【導讀】湖南化工職業(yè)技術學院。畢業(yè)設計（論文）。題目容量為1800m3的高爐煉鐵車間設計。院（系）湖南化工職業(yè)技術學院制藥與生物工程系。專業(yè)班級冶金技術1211班。指導教師職稱講師

　　

【正文】 本設計采用膠帶機上料。由于高爐大型化和自動化，膠帶上料系統(tǒng)已經(jīng)成為一種主流配置，其優(yōu)點是連續(xù)上料，不受加減速的影響，可以大幅度提高生產(chǎn)率，更好地滿足上料要求，允許貯礦槽距離高爐較遠，高爐車間布置分散，同時可以改善高爐周圍的工作環(huán)境。 8 高爐送風系統(tǒng) 從冶煉角度看，“風”是高爐的重要原料之一。高爐發(fā)展史充分說明，改進鼓風機對高爐進展有著極重要的 作業(yè)，同時風也是強化高爐冶煉的最積極因素。 高爐送風系統(tǒng)是為高爐冶煉提供足夠數(shù)量和高質量風的鼓風設施。送風系統(tǒng)的設備主要包括高爐鼓風機、熱風爐、加濕或脫濕裝置、送風管道和閥門等。 高爐鼓風機 高爐鼓風機是高爐冶煉最重要的動力設備。它不僅直接為高爐冶煉提供所需要的氧氣，而且還要為爐內煤氣流的運動克服料柱阻力提供必需的動力。高爐鼓風機是高爐的心臟。 常用的高爐鼓風機類型有離心式、軸流式及定容式三種。 8. 2 熱風爐設計 現(xiàn)代熱風爐是一種蓄熱式熱交換器?，F(xiàn)代高爐普遍采用蓄熱式熱風爐，它由蓄熱室和燃燒室兩 大部分組成。其工藝流程是：首先，在熱風爐的燃燒期內，借助煤氣燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣將蓄熱室內的格子磚加熱。由于燃燒和送風是間斷、交替工作的，為保證向高爐聯(lián)系供風，每座高爐至少配備兩座熱風爐，一般配置 3至 4座。 熱風爐的設計指導思想是盡量提高熱風爐的熱效率，降低燃料消耗，提高熱風溫度。這是高爐煉鐵技術的重要組成部分，是降低工序能耗、創(chuàng)建資源節(jié)約型企業(yè)的重要手段。 目前熱風爐結構形式包括內燃式、外燃式、頂燃式和球式。 各種形式熱風爐的重要特點如下： 內燃式熱風爐，蓄熱室和燃燒室同在一個筒體的 爐殼內，兩者由耐火隔墻分開。 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 25 外燃式熱風爐，將蓄熱室和燃燒室分開，分別置于兩個筒體的爐殼內。 頂燃式熱風爐，也是將蓄熱室和燃燒室同置于一個筒體內，其燃燒室設置在熱風爐頂部。 球式熱風爐，其結構和頂燃式熱風爐相同，只是耐火球代替格子磚 。 9 高爐噴吹燃料系統(tǒng) 高爐噴吹燃料主要有三類：氣體燃料、液體燃料和固體燃料。氣體燃料主要有天然煤氣和焦爐煤氣等，其中以噴吹天然氣居多。液體燃料主要有重油和焦油等。固體燃料主要有無煙煤粉、氣煤、顆粒塑料等。目前我國高爐主要噴吹無煙煤粉，有的高爐也噴吹煙煤粉和其他燃料 [3]。 富氧噴吹是強化高爐冶煉過程的重要技術措施之一，特別是隨著高爐噴吹燃料技術的進步，富氧噴吹技術得到快速發(fā)展，現(xiàn)已成為提高產(chǎn)量和提高噴煤量、降低焦比以提高綜合經(jīng)濟效益的重要措施。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，富氧率增加 1%，增產(chǎn)～ %，增加煤比 12～ 20 Kg/t。因此，國內外高爐普遍應用了富氧 噴吹 技術 。 煤粉噴煤系統(tǒng) 高爐噴吹煤粉要求煤粉固定碳含量高，灰分及硫分等有害元素少，粒度合適，成分均勻，穩(wěn)定。因此，原煤在噴吹前必須通過配煤、混勻、制煤等一系列準備處理，成為合格煤粉，然后才由噴煤設施噴入高爐。 噴吹工藝流程 高爐噴煤系統(tǒng)主要由供煤系統(tǒng)、制煤系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、熱煙氣系統(tǒng)等部分組成。本設計采用中速磨制粉、并聯(lián)罐、單管直接噴吹、分配器的工藝。 工藝流程見圖 ： 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 26 噴吹系統(tǒng) （ 1） 噴吹工藝 1)采用高壓直接噴吹工藝。在煤粉制備站與高爐之間距離小于 300m情況下，將噴吹設施布置在制粉站的煤粉倉下面不設輸粉設施的工藝稱為直接噴吹。該種工藝簡化了噴吹工藝流程和設施。不僅降低了工程投資（約降低 25%），而且減小了噴吹煤粉的中間環(huán)節(jié)。對噴吹易爆煤粉，可大大降低其不安全因素。另外高壓操作 高爐必須采取高壓噴吹。 2)采用三罐并列形式噴吹，避免了串罐形式倒罐時不易計量的問題，噴吹連續(xù)性好。 3)采用單管路噴吹。即由噴吹罐到高爐僅設一條管線稱為單管路噴吹。單管路噴吹可滿足噴吹易爆易揮發(fā)煤種的要求，是目前噴煤高爐廣泛采用的一種噴煤形式。 4）采用 3三個噴吹罐的氮氣回收技術，噴吹完畢的噴吹罐內氣體有一半回收到等待充壓的噴吹罐內，節(jié)約了大量氮氣。 5）采用濃相噴吹技術，噴吹濃度達到 30～ 45 kg/kg，煤粉在管道內流速為 3～5 m/s，避免了管道磨損，并且大大降低了耗氣量。 （ 2） 噴吹設備的確 定 1) 噴吹罐有效容積的確定 噴吹罐有效容積按向高爐連續(xù)噴吹料時的噴吹量來設計。指最低和最高料面間的容積，最低料面指在料面以下保留 2～ 3t煤粉的料面；最高料面指在離罐頂?shù)那蛐蔚霓D折處 800～ 1000 mm的料面。 2) 貯煤罐 貯煤罐有效容積指大于噴煤罐，最低料面是斜閥，最高料面以上也是要留出800～ 1000mm的距離。 （ 3） 噴吹系統(tǒng)附屬設備 1) 混合器：將煤粉與壓縮空氣混合并使煤粉啟動的設備，由殼體與噴咀組成，安裝在噴吹罐下面。噴嘴長度在 135～ 17 mm之間，直徑與風量相關，在 3～ 6 mm之間。 2) 分配器：本設計采用盤式分配器。一座高爐使用兩個分配器，兩個分配器對稱布置于高爐兩側，噴吹主管進入分配器前應有相當長的垂直段。 3) 噴煤槍：由混合器或經(jīng)過分配器吹送的煤粉，通過噴槍送到高爐直吹管進入爐內。由耐熱無縫鋼管制成，直徑 15～ 25 mm之間。本設計采用斜插式。 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 27 煤粉在高爐風口回旋區(qū)內的燃燒行為直接影響高爐噴煤效果和高爐生產(chǎn)過程。假如噴煤量較大，而風溫、富氧水平較低 ,煤粉在高爐風口回旋區(qū)內的燃燒率較低 ,就會有大量的未燃煤粉存在。一部分未燃煤粉會隨爐頂煤氣帶出爐 外 ,隨渣鐵排出爐外，起無效作用；另一部分未燃煤粉滯留在爐內，參加滲碳、氣化、直接還原等 ,起有效作用。但當滯留在爐內的未燃煤粉超過一定量時，也會起到相反的作用，如爐缸內未燃煤粉過多，就會影響爐缸內爐渣的透液性，引起爐缸堆積，渣中帶鐵，大量燒壞風口、渣口，爐渣流動性變差 ,不利于高爐出渣出鐵；如高爐上部滯留的未燃煤粉過多，就會影響整個料柱的透氣性、透液性，特別是對軟熔帶部位的透氣性影響極大，造成高爐風壓升高，風量降低，總差壓升高，易造成爐況難行；如大量的未燃煤粉粘于爐墻，就容易造成爐墻結厚，從而影響正常生產(chǎn)。 塑料以其質輕、耐用、美觀、價廉等特點 ， 取代了一大批傳統(tǒng)的材料 ,但是出乎人類預料的是 ， 恰恰是塑料的這些優(yōu)良性能制造了大量耐久不腐的塑料垃圾 。 用后丟棄的大量塑料廢棄物已成為危害環(huán)境的一大禍害 ,其主要原因就是這些塑料垃圾難以處理 ,無法使其分解并化為塵土 。 國內傳統(tǒng)的廢舊塑料處理方式主要是通過掩埋和焚燒處理 ,會造成嚴重的二次污染 。 同時也浪費了大量的可利用資源 ，而高爐噴吹技術則是將鋼鐵工業(yè)與塑料工業(yè)有機結合 ， 綜合利用了廢舊塑料的高熱值和化學能 ， 使進入高爐的廢塑料粒子在爐內高溫和還原氣氛下 ， 被氣化成 H2 和 CO ,隨熱風上升的過程中 ， 它們作為還原劑 ,將鐵礦石還原成鐵 。 該技術從根本上解決了傳統(tǒng)廢舊塑料的處理方式所帶來的嚴重的二次污染問題 ， 能夠真正實現(xiàn)變廢為寶的目標 ,合理利用社會資源 。 國內的實驗研究和國外的實踐表明 ， 高爐噴吹廢舊塑料技術國內尚處于實驗室階段 ,國外己成功應用于生產(chǎn) 。 我國既是世界上的塑料生產(chǎn)大國 ,也是鋼鐵生產(chǎn)大國 ； 既是 “ 白色污染 ” 相當嚴重的國家 ， 又是能源非常緊張的國家 。 因此 ， 用廢舊塑料代替部分煤粉實行高爐噴吹是切實可行的 。 該技術的有效實施可以最大限度地降低環(huán)境污染 ， 實現(xiàn)社會 能源的綜合利用 ， 具有廣闊的市場前景和良好的社會效益 [10]。 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 28 10 高爐煤氣除塵系統(tǒng) 高爐冶煉生產(chǎn)大量煤氣。高爐煤氣中含有 CO、 H CH4等可燃氣體成分，其發(fā)熱值一般為 3360～ 4200 kJ/m179。，可以作為熱風爐、燒結點火和鍋爐的燃料。但是，未經(jīng)除塵的高爐煤氣中含有 10～ 30 g/m179。的灰塵，如直接使用，不僅運送時堵塞管道，而且會使熱風爐和燃燒器等的耐火磚襯被侵蝕破壞。因此，高爐煤氣必須除塵后才能作為燃料使用 [3]。 高爐煤氣全干式布袋除塵是目前我國冶金行業(yè)重點推廣的具有共性和關鍵作用的 節(jié)能環(huán)保技術之一。布袋除塵器的最大優(yōu)點就是除塵效率高， 除塵效率一般 99%， 粉塵排放濃度可達到 10mg/Nm3 以下，甚至達到 2mg/Nm3，運行穩(wěn)定，不受風量波動影響，不受粉塵比電阻值限制 [11]。較濕法除塵相比其各類性能指標效益明顯 ,特別是增加 TRT發(fā)電量、減少運行費用和環(huán)境污染等方面較為突出。目現(xiàn)已成功應用于 3000 m179。級高爐 ,并向 4000～ 5000 m179。級高爐推廣使用。 高爐煤氣沿下降管經(jīng)過重力除塵器后，再經(jīng)過溫度調整沿位于除塵箱體下側的箱體入口進入干法布袋除塵箱體；在除塵箱體內，由懸掛于箱體 內部的除塵布袋外壁進入布袋內（過濾），灰塵被阻擋在布袋外壁；經(jīng)過布袋除塵后的干凈煤氣沿位于除塵箱體上部的箱體出口流出，進入凈煤氣管道匯合，然后經(jīng)過減壓閥組或 TRT 機組降壓和噴水降溫后并入煤氣管網(wǎng) 。 重力除塵器殼體采用普通碳素鋼板焊接成，在重力除塵器下設螺旋清灰器，把從重力除塵器下來的灰塵經(jīng)螺旋清灰器打水旋出，出來的是灰泥，避免了揚沙的粉塵污染。重力除塵器為圓筒形，上下部均為圓錐形，錐面水平夾角 50176。 ，以避免集灰，并有利于集灰的排出，除塵器中心煤氣導入為直管形中心管，由于煤氣流在管端部的流速較大，灰塵在出口 處有較大的慣性，除塵效果較好。 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 29 圖 全干式布袋煤氣除塵法 工藝流程 11 渣鐵處理系統(tǒng) 高爐冶煉中有大量高溫液態(tài)的生鐵和爐渣由高爐下部的鐵口和渣口放出。及時、合理的處理這些生鐵和爐渣是保證高爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。為了搞好這些工作，必須有完好的出鐵和出渣設施及足夠的運輸能力。 風口平臺及出鐵場 風口平臺是設置在高爐下部沿高爐爐缸四周風口前設置的工作平臺，為了操作方便，風口平臺一般比風口中心線低 1150～ 1250 mm，應該平坦并且還要留有排水坡度。其主要作用是方便高爐操作人員 窺視風口，了解爐內情況及布置上渣溝。 出鐵場是布置鐵溝、安裝爐前設備、進行放渣出鐵操作的爐前平臺。大型高爐鐵口數(shù)目多時，可設 2～ 4個出鐵場，本設計的高爐設有 二 個出鐵場。 本設計風口平臺及出鐵場采用架空的結構形式，支撐在鋼筋混凝土柱子上的預制鋼筋混凝土板，上面填充 mm厚的沙子，最上面地坪立砌一層建筑磚。 本設計風口平臺的標高比出鐵場的標高要高 m，風口平臺比風口中心線低1250 mm，凈空寬度為 6 m。上面布置 2條上渣溝。出鐵場的位置應與鐵口位置相適應。其長度為 50 m，寬度為 20 m，高度保證 任何一個渣鐵溜嘴下沿不低于 5m 。出鐵場上面布置出鐵溝和下渣溝。 鐵水處理設備 高爐生產(chǎn)的鐵水主要是供給給轉爐用來煉鋼，同時還考慮煉鋼設備檢修等暫湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 30 時性生產(chǎn)能力配合不上時，將部分鐵水鑄成鐵塊；生產(chǎn)的鑄造生鐵一般要鑄成鐵塊，因此鐵水處理設備包括運送鐵水的鐵水罐車和鑄鐵機兩種。 鐵水罐車是用普通機車牽引的特殊的鐵路車輛，由車架和鐵水罐組成，鐵水罐通過車身的兩對樞軸支撐在車架上。另外還設有被吊車吊起的樞軸，供鑄鐵時翻罐用的雙耳和小軸。鐵 水罐由鋼板焊成，罐內砌有耐火磚襯，并在磚襯與罐殼之間填以石棉絕熱板。鐵水車可以分為兩種類型：上部敞口式和混鐵爐式。 本設計采用混鐵爐式鐵水罐。 水渣渣處理工藝 本設計采用英巴法沖渣工藝。傳統(tǒng)的水渣生產(chǎn)采用泡渣法和渣池法。其特點是工藝簡單，投資少，能耗低，但占地面積大，環(huán)境污染嚴重。 英巴法沖水渣工藝在國外應用廣泛， 20世紀 80 年代末引入中國后得到了迅速推廣，在新建或改造的現(xiàn)代化大型高爐上業(yè)績卓著。其成熟性表現(xiàn)為設計和設備制造技術已臻完善，現(xiàn)代化高爐操作英巴法工藝的水渣沖制率已長期達到 95%以上(鞍鋼 10號高爐、寶鋼 3號高爐和上鋼一廠 2500 m3高爐等 )， INBA 法系統(tǒng)布置緊湊 ， 占地面積小、水系統(tǒng)完全封閉循環(huán) ， 從根本上解決了外排水的環(huán)境污染 ，利用轉鼓過濾器分離渣和水 ， 可實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)性 ， 過濾效果好。水渣質量高，環(huán)保條件好等等 [9]。 英巴法沖渣工藝 英巴法水渣處理工藝流程見圖 湖南化工職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 31 圖 英巴法水渣處理工藝流程 圖 ?；に? 高爐熔渣與鐵水分離后經(jīng)熔渣溝進入爐渣?；瘏^(qū)。水渣沖制箱噴出的高速水流使熔渣水淬冷卻，形成顆粒狀水渣。在一定的水壓力條件下，沖渣時的渣 水比大、沖渣水溫度低則水渣質量好、沖制率高。 過濾工藝 經(jīng)?；蟮脑旌衔锝?jīng)水渣溝、水渣槽送至轉鼓過濾器內的分配器，均勻地將渣水分配進入轉鼓過濾器。轉鼓過濾器攜帶渣水混合物旋轉濾水，至轉鼓上部時水渣落入膠帶機運出，濾出的水進入集水槽。濾出水中的殘渣在集水槽內沉淀，經(jīng)底流泵泵至水渣溝重新過濾，集水槽上部的清水溢流進入水循環(huán)系統(tǒng)。渣、水均為閉路循環(huán)，在設備完好、連續(xù)沖渣的情況下，沖渣率可視為 100％。 粒化水循環(huán)系統(tǒng) 經(jīng)過濾的沖渣水進入熱水池，再經(jīng)熱水泵送入冷卻塔冷卻后進入冷水池， 粒