《冶金厂设计基础》PPT课件.ppt

冶金厂设计基础,1.冶金厂设计概述 2.冶金厂房建筑设计简介 3.冶金厂设计技术经济分析 4. 工艺计算 5.冶金工厂设计 6.主体设备设计 7.附属设备的选择与设计,1.冶金厂设计概述,设计：一般是针对某一客体的技术的和技术经济的综合文件。 设计包括图纸、计算书、工艺流程、说明书等，包括解决技术的、劳动组织的、社会的和经济的问题的方案，包括必须的设备和生产方案。 设计应该保证新建过程在工艺、装备和结构等方面具有更高的技术水平、机械化水平和自动化水平，更高的劳动生产率，更安全和舒适的劳动条件，更好的环保措施。 设计分机械设备设计和工程设计，我们课程介绍的属于工程设计。,1.冶金厂设计概述,1.1冶金工厂设计的原则 1.2 钢铁厂的组成 1.3厂址选择 1.4总图运输 1.5 基本建设设计程序,（1）客观性： 设计所选用的技术方案和指标都要有客观的数据为依据，做出的设计应该经得起客观的评审，能够成功地付诸实施 （2）经济性： 在厂址、产品、工艺流程、设备选择上选择最经济的方案。选择能够保证单位产品投资最低、产品成本最低及经济效益最好的方案。 （3）先进性： 设计应反映出最近在该领域的成就和发展趋势，要求在建设完成和投产后，建设项目与现在的先进工厂相当或更先进。,1.1冶金工厂设计的原则,平均先进性： 在技术经济指标的选择、先进设备的采用上必须遵循平均先进的原则，应该保证设计的工厂在建成投产一年内达到设计的技术经济指标。采用的新工艺、新技术及新设备应该是经过实践考验的、能够长期稳定工作的。 对于钢铁冶金企业，由于规模大，工程寿命长，投资巨大，设计时通常都采用平均先进性原则。 例如： 炼铁高炉通常日产生铁200010000吨，寿命达620年； 高炉热风炉寿命1020年； 转炉日产200010000吨；,1.1冶金工厂设计的原则,（4）综合性： 设计的各种设备应该综合匹配，使用寿命应该一致，或是整倍数。设计的各部分应该配套成龙，局部方案与总体方案一致，各专业的设计应该服从主题工艺方案。 （5）安全环保： 设计应该保证各领域和各岗位都能够安全生产，防止有害物污染环境，达到环保的各项要求。 （6）定型化： 尽可能采用各种定型设计，包括定型的设备、部件、建筑物和构筑物以及定型的基建和工艺装备等。采用定型设计可以减少设计工作，缩短建设周期，降低建设成本和提高劳动生产率。,1.1冶金工厂设计的原则,（7）发展性： 要考虑到将来发展的可能性，生产强化及增产的可能性，适当保留车间发展所需的土地、交通线和服务设施。 例如：高炉通常设计利用系数2.02.2，现在最高可以达到2.54.0t/m3.d。转炉原先二吹一或三吹二，现在2吹1.8或3吹2.5，往往多装，50吨的装70吨等。 （8）美学 设计中应该注意遵循工业美学（技术美学）的原则，在设备布置、工厂布局方面做到排列美观、色彩鲜明、安全宜人。使工厂和工作环境有良好的布局和较佳的心理、生理学劳动条件。,1.2 钢铁厂的组成,钢铁联合企业 :组成 矿石准备车间（选矿厂、烧结厂、氧化球团厂）； 焦化车间（焦化厂或化工厂）； 炼铁车间（厂）； 炼钢和连铸车间（厂）； 轧钢车间（厂）； 辅助修理车间（大修厂）； 动力厂（包括自备电站、鼓风机室、煤气站、氧气站和水站等）； 运输部等。,1.2 钢铁厂的组成,优点 运输费用低：各车间产品和成品内部供应 可以热装热送，降低能耗，提高生产效率 充分利用厂内的副产物：煤气、蒸汽、余热等 拥有辅助工厂（电厂、水站)等保证生产稳定进行，不受外界干扰。 钢铁加工厂 组成 炼钢车间（厂）； 轧钢车间（厂）。 优点 流程断短； 成本低，效率高。,1.2 钢铁厂的组成,相关企业的要求及规模 为了保证钢铁联合企业能够正常稳定地生产，相关车间必须配合。通常生产一吨生铁需要： 1.52.0吨成品铁矿石， 400700kg焦炭。 一吨生铁可以冶炼1.051.2吨钢。 建设一座年产360万吨钢的联合企业，必须建设： 年产450550万吨的烧结厂及球团厂； 年产150200万吨冶金焦的炼焦厂与之配合； 一座年产300360万吨的炼铁厂； 一座年产360万吨的炼钢厂 一座年产300360万吨的轧钢厂。,1.3厂址选择,确定厂址应该根据以下要求 （1）由于钢铁厂原燃料、成品运输及水电消耗量很大，厂址应该靠近铁路接轨站，应该保证接轨的方便和避免复杂的线路建筑工程。靠近原燃料基地和产品销售地，有足够的水源、电源的供应。,1.3厂址选择,钢铁厂选厂址的主要指标,1.3厂址选择,（2）厂址应该位于城市和居民区主导风向的下风向。一般应该有1000m以上的距离，窝风的盆地不宜选为厂址。厂址的设置不应该与其它企业相互干扰。 （3）厂址面积及形状能够满足建设及进一步发展的需要。 （4）厂址地势最好平坦，地表由中心向四周倾斜，排水坡度在0.52.0% （5）厂址应靠近城市和已有的工厂，方便解决生活福利设施和公用设施，有利于职工生活。,1.3厂址选择,（6）厂址地耐力应该在1.52.0kg/cm2以上，地下水位尽可能低于地下建筑物和构筑物基础的深度，无侵蚀性。 （7）厂址最低处要高于河流或海水上涨的最高水位0.5m，保证厂址不被洪水及大雨淹没。 （8）厂址不应位于矿床或已开采的矿坑、溶洞及土崩的地层上，不应布置在各种有机废物、化学废物、舍弃物附近。,1.3厂址选择,（9）厂址附近应有可以弃渣的低洼地带。 （10）工厂的排水（污水）应该尽量排到城市的下游或取水点的下游。 （11）布置厂址时应该充分利用地形，不占或少占良田。,1.4总图运输,钢铁厂总图运输（或称总平面设计） 根据主要生产车间（炼铁、炼钢、轧钢）和其他（烧结、焦化、耐火、机修）车间的规模大小，生产过程的组织和特点，在已选定的厂址上，合理地布置厂区所有的建筑物、构筑物、堆场、运输和动力设施等，全面解决他们的协调问题，经济合理地调度人流、物流，创造完善的卫生、防火条件，绿化厂区，组织完整的建筑群体。 钢铁厂内部货运量大，种类多，总图运输重点是运输方式和布置。主要影响： 车间距离和建筑密度； 厂内管线长度铁路、公路长度； 产品成本和企业经营管理。,1.4总图运输,总图布置方案 钢铁厂内通常分为焦化区、烧结区、炼铁区、炼钢区、轧钢区、机修区、动力区、运输区和厂前区。 设计时主要根据工艺流程、主要车间排列、物料走向确定各车间的布置。 串联布置 烧结车间、炼铁车间、炼钢车间、轧钢车间顺序布置成串联式。 以炼铁车间为核心，将焦化、烧结等车间布置在它周围，用皮带运输机向高炉供料，称作炼铁系统。 炼铁系统由于外部原燃料运输量大，多安排在铁路专用线或码头附近。 炼钢车间布置在炼铁车间和轧钢车间之间，若有多个炼钢厂，这些炼钢厂之间并联。 串联布置适合于狭长地形的厂区和有两个铁路接轨站和编组站的大型钢铁联合企业。,1.4总图运输,缺点： 只有一个编组站时，成品需要往复运输。 发电站兼顾鼓风机站时，必须设置在炼铁厂附近，距离主要用电户轧钢厂远。 容易造成管线过长，增加投资。,1.4总图运输,人字形并联布置 炼铁车间与炼钢车间成一定角度（4560）布置； 炼钢车间与轧钢车间成平行布置。 优点： 生产车间紧凑，原料和成品运输距离短； 动力设施可以布置在主要用户中央。 缺点： 钢锭（钢坯）到轧钢车间距离长 工厂扩建难，一般适用于中小型钢铁企业。 其它布置方式：并联布置、人字形串联布置。,1.4总图运输,立体竖向布置 除平面布置外钢铁厂还应该考虑竖方向（垂直方向） 的布置 可以利用地形地貌，节省投资。 平坡式布置：适宜平原地区； 斜坡式布置：适宜于地面较平坦的地区。 阶梯式布置：厂区划分成几个台阶，各台阶有自己的标高。适宜于起伏较大的丘陵地带。,1.4总图运输,钢铁厂运输方式 通常生产1吨钢，厂内外运输量为20吨。组织全厂运输非常重要。 运输分为厂内、厂外运输： 厂内运输： 厂内各车间之间； 仓库和各车间之间； 车间内部。 厂外运输： 由公用交通线（铁路、公路、水路）和其它工厂向厂内运输原燃料、辅助材料、耐火材料等； 由公用交通线运出成品、半成品、废弃物等。,1.4总图运输,运输方式 有轨运输 标准轨（1435mm）运输 最主要（过去占90%以上）的运输方式，特点是运输量大，速度快，不受气候条件影响，连续性强，适于运输大量、高温及沉重的货物。 窄轨运输：轨距900、700、500mm。 标准轨运输应该考虑留有一定的净空高度4800mm。相邻的铁路间距不少于4500mm，之间有支柱时，间距为4600mm加支柱尺寸。,1.4总图运输,无轨运输： 包括汽车、拖车、自动装卸车、起重运输车及人、畜力车等。 水路运输： 特点是运输量大、运费低、设备少，维修简单。 特种运输 包括传送带运输、管道及水力运输、索道及绳索牵引运输等。,1.4总图运输,厂内运输组织 根据运输特点，厂内铁路运输划分成几个运输区。通常将关系密切的分成一个运输区。 第一运输区：原燃料运输和装卸工作量大 炼铁厂 焦化厂 发电厂 第二运输区：炼钢系统，包括渣铁运输，钢锭、钢坯运输。特点是特种车辆的循环运输，运输的专业化。 第三运输区：机修仓库等。 轧钢运输区：有时包括在第一或第二运输区。,1.5基本建设设计程序,冶金厂设计属于基本建设，国家对于基本建设都有法律规定,冶金工厂的设计必须符合基本建设的程序.通常基本建设项目包括以下三阶段九步骤: 设计阶段 建设项目建议书 项目可行性研究 编制和审批可行性报告和下达基本建设设计任务书 初步设计 施工图设计 施工阶段 项目施工及设备安装 设备试运转及试生产,1.5基本建设设计程序,投产验收阶段 建设项目投产及项目验收 建设项目竣工图及总结报告 建设项目建议书内容 建设项目名称及主要内容 建设的理由和依据 建设单位的基本情况 产品方案、建设规模、建设地点的初步设想 资源情况、建设条件及外部协作条件 投资估算、资金筹措设想 进度安排 项目的经济效益和社会效益分析,1.5基本建设设计程序,可行性研究 对拟建项目进行技术、经济、环境等方面是否可行进行进行研究、分析、论证和评价,得到审批后，作为编制设计任务书的依据. 总论 市场预测和拟建规模 资源、原材料、燃料及公用设施状况 建厂条件及厂址方案的比较 设计方案 生产方法和技术来源 工艺流程的选择 主要设备的比较 工厂布置方案 公用辅助设施 厂内外的交通运输方式 环境保护和三废治理,1.5基本建设设计程序,劳动安全和工业卫生 节能措施与综合利用方案 企业组织、劳动定员及人员培训计划 实施进度安排 投资概算和资金筹措 主要技术经济指标、经济效益和社会效益分析 附图：厂总平面图、工艺流程图和主体车间配置图,1.5基本建设设计程序,设计任务书 生产规模、服务年限、产品方案、产品质量要求和主要的技术经济指标 建厂地区或具体厂址 矿产资源。主要的原材料、燃料、水、电等的供应和交通运输条件 生产流程，车间组成，主要工艺设备和装备水平 三废治理，劳动安全和工业卫生要求 建设期限和建设程序 投资限额 要求达到的经济效果,1.5基本建设设计程序,初步设计 主要内容 设计的指导思想； 建设规模，项目构成，产品方案； 总体布置和总图运输； 工艺流程，主要设备； 建筑结构和公用和辅助设施； 占地面积和土地利用情况； 生产组织和劳动定员； 主要建筑材料用量； 工程投资概算； 环保和市政要求等。,1.5基本建设设计程序,完成方法 初步设计由各专业共同完成，各自编制专业设计说明书及绘制相关图纸。由冶金工艺专业为主体，相关专业（设备、土建、动力、给排水及采暖通风、机修、总图运输、技术经济）为辅助进行。,1.5基本建设设计程序,冶金专业初步设计的内容 绪论 设计依据、规模和年限； 原燃料来源、数量、质量、特性及供应条件； 产品品种及数量； 厂址及特点； 运输、供水、供电及三废治理条件； 采用的工艺流程和自动化水平；建设顺序和扩建意见； 主要的经济技术指标。,1.5基本建设设计程序,工艺流程和指标 从原燃料条件及当前的技术经济水平，说明采用工艺和指标的合理性、可靠性及预期效果； 说明采用的新技术、新设备、新材料的可靠性、合理性及预期效果； 说明工艺流程和车间组成；介绍工作制度及各项技术操作条件；说明三废治理及环境保护措施。,1.5基本建设设计程序,冶金工艺计算 配料计算: 计算工艺过程各种原燃料的需要量； 计算各种辅助材料的用量； 计算产品的成分； 计算副产品的产出量。 物料平衡计算 通过计算加入和离开流程的物质量的平衡，检验计算的准确性。 热平衡计算 通过技术过程的热平衡，考察工艺过程的能量利用和热效率，考察工艺过程能量是否合适。,1.5基本建设设计程序,主体设备的设计和计算 主体设备的主要结构尺寸、材料及数量； 主体设备的主要参数的选定和计算； 主要设备的型号、规格的确定。 设备配置 在厂区合理配置各设备的位置； 合理配置物料的运输,1.5基本建设设计程序,技术检查、自动化检测及控制、主要的辅助设施的要求 附表： 主要设备明细表 主要基建材料表 主要技术经济指标表 主要原燃料及动力消耗表 劳动定员表 基本概算表 附图 工艺流程图； 设备连接图； 主要车间配置图； 必要的非定型主体设备总图等。,1.5基本建设设计程序,冶金工艺专业除完成本专业的初步设计外，必须为相关专业提供有关资料。包括： 对土建专业： 各层的主要载荷； 防腐、防温、防水、防震、防爆、防火的要求； 对厂房结构形式、地面楼板的要求； 各种仓库的容积，对仓库材质的要求； 主要设备的重量，起重设备的重量，起重运输设备的能力。,1.5基本建设设计程序,动力、仪表和自动化专业： 用电设备容量，工作制度，电动机数量、规格； 仪器设备的防火、防爆、防腐蚀、防高温等的要求； 要求检测的信号类型、范围、精度及记录形式； 蒸汽、压缩空气的用量和压力； 需要控制的参数及要求； 通讯方式及电话安置地点、数量。,1.5基本建设设计程序,水道专业： 正常用水量和最大用水量； 对水温、水压、水质的要求； 排水量、排水方式、排水温度； 污水排放量及主要成分。,1.5基本建设设计程序,采暖通风专业： 产生烟尘、蒸汽、及其它有害物质的程度、地点； 散热设备的散热量、表面温度、表面积； 厂房的结构型式及车间结露、湿度等情况； 要求采暖和通风的地点、程度。 机修专业： 金属结构的重量； 机电设备的种类、规格、台数和重量； 需要经常或定期检修的设备的数量、重量； 各种铸钢件、铸铁件、铆焊件、耐火材料和防腐材料的年耗量或消耗定额。,1.5基本建设设计程序,总图运输专业： 各车间的平面布置； 主要原燃料、主要产品和副产品的运输周期、年运输量、运输方式、运输路线、装卸方式及物料堆放场的大小。 技术经济专业： 年度生产物料平衡表； 主要技术经济指标； 主要原燃料、水、电的消耗定额； 车间的工作制度及劳动定员； 工艺流程图,1.5基本建设设计程序,施工图设计 以车间为单位绘制，满足施工要求的图纸、说明书。 工艺专业绘制的施工图： 设备安装图； 机组安装图： 单体设备安装图：包括安装总图和零件图。 管道安装图 施工配置图 现场施工和试车投产,1.冶金厂设计概述,思考题： 钢铁厂设计应遵循的原则？ 钢铁厂为什么要求建在居民区主导风向的下风向；沈阳的主导风向是什么？ 钢铁厂厂内运输有几种?形式特点是什么？ 估算年产100万吨生铁的炼铁厂的日运输量，平均每天需要多少节50吨的火车皮？,2.冶金厂房建筑设计简介,钢铁厂设计中，土木建筑和钢结构的设计占很大比重。工艺专业应该了解土建设计的基本知识和规则。原因： 小型钢铁厂往往直接由工艺职业设计者设计； 大型钢铁厂工艺专业必须为土建专业提供基础资料。 2.1基础 2.2柱网的选择 2.3单层厂房的结构形式,2.1基础,地基与基础的概念 基础：房屋埋在地下的承重结构 地基：基础下面承受压力的土层 地基： 地耐力： 地基承受基础传下来的载荷的能力，叫做地基的允许承载力。例如：高炉基础要求的地基允许承载力为2.0kg/cm2 。 地基种类 岩石类：地耐力大； 碎石类：地耐力较大； 砂类：地耐力中等 粘性土等：地耐力低 地基加固 挖去软土，换成砂、低标号的块石混凝土； 打桩：钢筋混凝土桩、混凝土桩、钢桩,土壤允许承载力,2.1基础,基础 基底：基础的底面，是基础与地基接触部分。 基础埋置深度：室外地面到基底的深度。 冻结深度：冬天土壤冻结的厚度是多年最大冻结深度的平均值，例如：北京为0.8m，哈尔滨2.0m，上海0.06m。 冰冻线：冻结层的下边缘，通常基础底面和附属建筑物的埋置深度应在冰冻线以下0.10.25m。我国北方冰冻线深度：哈尔滨2.2米，沈阳1.2米，鞍山本溪1.1米，包头1.03米，太原小于1.0米，南方可以不考虑。 地下水位：地下水的上表面。基础通常应该设在地下水位之上，否则必须进行处理。 基础的底宽及底面积：底面积由荷载和地基的承载能力确定，有PR。 P基础底面传给地基的平均压力，t/m2； R地基允许的承载能力，t/m2 。,2.1基础,基础的类型和材料 承重墙下的基础 以砖石砌筑的承重墙多用条形基础 材料可以用墙身同种或石砌筑； 地下水位高时采用混凝土或毛石混凝土； 地质较软同时荷载大时，采用钢筋混凝土基础。 骨架结构的基础 骨架结构承重通常是柱，一般做成单独的基础，材料常常有钢筋混凝土。 几种常见基础形式,2.1基础,柱下独立基础,2.1基础,联合基础,2.1基础,柱下交叉条形基础,2.1基础,片筏基础,2.1基础,箱形基础,2.1基础,桩基础,2.1基础,基础的埋置深度 从经济方面考虑，应该尽可能浅埋，但应该埋在具有合适承载力的地基处。通常地表有一层松软的腐殖土，不能够做地基，所以通常埋置深度不得小于0.5m。 埋置深度应该使建筑物基础底面落于承载力高的层处； 埋置深度应该使基础底面位于冰冻线以下。,2.2柱网的选择,模数制概念 对建筑物及其构配件的设计、制作、安装所规定的标准尺度体系，称建筑模数制。 基本模数：100mm，记做Mo。 扩大模数：3Mo、6Mo、15Mo、30Mo、60Mo。 通常民用建筑的开间、进深尺寸采用3Mo的数列，即3Mo的整倍数。 定位轴线的布置与画法 定位轴线：确定房屋主要结构或构件的位置和尺寸的线。 主要承重结构、构件的位置都应该画上定位轴线，并进行编号。 定位轴线为细点划线，线端画一圆圈，圆内注写定位轴线编号，有平面图为准，水平方向编号为阿拉伯数字，由左向右编。垂直方向采用大写汉语拼音字母（不允许使用I、O、Z字母，防止与1，0，2混淆），由下向上编。编号一般在图下方和左侧。,2.2柱网的选择,柱网的选择 厂房跨度：应该根据设备大小、布置方式、操作及吊车跨度、安全等考虑。 18m：采用6m的倍数。 常用：9、12、15、18、24、30、36m。 厂房长度及柱距： 柱距：钢筋混凝土结构厂房6m为基本柱距，可以采用6、12、18m的混合柱距。砖石结构柱距为4m。 柱距大有利于有效空间利用，但造价升高。,2.2柱网的选择,地面通道和门的设置 通道：应该设置纵向和横向通道。 纵向通道：每跨设一条，在中间或一边。 横向通道：设一条或多条，6080m至少设一条。 门：通火车的门一般为42005100mm（机车高度4424mm，拖车宽度3070mm。,2.3单层厂房的结构形式,砖混结构 为砖墙和钢筋混凝土屋架构成。 吊车梁设置在壁柱上，为节约造价，吊车轨道也可以设在砖墙上。 砖混结构造价低，但只适用于跨度不大于15m，檐高在8m以下，吊车吨位不超过5t的小型厂房。 装配式钢筋混凝土结构 由横向骨架和纵向联系构件组成。 横向：骨架由屋架、柱、基础组成，承受天窗、屋顶等传来的载荷，承受自重和吊车的载荷。 纵向联系构件：由联系梁、吊车梁、屋面板（或檩）、柱间和屋架间支撑组成。目的是保证横向骨架的稳定性，承受纵向水平载荷。,2.3单层厂房的结构形式,柱：截面一般不小于300300mm。 矩形柱：常用于无吊车厂房。 带牛腿的支柱： 断面：矩形、工字型、双肢柱,2.3单层厂房的结构形式,吊车梁 标高： 相对标高：底层室内主要地坪为零点的标高。一般钢铁厂相对标高零点为铁路轨道表面为零标高。 绝对标高：我国青岛附近黄海平均海平面位零点。 在工程建筑总说明书中说明相对标高和绝对标高的关系。 标高以m为单位，单体建筑工程的施工图中小数点后保留三位，总平面图为小数点后两位。标高不满1m时，小数点前应该写0。 零点标注为：0.000 负标高前加-，正标高前不用加+。,2.冶金厂房建筑设计简介,思考题： 基本模数和扩大模数模数系列是多少？ 定位轴线、编号的标注方法。 绝对标高和相对标高，钢铁厂零标高怎样确定？ 如何考虑基础的埋置深度和面积？ 跨度、柱距、变形缝、横向骨架、纵向联系构件、平腹杆双肢柱是什么？,3.冶金厂设计技术经济分析,冶金厂设计的技术经济分析非常重要，但由于市场价格、建设费用、银行贷款利率等变化很大，进行技术经济分析时必须调查当时的市场行情，银行利率等，这通常是我们毕业实习调研的主要内容之一，也是设计院进行技术经济分析的重要内容。 3.1基本建设投资的计算 3.2产品成本的计算 3.3技术经济分析,3.1基本建设投资的计算,基本建设投资包括工程建设的总费用，一般都分解为若干部分进行。 按投资费用的性质分解 工程费：直接构成固定资产的费用 建筑工程费的计算：按工程量（土方、面积）的单位造价和工程量计算。 设备购置费的计算： 成套设备：采用类似法。应该参考已建成类似项目的造价和物价指数、地区建设投资系数、间接费用系数等。 非成套设备：按当前平均价+运杂费。 安装工程费的计算：通常按设备价值、重量的一定比例计算，例如机械设备安装费在1.54.5%设备价格范围。,3.1基本建设投资的计算,其它费用 土地使用权购买费 工业产权购买费：专利、商标、非专利技术等无形资产的购买费等 可行性研究费：项目投资的0.51.0%，小型项目比例高，13%。 投资促进活动费： 预备费用（不可预见费） 涨价预备费 基本预备费 通常费率515%。,3.1基本建设投资的计算,按投资费用的工程项分解 建筑工程费 房建工程、设备基础工程、筑炉工程、一般构筑物工程、厂内铁路公路工程、采暖、通风、照明、给排水工程、管道铺设工程和电力工程等的投资费用。 设备及安装费 冶金主体设备、机械电气设备购置和安装费用，自动化控制、检测仪表、通讯设备等的购置和安装费用，工具器具的购置费用等投资费用。 其它费用：烘炉费、试车费等。,3.1基本建设投资的计算,按基建阶段计算投资费用 投资估算 规划阶段估算、建议书阶段估算、可行性研究阶段估算等。 投资概算：初步设计阶段的概算,3.1基本建设投资的计算,投资估算： 规划阶段：极粗略的估算，准确度地，只作为参考而无约束力。 建议书阶段：略微精确的估算，准确度误差30%左右。 可行性研究阶段：精确度较高，与概算偏离不超过10%，是设计任务书投资限额的依据。,3.1基本建设投资的计算,投资概算： 初步设计时进行，通过概算指标概略计算编制成的，比投资估算准确。投资估算也是有误差，不如施工图设计的投资预算准确。 投资概算确定了项目的全部基建投资，是订合同、招标、贷款的依据。 概算书依据初步设计说明书、图纸、设备和建筑材料的价格、概算指标（定额）和概算费用指标编制。,3.1基本建设投资的计算,基本建设概算包括建设项目总概算、单项工程综合概算、单位工程概算、其它工程与费用概算。 建设项目：具有可行性研究报告、总体设计、经济上独立核算、行政上独立组织的基本建设单位。如烧结厂、炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂。建设项目往往包括数个单项工程。 单项工程：具有独立设计文件，竣工后可独立发挥生产能力或效益的工程。如：烧结厂的贮料、配料、混料、烧结、烟气处理、电控等都是单项工程。单项工程可以分解为建筑工程、设备及安装工程等单位工程。,3.1基本建设投资的计算,单位工程：具有独立设计，可以独立组织施工的工程。 单位工程概算 单项工程综合概算书 其它工程和费用概算 建设项目总概算书,3.1基本建设投资的计算,单位工程概算,单项工程综合概算,单位工程概算,单位工程概算,单位工程概算,单项工程综合概算,其它工程费用概算,建设项目总概算,3.1基本建设投资的计算,概算书的层次关系,总概算书,第二部分 其它工程及概算书,未能预见 工程和费用,第一部分 单项工程综合概算书,单位工程概算书,回收金额,建设单位管理费,土地征用补偿费,主要单项工程项目综合概算书,辅助生产工程综合概算书,主体厂房,主要工段,辅助工段,电气控制,。,。 墙壁 基础,。 设备二 设备一,建筑工程,设备及安装工程,厂内维修,实验室,化验室,。,3.1基本建设投资的计算,施工图预算： 竣工决算：,3.1基本建设投资的计算,冶炼工艺部分的概算书 设备概算价值 设备原价： 标准件：产品目录价；无价格表的参考类似估价并可上浮1020%。 非标准件：参考类似装置，往往按重量定价。 工具、器具和生产用家具费按设备价的1.53%估算。,3.1基本建设投资的计算,设备安装费： 通用设备按设备价乘安装费率； 非标设备：按重量的安装费率计算。 运杂费：根据距离、设备原价计算（如：设备原价乘运杂费率）。 组装（0.11.2%）费和拆除费。,3.1基本建设投资的计算,工业炉概算价值：按单位工程编制概算 标准工业炉：,3.1基本建设投资的计算,非标准工业炉： 工业炉设备及安装工程 工业炉建筑工程 基础工程量 砌筑工程量 钢结构工程量 管道工程量 铸件工程量 附属设备及安装工程量 工艺管道概算价值 金属结构件概算价值,3.2产品成本的计算,产品成本构成 制造成本 直接材料费 直接工资费 其它直接支出费 制造费 期间费用 管理费用 财务费用 销售费用,3.2产品成本的计算,产品成本的计算 原材料费 入库价： 途耗 库耗 运杂费：13%至1020%，随路途远近变化。 水、动力、燃料费 工资和附加 全厂工资：年人均工资职工总数 单位产品工资： 工资附加费 福利基金：工资总额的1013% 企业基金：工资总额的5% 劳动报酬：基本工资、奖金、津贴。,3.2产品成本的计算,车间经费 车间折旧费 折旧率：通常取5%，近来有增加的趋势。 维修费：包括大、中、小修所需费用 大修费率：冶金厂为23% 中小修及日常维护费率0.1%。,车间管理费 综合利用收益 各种副产品和联产品的收益 如；高炉煤气、转炉煤气、高炉水渣、高炉尘、各种废铁废钢；回收的蒸汽、电力等 企业管理费 企业管理产生的费用 车间之外的固定资产折旧费 企业其它业务费用 销售费用,3.2产品成本的计算,3.2产品成本的计算,劳动定员 岗位定员法 按设备定员 按定额定员 按比例定员 按岗位定员 管理人员定员 机械设备维修人员 在册人数定员法 在籍人员系数：对于冶金工厂连续工作制，企业年工作日365天，间断工作制是扣除法定假日和休息日的工作天数。再考虑到出勤率得到的系数。 通常冶炼工人出勤率9294%。,3.2产品成本的计算,3.3技术经济分析,技术经济指标 要求的资料 设计的原始资料 冶炼过程的消耗 设计方案比较和主要技术 冶炼流程图 劳动定员明细表 各种定额资料 主要内容 综合技术经济指标，方案比较； 劳动定员、劳动生产率； 基建投资、流动资金、产品成本； 投资贷款偿还能力、企业建设效果分析。,投资效益析分析 投资利税率 投资利润率 投资回收年限 静态： 动态：考虑到投资贷款建设期和生产期利息的投资回收年限。,3.3技术经济分析,3.3技术经济分析,炼铁厂简单技术经济分析。 投资估算： 基建投资 流动资金 成本估算 支出：原燃料、 收入： 技术经济分析 示例：,投资估算,年产生铁： 制钢铁600万吨，铸造生铁50万吨 折算为制钢铁：600+50*1.1=655万吨 车间规模： 高炉总容积：Vu=6550000/350/2.18913立方米 单位炉容投资：（5080万元） 确定为80万/m3 车间基建投资：80*8913=713040万元=71.304亿元 流动资金：80163万元 总投资：793203万元,成本估算,成本估算,技术经济分析,4. 工艺计算,进行冶金厂设计时，首先应该进行工艺计算，通过计算获得设计必须的参数。进行计算时，需要许多数据，这些都通过参考同类工厂的考察、原燃料基地资料的收集、建设地区各种资料的收集获得。 对于毕业设计则通过毕业实习、文献资料阅读和收集获得。 工艺计算通常包括： 配料计算：计算单位产品的原燃料消耗和产品成分。 物料平衡：计算冶炼过程进入和排除的物质的平衡。 热平衡：计算冶炼过程能量的收入和支出平衡。,4. 工艺计算,工艺计算分两类，一种是新建冶金工厂的计算，一种是对生产厂进行的计算，这里我们主要介绍新厂设计的工艺计算。 工艺计算的条件： 原燃料条件： 自然环境条件： 冶炼条件和冶炼产品： 装备水平： 热力学及热工数据：,4. 工艺计算,原燃料条件： 原燃料成分、温度、消耗量。 自然环境条件： 当地的海拔； 年平均气温、最低气温和最高气温 年平均湿度、最高(夏季)平均湿度、最低(冬季)平均湿度。 冶炼条件和冶炼产品： 冶炼产品、副产品的量及成分。 冶炼过程元素的分配(金属、渣和炉气 )和损失 冶炼的主要工艺参数。 装备水平： 装备水平与冶炼条件、副产品排出、原燃料消耗有关。 热力学及热工数据：,4. 工艺计算,炼铁工艺计算 计算准备： 原燃料数据的整理 确定生铁成分 确定元素在渣、铁、炉气中的分配比 确定炉尘吹出量及其成分 确定焦比、直接还原度、炉渣碱度、炉渣成分的限制要求、鼓风富氧水平、热风温度 氢利用率、甲烷生成率。,4. 工艺计算,配料计算： 目的：确定原燃料配比。 物料平衡计算： 目的：确定物料收入和支出 热平衡计算： 目的：确定能量利用,4. 工艺计算,配料计算,4. 工艺计算,物料平衡计算,4. 工艺计算,热平衡计算,4. 工艺计算,炼钢工艺计算 物料平衡 根据炼钢过程进入和排出的物质总量进行计算，包括钢、渣和炉气及喷溅损失。 热平衡 炼钢过程的热收支平衡，确定炼钢工艺操作,炼钢物料平衡,物料平衡的基本数据 铁液和废钢成分及温度 通常铁液温度取1300。 造渣剂及炉衬成分,炼钢物料平衡,冶炼钢种及成分 Q235：C0.140.22,Si0.120.3,Mn0.30.7. P:0.045%,S:0.045%. 铁合金种类及成分 硅铁：Si70%，。 锰铁：Mn75%，Si2.5%，C7.5%，。 操作实测数据 终渣碱度：CaO/SiO2=3.0% 萤石加入量：铁水的0.5% 矿石加入量：铁水的1% 喷溅铁损：铁水量的0.10.3%。 渣中铁损：渣量的12.5%,炼钢物料平衡,氧气纯度：99.5%，N2：0.5% 炉衬侵蚀量：铁水量的0.10.3%。 终渣T.Fe：13%，其中FeO=1.35*（Fe2O3） 烟尘量：铁水量的1.31.5%。烟尘含FeO75%，Fe2O320%。 炉气自由氧含量：0.5% 气化脱硫量：总硫量的1/3 C氧化比例：8085%氧化成CO，其余氧化成CO2。,炼钢物料平衡和热平衡,铁水吹炼过程的物料平衡 渣量及成分 铁水中元素的氧化：C、Si、Mn、P、S的氧化。 造渣剂加入量： 矿石、萤石、炉衬带入： 轻烧白云石：控制渣中MgO为610%。（1.5kg/100kg铁水左右） 石灰：根据炉渣碱度确定石灰加入量。 （4.7kg/100kg铁水左右） 终渣TFe及渣中氧化铁： 终渣量：先计算无铁渣量，然后计算含氧化铁渣量。（约10.7kg/100kg铁水左右） 矿石及烟尘中的铁及氧： 矿石带入体系的铁全部还原为金属铁，氧提供炼钢过程氧化剂。 烟尘带走铁和烟尘的铁氧化消耗的氧。,炼钢物料平衡和热平衡,炉气成分、重量和体积：包括CO、CO2、H2O、SO2和自由氧的体积及氮气体积。 氧气消耗量及体积：包括氧化消耗（扣除物料带入的氧及脱硫产生的氧）、过剩的自由氧和带入的氮气。 钢液重量：扣除氧化损失、喷溅损失、烟尘损失和渣中带铁损失，计入矿石带入铁量。求出钢水收得率。 未加废钢时的物料平衡,未加废钢时的物料平衡,炼钢过程的热平衡,炼钢过程的热平衡 基本数据 物料平均热容及熔化潜热 入炉料温度和产物温度,炼钢过程的热平衡,元素降低铁熔点的值 炼钢反应热效应,炼钢过程的热平衡,元素降低铁熔点的值 炼钢反应热效应 氧化反应：C、Si、Mn、P、Fe的氧化热效应 成渣反应：2CaOSiO2，4CaOP2O5 分解反应：碳酸钙和碳酸镁的分解,炼钢过程的热平衡,计算内容 热收入 铁水物理热： 元素氧化热和成渣热 烟尘氧化热 炉衬碳氧化热 热支出 钢水物理热：确定钢液温度。 炉渣物理热：出钢温度+1015。 炉气、烟尘、铁珠、喷溅金属的物理热 白云石分解热 矿石分解热 热损失：38% 剩余热和废钢比：计算过剩热，计算废钢加入量和废钢比。,炼钢过程的热平衡,热效率：通常在8085%范围 热效率=（钢水物理热+炉渣物理热+废钢物理热）/总热收入100%,炼钢过程的热平衡,加废钢后的物料平衡,加废钢后的物料平衡 废钢元素氧化 废钢耗氧、氧化产物,加废钢和脱氧后的物料平衡,加废钢和脱氧后的物料平衡 脱氧剂 硅铁 锰铁 增碳剂,5.冶金工厂设计,炼铁车间设计 炼钢车间设计,炼铁车间设计,主要包括：工厂规模、平面布置及总图运输 工艺条件及技术经济指标的确定 工厂规模 高炉车间平面布置及运输,炼铁车间设计,工艺条件及技术经济指标的确定 主要冶炼条件及工艺参数的确定 原燃料条件 根据高炉炼铁工艺设计技术规定，入炉原料应该以烧结矿为主，以不加或尽量少加熔剂为原则。优先采用高碱度烧结矿配加酸性块矿、球团矿。 烧结矿的粒度范围为550mm，富矿块矿粒度为530mm，球团矿粒度为618 mm（或520mm）。,表 炉容对入炉原料品位、熟料率的要求,炼铁车间设计,表 炉容对入炉焦炭的要求,炼铁车间设计,热风温度、炉顶压力、富氧率及设备 富氧率：通常为6 热风温度、炉顶压力如下表。 表 不同炉容对炉顶压力、风温的要求,炼铁车间设计,技术经济指标的确定 高炉主要经济技术指标包括高炉有效容积利用系数、综合焦比、喷煤比、炉顶压力、风温、年工作日及高炉一代寿命等，根据高炉炼铁工艺设计技术规定如下表，高炉年工作日定为350天。 高炉的冶炼强度通常在0.91.1范围。,炼铁车间设计,工厂规模 高炉容积及座数的确定 高炉容积是根据设计任务书中规定的生铁年产量、年工作日、高炉利用系数、生铁品种及高炉座数确定的。设计任务书通常给出制钢生铁和铸造生铁的年产量，此时应该将铸造生铁折算成制钢生铁。折算系数如下表：,炼铁车间设计,如果设计任务书只给出了钢锭产量和外运生铁产量，则需根据金属平衡及炼钢工艺确定生铁产量。 已知钢锭产量时，首先算出钢液消耗量。 一般单位钢锭消耗系数为1.051.020，单位连铸坯的消耗系数为1.0501.055。单位钢液消耗的生铁量取决于炼钢方法、炉容大小及废钢消耗量。 根据钢液量算出生铁消耗量 转炉不加废钢时生铁消耗量为1.051.10t/t钢 配入17%的废钢时，生铁消耗量为0.870.91t/t钢。 此外，还需加上本厂机修、铸造等单位需要的自用生铁（如钢锭模用生铁）。,炼铁车间设计,炼铁厂高炉总容积=生铁年产量/年工作日/高炉有效容积利用系数，（m3） 单座高炉炉容=炼铁厂高炉总容积/炼铁厂高炉座数 ，（m3） 根据国家最新规定，不允许建设小于1000m3的高炉，目前世界最大高炉6000m3，其对原燃料要求 很高，所有我们通常取高炉容积在10005000m3范围。 高炉座数 通常，考虑煤气平衡与金属平衡，新建炼铁厂高炉座数取23座。,炼铁车间设计,高炉车间平面布置及运输 对于大、中型钢铁联合企业中的炼铁车间，平面布置主要考虑贮矿场、贮矿槽、上料系统、高炉本体及出铁场、水渣处理系统、热风炉系统、煤气处理系统、铸铁机、铁水罐修理库、碾泥机室等的建筑物、构筑物和工艺设备的布置，考虑车间运输方式及铁路、公路等的布置。 平面布置应该遵循的原则 足够的运输能力 ：1000m3高炉运输量为800010000吨。 布置紧凑 ：节省土地和投资，尽可能共用某些设备。 位置适当 ：如铸铁机、生铁块仓库、铁水罐修理库通常位于通向炼钢厂的方向 应该考虑到高炉大修、扩建时，施工作业及其运输不应该妨碍其它高炉的生产及运输。,炼铁车间设计,主要的平面布置方式 一列式布置：,图6-1 炼铁厂一列式平面布置,炼铁车间设计,并列式布置：,图6-2 炼铁厂并列式平面布置（图注号同图6-1),炼铁车间设计,岛式布置：,图6-4 炼铁厂半岛式平面布置,炼铁车间设计,半岛式布置：,炼铁车间设计,炼铁厂的主要运输方式 现代化大型高炉的运输方式通常是：焦炭、烧结矿、球团矿通过皮带运输进入矿槽，通过斜桥料车或皮带上料；生铁通过铁路运输；炉渣冲水渣后，通过皮带、铁路或汽车运出车间，干渣通常由汽车运输；辅助材料运输采用公路或铁路运入，粉尘及粉矿通过皮带、汽车或铁路运出高炉车间。,炼钢车间设计,根据车间的生产规模，车间的组成、各项作业系统的工艺流程、车间的布置、厂房尺寸、各跨间设备的数量及布置、合理的运输方式等。 原则： 各工艺互不干扰； 物料流向顺行； 运输路线畅通； 满足生产需要，留有发展余地。,炼钢车间设计,全连铸转炉炼钢车间的组成和布置 转炉炼钢车间主要分为炼钢部分和连铸部分。炼钢车间主要包括以下作业： 铁水预处理 铁水、废钢供应 转炉吹炼 造渣剂和铁合金供应 钢水炉外精炼 连铸及铸坯输送 钢水、炉渣的运输 烟气的净化和回收,炼钢车间设计,炼钢车间主厂房的各跨： 装料跨： 转炉跨： 钢水接受跨 浇注跨 切割跨 出坯跨等 辅助建筑： 渣处理间 铁水预处理站 地下料仓,炼钢车间设计,典型横向全连铸转炉车间布置,炉渣间,主控室,加料跨,真空脱气区,出坯跨,连铸机,混铁车区,转炉跨,修包跨,切割跨,浇注跨,钢水接受跨,操作室,废钢准备,铁水扒渣,炉外精炼区,散装原料皮带机,炼钢车间平面布置_模铸,炼钢车间平面布置_模铸+连铸,炼钢车间平面布置_全连铸,炼钢车间平面布置_全连铸,炼钢车间设计,转炉炼钢车间主厂房设计 主厂房布置： 加料跨、浇注跨在转炉跨两侧 大型车间在转炉跨和浇注跨之间设钢水接受跨。 加料跨： 中部为炉前操作区（炉前平台） 一侧是铁水系统作业区 另一侧是废钢作业区 厂房高度：取决于吊车轨道面高度。主要取决于向转炉兑铁水的操作要求。,炼钢车间设计,炼钢车间设计,转炉跨： 转炉位置的确定 转炉在厂房纵向上的位置和转炉中心距，中心距通常为厂房基本柱距的整倍数。 转炉中心线与厂房柱子的距离：L 转炉耳轴标高：取决于转炉最大回转半径和钢包系统高度。 转炉工作平台标高：H2 其它平台 炉口平台 散状料系统平台 供氧系统平台 副枪平台 转炉跨吊车轨面标高：取决于更换副枪（或氧枪）。 副枪中心线与氧枪中心线距离：S1,炼钢车间设计,连铸跨：跨度和高度取决于连铸机。 连铸机总长：L 连铸机高度：H 钢水接受跨轨面标高：H0 连铸操作平台标高：h，低于结晶器顶面0.30.4m。 连铸机流间距和连铸机中心距。,6.主体设备设计,高炉主体设备设计 炼钢主体设备设计,高炉主体设备设计,高炉炉型设计 高炉内衬 高炉冷却器 高炉冷却方式及给排水 高炉钢结构 高炉基础,高炉炉型设计,炉喉 d1,h5. 炉身 h4, 炉腰 h3,D 炉腹 h2, 炉缸 h1,d ,hz,hf 死铁层 h0,高炉炉型设计,高炉炉型特点及对冶炼的影响 高炉炉型主要是适应： 炉料下降过程在上部温度上升体积增大； 在下部矿石融化成渣铁体积收缩； 适应煤气上升过程温度下降体积缩小， 高炉内型为上下小，中间大的五段结构 。 有效高度Hu和有效容积Vu 高炉有效高度Hu ：是从铁口中心线到料线的距离。 实际料线位置是变化的，我国和前苏联通常以高炉大料钟下降下沿为料线零位，日本通常定于大料钟下降下沿以下1000mm，美国则定在大料钟下降下沿以下915mm位置。对于无料钟炉顶，通常取料槽最低位置或其下一定距离，如武钢新3号高炉料线零位为料槽最低位置以下1500mm。,高炉炉型设计,高炉有效容积Vu：指有效高度范围内高炉内衬所包围的空间。 高炉有效高度取决于高炉有效容积和焦炭的质量。 炉缸直径d及高度h1： 炉缸直径一般根据高炉冶炼强度i和炉缸截面积燃烧强度j确定。炉缸燃烧强度j通常在1.01.2t/(m2h)范围。国外大型高炉多在1.0t/(m2h)。 计算公式为：,炉缸直径(m)也可以按经验公式确定，公式为： 炉缸高度：主要取决于生铁日产量、日出铁次数、渣量及风口结构尺寸。 在有渣口的高炉上，通常先确定渣口高度，然后再确定风口高度和炉缸高度。,高炉炉型设计,高炉炉型设计,式中：Vu是高炉有效容积，m3； 是高炉有效容积利用系数，t/（m3d）； b是生铁产量波动系数，一般取1.2； d是炉缸直径，m； N是出铁次数，根据高炉容积和产量，一般为812次/d，大高炉取大值； c是渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.550.65； m是渣铁比，t/t； 是下渣率，一般取30%； P是铁水密度，一般为7.1 t/m3； S是炉渣密度，一般为1.41.8t/m3；,渣口高度（m)计算公式如下：,高炉炉型设计,渣口与风口间距hd(m)为：,风口中心线高度hf为：,高炉炉型设计,对于没有渣口的大型高炉，可以直接计算风口中心线高度，公式为：,炉缸高度为：,高炉炉型设计,炉腹角及炉腹高度h2 炉腹角:通常取7983。 炉腹角过大不利于煤气分布，过小使炉料下降阻力增加不利于顺行。 炉腹高度h2 :,大于2000m3的高炉也可以用下式计算：,高炉炉型设计,炉腰直径D及高度h3 炉腰直径D是高炉直径最大处，处于高炉炉料的软熔带部位，较大的炉腰直径有利于改善高炉透气性，有利于顺行。设计中常常根据炉缸直径计算，通常D/d值大型高炉取1.071.15，高炉越大比值越小。 炉腰高度设计中通常取13m之间，炉腰高度对冶炼过程影响不大，炉容大取大值，设计中通常用炉腰高度调整设计炉容。,高炉炉型设计,炉身高度h4及炉身角 炉身角对炉料下降、炉身部煤气分布都有重大影响。炉身角小有利于炉料下降，但边缘煤气流容易发展，不利于降低焦比和提高高炉寿命。炉身角大有利于抑制边缘煤气流，但不利于炉料下降。炉身角通常取值为80.585.5范围，大高炉取小值。 高炉炉身高度通常占高炉有效高度的5060%，对高炉内炉料的传热、还原有很大的影响。炉身高度h4根据炉腰直径和炉喉直径及炉身角确定。,高炉炉型设计,炉喉直径d1及高度h5 炉喉直径与炉腰直径、炉身高度和炉身角有关，通常由d1/D值确定。一般高炉d1/D值在0.640.73范围，多在0.67左右。 炉喉高度应能够保证炉喉布料及料线调节的需要，一般为13m。 死铁层高度h0 为了防止铁水及炉渣流动对炉底的侵蚀，在铁口中心线以下到炉底砌砖表面通常设一个空间，使其中存在的渣铁不流动，起到保护炉底及稳定渣铁温度的作用。大