钢铁厂设计原理(炼铁部分课件).ppt

,钢铁厂设计原理（炼铁部分）,参考数目：1、钢铁厂设计原理（上册）张树勋2、炼铁设计原理赵润恩3、现代高炉炼铁生产薛正良,绪论一、高炉冶炼概况及车间组成,1.1前言1.2高炉冶炼概况1.3炼铁车间组成,1.1前言一、高炉炼铁方式是最主要的铁的生产方式。二、经济的飞速发展促进炼铁规模的扩大,我国生铁产量：2000年1.26亿吨2003年2.22亿吨2007年4.8亿吨,1.2高炉冶炼概况,以一座有效容积为4000m3的高炉为例：,日生产:生铁10000吨炉渣30005000吨煤气1618Mm3,日消耗：铁矿石约16500吨燃料45005500吨热风1314Mm3,铁矿石,热风,煤粉,铁水、炉渣,高炉煤气,焦碳,熔剂,1.3炼铁车间组成,高炉本体(blastfurnaceproper),原料系统(BFfeedsystem),送风系统(blastsystem),喷吹系统(BFinjectionsystem),渣铁系统(slag-ironsystem),煤气系统(BFgascleaningsystem),返回,烧,返回,返回,球磨机,原煤仓,收集罐,储煤罐,喷吹罐,高炉,返回,返回,烧炉,送风,返回,二、炼铁工艺设计内容高炉冶炼主要技术经济指标车间规模及组成主要设备选型高炉数目及容积的确定车间平面布置,三、炼铁工艺设计原则先进性经济性可靠性,第一章高炉车间设计一、主要技术经济指标的确定,1、有效容积利用系数v（t/m3d）每立方米高炉有效容积每天生产的合格生铁量。反映高炉生产率的一个重要的指标，其确定与使用的风温、风量、炉顶压力、原燃料质量有关。一般大高炉该指标优于小高炉目前2.2武钢08年平均2.6,2、焦比K（Kg/t铁）冶炼每吨合格生铁所消耗的焦碳量这是反应高炉综合水平的指标。可根据原燃料、风温、设备、操作条件进行分析比较和计算确定。一般焦比400600Kg/t，大炉取小值，小炉取大值，喷吹辅助燃料可有效降低K。武钢06年300350Kg/t。,3、煤比（喷煤量）Y（kg/tFe）冶炼每吨生铁所喷吹的燃料量主要决定于高炉的操作条件武钢：170kg/tFe宝钢260kg/tFe。,4、冶炼强度I（t/m3d）每立方米高炉有效容积每天燃烧的燃料量是表示高炉作业强度的一个指标，在K不变的情况下，I增大，产量增大与原燃料条件，风机能力，操作条件等有关一般值在1.01.5？，小高炉取大值,5、生铁合格率合格生铁产量/生铁总产量在进行炼铁工艺计祘时，除了要确定以上几个主要指标外，还要对风温，炉顶压力，熟料率等有一个初步确定,二、车间规模的确定由全厂金属平衡决定，并考虑与原燃料资源条件相适应。,三、高炉座数与有效容积的确定1、高炉座数的确定高炉座数的确定必须考虑全厂的金属平衡和煤气平衡，即不可太多亦不能太少:太少：检修时影响全厂铁水和煤气供应太多：运输紧张，生产率低一般以24座为宜,2、高炉有效容积（Vu）的确定,有效容积（Vu）：钟式高炉：大钟开启时大钟下沿距铁水中心线这段距离所对应的容积无钟高炉：溜槽垂直位置下沿距铁水中心线这段距离所对应的容积,Vu是根据生铁日产量和利用系数祘出：Vu=P/v生铁日产量的计算：P=Q/（NC）P生铁日产量t/dN高炉座数Q生铁年产量（任务计划书中给出）C年工作日d,四、高炉车间平面布置1、平面布置应遵循的原则两大原则：安全，方便,安全：车间应在主风向及水源下方（下游），各铁路尽量避免交叉等方便：整个布置要适应大的运输量，设备分布要紧凑，如风机靠近热风炉，铁水罐、修罐库、转炉三者在同一侧，喷煤紧靠高炉等,2、高炉车间平面布置形式,对于只有一个出铁场、产量不很多的中、小高炉可采用：一列式并列式,对于多铁口的大、中型高炉多采用：岛式半岛式,1）一列式布置,其特点是热风炉与高炉中心线在同一列线上，车间铁路线与高炉列线平行，渣铁线少且不相联，相邻高炉和热风炉可共用某些设备,2）并列式布置,特点：一列式的简单变化，高炉与热风炉分别设在两列线上，与一列式相比较，缩短了高炉间距，但热风管道延长，增加了热损失,3）岛式,特点：每座高炉与其热风炉，出铁场，渣铁罐车停放线组成一独立系统，铁路线较多（有两条渣线和两条铁线），渣线和铁线间还有联络线相连，极大提高铁路的运输能力和灵活性，杂物（炮泥，检修渣铁沟料等）有专用杂物线运到出铁平台。,4）半岛式,其特点与岛式相似（独立性），炉渣用专用处理法（如冲水渣、皮带等）运走，取消了渣线，只有铁罐运行线，每个铁口设两条配车停放线，用摆动流嘴，整个布置相对岛式更加简洁。,5）武钢5#高炉环形出铁场布置,特点：出铁场呈环形，下面铺有四条铁水运输线，运输灵活能力大，是一种新型的适用于多铁口出铁的平面布置,第二章高炉本体设计高炉本体的设计包括：高炉炉型的设计高炉内衬设计高炉冷却设计高炉钢结构及基础的设计高炉本体设计是否合理对于强化高炉冶炼，延长高炉寿命有重要关系,1高炉炉型的设计与发展高炉炉型：高炉内部工作空间的形状现代高炉内型五段式炉型：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸这种炉型已存在了200多年，它适应了高炉内炉料流和煤气流的运动规律，因而是现代广泛采用的高炉内型。,一、高炉炉型的特征参(如图),一高二角三径Hua.d.D.d1Hu：有效高度Hu=h1+h2+h3+h4+h5,原则：参数选择是否符合两股料流运动规律：,物态变化：固体炉料和煤气（组成体积等）的变化热能和化学能是否充分利用温度与速度分布是否合理,二、炉型的设计与计祘按照设计任务书，已知炉容（Vu）设计内型尺寸方法：,对比法对比原燃料及操作条件相似的同类高炉，用对比法时一定要注意参考炉型的设计年代,经验法或统计法通过经验和统计，回归出一系列方程，再校核、修正，Vu允许误差1%,1、炉缸、炉底部位的设计与计祘：d.h1,1）炉缸、炉底工作环境高温渣铁化学侵蚀气固液粉多相冲击该部位的工作条件恶劣，是高炉长寿的关键部位,炉底、炉缸作用：储存渣铁（随铁口数目增加，全天候出铁，该作用逐减）保证燃烧空间（随冶强增大，该作用增强）因而在设计时，必须将以上条件充分考虑,炉缸直径d经验回归式：d2=1.277(VuI/i),i燃烧强度(t/m2d),表示炉缸截面的燃烧能力i的合适值取决于风机能力和原燃料条件（固C含量、透气性等）i过大：负荷太重，燃烧不完全i过小：燃烧慢，下料慢一般i30t/m2d.取2428t/m2d.在可能条件下，取大一点,日本(对大型高炉进行统计)回归方程：d2=20+0.04Vu在Vu2000m3时用这个公式更好一些,计祘出炉缸d后可用Vu/A炉缸来校核：Vu(m3)Vu/A10030015186001000222410002000242620004000262840002830,炉缸高度h1,回归式：2h1/d=0780.85大炉子取上限日本式：h1=0.00788+0.426d计祘完后用Vu/V缸=58倍来校核上式,风口数目N与风口高度hf确定风口数目（N）考虑因素：燃烧下料炉子强度保证风口间距以安装风口大套N=d/ss风口间距（1.1-1.2m）,经验式：10002000m3BF:N=2（d+1）2000m3BF:N=3（d-1）,风口高度（hf）的确定：风口高度：风口中心线到铁口中心线的距离hf=h1-aa安装风口的结构参数，0.35-0.5(大炉取上限）,渣口（小炉子）中心线高度hz的确定,渣分为:上渣:由渣口出来的渣，占总渣量的70%下渣:随铁水从铁口出来的渣hz计祘按上渣量计祘（书上有参考公式）,注：现代大高炉由于原燃料条件好，冶炼吨铁渣量少，铁口多，放铁次数多，因而不设渣口，熔渣全部从铁口排出。,铁口数目的确定基准：1个铁口的承受能力为3000t/d铁口数目的确定可根据炉容大小，高炉每天产铁量，铁口维护，生产调度决定,最多不超过4个,死铁层高度ho的确定,死铁层作用：减少铁水环流速度（隔绝铁水流动对炉底的冲刷侵蚀）(其相对固定的热容）有利于炉底温度的均匀稳定,经验式：10002000m3ho=(0.160.18)d2000m3ho=(0.180.2)d,目前的发展趋势是增加ho，如：宝钢3#BF.Vu:4350m3d:14mho=2.985m0.2d,2、炉腹部位的设计h2，,设计时考虑：减少煤气流对炉墙的冲刷(减小）炉料有充分的还原空间（h2不致于过短）因而这部分最重要的就是选取适当的值来满足以上要求,：一般80o82o，大高炉取小值h2：h2=（D-d）tga/2,3、炉腰部位的设计D，h3D：炉腰部位是软熔带开始形成部位，透气性较差，因而D稍大些为好。,一般用D/d值来确定Vu1003006001000100020002000D/d1.281.151.151.131.131.101.101.07,日本式：D2=24+0.048Vu2000m3的高炉多用此经验式,h3：在结构上，炉腰起着承上启下的作用，使炉腹与炉身过度平缓，减小死角，而h3对冶炼无重大影响，因而h3在设计时用来调节高炉容积的大小。一般：2000m3，h3:23m,4炉身部位的设计：h4，,设计时考虑：炉料和煤气的体积变化煤气的合理分布及炉料的还原反应如同炉腹部位一样，关键是选好值,：一般80.585，大高炉取小值h4：h4=（D-d1）tg/2,5、炉喉部位的设计h5，d1,设计时考虑：承接炉料及合理分布炉料结构上与炉身配合好,d1：我国经验：由d1/D=0.650.70确定日本式d12=11+0.022Vu（大高炉）,H5：高度选择应能保证炉喉布料及其调节的需要，一般取13m。大高炉取大值。,三、高炉炉型发展趋势随着高炉原、燃料质量、技术水平、设备水平的进步，高炉的炉型逐渐有所发展：,1、大型化，矮胖型发展：瘦长型：Hu/D=45矮胖型：Hu/D=1.92.1随着各方面条件的改善（精料、技术水平、设备水平（大风机）高炉有效容积不断扩大，在炉容不断扩大条件下，受焦炭强度的限制及透气性的要求，有效高度Hu增加缓慢，呈现出大型化、矮胖型发展趋势,如武钢：VUHU4#2516m330m老1#1386m326.7mVU82%H13.5%,矮胖型的优点：a：有利于改善料柱的透气性，稳定炉料和煤气流的合理分布，并减轻炉料和煤气流对炉身和炉胶的冲刷。b：炉缸容积较大，死铁层较深，可减少渣铁环流对炉底炉缸砖衬的冲刷。c：风口数目增加有利于高沪的强化冶炼。,2、炉缸直径d及炉缸体积V缸所占比例随着高炉强化冶炼，要求焦碳燃烧量，炉缸直径，炉缸体积VU/V也逐渐增大,如：BFVU（m3）HU(m)HU/Ddh1V缸/VU武钢1#138626.72.878.23.212.18%武钢3#320030.62.2812.24.817.53%宝钢3#435031.52.0714.05.419.1%俄罗斯捷钢*558034.82.1015.15.718.28%*世界最大高炉，设计年代较老，指标不是很好。,3、风口数目,铁口数目，渣口随着冶炼强化，I，风数数目（目前最多42个）。随高炉大型化及冶炼强化及精料等，产量，铁口数目（目前最多4个）。随精料及多铁口全天侯出铁，渣口，甚至不设渣口,4、炉身角随着炉容增加，料柱直径增大，炉料膨胀量，炉身角有减少的趋势,2高炉炉衬设计,一、概述炉衬是由耐火砖、耐火材料组成的衬里,高炉炉衬的作用：减少高炉的热损失构成高炉的工作空间保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀,注：高炉内衬各部位由于工作环境不同，破损机理不同，因而在内衬的材质选择、砌筑方式和厚度选择上也各不相同，高炉内衬的材质，砌筑方式，厚度等是否合理，是决定高炉一代表寿命的关键因素,二、高炉炉壁结构的发展,捷克式薄壁高炉厚壁高炉（炉壳喷水、（冷却板冷却、炉衬厚300mm）炉衬厚8001000mm）20世纪80年代开始：新型薄壁高炉（设计炉型即为操作炉型，薄壁炉衬，全冷却壁,软水密闭循环）如武钢1号高炉（150mm）。,二、炉衬材质,根据Al203含量：高铝砖：A12O3%48粘土砖：A12O3%48刚玉砖：A12O3%95*烧结刚玉砖电熔刚玉砖Al203含量越高，耐火度越高,1、陶瓷质耐材主要由Al203组成,特点：此类耐材具有耐磨，抗渣铁浸蚀能力强，但耐急冷急热性（热震）差，易剥落的特点。,2、C质耐材,i)热压微孔小C砖特点：气孔小（0.50.2m，一般C砖气孔35m）,体积小（长为514或779，一般C砖8001200）抗侵蚀能力强。,ii)石墨C砖:特点：高温石墨化处理（外理温度23002400），导热性好，抗热震能力强。,iii)自焙C砖：特点：砌筑前没经过高温处理，砌到高炉内，烘炉时自焙，成本低。,iV)碳化硅砖：SiN4-SiC特点：耐磨性好，多用在炉身中下部,除了有以上的定型耐材以外，还有不定型耐火材料如:浇注料捣打料喷涂料耐火泥浆,V)铝C砖：（54%）Al2O3（1215%）C（68%）SiC特点：耐磨，抗热震,总结：C质耐材具有导热性高，抗渣铁能力强，但易氧化的特点，所以风口附近不能用。,三、高炉内衬设计,1、炉底、炉缸部位：炉底、炉缸是高炉内的薄弱环节之一（另还有炉身中下部），因而也是设计的关键部位,1）炉底、炉缸的工作环境及破损原因,工作环境：高温高压：气，载荷（静/动）高温渣铁的熔损冲刷碱金属,破损机理：,a：热应力破损和铁的渗透大块C砖热端（与铁水接触）温度12001400，冷端（有冷却设备接触）温度仅100150。所以其温差t很大，可以达到1300，因而产生热应力变化，产生了裂缝。而铁水（比重6.87.0）比C砖（比重1.52）重，易渗入裂缝形成Fe3C为一疏松的结构，加速了铁水的渗透。,由此看来，要想法降低t，并防止铁水渗透,b：高温渣铁环流破损高温渣铁环流引起炉底炉缸呈蒜头型侵蚀,引起环流的原因：热驱动:中心铁和边缘铁的温差引起的。机械力:中心焦的沉浮。,目前高炉使用全C砖炉底,（t大）因而蒜头型很严重，环流因素表现的更突出，而过去使用陶瓷质炉底，侵蚀情况为锅底式的（往下侵蚀）,c：碱金属，重金属的沉积碱金属与C砖反应生成碱性碳化物，引起体积变化，强度降低，破坏C砖。重金属如Pb的沉积更加速了炉底铁水的渗透。,d：操作和原料成分的波动这些波动均会引起温度波动，产生热震，破坏炉衬。,在以上破坏机理中，热应力破损和铁的渗透是最主要的破坏方式,炉底炉缸内衬设计i)原则：考虑主要的破坏机理，设计时考虑：a.加快热传递，降低温差tb.降低铁水渗透侵蚀ii)炉底、炉缸内衬发展厚度：厚炉底（56m）薄炉底（23m）（是一个消极态度）（改进材质，强化冷却）材质：陶瓷质陶瓷C质（粘土高铝高铝粘土）（环砌C质，底砌陶瓷）全C综合（陶瓷杯）,iii)典型结构,a：法国“SAVOIC”为代表的陶瓷杯结构特点：紧靠铁水用刚玉质砖，不让C砖与铁水直接接触，利用其耐高温及较强的抗渣铁性能，起到使碳砖免受高温渣铁侵蚀的作用。同时外层碳砖的高导热性又可将陶瓷杯输出的热量很快导出，提高炉衬寿命。其中刚玉和C质厚度1:22.5（保温型）,b:美国“VCAR”为代表的热压小C砖结构要点：利用小块C砖（气孔率很小，导热好）迅速的把热量传出去，小块C砖之间用高导热性的特殊的胶质粘结剂粘结。这种结构一定要加强冷却。（散热型）,武钢8高炉陶瓷杯炉底结构：杯底,2900碳捣料,4001平高导热石墨砖,10002立碳砖,4002立刚玉莫来石砖,炉底66根水冷管,杯壁：500（400、450）150（138、143、140）99微孔刚玉砖,2炉腹、炉腰及炉身中下部,破损机理,i）下降炉料及上升高温、高压煤气的磨损这里的磨损相当严重，特别是炉腹部位,ii）初渣的侵蚀初渣含大量FeO,MnO等，流动性好，易与砖中SiO2反应而侵蚀耐材,iii)碱金属和锌蒸汽造成的碳素沉积和化学反应。如9001020时Zn+COZnO+C,设计指导思想这部分的设计要求耐材有a.良好的耐磨性b.抗渣铁熔蚀能力强c.较好的抗碱金属侵蚀能力。该部位多采用高铝砖，也有用C砖或SiC砖的,3炉身上部与炉喉,破损机理a.机械力破损（最主要的原因）包括固体炉料的撞击与磨损；气流的冲刷等。b.炉喉部位，还有装料时温度的剧变。,设计指导思想：,这个部位采用的耐材要耐磨损而无需高温要求，多采用粘土砖。炉喉直接与炉料碰撞部位，要用耐磨和耐热铸钢制成的炉喉钢砖（如图）。如武钢5#BF，48块钢砖。,举例：武钢4BF第三代炉役耐材使用情况（从上到下）1、炉喉：炉喉钢砖（配水冷）2、炉身上部：粘土砖，抗打击3、炉身中、下部，炉腰：SiN-SiC砖，抗煤气冲刷，抗碱金属侵蚀4、炉腹：同3，但目前出现增加Al2O3的趋势以应对高热容、侵蚀和冲刷。5、风口：要求抗渣、抗碱。原来：刚玉莫来石（体积膨胀大，不抗碱），目前：微孔刚玉砖，强度大，抗侵蚀能力强。6、炉底：为水冷薄炉底，散热型，（兰州）半石墨碳砖。,3高炉冷却设计,一、冷却目的保护耐材，维护合理炉型确保形成稳定渣皮保护钢结构（炉壳、支撑结构等）,冷却强度要合适：太小：砖衬可能被侵蚀，破坏。太大：炉料粘结，炉墙结厚,二冷却介质,对冷却介质的要求：热容量大，导热能力好，价廉，易获得,常用冷却介质：主要用水，和电、风、汽化等,工业水：过滤，稍微处理，Ca2+，Mg2+含量仍较高，硬度高。软水：经离子交换器处理后，基本不含Ca2+，Mg2+。纯水：只含少量的H+和OH-,三冷却方式1工业水冷却工艺简单，投资省，但富含Ca2+，Mg2+易形成水垢，增大热阻，冷却水不能及时将冷却器承受的热流导出，致使冷却器基体温度升高，冷却器易烧坏，寿命一般23年。中小钢厂一般采用,2、软水循环冷却软水开路循环：循环过程中冷却水大量蒸发，补充水量大，水质容易受到污染。（宝钢1号BF部分）软水闭路循环：(卢PW公司),软水闭路循环：,一、使系统压力大于炉内压力，使氧气、煤气和颗粒物不能进入水管内而污染水质和影响冷却效果。二、提高了冷却水的汽化温度以及系统的欠热度冷却器中水温与汽化温度之差），减少了汽化量，防止气塞及加强了冷却效果。,脱气罐：脱气，防止气塞，加快水速。膨胀罐：内通过氮气加压,这种方式冷却效果好，水量蒸发损失少，冷却器寿命1015年（武钢1#，4#，5#及以后新建高炉）。,3纯水闭路循环：纯水是最好的冷却介质，但纯水制备系统造价很高（宝钢1#BF某些部位）。,四、冷却设备,光面冷却壁镶砖冷却壁：镶砖冷却壁带凸台镶砖冷却壁,1、炉体冷却设备,（1）冷却壁这是高炉中运用得最多的一种冷却设备，它是包在炉衬外面，紧靠炉皮，用螺栓固定在炉壳上的壁形冷却器，是无缝钢管铸入生铁中制成的。,光面冷却壁（如图）。,厚：80110长：2000宽：700800特点：冷却强度大，冷却均匀。多用于炉底，炉缸部位,镶砖冷却壁（如图）,厚：150230特点：耐磨、耐冲刷，易结渣皮代替炉衬的工作。多用于炉腹、炉腰以及炉身中下部,带凸台的镶砖冷却壁,特点：除具有一般镶砖冷却壁的优点以外，还起到了对上部砖衬的支托作用多用于炉腹，炉腰，炉身中下部。,砌筑时，冷却壁之间的间隙，上下：10mm，左右：20mm，块数多为风口数的2倍（炉腰、炉腹部位）。,使用冷却壁的优点：炉壳开孔少，密封性和强度好，冷却均匀，炉衬内壁光滑，下料阻力小。现在大量使用的铜冷却壁，如武钢8BF从第29段（炉身下部）均使用铜冷却壁。,（2）插入式冷却器是一种埋没在高炉砖衬之内的冷却器，材质多用铸铜，内铸钢管。,主要包括两大类：冷却板，厚70-110mm支梁式水箱，前端厚230-450mm,冷却板特点：冷却强度大（铜），可维持较厚的砖衬，由于插入砖衬中，故和砖的接触面较大，冷却效果较好，同时也能支承砌体。但冷却不均匀，炉衬侵蚀后凸凹不平，影响炉料下降，炉壳开孔多，密封性差。（宝钢1号高炉炉体采用冷却板冷却，冷却板分46层，每层50个，共2300个）适合于厚炉衬，常压高炉现在薄炉衬高压高炉多用冷却壁,2、炉底冷却大型高炉炉底直径大，单靠炉底周围冷却不能使中心热量散出，必须进行炉底冷却。过去多用风冷：安全，但动力消耗大，冷却强度低。现在多采水冷炉底。,（3）发展趋势：过去：北：（鞍钢）上板下壁南：（武钢）全壁现在：全壁过去：炉身上部不冷却现在：全冷,在设计时根据冷却制度确定水冷管管径、多少、布置等Eg：武钢4#BF炉底水冷管：66根11012mm无缝钢管,炉底水冷管是数十根水平平行排列的无缝钢管，水冷管之间石墨碳质捣打料捣实。,3、风口冷却风口的结构如图P104图523风口装置前端由大、中、小三个水套组成，小套有一部分伸入炉内，对风口的冷却就是指对这三个套主要是小套的冷却。风口在高炉内是较易损坏的设备，损坏原因主要是铁水的熔损和炉料（焦炭、煤粉）的磨损目前，风口正常寿命不到半年。,（1）风口冷却结构的发展：,1）空腔式：用紫铜铸造而成，冷却水流速很低，0.51m/s，角部存在涡流区，因而冷却强度小，风口寿命短，经常被烧坏。,2）螺旋式：（包钢为代表）它是由矩形紫钢绕制成的螺旋管状，然后焊接成整体。冷却水速达到了13.82m/s。,3）贯流式：（宝钢为代表）把风口分成若干个区域，每个区域根据热流情况不同，前端水速高，后端水速低，前端水速14m/s,（2）延长风口寿命的措施过去是由于水流速度不够造成风口熔损。喷煤后，由于煤粉磨损，又造成风口磨损。,延长风口寿命的措施有：1）提高水速、水压（提高冷却强度）2）改进材质、结构（即要考虑导热好，如用纯度高的Cu，又要考虑耐磨，可喷涂耐磨涂料）3）改进水质（如用纯水闭路循环）4）改进喷枪结构（减少磨损）,4、武钢5#BF炉体冷却：,冷却方式：引进卢森堡PW公司软水密闭循环冷却系统，冷却壁、风口热风阀和炉底三个独立的软水密闭循环系统。,特点：全冷却壁：从炉基到炉身上部一共16段冷却壁（下部光面冷却壁，上部镶砖冷却壁，炉身带凸台镶砖冷却壁）使整个炉体冷却均匀，冷却强度大。冷却壁安装取消螺柱固定而借用冷却壁套管与炉壳弹性结合，消除热应力，防止了热应力将水管剪坏。,从91年开炉10年间直管坏5根，带凸台的管子坏12根，整个运行情况良好,5、武钢1#BF（2200m3）砖壁合一的薄内衬结构和联合软水密闭循环冷却系统。（90年代末世界先进水平）,1）薄内衬结构：（国内首次使用）a.取消冷却壁的凸台，消灭冷却壁薄弱环节。b.薄内衬，内衬厚度仅150mm。c.在炉腰和炉身下部采用2段铜冷却壁，在不采取其它措施，寿命可达1520年。,2）联合软水密闭循环冷却系统软水密闭循环冷却系统的优点：不洁垢，无污染，冷却强度高，冷却效果好，补充水量少，运行可靠。武钢4#、5#高炉：冷却壁，炉底和风口及热风阀采用三个独立软水密闭循环冷却系统武钢1#BF：采用联合软水密闭循环系统，将冷却壁，炉底，风口及热风阀采用串联和并联的方式组合在一个软水密闭循环系统中。,优点：I）冷却水量少，节约水量50%。II）投资少，节约14%，（管道、泵、阀、脱气罐、热交换器，占地）III）运行成本低，节约18%。,高炉长寿：高炉长寿是一个系统工程，按照考虑先后顺序：1、设计2、冷却系统3、耐材4、操作5、维护,4高炉钢结构与基础,一高炉本体支撑结构高炉支撑结构的区分具体体现了其载荷如何传递到基础的。支撑结构设计的原则：承重部位不受热，受热部位不承重。同时还要考虑到炉前工作空间的大小。这样才能保证钢结构工作可靠，长寿。,高炉的钢结构包括两大部份：本体：炉壳，支柱，框架辅助：走梯，平台，管道,支撑结构的五种典型形式（P115）：,2、炉缸支柱式（图b）特点：载荷炉身炉壳炉腰托圈炉缸支柱基础炉腰以下的炉壳不承重,1、自立式（图e）特点：全部载荷炉壳基础投资少，炉缸周围空间大，好操作；但炉壳既承重，又受热。这是一种较早期的结构，只适合于小高炉。（目前最大的是昆钢620m3）,3、炉身、炉缸支柱式（图c）特点：炉顶的部分载荷炉身支柱炉腰托圈炉缸支柱基础还有部分载荷炉身炉壳炉腰托圈同样，炉腰以下的炉壳不承重。,4、大框架炉缸支柱式（图a）特点：一部分载荷大框架基础一部分载荷炉身炉壳炉腰托圈炉缸支柱基础,总结：以上2、3、4基本做到了受热部分不承重（炉腹、炉缸），承重部分不受热（炉身），但风口平台窄小，不利于风口平台的操作。,5、炉体框架式（又名大框架自立式）（图d）特点：绝大部分载荷（除煤气上升管）大框架基础煤气上升管等的载荷炉壳基础这种结构基本做到：承重不受热，受热不承重的原则，而且风口周围空间大，有利于出渣铁、换风口等操作，大高炉多采用。如武钢2、4、5#BF，宝钢2#BF。,二、炉壳炉壳在内衬和冷却设备的外部，起到承受炉顶载荷，炉内压力和密封的作用。其外型与炉衬和冷却设备配置相适应，其厚度要与工作条件相适应。厚度：=KD其中K=f（部位，Vu）如大炉子，P顶大，K要取大些，风口部位或采用冷却板，开孔多，K亦更大些，取值有参考。D：炉壳内径材质：A3钢或低合金钢（碳素钢）,三、高炉基础高炉基础由两部分组成：基墩:(地面部分）：耐热混凝土。基座:(地下部分）：钢筋混凝土，其面积取决于地基的耐压强度及载荷情况,第四章高炉车间原料系统来料（矿山，外购）（送到）炉顶中间包括：混料贮存漏料（筛分）称量上料,1原料的贮存与运输一、混料1、目的：（采取平铺直取法）以稳定入炉成分要求：TFe0.50.3%SiO20.05%2、工艺流程：整个混料过程是在混匀场实现的来料混匀配料槽圆盘配料混匀堆料机混匀料堆混匀取料机混匀取料用户,二、贮存（矿槽）,1、目的：平衡料流量便于集中控制,2、容积、数目矿槽容积与数目主要决定于矿石用量和种类，种类越多，矿糟数目越多，高炉越大，用料量越多，贮存时间越长，矿槽总容积就越大。一般矿槽要求能贮存1218h的矿石用量，焦槽要求能贮存68h的用量。矿槽若干个焦槽料车上料：2个皮带上料：另绞一排。,例如：宝钢1#BF（满足1万tFe/d）烧结矿（贮存10h）：6个566m3球团矿/块矿（贮存12h）：6个140m3辅助料（贮存12h）：2个170m32个60m3焦炭（贮存6h）：6个450m3,3、位置由车间布置及上料方式决定：料车上料斜桥倾角50-65焦槽和矿槽，均靠近斜桥布置，与炉列一致，与高炉距离较近。皮带上料由于皮带倾角1012焦槽和矿槽个数按Vu容积定，布置可远离高炉。,三、漏料筛分与称量这些操作与储存设备是属于一组设备，一般在矿槽下端漏斗口设置。漏料：多用电磁振动给料器，并与称量设备组成一体安装在漏料口上。筛分：目的是减少原料的含粉率，筛分用的筛子种类很多，如首钢的共振式概率筛，武钢的自定中心振动筛效果均较好。称量：多采用电子秤，具有体积小，结构简单，易于自动控制的特点,2高炉上料方式,一、料车上料：它包括上料卷扬机，上料斜桥，及料车等主要设备。斜桥倾角5065，取决于斜桥下面铁路多少。料车上料能力有限，不适合大高炉，但其基建运行费用相对较低。,二、皮带机上料1950年比利时最先出现，70年代末我国采用1、设备（如图）：特点：结构简单，运转可靠，生产能力大，易于自动控制，布置灵活。,2、皮带上料比料车上料的优点连续上料能力大，满足大高炉供料要求；改善了炉顶受力状态，使之不受钢绳水平力；皮带上料料流均匀；设备维修简单，寿命长；矿槽远离高炉，有利于高炉炉前布置,3、皮带及其参数皮带是高强度，夹钢丝绳的胶带。皮带规格：abc-f，da：粗股数b：细股数c：细股单数f：单丝直径如首钢2号高炉：7770.25，6.75,皮带的几个参数：（1）带宽B，1m2.4m（2）带速S，22.5m/s（3）承料宽，0.8B（4）承料面积S（如图）S=S1+S2=梯形面积+扇形面积面积,（5）运输能力Q（t/h）Q=3600S.V.Y.C1.C式中：Y堆比重，焦：0.450.55t/m3，烧结矿：1.81.9t/m3，块矿：2.0t/m3。C1皮带的倾角系数，倾角越小，C1越大。C料流不连续系数：（每批料的矿石和焦炭有间隔t距离，料与料批之间相隔tz距离，距离大小与料批大小，装料设备型式有关）一般取0.7。,总结：在满足上料能力前提下宜选择适合于地形布置，节省投资节省运费的上料方式。一般推荐90%）中部1000高铝砖下部800粘土砖,拱顶环境：连接燃烧室和蓄热室的通道，所处温度是热风炉最高温度区（t顶=t风+150200），且是一个热震区材质：这部分材质要求较高，关键是热稳定性好，多采用硅砖结构形式：过去：半球形结构缺陷：水平侧压力大，拱顶砖直接座在热风炉大墙上，不稳定，随着大墙的热胀冷缩而变化，易开裂。现在：悬链形拱顶,炉篦子和支柱作用：支撑格子砖，并将荷重传给炉底。材质：耐热铸铁(工作温度：T150kg/tFe时，一般应配合富氧,二、富氧方式氧加入风里（热风炉）：大面积，功效差氧煤枪：氧与煤粉在吹入高炉前混合，重点供给，功效好,三、氧煤枪的结构套筒式内混式漩流式,第七章高炉煤气系统,1高炉煤气的回收与净化,一、回收与净化的目的1、产量大：约15001800Nm3/tFe武钢5#BFVh=vVuGg24=232001500/24=55万Nm3/h2、含一定的化学能、热能和压力能化学能：CO：2040%，H2：2%，CH4：0.5%，Q热：30003300KJ/m3热能：150300压力能：P顶：0.210.4Mpa3、含灰尘煤气中含尘1030g/m3，而客户要求510mg/m3,二、回收与净化的方法,1、回收利用的方法烧热风炉、锅炉、加热炉等；余压发电；富化还原气。,2、净化方法湿法除尘：喷水雾化干法除尘：过滤,比较：湿法除尘：耗水大：67t水/1000m3；热能和压力损失大；洗涤水污染带来污水处理的问题。干法除尘是今后除尘设备的发展方向。,2湿法除尘的流程和设备,一、流程1、常压高炉（P顶0.03a）高炉重力除尘器洗涤塔文氏管脱水器用户2、高压高炉（顶0.03a）洗涤塔文氏管脱水器高炉重力除尘器一文二文脱水器高压阀组余压发电用户,二、除尘设备,1、重力除尘器（粗除尘）除尘原理：利用速度大小、方向的变化，靠惯性力和重力来除尘除尘效率：设计时的参数：，（直筒部分直径和高度）要提高除尘效率，就要使煤气在直筒部分停留时间较长，保证煤气在直筒部位停留时间1216s，煤气流速0.61.2ms。,2、洗涤塔,工作原理:煤气从洗涤塔下部进入后向上流动，与向下喷洒的水滴相遇，煤气中灰尘被水滴润湿，尘粒间彼此凝聚成大颗粒，由于重力作用离开煤气流，随水一起流向洗涤塔底部，与污水一起排走，煤气由塔顶管道导出。洗涤塔用水量较大:45t1000m3，在进行设计时（、），要满足煤气在塔内平均流速1.82.5ms，停留时间1015s,3、文氏管,溢流文氏管：喉口有溢流水膜，防止炉尘阻塞喉口，多用于含尘多且颗粒细的精除尘设备，如冶炼锰铁。可调文氏管：精除尘设备，是为了克服高炉煤气量的波动稳定喉口煤气流速。,工作原理：文氏管由收缩段，喉口，扩张段三部分组成。在收缩段：随流速增大，小尘粒速度变化大，大颗粒由于惯性大，变化慢，因而大小颗粒发生碰撞，凝聚。在扩张段：流速减少在喉口处：高速煤气与喷水发生剧烈冲击、雾化，尘粒与水滴发生碰撞，凝聚变大，从煤气中分离出来。,文氏管的除尘效率取决于喉口流速是否高在设计时，一般要求喉口：煤气：80120ms；：1000mm水柱收缩管收缩角：2025度；扩张角：68度,4、脱水器,脱水目的：湿法除尘后，煤气中含有大量水滴（机械水），降低煤气发热值及影响除尘效果，必须除去。填料式脱水器挡板式,5、调压阀阻（高压阀阻）,调压阀阻起到一个调整压力、控制压力的作用，是高压高炉必不可少的设备；它是通过调节蝶阀开度来实现的。用的最多的是五孔阀武钢5#BF：3750+1400+1250（手动阀）(自动阀）（常通阀）另外还有四孔和六孔阀如宝钢四孔阀：3900+500武钢4#BF：4750+400+200,6、炉顶余压发电设备TRT余压发电（toppressurerecoveryturbine）,它是将高炉炉顶煤气的压力能转换成电能的装置，其主要设备为透平机和发电机。当高压煤气流通过透平机叶片时，推动透平机旋转，再由透平机带动发电机发电。,TRT的回收方式有三种：部分回收方式：通过透平机的最大设计煤气量比高炉产生的煤气量少。全部回收方式：通过透平机的最大设计煤气量比高炉产生的煤气量大。平均回收方式：通过透平机的最大设计煤气量为高炉产生的煤气量的平均值,3干法除尘的流程与设备,由于湿法除尘在环保、热能、压力损失等方面的不足，干法除尘得到迅速发展。干法除尘具有节能、节水、设备流程简单、占地少等优点，得到了越来越广泛的运用。,一、流程BF重力除尘器换热器布袋除尘器调节阀组用户流程里最主要的设备为布袋除尘器,二、主要设备,干式除尘最主要的设备为布袋除尘器,1、布袋除尘器除尘原理：通过过滤除尘，含尘气体通过布袋，粉尘被截留，气体通过布袋而净化。布袋除尘器内安装有若干条布袋，布袋的条数取决于过滤负荷与含尘煤气量。,中小高炉：3050m3/m2.h负荷大高炉：7090m3/m2.h,布袋除尘效果取决于：温控：布袋的入口温度不能太高，以免变质、硬化，要求T入。控温方法：重力除尘器内设喷水器；设置换热器。布袋质量：承受高温，耐磨。,布袋使用一段时间后，要反吹清灰，以免影响布袋除尘效果。特别是在卸灰时，要特别注意防止二次污染。,2、干式电除尘器,干法除尘主要设备也有使用干式电除尘器，如武钢工作原理：用高压直流电在阴阳两极间形成足以使气体电离的电场，在该电场内煤气发生电离产生大量阴离子，带阴离子的气体一部分聚居在灰尘上，使灰尘带负电，而被阳极吸引，沉积在阳极上的灰尘失去电荷后，便可用振动法使灰尘排走。与布袋除尘器相比，干法除尘具有阻损小，寿命长等优点。,第八章渣铁处理设备,1风口平台与出铁场,一、风口平台风口平台是工作人员通过风口观察炉况，更换风、渣口，放渣操作及维护渣口、渣沟，检查冷却设备的工作平台。位置：低于风口中心线1.151.25m，宽m，宽度取决于炉体支撑结构（大框架的宽些）,二、出铁场在铁口侧布置着铁水沟和渣沟的炉前平台称为出