年产360万吨炼钢生铁50万吨铸造生铁的炼铁车间本科毕业论文

PAGE辽宁科技学院本科生毕业设计（论文）第PAGEI页PAGE辽宁科技学院（2012届）本科毕业设计题目：年产360万吨炼钢生铁50万吨铸造生铁的炼铁车间设计专题：全氧高炉炼铁的可行性分析 年产360万吨炼钢生铁50万吨铸造生铁的炼铁车间设计摘要本设计是设计年产360万吨炼钢生铁，50万吨铸造生铁的高炉炼铁车间。在设计中采用了2520m3的高炉2座，不设渣口，2个出铁口，采用圆形出铁场。送风系统采用四座4座新日铁外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、文氏管和电除尘。渣铁处理系统采用拉萨法水淬渣（RASA）处理，特殊情况采用干渣生产，上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。在设计中，首先做了物料平衡、热平衡，炉型的设计与计算，以及设备的选择；设计中应用了许多先进的工艺，这些工艺在实行大喷煤技术提高传热效率，节能，提高生产率方面起了重要的作用。根据实际需要及可能性，尽量采用先进设备、结构、材料及新工艺。做到技术上先进，经济上合理，又减少环境污染。车间总体布置形式为半岛式。关键词：高炉，物料平衡，热平衡，半岛式Designofanironmakingworkshopwithannualproductionof2milliontonssteelmakingironand0.3milliontonscastingpigAbstractTheassignmentisthedesignofannualproductioncapacityofthe3.6milliontonssteel-makingpigironand0.5milliontonsofblastfurnacecastpigironworkshop.Inthistestwehavetwo2520m3blastfurnacesandsetuptwotapholeswithnoslaghole,whichuserectangularfieldofiron.Airsupplysystemhave4combustion.Dustcatchersystemusesgravityprecipitatorsandventuritubetohandle.SlagironprocessingsystemusewaterquenchingresidueLhasa(RASA),specialcircumstancesusedryslagproductionstodeal.Thechargingsystemusebeltfeedingmachinetoensuretheblastfurnacecharge.Inthedesignfirstofallwemakeamaterialbalance，heatbalanceandcalculationoffurnacedesign,aswellasthechoiceofequipment;thedesignoftheapplicationofanumberofadvancedtechnologyequipments,theseprocessesintheimplementationoflargepulverizedcoalinjectiontechnologytoenhanceheattransferefficiency,saveenergy,improveproductivitywhichplayedanimportantroleindesign.Accordingtotheactualneedandpossibilitiesweuseadvancedequipmentasfaraspossiblestructure,materialsandsoon.Achievetechnicallyadvancedandeconomicallyrationalandreduceenvironmentalpollution.Thetypeofworkshopwiththeoveralllayoutispeninsula.

Keywords:blastfurnace,materialbalance,heatbalance,peninsula目录绪论 11高炉冶炼综合计算 31.1概述 31.2配料计算 51.2.1原燃料条件 51.2.2计算矿石需要量G矿 71.2.3计算熔剂需要量G熔 71.2.4计算熔剂需要量G熔 81.2.5炉渣成分的计算 91.2.6校核生铁成分 101.3物料平衡计算 111.3.1风量的计算 111.3.2炉顶煤气成分及数量的计算 121.3.3编制物料平衡表 161.4热平衡计算 171.4.1热量收入q收 171.4.2热量支出q支 181.4.3热平衡表 202高炉本体设计 222.1高炉炉型 222.2炉型设计与计算 222.3高炉炉衬设计 252.3.1高炉对耐火材料的要求 252.3.2高炉炉衬的设计与砌筑 262.4高炉冷却设备 282.4.1冷却设备的作用 282.4.2冷却介质及水的软化 282.4.3高炉冷却 282.4.4高炉冷却系统 302.5高炉送风管路 312.5.1热风围管 312.5.2送风支管 322.5.3直吹管 322.5.4风口装置 322.6高炉钢结构 322.6.1高炉本体钢结构 332.6.2炉壳 332.6.3炉体框架 332.6.4炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈 342.7高炉基础 342.7.1高炉基础的负荷 352.7.2对高炉筑基的要求 363高炉车间的运转 363.1贮矿槽、贮焦槽及槽下运输筛分称量 373.1.1贮矿槽与贮焦槽 373.1.2槽下运输称量 373.2上料设备 384高炉炉顶装料设备 404.1无钟式炉顶装料设备 404.1.1串罐式无钟炉顶装料设备 404.1.2无钟式炉顶的布料方式 414.2探料装置 415送风系统 425.1高炉用鼓风机 425.1.1高炉冶炼对鼓风机的要求 425.1.2高炉鼓风机的工作原理和特性 425.1.3高炉鼓风机的选择 445.2热风炉 455.2.1外燃式热风炉 465.2.2外燃式热风炉的特点 466高炉喷吹煤粉系统 476.1煤粉的制备 476.2高炉喷煤系统 476.2.1三罐单列式高炉喷煤系统 476.2.2喷吹罐组有效容积的确定 486.3煤粉喷吹的安全措施 496.3.1制粉系统的安全措施 496.3.2喷吹系统的安全措施 507高炉煤气处理系统 517.1荒煤气管道 517.2粗除尘装置 537.2.1重力除尘器除尘原理 537.3半精细除尘装置 547.4精细除尘装置 547.4.1文式管 547.4.2静电除尘器 557.5脱水器 568渣铁处理系统 578.1风口平台及出铁场设计 578.1.1风口平台及出铁场 578.1.2渣铁沟和撇渣器 578.1.3摆动流嘴 588.2炉前主要设备 588.2.1开铁口机 598.2.2堵铁口泥炮 598.2.3炉前吊车 598.3铁水处理 598.3.1鱼雷罐车 598.3.2铸铁机 598.4炉渣处理设备 608.4.1拉萨法水淬渣 608.4.2干渣生产 609能源回收利用 619.1高炉炉顶余压发电 619.2热风炉烟道废气余热回收 61参考文献 62专题研究 63外文翻译 70致谢 82绪论钢铁产业是国民经济的重要基础产业，是实现工业化的支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型产业。我国是一个发展中大国，在经济发展的期间内钢铁需求量较大，中国钢铁产量已多年居世界第一，但高新尖端钢铁产业的技术水平和物耗与国际先进水平相比还有很大的距离，因此我国钢铁企业发展重点是技术升级和结构调整。为提高钢铁工业整体技术水平，推进结构调整，改善产业布局，发展循环经济，降低物耗能耗，重视环境保护，提高企业综合竞争力，实现产业升级，把钢铁产业发展成在数量、质量、品种上基本满足国民经济和社会发展需求，具有国际竞争力的产业，依据有关法律法规和钢铁行业面临的国内外形势，制定钢铁产业发展政策，以指导钢铁产业的健康发展钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义来说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。由于钢铁企业生产规模大，每天原材料及产品的吞吐量大，需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。钢铁之所以成为各国民经济基础，是因为它具备以下优越性能，且价格低廉：1、有较高的强度及韧性；2、钢铁具有良好的加工性能，以得到任何结构的工件；3、矿石资源丰富，可供长期大量采用，成本低廉；4、人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。中国炼铁流程的优势在扩大体现在已建成巨大的生产规模、工艺装备水平不断提高、能耗达到国际先进水平、污染排放正在得到不断改进。对于普遍关注的资源影响焦炭供应的问题。一个事实是，作为世界第一焦炭生产大国，中国焦炭生产抑制保持快速生长。但是已经出现比较严重的产能过剩现象。焦炭的出口量也持续增加。因此近年来中国高炉的焦炭的供应应该是有保障的。而且长期以来，炼焦工业通过各种措施不断加大非焦煤的配入比例，高炉通过提高喷煤量来减少焦炭的消耗以及将来通过降低铁钢比来减少高炉的焦炭总消耗量，这些将有效地保证长期维持中国一定规模的高炉炼铁生产。采取这些措施所付出的代价和风险远远小于用新工艺替代高炉所付出的。中国高炉在炼铁环保方面的工作的到不断地加强不仅煤气的干法除尘在大高炉上迅速推广应用，烧结烟气的处理也在逐步开展起来。更值得注意的是，所有的污染物排放都可以在技术市场上找到成熟可行的方法来控制排放标准。现在只是实施的问题，不存在不可克服的缺陷。因此短时间内长流程钢铁生产在短时间内仍为主流。1高炉冶炼综合计算1.1概述组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等，也得到了主要产品（除生铁以外）煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。高炉设计应遵循以下原则：合理性。设计原则和设合计方案的确定，应当符合国家工业建设的方针和政策。客观性。设计选用的指标和技术方案应以客观的数据为依据。作出的设计经得起全面性的客观评审，抱枕所采用的方案有坚实的基础，并且能成功地付诸实践。先进性。设计应反映出最近在该领域里的成就，并反应考虑到发展趋势。经济性。在厂址、产品、工艺流程等多方案比较中，选择最经济的方案、使得单位产品投资最低、成本最低经济效益最佳。5、综合性。在设计过程中，各部分的设计方案要互相联系，局部方案应与总体方案相一致，各专业的设计应服从工艺部分。6、发展远景。要考虑车间将来发展的可能性，适当保留车间发展所需的土地、交通线和服务设施。7、安全和环保。保证各领域和工作岗位都能安全生产，不受污染，力争做到“场外看不到烟，场内听不到声”，排出的废水、废气应达到国家环保法的要求。8、标准化。在设计中尽可能采用各种标准设计，这样可减少设计工作量和缩短建设周期。9、美学原则。车间和工作环境具有良好的布局和较好的劳动条件。在厂内应具有排列美观、色彩明快、安全宜人的环境，以减少疲乏和提高劳动生产率。计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。因此高炉入炉原料应符合以下原则。1、对入炉矿石的要求入炉矿石要求必须含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度要均匀，并有良好的还原性及一定的机械强度等性能。（1）入炉矿石的品位冶炼品位高的矿石，有利于提高产量，降低焦比。根据生产经验，铁矿石品位升高1%，焦比可降低%，产量提高3%。（2）入炉矿石的粒度入炉矿石的粒度对高炉冶炼的进程影响很大。一般矿石的粒度的下限为8mm，大可至20～30mm。粒度过小则高炉内料柱的透气性性差，过大会减少煤气和矿石触面积，降低还原速度，增加焦炭的消耗量。因此要求粒度均匀，缩小粒度上限，减少粉末含量。（3）入炉矿石的混匀矿石成分的波动会引起炉温和炉渣碱度的波动，使高炉热制度不稳定，因此要加强原料成分的控制和混匀工作，以减少对高炉操作的不利因素，保证高炉的正常生产。若有条件的话可以采用“平铺切取”法，即把入厂原料分层堆存到一定数量，一般应达到数千吨，然后再纵向取用。2、对燃料的要求(1)焦炭焦炭在高炉冶炼过程中主要起四方面的作用：发热剂、还原剂、铁水渗碳和料柱骨架。焦炭燃烧产生的大量的高温煤气，在煤气上升过程中，将热量传给炉料，使高炉内各种物理化学反应得以进行，高炉冶炼所消耗的热量70%～80%来自焦炭的燃烧。焦炭燃烧产生的CO，焦炭中碳与炉内水蒸汽作用生成H2和CO，以及焦炭中未燃烧的碳是铁矿石的还原剂。焦炭在料柱中大约占1/3至1/2的体积，它的粒度比矿石大，自身气孔率高，在高温下不软化也不熔化，所以它对改善料柱透气性和透液性有重要作用，特别是在高炉下部高温区，矿石已经软化、熔化的情况下焦炭的作用就更大。所以焦炭的质量对高炉冶炼影响很大，表1.1为焦炭质量的要求。(2)煤粉高炉喷吹对煤粉的要求是：灰份含量低，固定碳量高；含硫量低；可磨性好(即将原煤制成适合喷吹工艺要求的细粒煤粉时所耗能量少，同时对喷枪等输送设备的磨损也弱)；粒度细：根据不同条件，煤粉应磨细至一定程度，以保证煤粉在风口前完全气化和燃烧，—般要求＜200网目(0.074mm)的占80%以上，细粒煤粉也便于输送；爆炸性弱，以确保在制备和运输过程中的人身和设备的安全；燃烧性和反应性好，一般要求煤粉在喷出氧枪后0.01~0.04s内燃烧而转变成气体。将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量，以及主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.3%。1.2配料计算1.2.1原燃料条件1、常见元素高炉分配率见表1.1；2、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿以及炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.2；3、燃料成分，见表1.3、表1.4；4、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.5。表1.1常见元素高炉分配率（炼钢生铁）原料FeMnPSV生铁0.9970.5001.000—0.800炉渣0.0030.600——0.200煤气———0.050—表1.2含铁料成分（%）FeMnPSFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeSP2O5烧结矿60.200.0310.0300.019.5575.363.861.221.991.880.040.0310.069球团矿63.690.0300.030.019.5380.373.61.153.231.780.0390.0280.073混合矿60.710.0300.0200.0309.48676.363.811.317.0381.860.040.030.07炉尘43.420.0240.020.08815.2044.8713.71.418.301.990.310.2430.06表1.3焦炭成分（%）固定炭灰分（13.51）有机物（1.32）挥发份（0.43）Σ游离水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2SCO2H2COCH4N284.347.814.580.520.340.680.30.250.770.250.0260.260.0170.077100.004.00表1.4煤粉成分（%）CHOH2ONS灰分ΣSiO2Al2O3CaOMgOFeO77.832.352.330.930.460.207.158.830.690.300.93100.00表1.5预定生铁成分（%）FeSiMnPSC95.290.450.0350.0350.0234.17其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.7、0.03；Mn、P由原料条件定为0.10、0.04。C＝4.3－0.27Si－0.329P－0.032S＋0.3Mn＝4.12Fe＝[100－Si－Mn－P－S－C]%。原料成分和冶炼条件：焦比：340kg/t焦比（湿）：353kg/t煤粉：180kg/t置换比：0.7鼓风湿度：12g/m3相对湿度：1.493%风温：1250℃炉尘量：35kg/t生铁入炉熟炉料温度：80℃炉顶煤气温度：200℃综合冶炼强度：1.38t/(d·m3)利用系数：1.9t/(d·m3)高炉球团矿和烧结矿配比：选取高炉炉渣碱度为1.15，故注：所以：解得。1.2.2计算矿石需要量G矿以生产1000kg生铁为计算单位1、进入炉尘焦炭量：注：11.95是炉尘中焦炭烧损百分比高炉内参加反应的焦炭量为：340-2.82=337.18kg故GFe燃＝G焦%焦FeO%＋G煤FeO%煤＝337.18×0.68%×＋180×0.93%×＝3.085kg2、进入炉渣中的铁量：GFe渣＝1000Fe%生铁×＝1000×95.29%×＝2.867kg3、需要由铁矿石带入的铁量为：GFe矿＝1000Fe%生铁＋GFe渣－GFe燃＝952.9＋2.867－3.085＝952.68kg4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：G矿＝＝＝1569.23kg考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：G`矿＝G矿＋G尘－G焦粉＝1569.23＋20－2.82＝1586.4kg1.2.3计算熔剂需要量G熔1、炉渣碱度R＝＝1.15制钢生铁：R＝1.10~1.2；铸造生铁：R＝1.0~1.1。2、原料、燃料带有的CaO量GCaO.铁矿石带入的CaO量为：GCaO矿＝G矿CaO%矿＝1586.4×7.038%＝111.65kg焦炭带入的CaO量为：GCaO焦＝G焦CaO%焦＝340×0.52%＝1.76kg煤粉带入的CaO量为：GCaO煤＝G煤CaO%煤＝180×0.69%＝1.242kg故GCaO＝GCaO矿＋GCaO焦＋GCaO煤＝111.65＋1.972＋1.242＝114.864kg3、原料、燃料带入的SiO2量铁矿石带入的SiO2量为：＝G矿SiO2%矿＝1586.4×3.81%＝60.44kg焦炭带入的SiO2量为：＝G焦SiO2%焦＝340×7.81%＝26.554kg煤粉带入的SiO2量为：＝G煤SiO2煤＝180×7.15%＝12.87kg硅素还原消耗的SiO2量为：GSiO2还＝1000Si%生铁60/28＝1000×0.45%×60/28＝9.64kg故＝＋＋－＝60.44＋26.554＋12.87－9.64＝90.224kg1.2.4计算熔剂需要量G熔1、炉渣碱度R＝＝1.15制钢生铁：R＝1.10~1.2；铸造生铁：R＝1.0~1.1。2、原料、燃料带有的CaO量GCaO.铁矿石带入的CaO量为：GCaO矿＝G矿CaO%矿＝1586.4×7.038%＝111.65kg焦炭带入的CaO量为：GCaO焦＝G焦CaO%焦＝340×0.52%＝1.76kg煤粉带入的CaO量为：GCaO煤＝G煤CaO%煤＝180×0.69%＝1.242kg故GCaO＝GCaO矿＋GCaO焦＋GCaO煤＝111.65＋1.972＋1.242＝114.864kg3、原料、燃料带入的SiO2量铁矿石带入的SiO2量为：矿＝G矿SiO2%矿＝1586.4×3.81%＝60.44kg焦炭带入的SiO2量为：焦＝G焦SiO2%焦＝340×7.81%＝26.554kg煤粉带入的SiO2量为：煤＝G煤SiO2煤＝180×7.15%＝12.87kg硅素还原消耗的SiO2量为：还＝1000Si%生铁60/28＝1000×0.45%×60/28＝9.64kg故＝＋＋－＝60.44＋26.554＋12.87－9.64＝90.224kg1.2.5炉渣成分的计算原料、燃料及熔剂的成分见表1.6。表1.6每吨生铁带入的有关物质的量原燃料数量kgCaOMgOSiO2Al2O3MnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg综合矿1586.47..038111.651.8629.503.8160.441.3120.780.040.630.030.48焦炭3400.521.760.341.15612.8726.554.5815.570.772.618煤粉1800.691.2420.30.547.1512.878.8315.890.30.54Σ2106.4114.6631.1999.8652.230.633.638由上表可知ΣCaO=114.66kgΣSiO2=99.87kgΣAl2O3=52.25kgΣMgO=31.20kg炉渣中各元素渣中MnO含量0.5××1586.4×0.0186=0.41kg渣中FeO含量95.29××=3.69kg每吨生铁含S量340×0.77%+180×0.2%+1586×0.03%=3.63kg进入生铁中S量1000×0.03%=0.3kg进入煤气中S量0.05×3.63=0.182kg进入炉渣中S量3.63－0.3－0.182=3.148kg炉渣成分见表1.7。表1.7炉渣成分组元CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOSΣCaO/SiO2kg128.5132.77108.449.180.323.681.46324.32%39.6310.1033.4215.160.11.130.46100.001.171.2.6校核生铁成分1、生铁含磷[P]。按原料带入的磷全部进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为：＝P%矿＝1586.4×0.035%＝0.55kg故[P]＝0.55×＝0.055%2、生铁含锰[Mn]。按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.63kg见表1.8。故[Mn]＝0.63×50%××＝0.024%3、生铁含碳[C]。[C]＝[100－（95.29＋0.45＋0.003＋0.047＋0.023）]%＝4.17%校核后的生铁成分（%）见表1.8。表1.8校核后生铁成分[Fe][Si][Mn][P][S][C]95.290.450.030.0470.0234.171.3物料平衡计算1.3.1风量的计算1、风口前燃烧的碳量。(1)燃料带入的总碳量为：＝+＝337.18×84.74%＋180×77.83%＝425.82kg(2)溶入生铁中的碳量为：＝1000[C]%＝1000×4.17%＝41.7kg(3)生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约有1%~1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。＝1.1%＝0.01×425.82＝4.684kg2、直接还原消耗的(1)锰还原消耗的碳量为：＝1000[Mn]%12/55＝1000×0.03%×12/55＝0.065kg(2)硅还原消耗的碳量为：＝1000[Si]24/28＝1000×0.45%24/28＝3.86kg(3)磷还原消耗的碳量为：＝1000[P]60/62＝1000×0.047%×60/62＝0.445kg铁直接还原消耗的碳量为：＝1000[Fe]%12/56r`drd一般为0.4~0.5，本计算取0.5。rH2=解得=0.06。r`d＝0.5－0.006＝0.46式中ηH2——氢在高炉内的利用率，一般为0.3~0.5，本计算取0.3；V`风——设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3。＝1000×95.29%×12/56×0.46＝93.92kg故＝＋＋＋＝0.07＋3.86＋0.445＋93.92＝97.665kg风口前燃烧的碳量为：＝－－－＝425.82－41.7－4.684－97.665＝281.77kg。3、计算鼓风量(1)鼓风中氧的浓度为：N2＝21%（1－Φ）＋0.5Φ＝21%（1－1.493%）＋0.5×1.493%＝21.43%=2\*GB3②燃烧需要氧的体积为：＝＝281.77×＝262.42=3\*GB3③煤粉带入氧的体积为：＝（＋）＝180（2.33%＋0.93%×）＝5.682=4\*GB3④需鼓风供给氧的体积为：＝－＝262.98－5.62＝257.36故V风＝＝＝1200.93。1.3.2炉顶煤气成分及数量的计算1、甲烷的体积(1)由燃料碳素生成的甲烷量为；＝＝4.684×＝8.74(2)焦炭挥发份中的甲烷量为：＝＝337.18×0.017%×＝0.08故＝7.74＋0.08＝8.82。2、氢的体积。(1)由鼓风中水分分解产生的氢量为：＝Φ＝1200.93×1.493%＝17.93(2)焦炭挥发份及有机物中的氢量为：＝（＋）＝327.18×（0.026%＋0.3%）×＝12.31(3)煤粉分解产生的氢量为：＝（＋）＝180×（2.35%＋0.93%×）×＝49.45(4)炉缸煤气中氢的总生产量为：＝＋＋＝17.93＋12.31＋49.45＝79.69(5)生成甲烷消耗的氢量为：＝＝2×8.74＝17.48(6)参加间接还原消耗的氢量为：＝＝80.69×0.46＝37.1故＝－－＝79.69－17.48－37.1＝25.11。3、二氧化碳的体积。(1)由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2由矿石带入的Fe2O3的质量为：＝＝1569.31×76.362%＝1198.23kg参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：GH2还＝（1－α）＝79.69×0.46×（1－0.9）×＝0.252kg由氢还原Fe2O3的质量为：＝＝0.252×＝20.16kg由CO还原的质量为：＝－＝1198－20.16＝1177.84kg故＝＝1177.84×＝164.8(2)由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：＝1000[Fe]%[1－－]＝952.29×[1－0.386－0.07]＝209.64(3)焦炭挥发份中的CO2量为：＝＝337.18×0.26%×＝0.429故＝＋＋＋0.429+209.64+164.8＝374.869。4、一氧化碳的体积。（1）风口前碳素燃烧生成CO量为：＝＝262.98×＝418.13（2）直接还原生成CO量为：＝＝93.92×＝175.30（3）焦炭挥发份中CO量为：＝＝337.18.×0.26%×＝0.72（4）间接还原消耗的CO量为：＝＋＝209.64+164.8＝374.64故＝＋＋－＝418.13＋175.3＋0.72－374.44＝219.71。5、氮气的体积（1）鼓风带入的N2量为：＝（1－Φ）＝1200.97×（1－1.493%）×79%＝935.5（2）焦炭带入的N2量为：＝（＋）＝337.18×（0.077%＋0.25%）×＝0.9（3）煤粉带入的N2量为：＝＝180×0.46%×＝0.66故＝＋＋＝935.5+0.9+0.66＝937.06煤气成分见表1.8表1.8煤气成分成分CO2CON2H2CH4Σ体积，m3374219.71937.0625.118.821564.7%23.914.059.981.70.56100.001.3.3编制物料平衡表1、鼓风质量的计算。1m3鼓风的质量为：＝[0.21×0.985×32＋0.79×0.985×28＋18×1.493%]/22.4＝1.28kg/m3鼓风的质量为：＝1060.34×1.28＝1357.24kg2、煤气质量计算。1m3煤气的质量为：＝[44×23.06%＋28×18.43%＋28×56.08%＋2×1.96%＋16×0.47%]/22.4＝1.39kg/m3煤气的质量为：＝1487.53×1.39＝2067.67kg3、煤气中的水分。（1）焦炭带入的水分为：＝326.47×4%＝13.06kg（2）氢气参加还原生成的水分为：＝24.31×2/22.4×18/2＝19.53kg故＝13.06＋19.53＝32.59kg。物料平衡列入表中1.9。表1.9物料平衡表入相kg%出相kg%铁矿石156945.68生铁100028.30焦炭3409.50炉渣303.339.23鼓风1502.2043.73煤气（干）2119.7560.99煤粉1805.2煤气中水32.470.92炉尘200.57Σ3591.24100.00Σ3475.55100.00相对误差＝＝0.1%＜0.3%1.4热平衡计算1.4.1热量收入q收1、碳素氧化放热(1)碳素氧化为CO2放出的热量：碳素氧化产生CO2的体积为：氧化＝－分＝374.86－0.429＝374.44m3＝氧化×33436.2＝374.44××33436.2＝6707062.89kJ式中33436.2——C氧化为CO2放热，kJ/kg(2)碳素氧化为CO放出的热量qCO：碳素氧化生成CO的体积为：VCO氧化＝VCO煤气－VCO挥＝308.67－0.7＝307.97m3qCO＝VCO氧化×9804.6＝308.02××9804.6＝1617601.42kJ式中9804.6——C氧化为CO放热，kJ/kg故＝＋＝6707062.89+1617601.426＝8324664.316kJ2、鼓风带入的热量q风q风＝（V风－V风Φ）q空气＋V风Φq水气＝（1200.98－1200.98×1.493%）×1643.11＋1200.98×1.493%×2030.26＝1943880.24+36403084=1980284.83式中q空气——在1150℃下空气的热容量，其值为1643.11kJ/m3q水气——在1150℃下水气的热容量，其值为2030.26kJ/m33、氢氧化为水放热q＝G×13454.09＝23.4×13454.09＝314825.7kJ式中13454.09——H2氧化为水放热，kJ/kg4、甲烷生成热＝碳16/22.4×4709.56＝8.82×16/22.4×4709.56＝29670.23kJ式中4709.56——甲烷生成热,kJ/kg5、炉料物理热q物。80℃冷烧结矿比热容为0.674kJ/kg·℃。q物＝1569×0.6740×80＝86561.55kJ热量总收入：q收＝qC＋q风＋＋＋q物＝8324664.316＋1980284.83＋29670.23＋314825.7＋86561.55＝10736006kJ1.4.2热量支出q支1、氧化物分解吸热q氧化物分解。(1)铁氧化物分解吸热，q铁氧分：可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以F3O4形式存在，因此：GFeO硅＝G矿FeO%矿×20%+G焦FeO%煤+G煤FeO%煤＝1569×9.486%×20%+340×0.86%+180×0.93%＝33.75kgGFeO磁＝G矿FeO%矿80%＝1569×9.486×80%＝118.99kg磁＝GFeO磁×＝118.99×＝264.42kg游＝G矿Fe2O3矿－GFe2O3磁＝1569.×76.362%－264.42＝933.69kg＝GFeO磁＋GFe2O3磁＝118.99＋264.42＝383.41kgqFeO硅＝GFeO硅×4078.25＝33.75×4078.25＝137650.05kJ＝GFe3O4×4803.33＝383.11×4803.33＝1840203.756kJ游＝游×5156.59＝3237925.99kgJ式中4087.52、4803.33、5156.59——分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg(2)锰氧化物分解吸热为：q锰氧分＝[Mn]%×1000×7366.02＝0.03%×1000×7366.02＝2209.806kJ式中7366.02——由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ/kg(3)硅氧化物分解吸热为q硅氧分＝[Si]%×1000×31102.37＝0.45%×1000×31102.37＝139960.665kJ式中31102.37——由SiO2分解产生1kg硅吸收的热量，kJ/kg(4)磷酸盐分解吸热为：q磷酸盐＝[P]%×1000×35782.6＝0.047%×1000×35782.6＝16817.82kJ式中35782.6——Ca3(PO4)2分解产生1kg磷吸收热量，kJ/kg故q氧化物分解＝q铁氧化＋q锰氧分＋q硅氧分＋q磷酸盐＝16817.82+139960.67+2357.13+6869587.47＝7028722.47kJ2、脱硫吸热。由于CaO脱硫热耗为5400.97kJ/kg，MgO脱硫热耗为8038.66kJ/kg，由于差距很大，故取其渣中成分比例37.54/10.27≈4/15400.97×0.8+8038.366×0.2=5928.5kJq脱硫＝GS渣×5928.5＝3.14×5928.5＝18615.52kJ3、水分分解吸热。q水分＝（V风Φ＋G煤H2O%煤）13454.1＝（1200.98×1.493%×＋180×0.83%）×13454.1＝208457.8254kJ式中13454.1——水分解吸热，kJ/kg4、炉料游离水蒸发吸热。q汽＝G焦H2O%焦×2862＝337.18×4%×2862＝38600.37kJ式中2862——1kg水由0℃变为100℃水汽吸热，kJ/kg5、铁水带走的热q铁水。q铁水＝1000×1214＝1214000kJ式中1214——铁水热容量，kJ/kg6、炉渣带走的热。q渣＝G渣×1760＝303.65×1800＝546570kJ式中1800——炉渣热容量，kJ/kg7、喷吹物分解吸热。q喷＝G煤×1048＝180×1172.3＝211014kJ式中1172.3——煤粉分解热，kJ/kg8、炉顶煤气带走的热量q煤气。从常温到200℃之间，各种气体的平均比热容Cp如下表1.10各种气体的平均比热容N2CO2COH2CH4H2O汽262.8364.9263.9257.7356.9305.6=1\*GB3①干煤气带走的热量为：q煤气干＝262.8VN2＋364.9VCO2＋263.9VCO＋257.7VH2＋356.9VCH4=428554.1=2\*GB3②煤气中水汽带走的热为：q水＝1.605×GH2O×（200－100）＝1.605×43.3××（200－100）＝578.69kJ故q煤气＝428554.1+5738.7=434292.8kJ=9\*GB2⑼炉尘带走的热量。q尘＝G尘×0.7542×200＝20×0.7542×200＝3016.8kJ故q支＝q氧化物分解＋q脱硫＋q水分＋q汽＋q铁水＋q渣＋q喷＋q煤气＋q尘＝9065461.1kJ=10\*GB2⑽冷却水带走及炉壳散发热损失为：q损失＝q收－q支＝110736006－90654611.1＝851303.83kJ1.4.3热平衡表热量利用系数KTKT＝总热量收入－（煤气带走的热＋热损失）＝100%－（4.7＋9.3）%＝86%对于一般中小型高炉KT值为80%~85%，近代高炉由于大型化和原料条件的改善可达到近90%碳素利用系数KCKC＝×100%＝×100%＝71.4%表1.11热平衡表热收入Kg%热支出kg%碳素氧化放热8324664.3177.5氧化物分解7028722.4777.5热风带的热1980284.8318.44脱硫18615.520.20氢氧化放热29670.232.60水分分解208457.8252.2甲烷生成热314825.70.27游离水蒸发38600.370.4物料物理热86561.550.80铁水带热117300012.9总计10736004100.00炉渣带热5465706.0喷吹物分解2110142.3煤气带热434292.84.7炉尘带热3016.80.03热损失851303.839.3总计9065461100.002高炉本体设计高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，以及高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积表示；高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模，高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代高炉有效容积向大型化发展。目前，世界大型高炉有效容积已达到5000m3级，而炉型设计则向着大型横向发展，Hu/D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以及是否合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料，已由单一的陶瓷质耐火材料，普遍地过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构，也有采用高纯度Al2O3的刚玉砖和碳化硅砖；高炉冷却设备期间结构亦在不断改进，软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于高炉设计水平的提高，强化高炉炉龄已经可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间实际首要解决的关键所在。2.1高炉炉型高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状成为高炉炉型或高炉内型。高炉问世二百多年来，随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程，因此必须提供燃料燃烧所必须的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。炉型要适应炉料燃烧条件，保证冶炼过程的顺行。2.2炉型设计与计算高炉炉型设计的依据是单座高炉的生铁产量，由产量确定高炉有效容积。现在多数国家都是以产量和有效容积利用系数（ηv）来确定高炉有效容积，再以有效容积为基础，计算其他尺寸。有关炉型的名词概念：设计炉型——按照设计尺寸砌筑的炉型；操作炉型——高炉投产后，工作一段时间，炉衬侵蚀，形状发生变化后的炉型；合理炉型——冶炼效果较好，获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，它具有时间性、相对性。高炉冶炼是复杂的物理化学过程，设计的炉型必须适应冶炼过程的需要，设计炉型应能保证高炉一代获得稳定的较高的产量，优质的产品，较低的能耗和一代长寿。高炉在一代冶炼过程中，其炉衬不断侵蚀，炉型不断发生变化，炉型变化的程度和趋势与冶炼原料条件、操作制度有关，与炉衬结构和耐火材料的性能有关，还与冷却装置及冷却制度有关。高炉冶炼实际上是长时间在操作炉型内进行。因此掌握冶炼过程中炉型的变化及其趋势，对设计合理炉型非常重要。1、设计要求：设计一个年产炼钢生铁360万吨，铸造生铁50万吨的高炉炼铁车间。计算时铸造生铁按照炼钢生铁计算。铸造生铁换算炼钢生铁的折算系数：1.0430万吨×1.15=57.5万吨年总产量：360万吨+57.5万吨=417.5万吨2、假定高炉一代炉龄为10年，大修时间为40天，一代有一次中修，时间为10天，每年2次计划检修，每次为3天，则年工作日为：（10×365-40-10-3×2×10）×0.1=354天日产量：=417.5×105/354=11413.3吨/日容积的确定：利用系数为2.2,高炉容积=日产量/利用系数=11413.3/2.2=5189选用两座高炉，两座2520的高炉表2.1高炉作业时间高炉有效容积，m3高炉工作年限，年平均年工作日，昼夜一代检修时间，昼夜大修中、小修合计2520103544016563、炉缸尺寸、炉缸直径选定冶炼强度I=0.95t/（m3.d）,燃烧强度i燃=1.10t/(m3.h)则d=0.23=0.23=10.73取d=10.8校核=27.5合理2)炉缸高度渣口高度取风口高度取风口数目取n=26个风口结构尺寸选取a=0.5m则炉缸高度死铁层厚度选取炉腰直径，炉腹角，炉腹高度选取则D=1.10ⅹd=1.10ⅹ10.8=11.88取D=11.9m选取则h2==3.47取校核tanα==6.36α=炉喉直径，炉喉高度选取则取选取炉身角，炉身高度，炉腰高度选取则=18.08取校核选取则取求得：校核炉容：炉缸体积炉腹体积炉腰体积炉身体积炉喉体积高炉容积误差炉型设计合理，符合要求。2.3高炉炉衬设计按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。2.3.1高炉对耐火材料的要求根据高炉炉衬的工作条件和破损机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要的影响，故对高炉用耐火材料有如下要求：1、耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。因为高炉长期在高温条件下工作，要求耐火材料具有较高的耐火度，并且高温机械强度要大，具有良好的耐磨性、抗撞击能力。2、荷重软化点要高。荷重软化点能够更确切地评价耐火材料的性能。3、Fe2O3含量要低。耐火材料中的Fe2O3和SiO2在高温下相互作用生成低熔点化合物，降低耐火材料的耐火度；在高炉内，耐火材料中的Fe2O3有可能被渗入砖衬中的CO还原生成海绵铁，而海绵铁又促进CO分解产生石墨碳沉积，构成对砖衬的破坏作用。4、重烧收缩要小。重烧收缩是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。5、气孔率要低。在高温冶炼条件下，如果砖衬材料的气孔率大，则为石墨和锌沉积创造了条件，从而引起炉衬破坏。2.3.2高炉炉衬的设计与砌筑高炉炉衬设计的内容是选择各部位炉衬的材质，确定炉衬的厚度，说明砌筑方法以及材料计算。炉衬设计的合理可以延长高炉寿命，并获得良好的技术经济指标。综合分析高炉炉衬的破损机理发现，高温是炉衬破损的根本条件，其次是渣铁液、碱金属的侵蚀，机械冲刷、渗漏、账缩开裂、磨损等的动力作用也不可忽视，但就主次来说，应着重从传热学来分析，其次也要从化学侵蚀、动力学来研究，才能得到合理的炉衬结构。(1)炉底、炉缸炉缸内衬的破损机理：(1)渣、铁水的侵蚀。②碱金属的侵蚀。③高温煤气的冲刷。④热应力的破坏。⑤CO2、O2、H2O的氧化侵蚀。(2)对耐火材料的要求耐高温、耐侵蚀、耐冲刷、耐磨、抗渗透、高导热。风口带可用刚玉-莫来石砖或棕刚玉砖及硅线石砖等。炉底选用碳砖。炉缸新材料有焙烧碳砖、热压碳砖、微孔碳砖、超微孔碳砖碳复合SiC砖，半石墨化焙烧炭块等。本设计炉缸选用热压碳砖与刚玉转形成的混合炉底。2、炉腹、炉腰炉料在炉腹已部分还原造渣；炉料透气性变差，同时渣蚀严重；温度高（1400～1600℃），高温辐射侵蚀严重，碱侵蚀也比较严重；含尘的高温炉气上升，有较强的冲刷作用；焦炭等物料产生摩擦；热风通过引起温度急剧变化。因此，炉腰部位一般选抗渣侵蚀性强、耐冲刷的耐火材料。由于炉腹部位工作条件恶劣，开炉后不久耐火砖衬即被侵蚀掉而靠形成的渣皮来维持工作。因此，炉腹部位主要是靠加强冷却而不是靠增加炉衬砖的厚度来维持一代炉龄寿命。该区域应选用有很高的抗侵蚀、抗冲刷能力，同时还有一定抗热震能力的材料。现代大中型高炉在此部位普遍采用具有抗压、抗折强度大、抗侵蚀、抗冲刷能力强，而且易挂渣，同时还具有一定抗热震能力的刚玉、塞隆刚玉、铬刚玉、碳化硅、氮-碳化硅砖。本设计炉腹选用黏土砖。炉腰选用铜冷却壁。3、炉身炉身起着炉料加热、还原和造渣作用，自始至终承受着煤气的冲刷和物料冲击。炉身上部和中部温度较低(400～800℃)，无炉渣形成，主要受炉料冲击、炉尘上升的摩损和热冲击、或受碱、锌等的入侵和碳的沉积而遭受破坏。所以该部位主要采用低气孔率的优质高铝砖。炉身下部温度较高，热交换较多，有大量低熔物形成，受炽热炉料下降、煤气上升和粉尘的冲刷与碱金属蒸汽的侵蚀，因此，要求采用有良好抗渣性、抗碱性、高温强度及耐磨性较高的优质粘土砖、高铝砖、刚玉砖、铝碳砖或碳化硅砖。因此本设计选用与氮化硅结合的碳化硅砖。4、炉喉炉喉衬板以铸钢件制成，在炉喉的钢壳上装有吊挂座，座下装有横的挡板。图2.1炉喉钢砖1—炉喉钢砖；2—钢轨形吊挂；3—炉壳2.4高炉冷却设备2.4.1冷却设备的作用1、高炉冷却的作用高炉各部位由于工作条件不同，冷却的作用不完全相同，总体来说高炉冷却有以下几方面的作用：(1)降低耐火砖称温度，使其能保持足够的强度，维持高炉合理工作空间；(2)使炉衬表面形成保护性渣皮，并依靠渣皮保护或代替炉衬工作，维持合理的操作炉型；(3)保护炉壳及金属构件，使其不致在热负荷作用下遭到损坏。(4)不影响炉壳的气密性和强度。2.4.2冷却介质及水的软化高炉冷却用冷却介质是水，因为水的热容量大、热导率大、便于输送，成本低廉。水的软化，将钠离子经过离子交换剂与水中的钙、镁离子进行交换，而水中其它的阴离子没有改变，软化后水中的碱度未发生变化，而水中含盐量比原来略有增加。本设计采用软水密闭循环系统。2.4.3高炉冷却1、炉底：由于本设计高炉炉缸直径较大，径向周围光面冷却壁的冷却，已不足以将炉底中心部分的热量散发出去，因此炉底中心部分要冷却。炉底冷却装置是在炉底耐火砖砌体表面与基墩表面之间安装通风或通水的无缝钢管。冷却管安装布置原则是炉底中央排列较密，越往边沿排列逐步变稀，如下图所示。2、炉缸：炉缸采用光面冷却壁，风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍，砌体与冷却壁之间留有120mm缝隙，其中填以碳质填料，冷却壁的优点是不损坏炉壳强度，密封性好，冷却均匀，炉壳表面光滑平整。3、炉腹至炉腰部分冷却：考虑到铜冷却板的热导率高、耐腐蚀性、冷却强度大，利于保护炉衬等优点，炉腹至炉腰部位采用铜冷却板冷却。由于冷却板是在高炉铁皮上开孔后，再装入耐火砖衬的预留孔穴中，故投产后随着耐火砖砖缝扩大，炉内煤气就可能从冷却板与耐火砖之间间隙向外泄露，特别是高压炉顶。因此冷却板与铁皮间必须采取可靠的密封结构，采用波纹管和两个密封垫片来达到密封目的。冷却板回水则通过安设于给水环状管下相应的环形回水槽，集中流入回水主管。4、炉身部位采用Γ字形冷却壁和铜冷却板板壁结合冷却结构形式，这是一种新型的冷却结构形式。它既实现了冷却壁对整个炉壳的覆盖冷却作用，又实现了冷却板对炉衬的深度方向的冷却，并对冷却壁上下层风冷却的薄弱部位起到了保护作用，因而有良好的适应性。5、炉喉：炉喉钢砖采用二段式水冷；炉头部位喷涂FN-130喷涂料作为内衬，使用寿命一代炉役。6、风口：20个风口，每套风口由大、中、小三个水套组成，采用铸铜贯流式风口，热传导率大，冷却效果好。为了监视风口破损在每个风口进、出水管设一个双管式电磁流量计，风口装置如下图2-4所示。主要技术优点如下：(1)与传统的“炉壳——铸铁冷却壁——炉衬”相比，炉身寿命提高近1倍。(2)明显降低炉身造价。新型冷却模块结构以钢管代替铸铁冷却壁使冷却设备重量大大降低，而以耐热混凝土代替耐火砖，不论价格或数量都大为减少，使高炉炉身造价成倍降低。(3)缩短大修时间，大型模块的制造可在停炉前预先进行，停炉后只进行吊装、焊接、浇注对接缝等，相当于在高炉上整体组装炉身，大大缩短大修工期。图2.2风口装置示意图1—风口中套冷水管；2—风口大套密封阀；3—炉壳；4—抽气孔；5—风口大套；6—灌泥孔；7—风口小套冷水管；8—风口小套；9—风口小套压紧装置；10—灌泥浆孔；11—风口法兰；12—风口中套压紧装置；13—风口中套(4)高炉大修初始即形成操作炉型，有利高炉顺行，同时由于炉衬减薄，也扩大了炉容，在供排水方面无特殊要求，利用原有系统即可正常进行。2.4.4高炉冷却系统采用软（纯）水密闭循环冷却系统，工作原理见图2.5所示，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设备，冷却设备排出的冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经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。膨胀罐为圆柱形密闭容器，其中充以氮气，用以提高冷却介质压力，提高饱和蒸汽的温度，进而提高饱和蒸汽与冷却设备内冷却水实际温度之差，即提高冷却水的欠冷度。膨胀罐具有补偿由于温度的变化和水的泄露而引起的系统冷却水体积的变化，稳定冷却系统的运转，并且通过罐内水位的变化，判断系统泄露情况和合理补充软水。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。软水密闭循环系统的特点有：1、工作稳定可靠：由于冷却系统内具有一定的压力，所以冷却介质具有较大的欠冷度。2、冷却效果好，高炉寿命长。它使用的冷却介质是软（纯）水，是经过化学处理即除去水中硬度和部分盐类的水。这就从根本上解决了在冷却水管或冷却设备内壁结垢的问题，保证有效冷却并能延长冷却设备的寿命。3、节水。因为整个系统完全处于密闭状态，所以没有水的蒸发损失，而流失也很少4、电能耗量低。闭路系统循环水泵的能耗仅取决于系统的阻力损失。图2.3炉底水冷管布置2.5高炉送风管路高炉送风管路由热风总管、热风围管、与各风口相连的送风支管（包括直吹管）及风口（包括风口中套、风口大套）等组成。图2.4软（纯）水密闭循环冷却系统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2.5.1热风围管热风围管的作用是将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中去。热风总管和热风围管都由钢板焊成，管中由耐火材料筑成的内衬。为了不影响炉前作业，热风围管都采用吊挂式，大框架热风围管吊挂在横梁上，热风总管与热风围管的直径相同，其直径由下式计算：D==2.0m式中D——热风总管或热风围管内径，mQ——气体实际状态下的体积流量，m3/sv——气体实际状态下的流速，m/s，本计算取25m/s。2.5.2送风支管送风支管的作用是将热风围管攻来的热风通过风口送入高炉炉缸，还可通过它向高炉喷吹燃料。送风支管长期处于高温、多尘的环境中，工作条件很恶劣，所以要求送风支管密封性好，压损小，热量损失小，在热胀冷缩的条件下由自动调节位移的功能。送风支管由送风支管本体、送风支管张紧装置、送风支管附件等组成。2.5.3直吹管直吹管是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连，端头与风口紧密相连。热风经热风围管、弯管传到直吹管，通过风口进入高炉炉缸。直吹管由端头、管体喷吹管、尾部法兰和端头水冷管路五部分组成。2.5.4风口装置1、风口风口也称风口小套或风口三套，是送风管路最前端的一个部件。它位于高炉炉缸上部，成一定角度探出炉壁。风口与风口中套、风口大套装配在一起，加上冷却水管等其他部件，形成高炉的风口设备，其结构见图2.2所示。2、风口中套风口中套的作用是支撑风口小套，其前端内孔的锥面与风口小套的外锥面配合，上端的外锥面与大套配合，用铸造紫铜制作。3、风口大套风口导套的功能是支撑风口中套与小套，并将其与高炉炉体相连成为一体。风口大套的前端锥面与风口中套上端锥面配合，上端通过风口法兰与炉体装配连接在一起。风口导套为铸钢件。2.6高炉钢结构高炉钢结构包括炉壳、炉体框架、炉顶框架、平台和梯子等。高炉钢结构是保证高炉正常生产的重要设施。2.6.1高炉本体钢结构本设计采用炉体框架式。其特点是由4根支柱连接成框架，而框架是一个与高炉本体不相连接的独立结构。框架下部固定在高炉基础上，顶端则支撑在炉顶平台。因此炉顶框架的重量、煤气上升管的重量、各层平台及水管重量，完全由大框架直接传给基础。只由装料设备重量经炉壳传给基础。图2.5炉体大框架式这种结构由于取消了炉缸支柱，框架离开高炉一定距离，所以风口平台宽敞，炉前操作方便，还有利于大修时高炉容积的扩大。2.6.2炉壳炉壳是高炉的外壳，里面有冷却设备和炉衬，顶部是装料设备和煤气上升管下部坐落在高炉基础上，是不等截面的圆筒体炉壳的主要作用是固定冷却设备，保证高炉砌砖的牢固性、承受炉内压力和起到炉体密封作用，因此炉壳必须具有一定强度。炉壳厚度应与工作条件相适应，各部位厚度可由下式计算；δ=kD式中δ——计算部位炉壳厚度，mm；D——计算部位炉壳外弦带直径，m；K——系数，mm/m；与弦带位置有关。2.6.3炉体框架炉体框架由四根支柱组成，上至炉顶平台，下至高炉基础，与高炉中心成对称布置，在风口平台以上部分用钢结构。风口平台以下是采用钢筋混凝土结构。保证支柱与热风围管用250mm间距。2.6.4炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈炉缸支柱是用来承担炉腹或炉腰以上，经炉腰支圈传递下来的全部负荷。它的上端与炉腰支圈连接，下端则伸到高炉基座的坐圈上。大中型高炉一般都是用24～40mm的钢板，焊成工字形断面的支柱，为了增加支柱的刚度，常加焊水平筋板。支柱外倾斜角6°左右，以使炉缸周围宽敞。支柱的数目为12个（风口数目的一半），并且均匀地分布在炉缸周围，其位置不能影响风口、铁口、渣口的操作，其强度则应考虑到个别支柱损坏时，其它相邻支柱仍能承担全部负荷。为了防止发生炉缸烧穿时，渣铁水烧坏炉缸支柱，应从高炉基座的坐圈直到铁口以上1m处的支柱表面，用耐火砖衬保护。炉身支柱的作用是支撑炉顶框架及炉顶平台上的载荷、炉身部分的平台走梯、给排水管道等。炉腰支圈的作用是把它承托的上部均布荷载变成几个集中载荷传给炉缸支柱，同时也起着密封作用。其结构如图2.6所示：图2.6炉腰支圈支柱坐圈是为了使支柱作用于炉基上的力比较均匀。在每个支柱下面都由铸铁或型钢做成的单片垫板，并且彼此用拉杆或整环连接起来，以防止支柱在推力作用下或基础损坏时发生位移。2.7高炉基础高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到地基。高炉基础由埋在地下的基座部分和地面上的基墩部分组成。其结构如图2.7所示2.7.1高炉基础的负荷2238976451图2.7高炉基础1—冷却壁；2—水冷管；3—耐火砖；4—炉底砖；5耐热混凝土基墩；6—钢筋混凝土基高炉基础承受的荷载有：静负荷、动负荷、热应力的作用，其中温度造成的热应力的作用最危险。1、静负荷高炉基础承受的静负荷包括高炉内部的炉料重量、渣、铁液重量、炉体本身的砌砖重量、金属结构的重量、冷却设备及冷却水重量、炉顶设备重量等，另外还有炉下建筑物、斜桥、卷扬机等分布在炉身周围的设备重量。就力的作用情况来看，前者是对称的，作用在炉基上，后者则常常是不对称的，是引起力矩的因素，可能产生不均匀下沉。2、动负荷生产过程中常由崩料、坐料等引起，加给炉基的动负荷是相当大的。3、热应力的作用炉缸中贮存着高温的铁液和渣液，炉基处于一定的温度下。由于高炉基础内温度分布不均匀，采用里高外低，上高下低，这就在高炉基础内部产生了热应力。2.7.2对高炉筑基的要求高炉基础一般由埋在地下的基座和露在地面的耐热基墩组成。高炉基础承受着高炉炉体、支柱及其他有关附属设施所传递的重力，还受到炉缸、炉底高温的影响而产生热应力的作用，通常会产生放射状的裂缝。因此在进行炉基的材质，形状尺寸设计时，必须保证其有足够的耐压强度和耐热性能。根据高炉基础的工作条件，高炉基础应当满足以下几方面的要求：1、传递给地层的压力不应超过地层的允许承载力；2、在工作期间的均匀下沉量越小越好，不得产生过度沉陷，特别是不均匀沉陷要求更要严格，一般要求均匀下沉量不得大于20~30mm，允许倾斜值应小于0.1%~0.5%，以保证设备的相对位置稳定，防止设备变形破坏，以维护高炉正常生产。3、应有足够的机械强度和耐热能力，即它在重力载荷和高温作用下能保持正常的工作状态；4、土方工程量少，施工方便，投资省。3高炉车间的运转新建的炼铁车间，多采用人造富矿——烧结矿和球团矿为原料，运输设备均采用皮带机。本设计的上料系统也采用皮带式上料机，皮带机运输作业率高，原料破碎率低，并且轻便，大大简化了矿槽结构。皮带机的运输能力应该满足高炉对燃料的需求，同时还应该考虑物料的特性如粒度、堆比重、动堆积角等因素。皮带机的主要技术参数可以计算，也可以从手册查出。本设计的高炉容积是25200m3，其皮带机的技术参数见表3.1。表3.1高炉上料皮带机的主要技术参数容积/m3宽度/mm速度/m·min-1水平长度/m倾角能力/t·h-1电机功率×台/kW18001200120397.2213°150019003.1贮矿槽、贮焦槽及槽下运输筛分称量3.1.1贮矿槽与贮焦槽贮矿槽位于高炉一侧，它起原料贮存作用，解决高炉连续上料和车间间断供料的矛盾。当贮矿槽之前的供料系统设备检修或因事故造成短期间断供料时，可依靠贮矿槽内的存量，维持高炉生产。由于贮矿槽都是高架式的，可以利用原料的自重下滑进入下一工序，有利于实现配料等作业的机械化和自动化。采用皮带机上料时，贮矿槽与上料机中心线应互成直角，以缩短贮矿槽与高炉间距。贮矿槽的总容积与高炉容积、使用的原料性质和种类、以及车间的平面布置等因素有关，一般可参照表3.2选用，也可根据贮存量进行计算，贮矿槽贮存12～18h的矿石量，贮焦槽贮存6～8h的焦炭量。表3.2贮矿槽、贮焦槽容积与高炉容积的关系项目高炉有效容积/m32556001000150020002500贮矿槽容积与高炉容积之比>3.02.52.51.81.61.6贮焦槽容积与高炉容积之比>1.10.80.70.7～0.5焦槽个数/个2222≥2≥2贮矿槽总容积V总=1.6Vu=1.6×1800=2880m3烧结矿V烧=2880×80%=2304m3，则烧结矿仓为573.58×5m3；球团矿V球=2880×20%=576m3，则球团矿仓为402.56×2m3；贮焦槽总容积V总=0.6Vu=0.6×1800=1080m3，则贮焦槽为547.5×2m3经计算得到单个矿槽的尺寸如下：烧结矿贮矿槽上面高度5.5m，边长9m，下面锥台高度4m，锥台下边长2.7m。球团矿、天然矿贮矿槽上面高度3.5m，边长9m，下面锥台高度4m，锥台下边长2.7m。贮焦槽贮矿槽上面高度4.7m，边长10m，下面锥台高度4m，锥台下边长2.7m。3.1.2槽下运输称量在贮矿槽下，将原料按品种和数量称量运到上料皮带机的方法有两种：一种是用称量车完成称量、运输、卸料等工序；一种是用皮带机运输，用称量漏斗称量。我国新建的300m3以上的高炉基本上都选用皮带机作为槽下运输设备。槽下采用皮带机运输和称量漏斗称量槽下运输称量系统，焦仓下设有振动筛，合格的焦炭经焦炭输送机送到焦炭称量漏斗，小颗粒的焦粉经粉焦输出皮带机运至粉焦仓。烧结矿仓下也设有振动筛，合格烧结矿运至矿石称量漏斗，粉状烧结矿经矿粉输出皮带机输送至粉矿仓。球团矿直接经给料机、矿石输出皮带机送至矿石集中漏斗。3.2上料设备将炉料直接送到高炉炉顶的设备称为上料机。对上料机的要求是：要有足够的上料能力，不仅能满足正常生产的需要，还能在低料线的情况下很快赶上料线。为满足这一要求，在正常情况下上料机的作业率一般不应超过70%；工作稳妥可靠；最大程度的机械化和自动化。上料机主要有料车式和皮带机上料两种方式。本设计采用皮带机上料。其优点是：1、工艺布置合理。料仓离高炉远，使高炉周围空间自由度大，有利于高炉炉前布置多个出铁口。2、上料能力强。满足了高炉大型化以后大批量的上料要求。3、上料均匀，对炉料的破碎作用较小。4、设备简单、投资较小。5、工作可靠、维修方便、便于自动化操作。上料皮带机的倾角最小11°，最大14°。皮带机宽度随高炉容积而异，保证皮带机运行安全非常重要。因此，在设计上采取了很多措施：如皮带机可以两个方向驱动，连续运转；设4台电机，两台运转两台备用；为预防反转用两台电机做制动；用液压缸拉紧皮带；设有观察皮带机运行情况的装置等等。4高炉炉顶装料设备高炉炉顶装料设备是用来将炉料装入高炉并使之合理分布，同时起炉顶密封作用的设备。目前国内使用最多的装料设备是双钟式炉顶和无钟式炉顶。本设计采用无钟式炉顶炉顶装料设备。无论何种炉顶装料设备均应能够满足以下基本要求：（1）生产能力大，能连续供料，能适应高炉强化生产的供料要求和原料品种变化后的要求；（2）抗磨性能好，机械强度高，并能在高温、多粉尘条件下长时间地连续工作；（3）结构简单、操作方便、易于维护。应废除人工操作，全面实现机械化和自动化供料；（4）原料系统各转运环节和漏料点都为多粉尘条件，在设计时应该考虑足够的通风除尘设施，尽量不污染工作环境；（5）运输费用低，基建投资少。4.1无钟式炉顶装料设备无钟式炉顶装料设备从结构上，根据受料漏斗和称量料罐的布置情况可划分为两种，并罐式结构和串罐式结构。本设计采用串罐式结构。4.1.1串罐式无钟炉顶装料设备串罐式无料钟炉顶有以下优点：1、由于两个料罐的中心线都在高炉中心线上，所以它避免了了卸料时炉料的粒度和体积偏析，从而得到了圆周上的均匀布料。2、将串罐中的下罐为称量料罐，并与下密封阀硬连在一起，料罐内卸压和充压均不会影响称量值的准确性。3、在上部料罐和下部称量料罐中部设有导料器，这