(jié)作用，亦可采用調徑文氏管，本設計采用可調節(jié)橢圓式文氏管，通過調節(jié)喉口斷面積來適應煤氣流量和壓力的波動，保證喉口流速穩(wěn)定。這種文氏管設備小，處理煤氣量大?；拿簹夤?/p>