冶金設(shè)備課程設(shè)計(jì)

1、煉鐵高爐爐襯設(shè)計(jì)賓,舛磨，大孝設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙目錄1 .高爐本體設(shè)計(jì) 11.1.1 爐缸結(jié)構(gòu)尺寸 61.1.2 爐腰結(jié)構(gòu)尺寸 91.1.3 爐腹結(jié)構(gòu)尺寸 91.1.4 爐喉結(jié)構(gòu)尺寸 101.1.5 爐身結(jié)構(gòu)尺寸 111.1.6 其余結(jié)構(gòu)尺寸 121.1.7 爐容校核 121.3高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)總結(jié) 131.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)匯總 131.3.2 本爐型設(shè)計(jì)特點(diǎn) 152 .高爐耐火爐襯及冷卻裝置 162.1 高爐耐火爐襯設(shè)計(jì) 162.1.1 爐襯破損機(jī)理 162.1.2 高爐用耐火材料 162.1.3 高爐爐襯的設(shè)計(jì)與砌筑 182.1.6 爐身冷卻模塊技術(shù) 222.1.7 水冷爐底 233 .參考文

2、獻(xiàn) 24設(shè)計(jì)總結(jié)和感言 251 .高爐本體設(shè)計(jì)高爐是橫斷面為圓形的圓筒狀煉鐵豎爐。外部用鋼結(jié)構(gòu)做支撐，表面為鋼板作 的爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯?，F(xiàn)代高爐被稱(chēng)為“五段式”高爐，具高爐本體自上而 下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。（“五段式”內(nèi)型如圖一所示J高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔 劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng) 預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭（現(xiàn)代高爐也輔助性地噴 吹煤粉、重油、天然氣等燃料代替焦炭）中的碳同鼓 入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上 升過(guò)程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出 的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石 等熔劑結(jié)

3、合生成爐渣，與鐵分離為兩相，后從渣口排 出（有的從鐵口與鐵液一同排出）。產(chǎn)生的煤氣從爐 頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋 爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，另外還有副產(chǎn)高爐 渣和高爐煤氣。高爐煉鐵具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工 藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu) 點(diǎn)。目前這種方法生產(chǎn)的鐵已占世界鐵總產(chǎn)量的絕大 部分。1.1 高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)圖一 “五段式”高爐內(nèi)型示意圖高爐內(nèi)型是指高爐內(nèi)部工作空間中心縱剖面的輪廓。合理的爐型應(yīng)該滿足高 產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)壽的要求，能夠很好的適應(yīng)爐料的順利下降和煤氣的上升運(yùn)動(dòng)，以保 證冶煉過(guò)程的順利。在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，高爐內(nèi)型隨著原料條件的改善、

4、操作技術(shù)水平的提 高、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷地發(fā)展變化。高爐內(nèi)型的演變過(guò)程大體可以分為三個(gè)階 段：無(wú)型階段、大腰階段、近代高爐階段?，F(xiàn)代的高爐本體主要由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五部分組成，稱(chēng)為“五段式”高爐本次設(shè)計(jì)以“五段式”高爐為基，設(shè)計(jì)高爐內(nèi)型。（各部分尺寸符號(hào)見(jiàn)圖二。）圖二高爐內(nèi)各部分尺寸及表示方法高爐各部分尺寸有一定相關(guān)性，各個(gè)尺寸件的相對(duì)關(guān)系條件決定了高爐的整個(gè)爐型。高爐各部分主要參數(shù)的相關(guān)性條件如表 3所示。表3高爐內(nèi)型計(jì)算的主要參數(shù)項(xiàng)目厚壁高爐經(jīng)驗(yàn)公式薄壁高爐經(jīng)驗(yàn)公式D/d1.101.20(Vu3001000m3)1.141.20(Vu20005000n3)一般為0.650.7

5、2,大高爐取值di/d0.730.77(Vu20005000m3)高Hu/D一般為 2.04.01.92.4(Vu20005000m)爐缸高度 hihi=(0.120.15)Hu,或hi=(0.1240.17O Huhi=hf+a；(Vu20005000m3)hf風(fēng)口中心線高度；a-0.50.7爐腹角a般為78827578爐腰高度h3調(diào)整高爐容積用，一般1.03.0調(diào)整高爐容積用，一般1.03.0爐身角B般為8083般為7983風(fēng)口高度hfhi-hf=0.50.6hi-hf=0.50.6卜面就高爐各個(gè)部分的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明。2 .高爐耐火爐襯及冷卻裝置2.1 高爐耐火爐襯設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)爐型，

6、以耐火材料砌筑的實(shí)體為高爐爐襯。它的作用：在于構(gòu)成高爐 的工作空間；減少高爐的熱損失；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。2.1.1爐襯破損機(jī)理(1)爐底：爐底破損分兩個(gè)階段，初期是鐵水滲入將磚漂浮而形成鍋底形深坑；鐵水滲入的條件：爐底砌磚承受著液體渣鐵、煤氣壓力、料柱重量的1012%;砌磚存在磚縫和裂縫。第二階段是熔結(jié)層形成后的化學(xué)侵蝕。鐵水中的碳將磚中二氧化硅還原成硅，并被鐵水所吸收。影響爐底壽命的因素：是承受的高壓；是高溫；是鐵水和渣水在出鐵時(shí)的流動(dòng) 對(duì)爐底的沖刷；磚襯在加熱過(guò)程中產(chǎn)生溫度應(yīng)力引起磚層開(kāi)裂； 在高溫下渣鐵對(duì)磚襯的化學(xué)侵蝕，特別是渣液的侵蝕更為嚴(yán)重。(2)爐

7、缸：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流體對(duì)爐 襯的沖刷是主要的破壞因素；化學(xué)侵蝕；風(fēng)口帶為最高溫度區(qū)。(3)爐腹：高溫?zé)釕?yīng)力作用很大；由于爐腹傾斜故受著料柱壓力和崩料、坐料 時(shí)沖擊力的影響；承受初渣的化學(xué)侵蝕。(4)爐腰:初謂的化學(xué)侵蝕；上、下折角處高溫煤氣流的沖刷磨損。高溫?zé)釕?yīng)力的影響；堿金屬和Zn的化學(xué)侵蝕。夾帶著大量爐塵的高速煤氣流的沖刷。(5)爐喉：受到爐料落下時(shí)的撞擊作用。用金屬保護(hù)板加以保護(hù)，又稱(chēng)爐喉鋼第3頁(yè)磚。(6)決定爐襯壽命的因素：爐襯質(zhì)量，是關(guān)鍵因素。砌筑質(zhì)量。操作因素。爐 型結(jié)構(gòu)尺寸是否合理。2.1.2高爐用耐火材料(1)對(duì)耐火材料的要求：根據(jù)高爐爐襯的

8、工作條件和破損機(jī)理分析可知，高爐 爐襯的質(zhì)量和性質(zhì)是影響高爐壽命的重要因素之一，對(duì)高爐用耐火材料提出如下要 求：1)對(duì)長(zhǎng)期處于高溫條件下工作的部位，要求耐火度高，高溫下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 大，高溫下的體積穩(wěn)定性好。2)組織致密，體積密度大，氣孔率小，特別是顯氣孔率要小，提高抗法性和 減少炭黑沉積的可能。3) FeQ含量低，防止與CO在爐襯內(nèi)作用降低磚的耐火性能和在磚表面上形成 黑點(diǎn)、熔洞、熔疤、鼓脹等外觀和尺寸方面的缺陷。4)機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的耐磨性和抗沖擊能力。(2)高爐常用耐火材料：陶瓷質(zhì)材料：粘土磚、高鋁磚、剛玉磚和不定型耐火 材料等；碳質(zhì)材料：碳磚、石墨碳磚、石墨碳化硅磚、氮結(jié)合碳化硅磚等

9、。 粘土磚：基本特性：良好的物理機(jī)械性能；抗法性好；成本較低。高鋁磚：AL2Q含量大于48%勺耐火制品。基本特性：比粘土磚有更高的耐火 度和荷重軟化點(diǎn)；由于AL>O為中性，故抗法性較好；加工困難，成本較高。粘土磚和高鋁磚的外形質(zhì)量也非常重要，對(duì)于制品的尺寸允許偏差及外形分級(jí) 規(guī)定見(jiàn)表11所小。表11耐火材料尺寸允許偏差和外形規(guī)定允許偏差單位 一級(jí) 二級(jí)碳質(zhì)耐火材料：土要特性：耐火度高，不熔化也不軟化，和.03500C升華；抗潸件能好；高導(dǎo)熱件?底嚙修脹系數(shù)小,體積穩(wěn)定，卜嚶 致命弱品是易氧花：對(duì)氧化性氣氛抵抗能力差寬度證%±2±2mm±1±2不不竹

10、耐火材料:施機(jī) 新用于爐底炭磚與mm>管之間1風(fēng)口、隼口、渣口 扭曲危圍及鐵溝噴涂料悚，淞陛于把耐火磚粘結(jié)成為致密的整佻爐襯。irnme漿 任化學(xué)成分與耐火屈溫M一1用來(lái)填充爐則冷卻壁、3冷卻壁與鋤磚之間的缺棱深度，不大于mm35熔洞直徑，不大于mm35渣蝕3頁(yè) mm不準(zhǔn)有不準(zhǔn)有-:-: 隹裂紋寬度不成5mm長(zhǎng)度不甚不限制不限制裂紋寬060.50 mm度不大于mm1515間隙，起密封和補(bǔ)償收縮作用。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、能耗低、整體性好、抗熱震性強(qiáng)、不易剝落，可以減小爐襯厚度。2.1.3高爐爐襯的設(shè)計(jì)與砌筑(1)爐襯設(shè)計(jì)要考慮的因素：高爐各部位的工作條件及其破損機(jī)理；冷卻設(shè)備 形式及對(duì)磚襯所起

11、的作用；要預(yù)測(cè)侵蝕后的爐型是否合理。磚型與磚數(shù)磚型：直形磚和楔形磚兩種。磚的厚度一致；長(zhǎng)度有 230mm和 345mm兩種，使錯(cuò)縫方便。我國(guó)高爐用粘土磚和高鋁磚形狀及尺寸見(jiàn)表12。表12我國(guó)高爐用粘土磚和高鋁磚形狀及尺寸磚型尺寸,mmabbic直形磚G-1230150一75G-7230115一75G-2345150一75G-8345115一75楔形磚G-323015013575G-434515012575G-523015012075G-634515011075磚數(shù)計(jì)算：爐底：爐底磚數(shù)：砌磚總?cè)莘e除以每塊磚的容積。每層磚數(shù)：用 爐底砌磚水平截面積除以每塊磚的相應(yīng)表面積來(lái)計(jì)算。磚的重量：用每塊磚的

12、重量乘以磚數(shù)?？紤]25%的損耗。爐其它部位：都是環(huán)形圓柱體或圓錐體，需要楔形磚和直形磚配合使用。一般以 G 1直形磚與G 3或G 5楔形磚配合；G-2 直形磚與G 4或G 6楔形磚相配合。(2)爐底:結(jié)構(gòu)形式：A粘土磚或高鋁磚爐底一一小高爐爐底厚度大于爐缸直 徑的0.6倍。綜合爐底：綜合爐底是在風(fēng)冷管碳搗層上滿鋪幾層 400mm碳磚，上面 環(huán)形碳磚砌至風(fēng)口中心線，中心部位砌數(shù)層 400mm高鋁磚，環(huán)砌碳磚與中心部位高 鋁磚相互錯(cuò)臺(tái)咬合。綜合爐底的厚度為爐缸直徑的 0.3倍。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.圖2綜合爐底結(jié)構(gòu)圖B全碳磚爐底：大型高爐普遍采用。全碳磚水冷爐底厚度可以進(jìn)一步減薄。爐 底砌筑：粘土磚和高鋁磚

13、爐底的砌筑；均采用立砌，層高345mm；砌筑由中心開(kāi)始，成十字形；上下兩層的十字中心線成 22.5c45o；上下兩層中心點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)開(kāi)半塊 磚；最上層磚縫與鐵口中心線成 22.56 45qC滿鋪碳磚爐底砌筑有厚縫和薄縫兩種連接形式：一般是碳磚兩端的短縫用薄 縫，而兩側(cè)的長(zhǎng)縫用厚縫。滿鋪碳磚爐底的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3:11b21a52122276G2217522421圖3滿鋪碳磚爐底結(jié)構(gòu)圖D碳磚砌筑的原則：相鄰兩行碳磚必須錯(cuò)縫，一般在 200mm以上；上下兩層碳磚磚縫成90q最上層碳磚磚縫與鐵口中心線成 90QE綜合爐底砌筑爐底中心部位的高鋁磚砌筑高度必須與周?chē)h(huán)形碳磚高度一 致,為400mm；高鋁磚與環(huán)砌碳

14、磚間的連接為厚縫，環(huán)砌碳磚為薄縫連接；爐 底滿鋪碳磚側(cè)縫為厚縫連接，端縫為薄縫連接。 環(huán)砌碳磚為楔形碳磚。(3)爐缸：結(jié)構(gòu)形式：A粘土磚或高鋁磚爐底一一小高爐B碳磚爐缸一一大中型高爐爐缸砌筑：A粘土磚或高鋁磚爐缸的砌筑：爐缸各層皆平砌；同層相鄰磚環(huán) 的放射縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)；上下相鄰磚層的垂直縫與環(huán)縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。砌筑：每層厚400mm；每層塊數(shù)為整數(shù)；同層相鄰磚環(huán)的放射縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)；上 下相鄰磚層的垂直縫與環(huán)縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)；在碳磚爐缸的內(nèi)表面設(shè)有保護(hù)層。過(guò)去砌一層高鋁磚，近來(lái)用涂料代替高鋁磚，涂料層厚 58mm。爐缸厚度：A一般規(guī)定鐵口水平面處的厚度為小高爐：575mm (230+ 345);中型高爐：920mm (

15、230+ 345X2;大型高爐：1150mm (230X 2+345X2或更厚些。(4)爐腹、爐腰和爐身下部：A爐腹：一般砌一層高鋁磚或粘土磚，厚度為345mm。B爐腰爐腰有三種結(jié)構(gòu)形式：厚壁爐腰、薄壁爐腰和過(guò)渡式爐腰。厚壁爐腰結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)是熱損失少，但侵蝕后操作爐型與設(shè)計(jì)爐型變化大。薄壁爐腰 結(jié)構(gòu)：熱損失大些，但操作爐型與設(shè)計(jì)爐型近似。過(guò)渡式爐腰結(jié)構(gòu)：處于兩者之 問(wèn)。C爐身下部爐身下部砌磚厚度為 690805mm,目前趨于向薄的方向發(fā)展，有的 爐襯厚度采用575mm或345mm。傾斜部分按三層磚錯(cuò)臺(tái)一次砌筑。(5)爐身上部和爐喉：爐身上部一般采用高鋁磚或粘土磚砌筑。砌磚與爐殼間隙為100150

16、mm,填以水渣一一石棉隔熱材料。為防止填料下沉，每隔1520層磚，砌二層帶磚即磚緊靠爐殼砌筑，帶磚與爐殼間隙為1015mm。 爐喉：爐喉鋼磚或條狀保護(hù)板：為鑄鐵或鑄鋼件。爐喉圓周有幾十塊保護(hù)板，板之間留2040mm膨脹縫。爐喉高度方向只有一塊。3.參考文獻(xiàn)1項(xiàng)中庸高爐設(shè)計(jì)一一煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐冶金工業(yè)出版 社 2007年2郝素菊，蔣武峰，方覺(jué)高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理冶金工業(yè)出版社2003年3王平煉鐵設(shè)備冶金工業(yè)出版社2006年設(shè)計(jì)總結(jié)和感言在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的四天中，我們小組分工合作、齊心協(xié)力，如今已經(jīng)一同完成 了課程設(shè)計(jì)的所有工作。故特在此總結(jié)感悟。在課程設(shè)計(jì)的第一天我們便對(duì)這次任務(wù)進(jìn)行了規(guī)劃和分工

17、。在以后的幾天中， 我們組的成員一起分工合作，一同努力，一同奮斗。我們完成了設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工 作：閱讀課程設(shè)計(jì)相關(guān)文檔、搜集和查閱了大量資料、進(jìn)一步進(jìn)行小組討論分工完 成對(duì)資料的分析。在協(xié)作下，完成了每個(gè)人對(duì)煉鐵高爐的設(shè)計(jì)。一起尋找軟件，相 互幫助后，完成了繪制了電子圖紙，并最后撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)圖紙的繪制。在這個(gè)過(guò)程中，我們都經(jīng)歷了艱苦的 過(guò)程一一在繪圖時(shí)遇到了較大麻煩。此時(shí)我認(rèn)識(shí)到自己好多不足之處，如對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué) 習(xí)不夠認(rèn)真，對(duì)一個(gè)工科生應(yīng)學(xué)到的知識(shí)認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)不夠。我希望通過(guò)本次設(shè)計(jì)后 我能夠在認(rèn)識(shí)不足的基礎(chǔ)上認(rèn)真學(xué)習(xí)和改進(jìn)。經(jīng)歷高爐本體設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程我覺(jué)得自己的學(xué)習(xí)能力有一定的進(jìn)步。我對(duì)高爐 結(jié)構(gòu)、高爐工作原理、工作過(guò)程和高爐各種材質(zhì)的要求有了進(jìn)一步了解，對(duì)冶金設(shè) 備設(shè)計(jì)也有了一定認(rèn)識(shí)。其中特別是對(duì) CAD軟件的學(xué)習(xí)及對(duì)資料的尋找與整理，收 獲最豐。這次的課程設(shè)計(jì)，我們小組一起經(jīng)歷了奮斗的酸甜苦辣，一起體驗(yàn)了合作的點(diǎn) 滴感動(dòng)，也一起分享了成功的喜悅。因?yàn)閷?duì)我們每個(gè)人來(lái)說(shuō)，這一次的課程設(shè)計(jì)都 是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們每個(gè)人都不完美，對(duì)課題的了解也都不完全，尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)輔 助制圖的軟件，我們大家都不太精通。這時(shí)候小組的力量就體現(xiàn)出來(lái)了，各司其 職，各盡其能，終于集體的力量發(fā)揮了效用，使我們終于到達(dá)了成功