设计一座年产430万吨炼钢生铁的炼铁厂毕业设计

1、河北联合大学轻工学院college of light industry, hebei united university 毕业设计说明书设计（论文）题目：设计一座年产430万吨炼钢生铁的炼铁厂学生姓名：李盟盟 学 号：200915090812专业班级：冶金8班 学 部：材料化工部指导教师：闫亚坤 讲师2013年6月5日摘 要摘 要高炉炼铁是获得生铁的主要手段，是钢铁冶金过程中最重要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用。高炉是炼铁的主要设备，本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，在唐山地区预设计建造一座年产生铁430万的高炉炼铁车间，本设计说明书详细的对其进行了高炉设计，其中包括绪

2、论、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。设计的同时还结合国内外相同炉容高炉的一些先进的生产操作经验和相关的数据，力争使该设计的高炉做到高度机械化、自动化和大型化，以期达到最佳的生产效益。关键词: 高炉炼铁设计；喷吹；送风；煤气处理；渣铁处理abstractabstractblast furnace iron-making is a main means to obtain pig iron, and one of the

3、most important links in the metallurgical course of steel, play a role in holding the balance in national economic construction. the blast furnace is the main equipment of iron-making, in line with the high quality , high yield , low consumption and environmental pollution policy, design and build a

4、 blast furnace iron-making workshop producing 4.3million irons every year in advance in the area of tangshan, this design instruction designs the blast furnace detailedly, including introduction, the craft calculating (including the batching is calculated, supplies balance and thermal balance), the

5、furnace type of the blast furnace is designed, choice of furnace liner of the blast furnace, the furnace body cools the equipment, the tyueres and design the tap iron field, raw materials system , blow system , furnace roof equipment , coal gas disposal system ,slag iron disposal system ,ejection sy

6、stem, iron-smelting of workshop etc. combine domestic and international the same furnace volume some advanced production operation experience and relevant data of blast furnace also while the design, strive blast furnace should designed to make accomplish highly mechanized , automation and maximizin

7、g, in the hope of reaching the best productivity effect.keywords: bf iron-making design;ejection;blowing;coal gas disposal;slag iron disposal 目 录目 录摘要.abstract.第1章 绪论.11.1概述11.2高炉炼铁厂的厂址选择11.3原燃料条件11.4 高炉生产主要经济技术指标11.5高炉冶炼现状及其发展21.6本设计采用的新技术2第2章 工艺计算.42.1 配料计算42.1.1 原燃料成分的整理42.1.2主要技术经济指标42.1.3 生铁预定成

8、分52.1.4 矿石配比的确定52.1.5 元素分配52.1.6 矿石和溶剂用量计算52.1.7渣量及主要成分计算62.2物料平衡的计算62.2.1风量的计算72.2.2炉顶煤气成分的计算72.2.3 物料平衡表92.3热平衡的计算92.3.1热收入项92.3.2热支出项10第3章 高炉本体设计.133.1高炉数目及总容积的确定133.2 炉型设计133.3 内型尺寸及示意图14第4章 高炉基础和内衬.164.1 炉基的形状及材质164.1.1 高炉基础的要求164.1.2 炉基形状164.1.3 炉基基本尺寸164.1.4炉基的材质结构174.2炉底和炉衬设计17第5章 冷却设备选择、风口及

9、铁口设计. 195.1高炉冷却设备的作用及冷却介质195.2炉底冷却型式选择195.3高炉各部位冷却设备选择195.4高炉供水量、水压的选择205.4.1 供水量205.4.2 水压205.5风口数目及直径215.5.1 确定风口数目215.5.2 风口直径215.5.3 风口设备215.6铁口215.7炉壳及钢结构的确定21第6章 高炉车间原料系统.236.1贮矿槽及贮焦槽的设计236.1.1贮矿槽的设计236.1.2副矿槽246.1.3贮焦槽设计246.1.4矿槽的结构形式246.2给料器，槽下筛分与称量设计246.2.1给料器246.2.2槽下筛分246.2.3槽下称量246.3胶带机的

10、设计25第7章 高炉送风系统267.1高炉鼓风机267.1.1高炉冶炼对鼓风机的要求:267.1.2鼓风机出口风量的计算267.1.3鼓风机出口风压的计算277.1.4鼓风机的选择277.2高炉热风炉设计277.2.1热风炉基本结构形式277.2.2热风炉的炉体设计287.3燃烧器及阀门307.3.1燃烧器307.3.2热风炉阀门307.4提高风温途径30第8章 炉顶设备318.1炉顶的基本结构及参数318.2探料装置31第9章 高炉煤气除尘系统329.1概述329.1.1高炉煤气除尘的目的329.1.2评价煤气除尘装置的主要指标329.2高炉煤气除尘设备329.2.1荒煤气管道329.3重力

11、除尘器339.3.1重力除尘器原理339.3.2主要尺寸圆筒部分直径和高度339.4文氏管349.4.1文氏管除尘原理349.4.2半精细除尘设计349.4.3精细除尘设计349.5布袋除尘349.6煤气除尘系统附属设备359.6.1煤气遮断阀359.6.2煤气放散阀359.6.3煤气切断阀359.6.4调压阀组369.7炉顶余压发电36第10章 渣铁处理系统. 3710.1 概述3710.2 风口平台和出铁场3710.2.1 风口平台3710.2.2 出铁场3710.3 渣铁沟和撇渣器3710.3.1 主铁沟3710.3.2 撇渣器3810.3.3 支铁沟和支沟3810.3.4 摆动流嘴38

12、10.4 炉前主要设备3810.4.1 开铁口机3910.4.2 堵铁口泥炮3910.4.3 炉前吊车3910.4.4 堵渣口机3910.5 铁水处理设备3910.5.1 铁水罐车3910.5.2 铸铁机3910.6 炉渣处理40第11章 高炉喷煤系统4111.1 喷吹工艺流程4111.2煤粉的制备4111.2.1原煤的贮存4111.2.2煤的干燥4211.2.3磨煤机4211.2.4粗粉分离器4211.2.5旋风分离器4211.2.6锁气器4211.2.7布袋收集器4211.3煤粉喷吹系统4211.3.1喷吹设备的确定. 4311.4安全措施. 4411.4.1煤粉爆炸条件. 4411.4.

13、2采取的安全措施. 44第12章 高炉车间平面布置. 4512.1 车间平面布置的原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 12.2 车间平面布置形式45结 论.46参考文献.47谢 辞. 48第1章 绪论第1章 绪论1.1概述高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿，烧结矿，球团矿）为原料，焦碳，煤粉，重油，天然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为溶剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。其主要副产品有高

14、炉炉渣和高炉煤气。为了实现优质，低耗，高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温，耐高压，耐磨，耐侵蚀密封性好，工作可靠，寿命长，而且具有足够的生产能力。1.2高炉炼铁厂的厂址选择确定厂址需要做多方案比较，选择最佳者，厂址选择的合理与否，不仅影响建设速度与投资，也影响到投产后的产品成本和经济效益，必须十分慎重。厂址选择应考虑以下因素：（1）工业布局要合理。即要考虑地区工业的综合平衡，也要考虑钢铁生产对原料的依赖性。（2）以节省投资，降低应运费用。 （3）合理利用地形设计工艺流程。（4）接近原料产地，减少原料运输（5）水电资源丰富，供水供电不能间断，供电双电源。（6）

15、少占良田。（7）位于城市居民区主导风向的下风向或侧风向。（8）不受洪水及大雨的淹没。1.3原燃料条件 原燃料是高炉冶炼的基础。为了使高炉实现高产、优质、低耗、低成本，就必须实行精料方针。精料是多快好省地发展冶金工业的重要技术政策。精料的主要措施有：提高铁矿石含铁量，增加自熔性烧结矿和球团矿使用率，缩小粒度，筛除粉矿，减小成分波动，以及提高原、燃料强度等。1.4 高炉生产主要经济技术指标高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下：高炉有效容积利用系数（）：高炉有效容积利用系数即昼夜生铁的产量p（t）与高炉有效容积v（m）之比。是高炉冶炼的一个重要指标，越大，其高炉生产率越高。本设计取

16、2.2焦比（k）：焦比即每昼夜焦碳消耗量q（t或kg）与每昼夜生铁产量p（t）之比，喷吹燃料可以有效地降低焦比，从而降低生铁成本。煤比（y），油比（m），燃气比（g）：指每吨生铁消耗的煤粉或油量或燃气量。从风口向炉内喷吹煤粉，重油以及天然气，焦炉煤气等燃料，可降低焦碳的消耗量。冶炼强度（i）：高炉冶炼强度是每昼夜1m有效容积燃烧的焦碳量。冶炼强度表示高炉的主业强度，它与鼓入高炉的风凉成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大。本设计取0.95 。休风率：休风率指休风时间占日历时间的百分数。生铁合格率： 高炉生产的化学成分符合国家的规定的合格生铁占生铁量的百分数为生铁合格率。高炉一代

17、寿命： 指高炉从点火开始到停炉大修之间的冶炼时间或相邻两次大修之间的时间称为高炉一带寿命。1.5高炉冶炼现状及其发展炉容大型化及其空间尺寸的横向发展。近年来，大型钢铁企业大多采用v4000m以上巨型高炉。精料：精料包括提高入炉矿石品位，改善入炉原料的还原性能，提高熟料率，稳定入炉原料成分和整粒，精料是改善高炉冶炼的基础。提高休风温度：提高休风温度可以大幅度的降低焦比，特别是鼓风温度较低时效果更为显著。高压操作：高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改善煤气性能及化学能利用，有利于稳定操作，为强化冶炼创造条件。富氧喷吹：富氧喷吹可达到优质，低耗，高产，长寿的冶炼效果。电子计算机的采用：计算机目前

18、已可以控制配料，装料和热风炉操作。1.6本设计采用的新技术（1） 无钟炉顶和皮带上料 ，布料旋转溜槽可以实现多种布料方式。（2） 热风炉采用锥球形炉顶，有利用拱顶气流分布和热风温度的提高，隔墙间加耐热钢板防止蓄热室气流短路。（3）冷却采用软水密封循环系统 。（4）高炉喷煤设备。（5）有余热回收和余压发电装置。（6）水渣系统采用过滤式。（7） 采用计算机自动控制系统对各个环节进行监控。50第2章 工艺计算第2章 工艺计算2.1 配料计算2.1.1 原燃料成分的整理表2-1原燃料成分的整理 品种tfefe2o3feopmnsio2al2o3烧结矿57.7574.697.030.060.104.64

19、1.53校核57.9574.957.054.661.54球团矿64.7292.180.250.050.1210.041.64校核61.3487.370.249.521.55澳矿65.8091.142.570.020.072.041.04校核65.9791.382.582.041.04石灰石1.351.930.820.85校核1.391.990.850.88炉尘39.7944.9910.670.130.076.151.05校核40.5915.8910.886.271.07复合矿59.4978.665.74.751.47caomgomno2mnop2o5s/2烧损8.463.020.130.140

20、.0199.658.493.030.130.140.01100.000.320.820.150.110.0035105.510.300.770.140.100.004100.000.210.110.052.4699.740.210.110.052.47100.0051.210.8441.1696.8152.900.8742.52100.005.834.030.090.300.0624.6798.045.954.110.090.310.0625.16100.006.432.370.130.120.010.37100.002.1.2主要技术经济指标焦比 360kg/t 煤比 150kg/t 炉渣碱

21、度 1.1 炉尘 20kg/t 直接还原度 0.45 鼓风湿度 1.5% 表2-2 燃料工业分析fcdadvdstdh2o焦炭85.8512.761.390.694.12煤粉76.6310.9312.440.47表2-3灰分成分sio2al2o3caomgofeotfe焦灰分52.8938.013.621.015.474.35煤灰分58.4831.423.881.314.912.33表2-4 挥发分成分co2coch4h2n2o2焦炭23.0222.453.8820.2930.36煤粉3.6913.426.8943.1714.7418.092.1.3 生铁预定成分表2-5 预定铁水成分fesi

22、mnspc94.5160.480.030.0260.0984.852.1.4 矿石配比的确定 烧结矿：球团矿：澳矿=76:10:142.1.5 元素分配表2-6 元素分配femnps生铁0.9970.51.0炉渣0.0030.5煤气0.052.1.6 矿石和溶剂用量计算：设矿石用量为x，溶剂用量为y，单位 kg/t根据全fe平衡方程，得y根据碱度的平衡，得联立两式解得：x=1602.71kg/t, y=10.81kg/t则烧结矿为1218.06kg/t 球团矿为160.28kg/t 澳矿为224.38kg/t2.1.7渣量及主要成分计算cao量：gcao渣=109.88kgsio2量：gsio

23、2渣=98.56kgfeo量：gfeo渣=945.16mgo量：gmgo渣=1602.71al2o3量：gal2o3渣=mno量：gmno渣=炉渣s含量：0.0002进入炉尘的s：200.0012=0.02kg进入煤气的s：3.510.05=0.176kg进入生铁的s：0.26kg进入炉渣的s：gs渣=3.51-0.02-0.176-0.26=3.054kg表2-7 炉渣成分计算结果caosio2feomgoal2o3mnos/2重量（kg/t）109.8898.563.6638.9046.051.031.527299.41配比（%）36.7032.921.2212.9915.380.340.

24、511002.1.8校核生铁成分：需要矫正的：则：不需要矫正的： 2.2物料平衡的计算2.2.1风量的计算c燃= 鼓风含氧:vo2=o2=则：v风=g风=v风r空气=1186.291.29=1530.31kg2.2.2炉顶煤气成分的计算（1）h2风口燃烧：vh2=v风0.015=1186.290.015=17.79m3焦炭和煤粉的挥发分：vh2=（3600.01390.2029+1500.12440.4317） =101.59m3生成ch4：vh2=（3600.8585+1500.7663）0.7%2=11.08m3参加还原（参加还原的氢量为总量的40%）：vh2=(17.79+101.59)

25、40%=47.75m3进入煤气中的h2量=17.79+101.59-11.08-47.75=60.55m3（2）co2： feo + h2 = fe + h2o 72 22.4 47.75m3焦中进入煤气中的co2量：（3）co:直接还原：风口燃烧生成：焦中：间接还原量：进入煤气co量：（4）n2鼓风带入：焦炭和煤粉的挥发分：进入煤气的n2：（5）ch4风口燃烧：焦中：则进入煤气的ch4：表2-8 炉顶煤气成分表品种co2con2h2ch4v/m3339.54350.97926.5260.555.811683.39%20.1720.8555.043.600.34100煤气重度：g煤气 =168

26、3.391.35=2272.58kg（6）h2o氢气还原生成的水 焦炭带入的水分 360 0.04=14kg水的总体积 14.00+38.37=52.37kg2.2.3 物料平衡表表2-9 物料平衡表收入项支出项名称数量 kg百分比 %名称数量 kg百分比 %烧结矿1602.7143.86铁水100027.44石灰石10.810.30炉尘200.54焦炭3609.80水分52.371.44煤粉1504.11煤气（干）2272.5862.36鼓风1530.3141.88炉渣299.418.22总计3653.83100总计3644.36100误差校核 因为0.25%0.2mp)由公式可得：炉基对角

27、线长度为95m图4.1 高炉基础4.1.4炉基的材质结构1）基墩耐热混凝土2）基座钢筋混凝土4.2炉底和炉衬设计炉缸、炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件非常恶劣。炉缸、炉底是高炉重要部分，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。（1）炉底炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。为了防止炭砖在烘炉和开炉时被氧化，在炭砖表面应砌一层粘土砖保护层。为吸收砌体膨胀，砌体与周围冷却壁之间应留100150缝隙，缝隙内填满碳素捣打料。炉壳的圆锥体部分的缝隙应取较大值，以便碳捣操作，保证质量，同时防止砖衬膨胀产生对炉壳的推力，避免炉壳开裂而泄漏煤气。本设计采用满铺炭砖炉底结

28、构，它是提高炉衬寿命的一项新技术，且能提高铁水温度。炉底砖衬厚度为2800（砖层为7层）。炭砖砌筑在水冷管的炭捣层上。砌筑时，先以出铁口中心线为基准线，向下逐层划出每层碳砖的十字形中心线，并标注标高。每列先从该列的中心块开始逐块砌筑。同一列相邻两块碳砖之间以斜接或垂直薄缝相接。每层炭砖砌筑从中心开始，逐步砌筑其余各列，直至砌到边缘为止。砌砖有厚缝和薄缝两种连接方式，薄缝连接时，各列砖砌缝不大于1.5 (本设计取1.5)，各列间的垂直缝和两层间的水平缝不大于2.5（本设计取2）。厚缝连接时，砖缝为3545 (本设计取40)，缝中以炭素料捣固。炉底水冷管的安装：安装在基墩耐热混凝土之上炉底炭捣层之

29、中。目前，一般砌法是炭砖两端的短缝用薄缝相接；两侧的长缝用厚缝相接。也有两端短缝用厚缝而两侧长缝用薄缝相接的，这种砌法可减少厚缝的炭捣工作量。（2）炉缸炉缸工作条件与炉底相似，而且装有铁口、风口。每天有大量的铁水流过铁口，开堵铁口有剧烈的温度波动和机械振动。风口前边是燃烧带，为高炉内温度最高的区域。炉缸炭砖砌筑以薄缝相连，上下层炭砖的砖缝均砌为此炉缸用炭砖砌筑，风口、渣口及铁口处采用异形炭砖砌筑，炭砖砌筑为薄缝（1.5），上下层碳砖砖缝均砌在中间。筑在中间。风口、渣口和铁口采用异型炭砖砌筑。砌体与冷却壁之间留有100150缝隙，本设计为150，其中填以炭质填料。第一层环砌炭砖最好能盖上三块半炉

30、底满铺的炭砖，因此其长度一般大于（400+40）3.51540。（本设计取1760）（3）炉腹炉腹位于风口之上，此部位受强烈的热应力作用，不仅炉衬内表面温度高，而且由温度波动引起的热冲击、破坏力很大；同时还承受由上部落入炉缸的渣铁水和高速向上运动的高温煤气的冲刷、化学侵蚀及氧化作用，再加上炉料的压力和摩擦力及崩料时的巨大冲击力。开炉后炉腹部位的砌砖很快被侵蚀掉，靠渣皮工作，一般 砌一层厚345高铝砖，倾斜部分按每三层砖错台一次砌筑。砌砖砖缝应不大于1（本设计取1），上下层砖缝和环缝均应错开。（4）炉腰炉腰紧靠炉腹，侵蚀作用也相似。本设计采用过渡式炉腰结构，该部位砌筑一层345厚的高铝砖，砌砖紧

31、靠冷却壁，砌砖砖缝应不大于1（本设计取1），上下层砖缝和环缝均应错开。（5）炉身炉身砌砖厚度通常为690805，目前趋于向薄的方向发展，本设计的炉衬厚度采用575，即230高铝砖+345高铝砖=575。炉身倾斜部位按3层砖错台一次砌筑。砌砖紧靠冷却壁，缝隙用炭质填料填充。（6）炉喉本设计采用长条式炉喉钢砖，其优点是生产中不易变形、脱落，且结构稳定，拆装方便。炉喉有几十块保护板，在炉喉的刚壳上装有吊挂座，座下装有横的挡板，板之间留20的间隙，保证保护板受热膨胀时不相互碰挤。第5章 冷却设备选择、风口及铁口设计第5章 冷却设备选择、风口及铁口设计5.1高炉冷却设备的作用及冷却介质高炉炉衬侵蚀机理是

32、复杂的和多因素的,高温软融是主要因素之一.而且诸多破损因素都与温度有关,所以炉衬的温度状态是炉衬破损的主要原因.因此对炉衬冷却是非常重要的.冷却设备的作用是: 保护炉壳. 对耐火材料的冷却和支承. 维持合理的操作炉型. 促成炉衬内表面形成渣皮代替炉衬工作,延长炉衬寿命.冷却介质有水、空气、汽水混合物三种.本设计中采用软水作为冷却介质.5.2炉底冷却型式选择大型高炉炉缸直径较大，周围径向冷却壁的冷却，已不足以将炉底中心部位的热量散发出去，如不进行冷却则向下侵蚀严重。目前，多数高炉炉底都采用水冷的方法，即水冷炉底。水冷管中心线以下埋置在炉基耐火混凝土基墩上表面中，中心线以上为碳素捣固层，水冷管为4

33、010，炉底中心部位水冷管间距200300（本设计取200），边缘水冷管间距为300500（本设计取300），水冷管两端伸出炉壳外50100。炉壳开孔后加垫板固定，开空处应避开炉壳折点150以上。水冷炉底结构应保证切断给水后，可排出管内积水，工作时排水口要高出水冷管水平面，保证管内充满水。5.3高炉各部位冷却设备选择（1）炉缸和炉底部位冷却设备选择炉缸和炉底选用光面冷却壁，砌与冷却壁之间留100150（本设计取150）的缝隙，其中填以炭质填料。光面冷却壁与炉壳之间留20的缝隙，并用稀泥浆灌满。光面冷却壁尺寸大小要考虑到制造与安装的方便，冷却壁宽度一般为7001500，厚度80120（本设计取1

34、20），高度视炉壳折点而定，一般小于3000（本设计取1300）。安装时，同段冷却壁间直缝为20，上下段间水平缝为30，上下两段冷却壁间垂直缝应相互错开，缝间用铁质锈接料锈接严密。（2）炉腹、炉腰和炉身这些部位采用镶砖冷却壁冷却，冷却壁紧靠炉衬。从外形看，镶砖冷却壁一般有三种结构形式：普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。镶砖冷却壁厚度为250350（本设计取350），高度小于3000。炉腹和炉腰采用普通型镶砖冷却壁，炉腹部位冷却壁高度取1600，炉腰部位冷却壁高度取2000;炉身采用上部带凸台型镶砖冷却壁，高度2000，凸台突出长度200，肋高200。凸台冷却壁的凸台部分起到支撑上部砌砖的作用

35、，可以取消最长层的支梁水箱，简化了冷却系统结构，减少了炉壳开孔。（3）炉顶：采用喷水冷却 。5.4高炉供水量、水压的选择5.4.1 供水量高炉冷却水消耗量决定于炉体热负荷，炉体热负荷是指在单位时间内炉体热量的损失量。炉体总的热负荷与炉体总的冷却水用量之间的关系，按照热平衡原理，可以用下面公式表示：式中 热负荷，kj/h； 冷却水消耗量，t/h； 冷却水的比热容，kj/(kg)； t0 t分别为冷却水的进、出水温度（平均值），。由此可见，高炉冷却水消耗量与热负荷q有关，高炉冶炼过程中在某一段特定时间内可以认为q是常数，冷却水消耗量则与进出水温差成正比，提高冷却水温差可以降低冷却水消耗量。提高冷却

36、水温差的办法有二：一是降低流速，二是增加冷却器串联个数。对于大型高炉，炉体冷却水带出热量的公式 q=0.12n+0.0045vu =0.1230+0.00452817 =19039500kj/h所以，供水量m=q/c(t-t0)1000)=3500t/h5.4.2 水压有足够高的供水压力是保证高炉冷却器正常工作的基本条件。同时，为避免当冷却器烧毁时高炉内煤气不至于进入冷却系统，造成烧坏大量冷却设备，也要求供水系统压力必须大于炉内煤气压力。对炉体供水压力的要求是：供水主管在风口平台处的水压应大于0.30.5mpa ；在风口区域冷却水压力应比热风压力高0.1mpa ，其余部位冷却水压应比该处的炉内煤气静压大0.05mpa。5.5风口数目及直径5.5.1 确定风口数目 由高炉炉型设计计算，取风口数目为28 个。5.5.