年產(chǎn)280萬噸煉鋼生鐵的煉鐵車間設(shè)計

142-/NUMPAGES145首鋼工學院成教學院（2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計題目：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)模型的應用及進展專業(yè)：班級：姓名：學號：指導教師：講明書68頁，圖紙3張，專題8頁，譯文10頁年產(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)計是設(shè)計年產(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)計中采納了2022m3在設(shè)計中，首先做了物料平衡、熱平衡，爐型的設(shè)計與計算，以及設(shè)備的選擇；設(shè)計中應用了許多先進的工藝，這些工藝在實行大噴煤技術(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)計中，廣泛汲取前人技術(shù)革新和國內(nèi)外科學研究成果。依照實際需要及可能性，盡量采納先進設(shè)備、結(jié)構(gòu)、材料及新工藝。做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，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Designofanironmakingworkshopwithannualoutputof2.8milliontonsofsteelmakingironand0.4milliontonsofCastingironAbstractTheassignmentisthedesignofthe2.8milliontonsannualproductioncapacityofsteel-makingpigiron,0.4millionofblastfurnacecastpigironworkshop.Idesigntwo1800m3blastfurnaces，andsetuptwotapholeswithnoslaghole，whichuserectangularfieldofiron.Blastsystem4Nipponexternalcombustionhotstoves，Dustcatchersystemusesgravityprecipitators,venturitubeandelectrostaticprecipitator.ThemethodsofslagironprocessingsystemusewaterquenchingresidueLhasa(RASA),specialcircumstancesusedryslagproductionstodealwith.Thechargingsystemisusingbeltfeedingmachinetoensuringuninterruptingchargingofblastfurnace.Inthedesign，firstofall,calculatingthematerialbalance,heatbalance,andthefurnacestructure,aswellasthechoiceofequipment;thedesignoftheapplicationofanumberofadvancedtechnology,theseprocessesintheimplementationoflargepulverizedcoalinjectiontechnologytoenhanceheattransferefficiency，tosaveenergy，toimproveproductivity,whichplayedanimportantrole.ThedesignhasbroadlyKeywords:blastfurnace,materialbalance,eheatbalance,peninsula目錄24332緒論 1282171高爐冶煉綜合計算 2295901.1概述 297271.2配料計算 3144561.2.1原燃料條件 3140671.2.2計算礦石需要量G礦 4186741.2.3計算熔劑需要量G熔 5232761.2.4爐渣成分的計算 7250401.2.5校核生鐵成分 9323811.3物料平衡計算 930951.3.1風量計算 944371.3.2爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算 11114341.3.3編制物料平衡表 15312181.4熱平衡計算 1748511.4.1熱量收入q收 17269651.4.2熱量支出q支 18220571.4.3熱平衡表 218162高爐本體設(shè)計 2359592.1高爐爐型 23267352.2爐型設(shè)計與計算 23286342.3高爐爐襯設(shè)計 27235852.3.1爐底的爐襯設(shè)計與砌筑 27281052.3.2爐缸設(shè)計的爐襯設(shè)計 2890482.3.3爐腹、爐腰和爐身下部的爐襯設(shè)計 2973022.3.4爐身上部和爐喉的爐襯設(shè)計 3066112.4高爐冷卻設(shè)備 3129162.4.1冷卻設(shè)備的作用 3156702.4.2冷卻介質(zhì)及水的軟化 32128442.4.3冷卻方式 32228242.4.4高爐冷卻系統(tǒng) 3490162.5高爐送風管路 35141852.5.1熱風圍管 35218602.5.2送風支管 3558172.5.3直吹管 35164092.5.4風口裝置 36323362.6高爐鋼結(jié)構(gòu) 37198002.6.1高爐本體鋼結(jié)構(gòu) 37187322.6.2爐殼 3810812.6.3爐體框架 3885692.6.4爐缸爐身支柱、爐腰支圈和支柱坐圈 38203382.7高爐基礎(chǔ) 3985862.7.1高爐基礎(chǔ)的負荷 3940082.7.2對高爐基礎(chǔ)的要求 40283663高爐煉鐵車間供料系統(tǒng) 4143053.1車間的運轉(zhuǎn) 41295103.2貯礦槽、貯焦槽及槽下運輸篩分稱量 4250893.2.1貯礦槽與貯焦槽 42298393.2.2槽下運輸稱量 42241063.3上料設(shè)備 43130794爐頂裝料設(shè)備 4484494.1無鐘式爐頂裝料設(shè)備 44274894.1.1串罐式無鐘爐頂裝料設(shè)備 443444.1.2無鐘式爐頂?shù)牟剂戏绞?4430384.2探料裝置 45174045送風系統(tǒng) 4676175.1高爐用鼓風機 46119115.1.1高爐冶煉對鼓風機的要求 46298615.1.2高爐鼓風機的工作原理和特性 472335.1.3高爐鼓風機的選擇 48103605.2熱風爐 4850385.2.1外燃式熱風爐 49205595.2.2外燃式熱風爐的特點 4981916高爐噴吹煤粉系統(tǒng) 51313956.1煤粉的制備 51159466.2高爐噴煤系統(tǒng) 5198696.2.1三罐單列式高爐噴煤系統(tǒng) 5126376.2.2噴吹罐組有效容積的確定 51249096.3煤粉噴吹的安全措施 5326816.3.1制粉系統(tǒng)的安全措施 53109896.3.2噴吹系統(tǒng)的安全措施 53179427高爐煤氣處理系統(tǒng) 54199037.1煤氣管道 54218437.2粗除塵裝置 5417107.2.1重力除塵器除塵原理 54158287.3半精細除塵裝置 54178387.4精細除塵裝置 55147047.4.1文式管 55170687.4.2靜電除塵器 5697587.5脫水器 56144058渣鐵處理系統(tǒng) 58241968.1風口平臺及出鐵場設(shè)計 58243498.1.1風口平臺及出鐵場 5899868.1.2渣鐵溝和撇渣器 59182278.1.3擺動流嘴 59164368.2爐前要緊設(shè)備 60176378.2.1開鐵口機 60129058.2.2堵鐵口泥炮 60222808.2.3爐前吊車 60168608.3鐵水處理 60222038.3.1魚雷罐車 60147758.3.2鑄鐵機 6117658.4爐渣處理設(shè)備 61276868.4.1拉薩法水淬渣 6121658.4.2干渣生產(chǎn) 61307219能源回收利用 62104609.1高爐爐頂余壓發(fā)電 62316229.2熱風爐煙道廢氣余熱回收 6211387參考文獻 6316306專題研究 6428922外文翻譯 7217605致謝 82前言在近代國家是否發(fā)達的要緊標志是其工業(yè)化及生產(chǎn)自動化的水平，即工業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中所占的比重以及工業(yè)的機械化、自動化程度。而勞動生產(chǎn)率是衡量工業(yè)化水平極為重要的標志之一。為達到較高的勞動生產(chǎn)率需要大量的機械設(shè)備。鋼鐵工業(yè)為制造各種機械設(shè)備提供最差不多的材料，屬于基礎(chǔ)材料工業(yè)的范疇。鋼鐵還能夠直接為人民的日常生活服務，如為運輸業(yè)、建筑業(yè)及民用品提供差不多材料。一定意義上，一個國家鋼鐵工業(yè)的進展狀況也反映其國民經(jīng)濟發(fā)達的程度。衡量鋼鐵工業(yè)的水平應考察其產(chǎn)量（人均占有鋼的數(shù)量）、質(zhì).量、品種、經(jīng)濟效益及勞動生產(chǎn)率等各方面。縱觀當今世界各國，所有發(fā)達國家無一不是具有相當發(fā)達的鋼鐵工業(yè)的。鋼鐵工業(yè)的進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，需要龐大的運輸設(shè)施為其服務。一般要有鐵路或水運干線通過鋼鐵廠。關(guān)于大型鋼鐵企業(yè)來講，還必須有重型機械的制造及電子工業(yè)為其服務。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。故雄厚的資金是進展鋼鐵企業(yè)的重要前提。鋼鐵之因此成為各種機械裝備及建筑、民用等各部門的基礎(chǔ)材料，是因為它具備以下優(yōu)越性能，同時價格低廉。1、有較高的強度及韌性。2、容易用鑄、鍛、切削及焊接等多種方式進行加工，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，可供長期大量采納，成本低廉。4、人類自進入鐵器時代以來，積存了數(shù)千年生產(chǎn)和加工鋼鐵材料的豐富經(jīng)驗，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見的今后，能代替鋼鐵現(xiàn)在的地位。1高爐冶煉綜合計算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算，包括配料計算、物料平衡計算和熱平衡計算。從計算中得到原料、燃料消耗量及鼓風消耗等，也得到了要緊產(chǎn)品（除生鐵以外）煤氣及爐渣生產(chǎn)量等差不多參數(shù)。以這些參數(shù)為基礎(chǔ)作煉鐵車間或高爐設(shè)計。計算之前，首先必須確定要緊工藝技術(shù)參數(shù)。關(guān)于一種新的工業(yè)生產(chǎn)裝置，應通過實驗室研究、半工業(yè)性試驗、以致于工業(yè)性試驗等一系列研究來確定差不多工藝技術(shù)參數(shù)。高爐煉鐵工業(yè)已有200余年的歷史，技術(shù)差不多成熟，計算用差不多工藝參數(shù)的確定，除專門礦源應做冶煉差不多研究外，一般情況下差不多上結(jié)合地區(qū)條件、地區(qū)高爐冶煉情況予以分析確定。例如冶煉強度、焦比、有效容積利用系數(shù)等。計算用的各種原料、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)計使用。配料計算也是物料平衡和熱平衡計算的基礎(chǔ)。依據(jù)質(zhì)量守衡定律，投入高爐物料的質(zhì)量總和應等于高爐排出物料的質(zhì)量總和。物料平衡計算能夠驗證配料計確實是否準確無誤，也是熱平衡計算的基礎(chǔ)。物料平衡計算結(jié)果的相對誤差不應大于0.3%。1.2配料計算1.2.1原燃料條件1、原料成分（原始成分為燒結(jié)礦、球團礦、天然礦以及爐塵，表中只顯示計算后的綜合礦）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ΣH2OCO2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%球團礦+10%天然礦表1.2焦炭成分（%）固定炭灰分（13.51）有機物（1.32）揮發(fā)份（0.43）Σ水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2SCO2H2COCH4N284.747.614.560.520.140.670.150.0260.160.0170.0771004.00表1.3噴吹燃料成分（%）品種CHOH2ONS灰分ΣSiO2Al2O3CaOMgOFeO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)量要求定分不為0.65、0.03；Mn、P由原料條件定為0.03、0.035。C＝4.3－0.27Si－0.329P－0.032S＋0.3Mn＝4.12Fe＝[100－Si－Mn－P－S－C]%。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99.750—100爐渣0.350—0爐氣0050鼓風濕度12g/m3風溫1150爐塵量20kg/t生鐵入爐熟爐料溫度25爐頂煤氣溫度200焦炭冶煉強度0.79t/(d·m3)綜合冶煉強度1.03t/(d·m3)利用系數(shù)2.3t/(d·m3)1.2.2計算礦石需要量G礦1、燃料帶入的鐵量GFe燃首先計算20kg爐塵中的焦粉量：kg高爐內(nèi)襯參加反應的焦炭量為：kg=85.48+26.04+10.73-13.93=108.32kg2、進入爐渣中的鐵量：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計算熔劑需要量G熔1、設(shè)定爐渣堿度制鋼生鐵：R＝1.10－1.2；鑄造生鐵：R＝1.0－1.12、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1500.691.040.30.457.1510.76.8310.250.300.45Σ124.6232.605122.2549.9450.623.5651、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＝0.62×50%＝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：GS＝3.565kg（見表1.6）進入生鐵的硫量為：進入煤氣中的硫量為：爐渣成分見表1.7。表1.7爐渣成分組元CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2ΣCaO/SiO2kg124.6232.61108.3249.950.313.681.57321.061.15%38.8210.1633.7415.59100.00表中S/2：渣中S以CaS形式存在，計算中的Ca全部按CaO形式處理，氧原子量為16，S原子量為32，相當已計入S/2，故表中再計入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CaOSiO2Al2O3MgOΣ38.8233.7415.5610.1698.2839.5034.3315.8310.34100.001.2.5校核生鐵成分1、生鐵含磷[P]，按原料帶入的磷全部進入生鐵計算。鐵礦石帶入的磷量為：2、生鐵含錳[Mn]，按原料帶入的錳有50%進入生鐵計算，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[Fe][Si][Mn][P][S][C]含量95.140.650.0240.0510.0254.111.3物料平衡計算1.3.1風量計算1、風口前燃燒的碳量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0.4~0.5，本計算取0.45。r`d＝0.45－0.06＝0.39式中——氫在高爐內(nèi)的利用率，一般為0.3~0.5，本計算取0.33；α——被利用氫量中，參加還原FeO的半粉量，一般為0.85~1.0，本計算取0.9；V風——設(shè)定的每噸生鐵耗風量，本計算取1200m風口前燃燒的碳量為：2、計算鼓風量V風=1\*GB3①鼓風中氧的濃度為：=2\*GB3②GC燃燃燒需要氧的體積為：=3\*GB3③煤粉帶入氧的體積為：=4\*GB3④需鼓風供給氧的體積為：1.3.2爐頂煤氣成分及數(shù)量的計算1、甲烷的體積=1\*GB3①由燃料碳素生成的甲烷量為:=2\*GB3②焦炭揮發(fā)份中的甲烷量為：2、氫的體積VH2=1\*GB3①由鼓風中水分分解產(chǎn)生的氫量為：=2\*GB3②焦炭揮發(fā)份及有機物中的氫量為：=3\*GB3③煤粉分解產(chǎn)生的氫量為：=4\*GB3④爐缸煤氣中氫的總生產(chǎn)量為：=5\*GB3⑤生成甲烷消耗的氫量為：=6\*GB3⑥參加間接還原消耗的氫量為：3、二氧化碳的體積VCO2=1\*GB3①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：=2\*GB3②由CO還原FeO為Fe生成的CO2量為：=3\*GB3③焦炭揮發(fā)份中的CO2量為：4、一氧化碳的體積VCO=1\*GB3①風口前碳素燃燒生成CO量為：=2\*GB3②直接還原生成CO量為：=3\*GB3③焦炭揮發(fā)份中CO量為：=4\*GB3④間接還原消耗的CO量為：5、氮氣的體積N2=1\*GB3①鼓風帶入的N2量為：=2\*GB3②焦炭帶入的N2量為=3\*GB3③煤粉帶入的N2量為煤氣成分見表1.10。表1.10煤氣成分CO2CON2H2CH4Σ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、鼓風質(zhì)量的計算1m3鼓風的質(zhì)量為：2、煤氣質(zhì)量計算1m3煤氣的質(zhì)量為：3、煤氣中的水分=1\*GB3①焦炭帶入的水分為：=2\*GB3②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（濕）1518.3441.71煤氣（干）2260.3762.18煤粉150.004.12煤氣中水33.720.93爐塵20.000.55Σ3640.04100Σ3635.14100%1.4熱平衡計算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ｑCO2：他素氧化產(chǎn)生CO2的體積為：式中33436.2——C氧化為CO2放熱，kJ/kg（2）碳素氧化為CO放出的熱量ｑCO：碳素氧化生成CO的體積為：式中9804.6——C氧化為CO放熱，kJ/kg2、鼓風帶入的熱量q風式中q空氣——在1150℃下空氣的熱容量，其值為1643.11kJ/m3q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13454.09——H2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0.674kJ/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：能夠考慮其中有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——分不為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錳汲取的熱量，kJ/kg（3）硅氧化物分解吸熱為:式中31102.37——由SiO2分解產(chǎn)生1kg硅汲取的熱量，kJ/kg（4）磷酸鹽分解吸熱為:式中35782.6——Ca3（PO4）2分解產(chǎn)生1kg磷汲取熱量，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2682——1kg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Cρ[kJ/(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10347714.15100熱量利用系數(shù)KT關(guān)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到近90%碳素利用系數(shù)KKC值關(guān)于中小型高爐為50%~60%，大型而原料條件較好的高爐可達到65%以上。2高爐本體設(shè)計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)計計算等。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)計的基礎(chǔ)。近代高爐有效容積向大型化進展。目前，世界大型高爐有效容積已達到5000m3級，而爐型設(shè)計則向著大型橫向進展，H/D值已近2.0左右。高爐本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及是否合理是實現(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)裝置的設(shè)計和選型的依據(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)，也有采納高純度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，軟水冷卻、純水冷卻在逐漸擴大其使用范圍。由于高爐綜合設(shè)計水平的提高，強化高爐爐齡差不多可望達到十年或更長。高爐本體結(jié)構(gòu)及其設(shè)計是高爐車間實際首要解決的關(guān)鍵所在，必須慎重對待。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，隨著人們對產(chǎn)量的要求和原料燃料條件的改善，以及鼓風能力的提高，高爐爐型也在不斷地演變和進展。高爐冶煉的實質(zhì)是上升的煤氣流和下降爐料之間所進行的傳熱傳質(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行傳熱傳質(zhì)的空間。爐型要適應爐料燃燒條件，保證冶煉過程的順行。2.2爐型設(shè)計與計算高爐爐型設(shè)計的依據(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)計爐型差不多上依產(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度，便能夠確定某一合適的數(shù)值，如此做盡管有一定的道理，但并不全面?，F(xiàn)在多數(shù)國家差不多上以產(chǎn)量和有效容積利用系數(shù)（ηv）來確定高爐有效容積，再以有效容積為基礎(chǔ)，計算其他尺寸。有關(guān)爐型的名詞概念：設(shè)計爐型——按照設(shè)計尺寸砌筑的爐型；操作爐型——高爐投產(chǎn)后，工作一段時刻，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，它具有時刻性、相對性。高爐冶煉是復雜的物理化學過程，設(shè)計的爐型必須適應冶煉過程的需要，設(shè)計爐型應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)。高爐冶煉實際上是長時刻在操作爐型內(nèi)進行。因此掌握冶煉過程中爐型的變化及其趨勢，對設(shè)計合理爐型特不重要。高爐大修設(shè)計，應對前一代高爐爐型做詳細地調(diào)查和分析。新建廠礦高爐設(shè)計，必須分析原料燃料條件、設(shè)備條件和操作條件。設(shè)計要求：設(shè)計一個年產(chǎn)煉鋼生鐵280萬噸，鑄造生鐵40萬噸的高爐車間。計算時鑄造生鐵按照煉鋼生鐵計算。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：1.0540萬噸×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ηv=2.3t/(d·m3)每座高爐日產(chǎn)量每座高爐容積為4、爐缸尺寸=1\*GB2⑴爐缸直徑=2\*GB2⑵爐缸高度渣口高度b－生鐵產(chǎn)量波動系數(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，本計算取9；c－渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，一般為0.55～0.6，渣量大時取低值；－鐵水密度，可取值7.1t／;d－爐缸直徑；風口高度：因為取消渣口，選定k=0.60,風口數(shù)目：選取風口的結(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=0.2×9.8=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=1.13×9.8=11.07m取D=11m。選取α=81°，則7、爐喉直徑、爐喉高度選取d1/D=0.7，則d1=11×0.7=7.7m。選取=2.0m。8、爐身角、爐身高度選取β=84°，則9、爐腰高度選取/D=2.5，則=2.5×11=27.5m，取=27.5m。=27.5－3.8－3.8－15.7－2.0=2.2m10、校核爐容=1\*GB2⑴爐缸體積：=2\*GB2⑵爐腹體積：=3\*GB2⑶爐腰體積：=4\*GB2⑷爐軀體積：=5\*GB2⑸爐喉體積：2002.01m誤差：爐型設(shè)計合理，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)計按照設(shè)計爐型，以耐火材料砌筑的實體稱為高爐爐襯。高爐爐襯的作用在于構(gòu)成高爐的工作空間，減少熱損失，并愛護爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)免受熱應力和化學侵蝕的作用。2.3.1爐底的爐襯設(shè)計與砌筑1、破壞機理：爐底破損分兩個時期，初期是鐵水滲入將磚漂移而成鍋底深坑；在1400～1600℃2、使用的耐火材料：采納滿鋪碳磚砌筑，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，各列賺砌縫不大于2.5mm，厚縫連接時，磚縫為35～45mm，縫中以碳素搗料搗固。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縫200mm以上。兩成碳磚磚縫成90°。4、計算：（1）所選炭磚型號：。（2）計算塊數(shù)：由于d=9800m、h0=1960mm，要求薄縫不大于1.5mm、厚縫不大于2.5mm，因此：≈50塊。厚層數(shù)=1960/400≈5層，總磚數(shù)。2.3.2爐缸設(shè)計的爐襯設(shè)計1、破壞機理：爐缸下部是盛渣鐵夜的地點，周期地進行聚攏和排出，因此渣鐵的流淌、爐內(nèi)渣鐵液面的升降，大量的煤氣流等高溫氣體對爐襯的沖刷是要緊的破壞因素，特不是鐵口、鐵口附近的爐襯是沖刷最厲害的地點；高爐爐渣偏堿性而常用的耐火磚偏酸性，故在高溫下化學性渣化，對爐缸磚襯是一個重要的破壞因素；風口帶是爐內(nèi)最高溫度區(qū)域，爐襯經(jīng)常承受1800～2400℃2、使用的耐火磚：采納熱壓碳磚，用炭質(zhì)填料及熱固性炭膠粘結(jié)。3、計算：（1）熱壓炭磚的型號：磚縫：2mm.砌磚與冷卻壁：100～150mm（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塊因此最底層磚數(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1、爐腹部位內(nèi)襯破損機理：爐腹距風口最近，受強烈熱作用力，不僅爐襯內(nèi)表面溫度高，而且由溫度波動引起的熱沖擊，或稱熱震破壞力專門大；由于爐腹傾斜，受料柱壓力和崩料、坐料時沖擊力的阻礙；承受由上部落入爐缸的渣鐵水和高速向上運動的高溫煤氣的沖刷，化學侵蝕和氧化作用。2、爐腹爐襯設(shè)計：耐火磚的選擇：采納高鋁磚砌筑。（1）砌筑方式：由于開爐后爐腹部位的砌磚專門快被侵蝕掉，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)，采納薄壁式爐腰，爐身砌磚厚度通常為690～805mm（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，采納冷卻水箱冷卻，這時砌磚與冷卻水箱之間側(cè)面和上面縫隙為5～20mm，下面為10～15mm，爐腹、爐腰砌磚磚縫應不大于1.5mm，上下層砌縫和環(huán)縫均勻錯開，爐身傾斜部分按3層磚依次砌筑。（2）選用的高鋁磚型號：（3）爐腹高度：h2=3400mm厚度為345mmα=80°48′40″縱層數(shù)：橫層數(shù)：1層計算磚數(shù)：第一層：由于傾斜部分接三層磚錯臺砌筑.即向外延伸24.3mm，因此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。采納剛玉磚砌筑，剛玉型號：GAZ—98。取h3=2000mm，D=11700mm，且采納薄壁式爐腰，厚度為345mm。2.3.4爐身上部和爐喉的爐襯設(shè)計1、砌筑方式：選用高鋁磚砌筑，h5=2400mm，厚度690mm，按三層錯臺一次砌筑。爐身上部砌磚與爐殼間隙為100～150mm，填以水渣-石棉隔熱材料。2、耐材種類：高鋁磚：G-2：G-4：3、計算（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)?！瓑K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、愛護爐殼。在正常生產(chǎn)時，高爐爐殼只能在低于80℃2、對耐火材料的冷卻和支撐。3、維持合理的操作爐型。4、當耐火材料大部分侵蝕后，能靠冷卻設(shè)備上的渣皮接著維持高爐生產(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，因為水的熱容量大、熱導率大、便于輸送，成本低廉。水的軟化要緊是將鈉離子通過離子交換劑與水中的鈣、鎂離子進行交換，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)計采納爐體砌磚與冷卻壁（銅冷卻壁）一體化，立即氮化物結(jié)合的碳化硅磚（相當于爐體砌磚）與冷卻壁合注在一起，如此較好的解決了磚襯的支承問題，縮短了施工工期。其優(yōu)點是：冷卻壁安裝在爐殼內(nèi)部，爐殼不開口，因此密封性好；由于均布于爐襯之外，因此冷卻均勻，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)計采納爐身冷卻模塊技術(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110～130mm，構(gòu)成大型預制冷卻模塊。通過爐頂托圈吊裝與爐腰鋼甲對接，經(jīng)兩面焊接后即形成新爐身。要緊技術(shù)優(yōu)點如下：⑴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。⑵明顯降低爐身造價。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，不論價格或數(shù)量都大為減少，使高爐爐身造價成倍降低。⑶縮短大修時刻，大型模塊的制造可在停爐前預先進行，停爐后只進行吊裝、焊接、澆注對接縫等，相當于在高爐上整體組裝爐身，大大縮短大修工期。⑷高爐大修初始即形成操作爐型，有力高爐順行，同時由于爐襯減薄，也擴大了爐容，在供排水方面無專門要求，利用原有系統(tǒng)即可正常進行。3、爐底冷卻本設(shè)計高爐爐缸直徑較大，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，如不進行冷卻則爐體底部侵蝕嚴峻，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，中心線以上為碳素搗固層，水冷管為φ40mm×10mm，爐底中心部位水冷管間距200～300mm邊緣水冷管間距為350～500mm，水冷管兩端伸出爐殼外50～100mm.爐殼開孔后加墊板加固，開孔處應避開爐殼折點150mm以上。水冷爐底結(jié)構(gòu)應保證切斷給水后，可排出管內(nèi)積水，工作時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)采納軟（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—補水；6—加藥；7—充氮膨脹罐為一圓柱形密閉容器，其中充以氮氣，用以提高冷卻介質(zhì)壓力，提高飽和蒸汽的溫度，進而提高飽和蒸汽與冷卻設(shè)備內(nèi)冷卻水實際溫度之差，即提高冷卻水的欠冷度。膨脹罐具有補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)的運轉(zhuǎn)，同時通過罐內(nèi)水位的變化，推斷系統(tǒng)泄露情況和合理補充軟水。空氣冷卻設(shè)備由風機和散熱器組成，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，因此冷卻介質(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，是通過化學處理即除去水中硬度和部分鹽類的水。這就從全然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。因為整個系統(tǒng)完全處于密閉狀態(tài)，因此沒有水的蒸發(fā)損失，而流失也專門少。4、電能耗量低。閉路系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚程僅取決于系統(tǒng)的阻力損失。2.5高爐送風管路高爐送風管路由熱風總管、熱風圍管、與各風口相連的送風支管（包括直吹管）及風口（包括風口中套、風口大套）等組成[3]。2.5.1熱風圍管熱風圍管的作用是將熱風總管送來的熱風均勻地分配到各送風支管中去。熱風總管和熱風圍管都由鋼板焊成，管中由耐火材料筑成的內(nèi)襯。為了不阻礙爐前作業(yè)，熱風圍管都采納吊掛式，大框架熱風圍管吊掛在橫梁上，熱風總管與熱風圍管的直徑相同，其直徑由下式計算：D===1.4m式中D——熱風總管或熱風圍管內(nèi)徑，mQ——氣體實際狀態(tài)下的體積流量，m3/sv——氣體實際狀態(tài)下的流速，m/s。本計算取30m/s2.5.2送風支管送風支管的作用是將熱風圍管供來的熱風通過風口送入高爐爐缸，還可通過它向高爐噴吹燃料。送風支管長期處于高溫、多塵的環(huán)境中，工作條件專門惡劣，因此要求送風支管密封性好，壓損小，熱量損失小，在熱脹冷縮的條件下由自動調(diào)節(jié)位移的功能。送風支管由送風支管本體、送風支管張緊裝置、送風支管附件等組成。2.5.3直吹管直吹管是高爐送風支管的一部分，尾部與彎管相連，端頭與風口緊密相連。熱風經(jīng)熱風圍管、彎管傳到直吹管，通過風口進入高爐爐缸。直吹管由端頭、管體噴吹管、尾部法蘭和端頭水冷管路五部分組成，如圖2.8所示。圖2.8直吹管結(jié)構(gòu)圖1—端頭；2—管體；3—噴吹管；4—冷卻水管；5—法蘭2.5.4風口裝置1、風口風口也稱風口小套或風口三套，是送風管路最前端的一個部件。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。風口與風口中套、風口大套裝配在一起，加上冷卻水管等其他部件，形成高爐的風口設(shè)備，其結(jié)構(gòu)見圖2.9所示。圖2.9風口裝置結(jié)構(gòu)示意圖1—風口中套冷水管；2—風口大套密封罩；3—爐殼；4—抽氣孔；5—風口大套；6—灌泥漿孔；7—風口小套冷水管；8—風口小套；9—風口小套壓緊裝置；10—灌泥漿孔；11—風口法蘭；12—風口中套壓緊裝置；13—風口中套2、風口中套風口中套的作用是支撐風口小套，其前端內(nèi)孔的錐面與風口小套的外錐面配合，上端的外錐面與大套配合，用鑄造紫銅制作。3、風口大套風口導套的功能是支撐風口中套與小套，并將其與高爐爐體相連成為一體。風口大套的前端錐面與風口中套上端錐面配合，上端通過風口法蘭與爐體裝配連接在一起。風口導套為鑄鋼件。2.6高爐鋼結(jié)構(gòu)高爐鋼結(jié)構(gòu)包括爐殼、爐體框架、爐頂框架、平臺和梯子等。高爐鋼結(jié)構(gòu)是保證高爐正常生產(chǎn)的重要設(shè)施。2.6.1高爐本體鋼結(jié)構(gòu)本設(shè)計采納爐體框架式，其結(jié)構(gòu)如圖2.10所示。其特點是由4根支柱連接成框架，而框架是一個與高爐本體不相連接的獨立結(jié)構(gòu)。框架下部固定在高爐基礎(chǔ)上，頂端則支撐在爐頂平臺。因此爐頂框架的重量、煤氣上升管的重量、各層平臺及水管重量，完全由大框架直接傳給基礎(chǔ)。只由裝料設(shè)備重量經(jīng)爐殼傳給基礎(chǔ)。圖2.10高爐本體鋼結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)由于取消了爐缸支柱，框架離開高爐一定距離，因此風口平臺寬敞，爐前操作方便，還有利于大修時高爐容積的擴大。2.6.2爐殼爐殼是高爐的外殼，里面有冷卻設(shè)備和爐襯，頂部是裝料設(shè)備和煤氣上升管，下部坐落在高爐基礎(chǔ)上，是不等截面的圓筒體。爐殼的要緊作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌磚的牢固性、承受爐內(nèi)壓力和起到爐體密封作用，因此爐殼必須具有一定強度。爐殼厚度應與工作條件相適應，各部位厚度可由下式計算；δ=kD式中δ——計算部位爐殼厚度，mm；D——計算部位爐殼外弦?guī)е睆?，m；K——系數(shù)，mm/m；與弦?guī)恢糜嘘P(guān)。圖2.11高爐爐體各弦?guī)Х纸缡疽鈭D2.6.3爐體框架爐體框架由四根支柱組成，上至爐頂平臺，下至高爐基礎(chǔ)，與高爐中心成對稱布置，在風口平臺以上部分用鋼結(jié)構(gòu)。風口平臺以下是采納鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。保證支柱與熱風圍管的250mm間距。2.6.4爐缸爐身支柱、爐腰支圈和支柱坐圈爐缸支柱是用來承擔爐腹或爐腰以上，經(jīng)爐腰支圈傳遞下來的全部負荷。它的上端與爐腰支圈連接，下端則伸到高爐基座的坐圈上。大中型高爐一般差不多上用24～40mm的鋼板，焊成工字形斷面的支柱，為了增加支柱的剛度，常加焊水平筋板。支柱外傾斜角6°左右，以使爐缸周圍寬敞。支柱的數(shù)目為12個（風口數(shù)目的一半），同時均勻地分布在爐缸周圍，其位置不能阻礙風口、鐵口、渣口的操作，其強度則應考慮到個不支柱損壞時，其它相鄰支柱仍能承擔全部負荷。為了防止發(fā)生爐缸燒穿時，渣鐵水燒壞爐缸支柱，應從高爐基座的坐圈直到鐵口以上1m處的支柱表面，用耐火磚襯愛護。爐身支柱的作用是支撐爐頂框架及爐頂平臺上的載荷、爐身部分的平臺走梯、給排水管道等。爐腰支圈的作用是把它承托的上部均布荷載變成幾個集中載荷傳給爐缸支柱，同時也起著密封作用。其結(jié)構(gòu)如圖2.12所示：圖2.12爐腰支圈支柱坐圈是為了使支柱作用于爐基上的力比較均勻。在每個支柱下面都由鑄鐵或型鋼做成的單片墊板，同時彼此用拉桿或整環(huán)連接起來，以防止支柱在推力作用下或基礎(chǔ)損壞時發(fā)生位移。2.7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荷均勻地傳遞到地基。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座部分和地面上的基頓部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.13所示。2.7.1高爐基礎(chǔ)的負荷高爐基礎(chǔ)承受的荷載有：靜負荷、動負荷、熱應力的作用，其中溫度造成的熱應力的作用最危險。圖2.13高爐基礎(chǔ)1—冷卻壁；2—水冷管；3—耐火磚；4—爐底磚；5耐熱混凝土基墩；6—鋼筋混凝土基座1、靜負荷高爐基礎(chǔ)承受的靜負荷包括高爐內(nèi)部的爐料重量、渣、鐵液重量、爐體本身的砌磚重量、金屬結(jié)構(gòu)的重量、冷卻設(shè)備及冷卻水重量、爐頂設(shè)備重量等，另外還有爐下建筑物、斜橋、卷揚機等分布在爐身周圍的設(shè)備重量。就力的作用情況來看，前者是對稱的，作用在爐基上，后者則常常是不對稱的，是引起力矩的因素，可能產(chǎn)生不均勻下沉。2、動負荷生產(chǎn)中常由崩料、坐料等，加給爐基的動負荷是相當大的。3、熱應力的作用爐缸中貯存著高溫的鐵液和渣液，爐基處于一定的溫度下。由于高爐基礎(chǔ)內(nèi)溫度分布不均勻，采納里高外低，上高下低，這就在高爐基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生了熱應力。2.7.2對高爐基礎(chǔ)的要求對高爐基礎(chǔ)的要求如下：1、高爐基礎(chǔ)應把高爐全部載荷均勻地傳給地基，不同意發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。2、具有一定的耐熱能力。基墩斷面為圓形，直徑與爐底相同，高度一般為2.5~3.0m。3高爐煉鐵車間供料系統(tǒng)現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鐵原料供應系統(tǒng)以高爐貯礦槽為界分為兩部分。從原料進廠到高爐貯礦槽頂部屬于原料廠管轄范圍，它完成原料的卸、堆、取、運作業(yè)；依照要求還需進行破裂、篩分、混勻和分級等作業(yè)，起到貯存、處理供應原料作用[7]。從高爐貯礦槽頂部到高爐爐頂裝料設(shè)備屬于煉鐵廠管轄范圍，它負責向高爐按規(guī)定的原料品種、數(shù)量、分批地及時供應。現(xiàn)代高爐對原料供應系統(tǒng)的要求是：1、保證連續(xù)地、均衡地供應高爐冶煉所需的原料，并為進一步強化冶煉留有余地；2、在貯運過程中應考慮為改善高爐冶煉所需的處理環(huán)節(jié)，如混勻、破裂、篩分等。焦炭運輸過程中應盡量減少破裂率。3、由于貯運的原料數(shù)量大，對大、中型高爐應該盡可能實現(xiàn)機械化和自動化，提高配料、稱量的準確度。4、原料供應系統(tǒng)轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)和落料點都有灰塵產(chǎn)生，應有通風除塵設(shè)施。3.1車間的運轉(zhuǎn)新建的煉鐵車間，多采納人造富礦——燒結(jié)礦和球團礦為原料，運輸設(shè)備均采納皮帶機。本設(shè)計的上料系統(tǒng)也采納皮帶式上料機，皮帶機運輸作業(yè)率高，原料破裂率低，同時輕便，大大簡化了礦槽結(jié)構(gòu)。皮帶機的運輸能力應該滿足高爐對燃料的需求，同時還應該考慮物料的特性如粒度、堆比重、動堆積角等因素。皮帶機的要緊技術(shù)參數(shù)能夠計算，也能夠從手冊查出。本設(shè)計的高爐容積是2022m3表3.1上料皮帶機的要緊技術(shù)參數(shù)容積/m3寬度/mm速度/m·min-1水平長度/m傾角能力/t·h-1電機功率×臺/kW20221600120236.3613°2600250×33.2貯礦槽、貯焦槽及槽下運輸篩分稱量3.2.1貯礦槽與貯焦槽貯礦槽位于高爐一側(cè)，它起原料貯存作用，解決高爐連續(xù)上料和車間間斷供料的矛盾。當貯礦槽之前的供料系統(tǒng)設(shè)備檢修或因事故造成短期間斷供料時，可依靠貯礦槽內(nèi)的存量，維持高爐生產(chǎn)。由于貯礦槽差不多上高架式的，能夠利用原料的自重下滑進入下一工序，有利于實現(xiàn)配料等作業(yè)的機械化和自動化。采納皮帶機上料時，貯礦槽與上料機中心線應互成直角，以縮短貯礦槽與高爐間距。貯礦槽的總?cè)莘e與高爐容積、使用的原料性質(zhì)和種類、以及車間的平面布置等因素有關(guān)，一般可參照表3.2選用，也可依照貯存量進行計算，貯礦槽貯存12～18h的礦石量，貯焦槽貯存6～8h的焦炭量。表3.2貯礦槽、貯焦槽容積與高爐容積的關(guān)系項目高爐有效容積/m32556001000150020002500貯礦槽容積與高爐容積之比>3.01.61.6貯焦槽容積與高爐容積之比>0.7～0.5焦槽個數(shù)/個2222≥2≥2貯礦槽總?cè)莘eV總=1.6Vu=1.6×2022=3235.2m3燒結(jié)礦V燒=3235.2×70%=2264.64m3，則燒結(jié)礦倉為754.67×3m球團礦V球=3235.2×20%=647.04m3，則球團礦倉為647.04×1m天然礦V天=3235.2×10%=323.52m3，則天然礦倉為323.52×1貯焦槽總?cè)莘e：V總=0.6Vu=0.6×2022=1213.2m3，則貯焦槽為606.6×經(jīng)計算得到單個礦槽的尺寸如下：燒結(jié)礦貯礦槽上面高度5.3m，邊長9m，錐臺高度4m，錐臺下邊長2.7m。球團礦天然礦貯礦槽高度4.3m，邊長9m，錐臺高度4m，錐臺下邊長2.7m。天然礦貯礦槽高度1.2m，邊長9m，錐臺高度4m，錐臺下邊長2.7m。貯焦槽貯礦槽高度3.9m，邊長9m，錐臺高度4m，錐臺下邊長2.7m。3.2.2槽下運輸稱量在貯礦槽下，將原料按品種和數(shù)量稱量運到上料皮帶機的方法有兩種：一種是用稱量車完成稱量、運輸、卸料等工序；一種是用皮帶機運輸，用稱量漏斗稱量。我國新建的300m3槽下采納皮帶機運輸和稱量漏斗稱量槽下運輸稱量系統(tǒng)，焦倉下設(shè)有振動篩，合格的焦炭經(jīng)焦炭輸送機送到焦炭稱量漏斗，小顆粒的焦粉經(jīng)粉焦輸出皮帶機運至粉焦倉。燒結(jié)礦倉下也設(shè)有振動篩，合格燒結(jié)礦運至礦石稱量漏斗，粉狀燒結(jié)礦經(jīng)礦粉輸出皮帶機輸送至粉礦倉。球團礦直接經(jīng)給料機、礦石輸出皮帶機送至礦石集中漏斗。3.3上料設(shè)備將爐料直接送到高爐爐頂?shù)脑O(shè)備稱為上料機。對上料機的要求是：要有足夠的上料能力，不僅能滿足正常生產(chǎn)的需要，還能在低料線的情況下專門快趕上料線。為滿足這一要求，在正常情況下上料機的作業(yè)率一般不應超過70%；工作穩(wěn)妥可靠；最大程度的機械化和自動化。上料機要緊有料車式和皮帶機上料兩種方式。本設(shè)計采納皮帶機上料。其優(yōu)點是：1、工藝布置合理。料倉離高爐遠，使高爐周圍空間自由度大，有利于高爐爐前布置多個出鐵口。2、上料能力強。滿足了高爐大型化以后大批量的上料要求。3、上料均勻，對爐料的破裂作用較小。4、設(shè)備簡單、投資較小。5、工作可靠、維修方便、便于自動化操作。上料皮帶機的傾角最小11°，最大14°。皮帶機寬度隨高爐容積而異，保證皮帶機運行安全特不重要。因此，在設(shè)計上采取了專門多措施：如皮帶機能夠兩個方向驅(qū)動，連續(xù)運轉(zhuǎn)；設(shè)4臺電機，兩臺運轉(zhuǎn)兩臺備用；為預防反轉(zhuǎn)用兩臺電機做制動；用液壓缸拉緊皮帶；設(shè)有觀看皮帶機運行情況的裝置等等。4爐頂裝料設(shè)備高爐爐頂裝料設(shè)備是用來將爐料裝入高爐并使之合理分布，同時起爐頂密封作用的設(shè)備。目前國內(nèi)使用最多的裝料設(shè)備是雙鐘式爐頂和無鐘式爐頂。本設(shè)計采納無鐘式爐頂裝料設(shè)備。4.1無鐘式爐頂裝料設(shè)備無鐘式爐頂裝料設(shè)備從結(jié)構(gòu)上，依照受料漏斗和稱量料罐的布置情況可劃分為兩種，并罐式結(jié)構(gòu)和串罐式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計采納串罐式結(jié)構(gòu)。4.1.1串罐式無鐘爐頂裝料設(shè)備串罐式無鐘爐頂與并罐式無鐘爐頂相比具有以下特點：1、投資較低，和并罐式無鐘爐頂相比可減少投資10%。2、在上部結(jié)構(gòu)中所需空間小，從而使得維修操作具有專門大空間。3、設(shè)備高度與并罐式爐頂差不多一致。4、極大的保證了爐料在爐內(nèi)分布的對稱性，減小了爐料偏析，這一點關(guān)于保證高爐的穩(wěn)定順行是極為重要的。5、絕對的中心排料，從而減小了料罐以及中心喉管的磨損，然而旋轉(zhuǎn)溜槽所受爐料沖擊有多增大，從而對溜槽的有用壽命有一定的阻礙。不管何種爐頂裝料設(shè)備均應能夠滿足以下差不多要求：⑴要適應高爐生產(chǎn)能力；⑵能滿足爐喉合理布料的要求，并能按生產(chǎn)要求進行爐頂調(diào)劑；⑶保證爐頂可靠密封，使高壓操作順利進行；⑷設(shè)備結(jié)構(gòu)應力求簡單和牢固，制造、運輸、安裝方便，能抵抗急劇的溫度變化及高溫作用；⑸易于實現(xiàn)自動化操作。4.1.2無鐘式爐頂?shù)牟剂戏绞綗o鐘式爐頂?shù)男D(zhuǎn)溜槽能夠?qū)崿F(xiàn)多種布料方式，依照生產(chǎn)對爐喉布料的要求，常用的有以下4種方式，見圖4.1。1、環(huán)形布料，傾角固定的旋轉(zhuǎn)布料稱為環(huán)形布料。這種布料方式與料鐘布料相似，改變旋轉(zhuǎn)溜槽的傾角相當于改變料鐘直徑。由于旋轉(zhuǎn)溜槽的傾角可任意調(diào)節(jié)，因此可在爐喉的任一半徑做單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)布料，將焦炭和礦石布在不同半徑上以調(diào)整煤氣分布。圖4.1無鐘式爐頂?shù)牟剂闲问?、螺旋形布料，傾角變化的旋轉(zhuǎn)布料稱為螺旋形布料。布料時溜槽做等速的旋轉(zhuǎn)運動，每轉(zhuǎn)一圈跳變一個傾角這種布料法能把爐料布到爐喉截面任意部位，同時能夠依照生產(chǎn)要求調(diào)整料層厚度，也能獲得較平坦的料面。3、定點布料，方位角固定的布料形式稱為定點布料。當爐內(nèi)某部位發(fā)生“管道”或“過吹”時，需用定點布料。4、扇形布料，方位角在規(guī)定范圍內(nèi)反復變化的布料形式稱為扇形布料。當爐內(nèi)產(chǎn)生偏析或局部崩料時，采納該布料方式。布料時旋轉(zhuǎn)溜槽在指定的弧段內(nèi)慢速來回擺動。4.2探料裝置探料裝置的作用是準確探測料面下降情況，以便及時上料。防止低料線操作時爐頂溫度過高，燒壞爐頂設(shè)備等，特不是高爐大型化、自動化、爐頂設(shè)備也不斷進展的今天，料面情況是上部布料作業(yè)的重要依據(jù)。目前使用最廣泛的是機械傳動的探料尺、微波式料面計和激光料面計，本設(shè)計選用激光料面計。它是利用光學三角法測量原理設(shè)計的，如圖4.3所示。激光測面計檢測精度高、在煤氣粉塵濃度相同檢測距離相等的條件下，其分辨率是微波料面計的25～40倍。5送風系統(tǒng)高爐送風系統(tǒng)包括鼓風機、冷風管路、熱風爐、熱風管路以及管路上的各種閥門等。高爐冶煉首先要使爐內(nèi)的燃料燃燒才能進行生產(chǎn)，而燃料燃燒所需的氧，要靠鼓風機供給足夠的風，鼓風機供給的風還必須克服高爐內(nèi)料柱的阻力，才能使燃燒生成的煤氣上升和合理分布，才能使爐料順利下降，由此可知鼓風機的風量和風壓對高爐生產(chǎn)的重要性。熱風帶入高爐的熱量約占總熱量的四分之一，目前鼓風溫度一般為1000～1200℃，最高可達1400℃準確選擇鼓風機，合理布置管路系統(tǒng)，閥門工作可靠，熱風爐工作效率高，是保證高爐優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)的重要因素。5.1高爐用鼓風機5.1.1高爐冶煉對鼓風機的要求高爐冶煉時對鼓風機的要求：1、要有足夠的鼓風量。高爐鼓風機要保證向高爐提供足夠的空氣，以保證焦炭的燃燒。入爐風量通過物料平衡計算得到，采納公式近似計算：q0===2884m3/min式中q0—標態(tài)入爐風量（以下簡稱風量），即在高爐風口處進入高爐內(nèi)的標準狀態(tài)下的鼓風流量，m3/min；Vu—高爐有效容積，2022m3I—高爐冶煉強度，0.79t/(d·m3)V—每噸干焦消耗標態(tài)風量，m3/t。每噸干焦消耗標態(tài)風量要緊與焦炭灰分和鼓風濕度有關(guān)，一般在2450～2800m3/t之間。2、要有足夠的鼓風壓力。高爐鼓風機出口風壓應能克服送風系統(tǒng)的阻力損失、克服料柱的阻力損失、保證高爐爐頂壓力符合要求。鼓風機出口風壓可用下式表示：p=pt+ΔpLS+ΔpFS=0.3×106+1.6×105+0.2×105=0.48MPa式中p——鼓風機出口風壓，Pa；pt——高爐爐頂壓力，一般0.25～0.40MPa；ΔpLS——高爐料柱阻力損失，一般1.5～1.7×105Pa；ΔpFS——高爐送風系統(tǒng)阻力損失，一般0.1～0.2×105Pa。3、既能均勻、穩(wěn)定地送風，又要有良好的調(diào)節(jié)性能和一定的調(diào)節(jié)范圍。當高爐要求固定風量操作時，風量應不受風壓波動的阻礙，即當風壓波動時，風量不應受風壓波動的阻礙。也有定風壓操作的，如解決路礦不順或熱風爐換爐時，它要求變動風量時保證風壓的穩(wěn)定。此外，高爐操作常要加風或減風，當采納不同的爐頂壓力操作，爐內(nèi)料柱透氣性變化時，都需要風機出口風量和風壓能在較大范圍內(nèi)變動。在不同氣候條件下，例如在夏季和冬季，由于大氣溫度、壓力和濕度的變化，風機的實際出口風量和風壓必定有相應的變化。5.1.2高爐鼓風機的工作原理和特性常用的高爐鼓風機有離心式和軸流式兩種。我國新建的1000m軸流式鼓風機的工作原理軸流式鼓風機結(jié)構(gòu)見圖5.1，是由裝有工作葉片的轉(zhuǎn)子和裝有導流葉片的定子以及吸氣口、排氣口組成，其工作原理是依靠在轉(zhuǎn)子上裝有扭轉(zhuǎn)一定角度的工作葉片隨轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)，工作葉片對氣體做功，使獲得能量的氣體沿軸向流淌，達到一定的風量和風壓。轉(zhuǎn)子上的一列工作葉子與機殼上的一列導流葉片構(gòu)成軸流式鼓風機的一個級。級數(shù)越多，空氣的壓縮比越大，出口風壓也越高。軸流式鼓風機的特性1、氣體在風機中沿軸向流淌，轉(zhuǎn)折少，風機效率高，可達