冶金厂设计基础课件

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,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,1.1冶金工厂设计的原则,（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。,1.4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？,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,铁水成分及温度,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（原始数据）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1/3C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,钢铁生产工艺流程,1.2高炉本体及生产附属系统,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618mm（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,生铁产量的确定设计任务书中规定的生铁年产量是确定高炉炼铁车间年产量的依据如果任务书给出多种品种生铁的年产量如制钢铁与铸造铁，则应换算成同一品种的生铁。一般是将铸造铁乘以换算系数，换算为同一品种的制钢铁，求出总产量。,年工作日一般取日历时间的95%,根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效容积利用系数可以计算出高炉炼铁车间总容积：,高炉有效容积利用系数一般直接选定。大高炉选低值，2.02.2左右；小高炉选高值，100m3高炉取2.73.0。,炼铁车间设计,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。确定高炉座数的原则：保证在一座高炉停产时，铁水和煤气的供应不致间断。一般新建车间23座高炉。,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21一列式高炉平面布置图1高炉；2热风炉；3重力除尘器；4出铁场；5高炉计器室；6休息室；7水渣沟；8卷扬机室；9热风炉计器；10烟囱；11贮矿槽；12贮焦槽；13铁水罐车停放线,炼铁车间设计,主要特点是：高炉与热风炉在同一列线，出铁场也布置在高炉列线上成为一列，并且与车间铁路线平行优点：1.可以共用出铁场和炉前起重机，共用热风炉值班室和烟囱，节省投资；2.热风炉距高炉近，热损失少。缺点：运输能力低，在高炉数目多，产量高时，运输不方便，特别是在一座高炉检修时车间调度复杂,炼铁车间设计,并列式布置：,图22并列式高炉平面布置图1高炉；2热风炉；3重力除尘器；4出铁场；5高炉计器室；6休息室；7水渣池；8卷扬机室；9热风炉计器；10烟囱；11铁水罐车停放线；12洗涤塔,炼铁车间设计,主要特点：高炉与热风炉分设于两条列线上，出铁场布置在高炉列线，车间铁路线与高炉列线平行。优点：可以共用一些设备和建筑物，节省投资；高炉间距离近缺点：热风炉距高炉远，热损失大，并且热风炉靠近重力除尘器，劳动条件不好,炼铁车间设计,岛式布置：,图23岛式高炉平面布置图1高炉及出铁场；2贮焦槽；3贮矿槽；4上料皮带机；5热风炉；6重力除尘器；7文氏管；8干渣坑；9计器室；10循环水设施；11浓缩池；12出铁场除尘设施；13煤气罐；14修理中心；15修理场；16总值班室,炼铁车间设计,岛式布置是指每座高炉和它的热风炉、出铁场、铁水罐车停放线等组成一个独立的体系，称为岛。主要特点：（1）铁水罐车停放线与车间两侧的调度线成一定交角，一般为1113。（2）岛式布置的铁路线为贯通式，空铁水罐车从一端进入炉旁，装满铁水的铁水罐车从另一端驶出，运输量大。（3）并且设有专用辅助材料运输线。缺点：高炉间距大，管线长；设备不能共用，投资高。,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,特点：（1）高炉和热风炉列线与车间调度线间交角可以大到45，因此高炉距离近；（2）在高炉两侧各有三条独立的有尽头的铁水罐车停放线，和一条辅助材料运输线；（3）出铁场和铁水罐车停放线垂直，缩短了出铁场长度；（4）设有摆动流嘴，出一次铁可放置几个铁水罐车。,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,高炉主体设备设计,高炉主要技术经济指标1、利用系数:=P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/m3.d）2、焦比:K=Q（昼夜焦碳用量）/P（现主要核算综合焦比）3、冶炼强度:I=Q/Vu（反应焦碳的燃烧能力）4、休风率:计划外的检修时间占规定作业时间的百分比（2%）5、生铁成本：原料占80%6、一代炉龄：高炉点火开炉停炉大修历经时间（与耐材砌筑、I有关）,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7.1t/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。大型高炉一般取1.02.5m。,高炉炉型设计,渣、铁口数及风口数目渣口：通常小型高炉设置一个渣口，大中型高炉设置两个渣口，两个渣口高度往往相差100200mm，渣口直径为5060mm。当超大型高炉设置34个铁口时，高炉可以不设渣口。铁口：高炉铁口数目根据炉容及产量确定，一般1000m3以下的高炉设一个铁口，15003000m3的高炉设23个铁口，3000m3以上的高炉往往设34个铁口。也可以按照每15002500吨出铁量设一个铁口。,高炉炉型设计,风口：,式中：n为风口数；d为炉缸直径，m；S为风口中心距，在1.01.5m范围，常常取1.11.2m。,炉型尺寸设计完后，应该对炉容进行校核，容积误差应小于0.25%。,高炉炉型设计,高炉风口数目主要取决于炉容大小、风口间距和操作空间。风口数目多有利于高炉炉缸部位煤气沿圆周分布均匀，有利于活跃炉缸。通常风口数可按下式计算，计算后往往取整数。,式中：n为风口数；d为炉缸直径，m；S为风口中心距，在1.01.5m范围，常常取1.11.2m。,炉型尺寸设计完后，应该对炉容进行校核，容积误差应小于0.25%。,高炉内衬,高炉用耐火材料耐火材料破损原因高温渣铁的渗透和侵蚀渣侵蚀：FeO、CaO、MnO与耐火砖中的SiO2作用铁、重金属（铅等）、碱金属的渗透：凝固、析出，体积膨胀造成破损。高温和热震破损：主要是温度波动产生裂纹。炉料和煤气流的摩擦和冲刷碱金属和其它有害元素的破坏碱金属和锌：循环富集、析出、膨胀、降低熔点。,高炉内衬,碳质耐火材料特点耐火度高：不熔化，在3500升华；抗渣性好：不与还原性炉渣反应，不被侵蚀；导热性好：能够将热量导出，通过冷却产生保护层；强度高：抗压强度高；抗热震性好，热膨胀系数小，热稳定性好。抗氧化性差，易氧化。,高炉内衬,考察指标导热性抗氧化性体积密度气孔率抗强碱性能。要求：致密，气孔率低，气孔直径小，密度高，导热性好。使用部位：高炉在炉底和炉缸通常采用碳质耐火材料。对于含氟的侵蚀性强的炉渣，也可以在炉腹部使用。通常不能用于高炉上部的氧化区。,高炉内衬,陶瓷质耐火材料种类：粘土砖：3842Al2O3高铝砖:4865Al2O3莫来石砖刚玉砖:95Al2O3硅线石砖硅砖特点成本低，良好的机械强度和耐磨性。考察指标耐火度，荷重软化点，气孔率，重烧收缩率。,高炉内衬,碳化硅质耐火材料耐高温、荷重软化温度高，硬度高，耐磨，价贵。复合型耐火材料铝碳砖、铝碳化硅砖、铝碳化硅碳砖耐高温、抗氧化性好、价格较低。主要用于炉腹、炉腰和炉身下部。不定型耐火材料捣打料、喷涂料、浇注料、泥浆、填料等成分：碳质、粘土质优点：成形工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性好、价格低。,高炉内衬,高炉内衬设计炉底炉缸炉腹炉腰和炉身下部炉身上部和炉喉,高炉内衬,炉底全碳砖炉底国外大型高炉常常采用，我国宝钢1，武钢高炉。炉底厚度：25003500mm；碳砖截面通常400400mm；现在接近表面处采用热压小块碳砖。特点：炉底薄，导热好，寿命长。,高炉内衬,综合炉底外围砌环形碳砖，中心上部砌高铝砖，下部砌碳砖。底部碳砖通常为34层（12001600mm），上部高铝砖46层（16002400mm），炉底厚度在28004000mm。,图6-6综合炉底图,高炉内衬,陶瓷杯炉底在全碳砖的炉底和碳砖炉缸的内侧，砌筑一个杯状的刚玉砖砌体特点可以提高铁水温度。提高炉底炉缸抗铁水的侵蚀性。,图6-7陶瓷杯炉底图,高炉内衬,炉缸通常采用环形碳砖砌筑，近年来采用陶瓷杯炉底炉缸后在内侧砌有刚玉砖。炉腹特点高炉炉腹处炉衬工作条件恶劣，承受煤气冲刷，高FeO渣的侵蚀，遭到炉料的磨损，采用各种耐火材料都会在短期内被侵蚀掉，正常工作靠渣皮保护。通常采用粘土砖或高铝砖砌筑，近年来也采用碳化硅砖砌筑。厚度：通常采用一层345mm的粘土砖。,高炉内衬,炉腰：特点受到煤气冲刷、炉料磨损，碱金属破坏及高fEo渣侵蚀，工作条件恶劣。通常采用高铝砖、碳化硅砖、铝碳砖等。各种炉腰,图6-8炉腰结构图,高炉内衬,炉身炉身下部受侵蚀条件与炉腰类似通常采用高铝砖、碳化硅砖、铝碳砖。炉身上部主要是物料的磨损。常常采用粘土砖、高铝砖。靠近炉喉部位，为了防止原料冲击造成破损，近年来加设一段内侧喷涂一层喷涂料的钢质的内衬。炉喉主要承受加入炉料的冲击和煤气冲刷，承受温度的急剧波动。通常采用钢结构，称炉喉保护板或炉喉钢砖。,高炉内衬,炉喉钢砖,图6-9条状炉喉保护板,高炉冷却器,铁口不冷却高炉渣口由四个套组成小套：紫铜三套：青铜大套和二套：铸铁（内部有蛇形冷却水管）,图6-11高炉渣口图,图6-10高炉风口图,高炉冷却器,风口三个套组成风口小套：紫铜。中套：紫铜或青铜。大套：内有蛇形钢管的铸铁。,高炉冷却器,光板冷却壁和镶砖冷却壁光面冷却壁炉底和炉缸镶砖冷却壁炉腹不带托砖的凸起炉身带托砖的凸起材质：铸铁（内部有蛇形钢管）铜冷却壁。,图6-12高炉光面冷却壁和镶砖冷却壁,高炉冷却器,冷却水箱支梁式水箱炉身上部铸铁扁水箱炉腰和炉身下部与镶砖冷却壁配合铸铁（内部有冷却钢管）。铜冷却板铸铜炉腹、炉腰和炉身下部。,高炉冷却方式及给排水,高炉冷却方式工业水开路循环、软水或纯水闭路循环、汽化冷却。喷水冷却：环形冷却水管：工业水或海水。炉身和炉腹辅助冷却方式：用于冷却器损坏后。炉缸：没有光面冷却壁的碳砖炉缸炉底的高炉（日本、宝钢）炉底冷却风冷炉底水冷炉底风渣口冷却、各种冷却壁和冷却板分区分段冷却,高炉冷却方式及给排水,冷却器工作制度冷却水耗量根据冷却热负荷和冷却水温差确定冷却水压大于煤气压力0.05MPa风口应该大于热风压力0.1MPa。普通冷却水总管压力在0.30.4MPa。风口用冷却水压力可达1.6MPa.但使用高压水冷却应该严密监控漏水，防止大量水进入高炉。冷却水流速冷却钢管内水流速通常1.21.5m/s,高炉冷却方式及给排水,冷却水温差和进口温度进水温度通常不大于35，最高不超过40水温差：炉缸：34炉腹炉腰：612炉身下部：812炉身上部：1016风口：35风渣口大套：56风渣口二套：78软水闭路循环：515,高炉冷却方式及给排水,图6-14高炉给排水图,给排水供排水系统供水主管滤水器各层给水围管配水器冷却器和喷水管环形排水槽和排水箱排水管集水池。供水两套独立系统电力和供电供水供水网备用水塔可使用30min,高炉钢结构,高炉钢结构形式大框架和炉缸支柱式炉缸支柱式,炉缸和炉身支柱式炉体框架式式自立式,高炉炉壳厚度：,高炉钢结构,4.03.62.02.22.7,炉顶封板和炉喉505555炉身炉身下弦炉腰、炉腹、炉缸、炉底,K值,部位,图6-17高炉基础图,高炉基础,炼钢主体设备设计,转炉冶炼流程装入废钢和铁水副原料投入吹炼副枪测定温度和成分出钢（脱氧及合金化）倒渣炼钢原料（1）主原料（铁水和废钢）：主要铁源。（2）副原料：用于造渣去除P、S等杂质和调节钢水温度。（3）铁合金：用于脱氧和调整钢水成分。,氧气顶吹转炉炼钢主体设备及氧枪,炼钢主体设备设计,氧气转炉设计转炉座数：2吹1，3吹2。转炉的公称容量：平均金属装入量平均出钢量：一般多采用平均出钢量。平均炉产良坯量转炉公称容量的确定年产钢水量Wm：连铸车间：Wm=W坯/坯吨W坯：年产良坯量；坯：连铸坯收得率，9698部分连铸车间：Wm=W/坯+（1-）锭吨W：年产良锭和良坯之和；：连铸比；锭：钢锭收得率，9799。,炼钢主体设备设计,年出钢炉数m：mn3652460/炉n：车间转炉工作模式，三吹二时n=2，二吹一时n=1；：转炉作业率，8090；:转炉炼钢平均冶炼周期，如下表:,炼钢主体设备设计,转炉平均出钢量G；GWm/m吨,炼钢,转炉炉型,(ConverterType),转炉炉型是指转炉内部自由空间的几何形状，由耐火材料砌成。,炼钢主体设备设计,炼钢,转炉炉体,(ConverterBody),炉底结构有两种类型，即固定式炉底和可拆卸式活炉底。,炉壳要具有足够的强度和刚度，一般采用低合金钢容器钢板制作。,炼钢主体设备设计,主要参数炉容比（V/G):顶吹转炉：0.900.95m3/t复吹转炉：0.850.95m3/t有效容积Ve：Ve=G(VG)m3熔池直径D：,炼钢主体设备设计,溶池深度：球形底半径R=1.11.25D金属熔池体积V金属：熔池深度h：h穿/h0.7对筒球型转炉,炼钢主体设备设计,炉帽尺寸：截圆锥形炉口直径d：d=K*D,m,K=0.430.53炉口倾角：6068炉口直线段：Hd=300400mm炉帽高度Hc：炉帽有效容积Vc：,炼钢主体设备设计,炉身尺寸：熔池以上，炉帽以下的高度炉身容积Vb和Hb：出钢口直径：炉帽炉身交界处dt：出钢口角度：出钢口中心线与水平线的夹角020。,300吨转炉炉型图,炼钢,转炉内衬,(ConverterInnerLining),绝热层adiabaticlayer,永久层permanentlayer,填充层packinglayer,工作层workinglayer,炼钢主体设备设计,炼钢主体设备设计,转炉炉衬设计绝热层：石棉板，1020mm。永久层：标准镁砖炉帽和炉身部位：一层，113115mm；大型转炉炉底：三层，339345mm.填充层:焦油镁砂或焦油白云石散状料捣打成。通常只用于炉帽和炉身部位。厚度：60100mm。工作层:镁碳砖厚500800mm。炉底厚些，炉帽薄些。转炉高宽比校核：Hw/Dw=1.351.60，大容量取下限。Hw：总高；Dw：炉壳外径。,由喷头、枪身和枪尾组成，通常吹氧装置都带两只氧枪，一只工作，一只备用。喷头：导热性能好的紫铜锻造或者铸造成型。枪身：无缝钢管制作的三层套管组合而成。尾部结构：氧气管路、冷却水的进水和出水软管连接。枪身由三层同心圆钢管组成，枪尾与进水管、出水管和进氧管相连。,氧枪设计,炼钢,转炉炼钢,4.2,喷头(BlowHead)是将压力能转换成动能的能量转换器，目前氧枪使用的喷头多为拉瓦尔喷头。收缩段喉口扩张段,氧枪,(Airbrush),喷头结构,炼钢主体设备设计,喷头尺寸氧流量和供氧强度：氧流量Q：Q=V氧G/氧吨钢氧耗量V氧：通常围4855Nm3/t吹氧时间氧:喷孔出口马赫数Ma：马赫数通常为：1.952.2炉膛压力与设计工况氧压P0：炉膛压力：喷头在炉膛内的环境压力，0.0990.102MPa。,炼钢主体设备设计,设计工况氧压P0：喷头进口压力，由马赫数和出口压力Pe确定。,炼钢主体设备设计,喷孔夹角与喷孔间距：喷孔夹角：与孔数有关喷头孔数与喷孔夹角的关系喷孔间距：喷孔出口中心与喷头中轴线的间距。间距小会使氧气射流相互吸引，射流向中心偏移，造成射流中心速度衰减过快，因此喷孔间距大好，但受尺寸限制。根据三孔喷头测试，当喷孔间距在（0.81.0）de时不会对射流速度衰减产生明显影响。,炼钢主体设备设计,喷孔形状和尺寸：喷孔现在多为拉瓦尔喷孔。喉口直径d*：,炼钢主体设备设计,喉口长度l*：通常510mm。收缩段长度l1：(0.81.5)d*收缩段半锥角：1823入口直径d1：d1=d*+2l1tgm喷孔出口直径de:扩张段长度l2：,炼钢主体设备设计,枪身设计内层管直径：内层管内径D1i：内层管氧气流速v1：通常为4060m/s。内层管壁厚D1：通常为45mm。,炼钢主体设备设计,中层管直径中层管内径D2i:,炼钢主体设备设计,中层管端部与喷头端部间隙h2：保证端面处水流速度vwh达到8m/s。中层管厚度：通常46mm。外层管直径水流速：67m/s。喷头产生水温差：1015。内径D3i：计算方法同中层管。壁厚：79mm。,炼钢主体设备设计,氧枪全长及行程：氧枪全长Hl：Hl=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8mh1：枪头端面最低位置到炉口的距离，m；其等于炉役后期钢液面至炉口的距离减去钢液面距氧枪喷头端面的距离h0，通常h00.20.4m。h2:炉口至烟罩下沿距离，0.350.55m；h3:烟罩下沿至斜烟道拐点距离，3.04.0m；h4:斜烟道拐点至氧枪密封口上缘的距离，m；,炼钢主体设备设计,h5:氧枪密封口上缘至氧枪喷头最高位置的距离，通常为0.81.0m。该距离主要考虑氧枪清渣和更换氧枪所需高度。在采用机械化清渣时，在原有基础上加0.750.85m的清渣器高度。h6:氧枪把持器下段要求的距离，通常0.5m；h7:把持器两个卡座中心间距，2.04.0m;h8:把持器上段至氧枪吊环中心线的距离，通常0.81.0m。氧枪行程Hs：氧枪喷头在炉内最低点至上升最高点的距离.Hs=h1+h2+h3+h4+h5,氧枪结构,7.附属设备的选择与设计,高炉炼铁车间附属设备炼钢车间附属设备,高炉附属设备,原料系统送风系统渣铁处理系统煤气除尘系统喷煤系统,原料系统,储矿槽和贮焦槽矿槽能够贮存高炉生产1218小时所需的矿石焦槽能够贮存高炉生产8小时以上所需的焦炭大中型高炉矿槽总容积与高炉容积的比为1.32.5；焦槽总容积与高炉有效容积之比为0.50.7。矿槽数量和容积取决于冶炼使用的矿石和熔剂种类及其数量。矿石有烧结矿、球团矿、块矿、锰矿、碎铁。熔剂有石灰石、白云石、硅石和蛇纹石等。高炉矿槽容积通常设计成四种体积，烧结矿、球团矿、块矿为大槽，其余为小槽。焦炭通常为两个大槽，也可以一排46个。,原料系统,槽上槽下运输槽上槽下运输应该采用胶带运输设施