包头原料条件下3200m3高炉本体设计与渣铁处理系统的设计说明书

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1、科技大学本科生毕业设计说明书题 目：原料条件下3200m3高炉本体设计与渣铁处理系统的设计学生：桓新明学 号：1077145119专 业：稀土工程班 级：稀土2010-1班指导教师：樊文军 副教授64 / 71原料条件下3200m3高炉本体与渣铁处理系统设计摘 要高炉本体和渣铁处理系统设计是炼铁车间设计的重要部分。设计出一个较好的车间不但可以使高炉生产达到高产，使炼铁设备寿命长久，还可以降低耗能，节约成本，从而达到经济环保的目标，所以本设计，从高炉型设计、耐火材料、冷却设备与渣铁处理方式的设计均借鉴了国外先进高炉的情况。设计采用了瓷杯炉缸炉底，选择铜冷却壁作为高热负荷区的冷却设备。高炉冷却方式

2、采用软水密闭循环进行冷却。风口平台出铁场设计为矩形双出铁场，四铁口平衡布置，渣铁沟布置合理，铁水摆动流嘴，出铁场平坦化，炉前设备选型机械化程度高，选用除尘设施改善出铁场操作环境。关键词：高炉；设计；耐火材料；冷却设备；渣铁The Design of 3200 m3 Blast Furnace Ontology and The Slag and Iron Processing System Under the Raw Material Conditions in BaotouAbstractThe blast furnace body and the slag and iron processi

3、ng system design is an important part of the iron-smelting plant design. Not only can design a good workshop so that the blast furnace production to achieve high yield, long service life of the iron-smelting equipment, can also reduce energy consumption, cost savings, so as to achieve the goal of ec

4、onomic environmental protection, the design, from the design of blast furnace refractories. the design of cooling equipment and handling of slag and iron were borrowed from domestic and foreign advanced blast furnace. The design uses the hearth and bottom of the ceramic cup, copper stave heat load c

5、ooling equipment. The blast furnace cooling method using soft water closed loop cooling. Outlet platform casthouse rectangular double casthouse, four iron port balance arrangement, slag and iron ditch is reasonably arranged, and molten iron to swing stream mouth, a flat field of iron blast furnace e

6、quipment selection high degree of mechanization, the choice of the dust removal facilities to improve iron field operating environment.Key words:blast furnace；design；refractory；cooling equipment；slag and iron目 录摘 要IAbstractII第一章 文献综述11.1高炉冶炼概况与发展11.1.1高炉生产主要经济指标技术11.1.2炉容大型化与其空间尺寸的发展21.1.3炉料向精料发展21.

7、1.4提高鼓风温度21.1.5提高炉顶压力31.1.6富氧大喷吹31.1.7电子计算机的应用31.2高炉本体31.2.1高炉炉型发展31.2.2五段式高炉炉型与炉型尺寸31.3高炉炉衬51.3.1对高炉耐火材料性能要求61.3.2各种耐火材料的发展71.4高炉冷却81.4.1高炉冷却目的81.4.2冷却介质选择与处理81.4.3合理的冷却结构101.4.4高炉冷却壁的应用现状与其发展101.5高炉基础111.6渣铁处理系统的设计111.6.1炉前操作平台111.6.2炉前设备141.7铁水处理151.7.1铁水罐车161.7.2铸铁机171.8炉渣处理171.8.1图拉法水淬渣171.9高炉本

8、体和出铁场设计方案18第二章 炼铁工艺计算192.1 高炉物料平衡计算192.1.1 原料条件与平衡计算22192.1.2 物料平衡计算242.2 高炉热平衡计算282.2.1 全炉热平衡282.2.2 高温区热平衡332.3炼铁焦比的计算353.1 炉缸设计373.1.1 炉缸尺寸373.1.2 渣口高度373.1.3 风口高度373.1.4 风口结构尺寸373.1.5风口数目的确定373.1.6 死铁层厚度383.2 炉腰直径D，炉腹角，炉腹高度h2383.3 炉喉直径d1，炉喉高度h5，炉身角，炉身高度h4，炉腰高度 h3383.4 校核炉容393.5 炉顶高度h6，全高H39第四章 炉

9、衬设计424.1 高炉各部位耐火材料的选择424.1.1 炉缸与炉底部424.1.2 炉腹部位、炉腰部位与炉身中下部424.1.3 炉身上部与炉喉部位424.2 炉衬砌筑434.2.1 炉缸与炉底部位的砌筑434.2.2 炉腹部位砌筑444.2.3 炉腰部位砌筑444.2.4 炉身部位砌筑44第五章 高炉冷却设备的选择465.1炉底炉缸冷却设备的选择465.1.1 炉底冷却设备465.1.2 炉缸侧壁冷却设备475.1.3 炉底，炉缸的砌筑475.2 炉腹冷却设备的选择475.2.1炉腹冷却设备475.2.2炉腹冷却设备485.3 炉腰、炉身下部冷却设备的选择485.3.1炉腰、炉身下部冷却设

10、备485.3.2 炉腰冷却设备砌筑495.4炉身中部、上部冷却设备495.4.1 炉身中部冷却设备495.4.2 炉身上部与炉喉冷却设备505.4.3炉身冷却设备铺设505.5 高炉冷却水系统52第六章 渣铁处理系统的设计546.1风口平台与出铁场的设计546.1.1风口平台的设计546.1.2出铁场的设计546.1.3出铁场的平坦化546.2铁沟、渣沟与撇渣器的设计556.2.1铁沟的设计556.2.2渣沟的设计556.2.3撇渣器的设计556.2.4摆动流嘴566.3炉前设备的选型566.4铁水罐车的选择596.4.1 铸铁机的选择596.5 INBA（因巴）法炉渣处理606.5.1渣量核

11、算61参考文献62致65第一章 文献综述1.1高炉冶炼概况与发展高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然矿、烧结矿、球团矿）为原料，焦煤、煤粉、重油、天然气等燃料和还原剂，以石灰石、等为溶剂、在高炉通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原与非铁氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁，起主要副产品为高炉炉渣和高炉煤气。1.1.1高炉生产主要经济指标技术20世纪50年代以来，国家一直沿用从前联引来的高炉有效容积利用系数(1v)和冶炼强度(Is)等，作为评价高炉冶炼强化的指标。这些指标都是以高炉有效容积(Vu)为基准得来。高炉有效容积利用系数，t/(m3d)高炉冶炼强度，t/(m3d)式中P

12、，Q分别为高炉的生铁日产量和燃料日耗量，t/d高炉主要经济技术指标如表1.1：表1.1高炉主要经济技术指标技术指标单位指标值备注高炉有效容积m33200利用系数t/(m3d)2.28max2.5焦比kg/t310煤比kg/t200max250热风温度C1200max2500炉顶压力MPa0.2max0.25除外，欧洲流行采用以炉缸面积(A)为基准的强化指标：炉缸面积利用系数曲,t/m3d炉缸燃烧强度对比而言，后者比前者在冶金概念上要科学些，生产实践表明，在一定的冶炼条件上，高炉的入炉风量、燃料燃烧量、煤气生产量和生铁产量都与炉缸面积成正比，这是高炉大型化的基本出发点。1.1.2炉容大型化与其空

13、间尺寸的发展我国现有高炉1250座左右，大于1000以上容积的高炉有仅128座，高炉结构不合理，平均炉容小，落后产能所占比重过大；固体废弃物(尘、泥和炉渣等)产生总量增长过快；烧结SO2排放形势日益严峻等。 生产实践证明，大型高炉容加上精料、高风温、高压炉顶、综合喷吹以与春水冷却等近代技术，可以降低单位烧结面积的基建投资和经营费用，提高劳动生产率，烧结矿质量，使高炉能耗降低、寿命增加，高炉利用系数也可达到2.0以上，同时生产管理方便，易于环境治理。1.1.3炉料向精料发展高炉的炉料结构从上世纪70年代以来几经变化，由开始的原矿冶炼到全部使用烧结矿，最后改为机烧结矿配酸性球团矿，炉料结构变化与相

14、应的主要生产指标如表1.2：炉料结构与主要生产指标表1.2炉料结构与主要生产指标时间年炉料结构系数t/m3d焦比Kg/t冶强t/m3d石灰石Kg/t熟料比%品位%1970块矿0.810350824903.0919701977土烧结矿和块矿1.09680.9756057.4350.2919801985高、低碱度烧结矿2.4115921.36417.410051.9219861988高碱度烧结矿、土烧球团矿2.4035931.4123.310056.271992高碱度烧结矿、土烧球团矿2.7955991.66314.910054.57注：入炉焦比按碎铁加入量进行了折算。随着高炉冶炼的强度的增加，炉

15、料正向着精料方向发展，精料包括入炉矿石的品味，改善入炉原料的还原性能，调高熟料率，稳定入炉原料成份和粒度。1.1.4提高鼓风温度提高鼓风温度可以大幅度降低焦比，特别是在鼓风温度较低时效果更为显著，一般认为，在1000一下，每提高风温100，可以节焦10到20kg/t铁，在1100以上，每提高100，可以降焦8到10kg/t铁。近年来，喷吹燃料量逐渐增加，提高风温更是迫切的事情。1.1.5提高炉顶压力煤气清洗系统文氏管安装了可调喉口，利用调节文氏管喉口的方法，将高炉顶压控制在35KPa左右。炉顶压力的提高有利于减少压差、稳定炉况、提高煤气利用率、最终提高产量。1.1.6富氧大喷吹喷吹燃料是，由于

16、燃料的分解，炉缸的理论燃烧温度有所降低，煤气量增加，块状区热流比下降，煤气利用变差。富氧鼓风可以克服这些足，合适的富氧率与喷吹的燃料成分有关，富氧大喷吹可达到优质、低耗、高产、长寿的冶炼效果。1.1.7电子计算机的应用60年代起高炉开始应用计算机，目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。1.2高炉本体1.2.1高炉炉型发展高炉炉型发展经历了以下几个阶段。1) 原始炉型（大腰炉型） 各国原始炉型共同特点是炉缸和炉喉直径小，炉身下部炉腹（炉腰）直径大，高度小，即所谓的大腰炉型。2) 近代炉型 19世纪中叶，由于蒸汽鼓风机和焦炭的普遍使用，炉顶装料装置逐步实现机械化，高炉炉型趋向于扩大炉缸炉喉直径，并

17、向高度方向发展，逐渐形成近代的五段式高炉炉型。3) 现代炉型 由于人们对产量的要求和原燃料质量的改善，以鼓风机能力的提高，高炉炉型向着“大型横向”发展。高炉大型化成为高炉冶炼的发展趋势。1.2.2五段式高炉炉型与炉型尺寸现代高炉炉型由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉组成，其几何尺寸就是高炉炉型的尺寸。我国高炉炉型各部分名称与尺寸表示方法见图1.1图1.1 高炉炉型尺寸表示方法1) 表征了高炉的矮胖程度，即高径比。值越大，炉料和煤气经过的路径越长，炉料和煤气在炉接触的时间也越长，因此有利于煤气的热能和化学能的充分利用。但值较大时却增加了料柱的高度，从而相应的增加了煤气流通过料柱的阻力损失，不利于高炉

18、冶炼的顺行。因此应有适当值，过大过小都不好。2) 炉缸尺寸 炉缸是高炉的核心部位。炉缸的容积不仅应能保证足够数量的燃料燃烧，而且能容纳一定数量的铁和渣。炉缸的高度应能保证在炉缸容纳两次出铁间隔时间所生成的铁水和一定数量的炉渣，并应考虑因故而不能按时放渣放铁时能容纳多余的铁水和炉渣，因此炉缸高度直接决定了渣口和风口的高度，同时也影响风口前氧化带的形状和大小，从而也是影响炉况的主要要因素。3) 炉腹尺寸 炉腹的结构尺寸是炉腹高度和炉腹角。炉腹过高，有可能在炉料尚未熔融就进入收缩阶段，易造成难行和悬料，炉腹过低则可能减弱炉腹应有的作用。1000以上的大型高炉炉腹高度在3.0到3.6米，中小型高炉还可

19、以小一些，炉腹角一般取，过大不利于煤气分布，过小使得炉腹部位对下降炉料阻力增加，不利于顺行。4) 炉腰尺寸 炉腰的高度大小对高炉冶炼没有严重影响。高炉炉腰一般为m。5) 炉身尺寸 炉身尺寸包括炉身高度和炉身角。由于高炉大型化主要是炉型横向增大，所以高炉有效容积增大时高炉炉身高度增大并不多，大型高炉炉身高度基本在m围。炉身角的大小与炉料的下降和煤气流的上升过程中的分布状态关系极大。炉身角取小时有利于炉料的下降，易发展边缘煤气流。但是，炉身角过小，边缘没气流过分发展，会给高炉操作上下部调节带来困难，不利于煤气热能和化学能的充分利用，容易使炉衬过热而损坏。炉身角取大值时，有利于抑制边缘煤气流过分发展

20、，但是不利于炉料下降。一般取值在之间，现代大型高炉炉身角取值在之间。6) 炉喉尺寸 炉喉的高度应能满足控制炉料分布和煤气流分布为宜，过高会使炉料挤紧而影响下降，过低难以满足装料制度调节的要求。炉喉高度一般以m为宜。1.3高炉炉衬高炉炉衬是用能够抵抗高温和化学侵蚀作用的耐火材料砌筑成的。炉衬的主要作用是构成工作空间，减少散热损失，以与保护金属结构件免遭热应力和化学侵蚀作用。延长高炉寿命就是要延长炉衬寿命。随着炼铁技术的发展，高炉炉型正在想着大型高效长寿低耗清洁的方向发展，高炉长寿技术发展尤为突出，新建的高炉或大修改造高炉均积极的采用高炉长寿技术，如瓷杯技术，UACR碳砖、铜冷却壁、软水密闭循环、

21、高炉人工智能等专家系统等。90年代末发达国家如日本、西欧等国家高炉的寿命达10到15年(无中修)，最新建或改造的高炉寿命在15年以上，并提出20年的目标。以日本川崎钢铁公司千叶6号高炉(5153m)和水岛2号高炉(2857m)为代表,千叶6号高炉炉龄已达到23年以上，一代炉龄产铁量13388t/m,创造了高炉长寿的世界纪录；水岛2号高炉1979年开炉至今仍在运行，正在创造高炉炉龄新的世界纪录。我国好的钢铁企业如，宝钢、首钢、武钢、攀钢等大型高炉的炉龄基本能达到10到12年(无中修)。高炉瓷杯炉缸炉底结构是在炉底炭砖和炉缸炭砖的缘，砌筑一层高铝质杯状刚玉砌体层，其具有明显的优越性。主要优点是:

22、(l) 瓷质耐火砖具有较好的抗铁水溶蚀性, 能克服炭砖抗铁水溶蚀性差的缺点, 可以减缓或消除炉缸蘑菇形侵蚀。(2)瓷质耐火材料导热系数比炭砖低对炉缸铁水有保温作用, 能提高铁水温度, 降低炼铁能耗。(3) 高炉检修短期休风时炉缸残存铁水的温度降低速度较慢, 有利于高炉顺利复风9。瓷杯结构如图1.2图1.2 瓷杯结构与理论等温线分布1.3.1对高炉耐火材料性能要求过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能, 如对炭砖仅要求灰分、耐压强度、体积密度、气孔率等指标, 对瓷耐火材料仅要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重烧线变化率等指标。实际上, 上述常规性

23、能指标不能全面地反映出高炉生产条件下耐火砖衬受到破坏的工作条件。例如, 有些高炉有碱金属和锌的循环富集, 对耐火砖衬形成很强的侵蚀, 成为砖衬的重要侵蚀源。抗碱性差的耐火砖在炉被碱侵蚀后往往变成粉末, 完全失去强度； 又如, 高炉炉缸到炉身中部有炉渣的侵蚀和冲刷, 过去这些部位多砌筑高铝砖和粘土砖, 虽砖衬很厚, 但因其抗渣性很差则很快就被侵蚀掉, 易造成炉壳发红、开裂等事故。对于高炉耐火材料使用性能的检测方法, 武钢已进行了近20 年的研究: 在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上, 对高炉耐火材料提出了多项特殊使用性能要求, 并研究出相应的试验方法, 通过原冶金部制定了检验方法和标准。其主要

24、有: 导热系数、抗碱性、抗铁水溶蚀性、抗炉渣侵蚀性、平均气孔、小于1m孔容积率、透气度和抗氧化性；武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史, 对武钢提高高炉寿命发挥了重要作用。目前, 这些检验方法已在国广泛应用, 很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来, 有的综合性能已赶上国际先进水平, 有些指标甚至超过了国际先进水平1011。1.3.2各种耐火材料的发展1) 半石墨炭砖 国外半石墨碳砖性能对比如表1.3。石墨炭砖和日本BC-5 型半石墨炭砖相比, 其导热系数、抗碱性、铁水熔蚀等性能相当。德国半石墨炭砖的600导热系数达到18.04 W/ ( mK) ,优于一般的国产半石墨炭砖, 其

25、他性能亦相当。但是, 兰新研制的半石墨炭砖的导热系数、微气孔指标则优于德国同类产品。表1.3 半石墨炭砖性能对比性能兰贵日本BG-5德国5RDN兰新研制转体积密度，(gcm-3)1.621.551.541.581.60显气孔率，%13.0316.2115.6014.0816.39耐压强度，MPa46.8035.4335.0038.7543.01透气度，mDa38.81317.38138.23160.5218.93氧化率，%35.3812.374.861.84铁水熔蚀指数，%26.8928.4228.2628.1928.85平均孔径，m2.307.336.276.821.17孔容积率，%31.6

26、521.0910.9615.2746.83导热系数（600C），Wm-1K-14.1611.2112.5718.0420.09抗碱度良差良良良2) 石墨碳砖 美国的NMD 是一种石墨炭砖, 导热系数很高,有的高炉将它用作炉身冷却板之间的砖衬使用。应指出的是, 石墨砖一般用于炉底最下层, 是利用其高导热性强化炉底冷却, 在高炉炉役后期减缓铁水的侵蚀。但是, 如果炭捣料的导热系数很低, 石墨砖则法发挥高导热系数的作用, 因为石墨砖的孔隙大、强度低,抗铁水熔蚀性能也差。3) 瓷杯用砖 目前国高炉瓷杯用砖有复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、塑性相结合刚玉砖、微孔刚玉砖、法国瓷杯砖( 浇注块) 等5 种,其性

27、能对比试验结果见表1.4表1.4 瓷杯砖性能对比性能法国浇注块1995年 2002年微孔刚玉砖塑性相刚玉砖复合刚玉砖刚玉莫来石体积密度，(gcm-3)3.293.303.143.143.172.86显气孔率，%10.0011.8513.0313.0312.0718.00耐压强度，MPa66.0831.18168.48121.8121.9292.20透气度，mDa6.083.710.0029.388.70140铁水熔蚀指数，%0.000.531.100.380.880平均孔径，m0.1751.1560.2615.053.59孔容积率，%95.3378.1975.320.009.18导热系数（60

28、0C），Wm-1K-15.424.084.554.464.903.78抗碱度优优优优差差从表1.4可知, 国产微孔刚玉砖的各项性能均已达到或优于法国瓷杯砖, 其中抗炉渣侵蚀性和耐压强度更好。复合棕刚玉砖的抗碱性较差。塑性相结合棕刚玉砖除微气孔指标较差外, 其他性能都较好, 是目前应用最多的一种。刚玉莫来石砖由于抗碱性和抗炉渣侵蚀性很差不适合用于炉缸部位,但仍适用于瓷杯底1214。1.4高炉冷却1.4.1高炉冷却目的1) 保护炉壳与各种钢结构，使其不因受热变形或破坏。2) 对耐火材料的冷却与支撑，增加砌体的稳定性。3) 维持合理的操作炉型，使耐火材料的侵蚀型线接近操作炉型，对高炉煤气流的合理分布

29、、炉料顺行起到良好作用。4) 当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。1.4.2冷却介质选择与处理1.4.2.1冷却介质选择根据高炉不同部位的工作条件与冷却的要求，所用的冷却介质也不同，一般常用的冷却介质有：水、空气和汽水的混合物，即水冷、风冷和汽化冷却。对冷却介质的要求：有较大的热容量与导热能力；来源广、容易获得、价格低廉；介质本身不会引起冷却设备与高炉的破坏。1.4.2.2高炉冷却设备的种类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、支梁式水箱以与风冷或水冷炉底等。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

30、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1) 喷水冷却装置 高炉炉身和炉腹部位设有环型喷水管冷却炉皮。大中型高炉在炉龄末期，冷却器被烧毁的情况下，为了继续维持生产，炉皮喷水冷却时一项重要措施。小型高炉往往炉身不安装冷却，而只靠炉皮喷水冷却。2) 风口和渣口冷却 风口一般由大中小三个套组成。图1.3为风口结构示意图。渣口一般由四套组成，即渣口大套、二套、三套和小套（小渣口）。如图1.4渣口装置。图1.3风口结构图1.4渣口装置

31、3) 冷却壁 冷却壁装设在砖衬和炉壳之间，它是部铸有无缝钢管的铸铁板。冷却壁有光面和镶砖两种。1.4.3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：（1） 冷却效果要好而均匀，冷却面死角要少；（2） 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200000400000kg/（m2h），若超过400000kg/（m2h），冷却设备就烧坏；（3） 炉腰和炉身具有一定的托砖功能；（4） 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。1.4.4高炉冷却壁的应用现状

32、与其发展目前，传统的灰铸铁材质的高炉冷却壁正在逐步淘汰，现在为球墨铸铁材质。随着高炉强化熔炼水平的提高，球墨铸铁冷却壁越来越难以满足要求。铸钢冷却壁作为新一代高路冷却壁，由于材质与冷却水管材质相近，与球墨铸铁冷却壁相比，具有伸长率高、抗拉强度大、熔点高、抗热冲击性强与整体导热性能好等优点，应用围逐步扩大41。高导热性的紫铜冷却壁的国产化与应用也得到很好地发展。国外早在1982年就开始对铸钢冷却壁的进行了研究和开发。现在国有部分钢铁企业使用刚冷却壁，如济钢、南钢和鞍钢等，效果较好。铜冷却壁不仅具有性能优势，而且在实际应用中，可以显著降低炼铁成本，呈现出极强的应用后劲。随着铜冷却壁的国产化进程的加

33、快，成本的不断降低和技术的不断成熟，可以预见，铜冷却壁在我国的使用，特别是在大型高炉上的使用将会不断加快。综合考虑各种冷却壁的使用寿命、制造工艺和成本等各个方面因素，预计在一般高炉上将可能联合使用刚冷却壁和球墨铸铁冷却壁。在大型高炉上将可能综合采用铜冷却壁、刚冷却壁和球墨冷却壁是高炉炉体冷却结构更加合理1516。1.5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。高炉基地由地下的基座和地面上的基墩组成。对高炉基础的要求：1) 高炉基础应把全部载荷均匀地传给地基，不发生沉陷和不均匀沉陷。2) 具有一定的耐热能力。基墩断面为圆形，直径与炉底一样，高度一般为m。基座

34、直径与载荷和地基土质有关，基座底表面积可按下式计算：m式中 基座底部表面积，；包括基础质量在的总载荷，；小于1的安全系数，取值视地基土质而定；地基土质允许承受能力，。1.6渣铁处理系统的设计1.6.1炉前操作平台炉前操作平台是指风口下面沿炉缸四周设置的整个平台。包括风口平台、渣口平台和出铁场。1) 风口平台与出铁场风口平台是指在风口在下面沿炉缸四周设置的操作平台，一般比风口中心线低mm。为了便于观察风口和检查冷却设备以与进行更换风、渣口等冷却设备的操作，风口平台应宽敞平坦，但应留有一定泄水坡度。在铁口侧布置着铁钩和下渣沟的炉前平台成为出铁场。出铁场有矩形出铁场、双矩形出铁场和环行出铁场。天钢3

35、200m3高炉采用双矩形除铁场布置，设4个铁口每个出铁场有2个铁口，夹角为78.7517。国大型高炉除铁口夹角见表1.5表1.5 我国3000m3以上高炉出铁场形式与铁口夹角项目炉容，m3铁口数，个出铁场形式铁口夹角宝钢1号40634双矩形出铁场40宝钢2号40634双矩形出铁场40宝钢3号43504双矩形出铁场75.79宝钢4号47474双矩形出铁场75.79太钢5号43504双矩形出铁场78.75天钢2号32004双矩形出铁场90武钢5号32004环形出铁场78鞍钢新1号32004双矩形出铁场78.75如图1.5单口铁的矩形出铁场，目前这种布置已经很少见了。图1.6多铁口的双矩形出铁场、图

36、1.7环型出铁场平面布置图。图1.5单铁口的矩形出铁场平面布置图1-高炉；2-南渣口；3-西渣口；4-东渣口；5-水渣沟；6-信号室；7-铁水主沟；8-撇渣器；9-铁水沟；10-下渣沟；11-炉前吊车；12-铁路；13-电泡操作室14-泥沟库；15-炮泥库；16-焦粉库图1.6多铁口的双矩形出铁场平面布置图1.7环形出铁场平面布置高炉；2-主沟；3-铁沟；4-下渣口；5-摆动溜嘴；6-风口平台；7-出铁场；8-铁水罐停放、运输线；9-汽车直接上出铁场平台通道；10-辅助材料运输线；11-炉前起重机2) 出铁场除尘为了改善炉前高温、多尘的劳动环境，减少烟尘和热辐射对人体的危害，在渣铁沟上方设计有

37、沟盖，在渣、铁罐上方设计有抽尘罩，除尘管道全部采用侧吸式并埋入沙层中。由于铁口区烟尘量约占出铁场烟尘总量的30%，所以铁口区域设计采用了顶吸式，通过抽风机吧烟尘抽走。未抽尽的烟尘通过出铁场上的排烟气楼自然排出42。3) 出铁场设计的发展趋势 高炉出铁场平坦化，物料运输更便利； 炉前设备改善，操控性能好； 出铁场除尘，改善工作环境，降低劳动强度。1.6.2炉前设备炉前设备主要有开铁口机、堵铁口泥炮、堵渣机、换风口机、振捣铁沟的机械等。1) 开铁口机大中型高炉均采用开口机打开口铁，它由吊带开口机的走行梁，旋转机构和送进机构等三部分组成。开口机走行梁一端可以绕一固定轴回转，另一端通过电动机拖动使其离

38、开或送至开铁口位置。按其传动方式可分为电动、气动、液动和气液复合传动4种，按其传动原理可分为钻孔式和冲钻式两种。中小高炉使用的是电动钻孔式，大中型高炉采用全气动全液压气液复合传动冲钻式开口机。为了保证炉前操作人员的操作安全，现在高炉开铁口机的操作都是机械化、远距离进行的。开铁口机必须瞒住一下要求：开铁口时不得破话泥套和覆盖在铁口区域炉缸壁上的泥炮；能远距离操作，工作安全可靠；外形尺寸应尽可能的小，并当打开出铁口后能很快撤离出铁场；开出的出铁口应为具有一定斜度角、满足出铁要求的直线孔道。2) 堵铁口泥炮高炉出铁后要迅速堵住出铁口，堵铁口的专用设备是泥炮。泥炮需要在高炉不停送风的全风情况下把堵泥压

39、进铁口，其压力应大于炉缸压力，并能顶开由于放铁后堆满铁口侧的焦炭。安全泥炮有一下要求。 泥炮工作缸应具有足够的容量，以供应足够堵口的耐火泥，能够一次堵住出铁口。 活塞应具有足够的推力，用以克服密实堵口泥的最大运动阻力，将堵口泥分布在炉缸壁上。 炮嘴应有合理的运动轨迹，泥炮到达工作位置时要有一定倾角，而且炮嘴进入出铁口泥套时，应尽量沿直线运动，以免损坏泥套。 工作可靠，能够远距离操作。泥炮按驱动方式不同，分为气动泥炮、电动泥炮和液压泥炮。电动泥炮主要由打泥机构、压紧机构、转炮机构和锁紧机构组成，结构见图1.8。图1.8 0.4m3电动泥炮装置1打泥机构 2压炮机构3转炮机构 4锁炮机构电动泥炮有

40、丝杆和螺母易磨损，修理困难，炮体过大等缺点。我国Vu1000m以上的高炉一开始使用液压泥炮。3) 炉前吊车为减轻劳动强度与方便炉前设备检修，高炉均设置有横跨炉前出铁场的吊桥式吊车或环行出铁场的桥式吊车。炉前吊车主要用于吊运炉前各种炉料，清理渣铁沟，更换主铁沟、撇渣器和检修炉前设备等1819。1.7铁水处理高炉生产的铁水，大部分用于炼钢。但是铸造铁和部分炼钢铁必须铸成铁块。大中型高炉无论其铁水是送去炼钢还是铸铁，都是利用铁水罐车运输的。1.7.1铁水罐车铁水罐车基本可分为两种类型：1) 上部敞开式（如图1.9）特点是容量较小，散热量大，但修理比较容易。图1.9 上部敞开式铁水罐车1锥形铁水罐；2

41、枢轴；3耳轴；4支撑凸爪；5地盘；6小轴2) 混铁炉式铁水罐又称鱼雷式铁水罐（如图1.10），特点是散热量小，容量大，但修理困难。中小高炉一般采用上部敞开式铁水罐车，大型高炉多采用鱼雷罐车。鱼雷罐车取代传统的铁水罐车和混铁炉，可在铁水运输过程中按照钢铁炼制工艺过程进行铁水混合、保温、脱磷、脱硫等处理，从而缩短了冶炼时间，降低冶炼成本，实现负能炼钢，它是一种高效、先进的冶炼工艺设备。图1.10 混铁炉式铁水罐车1车钩；2底盘；3双轴小车；4平衡梁；5齿环；6轴座；7轴；8铁水罐；9传动齿轮；10减速机；11减震器1.7.2铸铁机铸铁机是把铁水连续铸成铁块的机械化设备。一般年产10万吨以上的独立炼

42、铁车间或年产吨的联合企业都应设置铸铁机。与炉前铸铁相比它不仅能提高生产率，而且能够保证生铁质量，减轻工人劳动强度。铸铁机按滚轮固定的形式可分为两类：一类是滚轮安装在链带两侧，链带运行时滚轮沿着固定轨道前进，称为滚轮移动式铸铁机；另一类是吧滚轮安装在链带下面的固定支座上，支撑链带，称为固定滚轮式铸铁机。二者相比，滚轮固定式是固定的，每个环节上有两个铁模，故长度长些，接点大为减小，容易润滑，运行平稳，铁水喷溅少，备件消耗少，但制造维修复杂，需要滚珠轴承等配套件，链板为铸钢件，一次投资性大，运行中链带掉后不易处理，所以，一般用于大型炼铁厂。滚轮移动式恰好相反，容易制造，但运行状况不好，国多用于中小型

43、炼铁厂20。1.8炉渣处理高炉生产的炉渣经过适当处理可做良好的建筑材料。它可以做矿渣水泥、渣砖、湿碾混凝土、泡沫渣和渣棉等。目前，国高炉普遍采用水冲渣处理方法，特殊情况的采用于渣生产，在炉前直接进行冲渣棉的高炉很少。水淬渣按过滤方式的不同可分为以下几种方式： 过滤池过滤。有代表性的OCP法和我国大部分高炉都采用的改进型OCP法，即沉渣池法或沉渣池加底过滤池法。 脱水槽脱水。有代表行的是RASA法，水田法。 机械脱水。有代表性的是螺旋法、INBA法、图拉法。1.8.1图拉法水淬渣1.原理：用高速旋转的机械粒化轮配合低转速脱水转鼓处理熔渣。2.工艺优点工艺设备简单，占地面积小；可以处理含铁量小于4

44、0的熔渣；耗水量小，渣水比为1:13.工艺流程图如1.11图1.11 图拉法水淬渣工艺流程图1.9高炉本体和出铁场设计方案根据上述对文献资料的总结分析，按照高炉设计先进、合理、可行、经济的原则，本设计拟采用如下方案：采用瓷杯炉底炉缸；出铁场设计为双矩形出铁场，用INBA法水冲渣处理炉渣。第二章 炼铁工艺计算2.1 高炉物料平衡计算2.1.1 原料条件与平衡计算221. 原料条件地区原料成分见表2.12.3表 2.1 矿石成分表(%)成分TFeMnPSFFeOCaO烧结矿56.050.780.060.060.277.710.59球团矿63.570.040.020.010.061.830.94生矿

45、65.350.170.050.020.031.860.10硅矿1.080.000.000.000.000.000.17石灰石0.000.000.010.030.000.0056.00续表成分SiO2MgOAl2O3RxOyK2ONa2OCO2烧结矿5.152.010.490.980.130.220.00球团矿5.560.730.390.170.110.130.00生矿2.720.130.810.000.0130.000.00硅矿96.000.082.210.000.000.000.00石灰石0.390.090.170.000.000.0043.28表 2.2 焦炭成分表（%）固定碳（%）灰分（

46、13.570%）83.880SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O56.3805.4000.8000.1000.8300.0500.010续表挥发分 （1.030%）有机物（1.520%）合计全硫游离水CO2COCH4N2H2HNS100.000.8003.7000.1500.4900.1500.0860.1500.5000.2490.771（S全S有机FeS32/880.7710.05032880.800）表 2.3 煤粉成分表（%）CHONSH2O78.9902.3904.0300.7400.5800.900续表灰分（12.370%）SiO2Al2O3CaOMgOFeO合计5.5

47、865.2900.5600.2180.716100.001. 原料成分：采用烧结矿、球团矿、生矿冶炼。矿比为80：10：10。2. 矿石成分经补齐平衡计算后见表2.43. 冶炼制钢生铁，规定生铁成分Si0.5%，S0.03%4. 炼铁焦比K420 Kg/t，煤比M110Kg/t5. 规定炉渣碱度RCaO/ SiO21.036. 元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率见表2.57. 选取铁的直接还原度rd0.40（0.40.5），氢的利用率H20.45（0.30.5）8. 空气湿度为4.298 g/m39. 鼓风湿度为0.001244.2980.0053，即0.53%10. 富氧率=0.0211. 热

48、风湿度为1200表 2.4 原料成分表（%）项目TFeMnPSFeOFe2O3CaO烧结矿56.0500.7800.0600.0607.70071.36610.574球团矿63.5700.0400.0200.0101.83088.7561.340生矿65.3490.1700.0500.0201.86091.2640.100硅矿1.08000001.5430.170石灰石000.0100.0300056.000混合矿56.8910.7130.0580.0567.1573.2309.589续表项目MgOSiO2Al2O3MnOMnO2P2O5FeS烧结矿1.9774.9000.2901.00700

49、.1370.165球团矿0.8885.8600.6400.05200.0460.028生矿0.1302.7200.81000.2690.1150硅矿0.08096.0002.2070000石灰石0.0900.3900.123000.0230混合矿1.8304.8390.3340.9090.0130.1310.150续表项目RxOyCO2CaF2K2ONa2On烧结矿0.98000.5540.1300.220100球团矿0.17000.1230.1100.130100生矿000.0620.0130100硅矿00000100石灰石043.280000100混合矿0.89100.5080.1230.

50、205100对于生矿，补齐平衡计算后n100烧损2.619（其中含有结晶水）对于混合矿，补齐平衡后n100烧损0.131%表 2.5 元素在生铁炉渣煤气中的分配率项目FeKMnNaPS生铁0.9970.30.50.31.0炉渣0.0030.70.50.70煤气000000.0052. 配料计算以1t生铁作为计算单位，进行计算如下：（1） 根据铁平衡求铁矿石需要量。你 焦炭带入的Fe量： 煤粉倒入的Fe量：燃料带入铁量Fef焦炭带入+煤粉带入=2.85+0.61=2.79kg计算矿石用量 A100095.70.73SiS100Fef1/1TFe0.68P矿1.03Mn矿2100095.70.73

51、0.50.0399.73.41/0.99756.8910.680.0580.51.030.7131662.19 Kg2 生铁成分计算 FeATFe/100Fef0.997/101662.190.568913.410.997/1094.62 PAP矿/100焦炭中P带入量/101662.190.058/1004200.000162/142/100.10 MnAMn矿/1002/101662.190.007130.5/10 0.59C100FeSiMnPS10094.620.50.590.100.034.16生铁成分表如表2.6表2.6 生铁成分表（%）项目FeSiMnPSC比例94.620.50

52、0.590.100.034.16100.00（3） 熔剂用量计算 根据碱度平衡求石灰石用量。 矿石量A带入的CaO量：1662.190.09589=159.39kg 焦炭带入的CaO量： 煤粉带入的CaO量： 共带入的CaO量：159.39+0.46+0.076=159.93kg 矿石量A带入的Si02量： 焦炭带入的Si02量： 煤粉带入的Si02量： 还原Si消耗的Si02量： 共带入的Si02量：80.43+3.64+0.76-10.71=74.12kg 由计算可见Si02量小于CaO量，故原料中加入作为Si02溶剂。 硅石用量：（4）渣量与炉渣成分计算 炉料带入的各种炉渣组分的数量为：

53、CaO159.39+84.130.0017159.53KgSiO274.1284.130.96154.88KgMgO=1662.190.0183+4200.0010.1357+1100.002180.12377+84.130.0009 =30.79kgAl2O3=1662.190.00334+4200.0540.1357+1100.05290.1237+84.130.001239.36 Kg渣中MnO量1662.190.009090.471/557.81kg Kg渣中FeO量946.20.003/0.99772/563.66 Kg渣中CaF2量1662.190.005088.44 Kg渣中K2

54、O量1662.190.001230.71.43 Kg渣中Na2O量1662.190.002050.72.39Kg渣中RexOy量1662.190.0089114.81 Kg每吨炉料全部含硫量：1662.190.00056+4200.00771+1100.0058+84.130.0003 4.83Kg进入生铁的硫量10000.03%0.3 Kg进入煤气的硫量4.770.0050.02Kg进入渣中的硫量4.83-0.3-0.024.51 Kg炉渣组成列入表2.7表2.7 炉渣组成项 目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeO数量Kg159.5330.79154.899.367.813.66成分

55、%37.847.2536.838.501.850.87项目K2ONa2ORexOyCaF2S/2数量Kg1.432.3914.818.442.26395.37成分 %0.340.573.482.000.53炉渣性能校核：炉渣实际碱度R159.53/154.891.032.1.2 物料平衡计算已知rd0.40（0.40.5），H0.45（0.30.5），空气湿度为4.298 g/m3.鼓风湿度为0.0053 物料平衡计算的步聚为： 1 、风口前燃烧的碳量。 焦炭带入固定碳量： 煤粉带入固定碳量： 共计燃料量：352.3+86.89=439.19kg 生成CH4的碳量：439.190.012=5.

56、27kg 熔于生铁的碳量：0.04161000=41.6kg 还原Mn消耗的碳量：0.0059100012/55=1.29kg 还原Si消耗的碳量：0.005100024/28=4.29kg 还原P消耗的碳量：0.001100060/62=0.97kg 还原Fe消耗的碳量：0.946210000.4012/56=81.11kg 其他因素直接还原耗碳量：1.29+4.29+0.97=6.55kg 直接还原消耗的碳量：Cd=1.29+4.29+0.97+81.11=87.66kg 每屯生铁的氧化碳量：=439.19-5.27-41.6=392.32kg 风口前燃烧的碳量：Cb=439.19-5.18-41.6-87.66=304.75kg 风口前燃烧的碳量占炉总碳量的质量分数：304.75/439.19100%=69.39% 2 、根据碳平衡计算风量。 1m3鼓风中的氧的浓度：0.21+0.290.0053+0.02=0.2315m3 风口前燃烧的碳需要氧量：304.7522.4/（212）=284.43m3量煤粉可供给：110（0.0403/32+0.009/36）22.4=3.72m3给则每屯生铁鼓风量：Vbm3 3 、计算煤气各组分的体积和成分。 （1）CH4体积： 由燃烧碳素生成的CH4量：5.2722.4/12=9.84m3焦炭挥发分