2900立方米炼铁高炉设计说明书

中南大学本科生毕业设计说明书I目录摘要IABSTRACTII第一章文献综述111概述1111高炉炼铁简史1112我国高炉炼铁发展历程2113原料和燃料2114主要技术经济指标312近代高炉炼铁技术发展313我国高炉炼铁技术的发展趋势514本设计的目的和任务8第二章厂址选择921厂址选择一般原则922本设计厂址选择10221工业布局及国家政策10222原料供应及运输条件10223劳动力资源优势11224厂址的协作条件11225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1231高炉炼铁工艺流程1232高炉炼铁主要经济技术指标13第四章高炉炼铁综合计算1541高炉配料计算15411已知条件15412计算方法与过程1842高炉物料平衡计算21421初始条件21422风量计算22423煤气成分及数量计算23424物料平衡表2543高炉热平衡计算26中南大学本科生毕业设计说明书II431热平衡计算方法26432热平衡计算27第五章高炉本体设计3251高炉炉型设计32511炉型设计要求33512炉型设计方法33513炉型设计与计算3452高炉炉体设计37521高炉炉衬结构37522高炉炉衬耐火材料37523高炉炉底及炉缸耐火材料38524炉腹42525炉腰和炉身42526炉喉4353炉体冷却设备设计43531冷却结构43532冷却设备4354炉体钢结构设计4455风口、渣口及铁口设计4456炉体附属设备设计45第六章高炉附属系统设计4661高炉供料系统46611装料设备选择46612布料方式4762炉后供料系统48621供料系统的形式与布置48622贮矿槽、贮焦槽及其附属设备48623槽下筛分、称量与运输48624上料设备4963高炉送风系统49631高炉鼓风机49632热风炉设计及附属设备选择5464高炉喷吹燃料系统60中南大学本科生毕业设计说明书III641煤粉喷吹系统60642喷煤应注意的问题61643高炉喷吹新技术发展6265高炉煤气除尘系统62651布袋全干式煤气除尘工艺63652煤气除尘设备64653高炉煤气余压利用6566渣、铁处理系统66661风口平台及出铁场66662铁水处理设备66663水渣处理工艺66664铁钩流咀布置68665炉前设备69第七章车间布置设计7071设计基本依据71711常用设计规范和规定71712设计基础72713车间组成72714车间布置应考虑的问题7272车间设计73721厂房安排73722厂房层数74723厂房布置74724设备布置7573安全、卫生及其他问题77第八章生产组织与技术经济分析7881生产组织7882技术经济分析79821投资估算79822销售与利润81第九章环保与安全8291生产安全82911安全生产管理82中南大学本科生毕业设计说明书IV912厂房安全82913防火、防爆与防震83914机械、电气、起重和运输设备安全84915通风85916劳动卫生与职业病86917个人防护用品8692环境保护87921工业噪声控制87922环境监测88923废弃、废水回收治理88924废渣处理89925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。关键词炼钢生铁高炉车间设计中南大学本科生毕业设计说明书IIABSTRACTTHEASSIGNMENTISTHEDESIGNOFTHE25MILLIONTONSANNUALPRODUCTIONCAPACITYOFSTEELMAKINGPIGIRONOFBLASTFURNACEWORKSHOPUSEDINTHEDESIGNOFTHEONE2900M3BLASTFURNACE,FOURJARDINE,TWOTAPHOLE,THEUSEOFRECTANGULARFIELDOFIRONBLASTSYSTEM3INTERNALCOMBUSTIONHOTSTOVE,DUSTCATCHERSYSTEMUSINGDRYBAGGASPRECIPITATORETCTAPPINGSYSTEMMETHODOFWATERQUENCHINGRESIDUELHASARASATODEALTHECHARGINGSYSTEMISUSEDINFEEDCARTTHEDESIGNPROGRAMCONSISTSOFTECHNOLOGICALCALCULATION（INCLUDINGBLASTFURNACEBURDENCALCULATION、MATERIALBALANCECALCULATIONANDTHERMALEQUILIBRIUMCALCULATION），THECHOOSEOFFURNACELININGANDCOOLINGPLANT，THEDESIGNOFFURNACELINES，TUYEREANDCASTINGHOUSE，MATERIALSYSTEM，ROOFSYSTEM，GASDISPOSESYSTEM，IRONANDSLAGDISPOSESYSTEM，FUELINJECTIONSYSTEMANDTHEDISPOSITIONOFPLANTBESIDES，INORDERTOMAKETHEDESIGNACHIEVEBEST,THEDESIGNALSOCONSULTSSOMEADVANCEDPRODUCEEXPERIENCEANDDATAFROMHOMEANDABROADSIMILARFURNACESKEYWORDSSTEELMAKINGPIGIRONBLASTFURNACEWORKSHOPDESIGN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。11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。111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。112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。113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175，而美国则为146。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06、强度好M4076。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。114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20T/（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412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500700M，产量400500T/D；进入20世纪炉容不断扩大到10003000M，到20世纪后期容积增大到40005000M，最大的达5500M，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PAULWURTH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001002MPA，20世纪中期出现了高压炉顶操作，初期炉顶压力提高到007MPA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015025MPA。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548。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0203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。13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殊作用。3熔融还原法炼铁摆脱了高炉法对于昂贵焦炭以及直接还原法对于天然气、石油的依赖，缩短了生产工艺流程，减少了环境污染，生产的铁水适用于转炉炼钢。1989年南非钢铁公司ISCOR新建的30万TA熔融还原装置投入生产。90年代许多国家筹划建设熔融还原装置。预期熔融还原技术将有较大发展。虽然中国高炉炼铁已达到国际先进水平，但仍要像国外一样，围绕着实现高效化、低燃料比、高炉长寿、以及环保等方面持续进行改进和优化。（1）以合理的大型化带动高效化在过去的几年里，中同在高炉大型化方面取得了很大的成绩。大于1000M的高炉由2003年的58座发展到现在的100余座，而且有多座大于4000M的超大型高炉投产或正在建设。然而，还应当清楚地看到，除了仍存在大量需要政策淘汰的小于300M的高炉外，仍还有约500座左右的3001000M的高炉。这些高炉都面临着不同程度的大型化问题。在高炉大型化的过程中，各厂需要针对具体情况，确定合理的高炉容积。一个公认的事实是，大型高炉对入炉原燃料质量的要求更加严格。这与品质不断下降的铁矿石和炼焦煤的供应形成尖锐的矛盾。研究确定适应原燃料条件的最佳高炉容积是一个非常有意义的课题。国外在高炉大型化的过程中，十分重视原有基础设施的利用，以最大限度地减少一次性投资。这一点也值得借鉴学习。（2）提高富氧率和开发新炉料富氧是支持高炉高系数和高煤比的必要手段。中国的高炉富氧率普遍很低，平均只有1左右，且不稳定。应努力提高富氧率，特别是对于大型高炉。充分利用炼钢余氧和建设专用的低浓度大型制氧设施是解决问题的有效措施。目前看来，借鉴北美向高炉中加直接还原铁/废钢的做法尚不具备条件。但随着国内废钢积蓄量的激增，供应总量的不断增加，加之进口废钢2007年，中国冶金行业消耗了约7200万吨废钢，若干年后，存在着废钢作为高炉炉料的可能性。对于中国来说，将来高炉吃废钢还是继续维持高炉转炉这一流程事关钢铁行业的生存。日本的钢铁公司和研究单位正在研究的生产含炭铁矿和由烧结工艺生产部分还原烧结矿供高炉使用，这为提高高炉生产效率和降低燃料比开辟了中南大学本科生毕业设计说明书7新路，值得关注借鉴。（3）提高煤比，降低焦比和燃料比中国高炉喷煤得到普遍应用，但喷煤水平参次不齐。许多企业在喷吹理念和工艺设备等方面还需要改进，以不断提高煤比，降低焦比。例如将喷煤量作为炉缸热状态的最主要调剂手段，频繁改变煤量限制了煤比的稳定提高；在喷煤与富氧之间关系上存在争议，认为低煤比时无需富氧，影响了富氧的使用和带来的煤比提高；一些喷吹系统设计不合理，喷吹的稳定性差，各风口的分配精度低，缺乏必要的连续喷吹保障手段，导致高炉难以接收高煤比；许多喷枪的材质差、结构简单，造成经常性烧枪停煤。北美的多种物料喷吹经验值得学习借鉴。各厂应根据各自的条件，积极尝试新的物料喷吹，以期取得更好的节焦降耗效果。高风温是提高煤比和直接降低焦比的有效手段。应充分利用鼓风湿分在控制风口燃烧温度和炉缸热状态方面的作用，减少撤风温调炉温的机率，尽可能维持风温稳定在最高水平。（4）稳定高炉操作，实现长寿中国在高炉长寿的设计和维护长寿的手段等方面已取得了显著的成绩，一些大高炉的寿命已达到世界先进水平。需要重视的是高炉操作对长寿的影响。要努力保持稳定操作条件，通过出铁制度和提高焦炭质量来控制渣铁流动方式，避免炉缸过度和局部磨损。要避免追求一时的高产指标而带来对高炉本体和设备的损害。（5）完善监测控制系统，实现高炉的稳定顺行高炉的稳定顺行是取得良好操作指标和实现长寿的基础。而完善的高炉监测控制系统是实现高炉稳定顺行的重要保障。与国外企业相比，中国大多数企业的原燃料稳定性较差，更需要严格的监测控制。如，要提高烧结混合料水分的测量和控制精度，降低烧结指标和烧结矿质量的变化；要加强对入炉原燃料成分和性能检测的频率，及时发现问题；要重视在料面和炉身的炉料、温度、气流分布的测量和控制，避免炉内径向不均匀现象；要加强对炉缸工作状态鼓风和喷吹参数、风口燃烧状态、渣铁液位及流动方式、炉缸磨损、渣铁温度和流量、铁口深度等的监测和控制，保证炉缸的工作稳定。在此基础上，要广泛开发应用适合于本厂情况的高炉专家系统，发挥其在保障高炉稳定顺行中的作用。（6）优化流程和配置，实现系统节能降耗中国在高炉流程中的许多技术革新处于世界领先地位，如煤气干法除尘在大型高炉的应用，高炉喷煤新技术，各种新型热风炉系统，多种渣处理技术，以及各种能量回收装置。这些对系统的节能降耗均已起到积极的作用。然而，应当看到，在整个流程和配置中，还存在许多在节能降耗方面可以改进的方面，中南大学本科生毕业设计说明书8包括上述各项技术本身。研究合理的烧结余热回收流程设计，扩大能量回收的效率并降低投资。研究煤气干法除尘的系统运行可靠性问题，应保证煤气无异常放散，以及无尘进入热风炉影响热风炉寿命问题。研究确定合理的热风炉结构形式和预热系统结构。研究制粉和喷吹过程的参数优化，降低喷煤的系统能耗。对炼铁系统各高压电机的变频节能改造。高炉脱湿鼓风的技术条件和使用规则，确定适合的烧结烟气处理流程等。（7）控制污染排放，实现达标生产受多种因素的影响，中国高炉炼铁在环保方面欠债较多，需要尽快补偿和改进。应全面实施出铁场的烟尘控制，消除出铁时的无组织排放；应将工艺控制和末端治理相结合，对烧结烟气进行适宜的处理，满足粉尘和S02等污染物排放标准。对尚未纳入考核体系的污染物排放，如N02和二恶英等，应提前做好应对方案。（8）降低铁钢比，减少CO2排放CO2排放是高炉炼铁流程生存发展的一个巨大的潜在威胁。有资料显示，工业的CO2排放占全球排放的21。而在工业行业内，钢铁工业的排放量占约15，被认为是最大的排放行业之一。中国巨大的钢铁生产规模使这一比例大幅度上升。因此，极有可能在未来的某一时刻，中国的钢铁工业会受到CO2排放量的限制欧洲已开始实施。而行业内部受影响最大的自然是高炉炼铁。高炉转炉流程的CO2排放量是1700KG/T钢，而废钢电炉流程则是约400KG/T钢。二者在能耗方面的差距也是巨大的。因此，铁钢比是影响吨钢CO2排放量的最主要因素。2007年，中国的铁钢比为是0959。假如能按全球的0595测算，则可少排CO2约23亿T，可节约燃料消耗约1亿T。如此巨大的减排和节能潜力始终会引起各方的严重关注。因此，无论是从外部CO2减排的要求，还是内部钢铁行业节能的需要，逐步降低中国的铁钢比是发展的必然趋势。当然，高炉使用新型炉料如废钢和预还原炉料等和清洁燃料等，也是自我完善，增加其自身生存能力的必要手段。深入研究开发各种CO2减排工艺和技术也是一项迫切的工作。14本设计的目的和任务本次设计为年产250万吨炼钢生铁的高炉车间设计。要求广泛查阅相关文献并进行全面评述，选择工艺流程并论证，进行设计计算，绘制图纸，编写设计说明书等。本设计的主要内容包括文献综述，厂址选择，工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证，高炉炼铁综合计算，高炉本体设计，高炉附属系统设计，车间布置设计等部分。另外还有主体设备图纸2张（CAD图纸及手绘图纸各一中南大学本科生毕业设计说明书9张）,车间厂房配置图2张（平面图和立面图各一张），设备流程图1张。第二章厂址选择厂址选择是指在一定的区域内选择建厂的地区，并对该厂址选择方案分析评价的过程。厂址选择是工厂建设的重要内容，要考虑到到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等问题，还要根据自身特点选择具体地点，尽量减少建设投入。21厂址选择一般原则（1）满足工业布局工业建设项目建设地区和建厂地址的选择，都必须按照全国工业布局或地区规划的要求，并考虑各不同工业部门布局的特点。正确处理局部和全局的关系，工业部门之间的关系，中央工业和地方工业的关系，统筹兼顾，全面安排。（2）符合城市规划新建工业企业的厂址若在现有城市范围内，应符合城市总体规划布局的要求。若远离城市新建企业，一般地说，随着大中型企业兴建而形成一独立的工业区或逐步形成一工业城镇。在选定厂址时要使其符合城镇的总体规划，使厂区和居住区的相对位置符合城镇功能分区的要求。当有条件时，尽可能利用现有居民点、交通运输设施和公用工程设施。（3）重视节约用地贯彻执行“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策。不占或少占良田及经济效益高的土地，充分利用荒地和劣地。当有条件时，可结合场地平整余土造田。（4）靠近原、燃料基地落实和充足的资源条件是企业建设的基础和前提。在资源条件落实的情况下要使拟建企业厂址靠近原、燃料基地，当有多个原、燃料基地时，宜靠近一个主要的。这样，不仅企业有可靠而近便的原、燃料供应，减少运距，节省运中南大学本科生毕业设计说明书10费，而且也减少企业大宗原、燃料运输对国家运输网络的压力。（5）交通运输方便方便的交通运输条件是企业建设和生产所必须的。建设期间要有大量的材料、设备从各地源源不断的运进，投产之后，不仅有大宗原、燃料运入，而且有大量的成品运往各地，这就要求所选厂址必须有方便的交通运输条件。特别是大型企业，每天的运入和运出量都很大，对这一原则的考虑就显得特别重要。（6）水源电源可靠要确保企业建设，尤其是投产后的正常生产，可靠的水源和电源是必须条件。有的企业不仅要求建厂的地区有充足的水量，而且对水质和水温也有一定要求。电源也是一样，不仅要求有足够的电源，有的企业或企业的重要设备或设施要求有二路电源同时供电。所以，选厂时，应根据企业对水源和电源的要求切实落实。水源和电源不仅考虑企业既定规模的用量，且能适应企业发展的要求。特别是对耗量大的企业，充足可靠的水源、电源是确定企业厂址的关键因素。（7）有利保护环境选择厂址应考虑保护环境和景观，厂址不应靠近和影响风景游览和自然保护区，不应位于窝风地带；有污染的企业应远离居住区并合理利用风向确定其相互位置；企业应位于地表饮用水源的下游。企业厂址要有利于企业“三废”处理及排放。（8）有利企业发展一般的说，企业规模由小到大逐步发展，就是一次设计一次投产的企业，品种增加、产量提高也是必然的，所以选择厂址时应考虑企业的发展，本着远近结合，以近期为主的原则，适当留有发展余地。（9）方便企业协作选择厂址时，应尽可能同邻近企业协作，尽量共同利用或部分共同利用交通运输设施（如铁路专用线、编组站、港口码头等），公用工程（水、电、动力设施等），机修及生活福利设施。这些设施与周围企业协作共建，以节约投资，加快建设速度。22本设计厂址选择221工业布局及国家政策建设一座炼铁厂，对全国的工业布局、一个区或一个城市的合理发展、各中南大学本科生毕业设计说明书11工业区之间的经济协调以及农业发展等起着重要的作用，应根据工业布局“大分散、小集中、多搞小城镇”的方针来选择。综合各方面考虑，所设计的钢铁厂选择在四川省攀枝花市。222原料供应及运输条件钢铁的冶炼是连续性的，物料吞吐量一般较大。攀西地区铁矿石储量十分丰富，钒钛磁铁矿世界闻名。目前已探明攀西地区钒钛磁铁矿的潜在资源量达到194亿吨，保守估算可新增铁矿石资源量168亿吨。就近建厂对铁矿资源开发利用大幅度降低生产成本。冶炼渣富含钒钛，集中堆放后由钒钛冶炼企业对其处理消化。此外，非金属矿产中，石灰岩、白云岩、硅石、大理岩、石墨、水晶等矿产资源也很丰富。探明的煤矿储量达10亿吨，煤炭品种较全，含磷、硫和灰分均较低。攀西地区水力资源丰富，附近的金沙江、雅砻江和安宁河水力蕴藏量达4003万千瓦，约占中国的6，攀西地区建有长江上游最大的水电站二滩水电站，电力供应充沛，具有建立钢铁与冶金基地的能源条件。攀枝花市交通运输比较便利，成昆铁路经过该市，是云南与四川联通的门户。攀成高速公路已基本建成通车，使其钢铁产品能够便利地运往西南各地，并辐射全国。223劳动力资源优势四川省人力资源丰富，一直是我国劳动力输出大省。攀枝花市依托攀钢集团建设逐步发展，具有完善钢铁冶炼、加工，机械，建材等加工制造体系，各类专业技术人员和技工人才储备丰富。四川省境内数所高校开设有冶金工程专业，如重庆大学、攀枝花大学。具有完善的人才培养机制。224厂址的协作条件炼铁厂选址应与附近企业在生产、运输、公用设施、综合利用及生活福利设施等方面创造协作条件。正确处理企业内部与外部、企业各场地间、当前建设与远期发展等各方面的关系。在厂址附近地区铁矿石、石灰石、白云石、煤中南大学本科生毕业设计说明书12等各种冶炼生产资源丰富，相关工业企业众多。通运输条件便利，水电资源充足，其自然条件和协助条件都很优越。225厂址的工程地质及水文地质条件攀枝花市的地震等级为6级，厂址地表以下10米无地下水层，且土层较浅，下部是坚硬的岩石层，满足钢铁厂所要求的地理、水文条件。根据上述原则，本设计选择四川省攀枝花市作为设计建厂地址。第三章工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证31高炉炼铁工艺流程高炉炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂或铸造厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉炼铁工艺流程见图31。中南大学本科生毕业设计说明书13图31高炉炼铁工艺流程32高炉炼铁主要经济技术指标（1）高炉有效容积利用系数V高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜1M有效容积的生铁产量。可用下式表示有VPV式中高炉有效容积利用系数，T/M3DV高炉每昼夜的生铁产量，T/DP高炉有效容积，M3有V中南大学本科生毕业设计说明书14是高炉冶炼的一个重要指标，有效容积利用系数愈大，高炉生产率愈高。V目前，一般大型高炉超过20，一些先进高炉可达到2223。小型高炉的更高，100300M3高炉的利用系数为2832。（2）焦比（）K焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量。可用下式表示式中高炉焦比，KG/TK高炉每昼夜的生铁产量，T/DP高炉每昼夜消耗焦炭量，KG/DQ焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物的焦炭置换量。本设计中取K450KG/T（3）煤比（）Y冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计煤比为90。KG/T（4）冶炼强度（）和燃烧强度（）II高炉冶炼强度是每昼夜有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗31M量与的比值,有V本设计11T/M3D。I燃烧强度既每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭量。I本设计I285T/M2D。（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标。（6）生铁成本生产一吨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。先进高炉休风率小于1。（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，或是指高炉相邻有VQIK中南大学本科生毕业设计说明书15两次大修之间的冶炼时间。大型高炉一代寿命为1015年。第四章高炉炼铁综合计算高炉炼铁需要的矿石、熔剂和燃料焦炭及喷吹燃料的量是有一定规律的，根据原料成分、产品质量要求和冶炼条件不同可以设计出所需的工艺条件。对于炼铁设计的工艺计算，燃料的用量是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要任务，就是计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼预定成分生铁所需要的矿石、熔剂数量。对于生产高炉的工艺计算，各种原料的用量都是已知的，从整体上说不存在配料计算的问题，但有时需通过配料计算求解矿石的理论出铁量、理论渣量等，有时因冶炼条件变化需要作变料计算1。41高炉配料计算配料计算的目的，在于根据已知的原料条件和冶炼要求来决定矿石和熔剂的用量，以配制合适的炉渣成分和获得合格的生铁。中南大学本科生毕业设计说明书16411已知条件4111原始数据整理生产中原始资料分析常常不完全，或元素分析和化合物分析不相吻合，加之分析方法不同存在分析误差，以致各种化学组成之和不等于100。因此，应该先确定元素在原料存在的形态，然后进行核算，使总和为100。换算为100方法，可以均衡地扩大或缩小各成分的百分比，调整为100，或者按照分析误差允许的范围，人为的调整为100。调整幅度不大时，以调整AL2O3或MGO为宜。在各种原料中化合物存在的形态和有关换算，按照下述方法处理。烧结矿分析的S，P，MN分别以FES，P2O5，MNO形态存在。它们的换算为S存在形式为FES，换算关系为WFESWS328P存在形式为P2O5，换算关系为WP2O5WP614MN存在形式为MNO，换算关系为WMNOWMN57式中的S，P，MN等元素皆为分析值（百分含量），当要计算FE2O3时，需要从生铁（TFE）中扣除FEO和FES中的FE，再进行换算。WFE2O3WFEWFEOWFES1672568式中的FE，FEO为分析所得烧结矿的全铁和氧化亚铁的百分含量，FES为换算所得的硫化亚铁量。天然矿石中的S以FES2形态存在，换算式如下WFES2WS，式中S为分析所得的百分含量。64104112矿石选配在使用混合矿石冶炼时，应根据矿石供应量及炉渣成分适当配比选取。此时，需要注意以下几点（1）矿石含P量不应该超过生铁允许含P量，因考虑P全部进入生铁，故需要依据矿石含量事先预算，若某种矿石冶炼含P超标，此种情况下，只能搭配含P更低的矿石冶炼。（2）冶炼铸造铁时，应该核算生铁含锰量是否满足要求。WMNWMN矿MFE铁/WFE矿MN中南大学本科生毕业设计说明书17式中WMN生铁含锰量，；WMN矿混合矿含锰量，；锰的回收率，一般为0506；MNMFE铁矿石带入的生铁的铁量，KG/T铁；WFE矿混合矿含铁量，。（3）冶炼锰铁时，为保证其含锰量，须检查矿石含铁量是否大于允许范围。WFE矿100WMNWCWSIWP/100WMN/WMN矿MN式中WMN,WSI,WC,WP表示锰铁中该元素含量，；WMN矿锰矿含锰量，；WFE矿锰矿允许含铁量，；锰回收率，通常为07082。MN（4）适当控制碱金属2。4113冶炼条件确定（1）根据原料条件，国家标准和行业标准等确定生铁成分。C，P元素一般操作不能控制，而SI,MN,S等元素可以改变操作条件加以控制。（2）各种元素在铁，渣和煤气中的分配比例。按照经验和实际生产数据选取。一般可参考表41选。表41常见元素分配率（）原料FEMNPSV生铁09980400100000680800炉渣000206000850200煤气0082（3）炉渣碱度选择，碱度主要是取决于炉渣脱硫的要求，此外若冶炼低硅生铁钒钛磁铁时，还应该考虑炉渣抑制硅钛还原和利于矾的回收能力，在正常炉钢温度下，要保证流动性和稳定性，因此除了考虑二元碱度外，还需要有适宜的MGO含量，若炉料含碱金属还应该兼顾炉渣排碱要求。本设计中取碱度R103。（4）燃料比确定。确定燃料比应该依据冶炼铁种，原料条件，风温水平和生产经验等全面衡定，在有喷吹条件下，力争多喷燃料。（5）原燃料成分分析，入炉原料成分见表42。表42入炉原料成分（）物料TFEMNPSFE2O3FEOMNOMNO2CAO中南大学本科生毕业设计说明书18烧结矿5773014000600019745387140018108510球团矿6123011400660008871400293014700350进口矿658100700300006911482580090025混合矿59983012700500015796555432016306050炉尘3981009014013450410650120587石灰石1510002160005122焦炭灰423000604000360煤灰234000335000398续表42物料MGOSIO2AL2O3P2O5FES2FES其他烧损合计烧结矿3110465015800137000140010000球团矿0795958115430152000010000进口矿012214106006900006724710000混合矿2321509415100131000098037110000炉尘41361810903200163524910000石灰石085087091000303402410000焦炭灰112513337910000010000煤灰139593931890000010000（6）焦炭成分分析见表43。表43焦炭成分（）灰分1101固定碳SIO2AL2O3CAOMGOFEOFESP2O585266194290630161130120续表43挥发分090有机物其他总计全S游离水CO2COCH4O2H2N2SMEO0318031005400280418064021000685412（7）喷吹物成分见表44。注混合矿组成烧结矿球团矿进口矿701515中南大学本科生毕业设计说明书19表44喷吹物成分（）灰分成分CH2O2H2ON2SSIO2AL2O3CAOMGOFEO总计煤粉7688602331019904960839203901082100412计算方法与过程为精确配料，现根据设计的生产要求，先根据生铁成分，然后用理论方法进行配料比计算，然后以配出的矿石为基础对矿石用量、生铁中铁量、渣量及炉渣进行计算，最后进行炉渣性能、生铁成分进行校核。4121生铁成分根据设计的要求，生铁成分如表45。表45生铁成分（）成分SIMNSPCFE0475003002500904829456100004122计算混合矿量根据以上已知条件，先以1T生铁作为计算单位进行计算，确定矿石配比。在计算时设定焦炭灰加入量为20KG/T，煤灰为10KG/T，炉尘加入量为13665KG/T。则焦炭带入FE量KG348256713564煤粉带入FE量KG；402809炉尘带入FE量KG；513461进入渣中FE量KG；75需要混合矿量KG4182980494123根据碱度平衡计算石灰石用量假设石灰石加入量为XKG/T，则混合矿带入CAO量1482446058969KG中南大学本科生毕业设计说明书20焦炭带入CAO量4500632835KG煤粉带入CAO量900390351KG焦炭灰带入CAO量2036072KG煤灰带入CAO量103980398KG炉尘带入CAO量3665587802KG石灰石带入CAO量X512205122XKG共带入CAO量896928350351072039880205122XKG混合矿带入SIO2量148244509475515KG焦炭带入SIO2量45061927855KG煤粉带入SIO2量906085472KG焦炭灰带入SIO2量20513310266KG煤灰带入SIO2量1059395939KG炉尘带入SIO2量136656188445KG石灰石带入SIO2量X08700087XKG共带入SIO2量75515278555472102665939844500087XKG由于设计的炉渣碱度，则解得石灰石加入量为7051KG/T。则总301SIOCA2CAO量为13813KG/T，总SIO2量为13411KG/T。原料消耗总表如表46。表46冶炼每吨炼钢生铁原料消耗表（KG）种类焦炭混合矿石灰石炉尘焦炭灰煤灰煤粉数量4501482447051136652010904124终渣成分及渣量计算（1）终渣S含量炉料全部含S量148244001545006859004913665013393KG进入生铁的S量10000025/100025KG进入炉渣的S量393085334KG进入煤气的S量393025334034KG（2）终渣的FEO量244KG567209561（3）终渣的MNO量2008155KG（4）终渣的SIO2量13411KG（5）终渣的CAO量13813KG中南大学本科生毕业设计说明书21（6）终渣的AL2O3量148244151450429903921366510970510912037911031895811KG（7）终渣的MGO量1482442321450016900113665413705108520112101394182KG终渣成分见表47。表47终渣成分含量SIO2AL2O3CAOMGOMNOFEOS/2合计RKG13411581113813418215524416736755336915813758113804206704510000103由于分析所得CA2都折算成CAO，但其中一部分CA2却以CAS形式存在，CAS和CAO之质量差为S/2，为了质量平衡，CA2仍以CAO存在，而S则只算S/2。炉渣碱度R103,满足规定值