1、莱芜职业技术学院毕业论文论文标题：高炉炼铁系统设计作者：凌宗峰学校名称：莱芜职业技术学院专业：冶金技术年级：07冶金技术指导教师：冯博楷日期：2010.4.1目录内容提要与关键词3手抄在论文本上，最后再根据内容补填目录，要求手写！正文4参考文献58摘 要本设计要求建年产量为200万吨生铁的高炉系统。高炉车间的七大系统：即高炉本体系统、上料系统、渣铁处理系统、喷吹系统、送风系统、除尘系统和冷却系统都做了较为详细的叙述。 高炉炼铁是获得生铁的主要手段，是钢铁冶金过程中最重要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用。高炉是炼铁的主要设备，本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，在预设计建造一
2、座年产生铁200万吨的高炉炼铁系统，本设计说明书详细的对其进行了高炉设计，其中包括绪论、工艺计算（包括配料计算、物料平衡和热平衡）、高炉炉型设计、高炉各部位炉衬的选择、炉体冷却设备的选择、风口及出铁场的设计、原料系统、送风系统、 煤气处理系统、渣铁处理系统、高炉喷吹系统等。设计的同时还结合国内外相同炉容高炉的一些先进的生产操作经验和相关的数据，力争使该设计的高炉做到高度机械化、自动化和大型化，以期达到最佳的生产效益。关键词：高炉；炼铁；设计；煤气处理；渣鉄处理；1绪论1.1概述钢铁是重要的金属材料之一，被广泛应用于各个领域，钢铁生产水平是一个国家发展程度的标志。现代任何国家是否发达的主要标志是
3、其工业化及自动化的水平，及工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义上说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。到目前为止还看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现有的地位。一座年产200万吨炼钢铁水的炼铁厂车间的设计首先要进行厂址选择，根据唐山地区的原燃料条件和唐钢的工艺以及环境条件，设计年产200万吨的炼
4、铁车间对于唐山地区的许多钢铁厂都具有比较好的借鉴作用。因此，本设计的深度和广度都比较适宜，工作量比较大。本人查阅的炼铁设计的相关文献，设计思路比较清晰，设计结果对实际生产具有比较好的指导作用。1.2 高炉生产主要经济技术指标衡量高炉炼铁生产技术水平和经济效果的技术经济指标，主要有：（1）高炉有效容积利用系数（v）。高炉有效容积利用系数是指每昼夜、每1 m3高炉有效容积的生铁产量，即高炉每昼夜的生铁产量P与高炉有效容积V有之比： v=v是高炉冶炼的一个重要指标，v愈大，高炉生产率愈高，目前，一般大型高炉超过2.0t/(m3d),一些先进高炉可达2.22.3 t/(m3d)。小型高炉的v更高,10
5、0300 m3高炉的利用系数为2.83.2 t/(m3d)。（2）焦比（K）。焦比是指冶炼每吨生铁消耗的焦碳量，即每昼夜焦碳消耗量Qk与每昼夜生铁产量P之比 K= 焦碳的消耗量约占生铁成本的3040，欲降低生铁成本必须力求降低焦比。焦比大小与冶炼条件密切相关，一般情况下焦比为450500Kg/t,喷吹煤粉可以有效地降低焦比。（3）煤比（Y）。冶炼每吨生铁消耗的煤粉量称为煤比。当每昼夜煤粉的消耗量为时，则： Y= 喷吹其它辅助燃料时的计算方法类同，但气体燃料应以体积（）计算。单位质量的煤粉所代替的焦炭的质量称为煤焦置换比，它表示煤粉利用率的高低。一般煤粉的置换比为0.70.9。（4）冶炼强度（I
6、）。冶炼强度是每昼夜 、每1高炉有效容积燃烧的焦炭量，即高炉一昼夜焦炭消耗量与有效容积的比值：I= 冶炼强度表示高炉的作业强度，它与鼓入高炉的风量成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度越高，高炉产率越大，当前国内外大型高炉一般为1.05左右。 （5）生铁合格率。化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。它是衡量产品质量的指针。 （6）生铁成本。生产1t合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费用的总和，单位为元/t。 （7）休风率。休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数。休风率反映高炉设备维护的水平。先进高炉休风率小于1。实践证明，
7、休风率降低1，产量可提高2。 （8）高炉一代寿命。高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。大型高炉一代寿命为1015年。 判断高炉一代寿命结束的准则主要是高炉生产的经济性和安全性。如果高炉的破损程度已使生产陷入效率低、质量差、成本高、故障多、安全差的境地，就应该考虑停炉大修或改建。衡量高炉炉龄的指标有两条，一是高炉的炉龄，二是一代炉龄内单位容积的产铁量。1.3高炉冶炼现状及发展（1）炉容大型化及其空间尺寸的横向发展：（2）精料：精料是改善高炉冶炼的基础，近代高炉冶炼必须将精料列为头等重要措施,精料包括提高入炉况品味，改善入炉原料的还原性能，提高熟
8、料率，稳定入炉原料成分和整粒。（3）提高鼓风温度：提高鼓风温度可以大幅度降低焦比，特别是在鼓风温度比较低时效果更为显著。(4)高压操作：高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改善煤气热能及化学能利用，有利于高压操作，为强化冶炼创造条件。（5）富养大喷吹：从60年代起，世界各国都在发展向炉内喷吹燃料的技术，取代部分焦炭。喷吹得燃料有重油、天然气和煤粉等，燃料种类的选择与国家和地区的资源条件有关。目前国内外大多以喷吹煤粉（无烟煤和烟煤）为主。（6）电子计算机的应用：60年代起高炉开始以用计算机，目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。高炉冶炼计算机控制的最终目标是实现总体全部自动化控制，但由于目前冶
9、炼技术水平，还难于实现这一目标。1.4本设计采用的新技术 无钟炉顶和皮带上料，旋转溜槽布料可实现多种布料方式。 热风炉炉顶采用锥球形，有利于拱顶气流分布和热风温度升高。 炉前水渣处理采用过滤法水淬渣。 炉体冷却采用软水闭路循环系统。 余热回收和余压发电。 采用喷煤技术。 采用计算机自动监控系统，对各生产环节进行监控1.5 高炉辅助设计和生产流程图高炉及辅助设备如下：高炉本体 上料系统 送风系统 煤气除尘系统 渣铁处理系统 喷吹燃料系统。流程图如下：原料（烧结矿、焦碳、球团矿）上料系统 喷煤系统 高炉 热风炉 鼓风机 炉渣 生铁 煤气 水渣 渣棉 干渣 铸钢 铸造 除尘 净煤气 燃气厂 水泥材料
10、 绝热材料 建筑铺路材料 热装铸钢 铸造机 炉尘 烧结2高炉本体设计2.1. 总述高炉包括基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设计等。高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本题设计的基础8。近代高炉炉型向着大型横向发展，目前，世界高炉有效容积最大的是5580m3 ，高径比2.0左右。高炉本体结构设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统设计和造型的依据9。2.2 确定年工作日：347天日产量 P总=3458.2t2.3 定容积：选定高炉座数为2座，利用系数为: =2.0t/（m3 d） 每座高炉日产量： P=
11、 =1729.1t每座高炉容积 ： = =864.6m32.4 炉缸尺寸 1. 炉缸直径 选定冶炼强度 I=0.95t（m3d）;燃烧强度=1.05 t（h），则: d=0.23=0.23=6.43m 取d=6.4m 校核 =26.88 合理 2. 炉缸高度 1) 渣口高度hz=1.647m 取hz =1.7m2) 风口高度 = =3.03m 取=3.0m3) 风口数目 n=2(d+2)=2(6.4+2)=16.8 取n=18个 4) 风口结构尺寸 选取 a=0.5m 则:5) 炉缸高度 h1=hf+a=3.0+0.5=3.5m2.5 死铁层厚度 选取 h0=1.5m 2.6 炉腰直径 炉腹角
12、 炉腹高度选取 =1.10 则 D=1.096.4=7.04 取D=7m选取=8030 则 = =8030=1.76m 取=1.7m 校核 = =5.67 =80028133112.7 炉喉直径 炉喉高度 选取 =0.64 则 =0.647=4.48 取= 4.5m 选取 h5=2.0m2.8 炉身角 炉身高度 炉腰高度 选取 =840 则 h4=11.89m 取h4=12m 校核 tan=9.6 =8103211611 选取 Hu/D=3.0 则 Hu=3.07=21 取Hu=21m h3=Hu-h1-h2-h4-h5=21-3.5-1.7-12-2.0=1.8m2.9 校核炉容1. 炉缸体
13、积: V1= =112.54m3 2. 炉腹体积: V2=59.95m3 3. 炉腰体积: V3=54.35 m34. 炉身体积: V4=316.36m3 5.炉喉体积：V5 = =31.79 5 高炉容积： = V1VVV4112.54+59.95+54.35+316.36+31.79574.99m 误差： =0.33%1% 炉型设计合理，符合要求。 3 供料系统各种入炉原料(含焦炭) 均采用带式输送机输送至高炉矿槽，保证了供料系统的连续性和可靠性。槽下取消称量车，采用称量皮带自动配料，保证了上料的准确性和合理性10。并设置相应的除尘设施, 改善槽下操作环境。原料系统包括：卸料、堆料、冶炼前
14、的准备（破碎、筛分、混匀），运输到贮矿槽上；按高炉的需要配料、称量；装入料车或上料皮带，经过炉顶装料装置装入高炉等11。3.1 焦矿槽容积的确定贮矿槽的容积大约能贮存1218小时的矿石 ，68小时的焦炭。据此设定贮矿槽的容积及焦槽的容积：7684.8m3 3362.1m33.1.1贮矿槽和附矿槽的布置、容积及数目的确定高炉炉后贮矿槽和贮焦槽是用来接受和贮存炉料的。此外，还应设置一些数目的杂矿槽，以贮存熔剂和洗炉料等。1. 贮矿槽结构：采用钢钢筋混凝土混合式结构形式，矿槽周壁用钢筋混凝土浇灌，底壁、支柱和轨道梁用钢板焊成。槽内加衬板，槽底板与水平面夹角50 55。2. 本设计选用10个贮矿槽，槽
15、上槽下都采用皮带运输方式。其中烧结矿、球团矿、巴西矿、石灰石的个数分别为4、2、2、2。 单个矿槽的容积为：=7684.8/10 = 768.48 取=768矿槽贮存能力（贮存时间）：7684.824/(48032.2)= 17.45 小时3. 矿槽参数本设计中贮矿槽设置为单排，采用皮带机供料，贮矿槽宽度为10 。高度为12 m。矿槽总长度决定于车间的长度，后者决定于高炉中心线的距离。单个矿槽长度（采用带式运输机）为5。4副矿槽设计杂矿槽：752 块矿槽：10023.1.2 焦矿槽的布置、容积及数目的确定1本设计中设四个焦槽。每个焦槽容积为：3362.1/4=840.5， 焦槽贮存能力（时间）
16、：3362.124/(48032.2)=7.64小时 2另备一个100碎焦槽。3.2皮带上料机能力的确定1. 皮带机选择：选皮带机倾角为12，采用槽型皮带，皮带速度2，皮带水平投影长度为258，输送量5000。宽度选择如下：= ,式中 胶带机宽度，胶带输送量，断面系数，=320输送带速度，取=2物料堆比重，1.6 倾角系数，=0.92速度系数，=1.0代入数据，则:=1.46 取 = 1.5 2. 为保证胶带安全运行，设计时采取了以下措施：胶带机由两个方向驱动，连续运转。设三个电机，两个运转，一个备用；为预防反转，有两个电机做制动用；拉紧胶带用液压缸；为防止炉顶高温，在装料设备上面设有喷水装置
17、，温度超过某一定值时自动喷水。此外还有观察胶带爬行的装置，预防胶带断裂设备和预防停运时偶然启动的设备。3.3 高炉槽下上料系统的设计与改进1. 提高槽下地坪标高本设计在槽下设置配料带式输送机, 并将槽下地坪提高，料坑底部和矿仓底部的标高也相应提高, 改善了操作环境和采光条件, 使设备维护检修方便, 并为实现PLC上料自动化创造了更好的条件。2. 主卷扬机室座落于矿槽顶部受总图布局、场地紧张限制, 在主控楼已无法布置主卷扬机。在经过比较和计算后, 将主卷场机室布置在矿仓顶部端头的位置, 矿仓平台与炉前平台通过走道和梯子连接起来, 方便管理。3. 焦炭槽下筛分带式输送机将焦炭送至焦炭槽, 仓下设置
18、焦炭筛, 筛下物用DJ型大倾角波纹挡边带式输送机送至碎焦仓。与普通带式输送机相比, 该设备具有运行稳定, 故障率低, 维修量小, 安装、维护简单, 工艺布置紧凑合理, 总图布局灵活等特点。这项技术的采用克服了碎焦卷扬机故障多, 维修困难等缺点, 运行可靠。既提高了作业率, 又节省场地, 减少工程投资。4. 槽下上料系统采用PLC 自动称量早期高炉上料控制系统多采用继电控制，主要存在两大缺陷，一是控制系统复杂；二是工作模式只有手动和机旁两种操作方式，不能实现自动化生产。随着电子技术的发展及普及应用，采用PLC 作为主控制器实现高炉上料系统的自动控制成为技术进步的必然13。它有效解决了传统继电控制
19、的缺陷，提高高炉上料系统的稳定性、实全性、可靠性和自动化,为高炉的稳产、高产创造了技术和设备条件。槽下称量系统和上料系统均采用PLC 自动控制。设计中采用了分散称量、集中校核、自动补偿的方式, 使称量准确、合理。烧结矿、规格矿及熔剂矿通过矿仓闸门、电机振动给料机落入分散称量斗称量, 通过带式输送机输送到中间称量斗复核, 校验后再下到料车, 如有差异, 则通过PLC 微机系统自动补偿。焦炭通过焦仓闸门给料, 在槽下经焦炭振动筛筛分后, 合格焦炭进入焦炭称量斗称量, 碎焦则由大倾角波纹挡边带式输送机送至碎焦仓。4 送风系统高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路及管路上的各种阀门等。
20、高炉送风制度是高炉操作的根本制度，是高炉稳定顺行、优质、高产的重要条件。高炉合理送风制度应达到以下要求：炉料正常稳定下降，炉况顺行；初始煤气流达到合理的分布；炉缸活跃且均匀，渣铁物理热充沛，铁水质量合格；有利于炉型和设备的维护。4.1 高炉鼓风机的选择高炉鼓风机用来提供燃料所必需的氧气、热空气和焦炭在风口燃烧所生成的煤气，又是在鼓风机提供的风压下才能克服料柱阻力从炉顶排出。4.1.1 高炉入炉风量= 4780.88 m3/min高炉有效容积；每吨干焦消耗标态风量，2700 m3/t 高炉冶炼强度，取1.05tm3dt标态入炉风量，m3/min4.1.2 鼓风机风量 =(1+10)4780.88
21、=5258.96 m3/min高炉入炉风量，m3/min高炉要求的鼓风机出口风量，m3/min 送风系统漏风系数，对大型高炉为104.1.3高炉鼓风压力1. 高炉炉顶压力： 3.0 105 Pa=0.30 2. 高炉料柱阻力损失： 1.3105 Pa0.133. 高炉送风系统阻力损失： 21040.02则:鼓风机出口风压:=+ +=0.30+0.13+0.02=0.45 4.1.4 鼓风机的选择1. 对鼓风机出口风量的修正风量修正系数：0.95，实际供风量：5258.96/0.95=5535.72. 对风机出口风压的确定风压修正系数：=1.04出口风压： = =0.433. 风机选择表10 风
22、机选择系数风机型号风 量风 压转 速功 率传动方式O5700-3157001.655506750汽动此风机为离心式风机，二座高炉装三座，一台备用4.2 热风炉4.2.1 热风炉座数的确定本设计每座高炉配备四座热风炉。4.2.2 热风炉工艺布置本设计的四座热风炉采用一字型排列。4.2.3 热风炉型式的确定本设计采用改进型内燃式热风炉。4.2.4 热风炉主要尺寸的计算高炉容积为864.6，配备四座改进型内燃式热风炉。1. 确定基本参数 1) 取单位炉容蓄热面积为90/;2) 定热风炉钢壳下部内径10000,炉壳及拱顶钢板厚度为20,炉底钢板厚度为36。2.确定炉墙结构及热风炉内径下部：1) 大墙厚
23、：3452) 隔热砖（轻质粘土砖）：1133) 填料层（水渣石棉填料）：604) 不定型喷涂料：40共计：345+113+60+40=5585) 热风炉内径：=10000-5582=8844燃烧室隔墙结构：上部：230硅砖+345硅砖+20滑动缝下部：230高铝砖+345高铝砖+20滑动缝3. 选燃烧室面积（包括隔墙）根据经验，选燃烧室面积占热风炉内截面积的28%1) 热风炉内截面积：=61.42) 燃烧室面积：=61.428%=17.194. 蓄热室截面积=61.4-17.19=44.215. 选格子砖选七孔砖，格孔直径为43，查表知1格子砖受热面积：=38.06 /6. 蓄热室蓄热面积1)
24、 4座热风炉总蓄热面积：864.690=241560 2) 1座热风炉蓄热面积：2415604=60390 7. 1高蓄热室蓄热面积144.2138.06=1682.63 8. 蓄热室高度=35.89 9. 拱顶高度采用锥球形拱顶，见图1热风炉拱脚内径:=10000-2(40+60)=9800据经验:=0.60=0.609.8=5.88 图1 锥球形拱顶拱顶由球冠和圆锥台组成，具体尺寸如下：据经验：球冠弦长=0.45=0.459.8=4.41,球冠圆心角为120,圆锥斜边与水平夹角为60。10. 热风炉全高及高径比支柱及炉篦高：2.0+0.5=2.5燃烧室比蓄热室高：0.4大墙比燃烧室高：1.
25、2拱顶砖衬：400高铝砖+230轻质高铝砖+113硅藻土砖+40喷涂层=783则：=2.5+0.4+1.2+35.89+5.88+0.783+0.020+0.036=46.709校核：=4.65 符合要求。5.2.5 热风炉管道及阀门1. 热风炉系统设有冷风管、热风管、混风管、燃烧用净煤气管和助燃风管、倒流休风管等，这些管道均为普通碳素钢板焊成。管道直径根据合适的流速确定，按下式计算： 式中 - 圆形管道内径， - 气体在实际状态下的体积流量， - 气体在实际状态下的流速，。管道内气体流速参考数据见表11：表11 管道内气体流速参考数据名称实际流速（）冷风管道正风压1520负风压1015热风管
26、道正风压3035负风压2530净煤气管道612根据我国高炉热风炉管道内径参考数据，本设计选取热风炉管道内径见表12：表12 热风炉管道内径高炉容积净煤气总管净煤气管道冷风总管冷风直管热风总管热风围管冷风混风管12101500110014001200150015001200热风炉的烟道设置在热风炉组一侧的地面以下，为耐热混凝土结构。断面形状为圆形。烟道的高度为1200mm，宽度为800mm，烟道内流速为25m/s。热风炉组的烟囱设置在远离高炉方向末端，为混凝土结构，高度为70m。2. 热风炉主要阀门有：1) 热风阀：安装在热风出口和热风主管之间的热风短管上。其作用是：在燃烧期关闭，割断热风炉与热风管道之间的联系。2) 切断阀：由闸板阀、曲柄盘式阀、盘式烟道阀构成。其作用是：切断煤气、助燃空气、冷风及烟气。3) 调节阀：一般采用蝶形阀，其作用是：调节煤气流量、助燃空气流量、冷风流量及混风的冷风流量等。4) 充风阀：其作用是：热风炉从燃烧期转换到送风期，当冷风阀上没有设置均压小阀时，在冷风阀打开之前必须使用充风阀提高热风炉的压力。5) 废气阀：其作用
