年產(chǎn)量280萬噸煉鋼生鐵40萬噸鑄造生鐵的煉鐵車間設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

遼寧科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第v頁 首鋼工學(xué)院成教學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)量280萬噸煉鋼生鐵40萬噸鑄造生鐵的煉鐵車間專題：高爐專家系統(tǒng)模型的應(yīng)用及發(fā)展- 93 -首鋼工學(xué)院成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)量280萬噸煉鋼生鐵40萬噸鑄造生鐵的煉鐵車間摘要本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)年產(chǎn)280萬噸煉鋼生鐵，40萬噸鑄造生鐵的高爐煉鐵車間。在設(shè)計(jì)中采用了2022m3的高爐2座，不設(shè)渣口，2個(gè)出鐵口，采用矩形出鐵場。送風(fēng)系統(tǒng)采用四座新日鐵式外燃式熱風(fēng)爐，煤氣處理系統(tǒng)采用重力除塵器、文氏管和電除塵。渣鐵處理系統(tǒng)采用拉薩法水淬渣（rasa）處理，特殊情況采用干渣生產(chǎn)，上料系統(tǒng)采用皮帶上料機(jī)，保證高爐的不間斷供料。在設(shè)計(jì)中，首先做了物料平衡、熱平衡，爐型的設(shè)計(jì)與計(jì)算，以及設(shè)備的選擇；設(shè)計(jì)中應(yīng)用了許多先進(jìn)的工藝，這些工藝在實(shí)行大噴煤技術(shù)提高傳熱效率，節(jié)能，提高生產(chǎn)率方面起了重要的作用。在設(shè)計(jì)中，廣泛吸收前人技術(shù)革新和國內(nèi)外科學(xué)研究成果。根據(jù)實(shí)際需要及可能性，盡量采用先進(jìn)設(shè)備、結(jié)構(gòu)、材料及新工藝。做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，又減少環(huán)境污染。車間總體布置形式為半島式。關(guān)鍵詞：高爐，物料平衡，熱平衡，半島式design of an ironmaking workshop with annual output of 2.8 million tons of steelmaking iron and 0.4 million tons of casting ironabstractthe assignment is the design of the 2.8 million tons annual production capacity of steel-making pig iron, 0.4million of blast furnace cast pig iron workshop. i design two 1800 m3 blast furnaces，and set up two tap holes with no slag hole，which use rectangular field of iron. blast system 4 nippon external combustion hot stoves，dust catcher system uses gravity precipitators, venturi tube and electrostatic precipitator. the methods of slag iron processing system use water quenching residue lhasa (rasa), special circumstances use dry slag productions to deal with. the charging system is using belt feeding machine to ensuring uninterrupting charging of blast furnace. in the design，first of all, calculating the material balance, heat balance, and the furnace structure, as well as the choice of equipment; the design of the application of a number of advanced technology, these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency，to save energy ，to improve productivity ,which played an important role. the design has broadly absorpted technological innovations and the results of scientific research at home and abroad. according to the actual needs and possibilities use advanced equipment as far as possible，advanced structure，advanced materials and so on. achieve technically advanced and economically rational，and reduce environmental pollution. the form of workshop with the overall layout is peninsula.key words: blast furnace, material balance, eheat balance, peninsula目錄緒論11 高爐冶煉綜合計(jì)算21.1 概述21.2 配料計(jì)算31.2.1 原燃料條件31.2.2 計(jì)算礦石需要量g礦41.2.3 計(jì)算熔劑需要量g熔51.2.4 爐渣成分的計(jì)算71.2.5 校核生鐵成分91.3 物料平衡計(jì)算91.3.1 風(fēng)量計(jì)算91.3.2 爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算111.3.3 編制物料平衡表151.4 熱平衡計(jì)算171.4.1 熱量收入q收171.4.2 熱量支出q支181.4.3 熱平衡表212 高爐本體設(shè)計(jì)232.1 高爐爐型232.2 爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算232.3 高爐爐襯設(shè)計(jì)272.3.1爐底的爐襯設(shè)計(jì)與砌筑272.3.2爐缸設(shè)計(jì)的爐襯設(shè)計(jì)282.3.3爐腹、爐腰和爐身下部的爐襯設(shè)計(jì)292.3.4爐身上部和爐喉的爐襯設(shè)計(jì)302.4 高爐冷卻設(shè)備312.4.1 冷卻設(shè)備的作用312.4.2 冷卻介質(zhì)及水的軟化322.4.3 冷卻方式322.4.4 高爐冷卻系統(tǒng)342.5 高爐送風(fēng)管路352.5.1 熱風(fēng)圍管352.5.2 送風(fēng)支管352.5.3 直吹管352.5.4 風(fēng)口裝置362.6 高爐鋼結(jié)構(gòu)372.6.1 高爐本體鋼結(jié)構(gòu)372.6.2 爐殼382.6.3 爐體框架382.6.4 爐缸爐身支柱、爐腰支圈和支柱坐圈382.7 高爐基礎(chǔ)392.7.1 高爐基礎(chǔ)的負(fù)荷392.7.2 對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求403 高爐煉鐵車間供料系統(tǒng)413.1 車間的運(yùn)轉(zhuǎn)413.2 貯礦槽、貯焦槽及槽下運(yùn)輸篩分稱量423.2.1 貯礦槽與貯焦槽423.2.2 槽下運(yùn)輸稱量423.3 上料設(shè)備434 爐頂裝料設(shè)備444.1 無鐘式爐頂裝料設(shè)備444.1.1 串罐式無鐘爐頂裝料設(shè)備444.1.2 無鐘式爐頂?shù)牟剂戏绞?44.2 探料裝置455 送風(fēng)系統(tǒng)465.1 高爐用鼓風(fēng)機(jī)465.1.1 高爐冶煉對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的要求465.1.2 高爐鼓風(fēng)機(jī)的工作原理和特性475.1.3 高爐鼓風(fēng)機(jī)的選擇485.2 熱風(fēng)爐485.2.1 外燃式熱風(fēng)爐495.2.2 外燃式熱風(fēng)爐的特點(diǎn)496 高爐噴吹煤粉系統(tǒng)516.1 煤粉的制備516.2 高爐噴煤系統(tǒng)516.2.1 三罐單列式高爐噴煤系統(tǒng)516.2.2 噴吹罐組有效容積的確定516.3 煤粉噴吹的安全措施536.3.1 制粉系統(tǒng)的安全措施536.3.2 噴吹系統(tǒng)的安全措施537 高爐煤氣處理系統(tǒng)547.1 煤氣管道547.2 粗除塵裝置547.2.1 重力除塵器除塵原理547.3 半精細(xì)除塵裝置547.4 精細(xì)除塵裝置557.4.1 文式管557.4.2 靜電除塵器567.5 脫水器568 渣鐵處理系統(tǒng)588.1 風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場設(shè)計(jì)588.1.1 風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場588.1.2 渣鐵溝和撇渣器598.1.3 擺動(dòng)流嘴598.2 爐前主要設(shè)備608.2.1 開鐵口機(jī)608.2.2 堵鐵口泥炮608.2.3 爐前吊車608.3 鐵水處理608.3.1 魚雷罐車608.3.2 鑄鐵機(jī)618.4 爐渣處理設(shè)備618.4.1 拉薩法水淬渣618.4.2 干渣生產(chǎn)619 能源回收利用629.1 高爐爐頂余壓發(fā)電629.2 熱風(fēng)爐煙道廢氣余熱回收62參考文獻(xiàn)63專題研究64外文翻譯72致 謝82前言在近代國家是否發(fā)達(dá)的主要標(biāo)志是其工業(yè)化及生產(chǎn)自動(dòng)化的水平，即工業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)中所占的比重以及工業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度。而勞動(dòng)生產(chǎn)率是衡量工業(yè)化水平極為重要的標(biāo)志之一。為達(dá)到較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率需要大量的機(jī)械設(shè)備。鋼鐵工業(yè)為制造各種機(jī)械設(shè)備提供最基本的材料，屬于基礎(chǔ)材料工業(yè)的范疇。鋼鐵還可以直接為人民的日常生活服務(wù)，如為運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)及民用品提供基本材料。一定意義上，一個(gè)國家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r也反映其國民經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的程度。衡量鋼鐵工業(yè)的水平應(yīng)考察其產(chǎn)量（人均占有鋼的數(shù)量）、質(zhì).量、品種、經(jīng)濟(jì)效益及勞動(dòng)生產(chǎn)率等各方面?？v觀當(dāng)今世界各國，所有發(fā)達(dá)國家無一不是具有相當(dāng)發(fā)達(dá)的鋼鐵工業(yè)的。鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要多方面的條件，如穩(wěn)定可靠的原材料資源，包括鐵礦石、煤炭及某些輔助原材料，如錳礦、石灰石及耐火材料等；穩(wěn)定的動(dòng)力資源，如電力、水等。此外，由于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大，每天原材料及產(chǎn)品的吞吐量大，需要龐大的運(yùn)輸設(shè)施為其服務(wù)。一般要有鐵路或水運(yùn)干線經(jīng)過鋼鐵廠。對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)來說，還必須有重型機(jī)械的制造及電子工業(yè)為其服務(wù)。此外，建設(shè)鋼鐵企業(yè)需要的投資大，建設(shè)周期長，而回收效益慢。故雄厚的資金是發(fā)展鋼鐵企業(yè)的重要前提。鋼鐵之所以成為各種機(jī)械裝備及建筑、民用等各部門的基礎(chǔ)材料，是因?yàn)樗邆湟韵聝?yōu)越性能，并且價(jià)格低廉。1、有較高的強(qiáng)度及韌性。2、容易用鑄、鍛、切削及焊接等多種方式進(jìn)行加工，以得到任何結(jié)構(gòu)的工件。3、所需資源（鐵礦、煤炭等）貯量豐富，可供長期大量采用，成本低廉。4、人類自進(jìn)入鐵器時(shí)代以來，積累了數(shù)千年生產(chǎn)和加工鋼鐵材料的豐富經(jīng)驗(yàn)，已具有成熟的生產(chǎn)技術(shù)。自古至今，與其他工業(yè)相比，鋼鐵工業(yè)相對(duì)生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、質(zhì)量好和成本低。到目前看不出，有任何其他材料在可預(yù)見的將來，能代替鋼鐵現(xiàn)在的地位。1 高爐冶煉綜合計(jì)算1.1 概述組建煉鐵車間或新建高爐，都必須依據(jù)產(chǎn)量以及原料和燃料條件作高爐冶煉綜合計(jì)算，包括配料計(jì)算、物料平衡計(jì)算和熱平衡計(jì)算。從計(jì)算中得到原料、燃料消耗量及鼓風(fēng)消耗等，也得到了主要產(chǎn)品（除生鐵以外）煤氣及爐渣生產(chǎn)量等基本參數(shù)。以這些參數(shù)為基礎(chǔ)作煉鐵車間或高爐設(shè)計(jì)。計(jì)算之前，首先必須確定主要工藝技術(shù)參數(shù)。對(duì)于一種新的工業(yè)生產(chǎn)裝置，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)室研究、半工業(yè)性試驗(yàn)、以致于工業(yè)性試驗(yàn)等一系列研究來確定基本工藝技術(shù)參數(shù)。高爐煉鐵工業(yè)已有200余年的歷史，技術(shù)基本成熟，計(jì)算用基本工藝參數(shù)的確定，除特殊礦源應(yīng)做冶煉基本研究外，一般情況下都是結(jié)合地區(qū)條件、地區(qū)高爐冶煉情況予以分析確定。例如冶煉強(qiáng)度、焦比、有效容積利用系數(shù)等。計(jì)算用的各種原料、燃料以及輔助材料等必須做工業(yè)全分析，而且將各種成分之總和換算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。將依據(jù)確定的工藝技術(shù)參數(shù)、原燃料成分計(jì)算出單位產(chǎn)品的原料、燃料以及輔助材料的消耗量，以及主、副產(chǎn)品成分和產(chǎn)量等，供車間設(shè)計(jì)使用。配料計(jì)算也是物料平衡和熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。依據(jù)質(zhì)量守衡定律，投入高爐物料的質(zhì)量總和應(yīng)等于高爐排出物料的質(zhì)量總和。物料平衡計(jì)算可以驗(yàn)證配料計(jì)算是否準(zhǔn)確無誤，也是熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)。物料平衡計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差不應(yīng)大于0.3%。1.2 配料計(jì)算1.2.1 原燃料條件1、原料成分（原始成分為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、天然礦以及爐塵，表中只顯示計(jì)算后的綜合礦）見表1.1；2、燃料成分，見表1.2、表1.3；3、確定冶煉條件；預(yù)定生鐵成分（%），見表1.4。表1.1 原料成分（%）原料tfemnpsfeocaomgosio2綜合礦59.620.030.0320.0316.107.6331.9855.357爐塵43.390.240.0260.0915.308.301.9913.80原料al2o3mnop2o5fesfe2o3燒損h2oco2綜合礦1.510.0390.0730.08367.22100.00爐塵1.310.310.060.24344.771.967c=11.95100.00注：綜合礦=70%燒結(jié)礦+20%球團(tuán)礦+10%天然礦表1.2 焦炭成分（%）固定炭灰分（13.51）有機(jī)物（1.32）揮發(fā)份（0.43）水sio2al2o3caomgofeoh2n2sco2h2coch4n284.747.614.560.520.140.680.30.250.770.150.0260.160.0170.0771004.00表1.3 噴吹燃料成分（%）品種choh2ons灰分sio2al2o3caomgofeo煤粉77.832.352.330.830.460.307.156.830.690.300.93100fesimnpsc95.140.650.030.0350.0254.12表1.4 生鐵成分（%）其中si、s由生鐵質(zhì)量要求定分別為0.65、0.03；mn、p由原料條件定為0.03、0.035。c4.30.27si0.329p0.032s0.3mn4.12fe100simnpsc%。某元素在生鐵、爐渣、爐氣中的分配率（%），見表1.5。燃料消耗量（kg/t生鐵）；焦炭 345煤粉 150 置換比0.7表1.5元素的分配率femnsp生鐵99.750100爐渣0.3500爐氣0050鼓風(fēng)濕度 12g/m3風(fēng)溫 1150爐塵量 20 kg/t生鐵入爐熟爐料溫度 25爐頂煤氣溫度 200焦炭冶煉強(qiáng)度 0.79t/(dm3) 綜合冶煉強(qiáng)度 1.03 t/(dm3) 利用系數(shù) 2.3 t/(dm3)1.2.2 計(jì)算礦石需要量g礦1、燃料帶入的鐵量gfe燃 首先計(jì)算20 kg爐塵中的焦粉量： kg高爐內(nèi)襯參加反應(yīng)的焦炭量為： kg =85.48+26.04+10.73-13.93 =108.32kg2、進(jìn)入爐渣中的鐵量：3、需要由鐵礦石帶入的鐵量為：4、冶煉1噸生鐵的鐵礦石需要量：考慮到爐塵吹出量，入爐鐵礦石量為：1.2.3 計(jì)算熔劑需要量g熔1、設(shè)定爐渣堿度制鋼生鐵：r1.101.2；鑄造生鐵：r1.01.12、原料、燃料帶有的cao量鐵礦石帶入的cao量為：焦炭帶入的cao量為：煤粉帶入的cao量為：3、原料、燃料帶入的sio2量鐵礦石帶入的sio2量為：焦炭帶入的量為：煤粉帶入的量為：硅素還原消耗的量為：1.2.4 爐渣成分的計(jì)算原料、燃料及熔劑的成分見表1.6。表1.6 每噸生鐵帶入的有關(guān)物質(zhì)的量原燃料數(shù)量kgcaomgosio2al2o3mnos%kg%kg%kg%kg%kg%kg綜合礦1595.727.633121.81.98531.6755.35785.481.5124.090.030.620.030.48焦 炭342.180.521.780.140.487.6126.044.5615.60.772.635煤 粉1500.691.040.30.457.1510.76.8310.250.300.45124.6232.605122.2549.9450.623.5651、爐渣中cao的量由表1. 6：2、爐渣中sio2的量式中 122.25原、燃料帶入sio2的總量，kg（見表1.6）； 13.93還原消耗sio2的量（），kg。3、爐渣中的量由表1.8：4、爐渣中的量由表1-8：gmgo渣32.61kg5、爐渣中mno的量gmno渣。由表1.8：gmno渣0.6250%0.31kg 式中 0.62原、燃料帶入mno的總量，kg（見表1.6）； 50%錳元素在爐渣中的分配率（見表1.5）。6、爐渣中feo的量gfeo渣進(jìn)入渣中的鐵量為：fe渣2.863kg，并以feo形式存在，故而7、爐渣中s的量，gs渣原、燃料帶入的總硫量為：gs3.565kg（見表1.6）進(jìn)入生鐵的硫量為：進(jìn)入煤氣中的硫量為：爐渣成分見表1.7。表1.7 爐渣成分組元caomgosio2al2o3mnofeos/2cao/ sio2kg124.6232.61108.3249.950.313.681.57321.061.15%38.8210.1633.7415.560.101.150.49100.00表中s/2：渣中s以cas形式存在，計(jì)算中的ca全部按cao形式處理，氧原子量為16，s原子量為32，相當(dāng)已計(jì)入s/2，故表中再計(jì)入s/2。將cao、sio2、al2o3、mgo四元組成換算成100%，見表1.8。表1.8 四種渣成分caosio2al2o3mgo38.8233.7415.5610.1698.2839.5034.3315.8310.34100.001.2.5 校核生鐵成分1、生鐵含磷p，按原料帶入的磷全部進(jìn)入生鐵計(jì)算。鐵礦石帶入的磷量為： 2、生鐵含錳mn，按原料帶入的錳有50%進(jìn)入生鐵計(jì)算，原料共帶入mno為0.62kg，見表1.8。3、生鐵含碳。4、生鐵含硅si=0.65%。5、生鐵含硫s=0.025%。校核后的生鐵成分（%）見表1.9。表1.9 校核后生鐵成分成分fesimnpsc含量95.140.650.0240.0510.0254.111.3 物料平衡計(jì)算1.3.1 風(fēng)量計(jì)算1、風(fēng)口前燃燒的碳量gc燃。燃料帶入的總碳量：溶入生鐵中的碳量為：生成甲烷的碳量為：燃料帶入的總碳量約有1%1.5%與氧化合生成甲烷，取1%。直接還原消耗的gc直：錳還原消耗的碳量為：硅還原消耗的碳量為：磷還原消耗的碳量為：鐵直接還原消耗的碳量為： rd一般為0.40.5，本計(jì)算取0.45。 rd0.450.060.39式中 氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為0.30.5，本計(jì)算取0.33； 被利用氫量中，參加還原feo的半粉量，一般為0.851.0，本計(jì)算取0.9； v風(fēng)設(shè)定的每噸生鐵耗風(fēng)量，本計(jì)算取1200m3風(fēng)口前燃燒的碳量為：2、計(jì)算鼓風(fēng)量v風(fēng)鼓風(fēng)中氧的濃度為：gc燃燃燒需要氧的體積為：煤粉帶入氧的體積為：需鼓風(fēng)供給氧的體積為：1.3.2 爐頂煤氣成分及數(shù)量的計(jì)算1、甲烷的體積由燃料碳素生成的甲烷量為:焦炭揮發(fā)份中的甲烷量為：2、氫的體積vh2由鼓風(fēng)中水分分解產(chǎn)生的氫量為：焦炭揮發(fā)份及有機(jī)物中的氫量為：煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：爐缸煤氣中氫的總生產(chǎn)量為：生成甲烷消耗的氫量為：參加間接還原消耗的氫量為：3、二氧化碳的體積vco2由co還原fe2o3為feo生成的co2：vco2還由礦石帶入的fe2o3的質(zhì)量為：參加還原fe2o3為feo的氫氣量為：由氫還原fe2o3的質(zhì)量為：由co還原的質(zhì)量為：由co還原feo為fe生成的co2量為：焦炭揮發(fā)份中的co2量為：4、一氧化碳的體積vco風(fēng)口前碳素燃燒生成co量為：直接還原生成co量為：焦炭揮發(fā)份中co量為：間接還原消耗的co量為：5、氮?dú)獾捏w積n2鼓風(fēng)帶入的n2量為：焦炭帶入的n2量為煤粉帶入的n2量為煤氣成分見表1.10。表1.10 煤氣成分 co2con2h2ch4體積m3357.28318.29924.9530.957.681639.15%21.819.4256.431.890.47100.001.3.3 編制物料平衡表1、鼓風(fēng)質(zhì)量的計(jì)算1m3鼓風(fēng)的質(zhì)量為：鼓風(fēng)的質(zhì)量為：2、煤氣質(zhì)量計(jì)算1m3煤氣的質(zhì)量為：煤氣的質(zhì)量為：3、煤氣中的水分 焦炭帶入的水分為：氫氣參加還原生成的水分為：物料平衡列入表中1.11。表1.11 物料平衡表入相kg%出相kg%綜合礦1612.9044.31生鐵100027.51焦炭（濕）358.809.86爐渣321.058.83鼓風(fēng)（濕）1518.3441.71煤氣（干）2260.3762.18煤粉150.004.12煤氣中水33.720.93爐塵20.000.553640.041003635.14100%1.4 熱平衡計(jì)算1.4.1 熱量收入q收1、碳素氧化放熱qc（1）碳素氧化為co2放出的熱量co2：他素氧化產(chǎn)生co2的體積為：式中 33436.2c氧化為co2放熱，kj/kg（2）碳素氧化為co放出的熱量co：碳素氧化生成co的體積為：式中 9804.6c氧化為co放熱，kj/kg2、鼓風(fēng)帶入的熱量q風(fēng)式中 q空氣 在1150下空氣的熱容量，其值為1643.11kj/m3 q水氣 在1150下水氣的熱容量，其值為2030.26kj/m33、氫氧化為水放熱式中 13454.09h2氧化為水放熱，kj/kg4、甲烷生成熱式中 4709.56甲烷生成熱，kj/kg5、爐料物理熱q物80冷綜合礦比熱容為0.674 kj/kg。熱量總收入：1.4.2 熱量支出q支1、氧化物分解吸熱q氧化物分解（1）鐵氧化物分解吸熱q鐵氧化：可以考慮其中有20%feo以硅酸鐵形式存在，其余以fe3o4形式存在，因此：gfeo磁g礦feo%礦gfeo硅式中 4078.25、4803.33、5156.59分別為fesio3、fe3o4、fe2o3分解熱，kj/kg（2）錳氧化物分解吸熱為:式中 7366.02由mno分解產(chǎn)生1kg錳吸收的熱量，kj/kg（3）硅氧化物分解吸熱為:式中 31102.37由sio2分解產(chǎn)生1 kg硅吸收的熱量，kj/kg（4）磷酸鹽分解吸熱為:式中 35782.6ca3（po4）2分解產(chǎn)生1 kg磷吸收熱量，kj/kg2、脫硫吸熱式中 8359.05假定礦中硫以fes形式存在，脫出1kg硫吸熱量值，kj/kg3、水分分解吸熱式中 13454.1水分解吸熱，kj/kg4、爐料游離水蒸發(fā)吸熱式中 26821 kg水由0變?yōu)?00水汽吸熱，kj/kg5、鐵水帶走的熱q鐵水式中 1173鐵水熱容量，kj/kg6、爐渣帶走的熱式中 1760爐渣熱容量，kj/kg7、噴吹物分解吸熱式中 1048煤粉分解熱，kj/kg8、爐頂煤氣帶走的熱量q煤氣從常溫到200之間，各種氣體的平均比熱容ckj/(kg)如下（表1.12）：表1.12 各種氣體的平均比熱容n2co2coh2ch4h2o汽1.2841.7771.2841.2781.6101.605（1）干煤氣帶走的熱量為（2）煤氣中水汽帶走的熱為9、爐塵帶走的熱量式中 0.7542為爐塵的比熱容，kj/(kg)10、冷卻水帶走及爐殼散發(fā)熱損失1.4.3 熱平衡表見表1.13。表1.13 熱平衡表熱收入kj%熱支出kj%碳素氧化放熱8011601.9477.42氧化物分解6788136.0965.60熱風(fēng)帶的熱1955464.5018.90脫硫26219.830.25甲烷生成熱25538.930.25游離水蒸發(fā)36709.030.35氫氧化放熱269527.132.60鐵水帶熱117300011.34物料物理熱85581.640.83爐渣帶熱565048.705.46總計(jì)10347714.15100噴吹物分解1572001.52煤氣帶熱460525.624.45水分分解208174.692.01爐塵帶熱3016.80.03熱損失929683.388.98總計(jì)10347714.15100熱量利用系數(shù)kt對(duì)于一般中小型高爐kt值為80%85%10，近代高爐由于大型化和原料條件的改善可達(dá)到近90%碳素利用系數(shù)kkc值對(duì)于中小型高爐為50%60%，大型而原料條件較好的高爐可達(dá)到65%以上。2 高爐本體設(shè)計(jì)高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻裝置，以及高爐爐型設(shè)計(jì)計(jì)算等。高爐的大小以高爐有效容積表示；高爐有效容積和座數(shù)表明高爐車間的規(guī)模，高爐有效容積和爐型是高爐本體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。近代高爐有效容積向大型化發(fā)展。目前，世界大型高爐有效容積已達(dá)到5000m3級(jí)，而爐型設(shè)計(jì)則向著大型橫向發(fā)展，h/d值已近2.0左右。高爐本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及是否合理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽的先決條件，也是高爐輔助系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)和選型的依據(jù)。高爐爐襯用耐火材料，已由單一的陶瓷質(zhì)耐火材料，普遍地過渡到陶瓷質(zhì)和碳質(zhì)耐火材料綜合結(jié)構(gòu)，也有采用高純度al2o3的剛玉磚和碳化硅磚；高爐冷卻設(shè)備期間結(jié)構(gòu)亦在不斷改進(jìn)，軟水冷卻、純水冷卻在逐漸擴(kuò)大其使用范圍。由于高爐綜合設(shè)計(jì)水平的提高，強(qiáng)化高爐爐齡已經(jīng)可望達(dá)到十年或更長。高爐本體結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)是高爐車間實(shí)際首要解決的關(guān)鍵所在，必須慎重對(duì)待。2.1 高爐爐型高爐是豎爐。高爐內(nèi)部工作空間剖面的形狀成為高爐爐型或高爐內(nèi)型。高爐問世二百多年來，隨著人們對(duì)產(chǎn)量的要求和原料燃料條件的改善，以及鼓風(fēng)能力的提高，高爐爐型也在不斷地演變和發(fā)展。高爐冶煉的實(shí)質(zhì)是上升的煤氣流和下降爐料之間所進(jìn)行的傳熱傳質(zhì)過程，因此必須提供燃料燃燒所必須的空間，提供高溫煤氣流與爐料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的空間。爐型要適應(yīng)爐料燃燒條件，保證冶煉過程的順行。2.2 爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算高爐爐型設(shè)計(jì)的依據(jù)是單座高爐的生鐵產(chǎn)量，由產(chǎn)量確定高爐有效容積。歷史上曾有過將產(chǎn)量與有效高度直接聯(lián)系起來，結(jié)果設(shè)計(jì)爐型都是依產(chǎn)量大小的相似形，這顯然是不合理的；也曾有過以產(chǎn)量定爐缸截面積，在焦比一定的條件下，爐缸單位面積的燃燒強(qiáng)度，便可以確定某一合適的數(shù)值，這樣做雖然有一定的道理，但并不全面。現(xiàn)在多數(shù)國家都是以產(chǎn)量和有效容積利用系數(shù)（v）來確定高爐有效容積，再以有效容積為基礎(chǔ)，計(jì)算其他尺寸。有關(guān)爐型的名詞概念：設(shè)計(jì)爐型按照設(shè)計(jì)尺寸砌筑的爐型；操作爐型高爐投產(chǎn)后，工作一段時(shí)間，爐襯侵蝕，形狀發(fā)生變化后的爐型；合理爐型冶煉效果較好，獲得優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和長壽的爐型，它具有時(shí)間性、相對(duì)性。高爐冶煉是復(fù)雜的物理化學(xué)過程，設(shè)計(jì)的爐型必須適應(yīng)冶煉過程的需要，設(shè)計(jì)爐型應(yīng)能保證高爐一代獲得穩(wěn)定的較高的產(chǎn)量，優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，較低的能耗和一代長壽。高爐在一代冶煉過程中，其爐襯不斷侵蝕，爐型不斷發(fā)生變化，爐型變化的程度和趨勢與冶煉原料條件、操作制度有關(guān)，與爐襯結(jié)構(gòu)和耐火材料的性能有關(guān)，還與冷卻裝置及冷卻制度有關(guān)。高爐冶煉實(shí)際上是長時(shí)間在操作爐型內(nèi)進(jìn)行。因此掌握冶煉過程中爐型的變化及其趨勢，對(duì)設(shè)計(jì)合理爐型非常重要。高爐大修設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)前一代高爐爐型做詳細(xì)地調(diào)查和分析。新建廠礦高爐設(shè)計(jì)，必須分析原料燃料條件、設(shè)備條件和操作條件。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)煉鋼生鐵280萬噸，鑄造生鐵40萬噸的高爐車間。計(jì)算時(shí)鑄造生鐵按照煉鋼生鐵計(jì)算。1、確定年工作日：取年日期的95%2、鑄造生鐵換算煉鋼生鐵的折算系數(shù)為：1.05 40萬噸1.05=42萬噸年產(chǎn)煉鋼生鐵總量：280萬噸+42萬噸=322萬噸日產(chǎn)量 ：3、定容積：選定高爐座數(shù)為2座，利用系數(shù)為v =2.3t/(dm3)每座高爐日產(chǎn)量 每座高爐容積為 4、爐缸尺寸爐缸直徑爐缸高度渣口高度b生鐵產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)一般取1.2；p生鐵日產(chǎn)量，t；n晝夜出鐵次數(shù)，一般2h出一次鐵，本計(jì)算取9；c渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，一般為0.550.6，渣量大時(shí)取低值；鐵水密度，可取值7.1t;d爐缸直徑；風(fēng)口高度：因?yàn)槿∠冢x定k=0.60,風(fēng)口數(shù)目：選取風(fēng)口的結(jié)構(gòu)尺寸為：a=0.5m。爐缸高度：h1=hf+a=3.3+0.5=3.8m 取=3.8m鐵口的數(shù)目 n鐵=2。5、死鐵層厚度h0選取h0=0.2d=0.29.8=1.96m。該值在同類高爐中偏大，目的是延長高爐壽命。6、爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度選取 d/d=1.13，則 d=1.13d=1.139.8=11.07 m 取d=11m。選取 =81，則 7、爐喉直徑、爐喉高度選取d1/d=0.7，則 d1=110.7=7.7m。 選取 =2.0m。 8、爐身角、爐身高度選取=84，則9、爐腰高度選取 /d=2.5，則=2.511=27.5m ，取=27.5m。=27.53.83.815.72.0=2.2m10、校核爐容 爐缸體積：爐腹體積： 爐腰體積： 爐身體積： 爐喉體積：2002.01 m3誤差：爐型設(shè)計(jì)合理，符合要求。11、繪制高爐爐型圖。高爐爐型圖見圖2.1。圖2.1 高爐爐型及尺寸2.3 高爐爐襯設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)爐型，以耐火材料砌筑的實(shí)體稱為高爐爐襯。高爐爐襯的作用在于構(gòu)成高爐的工作空間，減少熱損失，并保護(hù)爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的作用。2.3.1爐底的爐襯設(shè)計(jì)與砌筑1、破壞機(jī)理：爐底破損分兩個(gè)階段，初期是鐵水滲入將磚漂浮而成鍋底深坑；在14001600液態(tài)渣鐵的高溫?zé)崃ψ饔孟?，由于爐底砌體溫度分布不均勻,導(dǎo)致砌體開裂，特別是采用不同材質(zhì)的耐火磚時(shí)，由于膨脹系數(shù)不同，更會(huì)導(dǎo)致砌體開裂，由于爐缸鐵水溫度不同，造成鐵水對(duì)流，沖刷爐底；在高溫下，渣鐵堿金屬會(huì)對(duì)磚襯產(chǎn)生化學(xué)侵蝕；鐵水和爐渣在出鐵時(shí)的流動(dòng)對(duì)爐底產(chǎn)生沖刷作用；爐料重量的1020%和液態(tài)渣鐵、煤氣的靜壓力作用；開爐初期鐵水與爐渣中氧化物、煤氣中的二氧化碳、水蒸氣對(duì)碳磚的氧化。2、使用的耐火材料：采用滿鋪碳磚砌筑，用泥漿為黏土火泥水泥泥料填充料。3、砌筑方式：滿鋪碳磚爐底砌筑，碳磚砌筑在水冷管的碳搗層上，有厚縫和薄縫兩種連接形式，薄縫連接時(shí)，各列賺砌縫不大于2.5mm，厚縫連接時(shí)，磚縫為3545mm，縫中以碳素?fù)v料搗固。目前的砌法是碳磚的短縫用薄縫連接，兩側(cè)的長縫用厚縫連接。相鄰兩行碳磚磚縫必須錯(cuò)縫200mm以上。兩成碳磚磚縫成90。4、計(jì)算：（1）所選炭磚型號(hào)：。（2）計(jì)算塊數(shù)：由于d=9800m、h0=1960mm，要求薄縫不大于1.5mm、厚縫不大于2.5mm，所以：50塊。厚層數(shù)=1960/4005層，總磚數(shù)。2.3.2爐缸設(shè)計(jì)的爐襯設(shè)計(jì)1、破壞機(jī)理：爐缸下部是盛渣鐵夜的地方，周期地進(jìn)行聚集和排出，所以渣鐵的流動(dòng)、爐內(nèi)渣鐵液面的升降，大量的煤氣流等高溫氣體對(duì)爐襯的沖刷是主要的破壞因素，特別是鐵口、鐵口附近的爐襯是沖刷最厲害的地方；高爐爐渣偏堿性而常用的耐火磚偏酸性，故在高溫下化學(xué)性渣化，對(duì)爐缸磚襯是一個(gè)重要的破壞因素；風(fēng)口帶是爐內(nèi)最高溫度區(qū)域，爐襯經(jīng)常承受18002400的高溫作用，發(fā)生蠕動(dòng)，加上堿金屬、鋅侵蝕和渣鐵沖刷，磚襯很容易損壞，磚縫增大。2、使用的耐火磚：采用熱壓碳磚，用炭質(zhì)填料及熱固性炭膠粘結(jié)。3、計(jì)算：（1）熱壓炭磚的型號(hào)：磚縫：2mm. 砌磚與冷卻壁：100150mm（2）爐鋼高度h1=3900mm縱層數(shù)：h1/c=3900/64=61層。橫層數(shù)：1150/229=5層。第一內(nèi)層所需磚數(shù)為：。即第二內(nèi)層總數(shù)：同理：第三內(nèi)層磚數(shù)為：154塊第四內(nèi)層磚數(shù)為：158塊第五內(nèi)層磚數(shù)為：161塊所以最底層磚數(shù)為：，總磚塊數(shù)為：。2.3.3爐腹、爐腰和爐身下部的爐襯設(shè)計(jì)1、爐腹部位內(nèi)襯破損機(jī)理：爐腹距風(fēng)口最近，受強(qiáng)烈熱作用力，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，或稱熱震破壞力很大；由于爐腹傾斜，受料柱壓力和崩料、坐料時(shí)沖擊力的影響；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)侵蝕和氧化作用。2、爐腹?fàn)t襯設(shè)計(jì)：耐火磚的選擇：采用高鋁磚砌筑。（1）砌筑方式：由于開爐后爐腹部位的砌磚很快被侵蝕掉，靠渣皮工作，一般砌一層高鋁磚或黏土磚，厚度為345mm左右，爐腰有3種結(jié)構(gòu)，采用薄壁式爐腰，爐身砌磚厚度通常為690805mm（選取690mm）用鑲磚冷卻壁冷卻爐腹、爐腰及爐身下部，砌磚緊靠冷卻壁，縫隙填濃泥漿。也有的后墻爐身，采用冷卻水箱冷卻，這時(shí)砌磚與冷卻水箱之間側(cè)面和上面縫隙為520mm，下面為1015mm，爐腹、爐腰砌磚磚縫應(yīng)不大于1.5mm，上下層砌縫和環(huán)縫均勻錯(cuò)開，爐身傾斜部分按3層磚依次砌筑。（2）選用的高鋁磚型號(hào)：（3）爐腹高度：h2=3400mm 厚度為345mm =804840縱層數(shù)：橫層數(shù)：1層計(jì)算磚數(shù)：第一層：由于傾斜部分接三層磚錯(cuò)臺(tái)砌筑.即向外延伸24.3mm，所以第二層與第三層均為（87+150）塊磚。第四層為（87+151）塊磚；同理：第45層為（87+164）塊； 第46層為（87+165）塊；即楔形磚總數(shù)為：。直形磚總數(shù)：。3、爐腰、爐身下部內(nèi)襯破損機(jī)理：高溫煤氣沖刷和熱沖擊；堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕；初渣氧化亞鐵、氧化錳的侵蝕，爐腰部比爐腹的更高。采用剛玉磚砌筑，剛玉型號(hào)：gaz98 。取h3=2000mm ，d=11700mm，且采用薄壁式爐腰，厚度為345mm。2.3.4爐身上部和爐喉的爐襯設(shè)計(jì)1、砌筑方式：選用高鋁磚砌筑，h5=2400mm，厚度690mm，按三層錯(cuò)臺(tái)一次砌筑。爐身上部砌磚與爐殼間隙為100150mm，填以水渣-石棉隔熱材料。2、耐材種類：高鋁磚：g-2：g-4：3、計(jì)算（損耗5%）：縱層數(shù)：；截面橫層數(shù)：；設(shè)每三層為一階，則爐身總階數(shù)為每階減少內(nèi)徑：73.3mm。總層數(shù)。塊楔形磚總塊數(shù)：。直形磚總塊數(shù)：。4、爐喉爐喉襯板以鑄鋼件制成，在爐喉的鋼殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板。其爐喉鋼磚如圖2.2所示。2.4 高爐冷卻設(shè)備2.4.1 冷卻設(shè)備的作用高爐冷卻設(shè)備是高爐爐體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)爐體壽命可起到如下作用：圖2.2 爐喉鋼磚1爐喉鋼磚；2鋼軌形吊掛；3爐殼1、保護(hù)爐殼。在正常生產(chǎn)時(shí)，高爐爐殼只能在低于80的溫度下長期工作，爐內(nèi)傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走85%以上，只有15%的熱量通過爐殼散失。2、對(duì)耐火材料的冷卻和支撐。3、維持合理的操作爐型。4、當(dāng)耐火材料大部分侵蝕后，能靠冷卻設(shè)備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn)。2.4.2 冷卻介質(zhì)及水的軟化高爐冷卻用冷卻介質(zhì)是水，因?yàn)樗臒崛萘看?、熱?dǎo)率大、便于輸送，成本低廉。水的軟化主要是將鈉離子經(jīng)過離子交換劑與水中的鈣、鎂離子進(jìn)行交換，而水中其它的陰離子沒有改變，軟化后水中的堿度未發(fā)生變化，而水中含鹽量比原來略有增加。2.4.3 冷卻方式1、爐缸、爐腹及爐腰的冷卻本設(shè)計(jì)采用爐體砌磚與冷卻壁（銅冷卻壁）一體化，即將氮化物結(jié)合的碳化硅磚（相當(dāng)于爐體砌磚）與冷卻壁合注在一起，這樣較好的解決了磚襯的支承問題，縮短了施工工期。其優(yōu)點(diǎn)是：冷卻壁安裝在爐殼內(nèi)部，爐殼不開口，所以密封性好；由于均布于爐襯之外，所以冷卻均勻，侵蝕后爐襯內(nèi)壁光滑。2、爐身冷卻為了提高高爐爐身壽命，本設(shè)計(jì)采用爐身冷卻模塊技術(shù)，將冷卻水管直接焊接在爐殼上，并澆鑄耐熱混凝土，是由爐殼厚壁鋼管耐熱混凝土構(gòu)成的大型冷卻模塊組成。冷卻模塊將爐身部位的爐殼沿徑向分成數(shù)塊，塊數(shù)取決于爐前的起重能力。將厚壁（15mm）把手型無縫鋼管作為冷卻元件直接焊在爐殼鋼甲上，在爐殼及鋼管見澆注耐熱混凝土，混凝土層高出水管110130mm，構(gòu)成大型預(yù)制冷卻模塊。通過爐頂托圈吊裝與爐腰鋼甲對(duì)接，經(jīng)兩面焊接后即形成新爐身。主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下：與傳統(tǒng)的“爐殼鑄鐵冷卻壁爐襯”相比，爐身壽命提高近1倍。明顯降低爐身造價(jià)。新型冷卻模塊結(jié)構(gòu)以鋼管代替鑄鐵冷卻壁使冷卻設(shè)備重量大大降低，而以耐熱混凝土代替耐火磚，不論價(jià)格或數(shù)量都大為減少，使高爐爐身造價(jià)成倍降低?？s短大修時(shí)間，大型模塊的制造可在停爐前預(yù)先進(jìn)行，停爐后只進(jìn)行吊裝、焊接、澆注對(duì)接縫等，相當(dāng)于在高爐上整體組裝爐身，大大縮短大修工期。高爐大修初始即形成操作爐型，有力高爐順行，同時(shí)由于爐襯減薄，也擴(kuò)大了爐容，在供排水方面無特殊要求，利用原有系統(tǒng)即可正常進(jìn)行。3、爐底冷卻本設(shè)計(jì)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)行冷卻則爐體底部侵蝕嚴(yán)重，因此，高爐爐底中心部位要冷卻，高爐水冷爐底結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。圖2.5水冷爐底結(jié)構(gòu)圖水冷管中心線一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40mm10mm，爐底中心部位水冷管間距200300mm邊緣水冷管間距為350500mm，水冷管兩端伸出爐殼外50100mm.爐殼開孔后加墊板加固，開孔處應(yīng)避開爐殼折點(diǎn)150mm以上。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)排水口要高于水冷管水平面，保證管內(nèi)充滿水。2.4.4 高爐冷卻系統(tǒng)采用軟（純）水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，工作原理見圖2.6所示，這是一個(gè)完全密閉的系統(tǒng)，用軟水作為冷卻介質(zhì)。軟水由循環(huán)泵送往冷卻設(shè)備，冷卻設(shè)備排出的冷卻水經(jīng)膨脹罐送往空氣冷卻器，經(jīng)空氣冷卻器散發(fā)于大氣中，然后再經(jīng)循環(huán)泵送往冷卻設(shè)備。圖2.6 軟（純）水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)1冷卻設(shè)備；2膨脹罐；3空氣冷卻器；4循環(huán)泵；5補(bǔ)水；6加藥；7充氮膨脹罐為一圓柱形密閉容器，其中充以氮?dú)?，用以提高冷卻介質(zhì)壓力，提高飽和蒸汽的溫度，進(jìn)而提高飽和蒸汽與冷卻設(shè)備內(nèi)冷卻水實(shí)際溫度之差，即提高冷卻水的欠冷度。膨脹罐具有補(bǔ)償由于溫度的變化和水的泄露而引起的系統(tǒng)冷卻水體積的變化，穩(wěn)定冷卻系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且通過罐內(nèi)水位的變化，判斷系統(tǒng)泄露情況和合理補(bǔ)充軟水?？諝饫鋮s設(shè)備由風(fēng)機(jī)和散熱器組成，用來散發(fā)熱量，降低冷卻水溫度。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)有：1、工作穩(wěn)定可靠：由于冷卻系統(tǒng)內(nèi)具有一定的壓力，所以冷卻介質(zhì)具有較大的欠冷度。2、冷卻效果好，高爐壽命長。它使用的冷卻介質(zhì)是軟（純）水，是經(jīng)過化學(xué)處理即除去水中硬度和部分鹽類的水。這就從根本上解決了在冷卻水管或冷卻設(shè)備內(nèi)壁結(jié)垢的問題，保證有效冷卻并能延長冷卻設(shè)備的壽命。3、節(jié)水。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)完全處于密閉狀態(tài)，所以沒有水的蒸發(fā)損失，而流失也很