包头原料条件下1800立方米高炉本体及渣铁处理系统设计毕业设计说明书

内蒙古科技大学毕业设计说明书，取生成CH4的碳是a′=0.01，则焦比为K=（99.4＋301.13＋41.6－102.69）/{0.8388×（1－0.01）}=408.76Kg本设计焦比为410Kg，两者相差1.24Kg

高炉内型设计本高炉炉型设计采取经验公式于理论计算结合的方法，并参考国内外高炉的内型尺寸，如鞍钢（2025m3）、美国共和南厂（2054m3）、包钢（1800m3）、本钢5#高炉（2000m3）、前苏联（1719m3）等高炉。本高炉炉型设计公式有[22]:炉缸直径d＝0.4087×Vu0.4205死铁层厚度h0≥0.0937Vu/d23.1炉缸设计3.1.1炉缸尺寸由经验公式d＝0.4087×Vu0.4205d＝0.4087×18000.4205＝9.555m取d＝9.6m则炉缸截面积A＝π×（9.6/2）2＝72.35m2则有效容积与截面积之比为：Vu/A＝1800/72.35＝24.88合适3.1.2渣口高度选定ηv＝2.3t/(m3d)则高炉的日产铁量P＝Vu×ηv＝1800×2.3＝4140th渣＝1.27bP/（Ncr铁d2）＝1.27×1.2×4140/（10×0.6×7.1×9.62）＝1.61m其中，b为生铁产量波动系数，取b＝1.2c为渣口以下炉缸容积利用系数，取c＝0.6N为昼夜出铁次数，取N＝10r铁为铁水密度，取r铁＝7.1t/m33.1.3风口高度h风＝h渣/kk为h渣与h风之比，因取消渣口，取k＝0.50则有h风＝1.61/0.50＝3.22m取h风＝3.2m3.1.4风口结构尺寸取风口安装尺寸a＝0.5m则炉缸高度h1＝h风＋a＝3.7m3.1.5风口数目的确定在保证风口前回旋区空间有效形成和不削弱炉壳强度与方便风口安装及更换的前提下，应尽量地增加风口个数，具体数目可按高炉大小不同而定，风口数目一般取偶数。风口的数目有以下公式确定：大型高炉f＝2×（d＋2）＝2×（9.6＋2）＝23.2取f＝24则实际风口间距为：s＝πd/n＝3.14×9.6/24＝1.256m本设计的高炉有效容积为1800m3，为有利于高炉冶炼的强度，本高炉设有两个铁口，即Z＝2，沿圆周方向互成180°角布置。高炉不设渣口3.2死铁层厚度死铁层是不可缺少的，其内残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底的侵蚀，其铁水的热容也有利于炉底温度的均匀稳定，消除热应力的影响。由于高炉冶炼的强度不断强化，故死铁层高度关系到炉底寿命的长短，趋于加深。有经验公式h0≥0.0937Vu/d2≥0.0937×1800/9.62≥1.83m取h0＝2.0m3.3炉腰直径D，炉腹角α，炉腹高度h2取D/d＝1.08则D＝1.08d＝1.08×9.6＝10.37m取D＝10.4m又取α＝82°30′则h2＝0.5（D－d）tgα＝0.5×（10.4－9.6）tg82°30′＝3.04m取h2＝3.0m校核α：tgα＝2h2/(D-d)＝2×3.0/（10.4－9.6）＝7.5则α＝arctg7.5＝82°30′18″3.4炉喉直径d1，炉喉高度h5，炉身角β，炉身高度h4，炉腰高度h3选取d1/D＝0.65则d1＝0.65×10.4＝6.76取d1＝6.8m选取β＝84°则h4＝0.5（D－d1）tgβ＝0.5（10.4－6.8）tg84°＝17.13m取h4＝17.1m校核β：tgβ＝2×h4/（D－d1）＝2×17.1/（10.4－6.8）＝9.5则β＝arctg9.5＝83°59′24″选取炉喉高度h5＝2.4m炉腰高度选取Hu/D＝2.7则Hu＝2.7×10.4＝28.08m取Hu＝28.1m则有h3＝Hu－h1－h2－h4－h5＝28.1－3.7－3.0－17.1－2.4＝1.9m3.5校核炉容V1＝π/4·d2·h1＝3.14/4×10.42×3.7＝314.15m3V2＝π/12·h2·（D2＋Dd＋d2）＝3.14/12×3.0×（10.42＋10.4×9.6＋9.62）＝235.63m3V3＝π/4·D2·h3＝3.14×10.42×1.9＝161.32m3V4＝π/12·h4·（D2+Dd1+d12）＝3.14/12×17.1×（10.42＋10.4+6.8+6.82）＝1007.30m3V5＝π/4·d12·h5＝3.14/4×6.82×2.4＝87.12m3Vu＝V1+V2+V3+V4+V5＝314.15+235.63+161.32+1007.30+87.12＝1805.52m3误差ΔV＝|Vu－Vu′|/Vu′×100%＝|1805.52-1800|/Vu′×100%＝0.3%﹤1%符合要求3.6炉顶高度h6，全高H取h6＝2.5m则H＝Hu+h6＝28.1+2.5＝30.6m高炉内型尺寸列表如下表3.1，表3.1高炉内型尺寸项目符号/单位数值有效容积Vu/m31800炉缸截面积A/m272.35有效容积与炉缸截面积之比Vu/A/m24.88高径比Hu/D2.70炉腰直径与炉缸直径之比D/d10.8炉喉直径与炉缸直径之比d1/d0.708炉喉直径与炉腰直径之比d1/D0.65炉缸直径d/mm9600炉腰直径D/mm10400炉喉直径d1/mm6800全高H/mm30600有效高度Hu/mm28100死铁层厚度h0/mm2000炉缸高度h1/mm3700炉腹高度h2/mm3000炉腰高度h3/mm1900炉身高度h4/mm17100炉喉高度h5/mm2400炉顶高度h6/mm2500风口高度hf/mm3200风口安装尺寸a500炉腹倾角α82°24′18″炉身倾角β83°59′24″风口个数f/个24铁口个数Z/个2高炉内型图比例1:100

炉衬设计高炉炉衬设计的内容是选择各部位炉衬砌体的材质，确定砌体厚度，说明砌筑方法（包括砌缝大小，砌筑方向，膨胀缝及填料等），以及材质计算。炉衬结构设计和材质选择时应考虑到炉容大小，冶炼条件，还应考虑各部位工作条件，侵蚀机理，各部位冷却设备型式及冷却制度等等。炉衬设计的合理可以延长高炉寿命，并获得良好的技术指标。4.1高炉各部位耐材的选择4.1.1炉缸及炉底部位此部位工作条件十分恶劣，是高炉的重要部位，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。该部位内衬破损的主要原因是：渣铁水的侵蚀流动冲刷、碱金属的侵蚀、热应力的破坏，以及CO2、O2、H2O的氧化等。又考虑到高炉冶炼白云鄂博特殊矿，抵抗含氟炉渣侵蚀的耐火材料不得不首选炭砖材料。因此，本部位采用全部炭砖炉底，炉缸部位采用目前较为先进的“陶瓷杯”技术。陶瓷杯炉衬结构的主要特征是：由法国Savoie公司开发的一种新型复合式炉衬，由于其形状类似一个杯子，故称为“陶瓷杯”。陶瓷杯炉底砌砖的下部为垂直或水平砌筑的炭砖，炭砖上部为1~2层刚玉莫来石砖。炉缸壁内是通过一厚度灰缝（60mm）分割的两个独立的圆环组成，外环为炭砖，内环为刚玉质预制块。炉底下端为冷却水系统[23]。4.1.2炉腹部位该部位内衬破损的主要原因是：炉腹距风口最近故此部位承受着强烈的热应力作用，由于炉腹倾斜，故受着料柱压力和蹦料、作料时冲击力的影响。同时还有渣铁水的冲刷、高温煤气流的冲刷等。开炉后炉腹部分砌砖很快被侵蚀掉，靠渣皮工作。因此在选择耐火材料时应考虑耐冲刷和容易挂渣皮的耐火砖。本设计采用美国NMA炭砖，因为这种砖的耐火度高、荷重软化温度高、体积密度大且致密。4.1.3炉身中下部及炉腰部位该部位内衬破损的主要原因是：碱金属、锌蒸气和沉积碳的侵蚀，初成渣的侵蚀，热震引起的剥落以及高温煤气流的冲刷等。选择耐火材料时既要考虑抗渣性，防震性，又要防高温煤气流的冲刷。本部位选择采用碳化硅砖，这种砖抗碱侵蚀能力强、稳定性好，气孔率低、导热性能好。4.1.4炉身上部及炉喉部位炉身上部温度较低，内衬破损的主要原因是：炉料在下降过程中对炉衬的冲击和磨损、煤气流在上升过程中的冲刷及碱金属、锌蒸气和沉积碳的侵蚀等。因此选择抗磨损、抗冲刷以及抗碱金属蒸气侵蚀的耐火材料，而且由于该部位是碳沉积适合的400~700℃的温度范围，所以采用高铝砖。炉喉部分采用长条形钢砖。4.2炉衬砌筑高炉炉体使用的耐火砖分为直形砖和楔形砖。耐火砖尺寸及形状见下表4.1和图4.1图4.1耐火砖形状表4.1耐火砖尺寸（mm）砖号尺寸abb1cG-123015075G-234515075G-323015013575G-4345150125754.2.1炉缸及炉底部位的砌筑为使炉底温度与铁水凝固温度1150℃在一定条件下达到平衡，以降低炉底的侵蚀速度。因此在炉底炭素料垫层中的水冷管通水，强化冷却。炉底七层铺满炭砖，厚度2590mm，其中三层炭砖为400mm×400mm断面的焙烧炭块，高度1204mm。四层炭砖为345mm×345mm断面的自焙炭砖，高度1386mm。为防止烘炉中烧坏，炉底碳层上用铝碳砖保护。在接近炉底冷却层铺一层碳化硅砖。陶瓷杯杯底周边环状砌体三层自焙炭砖，高度695mm，其中两层为四环，一层为三环，同层环与环间50mm粗缝糊捣实相接。环状自焙炭砖内圆相应高度695mm砌体，一层为铝碳砖，两层黄刚玉砖，其每层高度与自焙炭砖高度相同，每层高度230mm，等高配层。陶瓷杯环状砌体为11层自焙炭砖，高度3704mm，其中四层为三环，三层为两环，九层为单环，同层环与环间仍为粗缝捣实相接，自焙炭砖每层高度230mm（未计灰缝）紧靠内环自焙炭砖则用刚玉莫来石砖，厚度230~575mm，砌成独立封闭的圆形环状砌体，45层砖高度3465mm[24]。铺满炭砖炉底以上的环形自焙炭砖、刚玉莫来石砖、铝碳砖、黄刚玉砖砌体构成了炉底、炉缸陶瓷炉衬。这种复合结构的炉衬是一个环状整体、紧密座落在铺满炭砖炉底上。铁口和风口分别采用刚玉莫来石砖和刚玉砖砌筑。高炉炉底、炉缸自焙炭砖-陶瓷杯炉衬结构见下图4.2所示。炉底砌砖方式如图4.3图4.3十字形砌砖炉缸砌砖如图4.4图4.4炉缸砌砖1－砖环；2－炭素填料；3－冷却壁高炉炉体内衬砌筑，其环缝要求全部环缝砌筑，要求不砍砖，如不得已一定要砍砖，必须将被砍面磨平砌体的厚度和砌缝是通过砖长230mm和345mm的不同砖型组合而成的。通过配合砌体厚度能增减115mm，并达到错缝，在厚度变化不足115mm时，可利用砌体与炉壳或砌体与冷却壁之间的填料缝来调整。4.2.2炉腹部位砌筑炉腹部位主要靠渣皮工作。一般砌砖厚度为345mm选用一圈G-2和G-4配合的耐火砖。炉腹部位的中线内径为(D+d)/2=（10400+9600）/2=10000mm则一圈的总砖数为=3.14×（10000+345×2）/150=224块又nG-4=2πa/（b－b1）=2×3014×345/（150-125）=87块nG-2=224-87=137块由于炉腹高h2=3.0m=3000mm所选砖厚为75mm，砌筑砖缝为1mm所以此部位耐火砖层数为3000/（75+1）=39层砖缝1mm4.2.3炉腰部位砌筑炉腰部位采用厚墙结构炉腰，即砌墙厚度与炉身下部一样，为805mm。采用两圈G-1和G-3配合与一圈G-2和G-4配合进行砌筑炉腰部位的外径为D=10400mm当内圈为G-1和G-3配合时此圈的总砖数为：=3.14×（10400+230×2）/150=228块又有nG-3=2πa/（b－b1）=2×3.14×230/（150-135）=97块nG-1=228-97=131块对于次外圈，总砖数为：n次外=3.14×（10400+230×4）/150=237块则nG-1（次外）=n次外-nG-3=237-97=140块对于最外圈，总砖数为n最外=3.14×（10400+230×4+345×2）/150=252块nG-2（最外）=n最外-nG-4=252-87=165块当内圈为G-2和G-4配合时此圈总砖数为：=3.14×（10400+345×2）/150=233块又有nG-4=87块nG-2=233-87=146块对于次外圈，总砖数为n次外=3.14×（10400+230×2+345×2）/150=242块nG-1（次外）=242-97=145块对于最外圈，总砖数为n最外=252块nG-1（最外）=252-97=155块所以此部位耐火砖的层数为：1900/（75+1）=25层砖缝1mm4.2.4炉身部位砌筑炉身部位砌砖厚度一般保持在690~920mm之间，这样就易于在炉壳300~400mm处形成300~400℃的等温线，使内衬破坏作用限制在这一温度界限之内。因此，本设计选取炉身砌砖厚度为805mm，即选用两圈G-1和G-3与一圈G-2和G-4配合。炉身的分段：炉身分为上、中、下三段，由下到上的高度分别为：下部：17100×0.45=7695mm中部：17100×0.3=5130mm上部：17100×0.25=4275mm各部位炉衬内径的大小由各部位的中线内径为准（1）对于炉身下部中线内径为：（4275+5130+0.5×7695）/17100×（10400-6800）+6800=9590mm当内圈为G-1和G-3配合时此圈总砖数为：=3.14×（9590+230×2）/150=211块又有nG-3=97块，nG-1=211-97=114块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（9590+230×4）/150=220块nG-1（次外）=220-97=123块对于最外圈，总砖数n最外=3.14×（9590+230×4+345×2）/150=235块nG-2（最外）=235-87=148块当内圈为G-2和G-4配合时此圈总砖数为：=3.14×（9590+345×2）/150=216块又有nG-4=87块，nG-1=216-87=129块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（9590+230×2+345×2）/150=225块nG-1（次外）=225-97=128块对于最外圈，总砖数n最外=235块nG-2（最外）=235-97=138块所以此部位耐火砖的层数为：7695/（75+1）=101层砖缝1mm（2）对于炉身中部中线内径为：（4575+5130×0.5）/17100×（10400-6800）+6800=8240mm当内圈为G-2和G-4配合时此圈总砖数为：=3.14×（8240+345×2）/150=187块又有nG-4=87块，nG-1=187-87=100块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（8240+230×2+345×2）/150=197块nG-1（次外）=197-97=100块对于最外圈，总砖数n最外=3.14×（8240+230×4+345×2）/150=207块nG-2（最外）=207-97=110块当内圈为G-1和G-3配合时此圈总砖数为：=3.14×（8240+230×2）/150=183块又有nG-3=97块，nG-1=183-97=96块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（8240+230×4）/150=192块nG-1（次外）=192-97=95块对于最外圈，总砖数n最外=207块nG-2（最外）=207-87=120块所以此部位耐火砖层数为：5130/（75+1）=68层砖缝1mm（3）对于炉身上部中线内径为：（4275×0.5）/17100×（10400-6800）+6800=7250mm当内圈为G-1和G-3配合时此圈总砖数为：=3.14×（7250+230×2）/150=162块又有nG-3=97块，nG-1=162-97=65块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（7250+230×4）/150=172块nG-1（次外）=172-97=75块对于最外圈，总砖数n最外=3.14×（7250+230×4+345×2）/150=186块nG-2（最外）=186-87=99块当内圈为G-2和G-4配合时此圈总砖数为：=3.14×（7250+345×2）/150=167块又有nG-4=87块，nG-1=167-87=80块对于次外圈，总砖数n次外=3.14×（7250+230×2+345×2）/150=176块nG-1（次外）=176-97=79块对于最外圈，总砖数n最外=186块nG-2（最外）=286-97=89块所以此部位耐火砖的层数为：4250/（75+1.5）=56层砖缝1.5mm

高炉冷却设备的选择5.1高炉冷却设备我国常用的冷却设备有外部喷水冷却、风口和渣口的冷却、冷却壁、冷却板、支梁式水箱以及风冷或水冷炉底等。冷却壁分为光面冷却壁、镶砖冷却壁、凸台镶砖冷却壁等。在使用材质上又分为耐热铸铁、球墨铸铁、钢和铜冷却壁。冷却壁的优点是不损坏炉壳强度，密封性好，冷却均匀，炉衬表面光滑平整。冷却板型式有铸铜冷却板，其中有两通道的，四通道的，还有埋入式铸铁冷却板等。水箱有铸铁支梁式水箱，铸钢空腔式水箱等。5.2合理的冷却结构冷却结构的的合理与否对高炉长寿影响巨大。合理的冷却结构应该满足下列条件：冷却效果要好而均匀，冷却面死角要少；要具有承受热流强度的功能，根据测试冷却设备最大热流承受能力为200000~400000kg/（m2h），若超过400000kg/（m2h），冷却设备就烧坏；炉腰和炉身具有一定的托砖功能；容易形成渣皮等。炉体结构的合理性也表现在冷却壁的热面温度能控制在400℃，因为冷却壁温度超过400℃就发生相变从而加速冷却壁的破损。5.3本设计所采用的冷却设备根据高炉炉体所能确定的炉体各区域的热流强度控制冷却设备受热面不超过允许的热负荷冲击及其相应的工作温度范围，以保证冷却设备的分布形式采取如下方式。5.3.1炉底冷却设备次区域受热负荷冲击较小，一般采用风冷或水冷炉底，但水冷炉底比风冷炉底冷却强度大，耗电较低，使炉底厚度近一步减薄，投资也较节省。因此本设计采用水冷炉底设备。次用炉底封板，水冷管设置在封板以上，虽然炉壳开孔降低强度和密封性，但冷却效果较好，水冷管应装在炉基基墩耐热混凝土之上炉底捣碳层之中，保证切断冷水后，可排出管内积水，工作时，排出口要高于水冷管水平面，保证管内充满水。高炉水冷炉底结构见图5.1图5.1水冷炉底结构炉底（第1、2段），炉缸（第3、4段）均采用含铬的耐热铸铁质光面冷却壁冷却，厚度120mm，水管为70×6mm的无缝钢管。冷却壁设置于炉壳炉衬之间。第1、2、3段用光面冷却壁尺寸为2246mm×995mm×120mm（长×宽×厚），每段选用冷却壁数量=π×13420/995=42块。第4段风口区光面冷却壁的块数为风口数的两倍，即24×2=48块；光面冷却壁宽=π×13420/48=878mm。故此段采用光面冷却壁尺寸为2246mm×878mm×120mm。高度视炉壳折点而定，一般小于3000mm。光面冷却壁与炉壳间留20mm缝隙，用稀泥浆填满，光面冷却壁与砖衬间留100~150mm缝隙，本设计取120mm，填以炭素料。（注：13420mm为炉缸直径与环砌耐火材料厚度之和）5.3.2炉缸侧壁冷却设备近年来，由于炉缸炉底耐火材料发展迅速，陶瓷杯和碳砖的炉衬结构在高炉上大量应用，由于炉缸侧壁的冷却设备所受热冲击不是很大，一般炉缸侧壁的冷却方式以冷却壁居多，少数为洒水冷却和夹层冷却，洒水冷却因不利于环保而逐渐被淘汰，夹层冷却虽然冷却投资和强度都优于冷却壁，但当炉壳开裂时难以修补，而铸铁冷却壁虽然冷却强度不如前两种，但克服了它们的缺点，因此本设计在炉缸侧壁上采用低铬的光面冷却壁，铁口局部区域采用铜质冷却板，风口带由于风口中套和风口小套冷却水带走了大量的此区域的热负荷冲击，故此段也采用异形的光面冷却壁[25]。其结构见图5.2图5.2光面冷却壁5.3.3炉腹炉腹部位在高炉开炉后主要靠形成的渣皮工作，应选择冷却强度较低，易挂渣皮的镶砖冷却壁较为合理。本设计采用第四代镶砖冷却壁（镶SiC砖）。其结构见图5.3图5.3第四代镶砖冷却壁炉腹长=炉腹高/sinα=3000/sin82°24′18″=3026mm炉腹（第5、6段）采用镶砖冷却壁（铜冷却壁），其厚度为700mm，镶砖厚度为400mm。第5段采用36块冷却壁，其尺寸长为1513mm，下缘宽=π（d＋2×345）/36=898mm上缘宽=π（D上+2×345）/36=932mm第6段采用38块冷却壁，其尺寸长1513mm，下缘宽883mm，上缘宽π（D+345×2）/38=916mm（注：345mm为炉腹环砌耐火砖厚度）5.3.4炉腰、炉身下部冷却设备炉腰及炉身中下部由于高炉冶炼条件和工作环境所决定，热负荷波动大，热震现象严重加上高温煤气流的冲刷综合因素的影响下内衬容易侵蚀、剥落或脱落，所以此部位的冷却设备要满足热急变要求，本设计在该部位采用第三代镶砖冷却壁与铸铜冷却板相结合的方式[26]。其结构见图5.4和5.5图5.4第三代镶砖冷却壁图5.5铜冷却板炉腰（第7段）用第三代镶砖冷却壁与铸铜冷却板相结合的方式。其凸台部位可支承炉砖，延长炉衬寿命，安装时紧靠砌砖。规格为冷却壁厚320mm，砖厚150mm，镶SiC砖，铜质铸造。长=h3-100=1800mm（100mm为冷却板高），宽1000mm，使用块数=π（D+2×805）/1000=38块。铸铜冷却板规格为四通道，（长×宽×厚）为（600mm×250mm×100mm）冷却板使用数量=π（D+2×805）/250=151块。①炉身下部炉身下部（第8~11段）采用三代镶砖冷却壁与铸铜冷却板相结合的方式。第三代镶砖冷却壁的规格为冷却壁厚320mm，砖厚150mm，铸铜冷却板规格为四通道，（长×宽×厚）为（600mm×250mm×100mm）。第8段镶砖冷却壁长=（1923-100）/sinβ=1833mm。下缘处高炉直径10400mm，上缘处直径10000mm。第8段选用了38块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽992mm，上缘宽959mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（10000+2×805）/250=145块。第9段镶砖冷却壁长1833mm，下缘处高炉直径9950mm。上缘处直径9950mm。第9段选用了38块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽955mm，上缘宽922mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（9550+2×805）/250=145块。第10段镶砖冷却壁长1833mm，下缘处高炉直径9500mm。上缘处直径9100mm。第10段选用了36块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽969mm，上缘宽934mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（9100+2×805）/250=134块。第11段镶砖冷却壁长1833mm，下缘处高炉直径9000mm。上缘处直径8750mm。第11段选用了34块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽980mm，上缘宽957mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（8750+2×805）/250=130块。（注：805mm为炉身下部环砌耐火砖的厚度）5.3.5炉身中部冷却设备随着高炉强化冶炼，高炉软熔带有上移的趋势，此部分的冷却设备应同时具有抗渣侵蚀和流料、气流冲刷磨损的性能，同时对于厚炉衬的炉型，还应有支撑炉衬的功能，在高炉正常操作中此区域不如炉腹、炉腰、炉身下部所受的热负荷冲击大，因此炉身中部第三代镶砖冷却壁与铸铜冷却板相结合的方式[27]。见下图5.6。图5.6“板”与“壁”结合的冷却系统②炉身中部炉身中部（第12、13段）采用三代镶砖冷却壁与铸铜冷却板相结合的方式。第三代镶砖冷却壁的规格为冷却壁厚320mm，砖厚150mm，铸铜冷却板规格为四通道，（长×宽×厚）为（600mm×250mm×100mm）。第12段镶砖冷却壁长=（2565-100）/sinβ=2478mm，下缘处高炉直径8700mm。上缘处直径8250mm。第12段选用了34块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽π（8700+2×805）/34=952mm，上缘宽910mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（8250+2×805）/250=124块。第13段镶砖冷却壁长2478mm，下缘处高炉直径8200mm。上缘处直径7700mm。第13段选用了32块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽π（8200+2×805）/32=963mm，上缘宽914mm，故配套铸铜冷却板使用数量π（7700+2×805）/250=117块。5.3.6炉身上部及炉喉冷却设备炉身上部所受的热负荷冲击较小，无液态渣铁侵蚀与冲刷，根据国内外高炉的操作经验，此部位采用第三代冷却壁。中部带凸台结构。如图5.7图5.7中部带凸台镶砖冷却壁③炉身上部炉身上部（第14、15段）采用三代镶砖冷却壁、铜质。第三代镶砖冷却壁的规格为冷却壁厚320mm。第14段镶砖冷却壁长=2137/sinβ=2149mm，下缘处高炉直径7650mm。上缘处直径7200mm。第14段选用了32块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽π（7650+2×805）/32=909mm，上缘宽864mm第15段镶砖冷却壁长=2149mm，下缘处高炉直径7200mm。上缘处直径6800mm。第15段选用了30块镶砖冷却壁，因而镶砖冷却壁下缘宽π（7200+2×805）/3=922mm，上缘宽880mm炉喉冷却设备采用长条形钢砖，如图5.8。其材质是铬锰铸钢。图5.8炉喉钢砖1－炉喉钢砖；2－钢轨形吊挂；3－炉壳5.4高炉给排水系统5.4.1高炉车间对供水系统的要求高炉在生产过程中，任何短时间的断水，都会造成严重的事故，高炉供水系统必须安全可靠。为此，水泵站供电系统须有两路电源，而且两路电源不是来自一个供电站，为了在转换电源时不中断供水，设有水塔。塔内要储有够30min用的水量。泵房内设有足够的备用泵。5.4.2高炉给排水系统本设计高炉设有两条供水主管道及两套供水管网。供排水系统是：供水主管→滤水器→各层给水围管→配水器→冷却器件、喷水管→环形排水槽、排水箱→排水管→集水池。供水管直径由给水量计算而定，正常条件下供水管内水流速0.7~1.0m/s排水管直径为供水管直径的1.3~2.0倍。供水管上除安装一般阀门外，还安装逆止阀，防止冷却器件烧坏时煤气进入管路系统。排水管标高应高于冷却器，以保证冷却器内充满水。所有管路，阀门布置应方便操作。5.5高炉冷却水系统高炉冷却水系统目前在高炉上使用的主要为两种形式。即工业水系统和软水（包括纯水）密闭循环系统。近年来，较多应用的是高炉软水密闭循环系统，该系统与工业水冷却系统相比，有如下几个优点：①安全可靠，因为采用了经过处理的软水强制循环，可以承受热流密度的大波动，无结垢、无腐蚀、寿命长，冷却损失小：②耗水量少，能耗少，无蒸发，耗水量只有循环水量的0.5%~1.0%；③给排水系统简化，投资少，占地小[28]。所以选择软水密闭循环冷却水系统。工作原理见图5.8.它是一个完全密闭的系统，用软水作为冷却介质。软水由循环泵送往冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经由空气冷却器散发于大气中，然后再经循环泵送往冷却设备，由此循环不已。图5.8软水密闭循环系统原理1－冷却设备；2－膨胀罐；3－空气冷却器；4－循环泵；5－补水；6－加药；7－充氮装置空气冷却设备由风机和散热器组成，用来散发热量，降低冷却水温度[29]。

渣铁处理系统设计6.1风口平台及出铁场设计设计风口平台为架空式连续平台，出铁场采用矩形双出铁场。每个出铁场设一个铁口，一条主沟，一套渣铁沟，一个铁水摆动流槽，不设渣口。高炉一侧设2条铁水停放线及一条铁水走行线。2个铁口与高炉中心线对称分布，夹角为180°。每个铁口各设一台KD400型液压泥炮和KDIA型液压开口机。每个出铁场上都设吊装孔，用以吊运风口平台出铁场用各种物料和备件。东西出铁场各设一条通往出铁场平台的公路，用以运送各种物料。风口平台出铁场布置见图风口平台设计风口平台为架空式连续平台，为机动设备抵达各风口提供方便，2个铁口上方的风口平台均设一段蓖条式活动平台，以便于铁口和主沟的除尘，同时也便于泥炮和开口机的检修。风口平台上还设置设备吊装孔。风口平台比风口中心线低1200mm，方便操作。6.1.2出铁场设计布置东西2个出铁场，每个出铁场设置1个铁口，2个铁口与高炉中心线对称分布，夹角为180°，方便炉前操作及设备布置，又有利于炉缸寿命和铁口维护。出铁场采用铁路运输线平行的纵向布置，使得炉前吊车可以同时跨铁线，跨渣线，便于清理渣铁沟中的残渣和铁沟中、铁路上的残铁，以及更换撇渣器等构件。炉前设置两台20/5t双钩吊车，东西出铁场各一台，出铁场吊车跨度为25.5m。铁口处设两台悬臂起重机，用于揭铁沟沟盖。东西出铁场各设一个贴水摆动流嘴，由电动机驱动，使铁水流入对应的铁水罐[30]。6.2铁沟、渣沟及砂口设计6.2.1铁沟铁沟长度12m，净宽度1.2m，主铁沟坡度1.5%的铸铁式铁沟。出铁速度为6~8t/min，主沟净断面积为0.8m2。主沟的构筑：底部为钢板槽，其上依次为隔热砖、粘土砖、高铝碳化硅砖，最上部为浇注料。支沟是从砂口（撇渣器）后至贴水摆动流嘴的铁水沟。沟长13m，另设残铁沟长9.5m。支沟结构与主沟相同。6.2.2渣沟渣沟总长13.3m，渣沟坡度在流嘴处10%，其他地方6%渣沟结构是在80mm厚的铸铁槽内捣一层垫沟料，铺上河砂即可，不必砌砖衬。6.2.3砂口砂口又称撇渣器，渣铁分离器，位于主铁沟端部砂口结构如图6.2.砂口整体结构为四周钢板槽焊成，内砌耐火砖，用Al2O3-SiC-C质捣打料或浇注料制成永久衬和工作衬。砂口尺寸见表6.1图6.2砂口结构1－主铁沟；2－下渣沟砂坝；3－残渣沟砂坝；4－挡渣板；5－沟头；6－支铁沟；7－残铁孔；8－小井；9－砂口眼表6.1砂口尺寸炉容过道孔大闸上口下口井深砂口眼砂坝宽×高厚度长×宽长×宽直径平均宽/m3/mm×mm/mm/mm×mm/mm×mm/mm/mm/mm1800450×250900550×500450×4506002504006.2.4铁水摆动流嘴摆动流嘴有曲柄连杆驱动式和扇形齿轮驱动式，驱动可采用手动、电动、气动和液动。选用电动扇形齿轮传动铁水摆动流嘴。工作性能指标见表6.2表6.2电动扇形齿轮传动铁水摆动流嘴工作性能指标规格长度4600mm宽度1900mm每次过铁量5~6万吨制动器主令控制器ZJ2-220-THLK4-054(1:1)电动机型号YZ160-6-ZH流槽摆角±25°转速（r/min）953流嘴摆动速度（r/min）0.3637功率（kW）11流槽摆动周期（s）29.32负载持续率（%）40减速机速比3.556.3炉前设备的选型炉前设备有堵铁口泥炮和开铁口机等。6.3.1泥炮选用国内比较先进的KD400型液压泥炮，其相关性能参数见表6.3表6.3KD4000型液压泥炮技术性能泥缸有效容积0.27m3工作油压25Mpa泥塞工作推力3980KN压炮角度10°炮嘴内径150mm工作转角160°吐泥速度0.21m/s回转时间12-15s泥塞上炮泥单位压力15.6MpaKD400型液压泥炮采用了倾斜回转轴，全部动作由两个液压缸完成，其最大的优点是没有压炮机构，少了一个设备维护点和故障点，克服了BG型泥炮两个压炮缸不同步的问题。且结构简单、刚度大便于操作，维护方便。堵铁口更安全可靠。6.3.2开铁口机KDIA型全液压开铁口机，最大开口深度314m，钻头直径Φ50~60mm。与电动开铁口机相比，具有可与泥炮共用液压站、投资少、开口速度快、可大大降低钻杆和钻头的损耗，设备工作可靠，故障低等优点。同时泥炮与开铁口机布置在同侧，使炉前工人的操作面积增大，大大提高了工艺操作的方便性和安全性，可在操作室集中远距离手动操作[31,32]。6.4铁水处理设备6.4.1铁水罐车的选择铁水罐车按外形可分为锥形、梨形和混铁炉（鱼雷罐）。高炉日产铁量P=4140t，昼夜出铁次数为10次，则每次的出铁量为414t。选用ZT-140-1型铁水罐车，其结构如图6.3，铁水罐车的主要技术性能见表6.4。铁水罐车的需要量：（1）工作的铁水罐车数量：Nc=NzτnrS/24=4×2.5×10/24=4.2取5（Nz=Pa/nrQ=（4140×1.2）/（10×140）=3.55取4）（2）检修的铁水罐车数量：Nj=Nc（t1+t2）/τT1=5×（60+30）/（2.5×400）=0.45取1（3）备用的铁水罐车数量：Nb=Nz=4（4）高炉车间的铁水罐总数：N=Nc+Nj+Nb=5+1+4=10图6.3ZT-140-1型铁水罐车1-锥形铁水罐；2-枢轴；3-耳轴；4-支承凸爪；5-底盘；6-小轴表6.4国产ZT-140-1型铁水罐车主要技术性能项目参数项目参数容量t140两车钩钩舌内侧距mm9550满载时总重t170.8负载时最大运行速度km/h20铁水管两耳轴中心距mm4250岔道时最大运行速度km/h10两转向架中心距mm5400外形：长×宽×高mm9550×3700×4500轨道最小曲率半径m100自重（不包括耐火材料）t43.7轨距mm14356.4.2铸铁机的选择铸铁机是把铁水连续铸成铁块的机械化设备。滚轮固定式滚轮轴是固定的，每个环节上有两个铁模，长度长些，接点大为减小，容易润滑，运行平稳，铁水喷溅少，备件消耗少。由于高炉日产铁量P=4140t，故选择两台LZ-44-1双链滚轮固定式铸铁机。其主要技术性能见下表6.5表6.5LZ-44-1铸铁机主要技术性能项目参数项目参数铸铁机型式双链滚轮固定式链带倾斜角度°6°54′链轮中心距（斜长）m44.4链轮节圆直径mm1942铸铁机生产率%65铸铁模间距mm300铸铁机生产能力t/d2500每条链带上的铸模数，个316链带运行速度m/min12.8每块铸铁块的质量kg25~356.5炉渣处理设备高炉炉渣可以作为水泥原料、隔热材料以及其他建筑材料等。高炉渣处理方法有炉渣水淬、放干渣及冲渣棉[33]~[36]。6.5.1图拉法处理炉渣采用图拉法炉渣处理工艺，并设置备用干渣坑，水渣经皮带机运送至水渣贮仓。图拉水淬渣工艺的原理是用高速旋转的机械粒化轮配合低转速脱水转鼓处理熔渣，图拉法水淬渣的工艺流程如图6.4所示。高炉出铁时，熔渣经渣沟流到粒化器中，被高速旋转的水冷粒化轮击碎，同时，从四周向碎渣喷水，经极冷后渣粒和水沿护罩流入脱水器中，被装有筛板的脱水转筒过滤并提升，转到最高点落入漏斗，滑入皮带机上被运走。滤出的水在脱水壳的下部，经溢流装置流入循环水罐中，补充新水后，由粒化泵（主循环泵）抽出进入下次循环。循环水罐中的沉渣提升至脱水器再次过滤，渣粒化过程中产生的大量蒸汽经烟囱排入大气。图6.4图拉法水淬渣的工艺流程主要工艺指标如下：熔渣流量≤10t/min，熔渣流速2.5m/s，熔渣中最大含铁量40%，渣温1450℃，最大渣流量下循环水耗量1.0t/t渣，吨渣能耗：电3.67kwh，压缩空气10m3(标态)，补给新水0.7m3。产品质量：收得产品为生产水泥用的粒化渣;粒度:0.2一3.0mm；渣库发往用户时的含水量：10%以下；玻璃体化程度：不小于90一95%；平均比重：1.0t/m3。高炉有效容积：1800m3高炉利用系数：2.3t/m3d昼夜出铁次数：10次/昼夜渣铁比：431.17kg/t熔渣温度：1380一1450℃则每次的出渣量：1800×2.3×0.43117/10=178.5t平均出渣时间按20min计，则出渣强度为178.5/20=8.92t/min。考虑到炉前出铁可能跑大流的特殊性，将每套设备处理炉渣的能力确定为10t/min。设备参数见表6.6表6.6设备参数高炉炉容m31800粒化器粒化轮外形尺寸mmΦ1100×1000转速r/min150~330粒化轮能力r/min8变频调速电机功率KW55额定转速r/min1500调频范围Hz5~50脱水器脱水器变频调速电机外形尺寸转速mmr/minΦ6000×24001~5脱水器能力功率t/minKW1075额定转速调频范围r/minHz15005~506.5.2干渣场设计干渣场作为炉渣处理的备用手段，用于处理开炉初期炉渣、炉况失常时渣中带铁的炉渣以及在水冲渣系统事故检修时的炉渣。干渣场的大小（长×宽×高）12.2m×7.6m×1m。干渣场三面均设有钢筋混凝土挡墙，另一面为清理用挖掘机的进出端。干渣采用喷水冷却，由设在干渣场两侧挡墙上的喷水头向干渣场内喷水。6.6出铁场除尘为改善炉前环境，减少周围环境污染，出铁场设有通风除尘设施。高炉生产时出铁场的烟尘主要来源于铁口、渣铁沟和摆动流嘴等处，出铁场通风除尘在对渣铁沟和摆动流嘴等处通过设置除尘罩进行密封的同时，在铁口、支铁沟、砂口和摆动流嘴等产生严重烟尘处设置吸风口。参考文献[1]廖洪富，欧方平，等.高炉本体协同设计系统研究和开发[J]，机械设计制造，2009，（8）：9[2]张树勋.炼铁厂设计原理（上册）[M]，北京：冶金工业出版社[3]成伯兰.高炉炼铁工艺及计算[M]，北京：冶金工业出版社[4]张福明，党玉华.我国大型高炉长寿技术发展现状[J]，钢铁，2004，（10）：75~78[5]史学红，侯向东.关于高炉寿命的思考[J]，科技情报开发与经济，1999，（3）：36~37[6]吴启常，黄晓煜.高炉长寿技术研究[J]，鞍钢技术2003，（2）：2~3[7]金宝昌.高炉用耐火材料的技术研究[J]，炼铁，1997,31（3）：169~172[8]郑伟栋，王庆祥.我国高炉用耐火材料的进展[J]，耐火材料，2000,34（3）：175~177[9]陈守平.炼铁系统用耐火材料[J]，耐火材料，1997,31（3）：169~172[10]梁丽华，戈青.浅谈高炉耐火材料的选用[J]，应用研究，2004，（5）：66~67[11]R.Stokman，E.VansteinCallenfels，R.Vanlaar.高炉用炉衬和冷却技术[J]，钢铁，2004，（39）10:17~19[12]杨虎，叶冰峰.现代高炉炉体冷却设备[J]，新疆钢铁，2002，（4）：11~13[13]顾德章.高炉铜冷却壁的设计及应用探讨[J]，炼铁，2003，22（2）：3~6[14]刘琦.采用铜冷却壁延长高炉寿命[J]，炼铁，2002，（12）：7~10[15]万新.炼铁厂设计原理[M]，北京：冶金工业出版社，2009[16]万清国.炼铁设备及车间设计[M]，1994，11:208~245[17]王明海.炼铁原理与工艺[M]，冶金工业出版社.2003，93~95[18]郝桂之.唐钢3号高炉图拉法粒化渣操作实践[J]，炼铁技术通讯[19]张仁贵，张福山，李志成.高炉炉渣粒化新工艺的开发[J]，炼铁，2001,20（6）30~32[20]张永忠.新INBA冲渣法的节能与环保[J]，上海，2009:19~21[21]陈飞舟.现代高炉新INBA法水冲渣系统探讨[J]，钢铁技术，2006，5:42~43[22]那树人.高炉炼铁工艺计算[M]，北京：冶金工业出版社[23]唐兴智.杯炉衬技术在大型高炉的应用[J]，新疆钢铁，1997，（2）：35-36[24]曹永国，梁仁贵，王筱留.整体式陶瓷杯炉缸内衬的设计实践和应用效果[J]，炼铁，2007，26（2）：20-23[25]胡君健，战庆文，张毅等.高炉冷却壁的生产技术与现状[J]，锻造技术，2004，25（8），57-59[26]张士敏，王东生.高炉铜冷却壁的应用及分析[J]，炼铁，2001,20（1）：44-47[27]聂桂秋，徐利华，成志飞，白纪周.高炉炉体冷却壁综述[J]，中国冶金，2007，17（14）：16-18[28]徐小虎.对高炉本体冷却系统的技术分析及探讨[J]，冶金设备，1998，（3）：34-35[29]万东明，胡予秋，高志胜.高炉循环冷却水系统改造[J]，工业用水与废水，2002，33（1）：16-17[30]唐兴智.鞍钢新一号高炉出铁场设置[J]，鞍钢科技，2005，31（增刊）：11-14[31]王鲁霞，贾友剑.全液压开铁口机的应用评析与改造[J]，莱钢科技，2008，（2）：72-73[32]刘树芳.攀钢高炉开铁口机技术进步[J]，四川冶金，2007,29（6）：1-4[33]A.K.Vats,S.K.Dash.Floeinducedstressesdistributeononwallsofblastfurnacehrstyh.IronmakingandSteelmaking[J],2007,(27):123[34]JohnnyBrannbacka,HenrikSaxen.Novelforestimationofliquidlevelsintheblastfurnace[J],ChemicalEngineeringScience,2004,(59)：3423-3432[35]SandipBhattacharyya.Failureanalysisofgasblowershaftofablastfurnace[J],EngineeringFailureAnalysis,2008,(15):349-335[36]ZHANGShou-rong.PracticeforExtendingBlastFuranceCampaignLifeatWuhanIronandSteelCorporation[J],2006,13(6):1-7致谢本设计是在的精心指导下完成的。导师严谨的治学态度、执着的科研精神让我受益匪浅，衷心感谢导师在学业和生活中给予的帮助、支持和鼓励，同时也感谢同学的帮助，使我顺利的完成设计。2012年6月基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔