【正文】 摘要本設(shè)計(jì)建造一座年產(chǎn)180萬噸制鋼生鐵的煉鐵廠，力求達(dá)到低污染，低能耗，高效率。高爐煉鐵是現(xiàn)代獲得生鐵的主要手段，而高爐是煉鐵的主要設(shè)備。d高爐有效容積利用系數(shù)：設(shè)計(jì)同時(shí)借鑒了了國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，盡量實(shí)現(xiàn)高機(jī)械化、自動(dòng)化，并獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。d Effective capacity utilization coefficient of blast: 其主要副產(chǎn)品有高爐爐渣和高爐煤氣。%。目前，我國正在生產(chǎn)的高爐有幾千座。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，小高爐的發(fā)展現(xiàn)狀，一定程度上阻礙了我國高爐大型化的發(fā)展。高爐結(jié)構(gòu)調(diào)整不能簡單的概括為大型化，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、資源條件來確定高爐爐容。高爐大型化，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、便于生產(chǎn)組織和管理，提高鐵水質(zhì)量，有利于減少熱量損失、降低能耗，減少污染點(diǎn)，污染容易集中管理，有利于環(huán)保。（1）爐容大型化及其空間尺寸的橫向發(fā)展。 （2）精料：精料是改善高爐冶煉的基礎(chǔ)，近代高爐冶煉必須將精料列為頭等重要措施,精料包括提高入爐況品味，改善入爐原料的還原性能，提高熟料率，穩(wěn)定入爐原料成分和整粒。（4）高壓操作：高壓操作可以延長煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間，改善煤氣熱能及化學(xué)能利用，有利于高壓操作，為強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造條件。噴吹得燃料有重油、天然氣和煤粉等，燃料種類的選擇與國家和地區(qū)的資源條件有關(guān)。（6）電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用：60年代起高爐開始已用計(jì)算機(jī)，目前已可以控制配料、裝料和熱風(fēng)爐操作。高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是衡量高爐生產(chǎn)優(yōu)劣的參數(shù)，因此，現(xiàn)代高爐在冶煉過程中總是盡量提高高爐的主要生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。冶煉強(qiáng)度的選擇主要應(yīng)根據(jù)原燃料及冶煉條件、同類型的高爐的實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)、鼓風(fēng)機(jī)能力等經(jīng)過計(jì)算、比較后確定。2．焦比焦比是指冶煉一噸生鐵所需要的焦碳量。當(dāng)高爐采用噴吹燃料時(shí)，計(jì)算焦比必須考慮噴吹物的焦碳置換量。冶煉每噸生鐵消耗的煤粉量稱為煤比。單位質(zhì)量的煤粉所代替的焦炭的質(zhì)量稱為煤焦置換比，它表示煤粉利用率的高低。4．高爐有效容積利用系數(shù)利用系數(shù)是指每晝夜每立方米高爐有效容積生產(chǎn)的生鐵量。休風(fēng)率反映高爐設(shè)備維護(hù)的水平。本設(shè)計(jì)選取年工作日為355天。大型高爐一代壽命為10～15年。8．生鐵成本。高爐基本操作制度包括熱制度、造渣制度、送風(fēng)制度和裝料制度。本設(shè)計(jì)主要操作技術(shù)措施如下：（1）采取調(diào)節(jié)噴吹量來維持穩(wěn)定的熱制度，以保持爐況順行。（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。（3） 高爐噴煤設(shè)備。（5） 水渣系統(tǒng)采用過濾式。m3氫的高爐利用率： 被利用氫中參加還原FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a：[Si]：% [S]：%C=+103+[Mn][P][Si][S]表25元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率項(xiàng)目FeMnPSVTi生鐵爐渣煤氣假設(shè)冶煉一噸生鐵燒結(jié)礦的用量為1350kg，球團(tuán)礦的用量是150kg，天然礦的用量是100kg。則：（1）生鐵中[P]按原料帶入全部進(jìn)入生鐵計(jì)算，則：[P]=（1350%+150%+100%18%+350%+160%）62/1421/1000=%（2）生鐵中[Mn]按原料帶入量的50%計(jì)算，則：[Mn]=（1350%+150%+100%18%）55/7150%1/1000=%（3）生鐵中的[C]量為：[C]=（+1500103+）/100=%（4）生鐵中的[V]為：[V]=150102/182106（5）生鐵中的[Ti]為：[Ti]=（1350%+150%）48/80（6）生鐵中的[Fe]為：[Fe]=100（+++++）/100=%表26預(yù)定鐵水成分(%)FeMnPSSiTiVC104焦炭帶入的鐵量：350%56/72=煤粉帶入的鐵量：160%112/160=爐塵帶走的鐵量：18（112/160+56/72）=進(jìn)入渣中的鐵量：設(shè)需燒結(jié)礦X kg/t，球團(tuán)礦固定150 kg/t，天然礦Y kg/t。SiO2形態(tài)存在（取20%），其余以Fe3O4存在。 kJ/kg kJ/kg kJ/kg故==== kJ==故QFe分=++=Mn氧化物分解吸熱=%1000=Si氧化物分解吸熱=%1000=P氧化物分解吸熱QP分=%1000=因此氧化物分解吸熱Q氧分=QFe分+++ QP分=+++=（2）脫硫吸熱設(shè)燒結(jié)礦中S以FeS存在，Q脫S=GS渣== kJ（3）碳酸鹽分解吸熱=% =%所以Q碳酸分=44/4048+44/2489 =其中，CaCO3和MgCO3分解每產(chǎn)生1kgCO2吸收的熱量分別為4048kJ和2489kJ（4） 水分解吸熱=V風(fēng)18/=18/ =（5） 鐵水帶走的熱量Q鐵水=1000=1259850kJ（6） 爐渣帶走的熱量Q渣= =（7） 煤粉分解吸熱煤粉分解吸熱1048kJ/kgQ煤粉=1601048 =167680kJ（8） 爐頂煤氣帶走的熱量200℃以下煤氣各種氣體的比熱容見表如下表211煤氣中各氣體的比熱容組分N2CO2COH2CH4H2O比熱容kJ/m3干煤氣帶走的熱量Q干煤氣=（++++）200=煤氣中水帶走的熱量=(200100)=故Q煤氣=Q干煤氣+=+=（9） 爐塵帶走的熱量Q爐塵=G塵200=18200=18200=18200=則Q出=Q氧分+Q脫S+Q碳酸分++Q鐵水+Q渣+Q煤粉+Q煤氣+Q爐塵+Q噴=++++1259850++167680+++167680=由上可得：冷卻及爐殼散熱熱損失Q損=Q收Q出==根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，列出熱量平衡表，見表211表212熱量平衡表熱收入熱量/kJ百分?jǐn)?shù)%熱支出熱量/kJ百分?jǐn)?shù)%碳素氧化放熱氧化物分解吸熱熱風(fēng)帶入熱量脫S吸熱氫氣氧化放熱水分解吸熱甲烷生成熱鐵水物理熱1259850爐料物理熱爐渣物理熱煤氣物理熱噴吹物分解熱167680爐塵物理熱碳酸鹽分解吸熱冷卻及熱損總計(jì)100總計(jì)100熱利用系數(shù)KT=總熱量收入（煤氣帶走的熱+熱損失） =100%（%+%） =%碳利用系數(shù)KC= = =%第三節(jié) 高爐本體設(shè)計(jì)綜合冶煉強(qiáng)度：。取e=，C=，γ=，則渣口高度hZ===取風(fēng)口、渣口中心線的高度差為a=，安裝風(fēng)口的結(jié)構(gòu)尺寸b=，則爐缸高度為h1=hz+a+b=++=(3) 死鐵層厚度取h0=（4） 爐腰直徑D、爐腹角α、爐腹高度h2和HU選取D/d=，則D==選α=81176。=校核α：α=tan1 = tan1 =81176。30′h4=tanβ=tan83176。d＋d2)= m3V3=D2d1＋d12)= m3V5=d1281176。83176。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。風(fēng)口大套一般用鑄鐵或鑄銅制成，內(nèi)有蛇形無縫鋼管通水冷卻，用法蘭盤與爐殼聯(lián)結(jié)。風(fēng)口二套和小套常用紫銅鑄成空腔式結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)通水冷卻。風(fēng)口三個(gè)水套之間均以摩擦接觸壓緊固定。風(fēng)口小套的通風(fēng)道一般為錐狀，其直徑應(yīng)根據(jù)操作風(fēng)速來確定。 直吹管的端頭與風(fēng)口密合裝配在一起。部位一般為風(fēng)口伸入爐內(nèi)部分的前端上緣和下緣，中部破損占極少數(shù)。%的貫流式風(fēng)口，使導(dǎo)熱能力大為提高，降低了高溫渣鐵對風(fēng)口的熔蝕作用。由于其不同于其它風(fēng)口的水道結(jié)構(gòu)，使低溫水首先進(jìn)入高溫區(qū)，而且由于水道前端截面積最小，所以水速最高，加強(qiáng)了前端的換熱能力。 提高冷卻水質(zhì)量和增加水速?！λ偬岣叩?4m/s以上。 加強(qiáng)風(fēng)口監(jiān)測。在每個(gè)風(fēng)口進(jìn)出水管上各安裝一個(gè)雙管式電磁流量計(jì)，當(dāng)排水量低于設(shè)定值的下限時(shí)，立即報(bào)警，保證了風(fēng)口安全工作。本設(shè)計(jì)也采用這種形式：風(fēng)口小套及二套用青銅鑄件，%、%、%鑄件壁厚為 圖31 風(fēng)口套 圖32 鐵口套8~10mm，其結(jié)構(gòu)如圖（31）所示。鐵口套的作用是保護(hù)鐵口處的爐殼?？紤]不使應(yīng)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。鐵口套與爐殼采用鉚接，鐵口套采用橢圓形鑄件，材質(zhì)為ZG25，其結(jié)構(gòu)如圖（32）所示。爐襯質(zhì)量的好壞與砌筑的狀況直接影響高爐的壽命。（3）考慮可能有的侵蝕程度，使被侵蝕的內(nèi)襯所形成的爐型合理。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。陶瓷杯下鋪8層碳磚，每層400mm。其厚度計(jì)算如下：1）鐵口中心線到侵蝕最深處：S1=（T0－T1）λ/q其中：T0為鐵口中心線鐵水溫度：1490℃T1鐵水凝固溫度：1150℃λ為鐵水導(dǎo)熱系數(shù)：℃q為陸地中心通過死鐵層的垂直熱流強(qiáng)度：8199KJ/m3d爐缸工作條件與爐底相似，而且裝有鐵口、風(fēng)口。風(fēng)口前邊是燃燒帶，為高爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。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。砌體與冷卻壁之間留有100～150縫隙，本設(shè)計(jì)為150 ，其中填以炭質(zhì)填料。（本設(shè)計(jì)取1760）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(dòng)引起的熱沖擊、破壞力很大；同時(shí)還承受由上部落入爐缸的渣鐵水和高速向上運(yùn)動(dòng)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(shí)的巨大沖擊力。砌磚磚縫應(yīng)不大于1（本設(shè)計(jì)取1），上下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯(cuò)開。本設(shè)計(jì)采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌筑一層345厚的高鋁磚，砌磚緊靠冷卻壁，砌磚磚縫應(yīng)不大于1（本設(shè)計(jì)取1），上下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯(cuò)開。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(shè)計(jì)采用800mm粘土磚。 爐體冷卻通過合理的爐體冷卻可以：（1）充分冷卻內(nèi)襯，延長壽命。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(jìn)行冷卻則向下侵蝕嚴(yán)重。 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46φ14610，爐底中心部位水冷管間距200～300（本設(shè)計(jì)取200），邊緣水冷管間距為300～500（本設(shè)計(jì)取350），水冷管兩端伸出爐殼外50～100。 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(shí)排水口要高出水冷管水平面，保證管內(nèi)充滿水。外部冷卻也稱噴水冷卻。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。光面的冷卻強(qiáng)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。它的缺點(diǎn)是冷卻壁損壞后不能更換，只有備用水冷卻。光面冷卻壁與爐殼之間留20的縫隙，并用稀泥漿灌滿。安裝時(shí)，同段冷卻壁間直縫為20，上下段間水平縫為30，上下兩段冷卻壁間垂直縫應(yīng)相互錯(cuò)開，縫間用鐵質(zhì)銹接料銹接嚴(yán)密。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。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1600，爐腰部位冷卻壁高度取2000。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。24個(gè)風(fēng)口，每套風(fēng)口由大、中、小三個(gè)水套組成，采用鑄銅貫流式風(fēng)口，熱傳導(dǎo)率大，冷卻效果好。根據(jù)Q=cM（tt0）103得冷卻水耗量M=式中Q————熱負(fù)荷，kcal/h； c————水的質(zhì)量熱容量，1kcal/（kg根據(jù)大型高爐總熱負(fù)荷計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：Q=+式中，n————風(fēng)口數(shù)，個(gè)，n=24 VU————高爐有效容積，m3，所以Q=24+=106 kcal/h冷卻水的溫差計(jì)算，水沸騰時(shí)，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。同時(shí)，為避免當(dāng)冷卻器燒毀時(shí)高爐內(nèi)煤氣不至于進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，造成燒壞大量冷卻設(shè)備，也要求供水系統(tǒng)壓力必須大于爐內(nèi)煤氣壓力。一些高爐爐體供水壓力見表15。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。爐體支柱的結(jié)構(gòu)形式取決于爐體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及爐頂設(shè)備的載荷傳遞到爐基的方式。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。爐頂平臺是爐頂最寬敞的工作平臺。它主要支撐受料漏斗、大小料鐘平衡桿機(jī)構(gòu)及安裝大梁等。門型結(jié)構(gòu)鋼架一般為2440厚鋼板焊成或槽鋼制成。各層工作平臺之間用走梯連接。本設(shè)計(jì)采用托圈爐殼，爐殼厚度采用經(jīng)驗(yàn)公式：KD計(jì)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)t腹?fàn)t缸爐底爐頂封板K——2326313131103. 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