【導讀】安徽工業(yè)大學煉鐵畢業(yè)設計說明書。設計題目：設計年產(chǎn)180萬噸制鋼生鐵的煉鐵廠

　　

【正文】 40 mm 。（本設計取 1760mm ） 爐腹設計 爐腹位于風口之上，此部位受強烈的熱應力作用，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動的高溫煤氣的沖刷、化學侵蝕及氧化作用，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。砌磚磚縫應不大于 1mm （本設計取 1mm ），上下層磚縫和環(huán)縫均應錯開。 爐腰設計 爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設計采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌筑一層 345mm 厚的高鋁磚，砌磚緊靠冷卻壁，砌磚磚縫應不大于 1mm （本設計取 1mm ），上下層磚縫和環(huán)縫均應錯開。 爐身設計 爐身中下部受到侵蝕情況與爐腰較為相似，采用 YB40763 型高鋁磚，厚度為 345mm； 爐身上部和中部溫度較低（ 400～ 800℃ ），無爐渣形成和渣蝕危害 ，安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 29 這部位主要承受爐 料沖擊、爐塵上升的磨損或熱沖擊（最高達 50℃/min ）或者受到堿、鋅等的侵入和碳的沉積而遭受破壞。所以該部位主要采用低氣孔率的優(yōu)質(zhì)粘土磚及高鋁磚 ，本設計采用 800mm 粘土磚。 爐喉設計 此處主要受到固體爐料的摩擦和夾帶爐塵的高速煤氣流的沖刷，以及裝入爐料時溫度急劇變化帶來的影響，所以采用耐磨和耐熱的鑄鋼制成的爐喉鋼磚ZG35 砌筑，壁厚 741mm。 爐體冷卻 冷卻目的 通過合理的爐體冷卻可以： （ 1）充分冷卻內(nèi)襯，延長壽命。 （ 2）維持合理爐型 （ 3）當耐火內(nèi)襯被侵蝕后，必須保護高 爐爐殼免受損壞。 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。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，中心線以上為碳素搗固層，水冷管為 46 φ 146mm 10 mm ，爐底中心部位水冷管間距 200～300mm （本設計取 200mm ），邊緣水冷管間距為 300～ 500mm （本設計取350mm ），水冷管兩端伸出爐殼外 50～ 100mm 。爐殼開孔后加墊板固定，開空處應避開爐殼折點 150mm 以上。 水冷爐底結(jié)構(gòu)應保證切斷給水后，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。 冷卻設備選擇 目前主要冷卻方式有水冷、風冷和汽化冷卻方式三種，從爐體看有外部和內(nèi)部兩種形式。外部冷卻也稱噴水冷卻。內(nèi)部冷卻主要有光面冷卻壁（ 33），鑲磚冷卻壁（ 34），支梁式水箱。 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 30 圖 33 光面冷卻壁 圖 34 鑲磚冷卻鑲磚冷卻壁 冷卻壁是把無縫鋼管鑄入生鐵中制成的，分鑲磚和光面兩種。前者用于爐腹 以上，后者用于爐缸爐底周圍。光面的冷卻強度相對地比鑲磚的大，但鑲磚表面耐磨又易結(jié)渣皮，渣皮可以代替爐襯工作。冷卻壁的好處是爐殼開孔小而少，不損壞爐殼鋼板強度，有良好的密封性，特別是在采用高壓操作的高爐上，更顯出它的特殊優(yōu)越性。它的缺點是冷卻壁損壞后不能更換，只有備用水冷卻。 爐缸和爐底選用光面冷卻壁，砌與冷卻壁之間留 100～ 150mm （本設計取150mm ）的縫隙，其中填以炭質(zhì)填料。光面冷卻壁與爐殼之間留 20mm 的縫隙，并用稀泥漿灌滿。 光面冷卻壁尺寸大小要考慮到制造與安裝的方便，冷卻壁寬度一般為安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 31 700～ 1500mm ，厚度 80～ 120mm（本設計取 120mm ），高度視 爐殼折點而定，一般小于 3000mm（本設計取 1300mm ）。安裝時，同段冷卻壁間直縫為 20mm ，上下段間水平縫為 30mm ，上下兩段冷卻壁間垂直縫應相互錯開，縫間用鐵質(zhì)銹接料銹接嚴密。 、爐腰和爐身 這些部位采用鑲磚冷卻壁冷卻 ，冷卻壁緊靠爐襯。從外形看，鑲磚冷卻壁一般有三種結(jié)構(gòu)形式：普通型、上部帶凸臺型和中間帶凸臺型。鑲磚冷卻壁厚度為 250～ 350mm （本設計取 350mm ），高度小于 3000mm 。爐腹和爐腰采用普通型鑲磚冷卻壁，爐腹部位冷卻壁高度取 1600mm ，爐腰部位冷卻壁高度取2020mm 。爐身采用上部帶凸臺型鑲磚冷卻壁，高度 2020mm ，凸臺突出長度200mm ，肋高 200mm 。凸臺冷卻壁的凸臺部分起到支撐上部砌磚的作用，可以取消最長層的支梁水箱，簡化了冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了爐殼 開孔。 爐喉鋼磚采用二段式水冷：爐頭部位噴涂 FN130 噴涂料作為內(nèi)襯，使用壽命一代爐役。 24 個風口，每套風口由大、中、小三個水套組成，采用鑄銅貫流式風口，熱傳導率大，冷卻效果好。 采用噴水冷卻。 冷卻水耗量的計算 根據(jù) Q=cM（ tt0） 103得 冷卻水耗量 M=30 10tt ?）（c Q 式中 Q———— 熱負荷， kcal/h； c———— 水的質(zhì)量熱容量， 1kcal/（ kg℃ ） ； M———— 冷卻水的消耗量 t/h； t—— —— 冷卻水出水溫度，℃； t0———— 冷卻水進水溫度，℃； 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 32 △ t取 5℃。 根據(jù)大型高爐總熱負荷計算經(jīng)驗公式： Q=+ 式中， n———— 風口數(shù)，個， n=24 VU———— 高爐有效容積， m3， 所以 Q= 24+ = 106 kcal/h 冷卻水的溫差計算，水沸騰時，水中的鈣和鎂離子以氧化物形式沉淀產(chǎn)生水垢，降低冷卻效果。因此，應避免冷卻器內(nèi)部冷卻水沸騰，主要途徑是控制進水溫度和溫度差，取值見表 33 表 33進出水溫差（℃） 爐體部位 爐身上部 爐身下部 爐腰 爐腹 風口帶 爐缸 風口大套 風口二套 水溫差 14 12 11 8 4 4 6 6 所以 M=310?tc Q△ =361051 ?? ? =2654t/h 在爐役的后期，因冷卻壁的破損而引起爐皮發(fā)紅，需噴水冷卻，則冷水量需增加 15%，則爐役后期需水量為 2654（ 1+） = 供水水壓 有足夠高的供水壓力是保證高爐冷卻器正常工作的基本條件。同時，為避免當冷 卻器燒毀時高爐內(nèi)煤氣不至于進入冷卻系統(tǒng)，造成燒壞大量冷卻設備，也要求供水系統(tǒng)壓力必須大于爐內(nèi)煤氣壓力。對爐體供水壓力的要求是：供水主管在風口平臺處的水壓應大于 ～ ；在風口區(qū)域冷卻水壓力應比熱風壓力高 ，其余部位冷卻水壓應比該處的爐內(nèi)煤氣靜壓大 。一些高爐爐體供水壓力見表 15。 表 34高爐爐體供水壓力表 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 33 部位 單位 高爐容積， 3m 100 255 620 1000 供水管（風口平臺處濾水器以上） ～ ～ ～ ～ 爐體上部 ～ ～ ～ ～ 爐體下部 ～ ～ ～ ～ 本設計爐體給水壓力：供水主管 ，爐體下部 ，爐體上部 。 1．爐體鋼結(jié)構(gòu)： 爐體鋼 結(jié)構(gòu)主要包括爐體支柱、爐頂框架、爐殼及平臺結(jié)構(gòu)等。 爐體支柱：爐體支柱是支撐爐體及爐頂設備重要的鋼結(jié)構(gòu)件。爐體支柱的結(jié)構(gòu)形式取決于爐體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及爐頂設備的載荷傳遞到爐基的方式。 本設計采用大框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)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。 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(jié)構(gòu)支撐架。它主要支撐受料漏斗、大小料鐘平衡桿機構(gòu)及安裝大梁等。爐頂框架結(jié)構(gòu)形式在 A 字型和門型兩種，本設計選用門型結(jié)構(gòu)。門型結(jié)構(gòu)鋼架一般為 2440mm 厚鋼板焊成或槽鋼制成。 平臺結(jié)構(gòu)：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。 2．爐殼設計 爐殼主要功能是將所承受的荷栽傳遞給基礎(chǔ)，還能固定冷卻設備，保證高安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 34 爐砌體的牢固性，防止煤氣外逸，實現(xiàn)噴水冷卻。 本設計采用托圈爐殼，爐殼厚度采用經(jīng)驗公式： ?? KD 計算如表（ 35）所示： 表 35爐體各部位爐殼厚度 部位 爐身 爐身下弦?guī)? 爐腹 爐缸 爐底 爐頂封板 K —— ? 23 26 31 31 31 10 3. 高爐基礎(chǔ) 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。 對高爐基礎(chǔ)的要求 ： (1)高爐基礎(chǔ)應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)下沉會引起高爐鋼結(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，嚴重時不能正常生產(chǎn)。高爐總體設計，對基礎(chǔ)的下沉量和傾斜率都有嚴格要求。 (2) 具有一定的耐熱能力。一般混凝土只能在 150C? 以下工作， 250C? 便有開裂， 400C? 時失去強度，鋼筋混凝土 700C? 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(chǔ)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(chǔ)很好工作。 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。 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 35 圖 35高爐基礎(chǔ) 地表面積按下式計算 : 允KSPA? 其中： P 總載荷， K 安全系數(shù)， 允S 地基土質(zhì)允許承載能力。 本設計中高爐爐基采用八角形，其對角線為 37m 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 36 第四節(jié) 廠址選擇 考慮因素 確定廠址要做多方案比較 ,選擇最佳者。廠址選擇的合理與否 ,不僅影響建設速度和投資 ,也影響到投產(chǎn)后的產(chǎn)品成本和經(jīng)濟效益 ,必須十分慎重。廠址選擇應考慮以下因素 : 1. 要考慮工業(yè)布局 ,有利于經(jīng)濟合作 。 2. 合理利用地形設計工藝流程 ,簡化工藝 ,減少運輸量 ,節(jié)省投資 3. 盡可能接近原料產(chǎn)地及消費地點 ,以減少原料及產(chǎn)品的運輸費用 4. 地質(zhì)條件要好 ,地層下不能有有開采價值的礦物 ,也不能是已開采區(qū) 5. 水電資源要豐富 ,高爐車間要求供水、供電不得間斷，供電要雙電源； 6. 廠址要位于居民區(qū)主導風向的下風向或側(cè)風向； 7. 盡量少占良地。 要求 本設計對廠址選擇如下： 1. 冶金工廠的原料和成品運輸及水電的消耗量很大，廠址應選在靠近鐵路接軌站，并應保證接軌的方便和避免復雜的線路建設工程。應靠近原料、燃料的基地和產(chǎn)品銷售的地點。近水源、電源，以縮短運輸距離和管線長度 ，以減少建廠的投資和運營費用。 2. 廠址的面積和外形應能滿足生產(chǎn)工藝過程的需要，把所有的建筑物﹑構(gòu)筑物合理地布置在廠區(qū)之內(nèi)，并應有一定的擴充余地，以供工廠發(fā)展之用。 3. 廠址應靠近城市和已有的工廠，以便在生活福利和公用設施上互相協(xié)作。 ，一般應有 1000 米以上的距離，并應與其他企業(yè)不相干擾。窩風的盆地不宜選擇為工廠廠址。 5. 廠址的地勢最好是平坦的，廠址的地表應由中心向四周傾斜，以便使地面水能依自然坡度向外暢流，不需要大量的土方工程。 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 37 6. 冶金工廠主要的建筑 物、構(gòu)筑物，大多需要較深的基礎(chǔ)和地下室，在建筑房屋和構(gòu)筑物時廠址的土壤不需要復雜的基礎(chǔ)工程。地下水位盡可能低于地下建筑和構(gòu)筑物基礎(chǔ)的深度，并無侵蝕性。 7. 廠址不受洪水及大雨的淹沒，廠址最低處應該高出河流或海水漲潮的最高水位 。 8. 廠址不應位于礦床或已開采的礦坑、溶洞和土崩的地層上，不應布置在各種有機廢物、化學廢物、舍棄物的附近。 9. 工廠的污水（符合國家環(huán)保法規(guī)定范圍的）應盡量排到城市的下游或取水點的下游廠。 有較容易棄渣的低洼地帶。 11. 布置廠址時應充分利用地形，不占或少占農(nóng)田。 安徽工業(yè)大學 煉鐵畢業(yè)設計說明書 38 第五節(jié) 爐頂設備 目前國內(nèi)外用于高爐的爐頂裝料設備有：料罐式、雙鐘式、多鐘式、鐘閥式和無鐘式。串罐式無鐘爐頂比并罐式更具優(yōu)勢。本設計采用串罐式無鐘爐頂（圖 51）其主要優(yōu)點： 1．布料合理，機動靈活 2．建設投資低