包頭原料條件下3200立方米高爐本體設計及渣鐵處理系統的設計說明書

1、本科生畢業(yè)設計說明書題 目：包頭原料條件下3200m3高爐本體設計及渣鐵處理系統的設計包頭原料條件下3200m3高爐本體及渣鐵處理系統設計摘 要高爐本體和渣鐵處理系統設計是煉鐵車間設計的重要部分。設計出一個較好的車間不但可以使高爐生產達到高產，使煉鐵設備壽命長久，還可以降低耗能，節(jié)約成本，從而達到經濟環(huán)保的目標，所以本設計，從高爐內型設計、耐火材料、冷卻設備及渣鐵處理方式的設計均借鑒了國內外先進高爐的情況。設計采用了陶瓷杯爐缸爐底，選擇銅冷卻壁作為高熱負荷區(qū)的冷卻設備。高爐冷卻方式采用軟水密閉循環(huán)進行冷卻。風口平臺出鐵場設計為矩形雙出鐵場，四鐵口平衡布置，渣鐵溝布置合理，鐵水擺動流嘴，出鐵場平

2、坦化，爐前設備選型機械化程度高，選用除塵設施改善出鐵場操作環(huán)境。關鍵詞：高爐；設計；耐火材料；冷卻設備；渣鐵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 processing system design is an important part of the iron-smeltin

3、g 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 economic environmental protection, the design, from the des

4、ign 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 cooling equipment. the blast furnace cooling method using

5、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 equipment selection high degree of mechanization, the choi

6、ce of the dust removal facilities to improve iron field operating environment.key words: blast furnace；design；refractory；cooling equipment；slag and iron目 錄摘 要iabstractii第一章 文獻綜述11.1高爐冶煉概況及發(fā)展11.1.1高爐生產主要經濟指標技術11.1.2爐容大型化及其空間尺寸的發(fā)展21.1.3爐料向精料發(fā)展21.1.4提高鼓風溫度21.1.5提高爐頂壓力31.1.6富氧大噴吹31.1.7電子計算機的應用31.2高爐本體31

7、.2.1高爐爐型發(fā)展31.2.2五段式高爐爐型及爐型尺寸31.3高爐爐襯51.3.1對高爐耐火材料性能要求61.3.2各種耐火材料的發(fā)展71.4高爐冷卻81.4.1高爐冷卻目的81.4.2冷卻介質選擇及處理81.4.3合理的冷卻結構101.4.4高爐冷卻壁的應用現狀及其發(fā)展101.5高爐基礎111.6 渣鐵處理系統的設計111.6.1爐前操作平臺111.6.2爐前設備141.7鐵水處理151.7.1鐵水罐車161.7.2鑄鐵機171.8爐渣處理171.8.1圖拉法水淬渣171.9高爐本體和出鐵場設計方案18第二章 煉鐵工藝計算192.1 高爐物料平衡計算192.1.1 原料條件及平衡計算221

8、92.1.2 物料平衡計算242.2 高爐熱平衡計算282.2.1 全爐熱平衡282.2.2 高溫區(qū)熱平衡332.3煉鐵焦比的計算353.1 爐缸設計373.1.1 爐缸尺寸373.1.2 渣口高度373.1.3 風口高度373.1.4 風口結構尺寸373.1.5 風口數目的確定373.1.6 死鐵層厚度383.2 爐腰直徑d，爐腹角，爐腹高度h2383.3 爐喉直徑d1，爐喉高度h5，爐身角，爐身高度h4，爐腰高度 h3383.4 校核爐容393.5 爐頂高度h6，全高h39第四章 爐襯設計424.1 高爐各部位耐火材料的選擇424.1.1 爐缸及爐底部424.1.2 爐腹部位、爐腰部位及爐

9、身中下部424.1.3 爐身上部及爐喉部位424.2 爐襯砌筑434.2.1 爐缸及爐底部位的砌筑434.2.2 爐腹部位砌筑444.2.3 爐腰部位砌筑444.2.4 爐身部位砌筑44第五章 高爐冷卻設備的選擇465.1爐底爐缸冷卻設備的選擇465.1.1 爐底冷卻設備465.1.2 爐缸側壁冷卻設備475.1.3 爐底，爐缸的砌筑475.2 爐腹冷卻設備的選擇475.2.1爐腹冷卻設備475.2.2爐腹冷卻設備485.3 爐腰、爐身下部冷卻設備的選擇485.3.1爐腰、爐身下部冷卻設備485.3.2 爐腰冷卻設備砌筑495.4爐身中部、上部冷卻設備495.4.1 爐身中部冷卻設備495.4

10、.2 爐身上部及爐喉冷卻設備505.4.3爐身冷卻設備鋪設505.5 高爐冷卻水系統52第六章 渣鐵處理系統的設計546.1風口平臺及出鐵場的設計546.1.1風口平臺的設計546.1.2出鐵場的設計546.1.3出鐵場的平坦化546.2鐵溝、渣溝及撇渣器的設計556.2.1鐵溝的設計556.2.2渣溝的設計556.2.3撇渣器的設計556.2.4擺動流嘴566.3爐前設備的選型566.4鐵水罐車的選擇596.4.1 鑄鐵機的選擇596.5 inba（因巴）法爐渣處理606.5.1渣量核算61參考文獻62致謝65 第一章 文獻綜述1.1高爐冶煉概況及發(fā)展高爐冶煉是獲得生鐵的主要手段，它以鐵礦石

11、（天然礦、燒結礦、球團礦）為原料，焦煤、煤粉、重油、天然氣等燃料和還原劑，以石灰石、等為溶劑、在高爐內通過燃料燃燒、氧化物中鐵元素的還原及非鐵氧化物造渣等一系列復雜的物理化學過程，獲得生鐵，起主要副產品為高爐爐渣和高爐煤氣。1.1.1高爐生產主要經濟指標技術20世紀50年代以來，國家一直沿用從前蘇聯引來的高爐有效容積利用系數(1v)和冶煉強度(is)等，作為評價高爐冶煉強化的指標。這些指標都是以高爐有效容積(vu)為基準得來。高爐有效容積利用系數 ，t/(m3d)高爐冶煉強度 ，t/(m3d)式中p，q分別為高爐的生鐵日產量和燃料日耗量，t/d高爐主要經濟技術指標如表1.1：表1.1高爐主要經

12、濟技術指標技術指標單位指標值備注高爐有效容積m33200利用系數t/(m3d)2.28max2.5焦比kg/t310煤比kg/t200max250熱風溫度c1200max2500爐頂壓力mpa0.2max0.25除外，歐洲流行采用以爐缸面積(a)為基準的強化指標：爐缸面積利用系數曲 ,t/m3d爐缸燃燒強度 對比而言，后者比前者在冶金概念上要科學些，生產實踐表明，在一定的冶煉條件上，高爐的入爐風量、燃料燃燒量、煤氣生產量和生鐵產量都與爐缸面積成正比，這是高爐大型化的基本出發(fā)點。1.1.2爐容大型化及其空間尺寸的發(fā)展我國現有高爐1250座左右，大于1000以上容積的高爐有僅128座，高爐結構不合

13、理，平均爐容小，落后產能所占比重過大；固體廢棄物(塵、泥和爐渣等)產生總量增長過快；燒結so2排放形勢日益嚴峻等。 生產實踐證明，大型高爐容加上精料、高風溫、高壓爐頂、綜合噴吹以及春水冷卻等近代技術，可以降低單位燒結面積的基建投資和經營費用，提高勞動生產率，燒結礦質量，使高爐能耗降低、壽命增加，高爐利用系數也可達到2.0以上，同時生產管理方便，易于環(huán)境治理。1.1.3爐料向精料發(fā)展高爐的爐料結構從上世紀70年代以來幾經變化，由開始的原礦冶煉到全部使用燒結礦，最后改為機燒結礦配酸性球團礦，爐料結構變化及相應的主要生產指標如表1.2：爐料結構及主要生產指標表1.2爐料結構及主要生產指標時間年爐料結

14、構系數t/m3d焦比kg/t冶強t/m3d石灰石kg/t熟料比%品位%1970塊礦0.810350824903.0919701977土燒結礦和塊礦1.09680.9756057.4350.2919801985高、低堿度燒結礦2.4115921.36417.410051.9219861988高堿度燒結礦、土燒球團礦2.4035931.4123.310056.271992高堿度燒結礦、土燒球團礦2.7955991.66314.910054.57注：入爐焦比按碎鐵加入量進行了折算。隨著高爐冶煉的強度的增加，爐料正向著精料方向發(fā)展，精料包括入爐礦石的品味，改善入爐原料的還原性能，調高熟料率，穩(wěn)定入爐原

15、料成份和粒度。1.1.4提高鼓風溫度提高鼓風溫度可以大幅度降低焦比，特別是在鼓風溫度較低時效果更為顯著，一般認為，在1000一下，每提高風溫100，可以節(jié)焦10到20kg/t鐵，在1100以上，每提高100，可以降焦8到10kg/t鐵。近年來，噴吹燃料量逐漸增加，提高風溫更是迫切的事情。1.1.5提高爐頂壓力煤氣清洗系統文氏管安裝了可調喉口，利用調節(jié)文氏管喉口的方法，將高爐頂壓控制在35kpa左右。爐頂壓力的提高有利于減少壓差、穩(wěn)定爐況、提高煤氣利用率、最終提高產量。1.1.6富氧大噴吹噴吹燃料是，由于燃料的分解，爐缸的理論燃燒溫度有所降低，煤氣量增加，塊狀區(qū)熱流比下降，煤氣利用變差。富氧鼓風

16、可以克服這些足，合適的富氧率與噴吹的燃料成分有關，富氧大噴吹可達到優(yōu)質、低耗、高產、長壽的冶煉效果。1.1.7電子計算機的應用60年代起高爐開始應用計算機，目前已可以控制配料、裝料和熱風爐操作。1.2高爐本體1.2.1高爐爐型發(fā)展高爐爐型發(fā)展經歷了以下幾個階段。1) 原始爐型（大腰爐型） 各國原始爐型共同特點是爐缸和爐喉直徑小，爐身下部爐腹（爐腰）直徑大，高度小，即所謂的大腰爐型。2) 近代爐型 19世紀中葉，由于蒸汽鼓風機和焦炭的普遍使用，爐頂裝料裝置逐步實現機械化，高爐爐型趨向于擴大爐缸爐喉直徑，并向高度方向發(fā)展，逐漸形成近代的五段式高爐爐型。3) 現代爐型 由于人們對產量的要求和原燃料質

17、量的改善，以鼓風機能力的提高，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。高爐大型化成為高爐冶煉的發(fā)展趨勢。1.2.2五段式高爐爐型及爐型尺寸現代高爐爐型由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉組成，其幾何尺寸就是高爐爐型的尺寸。我國高爐爐型各部分名稱及尺寸表示方法見圖1.1圖1.1 高爐爐型尺寸表示方法1) 表征了高爐的矮胖程度，即高徑比。值越大，爐料和煤氣經過的路徑越長，爐料和煤氣在爐內接觸的時間也越長，因此有利于煤氣的熱能和化學能的充分利用。但值較大時卻增加了料柱的高度，從而相應的增加了煤氣流通過料柱的阻力損失，不利于高爐冶煉的順行。因此應有適當值，過大過小都不好。2) 爐缸尺寸 爐缸是高爐的核心部位。爐缸的容

18、積不僅應能保證足夠數量的燃料燃燒，而且能容納一定數量的鐵和渣。爐缸的高度應能保證在爐缸內容納兩次出鐵間隔時間內所生成的鐵水和一定數量的爐渣，并應考慮因故而不能按時放渣放鐵時能容納多余的鐵水和爐渣，因此爐缸高度直接決定了渣口和風口的高度，同時也影響風口前氧化帶的形狀和大小，從而也是影響爐況的主要要因素。3) 爐腹尺寸 爐腹的結構尺寸是爐腹高度和爐腹角。爐腹過高，有可能在爐料尚未熔融就進入收縮階段，易造成難行和懸料，爐腹過低則可能減弱爐腹應有的作用。1000以上的大型高爐爐腹高度在3.0到3.6米，中小型高爐還可以小一些，爐腹角一般取，過大不利于煤氣分布，過小使得爐腹部位對下降爐料阻力增加，不利于

19、順行。4) 爐腰尺寸 爐腰的高度大小對高爐冶煉沒有嚴重影響。高爐爐腰一般為m。5) 爐身尺寸 爐身尺寸包括爐身高度和爐身角。由于高爐大型化主要是爐型橫向增大，所以高爐有效容積增大時高爐爐身高度增大并不多，大型高爐爐身高度基本在m范圍。爐身角的大小與爐料的下降和煤氣流的上升過程中的分布狀態(tài)關系極大。爐身角取小時有利于爐料的下降，易發(fā)展邊緣煤氣流。但是，爐身角過小，邊緣沒氣流過分發(fā)展，會給高爐操作上下部調節(jié)帶來困難，不利于煤氣熱能和化學能的充分利用，容易使爐襯過熱而損壞。爐身角取大值時，有利于抑制邊緣煤氣流過分發(fā)展，但是不利于爐料下降。一般取值在之間，現代大型高爐爐身角取值在之間。6) 爐喉尺寸

20、爐喉的高度應能滿足控制爐料分布和煤氣流分布為宜，過高會使爐料擠緊而影響下降，過低難以滿足裝料制度調節(jié)的要求。爐喉高度一般以m為宜。1.3高爐爐襯高爐爐襯是用能夠抵抗高溫和化學侵蝕作用的耐火材料砌筑成的。爐襯的主要作用是構成工作空間，減少散熱損失，以及保護金屬結構件免遭熱應力和化學侵蝕作用。延長高爐壽命就是要延長爐襯壽命。 隨著煉鐵技術的發(fā)展，高爐爐型正在想著大型高效長壽低耗清潔的方向發(fā)展，高爐長壽技術發(fā)展尤為突出，新建的高爐或大修改造高爐均積極的采用高爐長壽技術，如陶瓷杯技術，uacr碳磚、銅冷卻壁、軟水密閉循環(huán)、高爐人工智能等專家系統等。90年代末發(fā)達國家如日本、西歐等國家高爐的壽命達10到

21、15年(無中修)，最新建或改造的高爐壽命在15年以上，并提出20年的目標。以日本川崎鋼鐵公司千葉6號高爐(5153m)和水島2號高爐(2857m)為代表,千葉6號高爐爐齡已達到23年以上，一代爐齡產鐵量13388t/m,創(chuàng)造了高爐長壽的世界紀錄；水島2號高爐1979年開爐至今仍在運行，正在創(chuàng)造高爐爐齡新的世界紀錄。我國好的鋼鐵企業(yè)如，寶鋼、首鋼、武鋼、攀鋼等大型高爐的爐齡基本能達到10到12年(無中修)。高爐陶瓷杯爐缸爐底結構是在爐底炭磚和爐缸炭磚的內緣，砌筑一層高鋁質杯狀剛玉砌體層，其具有明顯的優(yōu)越性。主要優(yōu)點是: (l) 陶瓷質耐火磚具有較好的抗鐵水溶蝕性, 能克服炭磚抗鐵水溶蝕性差的缺點

22、, 可以減緩或消除爐缸蘑菇形侵蝕。(2)陶瓷質耐火材料導熱系數比炭磚低對爐缸鐵水有保溫作用, 能提高鐵水溫度, 降低煉鐵能耗。(3) 高爐檢修短期休風時爐缸殘存鐵水的溫度降低速度較慢, 有利于高爐順利復風9。陶瓷杯結構如圖1.2圖1.2 陶瓷杯結構及理論等溫線分布1.3.1對高爐耐火材料性能要求過去煉鐵工作者對高爐耐火材料性能的要求僅限于一些常規(guī)性能, 如對炭磚僅要求灰分、耐壓強度、體積密度、氣孔率等指標, 對陶瓷耐火材料僅要求化學成分、耐火度、荷重軟化溫度、顯氣孔率、體積密度、耐壓強度、重燒線變化率等指標。實際上, 上述常規(guī)性能指標不能全面地反映出高爐生產條件下耐火磚襯受到破壞的工作條件。例

23、如, 有些高爐內有堿金屬和鋅的循環(huán)富集, 對耐火磚襯形成很強的侵蝕, 成為磚襯的重要侵蝕源?？箟A性差的耐火磚在爐內被堿侵蝕后往往變成粉末, 完全失去強度； 又如, 高爐爐缸到爐身中部有爐渣的侵蝕和沖刷, 過去這些部位多砌筑高鋁磚和粘土磚, 雖磚襯很厚, 但因其抗渣性很差則很快就被侵蝕掉, 易造成爐殼發(fā)紅、開裂等事故。對于高爐耐火材料使用性能的檢測方法, 武鋼已進行了近20 年的研究: 在研究高爐磚襯破損和侵蝕機理的基礎上, 對高爐耐火材料提出了多項特殊使用性能要求, 并研究出相應的試驗方法, 通過原冶金部制定了檢驗方法和標準。其主要有: 導熱系數、抗堿性、抗鐵水溶蝕性、抗爐渣侵蝕性、平均氣孔、

24、小于1m孔容積率、透氣度和抗氧化性；武鋼應用這些檢驗方法選用高爐耐火材料已有十多年歷史, 對武鋼提高高爐壽命發(fā)揮了重要作用。目前, 這些檢驗方法已在國內廣泛應用, 很多新型優(yōu)質高爐耐火材料不斷地開發(fā)出來, 有的綜合性能已趕上國際先進水平, 有些指標甚至超過了國際先進水平1011。1.3.2各種耐火材料的發(fā)展1) 半石墨炭磚 國內外半石墨碳磚性能對比如表1.3。石墨炭磚和日本bc-5 型半石墨炭磚相比, 其導熱系數、抗堿性、鐵水熔蝕等性能相當。德國半石墨炭磚的600導熱系數達到18.04 w/ ( mk) ,優(yōu)于一般的國產半石墨炭磚, 其他性能亦相當。但是, 蘭州新研制的半石墨炭磚的導熱系數、微

25、氣孔指標則優(yōu)于德國同類產品。表1.3 半石墨炭磚性能對比性能蘭州貴州日本bg-5德國5rdn蘭州新研制轉體積密度，(gcm-3)1.621.551.541.581.60顯氣孔率，%13.0316.2115.6014.0816.39耐壓強度，mpa46.8035.4335.0038.7543.01透氣度，mda38.81317.38138.23160.5218.93氧化率，%35.3812.374.861.84鐵水熔蝕指數，%26.8928.4228.2628.1928.85平均孔徑，m2.307.336.276.821.17孔容積率，%31.6521.0910.9615.2746.83導熱系數

26、（600c），wm-1k-14.1611.2112.5718.0420.09抗堿度良差良良良2) 石墨碳磚 美國的nmd 是一種石墨炭磚, 導熱系數很高,有的高爐將它用作爐身冷卻板之間的磚襯使用。應指出的是, 石墨磚一般用于爐底最下層, 是利用其高導熱性強化爐底冷卻, 在高爐爐役后期減緩鐵水的侵蝕。但是, 如果炭搗料的導熱系數很低, 石墨磚則法發(fā)揮高導熱系數的作用, 因為石墨磚的孔隙大、強度低,抗鐵水熔蝕性能也差。3) 陶瓷杯用磚 目前國內高爐陶瓷杯用磚有復合棕剛玉磚、剛玉莫來石磚、塑性相結合剛玉磚、微孔剛玉磚、法國陶瓷杯磚( 澆注塊) 等5 種,其性能對比試驗結果見表1.4表1.4 陶瓷杯磚

27、性能對比性能法國澆注塊1995年 2002年微孔剛玉磚塑性相剛玉磚復合剛玉磚剛玉莫來石體積密度，(gcm-3)3.293.303.143.143.172.86顯氣孔率，%10.0011.8513.0313.0312.0718.00耐壓強度，mpa66.0831.18168.48121.8121.9292.20透氣度，mda6.083.710.0029.388.70140鐵水熔蝕指數，%0.000.531.100.380.880平均孔徑，m0.1751.1560.2615.053.59孔容積率，%95.3378.1975.320.009.18導熱系數（600c），wm-1k-15.424.084

28、.554.464.903.78抗堿度優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差從表1.4可知, 國產微孔剛玉磚的各項性能均已達到或優(yōu)于法國陶瓷杯磚, 其中抗爐渣侵蝕性和耐壓強度更好。復合棕剛玉磚的抗堿性較差。塑性相結合棕剛玉磚除微氣孔指標較差外, 其他性能都較好, 是目前應用最多的一種。剛玉莫來石磚由于抗堿性和抗爐渣侵蝕性很差不適合用于爐缸部位,但仍適用于陶瓷杯底1214。1.4高爐冷卻1.4.1高爐冷卻目的1) 保護爐殼及各種鋼結構，使其不因受熱變形或破壞。2) 對耐火材料的冷卻與支撐，增加砌體的穩(wěn)定性。3) 維持合理的操作爐型，使耐火材料的侵蝕內型線接近操作爐型，對高爐內煤氣流的合理分布、爐料順行起到良好作用。4) 當

29、耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產。1.4.2冷卻介質選擇及處理1.4.2.1冷卻介質選擇根據高爐不同部位的工作條件及冷卻的要求，所用的冷卻介質也不同，一般常用的冷卻介質有：水、空氣和汽水的混合物，即水冷、風冷和汽化冷卻。對冷卻介質的要求：有較大的熱容量及導熱能力；來源廣、容易獲得、價格低廉；介質本身不會引起冷卻設備及高爐的破壞。1.4.2.2高爐冷卻設備的種類我國常用的冷卻設備有外部噴水冷卻、風口和渣口的冷卻、冷卻壁、冷卻板、支梁式水箱以及風冷或水冷爐底等。冷卻壁分為光面冷卻壁、鑲磚冷卻壁、凸臺鑲磚冷卻壁等。在使用材質上又分為耐熱鑄鐵、球墨鑄鐵、鋼和銅冷卻壁。

30、冷卻壁的優(yōu)點是不損壞爐殼強度，密封性好，冷卻均勻，爐襯表面光滑平整。冷卻板型式有鑄銅冷卻板，其中有兩通道的，四通道的，還有埋入式鑄鐵冷卻板等。水箱有鑄鐵支梁式水箱，鑄鋼空腔式水箱等1) 噴水冷卻裝置 高爐爐身和爐腹部位設有環(huán)型噴水管冷卻爐皮。大中型高爐在爐齡末期，冷卻器被燒毀的情況下，為了繼續(xù)維持生產，爐皮噴水冷卻時一項重要措施。小型高爐往往爐身不安裝冷卻，而只靠爐皮噴水冷卻。2) 風口和渣口冷卻 風口一般由大中小三個套組成。圖1.3為風口結構示意圖。渣口一般由四套組成，即渣口大套、二套、三套和小套（小渣口）。如圖1.4渣口裝置。圖1.3風口結構圖1.4渣口裝置3) 冷卻壁 冷卻壁裝設在磚襯和

31、爐殼之間，它是內部鑄有無縫鋼管的鑄鐵板。冷卻壁有光面和鑲磚兩種。1.4.3合理的冷卻結構冷卻結構的的合理與否對高爐長壽影響巨大。合理的冷卻結構應該滿足下列條件：（1） 冷卻效果要好而均勻，冷卻面死角要少；（2） 要具有承受熱流強度的功能，根據測試冷卻設備最大熱流承受能力為200000400000kg/（m2h），若超過400000kg/（m2h），冷卻設備就燒壞；（3） 爐腰和爐身具有一定的托磚功能；（4） 容易形成渣皮等。爐體結構的合理性也表現在冷卻壁的熱面溫度能控制在400，因為冷卻壁溫度超過400就發(fā)生相變從而加速冷卻壁的破損。1.4.4高爐冷卻壁的應用現狀及其發(fā)展目前，傳統的灰鑄鐵材質

32、的高爐冷卻壁正在逐步淘汰，現在為球墨鑄鐵材質。隨著高爐強化熔煉水平的提高，球墨鑄鐵冷卻壁越來越難以滿足要求。鑄鋼冷卻壁作為新一代高路冷卻壁，由于材質與冷卻水管材質相近，與球墨鑄鐵冷卻壁相比，具有伸長率高、抗拉強度大、熔點高、抗熱沖擊性強及整體導熱性能好等優(yōu)點，應用范圍逐步擴大41。高導熱性的紫銅冷卻壁的國產化及應用也得到很好地發(fā)展。國外早在1982年就開始對鑄鋼冷卻壁的進行了研究和開發(fā)。現在國內有部分鋼鐵企業(yè)使用剛冷卻壁，如濟鋼、南鋼和鞍鋼等，效果較好。銅冷卻壁不僅具有性能優(yōu)勢，而且在實際應用中，可以顯著降低煉鐵成本，呈現出極強的應用后勁。隨著銅冷卻壁的國產化進程的加快，成本的不斷降低和技術的

33、不斷成熟，可以預見，銅冷卻壁在我國的使用，特別是在大型高爐上的使用將會不斷加快。綜合考慮各種冷卻壁的使用壽命、制造工藝和成本等各個方面因素，預計在一般高爐上將可能聯合使用剛冷卻壁和球墨鑄鐵冷卻壁。在大型高爐上將可能綜合采用銅冷卻壁、剛冷卻壁和球墨冷卻壁是高爐爐體冷卻結構更加合理1516。1.5高爐基礎高爐基礎是高爐下部的承重結構，它的作用是將高爐全部載荷均勻地傳遞到地基。高爐基地由地下的基座和地面上的基墩組成。對高爐基礎的要求：1) 高爐基礎應把全部載荷均勻地傳給地基，不發(fā)生沉陷和不均勻沉陷。2) 具有一定的耐熱能力?；諗嗝鏋閳A形，直徑與爐底相同，高度一般為m。基座直徑與載荷和地基土質有關，

34、基座底表面積可按下式計算： m 式中 基座底部表面積，； 包括基礎質量在內的總載荷，； 小于1的安全系數，取值視地基土質而定； 地基土質允許承受能力，。1.6 渣鐵處理系統的設計1.6.1爐前操作平臺爐前操作平臺是指風口下面沿爐缸四周設置的整個平臺。包括風口平臺、渣口平臺和出鐵場。1) 風口平臺及出鐵場風口平臺是指在風口在下面沿爐缸四周設置的操作平臺，一般比風口中心線低mm。為了便于觀察風口和檢查冷卻設備以及進行更換風、渣口等冷卻設備的操作，風口平臺應寬敞平坦，但應留有一定泄水坡度。在鐵口側布置著鐵鉤和下渣溝的爐前平臺成為出鐵場。出鐵場有矩形出鐵場、雙矩形出鐵場和環(huán)行出鐵場。天鋼3200m3高

35、爐采用雙矩形除鐵場布置，設4個鐵口每個出鐵場有2個鐵口，夾角為78.7517。國內大型高爐除鐵口夾角見表1.5表1.5 我國3000m3以上高爐出鐵場形式及鐵口夾角項目爐容，m3鐵口數，個出鐵場形式鐵口夾角寶鋼1號40634雙矩形出鐵場40寶鋼2號40634雙矩形出鐵場40寶鋼3號43504雙矩形出鐵場75.79寶鋼4號47474雙矩形出鐵場75.79太鋼5號43504雙矩形出鐵場78.75天鋼2號32004雙矩形出鐵場90武鋼5號32004環(huán)形出鐵場78鞍鋼新1號32004雙矩形出鐵場78.75如圖1.5單口鐵的矩形出鐵場，目前這種布置已經很少見了。圖1.6多鐵口的雙矩形出鐵場、圖1.7環(huán)型

36、出鐵場平面布置圖。圖1.5單鐵口的矩形出鐵場平面布置圖1-高爐；2-南渣口；3-西渣口；4-東渣口；5-水渣溝；6-信號室；7-鐵水主溝；8-撇渣器；9-鐵水溝；10-下渣溝；11-爐前吊車；12-鐵路；13-電泡操作室14-泥溝庫；15-炮泥庫；16-焦粉庫圖1.6多鐵口的雙矩形出鐵場平面布置圖1.7環(huán)形出鐵場平面布置高爐；2-主溝；3-鐵溝；4-下渣口；5-擺動溜嘴；6-風口平臺；7-出鐵場；8-鐵水罐停放、運輸線；9-汽車直接上出鐵場平臺通道；10-輔助材料運輸線；11-爐前起重機2) 出鐵場除塵為了改善爐前高溫、多塵的勞動環(huán)境，減少煙塵和熱輻射對人體的危害，在渣鐵溝上方設計有溝蓋，在渣

37、、鐵罐上方設計有抽塵罩，除塵管道全部采用側吸式并埋入沙層中。由于鐵口區(qū)煙塵量約占出鐵場煙塵總量的30%，所以鐵口區(qū)域設計采用了頂吸式，通過抽風機吧煙塵抽走。未抽盡的煙塵通過出鐵場上的排煙氣樓自然排出42。3) 出鐵場設計的發(fā)展趨勢1 高爐出鐵場平坦化，物料運輸更便利；2 爐前設備改善，操控性能好；3 出鐵場除塵，改善工作環(huán)境，降低勞動強度。1.6.2爐前設備爐前設備主要有開鐵口機、堵鐵口泥炮、堵渣機、換風口機、振搗鐵溝的機械等。1) 開鐵口機大中型高爐均采用開口機打開口鐵，它由吊帶開口機的走行梁，旋轉機構和送進機構等三部分組成。開口機走行梁一端可以繞一固定軸回轉，另一端通過電動機拖動使其離開或

38、送至開鐵口位置。按其傳動方式可分為電動、氣動、液動和氣液復合傳動4種，按其傳動原理可分為鉆孔式和沖鉆式兩種。中小高爐使用的是電動鉆孔式，大中型高爐采用全氣動全液壓氣液復合傳動沖鉆式開口機。為了保證爐前操作人員的操作安全，現在高爐開鐵口機的操作都是機械化、遠距離進行的。開鐵口機必須瞞住一下要求：開鐵口時不得破話泥套和覆蓋在鐵口區(qū)域爐缸內壁上的泥炮；能遠距離操作，工作安全可靠；外形尺寸應盡可能的小，并當打開出鐵口后能很快撤離出鐵場；開出的出鐵口應為具有一定斜度角、滿足出鐵要求的直線孔道。2) 堵鐵口泥炮高爐出鐵后要迅速堵住出鐵口，堵鐵口的專用設備是泥炮。泥炮需要在高爐不停送風的全風情況下把堵泥壓進

39、鐵口，其壓力應大于爐缸內壓力，并能頂開由于放鐵后堆滿鐵口內側的焦炭。安全泥炮有一下要求。1 泥炮工作缸應具有足夠的容量，以供應足夠堵口的耐火泥，能夠一次堵住出鐵口。2 活塞應具有足夠的推力，用以克服密實堵口泥的最大運動阻力，將堵口泥分布在爐缸內壁上。3 炮嘴應有合理的運動軌跡，泥炮到達工作位置時要有一定傾角，而且炮嘴進入出鐵口泥套時，應盡量沿直線運動，以免損壞泥套。4 工作可靠，能夠遠距離操作。泥炮按驅動方式不同，分為氣動泥炮、電動泥炮和液壓泥炮。電動泥炮主要由打泥機構、壓緊機構、轉炮機構和鎖緊機構組成，結構見圖1.8。圖1.8 0.4m3電動泥炮裝置1打泥機構 2壓炮機構3轉炮機構 4鎖炮機

40、構電動泥炮有絲桿和螺母易磨損，修理困難，炮體過大等缺點。我國vu1000m以上的高爐一開始使用液壓泥炮。3) 爐前吊車為減輕勞動強度及方便爐前設備檢修，高爐均設置有橫跨爐前出鐵場的吊橋式吊車或環(huán)行出鐵場的橋式吊車。爐前吊車主要用于吊運爐前各種爐料，清理渣鐵溝，更換主鐵溝、撇渣器和檢修爐前設備等1819。1.7鐵水處理高爐生產的鐵水，大部分用于煉鋼。但是鑄造鐵和部分煉鋼鐵必須鑄成鐵塊。大中型高爐無論其鐵水是送去煉鋼還是鑄鐵，都是利用鐵水罐車運輸的。1.7.1鐵水罐車鐵水罐車基本可分為兩種類型：1) 上部敞開式（如圖1.9）特點是容量較小，散熱量大，但修理比較容易。圖1.9 上部敞開式鐵水罐車1錐

41、形鐵水罐；2樞軸；3耳軸；4支撐凸爪；5地盤；6小軸2) 混鐵爐式鐵水罐又稱魚雷式鐵水罐（如圖1.10），特點是散熱量小，容量大，但修理困難。中小高爐一般采用上部敞開式鐵水罐車，大型高爐多采用魚雷罐車。魚雷罐車取代傳統的鐵水罐車和混鐵爐，可在鐵水運輸過程中按照鋼鐵煉制工藝過程進行鐵水混合、保溫、脫磷、脫硫等處理，從而縮短了冶煉時間，降低冶煉成本，實現負能煉鋼，它是一種高效、先進的冶煉工藝設備。圖1.10 混鐵爐式鐵水罐車1車鉤；2底盤；3雙軸小車；4平衡梁；5齒環(huán)；6軸座；7軸；8鐵水罐；9傳動齒輪；10減速機；11減震器1.7.2鑄鐵機鑄鐵機是把鐵水連續(xù)鑄成鐵塊的機械化設備。一般年產10萬噸

42、以上的獨立煉鐵車間或年產噸的聯合企業(yè)都應設置鑄鐵機。與爐前鑄鐵相比它不僅能提高生產率，而且能夠保證生鐵質量，減輕工人勞動強度。鑄鐵機按滾輪固定的形式可分為兩類：一類是滾輪安裝在鏈帶兩側，鏈帶運行時滾輪沿著固定軌道前進，稱為滾輪移動式鑄鐵機；另一類是吧滾輪安裝在鏈帶下面的固定支座上，支撐鏈帶，稱為固定滾輪式鑄鐵機。二者相比，滾輪固定式是固定的，每個環(huán)節(jié)上有兩個鐵模，故長度長些，接點大為減小，容易潤滑，運行平穩(wěn)，鐵水噴濺少，備件消耗少，但制造維修復雜，需要滾珠軸承等配套件，鏈板為鑄鋼件，一次投資性大，運行中鏈帶掉后不易處理，所以，一般用于大型煉鐵廠。滾輪移動式恰好相反，容易制造，但運行狀況不好，國

43、內多用于中小型煉鐵廠20。1.8爐渣處理高爐生產的爐渣經過適當處理可做良好的建筑材料。它可以做礦渣水泥、渣磚、濕碾混凝土、泡沫渣和渣棉等。目前，國內高爐普遍采用水沖渣處理方法，特殊情況的采用于渣生產，在爐前直接進行沖渣棉的高爐很少。水淬渣按過濾方式的不同可分為以下幾種方式：1 過濾池過濾。有代表性的ocp法和我國大部分高爐都采用的改進型ocp法，即沉渣池法或沉渣池加底過濾池法。2 脫水槽脫水。有代表行的是rasa法，水田法。3 機械脫水。有代表性的是螺旋法、inba法、圖拉法。1.8.1圖拉法水淬渣1.原理：用高速旋轉的機械粒化輪配合低轉速脫水轉鼓處理熔渣。2.工藝優(yōu)點工藝設備簡單，占地面積小

44、；可以處理含鐵量小于40的熔渣；耗水量小，渣水比為1:1 3.工藝流程圖如1.11圖1.11 圖拉法水淬渣工藝流程圖 1.9高爐本體和出鐵場設計方案根據上述對文獻資料的總結分析，按照高爐設計先進、合理、可行、經濟的原則，本設計擬采用如下方案：采用陶瓷杯爐底爐缸；出鐵場設計為雙矩形出鐵場，用inba法水沖渣處理爐渣。第二章 煉鐵工藝計算2.1 高爐物料平衡計算2.1.1 原料條件及平衡計算221. 原料條件包頭地區(qū)原料成分見表2.12.3表 2.1 礦石成分表(%)成分tfemnpsffeocao燒結礦56.050.780.060.060.277.710.59球團礦63.570.040.020.

45、010.061.830.94生礦65.350.170.050.020.031.860.10硅礦1.080.000.000.000.000.000.17石灰石0.000.000.010.030.000.0056.00續(xù)表成分sio2mgoal2o3rxoyk2ona2oco2燒結礦5.152.010.490.980.130.220.00球團礦5.560.730.390.170.110.130.00生礦2.720.130.810.000.0130.000.00硅礦96.000.082.210.000.000.000.00石灰石0.390.090.170.000.000.0043.28表 2.2 焦

46、炭成分表（%）固定碳（%）灰分（13.570%）83.880sio2al2o3caomgofeofesp2o56.3805.4000.8000.1000.8300.0500.010續(xù)表揮發(fā)分 （1.030%）有機物（1.520%）合計全硫游離水co2coch4n2h2hns100.000.8003.7000.1500.4900.1500.0860.1500.5000.2490.771（s全s有機fes32/880.7710.05032880.800）表 2.3 煤粉成分表（%）chonsh2o78.9902.3904.0300.7400.5800.900續(xù)表灰分（12.370%）sio2al2

47、o3caomgofeo合計5.5865.2900.5600.2180.716100.001. 原料成分：采用燒結礦、球團礦、生礦冶煉。礦比為80：10：10。2. 礦石成分經補齊平衡計算后見表2.43. 冶煉制鋼生鐵，規(guī)定生鐵成分si0.5%，s0.03%4. 煉鐵焦比k420 kg/t，煤比m110kg/t5. 規(guī)定爐渣堿度rcao/ sio21.036. 元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率見表2.57. 選取鐵的直接還原度rd0.40（0.40.5），氫的利用率h20.45（0.30.5）8. 空氣濕度為4.298 g/m39. 鼓風濕度為0.001244.2980.0053，即0.53%1

48、0. 富氧率=0.0211. 熱風濕度為1200表 2.4 原料成分表（%）項目tfemnpsfeofe2o3cao燒結礦56.0500.7800.0600.0607.70071.36610.574球團礦63.5700.0400.0200.0101.83088.7561.340生礦65.3490.1700.0500.0201.86091.2640.100硅礦1.08000001.5430.170石灰石000.0100.0300056.000混合礦56.8910.7130.0580.0567.1573.2309.589續(xù)表項目mgosio2al2o3mnomno2p2o5fes燒結礦1.9774

49、.9000.2901.00700.1370.165球團礦0.8885.8600.6400.05200.0460.028生礦0.1302.7200.81000.2690.1150硅礦0.08096.0002.2070000石灰石0.0900.3900.123000.0230混合礦1.8304.8390.3340.9090.0130.1310.150續(xù)表項目rxoyco2caf2k2ona2on燒結礦0.98000.5540.1300.220100球團礦0.17000.1230.1100.130100生礦000.0620.0130100硅礦00000100石灰石043.280000100混合礦0.

50、89100.5080.1230.205100對于生礦，補齊平衡計算后n100燒損2.619（其中含有結晶水）對于混合礦，補齊平衡后n100燒損0.131%表 2.5 元素在生鐵爐渣煤氣中的分配率項目fekmnnaps生鐵0.9970.30.50.31.0爐渣0.0030.70.50.70煤氣000000.0052. 配料計算以1t生鐵作為計算單位，進行計算如下：（1） 根據鐵平衡求鐵礦石需要量。你 焦炭帶入的fe量： 煤粉倒入的fe量： 燃料帶入鐵量fef焦炭帶入+煤粉帶入=2.85+0.61=2.79kg 計算礦石用量 a 100095.70.73si s 100fef1/ 1 tfe0.6

51、8p礦1.03mn礦2 100095.70.730.50.0399.73.41/0.99756.8910.680.058 0.51.030.7131662.19 kg2 生鐵成分計算 fe atfe/100fef0.997/10 1662.190.568913.410.997/1094.62 p ap礦/100焦炭中p帶入量/101662.190.058/1004200.000162/142/100.10 mn amn礦/1002/101662.190.007130.5/10 0.59c 100fe si mn p s 10094.620.50.590.100.034.16生鐵成分表如表2.6表2