【正文】 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以及高爐爐型設(shè)計(jì)等，高爐的大小以高爐的有效容積表示，高爐有效容積和座數(shù)表明高爐車間的規(guī)模，高爐爐型設(shè)計(jì)是高爐本體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。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。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。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目：包頭原料條件下 1800m3高爐本體及渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 包頭原料條件下 1800m3高爐本體及渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 高爐本體及渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是煉鐵車間設(shè)計(jì)的重要部分。為了達(dá)到高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中，從高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)、耐火材料、冷卻設(shè)備及渣鐵處理方式的設(shè)計(jì)均借鑒了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)高爐的情況。高爐冷卻方式采用軟水密閉循環(huán)進(jìn)行冷卻。 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 m3 Blast Furnace Slag Ontology and Iron Processing System Under the Raw Material Conditions in Baotou Region Abstract The blast furnace slag ontology and iron processing system design is an important part of the ironmaking workshop design. In order to achieve high yield, low consumption, long production target, environmental protection, design process, from the blast furnace type in design, fireproof material, cooling equipment and slag iron39。近代高 爐爐型向著大型橫向發(fā)展，目前，世界高爐最大有效容積是 5580m3，高徑比 左右。高爐本體設(shè)計(jì)的基本構(gòu)架，包括煉鐵工藝，耐火材料，爐體冷卻和承重結(jié)構(gòu)四個(gè)方面的內(nèi)容，這些與設(shè)備、建筑、自控、土建等多個(gè)專業(yè)緊密相關(guān)，是一個(gè)典型的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程 [1]。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)。估計(jì)，每生產(chǎn) 1 噸焦炭需煤 噸左右，但是，高爐燒焦炭勢(shì)必增加碳含量，以致早期焦炭鐵的碳含量在 %以上，全部成為灰口鐵既石墨鐵。 如圖 所示。全部高爐都設(shè)有兩個(gè)以上的風(fēng)嘴，另一個(gè)巨大進(jìn)步就是采用熱風(fēng)。近些年來(lái)大型鋼鐵企業(yè)多采用4000m3 以上的大型高爐 ［ 2］ 。 高爐的有效高度，對(duì)高爐內(nèi)煤氣與爐料之間傳質(zhì)傳熱過(guò)程亦有重大影響，增加有效高度，在相同的爐容和冶煉強(qiáng)度的條 件下，煤氣流速和與爐料接觸的機(jī)會(huì)增加，有利于改善傳熱傳質(zhì)過(guò)程，有利于降低燃料消耗量；但過(guò)分增加有效高度，料柱有效重量并不成正比例增加，但對(duì)煤氣的阻力卻成比例增加，容易形成料拱，對(duì)爐料下降不利，甚至破壞高爐順行。 Hu/D 有效高度（ Hu）與爐腰直徑（ D）的比值（ Hu/D）是表示高爐 “矮胖 ”或 “細(xì)長(zhǎng) ”的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，隨爐容的擴(kuò)大而減小，說(shuō)明大型高爐主要是靠擴(kuò)大爐內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 徑來(lái)增加爐容，由于受焦炭強(qiáng)度的限制，所以 Hu 變化不大 。 h0、 h h h h4和 h5 h0：加強(qiáng)死鐵層深度，對(duì)提高爐缸、爐底壽命有著重要意義。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。另一方面，死鐵層加深后，爐底遠(yuǎn)離高溫區(qū)，減少熱量沖擊。但是死鐵層加深后爐底承受的壓力加重，也增加了鐵水的滲 透性，所以，死鐵層加深后，除采用高致密性、強(qiáng)度好等的耐火材料外，還應(yīng)改進(jìn)砌筑結(jié)構(gòu)。 h1： h1= hf+a 風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸 a 取值為 ~。級(jí)高爐 h2 取值一般為 ~。 h4：爐身高度占高爐有效高度的 50%~60%。 h5：應(yīng) 能保證爐喉布料及其調(diào)節(jié)需要，一般為 2~3m。~83176。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。除操作因素外，對(duì)爐型來(lái)說(shuō)就是 α和 β了。而 α、 β 大了不僅影響煤氣流分布，中心氣不開(kāi)放，還影響高爐壽命。而高爐設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，沒(méi)有科學(xué)的設(shè)計(jì)其他都無(wú)從談起，科學(xué)的設(shè)計(jì)是高爐長(zhǎng)壽的基礎(chǔ) [4]。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。陶瓷質(zhì)材料有粘土磚、高鋁磚、剛玉磚和不定形耐火材料等；碳質(zhì)材料有炭磚、石墨炭磚、石墨碳化硅磚、氮結(jié)合碳化硅磚、粘土結(jié)合碳化硅磚等 [5]。粘土磚和高鋁磚亦稱陶瓷質(zhì)或粘土質(zhì)耐火材料，在高爐上使用已有較長(zhǎng)久的歷史，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于高爐各個(gè)部位。 （ 2）在高爐上使用的碳質(zhì)耐火材料是在粘土質(zhì)耐火材料之后。 （ 3）不 定形耐火材料。按成分可分碳質(zhì)不定 形耐火材料和粘土質(zhì)耐火材料。泥漿是砌磚不可缺少的填縫粘結(jié)劑。 不定形耐火材料與成型耐火材料相比，具有成型工藝簡(jiǎn)單、能耗低、整體性好、抗熱震性強(qiáng)、耐剝落等優(yōu)點(diǎn)；還可以減小爐襯厚度、改善熱導(dǎo)率等，近年來(lái)使用較多 [7]。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)。采用這種結(jié)構(gòu)形式，其目的是利用炭磚熱傳導(dǎo)性能好的特點(diǎn)，加強(qiáng)爐底冷卻散熱，將鐵水凝固等溫線（ 1500℃ ）向上部推移，并把 800℃ 左右的化學(xué)反應(yīng)等溫線推至保護(hù)層內(nèi)，從而減緩爐底侵蝕速度，防止環(huán)形斷層的發(fā)生，延長(zhǎng)爐底使用壽命，另外，炭磚的最大弱點(diǎn)是抗氧化能力差。因此，采用在炭磚內(nèi)側(cè)鑲砌一層高溫理化性能特好的中性陶瓷材料以保護(hù)炭磚在烘爐期間和爐役前期不被氧化 的陶瓷杯技術(shù)，如圖 。 圖 陶瓷杯結(jié)構(gòu)及理論等溫線分布圖 高爐冷卻設(shè)備 高爐冷卻設(shè)備是高爐爐體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)爐體壽命起到如下作用： （ 1）保護(hù)爐殼。 （ 2）對(duì)耐火材料的冷卻和支承。通過(guò)冷卻設(shè)備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。 （ 3）維持合理的操作爐型。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 （ 4）當(dāng)耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設(shè)備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn) [12]。 （ 1）噴水冷卻裝置。冷卻水經(jīng)由小孔噴射到爐殼上進(jìn)行冷卻。噴水冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢查方便，造價(jià)低廉。 （ 2）風(fēng)口和渣口。伸縮管可吸收熱膨脹位移，結(jié)構(gòu)密封性好。 圖 風(fēng)口 結(jié)構(gòu) 1風(fēng)口； 2風(fēng)口二套； 3風(fēng)口大套； 4直吹管； 5彎管； 6鵝頸管； 7熱風(fēng)管； 8拉桿；9吊環(huán)； 10銷子； 11套環(huán) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 渣口裝置一般由四個(gè)套組成，即大套，二套，三套和渣口小套，見(jiàn)圖 。 圖 渣口結(jié)構(gòu) （ 3）冷卻壁。冷卻壁設(shè)置于爐殼爐襯之間，有光面冷卻壁和鑲磚冷卻壁，其 基本結(jié)構(gòu)是鑄鐵板內(nèi)鑄有無(wú)縫鋼管。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。同段冷卻壁間豎直縫 20mm，上下段間水平縫 30mm，兩段豎直縫相互錯(cuò)開(kāi)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 圖 高爐冷卻壁 銅冷卻壁的特點(diǎn)有 [13,14]： 1）銅冷卻壁具有導(dǎo)熱率高，熱損失低的特點(diǎn)。這樣制作出來(lái)的銅冷卻壁的冷卻通道與壁體是一個(gè)有機(jī)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，再加上銅本身具有高導(dǎo)熱性，這樣就使得銅冷卻壁在實(shí)際的使用過(guò)程中能保持非常低的工作溫度。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。由于渣皮的導(dǎo)熱性極低，渣皮形成后，就形成了爐內(nèi)向銅冷卻壁傳熱的一道隔熱屏障 ，從而減少了爐內(nèi)熱損失。 為了提高冷卻壁壽命，日本新日鐵公司對(duì)冷卻壁結(jié)構(gòu)做了多次改進(jìn)，效果顯內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 著，其四代結(jié)構(gòu)情況如圖 。第三代冷卻壁爐齡后半期容積為開(kāi)爐時(shí)的 倍，而四代冷卻壁減少到 倍。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。大型高爐爐缸直徑較大，徑向周圍冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中心部分的熱量散發(fā)出去，如不進(jìn)行冷卻則爐底向下侵蝕嚴(yán)重。 高爐基礎(chǔ) 高爐基礎(chǔ)是高爐下部的沉重結(jié)構(gòu)，它的作用是將高爐全部載荷均勻的傳遞到地基?；諗嗝鏋閳A形，高度一般為 ~3m。 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，操縱一些閥門等。 在鐵口側(cè)布置著鐵溝和下渣溝的爐前平臺(tái)叫出鐵場(chǎng)。 鐵口是爐缸中最薄弱的部分，出渣出鐵是高爐的基本操作。在出鐵場(chǎng)上把這些布置合理，使用方便，減輕體力勞動(dòng)，改善環(huán)境，保證出鐵出渣操作的順利進(jìn)行是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的事項(xiàng)。環(huán)形出鐵場(chǎng)受到吊車內(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。經(jīng)常有從出鐵場(chǎng)收集的煙塵聚集，平臺(tái)內(nèi)積灰較多，爐體平臺(tái)的檢修維護(hù)環(huán)境差。由于鐵口區(qū)煙塵量占出鐵場(chǎng)煙塵總量的 30%，所以鐵口區(qū)域設(shè)計(jì)采用了頂吸式，通過(guò)抽風(fēng)機(jī)把煙塵 抽走。 爐前主要設(shè)備 爐前設(shè)備主要有開(kāi)鐵口機(jī)、堵鐵口泥炮、堵渣機(jī)、換風(fēng)口機(jī)、爐前吊車等 [17]。鐵水罐車是鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，目前鐵水罐車主要有兩種：一種是敞口式鐵水車，一種是魚(yú)雷形混鐵車（魚(yú)雷罐車）。采用不同的鐵水運(yùn)輸車輛，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)節(jié)奏和鋼鐵質(zhì)量會(huì)產(chǎn) 生不同的影響。目前，國(guó)內(nèi)高爐普遍采用水沖渣處理方法。但也有缺點(diǎn)：工程投資高，?；鞑鹦丁⒕S修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，大直徑輪式脫水器運(yùn)行不穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用高，成品渣質(zhì)量不好，無(wú)法處理泡沫渣。 （ 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。分配器沿整個(gè)滾筒長(zhǎng)度方向布置，能均勻的把水渣分配到過(guò)濾滾筒內(nèi)。濾出的水，經(jīng)集水斗、熱水池、熱水泵站送至冷卻塔冷卻后進(jìn)入冷卻水池，冷卻后的 沖渣水經(jīng)粒化泵站送往水渣沖制箱循環(huán)使用。 （ 3）底濾法水淬渣（ OCP） 底濾法水淬渣是在高爐熔渣溝端部的沖渣點(diǎn)處，用具有一定壓力和流量的水將熔渣沖擊而水淬。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 第二章 煉鐵工藝計(jì)算 高爐物料平衡計(jì)算 原料條件及平衡計(jì)算 [22] 1. 原料條件 包頭地區(qū)原料成分見(jiàn)表 ～ 表 礦石成分表 (%) 成分 TFe Mn P S F FeO CaO 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 生礦 硅礦 石灰石 續(xù)表 成分 SiO2 MgO Al2O3 RxOy K2O Na2O CO2 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 生礦 硅礦 石灰石 表 焦炭成分表（ %） 固定碳 （ %） 灰分 （ %） SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 續(xù)表 揮發(fā)分 （ %） 有機(jī)物（ %） 合計(jì) 全硫 游離水 CO2 CO CH4 N2 H2 H N S （ S 全 ＝ S 有機(jī) ＋ FeS32/88＝ ＋ 32247。礦比為 90： 5： 5。 硅石用量＝ (－ )/（ － ）＝ Kg (4) 渣量及爐渣成分計(jì)算 爐料帶入的各種爐渣組分的數(shù)量為 ∑CaO＝ ＋ ＝ Kg ∑SiO2＝ ＋ ＝ Kg ∑MgO＝ ＋ 410＋ 130＋ ＝ Kg ∑Al2O3＝ ＋ 410+130+ ＝ Kg 渣中 MnO 量＝ 71/55＝ Kg 渣中 FeO 量＝ 72/56＝ Kg 渣中 CaF2 量＝ ＝ Kg 渣中 K2O 量＝ ＝ Kg 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 渣中 Na2O 量＝ ＝ 渣中 RexOy 量＝ ＝ Kg 每噸生鐵爐料帶入的硫量（硫負(fù)荷） ∑S＝ +410+130＝ Kg 進(jìn)入生鐵的硫量＝ 1000%＝ Kg 進(jìn)入 煤氣的硫量＝ ＝ Kg 進(jìn)入渣中的硫量＝ ＝ Kg 爐渣組成列入表