毕业设计（论文）-2900立方米炼铁高炉设计说明书.doc

中南大学本科生毕业设计说明书 I 目录 摘 要 .I ABSTRACT.II 第一章 文献综述.1 1.1 概述.1 1.1.1 高炉炼铁简史 .1 1.1.2 我国高炉炼铁发展历程 .2 1.1.3 原料和燃料 .2 1.1.4 主要技术经济指标 .3 1.2 近代高炉炼铁技术发展.3 1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势.5 1.4 本设计的目的和任务.8 第二章 厂址选择.9 2.1 厂址选择一般原则.9 2.2 本设计厂址选择.10 2.2.1 工业布局及国家政策 .10 2.2.2 原料供应及运输条件 .10 2.2.3 劳动力资源优势 .11 2.2.4 厂址的协作条件 .11 2.2.5 厂址的工程地质及水文地质条件 .11 第三章 工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证.12 3.1 高炉炼铁工艺流程.12 3.2 高炉炼铁主要经济技术指标.13 第四章 高炉炼铁综合计算.15 4.1 高炉配料计算.15 4.1.1 已知条件 .15 4.1.2 计算方法与过程 .18 4.2 高炉物料平衡计算.21 4.2.1 初始条件 .21 4.2.2 风量计算 .22 4.2.3 煤气成分及数量计算 .23 4.2.4 物料平衡表 .25 4.3 高炉热平衡计算.26 中南大学本科生毕业设计说明书 II 4.3.1 热平衡计算方法 .26 4.3.2 热平衡计算 .27 第五章 高炉本体设计.32 5.1 高炉炉型设计.32 5.1.1 炉型设计要求 .33 5.1.2 炉型设计方法 .33 5.1.3 炉型设计与计算 .34 5.2 高炉炉体设计.37 5.2.1 高炉炉衬结构 .37 5.2.2 高炉炉衬耐火材料 .37 5.2.3 高炉炉底及炉缸耐火材料 .38 5.2.4 炉腹 .42 5.2.5 炉腰和炉身 .42 5.2.6 炉喉 .43 5.3 炉体冷却设备设计.43 5.3.1 冷却结构 .43 5.3.2 冷却设备 .43 5.4 炉体钢结构设计.44 5.5 风口、渣口及铁口设计.44 5.6 炉体附属设备设计.45 第六章 高炉附属系统设计.46 6.1 高炉供料系统.46 6.1.1 装料设备选择 .46 6.1.2 布料方式 .47 6.2 炉后供料系统.48 6.2.1 供料系统的形式与布置 .48 6.2.2 贮矿槽、贮焦槽及其附属设备 .48 6.2.3 槽下筛分、称量与运输 .48 6.2.4 上料设备 .49 6.3 高炉送风系统.49 6.3.1 高炉鼓风机 .49 6.3.2 热风炉设计及附属设备选择 .54 6.4 高炉喷吹燃料系统.60 中南大学本科生毕业设计说明书 III 6.4.1 煤粉喷吹系统 .60 6.4.2 喷煤应注意的问题 .61 6.4.3 高炉喷吹新技术发展 .62 6.5 高炉煤气除尘系统.62 6.5.1 布袋全干式煤气除尘工艺 .63 6.5.2 煤气除尘设备 .64 6.5.3 高炉煤气余压利用 .65 6.6 渣、铁处理系统.66 6.6.1 风口平台及出铁场 .66 6.6.2 铁水处理设备 .66 6.6.3 水渣处理工艺 .66 6.6.4 铁钩流咀布置 .68 6.6.5 炉前设备 .69 第七章 车间布置设计.70 7.1 设计基本依据.71 7.1.1 常用设计规范和规定 .71 7.1.2 设计基础 .72 7.1.3 车间组成 .72 7.1.4 车间布置应考虑的问题 .72 7.2 车间设计.73 7.2.1 厂房安排 .73 7.2.2 厂房层数 .74 7.2.3 厂房布置 .74 7.2.4 设备布置 .75 7.3 安全、卫生及其他问题.77 第八章 生产组织与技术经济分析.78 8.1 生产组织.78 8.2 技术经济分析.79 8.2.1 投资估算 .79 8.2.2 销售与利润 .81 第九章 环保与安全.82 9.1 生产安全.82 9.1.1 安全生产管理 .82 中南大学本科生毕业设计说明书 IV 9.1.2 厂房安全 .82 9.1.3 防火、防爆与防震 .83 9.1.4 机械、电气、起重和运输设备安全 .84 9.1.5 通风 .85 9.1.6 劳动卫生与职业病 .86 9.1.7 个人防护用品 .86 9.2 环境保护.87 9.2.1 工业噪声控制 .87 9.2.2 环境监测 .88 9.2.3 废弃、废水回收治理 .88 9.2.4 废渣处理 .89 9.2.5 绿化与土地复垦 .89 第十章 结论.91 致谢.93 参考文献.94 中南大学本科生毕业设计说明书 I 摘 要 本设计是设计年产 250 万吨炼钢生铁高炉车间。设计中采用了 2900m3的高 炉一座，设计 2 个出铁口，2 渣口，采用矩形出铁场。送风系统采用 3 座内燃 式热风炉，煤气处理系统采用干式布袋除尘。渣铁处理系统采用拉萨法水淬渣 （RASA）处理。上料系统采用料车上料。 设计的主要内容包括炼铁工艺计算（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、炉顶设备、煤气处理系统、渣铁处理系统、高 炉喷吹系统和炼铁车间的布置等。另外为了更加具有科学性，本设计参考了国 内外的相似高炉的生产经验和数据。 关键词：关键词：炼钢生铁 高炉 车间设计 中南大学本科生毕业设计说明书 II ABSTRACT The assignment is the design of the 2.5 million tons annual production capacity of steel-making pig iron of blast furnace workshop. Used in the design of the one 2900m3 blast furnace,four jardine,two taphole ,the use of rectangular field of iron.Blast system 3 internal combustion hot stove,dust catcher system using dry bag gas precipitator etc. Tapping system method of water quenching residue Lhasa (RASA) to deal . The charging system is used in feed cart. The design program consists of technological calculation（including blast- furnace burden calculation、material balance calculation and thermal equilibrium calculation），the choose of furnace lining and cooling plant，the design of furnace lines，tuyere and casting house，material system， roof system，gas dispose system，iron and slag dispose system，fuel injection system and the disposition of plant. Besides，in order to make the design achieve best, the design also consults some advanced produce experience and data from home and abroad similar furnaces. Key words: Steelmaking pig iron; blast furnace; workshop design 中南大学本科生毕业设计说明书 1 第一章 文献综述 钢铁是重要的金属材料之一，广泛应用于各个领域，因此钢铁生产水平是 一个国家工业发展程度的标志之一。工农业生产要大量的机械设备，这些都需 要大量的工业材料。钢铁工业为机械制造和工程建设提供最基本的材料，在国 民经济中占有重要地位。 1.1 概述 钢铁作为基础工业材料自身价格相对低廉同时具有以下优点： （1）具有较高的强度及韧性。 （2）容易用于铸、锻、切削以及焊接等多种加工方式，可以得到任何结 构、任何形态的工件。 （3）生产所需资源（铁矿石、煤炭、石灰石等）储量丰富，易于开采， 生产成本较低。 （4）钢铁生产历史悠久，积累了大量成熟的生产技术，与其他材料工业 相比，钢铁工业规模大、产量高、成本低。 所以在一定意义上说，一个国家的钢铁工业发展状况也反映其国民经济发 展程度。到目前为止，没有任何材料能够代替钢铁的地位。 1.1.1 高炉炼铁简史 人类炼铁历史悠久，原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖 一坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。以木炭为燃料，利用自然风力进行燃烧、 加热和还原铁矿石，产品为类似块状的海绵铁。随着人力、畜力和水力鼓风方 法的出现，产量提高，渣和铁也比较容易分离，产品质量有所提高。随着科学 技术的进步，炼铁工艺逐步得到改进和发展，到近现代工艺技术基本成熟。 1709 年欧洲开始用焦炭炼铁，1776 年高炉应用了蒸汽机带动的鼓风机，1832 年回收炉顶煤气，1857 年应用了考贝式热风炉，逐步形成了近代高炉雏形。19 世纪下半叶，高炉容积逐步扩大，设备结构趋向完善。20 世纪初至 50 年代， 美国采用了人造富矿以及高压炉顶、综合鼓风技术，为高炉发展奠定了基础。 70 年代卢森堡研制无料钟装料设备成功，为进一步扩大炉容和提高炉顶压力创 造了条件。60 年代初，高炉最大炉容达 2000m3 ，日产生铁 4000t。随着精料、 中南大学本科生毕业设计说明书 2 超高压炉顶、高风温热风炉、燃料喷吹、富氧、脱湿和计算机控制等技术的发 展，70 年代初炉容增大至 40005500m3 ，日产生铁 10000t 以上。90 年代初， 世界 40005500m3 的大型高炉已有约 30 座，高炉最长寿命达 16 年，一代炉役 的单位炉容出铁量达 10000tm3 。 1.1.2 我国高炉炼铁发展历程 我国近代工业水平低下，钢铁冶炼基本处在较原始的状态。直到晚清洋务 运动时于 1894 年，在中国汉阳钢铁厂建成第一座近代高炉，炉容 248m3 。此后 我国炼铁工业发展缓慢，无论生产技术还是产量都与世界平均水平差距巨大。 20 世纪 50 年代，中国先后在鞍山、本溪、武汉、包头等钢铁公司设计建成了 容积为 8001500m3 的高炉，建成了年产 300 万 t 生铁规模的炼铁厂，设计采 用了自熔性烧结矿、筛分整粒、高压炉顶技术。60 年代采用了燃料喷吹技术。 同期，成功地设计了冶炼钒钛磁铁矿(渣中含 TiO2 达 25)的大型高炉，年产含 钒生铁 170 万 t 规模的炼铁厂，至 80 年代末已发展为 280300 万 t 的生产规 模。70 年代以来，中国先后采用了无料钟炉顶、高风温热风炉、计算机控制、 余压回收和余热利用等技术。1985 年，中国宝山钢铁总厂建成第一座 4000m3 级大型现代化高炉，至 90 年代初，又设计建成了两座更加先进的 4000m3 级高 炉，形成了年产 1000 万 t 生铁规模的大型炼铁厂。目前中国生铁产量已经跃居 世界第一。 1.1.3 原料和燃料 高炉炼铁是将铁矿石(含天然矿和人造富矿)冶炼成生铁的工序。高炉炼铁 厂是钢铁联合企业的主要组成部分，也可作为生产生铁的独立工厂。主产品为 炼钢生铁和铸造生铁。钢铁联合企业中的高炉炼铁厂以生产炼钢生铁为主，而 独立铁厂一般生产铸造生铁，均根据实际需要确定。例如，1980 年日本的铸造 生铁占生铁总产量的 1.75，而美国则为 1.46。高炉炼铁厂一般包括：高炉 主体设备，高炉鼓风系统，高炉贮矿槽系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、 风口平台出铁场系统、热风炉系统、粗煤气系统、炉渣处理系统、燃料喷吹系 统铁水等。 高炉炼铁的主要原料包括人造富矿(如烧结矿、球团矿等)和天然铁矿石。 设计中通常以熔剂性烧结矿为主，必要时配入少量球团矿，烧结矿和球团矿用 量占含铁原料量的 85(即熟料率)以上，直接入炉的天然矿石一般采用富块矿。 辅助原料主要包括熔剂(石灰石、白云石)、锰矿、萤石和废铁。熔剂应尽量配 中南大学本科生毕业设计说明书 3 入烧结矿中，直接入炉部分只作调剂炉渣成分用。高炉炼铁的主要燃料是焦炭， 要求灰分低(13)、含硫低(0.6)、强度好(M40 76)。辅助燃料有煤粉、 重油、天然气等(见高炉燃料喷吹系统设计)，可用以取代部分焦炭，也是调节 炉况和增产的手段。 1.1.4 主要技术经济指标 高炉主要技术经济指标是反映炼铁厂综合水平的标志，主要有： （1）高炉有效容积利用系数（v）。高炉有效容积系数是指每昼夜、每 1m3 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 是高炉炼铁的重要指标，v愈大，高炉生产率愈高。目前，一般大型高 炉超过 2.0t/（m3d）。 （2）焦比（K）。焦比是指冶炼每吨生铁所消耗的焦炭量，即每昼夜焦炭 消耗量 Qk与每昼夜的生铁产量 P 之比。焦炭的消耗量约占生产成本的 3040，焦炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。 （3）燃料比。高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后，折合每炼一吨生铁所 消耗的燃料总量。每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。此时燃料 比等于焦比加煤比加油比。根据喷吹的煤和油置换比的不同，分别折合成焦炭 (kg)，再和焦比相加称为综合焦比。燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总 燃料消耗量的一个重要指标。 （5）高炉炼铁强度。冶炼强度是指高炉每昼夜高炉燃烧的焦炭量 Qk与高 炉容积 V有的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为 t/(md)。 （6）休风率。休风率是指休风时间占全年日历时间的百分数。降低休风 率是高炉增产的重要途径一般高炉休风率低于 2。 （7）生铁合格率。生铁合格率是指化学成分符合规定要求的生铁量占全 部生铁产量的百分数，是评价高炉优质生产的主要指标。 （8）高炉一代寿命。高炉一代寿命是指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。 中南大学本科生毕业设计说明书 4 1.2 近代高炉炼铁技术发展 自 19 世纪中叶起高炉炼铁发展速度加快，新技术不断涌现。主要有： （1）采用精料。19 世纪 40 年代开始生产人造富矿(烧结矿、方团矿和球团 矿等)。起初烧结配料中不加熔剂，烧结矿是自然碱度的，到 20 世纪中叶发展 为自熔性烧结矿，进而发展成熔剂性烧结矿，其冶金性能大为改善，高碱度烧 结矿和球团矿成为高炉的主要原料，高炉基本上不再加石灰石。此外，矿石混 匀、整粒、筛分等技术也有很大发展。与此同时焦炭质量也不断提高。这些， 使高炉冶炼指标明显改善。 （2） 高炉大型化。1860 年以前高炉最大容积为 100300m，产量 3050t/d；到 19 世纪末容积增大到 500700 m，产量 400500t/d；进入 20 世纪炉容不断扩大到 10003000 m，到 20 世纪后期容积增大到 40005000 m，最大的达 5500 m，日产铁万吨以上。 （3）上部和下部调剂技术。其内涵是对高炉上部调整装料制度(包括批重、 装料顺序、料线、溜槽角位或活动炉喉挡位等)与下部调整送风制度(包括风口 风速、鼓风动能及其他鼓风参数)相结合来获得高炉内合理的炉料分布和煤气分 布，以达到炉子稳定顺行，煤气利用率高，焦比低的效果。为便于灵活布料， 1970 年卢森堡保尔渥斯公司(Paul Wurth)发明了无钟炉顶，于 1972 年首次在德 国汉博恩厂应用后迅速推广，这是炉顶设备的又一次革命。 （4）高压操作。以前高炉炉顶压力为 0.010.02MPa，20 世纪中期出现了 高压(炉顶)操作，初期炉顶压力提高到 0.07MPa 左右，随着鼓风机能力加大， 和设备制造水平提高，到 20 世纪后期炉顶压力已达到 0.150.25MPa。由于炉 内压力提高，煤气速度减慢，使高炉的冶炼强度和利用系数提高了一大步。 （5）富氧鼓风。为减少煤气体积，利于炉况顺行，提高冶炼强度和产量， 20 世纪中叶出现了富氧鼓风技术，即在高炉鼓风中兑入一部分工业氧气。但由 于风口前火焰温度的限制，这项技术在 20 世纪 60 年代高炉喷吹燃料技术发展 起来以后，才得到广泛应用。 （6）加湿鼓风与脱湿鼓风。为避免大气湿度波动对高炉冶炼产生不良影响 和防止提高风温时风口前火焰温度过高导致炉况不稳定，50 年代一度广泛应用 加湿鼓风技术，即在鼓风中加入部分水蒸气，通过调整加入蒸汽的量来控制鼓 风湿度。60 年代起高炉大量喷吹燃料以后，风口前的火焰温度已不是过高而是 常常不足，于是加湿鼓风逐渐用得少了，反而又出现了脱湿鼓风技术，即将鼓 风中的自然水分脱除到适当水平以保持风口前适当的火焰温度，同时又使鼓风 湿度保持稳定。 （7）高风温技术。随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提 中南大学本科生毕业设计说明书 5 高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从 20 世纪中期的 500600提高到 20 世纪后期的 11001350。由于风温水平大幅度提高， 焦比显著降低了。 （8）喷吹燃料技术。为大量降低高炉焦比，60 年代起普遍采用了从高炉 风口喷吹燃料的技术。喷吹燃料的种类主要有重油、天然气和煤粉。由于喷重 油和天然气比喷煤粉设备相对简单，6070 年代多数高炉都喷重油和天然气， 只有美国和苏联的少数几座高炉喷煤粉。中国根据自己的资源特点重点发展了 喷煤粉，到 70 年代末全国重点钢铁企业已有 40 座高炉喷煤粉，占当时重点钢 铁企业高炉总数的 54.8。1966 年首都钢铁公司的高炉平均喷煤量达到 159kg/t，焦比降到 476kg/t，其中 1 号高炉年平均喷煤 225kg/t，最好的月份喷 煤量达 279kg/t，焦比为 336kg/t，创世界喷煤最高纪录。当时中国喷煤高炉之 广，喷煤量之多，引起世界瞩目。80年代起，由于油价高涨，焦炉老化，炼焦 煤和焦炭短缺，以及环保对焦炉的限制等因素，世界高炉迅速转向喷煤，到 90 年代喷煤量多的已达到 200kg/t 以上，焦比降到 300kg/t 以下。 （9）低硅生铁冶炼技术。由于降低生铁含硅量高炉可以降低焦比和提高产 量，同时对转炉炼钢也有好处；也由于原料改善，风温提高和操作水平提高， 为降硅创造了条件，20世纪后期炼钢生铁含硅量逐步降低，到 20 世纪末，许 多高炉的生铁含硅量已降到 0.20.3的水平。 （10）高炉长寿技术。随着原料质量和操作水平的提高，以及高炉耐火材 料质量的改进(包括碳砖和碳化硅砖等优质耐火材料的应用)和冷却方法的进步， 70 年代以后，高炉寿命显著延长，到 90 年代已达到 1015 年，最高达到 20 年。一代炉役单位炉容产铁量达到 70009000t/m，高的达到 12000t/m。 （11）自动控制技术。随着机械化、自动化技术的发展和电子计算机的应 用，高炉的自动控制水平在 20 世纪后 30 年间有很大发展。不仅上料系统、热 风炉燃烧和换炉、炉前操作等各环节实现了自动化操作，炉内冶炼过程控制也 由于人工智能、专门系统的应用有很大提高。 1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势 近 10 年来，中国高炉大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁化发展进程 加快，炼铁不仅表现在技术经济指标的显著提高，也表现在工艺技术装备水平 迅速提升，其中有些已经进入了世界先进行列。 目前炼铁技术发展趋势主要包括： (1) 在今后较长时期内，高炉炼铁仍将是生铁生产的主要手段。由于世界 焦煤储量短缺，高炉炼铁技术的发展将在精料的基础上进一步降低焦比，开发 中南大学本科生毕业设计说明书 6 非焦煤能源的利用，如提高煤粉喷吹量。在降低高炉能耗的同时，发展长寿技 术，开发计算机专家系统，炉容逐步大型化。 (2) 直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁工业发展中占有一定地 位。它可以不用焦炭，而以天然气、石油、非焦煤等为能源。20 世纪 60 年代 进入工业化阶段后，直接还原铁在特殊钢和优质钢的生产中发挥提高产品质量 的特