冶金设备课程设计

1、炼铁高炉炉衬设计宾,舛磨，大孝设计（论文）专用纸目录1 .高炉本体设计 11.1.1 炉缸结构尺寸 61.1.2 炉腰结构尺寸 91.1.3 炉腹结构尺寸 91.1.4 炉喉结构尺寸 101.1.5 炉身结构尺寸 111.1.6 其余结构尺寸 121.1.7 炉容校核 121.3高炉内型设计总结 131.3.1 设计参数汇总 131.3.2 本炉型设计特点 152 .高炉耐火炉衬及冷却装置 162.1 高炉耐火炉衬设计 162.1.1 炉衬破损机理 162.1.2 高炉用耐火材料 162.1.3 高炉炉衬的设计与砌筑 182.1.6 炉身冷却模块技术 222.1.7 水冷炉底 233 .参考文

2、献 24设计总结和感言 251 .高炉本体设计高炉是横断面为圆形的圆筒状炼铁竖炉。外部用钢结构做支撑，表面为钢板作 的炉壳，壳内砌耐火砖内衬。现代高炉被称为“五段式”高炉，具高炉本体自上而 下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。（“五段式”内型如图一所示J高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔 剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经 预热的空气。在高温下焦炭（现代高炉也辅助性地喷 吹煤粉、重油、天然气等燃料代替焦炭）中的碳同鼓 入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上 升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出 的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石 等熔剂结

3、合生成炉渣，与铁分离为两相，后从渣口排 出（有的从铁口与铁液一同排出）。产生的煤气从炉 顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅 炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，另外还有副产高炉 渣和高炉煤气。高炉炼铁具有技术经济指标良好，工 艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优 点。目前这种方法生产的铁已占世界铁总产量的绝大 部分。1.1 高炉内型设计图一 “五段式”高炉内型示意图高炉内型是指高炉内部工作空间中心纵剖面的轮廓。合理的炉型应该满足高 产、低耗、长寿的要求，能够很好的适应炉料的顺利下降和煤气的上升运动，以保 证冶炼过程的顺利。在长期生产实践过程中，高炉内型随着原料条件的改善、

4、操作技术水平的提 高、科学技术的进步而不断地发展变化。高炉内型的演变过程大体可以分为三个阶 段：无型阶段、大腰阶段、近代高炉阶段。现代的高炉本体主要由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五部分组成，称为“五段式”高炉本次设计以“五段式”高炉为基，设计高炉内型。（各部分尺寸符号见图二。）图二高炉内各部分尺寸及表示方法高炉各部分尺寸有一定相关性，各个尺寸件的相对关系条件决定了高炉的整个炉型。高炉各部分主要参数的相关性条件如表 3所示。表3高炉内型计算的主要参数项目厚壁高炉经验公式薄壁高炉经验公式D/d1.101.20(Vu3001000m3)1.141.20(Vu20005000n3)一般为0.650.7

5、2,大高炉取值di/d0.730.77(Vu20005000m3)高Hu/D一般为 2.04.01.92.4(Vu20005000m)炉缸高度 hihi=(0.120.15)Hu,或hi=(0.1240.17O Huhi=hf+a；(Vu20005000m3)hf风口中心线高度；a-0.50.7炉腹角a般为78827578炉腰高度h3调整高炉容积用，一般1.03.0调整高炉容积用，一般1.03.0炉身角B般为8083般为7983风口高度hfhi-hf=0.50.6hi-hf=0.50.6卜面就高炉各个部分的尺寸设计计算进行说明。2 .高炉耐火炉衬及冷却装置2.1 高炉耐火炉衬设计按照设计炉型，

6、以耐火材料砌筑的实体为高炉炉衬。它的作用：在于构成高炉 的工作空间；减少高炉的热损失；保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀 的作用。2.1.1炉衬破损机理(1)炉底：炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑；铁水渗入的条件：炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的1012%;砌砖存在砖缝和裂缝。第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水中的碳将砖中二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收。影响炉底寿命的因素：是承受的高压；是高温；是铁水和渣水在出铁时的流动 对炉底的冲刷；砖衬在加热过程中产生温度应力引起砖层开裂； 在高温下渣铁对砖衬的化学侵蚀，特别是渣液的侵蚀更为严重。(2)炉

7、缸：渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉 衬的冲刷是主要的破坏因素；化学侵蚀；风口带为最高温度区。(3)炉腹：高温热应力作用很大；由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料 时冲击力的影响；承受初渣的化学侵蚀。(4)炉腰:初谓的化学侵蚀；上、下折角处高温煤气流的冲刷磨损。高温热应力的影响；碱金属和Zn的化学侵蚀。夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷。(5)炉喉：受到炉料落下时的撞击作用。用金属保护板加以保护，又称炉喉钢第3页砖。(6)决定炉衬寿命的因素：炉衬质量，是关键因素。砌筑质量。操作因素。炉 型结构尺寸是否合理。2.1.2高炉用耐火材料(1)对耐火材料的要求：根据高炉炉衬的

8、工作条件和破损机理分析可知，高炉 炉衬的质量和性质是影响高炉寿命的重要因素之一，对高炉用耐火材料提出如下要 求：1)对长期处于高温条件下工作的部位，要求耐火度高，高温下的结构强度 大，高温下的体积稳定性好。2)组织致密，体积密度大，气孔率小，特别是显气孔率要小，提高抗法性和 减少炭黑沉积的可能。3) FeQ含量低，防止与CO在炉衬内作用降低砖的耐火性能和在砖表面上形成 黑点、熔洞、熔疤、鼓胀等外观和尺寸方面的缺陷。4)机械强度高，具有良好的耐磨性和抗冲击能力。(2)高炉常用耐火材料：陶瓷质材料：粘土砖、高铝砖、刚玉砖和不定型耐火 材料等；碳质材料：碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等

9、。 粘土砖：基本特性：良好的物理机械性能；抗法性好；成本较低。高铝砖：AL2Q含量大于48%勺耐火制品。基本特性：比粘土砖有更高的耐火 度和荷重软化点；由于AL>O为中性，故抗法性较好；加工困难，成本较高。粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，对于制品的尺寸允许偏差及外形分级 规定见表11所小。表11耐火材料尺寸允许偏差和外形规定允许偏差单位 一级 二级碳质耐火材料：土要特性：耐火度高，不熔化也不软化，和.03500C升华；抗潸件能好；高导热件?底啮修胀系数小,体积稳定，卜嘤 致命弱品是易氧花：对氧化性气氛抵抗能力差宽度证%±2±2mm±1±2不不竹

10、耐火材料:施机 新用于炉底炭砖与mm>管之间1风口、隼口、渣口 扭曲危围及铁沟喷涂料悚，淞陛于把耐火砖粘结成为致密的整佻炉衬。irnme浆 任化学成分与耐火屈温M一1用来填充炉则冷却壁、3冷却壁与锄砖之间的缺棱深度，不大于mm35熔洞直径，不大于mm35渣蚀3页 mm不准有不准有-:-: 隹裂纹宽度不成5mm长度不甚不限制不限制裂纹宽060.50 mm度不大于mm1515间隙，起密封和补偿收缩作用。优点：工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、不易剥落，可以减小炉衬厚度。2.1.3高炉炉衬的设计与砌筑(1)炉衬设计要考虑的因素：高炉各部位的工作条件及其破损机理；冷却设备 形式及对砖衬所起

11、的作用；要预测侵蚀后的炉型是否合理。砖型与砖数砖型：直形砖和楔形砖两种。砖的厚度一致；长度有 230mm和 345mm两种，使错缝方便。我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸见表12。表12我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸砖型尺寸,mmabbic直形砖G-1230150一75G-7230115一75G-2345150一75G-8345115一75楔形砖G-323015013575G-434515012575G-523015012075G-634515011075砖数计算：炉底：炉底砖数：砌砖总容积除以每块砖的容积。每层砖数：用 炉底砌砖水平截面积除以每块砖的相应表面积来计算。砖的重量：用每块砖的

12、重量乘以砖数。考虑25%的损耗。炉其它部位：都是环形圆柱体或圆锥体，需要楔形砖和直形砖配合使用。一般以 G 1直形砖与G 3或G 5楔形砖配合；G-2 直形砖与G 4或G 6楔形砖相配合。(2)炉底:结构形式：A粘土砖或高铝砖炉底一一小高炉炉底厚度大于炉缸直 径的0.6倍。综合炉底：综合炉底是在风冷管碳捣层上满铺几层 400mm碳砖，上面 环形碳砖砌至风口中心线，中心部位砌数层 400mm高铝砖，环砌碳砖与中心部位高 铝砖相互错台咬合。综合炉底的厚度为炉缸直径的 0.3倍。结构见图2.图2综合炉底结构图B全碳砖炉底：大型高炉普遍采用。全碳砖水冷炉底厚度可以进一步减薄。炉 底砌筑：粘土砖和高铝砖

13、炉底的砌筑；均采用立砌，层高345mm；砌筑由中心开始，成十字形；上下两层的十字中心线成 22.5c45o；上下两层中心点应错开半块 砖；最上层砖缝与铁口中心线成 22.56 45qC满铺碳砖炉底砌筑有厚缝和薄缝两种连接形式：一般是碳砖两端的短缝用薄 缝，而两侧的长缝用厚缝。满铺碳砖炉底的结构见图 3:11b21a52122276G2217522421图3满铺碳砖炉底结构图D碳砖砌筑的原则：相邻两行碳砖必须错缝，一般在 200mm以上；上下两层碳砖砖缝成90q最上层碳砖砖缝与铁口中心线成 90QE综合炉底砌筑炉底中心部位的高铝砖砌筑高度必须与周围环形碳砖高度一 致,为400mm；高铝砖与环砌碳

14、砖间的连接为厚缝，环砌碳砖为薄缝连接；炉 底满铺碳砖侧缝为厚缝连接，端缝为薄缝连接。 环砌碳砖为楔形碳砖。(3)炉缸：结构形式：A粘土砖或高铝砖炉底一一小高炉B碳砖炉缸一一大中型高炉炉缸砌筑：A粘土砖或高铝砖炉缸的砌筑：炉缸各层皆平砌；同层相邻砖环 的放射缝应错开；上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开。砌筑：每层厚400mm；每层块数为整数；同层相邻砖环的放射缝应错开；上 下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开；在碳砖炉缸的内表面设有保护层。过去砌一层高铝砖，近来用涂料代替高铝砖，涂料层厚 58mm。炉缸厚度：A一般规定铁口水平面处的厚度为小高炉：575mm (230+ 345);中型高炉：920mm (

15、230+ 345X2;大型高炉：1150mm (230X 2+345X2或更厚些。(4)炉腹、炉腰和炉身下部：A炉腹：一般砌一层高铝砖或粘土砖，厚度为345mm。B炉腰炉腰有三种结构形式：厚壁炉腰、薄壁炉腰和过渡式炉腰。厚壁炉腰结构：优点是热损失少，但侵蚀后操作炉型与设计炉型变化大。薄壁炉腰 结构：热损失大些，但操作炉型与设计炉型近似。过渡式炉腰结构：处于两者之 问。C炉身下部炉身下部砌砖厚度为 690805mm,目前趋于向薄的方向发展，有的 炉衬厚度采用575mm或345mm。倾斜部分按三层砖错台一次砌筑。(5)炉身上部和炉喉：炉身上部一般采用高铝砖或粘土砖砌筑。砌砖与炉壳间隙为100150

16、mm,填以水渣一一石棉隔热材料。为防止填料下沉，每隔1520层砖，砌二层带砖即砖紧靠炉壳砌筑，带砖与炉壳间隙为1015mm。 炉喉：炉喉钢砖或条状保护板：为铸铁或铸钢件。炉喉圆周有几十块保护板，板之间留2040mm膨胀缝。炉喉高度方向只有一块。3.参考文献1项中庸高炉设计一一炼铁工艺设计理论与实践冶金工业出版 社 2007年2郝素菊，蒋武峰，方觉高炉炼铁设计原理冶金工业出版社2003年3王平炼铁设备冶金工业出版社2006年设计总结和感言在整个课程设计的四天中，我们小组分工合作、齐心协力，如今已经一同完成 了课程设计的所有工作。故特在此总结感悟。在课程设计的第一天我们便对这次任务进行了规划和分工

17、。在以后的几天中， 我们组的成员一起分工合作，一同努力，一同奋斗。我们完成了设计前的准备工 作：阅读课程设计相关文档、搜集和查阅了大量资料、进一步进行小组讨论分工完 成对资料的分析。在协作下，完成了每个人对炼铁高炉的设计。一起寻找软件，相 互帮助后，完成了绘制了电子图纸，并最后撰写课程设计说明书。在整个设计中，我主要负责图纸的绘制。在这个过程中，我们都经历了艰苦的 过程一一在绘图时遇到了较大麻烦。此时我认识到自己好多不足之处，如对专业学 习不够认真，对一个工科生应学到的知识认识和学习不够。我希望通过本次设计后 我能够在认识不足的基础上认真学习和改进。经历高炉本体设计的整个过程我觉得自己的学习能力有一定的进步。我对高炉 结构、高炉工作原理、工作过程和高炉各种材质的要求有了进一步了解，对冶金设 备设计也有了一定认识。其中特别是对 CAD软件的学习及对资料的寻找与整理，收 获最丰。这次的课程设计，我们小组一起经历了奋斗的酸甜苦辣，一起体验了合作的点 滴感动，也一起分享了成功的喜悦。因为对我们每个人来说，这一次的课程设计都 是一个挑战。我们每个人都不完美，对课题的了解也都不完全，尤其是对计算机辅 助制图的软件，我们大家都不太精通。这时候小组的力量就体现出来了，各司其 职，各尽其能，终于集体的力量发挥了效用，使我们终于到达了成功