设计一座年产200万吨炼铁车间

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1、学 号：201334690141 毕业设计说明书 GRADUATE DESIGN设计题目：设计一座年产200万吨的高炉炼铁车间 重点煤气处理系统学生姓名：赵喆 专业班级：13冶金工程 学 院：工程教育实验班指导教师：贾艳 副教授 2016年05月15日摘要 摘 要现代炼铁生产是用高炉来完成的。高炉炼铁是用还原剂（焦炭、煤等）在高温下将铁矿石或者含铁原料还原成液态生铁的过程。本设计任务是设计一个年生产能力达200万吨炼铁高炉车间。本次设计的高炉 1100m。高炉炉型为五段式，高炉炉衬设计依据各个部分的工作条件的不同以及炉衬破损的机理，选择相应的耐火材料。热风炉采用的传统改进型内燃式热风炉，燃烧室

2、为复合型断面，热风炉数量为3座，关于热风炉的设计部分还包括热风炉的各种设备以及相应的技术参数。上料系统采用的是可不间断上料，原料破损率低的皮带运输上料，炉顶装料设备是并罐式无钟炉顶。煤气处理系统的功能是降低高炉煤气粉尘含量，一般分为三个阶段-粗除尘、半精细除尘、精细除尘。煤粉喷吹系统采用了单管路串罐式直接喷吹工艺，这种工艺大大提高了喷吹效率，改善冶炼条件。本设计中还包括了其他一些环节的设计，例如渣铁处理系统。在设计的同时，广泛参考借鉴前辈的研究数据和国内外同级别炉容的高炉的实际生产经验，从理论和实践并举的角度出发，努力使本设计的高炉在技术操作上实现自动化和机械化，并把对环境的损害降到最低。关键

3、词 原始配料；煤气处理系统；本体设计摘要Abstract Modern iron production is done in blast furnaces. Blast furnace iron is the process of reducing iron ore or iron ore raw material into liquid iron by using reducer (coke, coal, etc.). The design task is to design an annual production capacity of 2 million tons of steel f

4、urnace workshop. The design is 1100m cubed. The furnace type of blast furnace is five, and the blast furnace lining is designed according to the working conditions of different parts and the mechanism of lining damage, selecting the corresponding refractory materials. Modification of hot blast stove

5、 adopts traditional internal combustion hot blast stove, the combustion chamber for complex section, hot blast stove number for 3, the design of the hot blast stove part also includes all kinds of equipment and corresponding technical parameters of hot blast stove. The loading system is used on the

6、belt conveyance which is not discontinuous, the material damage rate is low, the top loading equipment is the roof of the bell. The function of the gas treatment system is to reduce the amount of dust in blast furnace gas, which is generally divided into three stages - coarse dust, semi-fine dusting

7、 and fine dusting. The blow-blow system of coal powder is used for the direct injection of single pipe canister are included in the design. In the design at the same time, the broad predecessors research data and reference at home and abroad with the actual level of furnace of the blast furnace prod

8、uction experience, from the perspective of both theory and practice, to make the design of blast furnace automation and mechanization on technical operation, and to minimize the damage to the environment.Keywords raw ingredients; Gas treatment system; Ontology design目录目 录摘 要IAbstractII第1章 设计概述71.1 高

9、炉炼铁发展概况71.2 高炉及其设备71.3 炼铁设计的基本原则8第2章 高炉炼铁工艺计算92.1 原始配料92.2 高炉配料计算112.2.1 每吨铁矿石用量计算112.2.2 高炉生铁成分计算112.2.3 渣量及炉渣成分计算122.3 物料平衡计算132.3.1 根据碳平衡计算入炉风量132.4 热平衡计算182.4.1工艺热收入182.4.2 工艺热支出192.4.3 热平衡表23第3章 高炉炼铁车间设计243.1 生铁产量的确定243.2 高炉炼铁车间总容积的确定243.3 高炉座数的确定24第4章 高炉本体设计254.1 炉型设计254.1.1炉缸高度254.1.2炉缸直径254.

10、1.3死铁层厚度264.1.4炉腰直径、炉腹角、炉腹高度264.1.5炉喉直径、炉喉高度264.1.6炉身角、炉身高度、炉腰高度264.1.7校核炉容274.2 炉衬设计274.2.1 炉底和炉缸274.2.2 炉腹284.2.3 炉腰和炉身下部284.2.4 炉身上部和炉喉284.3炉衬砌筑284.4基座与基墩284.5 高炉冷却系统294.5.1冷却设备的作用294.5.2 冷却介质294.5.3 冷却系统选择294.5.4 各部位的冷却设备选择与设计304.5.5冷却设备的工作制度304.6 高炉钢结构314.6.1 高炉本体钢结构314.6.2 炉壳314.6.3 热风围管32第5章

11、上料系统335.1 高炉上料系统概述335.2 矿槽与焦槽335.2.1 矿槽335.2.2 焦槽345.3给料，筛分与称量345.3.1 给料器345.3.2 筛分设备345.3.3 炉料称量355.4 上料355.4.1 上料设备355.4.2 设备内容简算355.5 炉顶装料设备365.5.1设备概述365.5.2 并罐式无料钟炉顶375.6 布料方式375.7 探料装置37第6章 送风系统386.1 高炉鼓风机386.1.1 高炉鼓风机技术要求386.1.2 高炉入炉风量的计算386.1.3 鼓风机风量386.1.4 高炉鼓风压力396.1.5高炉鼓风机选择396.2 热风炉406.2

12、.1基本参数的确定406.2.2 热风炉座数的确定406.2.3 热风炉管道416.2.4 热风炉主体设备以及尺寸的计算416.3 高炉送风管路436.3.1 热风围管436.3.2送风支管436.3.3风口44第7章 煤气处理系统457.1 荒煤气管道457.1.1 导出管457.1.2 上升管457.1.3 下降管457.2 粗除尘467.3 半精细除尘介绍477.4 精细除尘477.5 其他附属设备47第8章 喷吹系统488.1 喷吹工序488.2 喷吹设备容积的确定488.2.1喷吹罐有效容积的确定488.2.2 贮煤罐488.3喷吹主要设备488.4 安全措施498.4.1 煤粉爆炸

13、的条件498.4.2 采取的安全措施50第9章 渣铁处理系统519.1风口平台及出铁场的布置519.2 炉渣处理519.3 铁水处理519.4 渣铁沟和撇渣器设计519.5 炉前设备的选择52结 论53参考文献54致 谢55附 录56第1章 设计概述第1章 设计概述随着改革开放打开国门，我国的经济飞速发展，也促进了钢铁业的飞速发展。但是由于其是资源消耗大户，尤其是能源消耗，同时高炉所产生的废气废渣等如果不做适当的利用或处理，对环境会形成极大的破坏，因此钢铁业的发展又面临着严峻的挑战。为了使得钢铁业朝向节能环保高效的方向发展，就必须对目前的炼铁技术进行创新和改进。本次设计的任务是年产200万吨的

14、炼铁高炉车间，在计算与设计时参考借鉴了许多前辈们的心血研究，以及国内外同行的生产经验，旨在设计出一座各项经济技术指标优良，而且环保的炼铁车间。此次设计结合了当前世界高炉发展的趋势，和考虑到我国减少农田占用的基本国情，进行了合理的设计。但由于专业知识和经验的不足，在设计过程中或多或少存在有偏差和错误的地方，欢迎各位老师同学们向我提出您珍贵的建议和意见。1.1 高炉炼铁发展概况钢铁长久以来是人类使用量最多的，使用范围最广的重要材料。钢铁在我们日常生产生活中发挥着至关重要的作用，人们使用的生产生活工具和生活基本设施也全直接或间接地使用过钢铁。衡量一个国家工业化水平的重要标志就是这个国家的钢铁产量，而

15、且其钢铁质量也影响着这个国家其他工业产品的质量，所以钢铁业对一个国家的工业发展具有至关重要的作用。石钢公司通过完善的质量监控体系保证在线产品及出厂产品质量，2003年荣获全国质量效益型先进企业称号、“2003年度全国用户满意企业”荣誉称号及省级用户满意企业称号，多项产品被评为省用户满意产品。因此，本设计数据以石钢生产为依据。最近几年来我国钢铁行业的发展面临巨大的挑战，特别是经济危机以来，全球经济增速缓慢，以及我国正处于产业结构调整期以及越来越重视环境问题，大量高能耗的产业面临着整改甚至关闭，去年河北等地就关闭了一些小型钢铁厂并炸毁部分高能耗的高炉，房地产市场的长期低迷也使钢铁需求量持续下降，使

16、得近几年来我国的钢铁生产状况供大于求的状况。1.2 高炉及其设备生铁冶炼的最主要设备是五段式高炉本体（炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉），外形是圆筒形，炉壳材料为钢板材料，内村为耐火材料，在炉壳和耐火材料之间87华北理工大学13冶金工程教育实验班布置有冷却设备。要想把铁矿石变成铁水，只靠高炉本体是完不成的，还需要其它系统的配合，如供料、送风、煤气处理、渣铁处理、喷吹燃料等处理系统。1.3 炼铁设计的基本原则炼铁高炉在可行性、环保、安全性、经济性等方面多做细致深入的考虑，可归纳为以下几项基本原则：（1）客观性 以事实客观的数据为设计依据，保证能成功地付诸实施。（2）合法性 确定设计原则和设计方案符合

17、国家工业建设的方针和政策。（3）先进性 设计必须根据高炉的当前以及未来发展趋势，反映出钢铁研究领域的最新研究成果。（4）经济性 在综合各方面的考虑的情况下，选择单位产品经济效益最佳的方案。（5）综合性 在设计中，要从全局考虑，尽量做到各部分设计之间能相互协调，不冲突矛盾。（6）标准化 在设计时应尽量采用标准化的设计，这样可以缩短建设时间，节约建设成本。第2章 高炉炼铁工艺计算第2章 高炉炼铁工艺计算高炉炼铁工艺计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。这是在设计一座新高炉时或者高炉采用新冶炼技术之前选择各项生产指标、确定各物料用量以及工艺参数的重要依。2.1 原始配料冶炼一吨生铁需要一定数量

18、的矿石、熔剂和燃料。对于炼铁设计的计算工艺，燃料的用料是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要目的是求出在满足炉渣碱度要求的条件下，冶炼规定成分生铁所需的矿石和熔剂的数量。计算已知数据如下：一、原燃料成分如表2-12-3所示（本设计数据以石钢生产为依据，数据如表）二、炼钢用生产，规定生铁成分Si=0.25%，S=0.028%。根据石钢数据设计整合如下表石钢数据表(%)名称TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPTiO2ZnOPB块62.312.850.311.410.10.06高镁球62.100 5.110 0.260 4.140 0.650 0.012 0.130 0.051 烧结矿5

19、4.789.96.0311.51.912.580.0220.0660.130.017华北理工大学13冶金工程教育实验班原料TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3SPTiO2烧结矿54.789.96.0311.51.912.580.0220.0660.13PB块62.31-2.85-0.311.41-0.1000.06高镁球62.100 -5.110 0.260 4.140 0.650 -0.012 0.130 混合矿36.6287.9855.6988.6372.6842.0540.5870.6231.031炉尘46.36714.69813.6588.6981.6541.6540.9840.

20、698-原料CMnO2MnOFe2O3FeSP2O5ZnOH2O烧结矿-0.14767.2510.0540.1483.99-100.00PB块-3.465-86.547-0.154-2.600100.00高镁球-0.13289.235-0.0160.100 0.051 100.00混合矿-0.6560.14676.2350.0850.13542.9280.521100.00炉尘13.654-0.23545.2230.2540.050-100.00表2-1 原料成分表(%)注：高炉采用三种矿石混合冶炼（烧结矿：PB块：高镁球矿=75：15:14）表2-2 焦炭成分表(%)固定碳灰分（13.66%

21、）SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O583.756.265.320.770.120.850.030.01挥发分（0.97%）有机物（1.52%）合计全硫游离水CO2COCH4H2N2HNS0.100.640.100.100.040.700.280.56100.000.5623.24表2-3 煤粉成分表(%)灰分（16.78%）合计82.501.861.830.360.240.755.575.310.540.230.72100三、设计焦比K=390kg，煤比M=110kg。 四、炉渣碱度R=CaO/SiO2=1.2。第2章 高炉炼铁工艺计算五、元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率，如表

22、2-4所示。表2-4 表元素分配率表项目生铁0.9960.51.0-炉渣0.0030.50-煤气0000.05六、铁的直接还原度，氢的利用率。七、鼓风湿度测定为12.5g/m3（湿风）。八、热风温度为1100。九、高炉使用冷烧结矿，炉顶温度为200。十、高炉有效容积利用系数。2.2 高炉配料计算2.2.1 每吨铁矿石用量计算配料燃料带入的铁量（焦比K=390kg，煤比M=110kg）矿石用量 2.2.2 高炉生铁成分计算第2章 高炉炼铁工艺计算 生铁成分表如下表所示表2-5 生铁成分表(%)FeSiMnPSC95.210.250.100.030.034.381002.2.3 渣量及炉渣成分计算

23、炉料带入的各种炉渣组分的数量为 渣中MnO量：渣中FeO量： 1t生铁炉料带入的硫量：进入生铁的硫量：进入煤气的硫量：进入渣中的硫量：炉渣组成如表2-6所示。表2-6 炉渣组成表项目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2数量/kg192.3841.89178.9350.711.253.671.38514.93成分/%41.6212.7734.679.810.230.720.27100.00炉渣性能校核：炉渣实际碱度R=214.60/178.91=1.20(与规定碱度相符)；炉渣脱硫之硫的分配系数Ls=20.28/0.028=20；查阅炉渣相图可知，该炉渣熔化温度为1450；黏度：15

24、00时，2.5泊；1400时，4泊。由炉渣成分及性能校核可以看出，这种炉渣是能够符合高炉冶炼要求的。四、炉渣性能和脱硫能力验算(1)安拉姆教授提出的渣中氧化物总和检查炉渣的脱硫能力，为达到渣中含S 1.0%以上、生铁含硫0.02%，炉渣中w（RO）必须达到：w（RO）%=50-0.2516.00+30.9-（0.30.33+300.024）/0.345377=45.32 (2)实际碱度： w（RO）%=w（CaO）%+w（MgO）%+w（MnO）%+（FeO）%=39.91+10.56+0.96+0.88=52.31因为实际大于要求的，所以能够保证脱硫。2.3 物料平衡计算2.3.1 根据碳平

25、衡计算入炉风量每吨生铁各项耗碳是：燃料带入的可燃碳量Cf生成CH4的耗碳量生铁渗碳式中U每吨生铁的渣量，kg;(S) 渣中含硫量。铁的直接还原耗碳量风口前燃烧碳量风口碳量所占比例为鼓风含氧量因此，每吨生铁的鼓风量鼓风密度每吨生铁的鼓风质量2.3.2 煤气组分和煤气质量计算1、CH4的体积2、H2的体积鼓风湿分分解的氢燃料带入的氢 入炉的氢气总量生成CH4耗氢假设有35%的氢参加还原（），的氢量为还原 进入煤气的氢量高炉中氢的还原度 3、CO2的体积矿石带入的CO2焦炭带入的CO2由炉料带入的CO2高级氧化铁还原成的CO2矿石中二氧化锰还原生成氧化锰产生的CO2由FeO还原成Fe生成的CO2因还

26、原生成的CO2总量煤气中的CO2总量4、CO的体积风口前燃烧的碳生成的CO 铁直接还原生成的CO 其他直接还原生成的CO 上列三项CO总量 焦炭挥发分带入的CO 扣除间接还原消耗的CO后，进入煤气中的CO总量为5、 N2的体积鼓风带入的N2焦炭煤粉带入的N2煤气中N2的总量将上列计算结果列表2-7，求出煤气（干）总量及煤气成分。表2-7 煤气组成表项目CO2COH2CH4N2体积/m3340.07371.1434.338.52926.931680.99含量/%20.2322.082.040.5155.14100.00 煤气和鼓风体积比为煤气密度每吨生铁的煤气质量三、煤气中水量计算还原生成的矿石

27、带入的结晶水焦炭带入的游离水四、考虑炉料的机械损失，实际入炉量：矿石量焦炭量因此，机械损失（含炉尘）量为列物料平衡表2-8，计算物料平衡误差表2-8 物料平衡表物料输入物料支出项目数量（kg）项目数量（kg）矿石1829.33生铁1000焦炭421.12炉渣515.92煤粉110煤气2299.24鼓风1523.75煤气中的水汽50.8-炉尘62.75总计3916.34总计3928.21物料平衡误差：绝对误差=3915.34-3928.21=12.86kg相对误差=12.87/3915.34=0.32%2.4 热平衡计算2.4.1工艺热收入1、氧化成CO的碳量则为碳素氧化热由还原反应生成的CO2

28、为340.07m3，相当于氧化生成CO2的碳量是碳素氧化热为2、鼓风带入的热量查表可知1100时，干空气比焓375.1kcal/m3，水蒸气比焓457.6kcal/m3。每吨生铁的风量为1190.51m3,因而鼓风带入的物理热为：3、氢氧化热及CH4生成热氢参加还原生成的水量为H2Or=21.75kg，生成甲烷的耗碳是，这两部分热量为4、因采用冷矿，炉料带入物理热可忽略不计以上各项总热收入为2.4.2 工艺热支出1、氧化物分解耗热（1）铁氧化物分解耗热烧结矿中以硅酸铁形态存在的FeO量为以Fe3O4形态存在的FeO量则为以Fe3O4形态存在的Fe2O3量为因此，矿石带入的Fe3O4量为矿石带入

29、的赤铁矿量为燃料带入的FeO量为进入渣的FeO量3.65kg需分解的硅酸铁中FeO总量为因此，铁氧化分解耗热（2）其他氧化物分解耗热氧化物分解耗热总量2、碳酸盐分加热生矿中二氧化碳的量其中，以CaCO3形态存在则为以MgCO3形态存在的则为 则以MgCO3形态存在的量为0kg碳酸盐分加热3、脱硫耗热4、水分分解耗热 5、游离水蒸发耗热6、铁水带走热量（取铁水比焓280kcal/kg） 7、喷吹煤粉分解耗热（无烟煤分解耗热250kcal/kg） 8、炉渣带走热量（取炉渣比焓420kcal/kg） 9、煤气带走热量高炉煤气是高炉炼铁的副产品，煤气成分以N2、C02和C0为主，其特点是含尘量大、不易

30、着火、燃烧不稳定、热值低，一般为3 0003 800 kJm3，产出波动大，尤其是高炉休风或发生待料的时候。高炉煤气的主要用户是高炉热风炉、焦炉、电站锅炉以及燃用高焦混合煤气的轧钢加热炉等。由于高炉煤气的热值较低，一般企业在煤气平衡不好时首先选择放散高炉煤气，因此高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的标志。当炉顶温度200时，查表2-9可知各气体组分的比焓是（kJ/m3）。表2-9 各气体组分比焓CO2COH2CH4N2H2O85.462.762.287.462.672.8干煤气带走的热量(煤气比66.51kcal/m，其平均热熔为0.3325kcal/(m.)华北理工大学13

31、冶金工程教育实验班煤气中的水蒸气带走的热量（还原生成的水量27.07m3，水蒸气100时的比焓为36kcal/kg）炉尘带走的热量为因此，煤气带走的热量为10、工艺热损失热支出9项总和为高炉热损失热损失所占比例：122753.6/10166013=1.21%第2章 高炉炼铁工艺计算2.4.3 热平衡表计算热平衡指标表2-10 热平衡表热收入热支出项目KcalkJ百分比项目KcalkJ百分比碳素氧化热1901485.27948208.1478.18氧化物分解热1604978.86708894.7666.52鼓风物理热448082.671872984.8718.42脱硫耗热7541.131521.

32、80.31氢氧化热76238.56318677.173.13碳酸盐分加热000炉料物理热000水分分解热50250.08210045.312.08游离水蒸发热11076.8746301.310.46喷吹分解热275001149501.14铁水带走热量280000117040011.6炉渣带走热216686.41905749.158.96煤气带走热118656.46473407.414.69热损失29366.89122753.61.22总计2432040.510087500.40100.00总计2432040.510087500.42100.00高炉有效热量利用系数高炉碳素热能利用系数华北理工大

33、学13冶金工程教育实验班第3章 高炉炼铁车间设计3.1 生铁产量的确定 本设计任务书上的生铁产量为年产200万吨。3.2 高炉炼铁车间总容积的确定 高炉炼铁车间日产量（t），即： 确定工作日：日产量3.3 高炉座数的确定随着近年来管理水平的提高，新建的钢铁厂高炉的数目通常只有23座。本车间设计的高炉数目为2座。则 （1）每座高炉日产 （2）根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效利用系数（）计算每座高炉有效容积：，取1100m。第4章 高炉本体设计第4章 高炉本体设计高炉本体设计主要是高炉基础、钢结构、炉衬、冷却设备的设计以及高炉炉型设计等。要进行高炉本体设计首先要进行高炉炉衬的设计。一般规定高炉有效

34、容积大于650，小于4000立方米的称为大型高炉，有效高度与炉腰直径比有关。由有效容积1100m确定参数，所以高径比在2.65-2.85且随着高炉有效容积的增加，高径比在减小取2.85。4.1 炉型设计高炉炉型指的是高炉工作空间的内部剖面形状，采用五段式设计炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。4.1.1炉缸高度选取，一昼夜出铁次数取为10，则渣口高度，取2.0m 。取风口、渣口中心线的高度差安装风口的结构尺寸，则炉缸高炉为风口数目，取n=20。4.1.2炉缸直径冶炼强度，取燃烧强度，则炉缸直径为 取7.5m 校核 合理华北理工大学13冶金工程教育实验班4.1.3死铁层厚度 选取 4.1.4炉腰直径、

35、炉腹角、炉腹高度选取D/d=1.13，则D=1.137.5=8.51（m），取8.50（m）选取=80.50，则炉腹高度，取3m校核 则=80.544.1.5炉喉直径、炉喉高度选取,则选取4.1.6炉身角、炉身高度、炉腰高度选取=84，则校核 选取求得第4章 高炉本体设计4.1.7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总体积误差：炉型设计合理，均与现存高炉的尺寸范围相符合。4.2 炉衬设计4.2.1 炉底和炉缸炉底、炉缸在耐火材料上的选择有不同的方案，典型的结构有两大类：全炭砖炉缸侧壁和综合炉底结合的结构（简称全炭转结构），综合炉缸侧壁和综合炉底结合的结构（简称陶瓷杯结构）。本设

36、计采用全炭转结构，主要耐火材料是碳质-微孔大块炭砖、半石墨化大块炭砖、石墨砖（炉底最底下1-2层）。华北理工大学13冶金工程教育实验班4.2.2 炉腹炉腹的工作条件恶劣，在高炉开始工作不久后耐火材料就被侵蚀，该部分主要是靠衬砖表面形成的渣皮进行工作。所以，在炉腹部分要维持一代炉龄寿命采取的主要措施是靠加强冷却。所以本设计炉腹采用高铝砖，周围采用镶砖冷却壁。4.2.3 炉腰和炉身下部从炉腹到炉身下部的炉衬受到的破坏有机械冲刷作用、渗透作用、化学侵蚀作用、热震作用。本设计采用的是砖壁合一的薄壁炉衬。砖壁合一的薄壁内衬结构主要包括两种布置形式。第一种为全铸铁冷却壁形式，第二种为铸铁和铜冷却壁二者混合

37、形式。本设计采用第二种形式即铸铁冷却壁和铜冷却壁混合形式，在炉腹、炉腰及炉身下部这三个部位均采用铜冷却壁。4.2.4 炉身上部和炉喉炉身上部温度较低，主要所受破坏煤气流冲刷与炉料摩擦。本设计炉身上部以高铝砖砌筑，炉身上部没有设内衬，由冷却壁维持正常工作。炉喉所受的破坏作用更多，例如煤气流的冲刷作用、固体炉料的摩擦作用、装料时温度急剧波动的热震破坏作用，甚至受到炉料的直接撞击作用。所以本设计采用炉喉钢砖为炉喉衬板。4.3炉衬砌筑不定形耐火材料：根据风口铁口的具体尺寸再做选择和调整。砖型和砖数：用G-1直型砖与G-3或G-5楔形砖配合使用，或用G-2直型砖与G-4或G-6楔形砖配合使用。4.4基座

38、与基墩把高炉全部荷载均匀地传给地基，高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形，管路破裂。且钢筋混凝土700时失去强度。当没有耐热混凝土基墩和炉底冷却设备，炉底破损到一定程度后，会引起基础破坏。本设计采用水冷炉底及耐热基墩。华北理工大学13冶金工程教育实验班基墩的作用是隔热和调节铁口标高。基墩用耐热混凝土做成。基墩的形状为圆柱体，直径尺寸与炉底相适应，并要求高度一般为2.5-3.0m，本设计为3.0m。钢环与炉壳之间留150mm空隙，内填充碳素材料。基墩与基础之间留有10mm的水平温度缝，其间填充石英砂，以抵抗形变损害。地表面积： 其中：安全系数K=0.96，地基土质承载能力S=25t/总载荷取 P=6

39、V=7380t本设计基座选用正八边形，其对角线长为40m。4.5 高炉冷却系统4.5.1冷却设备的作用长期在高温下工作的高炉炉衬，必须经过冷却才能使其寿命延长，从而延长高炉的寿命，因此，高炉有一系列的冷却设备来保证高炉安全平稳运行，这些冷却设备的主要作用有以下四点：1.连续不间断地降低耐火砖衬的温度。2.冷却炉衬表面从而使炉渣在炉衬表面冷却凝结从而在炉衬表面形成保护性渣皮。3.冷却炉壳和相关金属构件，防止其被高温破坏。4.支撑高炉内衬。4.5.2 冷却介质本设计采用水冷的方式，因为水可以凭借其最大的比热容带走大量的热，而且水的价格便宜，运输方便，有利于降低生产成本。4.5.3 冷却系统选择高炉

40、冷却系统主要有汽化冷却、开式工业水循环冷却、软（纯）水密闭循环冷却三种系统。本设计采用软（纯）水密闭循环冷却系统，此系统有以下优点：1.工作性能不仅可靠而且稳定；2.具有良好的冷却效果，可延长高炉寿命；3.节水、节能。4.5.4 各部位的冷却设备选择与设计炉底侧面和炉缸本设计中炉底和炉缸部位采用光面冷却壁。风口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7001500mm，厚度80120mm。高度视炉壳折点而定，一般小于3000mm。因此采用光面冷却壁。炉腹、炉腰这两个地方均采用镶砖冷却壁。冷却壁紧靠炉衬。炉腹采用不带凸台的镶砖冷却壁，厚度为250350，高度小于3000（炉腹取1

41、600，炉腰取2000）炉身本设计炉身采用板壁结合冷却结构形式。可以取消最上层的支梁水箱，减少了炉壳开孔。炉顶采用喷水冷却 。4.5.5冷却设备的工作制度一、水的消耗量：先计算出炉体的热负荷。炉体总热负荷计算经验公式如下：Q 炉体热负荷，106kJ/h； n 高炉风口数，个；Vu 高炉有效容积，m3。 炉体总热负荷与总冷却水用量关系如下：Q 炉体热负荷，kJ/h； M 炉体总的冷却水用量，t/h；C 冷却水比热，kJ/(kg ) to，t冷却水进、出水温度，。本设计要求：冷却水进水温度1000主管及风口/Mpa0.250.300.300.350.350.40炉体上部/Mpa0.100.140.

42、140.160.150.18炉体中部/Mpa0.150.200.200.250.200.25本设计炉容1100m，根据表4-1选取给水压力：供水主管0.36Mpa，炉体中部0.24Mpa，炉体上部0.17Mpa。4.6 高炉钢结构高炉基础主要作用是承受载荷，其承受的荷载有：静负荷、动负荷以及热应力的作用，其中最危险的是温度造成的热应力的作用。（1）静负荷 高炉基础的静负荷主要是高炉自动、炉料的重量、高炉四周设备的重量等。（2）动负荷 崩料、坐料等加给炉基的动负荷。（3）热应力的作用 高炉基础上部是炉缸，其中贮存着高温的铁液和渣液，热量传递到高炉基础，由于热量分布不均匀而产生的热应力作用。对高炉

43、基础的要求根据以往设计和生产实践，本次设计对高炉基础主要有以下2点要求：（1）均匀分散炉基上各种设备的载荷，不发生塌陷和沉降。（2）具有一定的耐热能力，可以长期在高温下工作而不出现开裂、破损等情况。4.6.1 高炉本体钢结构高炉本体钢结构，其主要作用是承受炉顶炉身荷载，炉壳密封等。目前高炉本体钢结构主要有以下几种形式：炉缸支柱式、炉缸炉身支柱式、炉体框架式和自立式，本设计采用炉体框架式。4.6.2 炉壳炉壳是高炉的外壳，炉壳材料为钢板，炉壳的主要作用有：（1）固定冷却设备；（2）稳固高炉砌砖；华北理工大学13冶金工程教育实验班（3）承受炉内压力和密封炉体；炉体钢结构主要包括炉壳、炉体框架、炉顶

44、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。表4-2 炉壳厚度炉底风口区炉腹炉腰炉身下部炉顶及炉喉炉身其他部分mm22222020162216炉身下弦带高度为炉身高度的1/4.。炉壳由低合金钢焊接，厚度大于10mm的钢板要铲坡，竖缝采用“V”坡口焊接，横缝采用“K”坡口焊接。炉身下弦带高度为炉身高度的1/4.。炉壳由低合金钢焊接，厚度大于10mm的钢板要铲坡，竖缝采用“V”坡口焊接，横缝采用“K”坡口焊接。4.6.3 热风围管采用吊挂式，吊挂在横梁上，由钢板焊成，馆内有耐火材料砌成的内衬。炉体框架间距为16m，保证支柱与热风围管有250mm间距。热送风支管由支管本体、张紧装置、

45、附件等组成。送风支管本体由鹅颈管、流量测定管、伸缩管、异径管、弯管、直吹管等组成。直吹管尾部与弯管连接，短头与风口紧密连接，由短头、管体、喷吹管、尾部法兰和端头水冷管五部分组成。华北理工大学13冶金工程教育实验班第5章 上料系统5.1 高炉上料系统概述按一定顺序将槽下配好的入炉原燃料送到高炉炉顶装料设备的设施设计。设计内容主要包括上料方式选择、上料能力计算、斜桥料车上料和胶带运输机上料。20世纪40年代以前高炉曾采用垂直提升、平桥上料和斜桥料罐式上料等方式。因不能满足生产能力要求，逐渐为斜桥料车卷扬机上料方式所取代。5.2 矿槽与焦槽贮矿槽的作用是贮存原料，确保在供料系统故障时及时给高炉供料。

46、贮矿槽的总容积与高炉的有效容积有关。一般可参照表5-1选用。表5-1 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1.10.80.70.70.50.70.50.70.55.2.1 矿槽贮矿槽结构：采用钢钢筋混凝土混合式结构形式，矿槽周壁用钢筋混凝土浇灌，底壁、支柱和轨道梁用钢板焊成。槽内加衬板，槽底板与水平面夹角50-55。1.矿槽总容积取高炉总容积的2.1倍V矿总=11002.1=2310m 2.矿槽数目取 n=6个3.储矿槽参数与布置：本设计中储矿槽设

47、置为单排，采用皮带机供料，储矿槽宽度为10m。高度为10m。矿槽总长度决定于车间的长度，后者决定于高炉中心线的距离。单个矿槽长度（采用皮带式运输机）为5m。5.2.2 焦槽1.总容积取高炉有效容积的0.6倍V焦总=11000.6=660m 2. 焦槽数目取n=3个3.每个焦槽容积858/3=285.71m 取焦槽容积为286m4. 焦仓储料能力24660/（11002）=7.2小时5.贮焦槽参数与布置本设计中贮焦槽设置为单排，采用皮带机供料，贮矿槽宽度为7m。高度为10m。矿槽总长度决定于车间的长度，后者决定于高炉中心线的距离。单个矿槽长度（采用带式运输机）为10m。贮焦槽槽低板与水平线的夹角

48、为50，以保证原来能顺利下滑流出。5.3给料，筛分与称量5.3.1 给料器设计采用电磁震动给料器。电磁震动给料器主要由三部分组成：槽体、激震器、减震器。激震器与槽体用弹簧连接在一起，块矿、杂矿均设槽下震动给料器。槽下设放料闸门，为电动装置，同时也设手动设置。 5.3.2 筛分设备为改善高炉料柱的透气性，必须筛除粉末。槽下筛分是炉料入炉前的最后一次筛分。将给料机底板换成筛网，可在给料的同时起到筛分的作用。本设计中采用电磁震动筛作为筛分设备。第5章 上料系统5.3.3 炉料称量本设计采用皮带机供料方式，采用电子称量漏斗称量。焦炭称量漏斗：安装在贮焦槽下面，用来称量经筛分的焦炭，之后将焦炭卸入胶带上

49、料机运往高炉炉顶。矿石称量漏斗：主要安装在贮矿槽下面，用来称量烧结矿、球团矿及生矿石，矿石采用分散筛分分散称量的方法。其优点在于：布置操作灵活，备用能力大，便于维护。称量后的炉料经胶带上料机运往高炉炉顶。5.4 上料5.4.1 上料设备贮料槽内炉料经过槽下筛分和称量后，经过高炉上料设备送到炉顶。高炉上料设备的类型有：料罐式上料机和皮带运输机。本设计采用皮带上料系统。皮带上料机的确定皮带机的运输能力应该根据高炉对原燃料的需求来确定，同时兼顾物料粒度、堆比重、堆积角等诸多因素。查设计手册确定皮带机的相应参数：宽度1.2m，上料速度120m/min，长度160m，倾角为12，数量3台（其中一台备用）

50、。表5-1 高炉上料形式炉容级别/m2000上料形式斜桥料车或皮带上料皮带机上料本次设计炉容1100m，根据表5-1，采用皮带机上料的方式。其优点是：1.大型高炉有两个以上出铁口和出铁场，高炉附近场地不足，要求将贮矿槽等设施离高炉远些，皮带机上料系统正好适应这一要求。2.上料能力大，皮带上料比料车式上料机效率高而且灵活，炉料破损率低，改间断上料为连续上料。3.节省投资，节省钢材。采用皮带机代替价格昂贵的卷扬机和电动机组，既减轻了设备重量，又简化了控制系统。5.4.2 设备内容简算皮带机选择：选皮带机倾角为12，输送量1500t/h，采用槽型皮带。B=（Q/KVKK）1/2 m，华北理工大学13

51、冶金工程教育实验班式中B胶带机宽度，m Q胶带输送量，t K断面系数，K=320 V输送带速度，取V=1.5m/s 物料堆比重， K倾角系数，K=0.92 K速度系数，K1.0代入数据，则 B=（1500/（3201.50.921.0）1/2=1.8m为保证皮带安全运行，皮带机由两个方向驱动，连续运转。设三个电机，两个运转，一个备用；为预防反转，有两个电机做制动用；拉紧皮带用液压缸；为防止炉顶高温，在装料设备上面设有喷水装置，温度超过某一定值时自动喷水。此外还有观察皮带爬行的装置，预防胶带断裂设备和预防停运时偶然启动的设备。5.5 炉顶装料设备5.5.1设备概述高炉炉顶装料设备是用来将炉料装入

52、高炉并使之合理分布，同时起炉顶封闭的作用的设备。无论何种炉顶装料设备均应满足以下基本要求：要适应高炉生产能力； 能满足炉喉合理布料的要求，并能按生产要求进行炉顶调剂；能保证炉顶可靠密封，使高压操作顺利进行；设备结构应力要求简单和坚固，制造、运输、安装方便，能抵抗急剧的温度变化及高温作用；易于实现自动化操作；装料设高炉炉顶装料设备采用的炉顶装料设备是并罐式无钟炉顶结构。卢森堡设计的PW型无钟炉顶设备式并罐式结构具有布料灵活、密封性好、投资少、维修方便等特点。第5章 上料系统5.5.2 并罐式无料钟炉顶并罐式无料钟炉顶主要有受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气密箱、布料溜槽等。（1）受料漏斗：本设计采

53、用附带轮子，外壳为焊接钢板结构的受料漏斗，内衬25%的高铬铸铁衬板。（2）称量料罐：并列设置两个称量料罐，交替使用。（3）中心喉管：本设计中心喉管直径750mm,高度1500mm。（4）旋转溜槽：其半圆形的槽子长度为3.5mm。（5）气密箱：安装在高炉炉顶钢圈上，气密箱内安装有溜槽传动系统的零件，旋转圆筒下端吊挂着溜槽。5.6 布料方式本设计采用旋转布料，旋转布料时布料器的主、副电动机同时启动，溜槽作匀速旋转运动的同时，溜槽倾角还作渐变径向运动，使炉料形成变径螺旋形分布。旋转布料时溜槽倾角的改变，采用由外向内跳变。这种布料方式能将炉料布到炉喉截面上的任一部位，并可根据需要调节料层的厚度，以获得

54、较为平坦的料面。5.7 探料装置在炉顶装采用探料尺作为料面探测装置，每座高炉设有两个探料尺，互成180,安装在大钟边缘和炉喉内壁之间，并确保其可以提升至大钟关闭位置以上，防止被下落的炉料打坏。探料装置的作用是准确探测料面下降情况，以便及时上料。在炉顶装有探测料面的装置，探料尺、微波式料面计、激光料面计。本设计微波式料面计。华北理工大学13冶金工程教育实验班 第6章 送风系统 高炉送风系统是为高炉冶炼提供足够数量和高质量风的鼓风设施，送风系统的设备主要包括高炉鼓风机，热风炉，加湿或脱湿装置，送风管道和阀门等。6.1 高炉鼓风机高炉鼓风机是高炉冶炼的重要动力设备。它不仅直接为高炉冶炼提供所需的氧气

55、，还为炉内煤气流的运动克服料柱阻力提供必需的动力，使高炉生产中各种气体循环流动。高炉鼓风机是高炉的“心脏”。6.1.1 高炉鼓风机技术要求1.有足够的送风系统能力，即不仅能提供高炉冶炼所需要的风量，而且鼓风机的出口压力要能够足以克服送风系统的阻力损失，高炉料柱阻力损失以保证有足够高的炉顶煤气压力。2.风机的风量及风压要有较大宽的调节范围，即风机的风量和风压均应适应与炉况的顺行。冶炼强度的提高与降低，喷吹燃料与富氧操作以及其他的多种因数变化的影响。3.送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自动的产生大幅度变化。4.能够保证长时间连续，安全及高效率运行。6.1.2 高炉入炉风量的计算 =2352.9 m3/min高炉有效容积；每吨干焦消耗标态风量，2650 m3/tI高炉冶炼强度，取0.95tm3dt标态入炉风量，m3/min6.1.3 鼓风机风量 =(1+10)2352.9=2747.27 m3/min高炉入炉风量，m3/min第6章 送风系统高炉要求的鼓风机出口风量，m3/min 送风系