包頭原料條件下1800立方米高爐本體與渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、 . 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：原料條件下1800m3高爐本體與渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計65 / 72原料條件下1800m3高爐本體與渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計摘要高爐本體與渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計是煉鐵車間設(shè)計的重要部分。為了達到高產(chǎn)、低耗、長壽、環(huán)保的生產(chǎn)目標，設(shè)計過程中，從高爐型設(shè)計、耐火材料、冷卻設(shè)備與渣鐵處理方式的設(shè)計均借鑒了國外先進高爐的情況。本設(shè)計采用了瓷杯爐缸爐底，選擇銅冷卻壁作為高熱負荷區(qū)的冷卻設(shè)備。高爐冷卻方式采用軟水密閉循環(huán)進行冷卻。風(fēng)口平臺出鐵場設(shè)計為矩形雙出鐵場，雙鐵口平衡布置，渣鐵溝布置合理，鐵水擺動流嘴，出鐵場平坦化，爐前設(shè)備選型機械化程度高，選用除塵設(shè)施改善出鐵場操作環(huán)境。關(guān)鍵詞：高爐

2、；設(shè)計；耐火材料；冷卻設(shè)備；渣鐵The Design of 1800 m3 Blast Furnace Slag Ontology and Iron Processing System Under the Raw Material Conditions in Baotou RegionAbstractThe blast furnace slag ontology and iron processing system design is an important part of the ironmaking workshop design. In order to achieve high yi

3、eld, low consumption, long production target, environmental protection, design process, from the blast furnace type in design, fire-proof material, cooling equipment and slag iron's handling of the design are lessons from the domestic and international advanced of the blast furnace. This design

4、uses a ceramic cup hearth bottom, chooses copper cooling load as high fever of cooling equipment. The soft water airtight cycle cooling is used as cooling method. Tuyere platform casthouse design for rectangular double casthouse, double iron mouth balance layout, slag iron ditch decorate reasonable,

5、 swinging flow hot mouth, casthouse flattening ", before furnace equipment selection mechanization degree is high, choose dust removal facilities improve casthouse operating environment. Key words：blast furnace，design，refractory，cooling equipment，slag iron目 錄摘要IAbstractII第一章 文獻綜述11.1高爐發(fā)展史11.2五段

6、式高爐爐型21.2.1 高爐有效容積Vu和有效高度Hu31.2.2 Hu/D31.2.3 h0、h1、h2、h3、h4和h541.2.4 、角41.3高爐用耐火材料51.4高爐冷卻設(shè)備61.5高爐基礎(chǔ)101.6渣鐵處理系統(tǒng)101.6.1風(fēng)口平臺與出鐵場設(shè)計101.6.2 爐前主要設(shè)備121.6.3 鐵水處理設(shè)備121.6.4 爐渣處理121.7高爐本體和出鐵場的設(shè)計方案13第二章 煉鐵工藝計算142.1 高爐物料平衡計算142.1.1 原料條件與平衡計算142.1.2 物料平衡計算192.2 高爐熱平衡計算242.2.1 全爐熱平衡242.2.2 高溫區(qū)熱平衡282.3煉鐵焦比的計算30第三章

7、 高爐型設(shè)計333.1 爐缸設(shè)計333.1.1 爐缸尺寸333.1.2 渣口高度333.1.3 風(fēng)口高度333.1.4 風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸343.2 死鐵層厚度343.3 爐腰直徑D，爐腹角，爐腹高度h2343.4 爐喉直徑d1，爐喉高度h5，爐身角，爐身高度h4，爐腰高度h3353.5 校核爐容363.6 爐頂高度h6，全高H36第四章 爐襯設(shè)計394.1 高爐各部位耐材的選擇394.1.1 爐缸與爐底部位394.1.2 爐腹部位394.1.3 爐身中下部與爐腰部位394.1.4 爐身上部與爐喉部位404.2 爐襯砌筑404.2.1 爐缸與爐底部位的砌筑404.2.2 爐腹部位砌筑424.2.3

8、爐腰部位砌筑434.2.4 爐身部位砌筑44第五章 高爐冷卻設(shè)備的選擇485.1 高爐冷卻設(shè)備485.2 合理的冷卻結(jié)構(gòu)485.3 本設(shè)計所采用的冷卻設(shè)備485.3.1 爐底冷卻設(shè)備485.3.2 爐缸側(cè)壁冷卻設(shè)備505.3.3 爐腹505.3.4 爐腰、爐身下部冷卻設(shè)備515.3.5 爐身中部冷卻設(shè)備535.3.6 爐身上部與爐喉冷卻設(shè)備545.4 高爐給排水系統(tǒng)565.4.1 高爐車間對供水系統(tǒng)的要求565.4.2 高爐給排水系統(tǒng)565.5 高爐冷卻水系統(tǒng)56第六章 渣鐵處理系統(tǒng)設(shè)計586.1 風(fēng)口平臺與出鐵場設(shè)計586.1.1 風(fēng)口平臺設(shè)計586.1.2 出鐵場設(shè)計586.2 鐵溝、渣溝

9、與砂口設(shè)計586.2.1 鐵溝586.2.2 渣溝596.2.3 砂口596.2.4 鐵水擺動流嘴596.3 爐前設(shè)備的選型606.3.1 泥炮606.3.2 開鐵口機606.4鐵水處理設(shè)備616.4.1 鐵水罐車的選擇616.4.2 鑄鐵機的選擇626.5 爐渣處理設(shè)備626.5.1 圖拉法處理爐渣626.5.2 干渣場設(shè)計646.6 出鐵場除塵64參考文獻65致67第一章 文獻綜述高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以與高爐爐型設(shè)計等，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)計是高爐本體設(shè)計的基礎(chǔ)。近代高爐爐型向著大型橫向發(fā)展，目前，世界高爐

10、最大有效容積是5580m3，高徑比2.0左右。高爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計的先進、合理是實現(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)設(shè)計和選型的依據(jù)。高爐本體設(shè)計的基本構(gòu)架，包括煉鐵工藝，耐火材料，爐體冷卻和承重結(jié)構(gòu)四個方面的容，這些與設(shè)備、建筑、自控、土建等多個專業(yè)緊密相關(guān)，是一個典型的協(xié)同設(shè)計過程1。1.1高爐發(fā)展史圖1.1所示原始形高爐爐型，由于當時工業(yè)不發(fā)達，高爐冶煉以人力、畜力、風(fēng)力、水力、鼓風(fēng)等，由于鼓風(fēng)能力很弱，為了保證整個爐缸截面獲得高溫，爐缸直徑很小；冶煉以木炭或者無煙煤為燃料，機械強度很低，為了避免在高爐下部壓碎而影響料柱透氣性，故原始高爐高度很小，為了人力裝料方便并能夠?qū)t

11、料裝到爐喉中心，爐喉直徑也很小，而大的爐腰直徑減小了煙氣外流速度，延長了煙氣在爐停留時間，起到燜住爐熱量的作用。因此，爐缸和爐喉直徑小，爐身下部爐腹直徑大，高度小等等，是各國高爐原始爐型的共同點。圖1.1 原始高爐爐型到18世紀末，煤和蒸汽機已使得英國的煉鐵業(yè)徹底改革，鐵的年產(chǎn)量從公元1720年的2.05萬噸（大多是木炭鐵）增加到1806年的25萬噸（幾乎全是焦炭鐵）。估計，每生產(chǎn)1噸焦炭需煤3.3噸左右，但是，高爐燒焦炭勢必增加碳含量，以致早期焦炭鐵的碳含量在1.0%以上，全部成為灰口鐵既石墨鐵。高爐的尺寸在18世紀一直在增大。如圖1.2所示。從公元1650年約7米，到1794年俄國的涅夫揚

12、斯克高爐已增加到13.5米，由于蒸汽鼓風(fēng)機和焦炭的使用，爐頂裝料裝置逐步實現(xiàn)機械化，高爐型趨向于擴大爐缸爐喉直徑，并向高度方向發(fā)展，逐漸形成近代五段式高爐爐型。全部高爐都設(shè)有兩個以上的風(fēng)嘴，另一個巨大進步就是采用熱風(fēng)。近代高爐，由于鼓風(fēng)機能力進一步提高，原料燃料處理更加精細，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。近些年來大型鋼鐵企業(yè)多采用4000m3以上的大型高爐2。圖1.2 近代高爐爐型1.2五段式高爐爐型圖1.3 五段式高爐1.2.1 高爐有效容積Vu和有效高度Hu高爐大鐘下降位置的下緣到鐵口中心線之間的距離稱為高爐有效高度（Hu），對于無鐘爐頂為流槽最低位置的下緣到鐵口中心線之間的距離；在有效高

13、度圍，爐型所包括的空間稱為高爐有效容積（Vu）。高爐的有效高度，對高爐煤氣與爐料之間傳質(zhì)傳熱過程亦有重大影響，增加有效高度，在一樣的爐容和冶煉強度的條件下，煤氣流速和與爐料接觸的機會增加，有利于改善傳熱傳質(zhì)過程，有利于降低燃料消耗量；但過分增加有效高度，料柱有效重量并不成正比例增加，但對煤氣的阻力卻成比例增加，容易形成料拱，對爐料下降不利，甚至破壞高爐順行。高爐有效高度應(yīng)適應(yīng)原料燃料條件，諸如燃料強度、粒度與均勻性等。1.2.2 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“細長”的一個重要設(shè)計指標，隨爐容的擴大而減小，說明大型高爐主要是靠擴大爐徑來增加爐容，

14、由于受焦炭強度的限制，所以Hu變化不大。在我國大型高爐Hu/D=2.53.1，中型高爐為2.93.5，小型高爐為3.74.5。1.2.3 h0、h1、h2、h3、h4和h5h0：加強死鐵層深度，對提高爐缸、爐底壽命有著重要意義。故提出死鐵層深度應(yīng)為爐缸直徑的15%20%。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。同時，爐缸有足夠的熱量，生鐵成分穩(wěn)定。另一方面，死鐵層加深后，爐底遠離高溫區(qū)，減少熱量沖擊。另外，死鐵層加深后爐底也可以減薄，既節(jié)省耐火材料又縮短砌筑時間。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、強度

15、好等的耐火材料外，還應(yīng)改進砌筑結(jié)構(gòu)。中小型高爐h0取值450600mm，大高爐為1000mm以上，由于冶煉不斷強化，增加死鐵層厚度，以便有效保護爐底。h1：h1= hf+a 風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸a取值為0.350.5。h2:1800m³級高爐h2取值一般為3.03.6m。h3：對冶煉影響不顯著設(shè)計一般取13m，爐容大向上取值，設(shè)計中可調(diào)整h3確定爐容。h4：爐身高度占高爐有效高度的50%60%。h4適度提高可增加風(fēng)口帶回旋區(qū)，有利于強化。h5：應(yīng)能保證爐喉布料與其調(diào)節(jié)需要，一般為23m。1.2.4 、角高爐爐腹角（）和爐身角（）一般取值為79°83°；爐身角有減小的趨勢，

16、和角對型合理與否有著重要的影響。因為爐氣在爐傳質(zhì)傳熱取決于兩個方面：一是煤氣在爐停留的時間。它取決于高爐下部容積與高爐有效容積之比；二是取決于煤氣在爐分布。除操作因素外，對爐型來說就是和了。適宜的減小和，利于煤氣流上升與分布，且有利于保護爐襯。而、大了不僅影響煤氣流分布，中心氣不開放，還影響高爐壽命。爐型設(shè)計合理是獲得良好技術(shù)經(jīng)濟指標，保證高爐操作順行的基礎(chǔ)3。而高爐設(shè)計尤為關(guān)鍵，沒有科學(xué)的設(shè)計其他都無從談起，科學(xué)的設(shè)計是高爐長壽的基礎(chǔ)4。1.3高爐用耐火材料在侵蝕性因素聯(lián)合作用下引起高爐爐襯損毀，這些因素包括：爐渣、堿類物質(zhì)、鐵水、氣體介質(zhì)、爐料磨損、熱應(yīng)力等。高爐每個部位的使用條件不同，要

17、求區(qū)別對待爐襯每個區(qū)段用相應(yīng)耐火材料的選擇。高爐用耐火材料有瓷質(zhì)材料和碳質(zhì)材料兩大類。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。（1）粘土磚和高鋁磚。粘土磚和高鋁磚亦稱瓷質(zhì)或粘土質(zhì)耐火材料，在高爐上使用已有較長久的歷史，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于高爐各個部位。粘土磚、高鋁磚具有良好的機械強度，耐磨性和抗渣性均較好，成本較低。（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。近代高爐逐漸大型化，冶煉強度也有所提高，爐襯熱負荷加重，碳質(zhì)耐火材料具有獨特的性能，逐漸應(yīng)用到高爐上來，尤其是爐缸爐底部位幾乎普遍采用碳質(zhì)材

18、料，其他部位爐襯的使用量也日趨增加。（3）不定形耐火材料。不定形耐火材料主要有搗打料、噴涂料、澆注料、泥漿和填料等。按成分可分碳質(zhì)不定形耐火材料和粘土質(zhì)耐火材料。搗打料、噴涂料、澆注料可根據(jù)需要和部位的不同，形成各種形狀。泥漿是砌磚不可缺少的填縫粘結(jié)劑。填料一般是兩層砌體之間的隔熱物質(zhì)或是粘結(jié)物質(zhì)610。不定形耐火材料與成型耐火材料相比，具有成型工藝簡單、能耗低、整體性好、抗熱震性強、耐剝落等優(yōu)點；還可以減小爐襯厚度、改善熱導(dǎo)率等，近年來使用較多7。高爐爐底、爐缸是高爐的重要部位，爐齡的長短，主要取決于這兩部位的使用壽命11。因此，近代高爐在此部位均采用炭磚加瓷杯的混合結(jié)構(gòu)。爐底下部全部使用炭

19、磚，上部靠周邊冷卻壁砌筑環(huán)形炭磚，爐缸部位也采用炭磚砌筑，在爐底中央和炭磚側(cè)砌筑瓷質(zhì)材料的瓷標。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，加強爐底冷卻散熱，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)等溫線推至保護層，從而減緩爐底侵蝕速度，防止環(huán)形斷層的發(fā)生，延長爐底使用壽命，另外，炭磚的最大弱點是抗氧化能力差。盡管高爐冶煉性屬于還原性氣氛，但是暴露無遺在與爐氣接觸的炭磚，仍然非常容易氧化。因此，采用在炭磚側(cè)鑲砌一層高溫理化性能特好的中性瓷材料以保護炭磚在烘爐期間和爐役前期不被氧化的瓷杯技術(shù)，如圖1.4。能夠有效地阻止液體爐渣和鐵水過早地向炭磚滲透接觸，間接地延

20、長高爐的使用壽命。圖1.4瓷杯結(jié)構(gòu)與理論等溫線分布圖 1.4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，對爐體壽命起到如下作用：（1）保護爐殼。在正常生產(chǎn)時，高爐爐殼只能在低于80的溫度下長期工作，爐傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走85%以上，只有約15%的熱量通過爐殼散失。（2）對耐火材料的冷卻和支承。在高爐耐火材料表面的工作溫度高達1500左右，如果沒有冷卻設(shè)備，在很短的時間耐火材料就會侵蝕或磨損。通過冷卻設(shè)備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。冷卻設(shè)備還可以對高爐襯起支承作用增加砌體的穩(wěn)定性。（3）維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕型接近操作爐型，對高爐煤氣流的合理分布、爐

21、料的順行起到良好的作用。（4）當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。由于高爐各個部位熱負荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要求，高爐冷卻設(shè)備有：外部噴水冷卻，風(fēng)口和渣口冷卻，冷卻壁，冷卻水箱，以與風(fēng)冷或者水冷爐底等。（1）噴水冷卻裝置。在爐身和爐腹部位設(shè)有環(huán)形冷卻水管，水管直徑；50150mm,約距爐殼100mm，水管上朝爐殼斜上方鉆有58小孔若干，小空間距100mm。冷卻水經(jīng)由小孔噴射到爐殼上進行冷卻。為了防止水的噴濺，在爐殼上裝有防濺板，防濺板與爐殼之間有810mm的縫隙，冷卻水沿爐殼下流至集水槽返回水池。噴水冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡單，檢查方便，造價低廉。適用于碳質(zhì)爐襯和小型

22、高爐，對于大型高爐是一種輔助性的冷卻手段。（2）風(fēng)口和渣口。寶鋼1號高爐風(fēng)口裝置見圖1.5，由A-1管、A-2管、伸縮管、異徑接頭、彎管、直吹管等組成。伸縮管可吸收熱膨脹位移，結(jié)構(gòu)密封性好。A-2管襯由耐火材料澆注成文氏管結(jié)構(gòu)，用來測定送風(fēng)量。圖1.5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)渣口裝置一般由四個套組成，即大套，二套，三套和渣口小套，見圖1.6。渣口小套由紫銅制造，一般為空腔式結(jié)構(gòu)，直徑4560mm；三套由青銅鑄成空腔式結(jié)構(gòu)；大套、二套由鑄鐵鑄成，部鑄有蛇形鋼管。圖1.6 渣口結(jié)構(gòu)（3）冷

23、卻壁。見圖1.7。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)是鑄鐵板鑄有無縫鋼管。光面冷卻壁用于爐底爐缸，風(fēng)口區(qū)冷卻壁的塊數(shù)為風(fēng)口數(shù)目的兩倍；渣口周圍上下段各兩塊，由四塊冷卻壁組成。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。冷卻壁用方頭螺栓固定在爐殼上，每塊4個螺栓。同段冷卻壁間豎直縫20mm，上下段間水平縫30mm，兩段豎直縫相互錯開。冷卻壁的優(yōu)點是不損壞爐殼強度，密封性好，冷卻均勻，爐襯表面光滑平整。圖1.7 高爐冷卻壁銅冷卻壁的特點有13,14：1）銅冷卻壁具有導(dǎo)熱率高，熱損失低的特點。目前國外銅冷卻壁大多以軋制純銅為材質(zhì)，經(jīng)鉆孔加工而

24、成。這樣制作出來的銅冷卻壁的冷卻通道與壁體是一個有機整體，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際的使用過程中能保持非常低的工作溫度。2）利于渣皮的形成與重建。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。由于銅冷卻壁具有良好的導(dǎo)熱性，因而能形成一個相對較冷的表面，從而為渣皮的形成和重建創(chuàng)造有利條件。由于渣皮的導(dǎo)熱性極低，渣皮形成后，就形成了爐向銅冷卻壁傳熱的一道隔熱屏障，從而減少了爐熱損失。研究表明，在渣皮脫落后，銅冷卻壁能在15min完成渣皮的重建，而雙排水管球墨鑄鐵冷卻壁至少需要4h。為了提高冷

25、卻壁壽命，日本新日鐵公司對冷卻壁結(jié)構(gòu)做了多次改進，效果顯著，其四代結(jié)構(gòu)情況如圖1.8。第二代較第一代平均壽命提高了3.2年，一代產(chǎn)量提高了1445t/m3；而第三代使用壽命可穩(wěn)定的保持10年；第四代冷卻壁砌體厚度減薄至200mm，因而冶煉中有利于維持爐型，穩(wěn)定了爐容。第三代冷卻壁爐齡后半期容積為開爐時的1.13倍，而四代冷卻壁減少到1.05倍。圖1.8 四代冷卻壁（4）冷卻水箱。冷卻水箱是埋于爐襯的冷卻設(shè)備，用于厚壁爐襯，有扁水箱和支梁式水箱兩種。（5）風(fēng)冷、水冷爐底。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，如不進行冷卻則爐底向下侵蝕嚴重。因此大型高爐

26、爐底中心部分要冷卻，冷卻的方法是風(fēng)冷和水冷。1.5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。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。基墩斷面為圓形，高度一般為2.53m?；睆脚c荷載和地基土質(zhì)有關(guān)15。1.6渣鐵處理系統(tǒng)1.6.1風(fēng)口平臺與出鐵場設(shè)計（1）風(fēng)口平臺與出鐵場風(fēng)口平臺是爐前操作人員活動的平臺，通過風(fēng)口觀察爐況，更換風(fēng)口，放渣，維護鐵口與渣鐵溝和冷卻設(shè)備，操縱一些閥門等。風(fēng)口平臺一般比風(fēng)口中心線低11501250mm，應(yīng)該平坦且留有排水坡度，其操作面積隨爐容大小而異16。在鐵口側(cè)布置著鐵溝和下渣溝的爐前平臺叫出鐵場。見圖1.9。鐵口是爐缸中

27、最薄弱的部分，出渣出鐵是高爐的基本操作。出鐵場和操作平臺上設(shè)置有以下設(shè)備：渣鐵處理系統(tǒng)、主溝鐵溝等修理更換設(shè)備、能源管道（水、煤氣、氧氣、壓縮空氣）、風(fēng)口裝置和更換風(fēng)口的設(shè)備、爐體冷卻系統(tǒng)和燃料吹噴系統(tǒng)的設(shè)備、起重設(shè)備、材料和備品備件堆置場、集塵設(shè)備、人體降溫設(shè)備、照明設(shè)備以與爐前休息室、操作室、值班室等。在出鐵場上把這些布置合理，使用方便，減輕體力勞動，改善環(huán)境，保證出鐵出渣操作的順利進行是設(shè)計時必須考慮的事項。矩形出鐵場有如下的優(yōu)點17：矩形出鐵場在鐵口上方可設(shè)置較大面積的除塵罩，鐵口除塵效果好。環(huán)形出鐵場受到吊車環(huán)梁的限制，鐵口上方無法放置較大的除塵罩；與環(huán)形出鐵場相比，矩形出鐵場廠房結(jié)

28、構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)量較小，投資較低；矩形出鐵場爐體平臺檢修維護環(huán)境較好。而環(huán)形出鐵場由于環(huán)形吊車環(huán)梁與環(huán)形廠房的影響，爐體各層平臺面積受到限制，對爐體平臺的布置造成一定的困難，環(huán)形氣樓附近的幾層爐體平臺。經(jīng)常有從出鐵場收集的煙塵聚集，平臺積灰較多，爐體平臺的檢修維護環(huán)境差。圖1.9矩形出鐵場（2）出鐵場除塵為了改善爐前高溫、多塵的勞動環(huán)境，減少煙塵和熱輻射對人體的危害，在渣鐵溝上方設(shè)計有溝蓋，在渣、鐵罐的上方設(shè)計有抽塵罩，除塵管道全部采用側(cè)吸式并埋入沙層中。由于鐵口區(qū)煙塵量占出鐵場煙塵總量的30%，所以鐵口區(qū)域設(shè)計采用了頂吸式，通過抽風(fēng)機把煙塵抽走。未抽盡的煙塵通過出鐵場上的排煙氣樓自然排出。1.6.2

29、 爐前主要設(shè)備爐前設(shè)備主要有開鐵口機、堵鐵口泥炮、堵渣機、換風(fēng)口機、爐前吊車等17。1.6.3 鐵水處理設(shè)備鐵水運輸是冶金企業(yè)關(guān)鍵工藝之一，隨著鋼鐵生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的不斷壯大，鐵水運輸方式也正在不斷發(fā)展。鐵水罐車是鋼鐵企業(yè)鐵水運輸?shù)闹匾ぞ?，目前鐵水罐車主要有兩種：一種是敞口式鐵水車，一種是魚雷形混鐵車（魚雷罐車）。中小型高爐一般采用敞口式鐵水車，大型高爐多采用魚雷罐車。采用不同的鐵水運輸車輛，對于鋼鐵生產(chǎn)節(jié)奏和鋼鐵質(zhì)量會產(chǎn)生不同的影響。1.6.4 爐渣處理高爐渣處理方法有爐渣水淬、放干渣與沖渣棉。目前，國高爐普遍采用水沖渣處理方法。（1）圖拉法水淬渣（TYNA）圖拉水淬渣工藝的原

30、理是用高速旋轉(zhuǎn)的機械?；喤浜系娃D(zhuǎn)速脫水轉(zhuǎn)鼓處理熔渣，工藝設(shè)備簡單，耗水量少，渣水比為1：1，運行費用低，可處理含鐵量小于40%的熔渣，不需要設(shè)干渣坑，占地面積小，渣中帶鐵不爆炸等優(yōu)點。但也有缺點：工程投資高，?；鞑鹦?、維修難度大、時間長，大直徑輪式脫水器運行不穩(wěn)定，維護費用高，成品渣質(zhì)量不好，無法處理泡沫渣。我國唐鋼2560m3高爐、濟鋼1750m3高爐爐渣處理系統(tǒng)采用了該工藝1819。（2）INBA法（英巴法）INBA法是由盧森堡PW公司開發(fā)的一種爐渣處理工藝。從渣溝流出的熔渣經(jīng)沖渣箱進行粒化，粒渣和水經(jīng)水渣溝流入渣槽，蒸汽由煙囪排出，水渣自然流入設(shè)在過濾滾筒下面的分配器。分配器沿整個滾

31、筒長度方向布置，能均勻的把水渣分配到過濾滾筒。水渣隨滾筒旋轉(zhuǎn)由攪動葉片帶到上方時，脫水后的粒渣滑落在伸進滾筒上部的排料膠帶機上，然后由輸送膠帶機運至粒渣槽或堆場。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入冷卻水池，冷卻后的沖渣水經(jīng)?；谜舅屯鼪_制箱循環(huán)使用。缺點是運行不穩(wěn)定，故障率高2021。（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處，用具有一定壓力和流量的水將熔渣沖擊而水淬。水淬后的爐渣通過沖渣溝隨水流入過濾池，沉淀、過濾后的水淬渣，用電動抓斗機從過濾池中取出，作為成品水渣外運。OCP法是較成熟的爐渣處理工藝，過濾水中固體懸浮物少，對設(shè)備和管道的磨

32、損少，我國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。1.7高爐本體和出鐵場的設(shè)計方案 根據(jù)上述文獻資料的分析總結(jié)，按照高爐設(shè)計先進、合理、可行、經(jīng)濟的原則，本設(shè)計擬采用如下方案：采用瓷杯爐缸爐底；出鐵場設(shè)計為雙矩形出鐵場，用圖拉法水沖渣處理爐渣。第二章 煉鐵工藝計算2.1 高爐物料平衡計算2.1.1 原料條件與平衡計算221. 原料條件地區(qū)原料成分見表2.12.3表 2.1 礦石成分表(%)成分TFeMnPSFFeOCaO燒結(jié)礦56.050.780.060.060.277.710.59球團礦63.570.040.020.010.061.830.94生礦65.35

33、0.170.050.020.031.860.10硅礦1.080.000.000.000.000.000.17石灰石0.000.000.010.030.000.0056.00續(xù)表成分SiO2MgOAl2O3RxOyK2ONa2OCO2燒結(jié)礦5.152.010.490.980.130.220.00球團礦5.560.730.390.170.110.130.00生礦2.720.130.810.000.0130.000.00硅礦96.000.082.210.000.000.000.00石灰石0.390.090.170.000.000.0043.28表 2.2 焦炭成分表（%）固定碳（%）灰分（13.57

34、0%）83.880SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O56.3805.4000.8000.1000.8300.0500.010續(xù)表揮發(fā)分 （1.030%）有機物（1.520%）合計全硫游離水CO2COCH4N2H2HNS100.000.8003.7000.1500.4900.1500.0860.1500.5000.2490.771（S全S有機FeS×32/880.7710.050×32÷880.800）表 2.3 煤粉成分表（%）CHONSH2O78.9902.3904.0300.7400.5800.900續(xù)表灰分（12.370%）SiO2Al2O3C

35、aOMgOFeO合計5.5865.2900.5600.2180.716100.00（1） 原料成分：采用燒結(jié)礦、球團礦、生礦冶煉。礦比為90：5： 5。礦石成分經(jīng)補齊平衡計算后見表2.4（2） 冶煉制鋼生鐵，規(guī)定生鐵成分Si0.5%，S0.03%（3） 煉鐵焦比K410 Kg/t，煤比M130 Kg/t（4） 規(guī)定爐渣堿度RCaO/ SiO21.03（5） 元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率見表2.5（6） 選取鐵的直接還原度rd0.45，氫的利用率H235%（7） 空氣濕度為4.298 g/m3（8） 鼓風(fēng)濕度為0.00124×4.2980.0053，即0.53%（9） 熱風(fēng)濕度為1

36、200表 2.4 原料成分表（%）項目TFeMnPSFeOFe2O3CaO燒結(jié)礦56.0500.7800.0600.0607.70071.36610.574球團礦63.5700.0400.0200.0101.83088.7561.340生礦65.3490.1700.0500.0201.86091.2640.100硅礦1.08000001.5430.170石灰石000.0100.0300056.000混合礦56.8910.7130.0580.0567.1573.2309.589續(xù)表項目MgOSiO2Al2O3MnOMnO2P2O5FeS燒結(jié)礦1.9774.9000.2901.00700.1370

37、.165球團礦0.8885.8600.6400.05200.0460.028生礦0.1302.7200.81000.2690.1150硅礦0.08096.0002.2070000石灰石0.0900.3900.123000.0230混合礦1.8304.8390.3340.9090.0130.1310.150續(xù)表項目RxOyCO2CaF2K2ONa2On燒結(jié)礦0.98000.5540.1300.220100球團礦0.17000.1230.1100.130100生礦000.0620.0130100硅礦00000100石灰石043.280000100混合礦0.89100.5080.1230.20510

38、0對于生礦，補齊平衡計算后n100燒損2.619（其中含有結(jié)晶水）對于混合礦，補齊平衡后n100燒損0.131%表 2.5 元素在生鐵爐渣煤氣中的分配率項目FeKMnNaPS生鐵0.9970.30.50.31.0爐渣0.0030.70.50.70煤氣000000.0052. 配料計算（1） 鐵礦石用量計算 燃料帶入鐵量FefFef焦炭帶入+煤粉帶入 410×（0.0083×56/720.0005×56/88）130×0.00716×56/72 3.50 Kg計算礦石用量 AA1000×95.70.73×SiS100Fef&#

39、215;1/1TFe0.68P礦1.03Mn礦2 1000×95.70.73×0.50.0399.7×3.50/0.997×56.8910.68×0.0580.5×1.03×0.713 1662.19 Kg2 生鐵成分計算 FeA×TFe/100Fef×0.997/101662.19×0.568913.50×0.997/1094.62 PA×P礦/100焦炭中P帶入量/101662.19×0.058/100410×0.0001×62/142/10

40、0.10 MnA×Mn礦/100×2/10 1662.19×0.00713×0.5/10 0.59 C100FeSiMnPS10094.620.50.590.100.034.16生鐵成分表如表2.6表2.6 生鐵成分表（%）項目FeSiMnPSC比例94.620.500.590.100.034.16100.00（3）熔劑用量計算礦石燃料帶入的CaO量1662.19×0.095894l0x0.008130×0.0056 163.40 Kg礦石燃料帶入的Si021662.19×0.04839+410×0.0638 13

41、0x0.0558610×0.5×60/28 103.14 Kg由計算可見SiO2量小于CaO量，故原料中加入SiO2作為熔劑。硅石用量(1.03×103.14163.40)/（0.00171.03×0.96）57.91 Kg(4)渣量與爐渣成分計算爐料帶入的各種爐渣組分的數(shù)量為CaO163.4057.19×0.0017163.50 KgSiO2103.1457.19×0.96158.04 KgMgO1662.19×0.0183410×0.001130×0.0021857.19×0.000831.

42、16 KgAl2O31662.19×0.00334410×0.054+130×0.0529+57.19×0.0220735.83 Kg渣中MnO量1662.19×0.00909×0.5×71/559.75 Kg渣中FeO量946.2×0.003/0.997×72/563.66 Kg渣中CaF2量1662.19×0.005088.44 Kg渣中K2O量1662.19×0.00123×0.71.43 Kg渣中Na2O量1662.19×0.00205×0.72.

43、39Kg渣中RexOy量1662.19×0.0089114.81 Kg每噸生鐵爐料帶入的硫量（硫負荷） S1662.19×0.00056+410×0.00771+130×0.00584.85 Kg進入生鐵的硫量1000×0.03%0.3 Kg進入煤氣的硫量4.85×0.050.24 Kg進入渣中的硫量4.85-0.3-0.244.31 Kg爐渣組成列入表2.7表2.7 爐渣組成項 目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeO數(shù)量Kg163.5031.16158.0435.839.753.66成分 %37.927.2336.658.31

44、2.260.85項目K2ONa2ORexOyCaF2S/2數(shù)量Kg1.432.3914.818.442.16431.17成分 %0.330.553.431.960.50100.00爐渣性能校核： 爐渣實際堿度R163.50/158.041.03爐渣脫硫之硫的分配系數(shù)Ls2×0.5 /0.0333.332.1.2 物料平衡計算已知rd0.45，H35%，空氣濕度為4.298 g/m3.鼓風(fēng)濕度為0.00531 鼓風(fēng)量的計算燃燒帶入的可燃碳量 Cf410×0.8388+130×0.7899 446.60 Kg生成CH4耗碳 CCH4446.60×0.014.

45、47 Kg生鐵滲碳 CC10×4.1641.6 Kg每噸生鐵的氧化碳量 CO CfCCH4CC446.604.4741.6400.53 Kg其它因素直接還原耗碳Cda10（Si×24/28Mn×12/55P×60/62）(S)×12/32 10×（0.5×24/28+0.59×12/55+0.1×60/62）+4.31×12/32 8.16 Kg 鐵的直接還原耗碳 CdFe10Fe×rd×12/5610×94.62×0.45×12/5691.24

46、 Kg風(fēng)口前燃燒碳量 CbCoCdaCdFe 400.538.1691.24 301.13 Kg風(fēng)口前碳所占比例為 Cb/Cf301.13/446.6067.43%鼓風(fēng)含氧量 O2b設(shè)計中采用富氧操作，富氧率fo2%O2b0.21×0.290.020.21+0.29×0.00530.020.232每噸生鐵的鼓風(fēng)量VbVbCb/24M×OMH2OM×16/18/32×22.4/ O2b 301.13/24130×（0.0429+0.0096×16/18）/32×22.4/0.232 1191.27 m3鼓風(fēng)密度 b1

47、.2880.484×0.00530.141×0.0251.29 Kg/m3Wfo/a0.210.02/10.210.025 a取1每噸生鐵的鼓風(fēng)質(zhì)量 GbVb×b1191.27×1.291536.74 Kg2.煤氣組分與煤氣量計算(1) CH4VCH4410×22.4×CH4k/16CCH4×22.4/12410×22.4×0.0015/16+4.47×22.4/129.21 m3(2) H2鼓風(fēng)濕分分解的氫Vb×1191.27×0.00536.31 m3燃燒帶入的氫K

48、15;H2KM×H2MH2Om×2/18×22.4/2410×（0.0016+0.005）+130×（0.0254+0.0096×2/18） ×22.4/268.84 m3入爐總氫量H26.31+68.8475.15（m3）生成CH4耗氫CCH4×2/12×22.44.47×2/12×22.416.69 m3設(shè)定有35%的氫參加還原，還原氫量 H2rH2×0.3575.15×0.3526.30 m3進入煤氣的氫量 VH275.1516.6926.3032.16m3高

49、爐中氫的還原度（假定還原氫均參與浮氏體的還原）ri(H2)H2r×56/22.4×Fe×1026.30×56/22.4×946.20.07(3) CO2 礦石中帶入的CO2 0 m3熔劑(硅石)分解出的CO2 0 m3焦炭帶入的CO2410×0.0015×22.4/440.31 m3由爐料共帶入CO20.31 m3高級氧化鐵還原生成的CO2A×Fe2O3A×22.4/1601662.19×0.7323×22.4/160170.41 m3礦石中MnO2還原成MnO生成的CO2A×

50、;MnO2×22.4/871662.19×0.00013×22.4/870.06由FeO還原成Fe生成的CO210×Fe×1rdriH2×22.4/56 946.2×（1-0.45-0.07）×22.4/56 181.67 m3因還原共產(chǎn)生CO2170.41+0.06+181.67352.14 m3煤氣中的CO2總量VCO2352.140.31352.45 m3(4) CO風(fēng)口前燃燒碳生成的COCb×22.4/12301.13×22.4/12562.11 m3鐵直接還原生成的COCdFe

51、5;22.4/1291.24×22.4/12170.31 m3其它直接還原生成的COCda×22.4/28.16×22.4/1215.23 m3上式三項CO量562.11170.3115.23747.65 m3由氧化碳直接求得COCo×22.4/12400.53×22.4/12747.66 m3焦炭揮發(fā)分帶入的CO410×0.0049×22.4/281.61 m3熔劑在高溫區(qū)分解出的CO2轉(zhuǎn)化為CO后進入煤氣中的CO總量為VCO747.66+1.61352.14397.13 m3(5) N2鼓風(fēng)帶入的N2Vb×N2

52、b1191.27×10.210.02×（1-0.0053）912.42m3焦炭、煤粉帶入的N2410×（0.00086+0.00249）130×0.0074×22.4/281.87 m3煤氣中N2量VN2912.42+1.87914.29 m3 將上列計算結(jié)果列表7，求出煤氣（干）總量與煤氣成分。表2.8 煤氣成分表項 目CO2COH2CH4N2體積，m3352.45397.1332.169.21914.291705.24含量，%20.6723.291.890.5453.62100.000 煤氣量與鼓風(fēng)量體積之比Vg/Vb1705.24/119

53、1.271.43煤氣密度g0.0054×16+（0.2329+0.5362）×28+0.0189×2+0.2067×44/22.4 1.37 Kg/m3每噸生鐵的煤氣質(zhì)量GgVg×g1705.24×1.372336.18 Kg3.煤氣中水量計算還原生成的H2OH2r×18/22.426.30×18/22.421.13 Kg礦石帶入的結(jié)晶水1662.19×00 Kg焦炭帶入的游離水K10.02×H2OK/（1H2OK）410×10.02×0.037/（1-0.037）16.07

54、 Kg進入煤氣的H2O量21.13+16.0737.2 Kg4.考慮爐料的機械損失后實際入爐量礦石量1662.19×1.031712.06 Kg焦炭量410×1.02/（10.037）434.27 Kg硅石量57.91×1.0158.49 Kg因此，機械損失（含爐塵）量為（1712.061662.19）+（434.27425.75）+（58.4957.91）58.97 Kg注：K/（1H2OK）425.75列物料平衡表2.9，計算物料平衡誤差。表2.9 物料平衡表物 料 收 入物 料 支 出項 目數(shù)量Kg%項 目數(shù)量Kg%礦 石1712.0644.22生 鐵100025.88焦 炭434.2711.22爐 渣431.1711.16煤 粉1303.36煤 氣2336.1860.47硅石58.491.51煤氣中水37.20.96鼓 風(fēng)1536.7439.69爐 塵58.971.53總 計3871.56100.00總 計3863.52100.0