【正文】 C時(shí)熱焓為 345KJ/m3） Qhd5=（ 345+250） 130= KJ （ 6）高溫區(qū)熱損失 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 Qhd6=Qhs－ Qhd1－ Qhd2－ Qhd3－ Qhd4－ Qhd5 =－ － － － = KJ 高溫區(qū)熱損失占熱比例 100%=% 表 高溫區(qū)熱平衡表 熱 收 入 熱 支 出 項(xiàng) 目 kJ % 項(xiàng) 目 kJ % 碳素燃燒熱 直接還原耗熱 鼓風(fēng)有效熱 鐵水帶走熱量 爐渣帶走熱量 煤粉升溫分解熱 高溫區(qū)熱損失 總 計(jì) 總 計(jì) 煉鐵焦比的計(jì)算 由以上設(shè)計(jì)過(guò)程獲得已知量 熱風(fēng)溫度 1200℃ ，鼓風(fēng)濕度 ψ=； 噴煤量 130Kg（煤粉含 C=%， H2=%， H2O=%）； 硅石用量 Kg（硅石含 CO2=%， CaO=%）； 渣量 Kg，爐渣堿度 ，進(jìn)渣硫量 Kg； 直接還原度 rd=，高溫氫利用率取 ； 焦炭含碳量 %，高爐利用系數(shù) ηv= t/（ m3d） CdFe= Kg， Cda= Kg 碳為 Cd=CdFe+Cda=＋ = Kg Cc= Kg Cj=MCM=130= Kg 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 鼓風(fēng)含氧量 O2b= 每 1m3 鼓風(fēng)的碳素燃燒熱 qh=╳ 2340= KJ/m3 每 1m3 鼓風(fēng)的物理熱 qw=(－ － 2580)= KJ/m3 （鼓風(fēng) 1200℃ 時(shí)的焓為 KJ/m3，界 限溫度 950℃ 的熱焓 KJ/m3，這里未考慮噴吹煤粉用壓縮空氣的影響。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 表 物料平衡表 物 料 收 入 物 料 支 出 項(xiàng) 目 數(shù)量 Kg % 項(xiàng) 目 數(shù)量 Kg % 礦 石 生 鐵 1000 焦 炭 爐 渣 煤 粉 130 煤 氣 硅石 煤氣中水 鼓 風(fēng) 爐 塵 總 計(jì) 總 計(jì) 物料平衡誤差： 絕對(duì)誤差＝ － ＝ Kg 相對(duì)誤 差＝ ＝ %＜ % 在允許誤差范圍內(nèi)，物料平衡計(jì)算正確 高爐熱平衡計(jì)算 全爐熱平衡 （ 1）風(fēng)口前碳素燃燒放 熱：由物料平衡計(jì)算得到風(fēng)口前燃燒碳量 Cb= Kg， 則 Qs1=2340= KJ （ 2）鼓風(fēng)帶入的熱量 已知 Vb= m3，查表可知 1200℃ 時(shí)，干空氣熱焓 KJ/ m3，水蒸氣熱焓 KJ/ m3。 OCP 法是較成熟的爐渣處理工藝，過(guò)濾水中固體懸浮物少，對(duì)設(shè)備和管道的磨損少，我國(guó)大中型高爐采用較多；但該工藝也存在投資大、占地面積大、用水用電量高等不足。 （ 2） INBA 法（英巴法） INBA 法是由盧森堡 PW 公司開(kāi)發(fā)的一種爐渣處理工藝。鐵水罐車(chē)是鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，目前鐵水罐車(chē)主要有兩種：一種是敞口式鐵水車(chē)，一種是魚(yú)雷形混鐵車(chē)（魚(yú)雷罐車(chē)）。環(huán)形出鐵場(chǎng)受到吊車(chē)內(nèi)環(huán)梁的限制，鐵口上方無(wú)法放置較大的除塵罩； ② 與環(huán)形出鐵場(chǎng)相比，矩形出鐵場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)量較小，投資較低； ③ 矩形出鐵場(chǎng)爐體平臺(tái)檢修維 護(hù)環(huán)境較好。 渣鐵處理 系統(tǒng) （ 1）風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場(chǎng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 風(fēng)口平臺(tái)是爐前操作人員活動(dòng)的平臺(tái)，通過(guò)風(fēng)口觀察爐況，更換風(fēng)口，放渣，維護(hù)鐵口及渣鐵溝和冷卻設(shè)備，操縱一些閥門(mén)等。冷卻水箱是埋于爐襯內(nèi)的冷卻設(shè)備，用于厚壁爐襯，有扁水箱和支梁式水箱兩種。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。鑲磚冷卻壁用于爐腹、爐腰和爐身下部，鑲磚的目的在于易結(jié)渣皮，代替爐襯工作。伸縮管可吸收熱膨脹位移，結(jié)構(gòu)密封性好。 （ 1）噴水冷卻裝置。 （ 2）對(duì)耐火材料的冷卻和支承。因此，近代高爐在此部位均采用炭磚加陶瓷杯的混合結(jié)構(gòu)。 （ 3）不 定形耐火材料。高爐每個(gè)部位的使用條件不同，要求區(qū)別對(duì)待爐襯每個(gè)區(qū)段用相應(yīng)耐火材料的選擇。因?yàn)闋t氣在爐內(nèi)傳質(zhì)傳熱取決于兩個(gè)方面：一是煤氣在爐內(nèi)停留的時(shí)間。級(jí)高爐 h2 取值一般為 ~。死鐵層加深后，爐缸中死焦柱浮在鐵水中而不至于直接壓在爐底上，減少鐵水沖擊。近些年來(lái)大型鋼鐵企業(yè)多采用4000m3 以上的大型高爐 ［ 2］ 。因此，爐缸和爐喉直徑小，爐身下部爐腹直徑大，高度小等等，是各國(guó)高爐原始爐型的共同點(diǎn)。高爐冷卻方式采用軟水密閉循環(huán)進(jìn)行冷卻。風(fēng)口平臺(tái)出鐵場(chǎng)設(shè)計(jì)為矩形雙出鐵場(chǎng)，雙 鐵口平衡布置，渣鐵溝布置合理，鐵水?dāng)[動(dòng)流嘴，出鐵場(chǎng)平坦化，爐前設(shè)備選型機(jī)械化程度高，選用除塵設(shè)施改善出鐵場(chǎng)操作環(huán)境。 圖 原始高爐爐型 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 到 18 世紀(jì)末，煤和蒸汽機(jī)已使得英國(guó)的煉鐵業(yè)徹底改革，鐵的年產(chǎn)量從公元 1720 年的 萬(wàn)噸（大多是木炭鐵）增加到 1806 年的 25 萬(wàn)噸（幾乎全是焦炭 鐵）。 圖 近代高爐爐型 五段式高爐爐型 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 圖 五段式高爐 高爐有效容積 Vu 和有效高度 Hu 高爐大鐘下降位置的下緣到鐵口中心線之間的距離稱(chēng)為高爐有效高度（ Hu），對(duì)于無(wú)鐘爐頂為流槽最低位置的下緣到鐵口中心線之間的距離；在有效高度范圍內(nèi)，爐型所包括的空間稱(chēng)為高爐有效容積（ Vu）。同時(shí)，爐缸有足夠的熱量，生鐵成分穩(wěn)定。 h3：對(duì)冶煉影響不顯著設(shè)計(jì)一般取 1~3m，爐容大向上取值，設(shè)計(jì)中可調(diào)整h3 確定爐容。它取決于高爐下部容積與高爐有效容積之比；二是取決于煤氣在爐內(nèi)分布。 高爐用耐火材料有陶瓷質(zhì)材料和碳質(zhì)材料兩大類(lèi)。不定形耐火材料主要有搗打料、噴涂料、澆注料、泥漿和填料等。爐底下部全部使用炭磚，上部靠周邊冷卻壁砌 筑環(huán)形炭磚，爐缸部位也采用炭磚砌筑，在爐底中央和炭磚內(nèi)側(cè)砌筑陶瓷質(zhì)材料的陶瓷標(biāo)。在高爐耐火材料表面的工作溫度高達(dá)1500℃ 左右，如果沒(méi)有冷卻設(shè)備，在很短的時(shí)間內(nèi)耐火材料就會(huì)侵 蝕或磨損。在爐身和爐腹部位設(shè)有環(huán)形冷卻水管，水管 直徑；φ50~φ150mm,約距爐殼 100mm，水管上朝爐殼斜上方鉆有 φ5~φ8 小孔若干，小空間距 100mm。 A2 管內(nèi)襯由耐火材料澆注成文氏管結(jié)構(gòu)，用來(lái)測(cè)定送風(fēng)量。冷卻壁用方頭螺栓固定在爐殼上，每塊 4個(gè)螺栓。由于銅冷卻壁具有良好的導(dǎo)熱性，因而能形成一個(gè)相對(duì)較冷的表面，從而為渣皮的形成和重建創(chuàng)造有利條件。 （ 5）風(fēng)冷、水冷爐底。風(fēng)口平臺(tái)一般比風(fēng)口中心線低1150~1250mm，應(yīng)該平坦且留有排水坡度，其操作面積隨爐容大小而異 [16]。而環(huán)形出鐵場(chǎng)由于環(huán)形吊車(chē)內(nèi)環(huán)梁及環(huán)形廠房的影響，爐體各層平臺(tái)面積受到限制，對(duì)爐體平臺(tái)的布置造成一定的困難，環(huán)形氣樓附近的幾層爐體平臺(tái)。中小型高爐一般采用敞口式鐵水車(chē)，大型高爐多采用魚(yú)雷罐車(chē)。從渣溝流出的熔渣經(jīng)沖渣箱進(jìn)行粒化，粒渣和水經(jīng)水渣溝流入渣槽，蒸汽由煙囪排出，水渣自然流入設(shè)在過(guò)濾滾筒下面的分配器內(nèi)。 高爐本體和出鐵場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)上述文獻(xiàn) 資料的分析總結(jié)，按照高爐設(shè)計(jì)先進(jìn)、合理、可行、經(jīng)濟(jì)的原則，本設(shè)計(jì)擬采用如下方案：采用陶瓷杯爐缸爐底；出鐵場(chǎng)設(shè)計(jì)為雙矩形出鐵場(chǎng)，用圖拉法水沖渣處理爐渣。每噸生鐵的風(fēng)量為 m3， 噴吹煤粉用的壓縮空氣數(shù)量很少 (大約 15～ 30kg/kg)，這里就不考慮了，因而鼓風(fēng)帶入的物理熱為： Qs2=Vb{（ 1－ ψ） Cpb＋ ψCpH2O} ={()+} = KJ （ 3）氫氧化熱及 CH4 生成熱 生成 CH4 耗碳 CCH4= Kg，熱量為： Qs3=112416/12= KJ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 （ 4）成渣熱（由硅石及生礦帶入的 CaO 和 MgO 計(jì)算） Qs4=270（ CaO＋ MgO） =270{(+) ＋ (+)} = KJ （ 5）因采用冷礦，爐料帶入的物理熱可忽略不計(jì)。） 鼓風(fēng)中濕風(fēng)分解出的氫參加浮氏體還原，每立方米鼓風(fēng)氫還原耗熱為： qf== KJ/m3 因此，每立方米鼓風(fēng)給高溫區(qū)的綜合熱量是： q= qh+ qw－ qf=＋ － = KJ/m3 鐵的直接還原耗熱： QdFe=6491= KJ 高溫區(qū)其他因素耗熱： Qh 其他 ={53600[Si] ＋ 12480[Mn] ＋ 32570[P] ＋ H2j＋ 硅 ＋（ 130000＋ 210U）＋ 595M＋ 1000ZoCK/ηV} 式中 H2j：每噸生鐵由噴吹燃料帶入的氫量， m3 其計(jì)算式為 H2j=M（ H2M＋ 2H2OM/18） （這里取 Z0=300 kcal/kgC，高溫區(qū)域熱損失為全爐熱損失的 80%。C時(shí)生鐵焓為 150KJ/m3) Qhd3=（ 280150） 1000= KJ （ 4）爐渣帶走的熱量 Qhd4=(420220)= KJ （ 5）煤粉升溫及分解耗熱（煤粉在 950176。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 表 煤氣成分表 項(xiàng) 目 CO2 CO H2 CH4 N2 ∑ 體積， m3 含量， % 煤氣量與鼓風(fēng)量體積之比 Vg/Vb＝ ＝ 煤氣密度 ρg＝ {16+（ +） 28+2+44}/ ＝ Kg/m3 每噸生鐵的煤氣質(zhì)量 Gg＝ Vgρg＝ ＝ Kg 還原生成的 H2O＝ H2r18/＝ 18/＝ Kg 礦石帶入的結(jié)晶水＝ 0 ＝ 0 Kg 焦炭帶入的游離水＝ {K﹙ 1＋ ﹚ H 2OK}/（ 1－ H2OK） ＝ {410﹙ 1＋ ﹚ }/（ ）＝ Kg 進(jìn)入煤氣的 H2O 量＝ +＝ Kg 礦石量＝ ＝ Kg 焦炭量＝ 410（ 1－ ）＝ Kg 硅石量＝ ＝ Kg 因此，機(jī)械損失（含爐塵）量為 ＝（ － ） +（ － ） +（ － ） ＝ Kg 注： K/（ 1－ H2OK）＝ 列物料平衡表 ，計(jì)算物料平衡誤差。水淬后的爐渣通過(guò)沖渣溝隨水流入過(guò)濾池，沉淀、過(guò)濾后的水淬渣，用電動(dòng)抓斗機(jī)從過(guò)濾池中取出，作為成品水渣外運(yùn)。我國(guó)唐鋼 2560m3高爐、濟(jì) 鋼 1750m3 高爐爐渣處理系統(tǒng)采用了該工藝 [18]~[19]。 鐵水處理設(shè)備 鐵水運(yùn)輸是冶金企業(yè)關(guān)鍵工藝之一，隨著鋼鐵生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的不斷壯大，鐵水運(yùn)輸方式也正在不斷發(fā)展。 矩形出鐵場(chǎng)有如下的優(yōu)點(diǎn) [17]： ① 矩形出鐵場(chǎng)在鐵口上方可設(shè)置較大面積的除塵罩，鐵口除塵效果好?；睆脚c荷載和地基土質(zhì)有關(guān) [15]。 圖 四代冷卻壁 （ 4）冷卻水箱。 2）利于渣皮的形成與重建。光面冷卻壁用于爐底爐缸，風(fēng)口區(qū)冷卻壁的塊數(shù)為風(fēng)口數(shù)目的兩倍；渣口周?chē)舷露胃鲀蓧K，由四塊冷卻壁組成。寶鋼 1 號(hào)高爐風(fēng)口裝置見(jiàn)圖 ，由 A1 管、 A2 管、伸縮管、異徑接頭、彎管、直吹管等組成。 由于高爐各個(gè)部位熱負(fù)荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要求，高爐冷卻設(shè)備有：外部噴水冷卻，風(fēng)口和渣口冷卻，冷卻壁，冷卻水箱，以及風(fēng)冷或者水冷爐底等。在正常生產(chǎn)時(shí)，高爐爐殼只能在低于 80℃ 的溫度下長(zhǎng)期工作，爐內(nèi)傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走 85%以上，只有約 15%的熱量通過(guò)爐殼散失。 高爐爐底、爐缸是高爐的重要部位，爐齡的長(zhǎng)短，主要取決于這兩部位的使用壽命 [11]。近代高爐逐漸大型化，冶煉強(qiáng)度也有所提高，爐襯熱負(fù)荷加重，碳質(zhì)耐火材料具有獨(dú)特的性能，逐漸應(yīng)用到高爐上來(lái)，尤其是爐缸爐底部位幾乎普遍采用碳質(zhì)材料，其他部位爐襯的使用量也日趨增加。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 高爐用耐火材料 在侵蝕性因素聯(lián)合作用下引起高爐爐襯損毀，這些因素包括：爐渣、堿類(lèi)物質(zhì)、鐵水、氣體介質(zhì)、爐料磨損、熱應(yīng)力等。；爐身角有減小的趨勢(shì)，α和 β角對(duì)內(nèi)型合理與否有著重要的影響。 h2:1800m179。故提出死鐵層深度應(yīng)為爐缸直徑的 15%~20%。近代高爐，由于鼓風(fēng)機(jī)能力進(jìn)一步提高，原料燃料處理更加精 細(xì)，高爐爐型向著 “大型橫向 ”發(fā)展。 高爐發(fā)展史 圖 所示原始形高爐爐型，由于當(dāng)時(shí)工業(yè)不發(fā)達(dá)，高爐冶煉以人力、畜力、風(fēng)力、水力、鼓風(fēng)等，由于鼓風(fēng)能力很弱，為了保證整個(gè)爐缸截面獲得高溫，爐缸直 徑很?。灰睙捯阅咎炕蛘邿o(wú)煙煤為燃料，機(jī)械強(qiáng)度很低，為了避免在高爐下部壓碎而影響料柱透氣性，故原始高爐高度很小，為了人力裝料方便并能夠?qū)t料裝到爐喉中心，爐喉直徑也很小，而大的爐腰直徑減小了煙氣外流速度，延長(zhǎng)了煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間，起到燜住爐內(nèi)熱量的作用。本設(shè)計(jì)采用了陶瓷杯爐缸爐底，選擇銅冷卻壁作為高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻設(shè)備。 關(guān)鍵詞 ：高爐；設(shè)計(jì)；耐火材料；冷卻設(shè)備；渣鐵 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II The Design of 1800