高爐本體畢業(yè)設(shè)計(jì)完整版

1、_內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書_ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：內(nèi)蒙古包頭地區(qū)條件下2500m³高爐爐體系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張瑜學(xué) 號(hào)：1176803442專 業(yè)：冶金工程班 級(jí)：4班指導(dǎo)教師：宋萍包頭地區(qū)條件下2500m³高爐爐體系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要高爐煉鐵的歷史悠久，煉鐵技術(shù)日益成熟，是當(dāng)今主要的煉鐵方式，隨著煉鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，高爐一代爐役壽命的不斷提高，長壽高爐技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。它是降低煉鐵成本，提高鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。在大型高爐設(shè)計(jì)中，通過優(yōu)化爐型、采用合理爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、銅冷卻壁、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、薄壁內(nèi)襯等技術(shù)為高爐長壽創(chuàng)造條件， 提出

2、了長壽高爐的基本設(shè)計(jì)思想。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，.在本次長壽高爐設(shè)計(jì)中，對(duì)高爐合理內(nèi)型、合理內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和不同部位耐火材料的選擇、冷卻方式和冷卻系統(tǒng)(包括冷卻器的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與水質(zhì)等)及其它有關(guān)方面作了綜合考慮。關(guān)鍵詞 ：高爐長壽 高爐內(nèi)襯 爐體冷卻Design of Long Life BFABSTRACTHas a long history of BF ironmaking, is the main way of ironmaking，BF campaign life is continuously increased as unceasing development of iron makin

3、g technology. It is being used more and more abroad. The long campaign technologies of blast furnace is one of the most important measures which reduce the iron making production cost and improve the economic profits of Iron and Steel Company. In the design of large BF， the technologies like optimiz

4、ed BF profile， reasonable hearth lining， copper stave， soft water closed circulating cooling system and thin-walled lining etc. were applied to prolong BF campaign life. The basic concept of designing long campaign blast furnace was put forward. In order to adapt to the trend， during designing long

5、campaign blast furnace， the rational; furnace profile， rational furnace lining structure and selection of different refractories for various areas， cooling method and system (including cooler structure and material， cooling water and so on) and concerned aspects must be comprehensively considered.Ke

6、y Words：Blast furnace life .Blast furnace lining. Furnace cooling 目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 文獻(xiàn)綜述11.1我國高爐煉鐵發(fā)展現(xiàn)狀11.2高爐概述.2 1.2.1高爐本體概括21.2.2高爐冶煉用的原料31.2.3高爐本體及附屬設(shè)備31.2.4高爐爐型的發(fā)展現(xiàn)狀51.3高爐爐底、爐缸對(duì)高爐長壽的影響51.3.1高爐長壽概述51.3.2 爐缸、爐底侵蝕的特征及原因61.3.3 爐腹、爐腰侵蝕的原因71.3.4 減少爐缸爐底侵蝕措施71.3.5 減少爐腹?fàn)t身侵蝕措施91.3.6陶瓷杯與熱壓小炭塊的比較101.4高爐冷卻

7、設(shè)備對(duì)高爐長壽的影響111. 4. 1高爐冷卻11第二章 高爐物料平衡計(jì)算192.1.原料條件192.2 礦石成分的補(bǔ)齊計(jì)算202.2.1燒結(jié)礦中成分的補(bǔ)齊計(jì)算212.2.2 球團(tuán)礦中成分的補(bǔ)齊計(jì)算212.2.3 生礦成分的補(bǔ)齊計(jì)算222.2.4 硅石中補(bǔ)齊計(jì)算232.3 礦石成分的平衡計(jì)算232.3.1 燒結(jié)礦平衡計(jì)算232.3.2 球團(tuán)礦平衡計(jì)算242.3.3 生礦平衡計(jì)算252.4 配料計(jì)算262.4.2 使用熔劑時(shí)的配料計(jì)算272.5物料平衡計(jì)算312.5.1 鼓風(fēng)量的計(jì)算312.5.2 煤氣組分及煤氣量的計(jì)算322.5.3煤氣中水量計(jì)算342.5.4考慮爐料的機(jī)械損失后的實(shí)際入爐量3

8、42.6 高爐熱平橫計(jì)算352.6.1全爐熱平衡計(jì)算(第二種)352.6.2 高溫區(qū)熱平衡392.7 煉鐵焦比計(jì)算41第三章 2500m3高爐爐體設(shè)計(jì)443.1 高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)443.1.1爐形設(shè)計(jì)463.1.2爐容校核，高徑比校核Hu/D及h4/Hu483.2高爐耐火材料493.2.1 高爐各部位耐火材料的選擇503.3 高爐爐體設(shè)備設(shè)計(jì)513.3.1 爐體冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)513.3.1.1 高爐爐底及爐缸513.3.1.2 爐腹至爐身中下部513.3.1.3 爐身中上部513.3.2高爐冷卻水設(shè)計(jì)543.3.3風(fēng)口、鐵口及爐底冷卻設(shè)備的設(shè)計(jì)573.3.3.1風(fēng)口設(shè)計(jì)573.3.3.2鐵口設(shè)計(jì)59

9、3.3.3.3 爐底冷卻設(shè)備593.4 爐殼設(shè)計(jì)593.5 高爐附屬設(shè)備63參考文獻(xiàn)70附 表72致 謝8167第一章 文獻(xiàn)綜述1.1我國高爐煉鐵發(fā)展現(xiàn)狀在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新常態(tài)”下，鋼鐵行業(yè)正處于適應(yīng)新常態(tài)之中轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效的重要階段，技術(shù)創(chuàng)新對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐和引領(lǐng)作用日益突出。為提高企業(yè)整體競爭力夯實(shí)基礎(chǔ)，積極交流我國各鋼鐵企業(yè)大型高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，探討實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)、生態(tài)發(fā)展等方面的途徑與措施我國高爐的大型化和高爐長壽技術(shù)應(yīng)用和推廣已是我國鋼鐵工業(yè)走向新型化工業(yè)道路的必然選擇。實(shí)踐多年, 大型高爐的長壽技術(shù), 在我國從理論到實(shí)踐上已經(jīng)形成。可以靠自己的技術(shù)完成一爐20年的目標(biāo)?，F(xiàn)在的

10、問題在于認(rèn)真應(yīng)用和推廣。對(duì)于經(jīng)濟(jì)工業(yè)發(fā)展較為落后的我國, 高爐實(shí)現(xiàn)大型化是困難的。這就是要求鋼鐵行業(yè)體制完善, 使一些小的容量的高爐被替代，完成高效高負(fù)荷的生產(chǎn)。總之,高爐的長壽技術(shù)必須是我們關(guān)注的要點(diǎn)。1.2高爐概述1.2.1高爐本體概括高爐是一種以生產(chǎn)液態(tài)生鐵的為目的的橫斷面為圓形的鼓風(fēng)煉鐵豎爐。高爐本體的組成部分有高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐村、冷卻裝置，高爐爐型設(shè)計(jì)計(jì)算。高爐有效容積（V有）表示高爐的大?。桓郀t車間的規(guī)?？梢杂糜行莘e表示，高爐本體設(shè)計(jì)的根本是有效容積和爐型。高爐煉鐵的特點(diǎn)：不論是世界其它國家還是中國，高爐的容積都在不斷擴(kuò)大。1.2.2高爐冶煉用的原料高爐冶煉是獲得生鐵的主要方

11、法，其工藝過程就是在高溫下用還原劑(焦炭、煤等)將鐵礦石或含鐵原料還原成液態(tài)生鐵的過程。高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料(焦炭)和熔劑(石灰石)三部分組成。鐵礦石一般都進(jìn)行加工，按加工方式分為燒結(jié)礦(應(yīng)用于貧鐵礦鐵的富集)與球團(tuán)礦。 1.2.3高爐本體及附屬設(shè)備高爐生產(chǎn)是借助高爐本體及輔助設(shè)備來完成的。高爐本體是冶煉生鐵的必要設(shè)備，它是由耐火材料砌筑的樹立式高爐圓形爐體，最外層爐殼是由鋼板焊接而成的，在耐火材料和爐殼之間安裝冷卻設(shè)備。完成冶煉還需要附屬設(shè)備配合。(1)高爐本體：爐基、爐殼，爐襯，冷卻設(shè)備，爐體支柱及爐頂框架等設(shè)備組成高爐本體；其中爐基使用鋼筋混凝土和耐熱混凝土結(jié)構(gòu)搭建而成，爐

12、襯用耐火材料砌筑，其余設(shè)備為金屬結(jié)構(gòu)件。在高爐下部設(shè)有風(fēng)口，鐵口和渣口，上部設(shè)置有爐料裝入口和煤氣導(dǎo)出口。(2)裝料系統(tǒng)：裝料系統(tǒng)的作用是將爐料裝入高爐并使之分布合理，設(shè)備主要包括裝料、布料、探料及均壓幾部分。按裝料方式分主要有鐘式爐頂、鐘閥式爐頂和無料鐘爐頂。鐘式爐頂主要包括受料漏斗、旋轉(zhuǎn)布料器、大小料鐘、大小料斗、大小料鐘平衡桿機(jī)構(gòu)、大小料鐘電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)裝置、探料裝置及其卷揚(yáng)機(jī)等。(3)上料系統(tǒng)：上料系統(tǒng)的任務(wù)是保證連續(xù)、均衡地供應(yīng)高爐冶煉所需要原料，主要設(shè)備包括貯礦槽、貯焦槽、槽下篩、稱量漏斗或稱量車、槽上槽下膠帶運(yùn)輸機(jī)、斜橋、給料機(jī)、料車及其卷揚(yáng)機(jī)等。(4)送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)系統(tǒng)的

13、任務(wù)是及時(shí)、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的供給高爐冶煉所需熱風(fēng)，送主要設(shè)備包括高爐鼓風(fēng)機(jī)，脫濕裝置、富氧裝置、熱風(fēng)爐、廢氣余熱回收裝置、熱風(fēng)管道、冷風(fēng)管道及冷熱風(fēng)管道上的控制閥門等。(5)噴吹系統(tǒng)： 噴吹系統(tǒng)的主要任務(wù)是均勻穩(wěn)定的向高爐噴吹煤粉，促進(jìn)高爐生產(chǎn)的節(jié)能降耗，主要設(shè)備包括磨煤機(jī)、主排風(fēng)機(jī)、收塵設(shè)備、煤粉倉、中間罐、噴吹罐、混合器、輸送氣源裝置、控制閥門與管道以及噴煤槍等。(6)煤氣除塵系統(tǒng)：煤氣除塵系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)高爐煤氣進(jìn)行除塵降溫處理，以滿足用戶對(duì)煤氣質(zhì)量的要求，設(shè)備主要包括煤氣上升管、煤氣下降管、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、靜電除塵器、捕泥器、凈煤氣管道與閥門等。 為了更好的保護(hù)環(huán)境，節(jié)約水

14、資源，目前大型高爐均采用干法除塵，包括煤氣管道、重力除塵器、旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器、減壓閥組以及爐頂余壓發(fā)電設(shè)備組成。(7)渣鐵處理系統(tǒng)：鐵渣處理系統(tǒng)的任務(wù)是及時(shí)處理高爐排出的渣、鐵，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，主要設(shè)備包括開鐵口機(jī)、堵鐵口泥炮、鐵水罐車、堵渣口機(jī)、爐渣?；b置、水渣池及水渣過濾裝置等。(8)除塵系統(tǒng)：出鐵場礦槽下礦槽上及轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)有除塵器。1.2.4高爐爐型的發(fā)展現(xiàn)狀我國高爐爐型，隨著原料條件的改善和操作技術(shù)的進(jìn)步，由20世紀(jì)50年代的較細(xì)長型高爐逐步演化成較矮胖爐型發(fā)展。由于原料條件和操作水平的進(jìn)一步改善，爐型越發(fā)矮胖。 高爐的爐型發(fā)展主要分為如下三個(gè)階段：無腰階段、大腰階段和近代高

15、爐階段。近代高爐均采用五段爐型，從上至下依次為：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸和死鐵層構(gòu)成。1.3高爐爐底、爐缸對(duì)高爐長壽的影響1.3.1高爐長壽概述高爐長壽技術(shù)是一項(xiàng)包括裝備、材料、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、原料以及生產(chǎn)操作管理等方面的綜合技術(shù)，高爐長壽是現(xiàn)代高爐發(fā)展的目標(biāo)。長壽直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益。近幾年，隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，我國高爐的數(shù)量迅速增加，高爐容積向大型化發(fā)展，高爐的設(shè)計(jì)水平、高爐的壽命都有了較大的提高。國外的先進(jìn)高爐長壽水平較高，一代爐役(無中修)壽命可達(dá)15年以上，部分高爐達(dá)到20年以上。高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：(1)是高爐大修設(shè)計(jì)或新建時(shí)采用的長壽技術(shù)，如合理的爐

16、型、優(yōu)良的設(shè)備制造質(zhì)量、高效的冷卻系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的耐火材料。(2)良好的施工水平。(3)是穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)的原燃料條件。(4)是有效的爐體維護(hù)技術(shù)。1.3.2 爐缸、爐底侵蝕的特征及原因爐缸爐底耐火材料侵蝕的主要特征為：(1)“蒜頭狀”侵蝕的發(fā)展，使?fàn)t墻耐火材料的厚度減薄，冷卻水溫度升高，發(fā)展到一定程度時(shí)，必須停爐，否則可能會(huì)造成爐缸燒穿。一般出現(xiàn)在爐缸、爐底交界處?！八忸^狀”侵蝕是高爐壽命的威脅之一。(2)在環(huán)砌爐缸碳磚中間會(huì)產(chǎn)生環(huán)狀斷裂或稱環(huán)形脆化層?！八忸^狀”侵蝕及環(huán)狀脆化層產(chǎn)生的原因是多方面的，歸納起來主要有如下幾個(gè)方面：(1)爐渣、爐料及鐵水的靜壓力作用增強(qiáng)了鐵水的滲透能力；

17、(2)溫度達(dá)到14001600攝氏度以上的高溫；(3)應(yīng)力增大對(duì)爐墻耐火材料的破壞等；(4)鼓風(fēng)中的氧氣、水分和煤氣的CO2等氧化氣氛對(duì)碳磚的氧化，還原劑對(duì)磚襯成分的還原作用；(5)堿金屬物質(zhì)侵蝕，生成Na2SiO3和K2SIO3低熔點(diǎn)物質(zhì)使炭磚和粘土磚開裂；1.3.3 爐腹、爐腰侵蝕的原因(1)溫度波動(dòng)造成的熱震破壞；(2)高溫?zé)釕?yīng)力對(duì)爐襯的破壞；(3)熔渣和鐵水的侵蝕；(4)上升煤氣流及下降爐料的沖刷磨損；(5)堿金屬及CO 氣體的化學(xué)侵蝕；1.3.4 減少爐缸爐底侵蝕措施(一)采用“炭磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)，利用碳磚熱面增加保護(hù)層1 作用(1)采用低導(dǎo)熱的陶瓷杯，炭磚熱面溫度降低，800等溫線

18、可以長時(shí)間控制在陶瓷杯內(nèi)，降低碳磚內(nèi)外溫差，從而減小應(yīng)力達(dá)到緩解碳磚環(huán)裂的效果；(2)陶瓷杯阻止堿金屬的侵入爐襯，減少堿金屬對(duì)碳磚的破壞；(3)陶瓷杯與鐵水沒有反應(yīng)，其抗鐵水侵蝕能力也比炭磚高得多，鐵水不直接接觸炭磚，這就清除了炭磚抗鐵水侵蝕能力較低的方法；(4)容易復(fù)風(fēng)操作；(5)提高鐵水溫度并防止鐵水滲漏；2 注意事項(xiàng)(1)死鐵層區(qū)域，破損的主要原因是鐵水侵蝕，所以要選用抗鐵能力強(qiáng)的耐火材料制作陶瓷杯。(2)死鐵層區(qū)域陶瓷杯材質(zhì)的軟化開始溫度要高，最好高于1700。當(dāng)渣鐵溫度一般不高于1550時(shí)陶瓷杯不發(fā)生軟化和熔化，而渣鐵只對(duì)它表面侵蝕，從而延長高爐壽命。(3)加厚死鐵層區(qū)域陶瓷杯側(cè)壁，

19、有利于延長壽命。因?yàn)檐浕_始溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于渣鐵溫度，且氣孔率很低，而渣鐵只對(duì)它表面侵蝕增加厚度有利長壽。(4)鐵口中心線以上的砌體，一般都可以形成渣皮，所以選擇抗渣能力強(qiáng)，抗熱性能好的耐火材料。(5)在結(jié)構(gòu)上，碳磚與陶瓷杯間要緊密，環(huán)縫選用導(dǎo)熱性高、填充性好、致密的無水碳素泥漿。(二)提高碳磚本身的抗鐵水侵蝕能力采用“碳磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)，待陶瓷杯侵蝕完了后，壽命取決于碳磚的抗鐵水侵蝕能力;若不采用陶瓷杯，長壽的關(guān)鍵是碳磚的抗鐵水侵蝕能力。(1) 降低鐵水對(duì)碳磚進(jìn)行物理、化學(xué)侵蝕的有效措施是碳磚實(shí)現(xiàn)微孔和超微孔，阻止鐵水向碳磚內(nèi)部滲透。(2) 美國UCAR公司熱壓小碳?jí)K的生產(chǎn)工藝使碳磚以閉氣孔為主

20、，鐵水對(duì)碳磚的侵蝕主要在表面進(jìn)行阻止了鐵水向碳磚內(nèi)部滲透，也有效地降低了碳磚的侵蝕速度。(3)降低侵蝕速度可以提高碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)，改善冷卻效果，降低砌體溫度。(三)高爐爐底采用防漂浮結(jié)構(gòu)爐底采用防漂浮結(jié)構(gòu)是必要的因?yàn)殍F水沿磚縫向爐底滲透是必然發(fā)生的。(四)適當(dāng)延長風(fēng)口長風(fēng)口有利于縮小“死焦堆”，可以減少鐵水縱向環(huán)流對(duì)碳磚的侵蝕。(五)加深死鐵層和適當(dāng)增加爐缸容積的比率減弱縱向環(huán)流沖刷可以加深死鐵層厚度增加爐容比。(六)強(qiáng)化爐缸冷卻有效地降低砌體侵蝕速度強(qiáng)化爐缸冷卻。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用較高的水速(>2.0m/s);改善水質(zhì)，防止結(jié)垢，好采用軟水冷卻方法。(七)綜合爐底綜合爐底是指爐底采用炭磚

21、和高鋁磚爐底采用水冷或風(fēng)冷。1.3.5 減少爐腹?fàn)t身侵蝕措施(1)在此部位均選用銅冷卻壁技術(shù)；(2)爐身下部爐墻的破壞分為耐火材料的破壞和冷卻壁破壞兩個(gè)階段，爐身下部的長壽應(yīng)同時(shí)考慮冷卻壁和耐火材料兩個(gè)方面，并應(yīng)考慮兩者之間的配合；(3)如高爐采用板、壁結(jié)合的冷卻器布置形式以加強(qiáng)對(duì)耐火材料的支撐；(4)控制合理的爐體熱負(fù)荷；(5)在此處采用噴涂技術(shù)以及灌漿造襯技術(shù)；高爐整個(gè)噴涂技術(shù)過程包括休風(fēng)、清理爐墻、爐內(nèi)噴涂、烘爐及送風(fēng)恢復(fù)爐況。噴涂按部位分有爐喉部位的局部噴補(bǔ)、爐腰以上的噴涂和風(fēng)口帶以上的噴補(bǔ)。1.3.6陶瓷杯與熱壓小炭塊的比較(1)陶瓷杯結(jié)構(gòu)形式：陶瓷杯主要有兩種機(jī)構(gòu)形式，一種是法國結(jié)

22、構(gòu)，一種是國產(chǎn)陶瓷杯結(jié)構(gòu)。我國高爐目前采用最為廣泛的爐缸、爐底結(jié)構(gòu)形式，是陶瓷杯形式，其碳磚部分與綜合爐底、爐缸結(jié)構(gòu)形式基本相同，但爐底碳磚上部和爐缸碳磚內(nèi)側(cè)砌筑有專門設(shè)計(jì)的陶瓷材料，整個(gè)陶瓷材料在爐缸形成一個(gè)杯形結(jié)構(gòu)，故稱陶瓷杯。此種結(jié)構(gòu)爐底一般采用普通碳磚、石墨碳磚、半石墨碳磚、微孔碳磚中的23種分層砌筑，爐缸側(cè)壁采用半石墨碳磚、微孔碳磚、超微孔碳磚中的12種分區(qū)砌筑，而整個(gè)碳磚內(nèi)側(cè)為優(yōu)質(zhì)陶瓷材料。雖然陶瓷杯結(jié)構(gòu)形式近年來在結(jié)構(gòu)上變化不大，但在材質(zhì)上卻一直在不斷改變，在陶瓷杯應(yīng)用初期，主要以黃剛玉、棕剛玉為主，而現(xiàn)在則發(fā)展到主要以致密剛玉，微孔剛玉、剛玉莫來石，塑性相復(fù)合剛玉等為主的材料，

23、使其產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。性能也更加優(yōu)越。1.4高爐冷卻設(shè)備對(duì)高爐長壽的影響1. 4. 1高爐冷卻高爐長壽技術(shù)的發(fā)展和高爐冷卻技術(shù)的進(jìn)步密切聯(lián)系在一起。高爐冷卻的目的就在于：1通過冷卻，使?fàn)t襯保持一定的合理強(qiáng)度，維持生產(chǎn)內(nèi)型，保護(hù)爐殼；2形成保護(hù)性渣殼，保護(hù)爐襯甚至代替爐襯工作；3保護(hù)各種金屬構(gòu)件。高爐對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求有：1能夠保護(hù)爐殼，抵抗高熱流；2在保護(hù)冷卻系統(tǒng)本身的條件下，使焦炭消耗量最?。?冷卻和支承對(duì)耐火材料；4維護(hù)保持操作爐型；5耐火材料大部分或全部被腐蝕后，高爐生產(chǎn)靠冷卻設(shè)備上的渣皮來維持；高爐常用的冷卻介質(zhì)有:水、風(fēng)、汽水混合物。根據(jù)高爐各部位工作條件，爐缸、爐底的冷卻目的是使鐵水

24、凝固的1150等溫面遠(yuǎn)離高爐殼，防止?fàn)t底、爐缸被渣鐵水燒漏。而爐身冷卻的目的是為了保持合理的操作爐型和保護(hù)爐殼。目前國內(nèi)高爐采用的冷卻方式有三種：   1工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng)    2汽化冷卻系統(tǒng) 3軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)1、高爐冷卻方式的發(fā)展高爐冷卻方式的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：直流供水冷卻系統(tǒng)、敞開式供水冷卻系統(tǒng)、閉環(huán)式循環(huán)冷卻系統(tǒng)(含汽化冷卻系統(tǒng)和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng))。與之聯(lián)系在一起的高爐冷卻水的發(fā)展經(jīng)歷了工業(yè)水(即未經(jīng)處理的地表水或地下水)、凈化水、軟水或純水幾個(gè)階段：1)直流供水冷卻系統(tǒng)。這是一種最廉價(jià)的方式，同時(shí)存在缺陷：它會(huì)造成

25、水管腐蝕、結(jié)垢；水中微生物多而在冷卻水管內(nèi)繁殖，造成水管堵塞：耗費(fèi)大量的水資源和電能，對(duì)地表水體的熱污染非常嚴(yán)重。所以供水冷卻方式己基本上被淘汰。2)敞開式供水冷卻系統(tǒng)。這種供水方式與直流供水冷卻方式相比，耗水量少，對(duì)環(huán)境污染輕，經(jīng)處理后，水的結(jié)垢能力和腐蝕性大為降低，對(duì)冷卻器冷卻能力的破壞較小。但因冷卻水常暴露在空氣中易被污染，水質(zhì)的腐蝕性及微生物造成的破壞仍不可忽視，對(duì)水質(zhì)的穩(wěn)定造成危害。3)閉環(huán)式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。閉環(huán)式循環(huán)冷卻系統(tǒng)有兩種形式：汽化冷卻系統(tǒng)和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。其工作原理是把經(jīng)軟化的水變成汽、水二相混合物，利用它比水大幾倍到幾十倍的熱交換系數(shù)從冷卻構(gòu)件中吸收大量的熱量，除了

26、水升溫吸收的顯熱外，還有水汽化吸收的潛熱，強(qiáng)化了熱交換；由于飽和汽的比重小，僅為水的1/1000，因而汽水混合物與水的比重差可以產(chǎn)生自然循環(huán)的推動(dòng)力，所以又稱它為自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)。2、高爐冷卻器的發(fā)展通過冷卻器實(shí)現(xiàn)冷卻，實(shí)踐證明，冷卻器的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和布置方式對(duì)高爐壽命有重要的影響。(1)冷卻板冷卻板的材質(zhì)有鑄鐵、鋼和銅幾種類型，目前普遍應(yīng)用的主要是銅冷卻板，銅冷卻板的優(yōu)點(diǎn)為：支撐耐火材料：銅的高導(dǎo)熱性，增加冷卻強(qiáng)度，砌體壽命延長；爐體外部更換冷卻版方便。其缺點(diǎn)為： 只能冷卻局部所在爐殼位置。 爐役后期爐襯損壞，冷卻板突出，改變爐容下料苦難； 銅的機(jī)械強(qiáng)度在溫度超過130時(shí)很快降低，使用時(shí)間短。

27、 對(duì)于全冷卻板高爐，爐殼因開孔較多而導(dǎo)致應(yīng)力集中。(2)冷卻壁冷卻壁能夠?qū)⒋蟛糠譄崃康竭_(dá)爐殼之前將其帶走，從而能有效地保護(hù)爐殼，使其免受熱影響。目前，國內(nèi)外高爐冷卻設(shè)備發(fā)展的趨勢是以冷卻壁和板壁結(jié)合為主。1 .5高爐耐火材料耐火材料選擇直接影響了高爐壽命。使用的部位不同，選擇的材料也不一樣。1爐底、爐缸耐火材料我國大中型高爐的爐缸爐底自50年代末采用碳磚綜合爐底以來，在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，其壽命都在10年以上。但隨著高爐冶煉生產(chǎn)量的加大，爐缸壽命依然存在著問題。爐缸爐底用耐火材料的很重要的一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)微孔 或超微孔，減少孔徑大于lm的氣孔：實(shí)現(xiàn)氣孔封閉，消除或減少鐵水向碳磚內(nèi)的滲透，使鐵水對(duì)碳磚的侵

28、蝕只能在碳磚表面進(jìn)行，從而減緩對(duì)碳磚的侵蝕速度，延長高爐的壽命。其次耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)其的冷卻效果有重要的影響，提高導(dǎo)熱系數(shù)可降低耐火材料的溫度，提高其抗侵蝕能力。2高爐爐腹至爐身下部耐火材料 爐腹至爐身下部屬于高爐內(nèi)襯薄弱的地方， 爐腹至爐身下部的耐火材料，在生產(chǎn)中因?yàn)槭艿礁邷丶皬?qiáng)熱震、初成渣和鐵水的侵蝕、堿金屬及鋅的侵蝕、，高爐只能依靠冷卻器從而形成的渣皮維持生產(chǎn)，隨著冷卻設(shè)備的燒壞，爐殼紅熱變形甚至燒穿，高爐只能被迫停爐中修。高爐磚襯維持的時(shí)間越長，冷卻器工作的環(huán)境也越好，冷卻器的壽命越長，高爐的壽命也越長。此部位耐火材料的選擇主要有兩種：一種是追求高導(dǎo)熱系數(shù)，即冷卻使內(nèi)襯熱面溫度低于

29、800 (對(duì)耐火磚破壞作用出現(xiàn)時(shí)的臨界溫度)，將800等溫線推至耐火磚襯熱表面或渣殼內(nèi)，這樣的磚襯可視為“永久磚襯”；另一種觀點(diǎn)正好相反，認(rèn)為應(yīng)該通過選擇耐火材料使?fàn)t內(nèi)熱損失減到最低 第二章 高爐物料平衡計(jì)算2.1.原料條件表2.1 礦石成分表(%)原料TFeMnPSFFeOCaO燒結(jié)礦53.2000.7800.0680.0600.4048.60011.560球團(tuán)礦61.2000.0400.0240.0060.0562.4000.820生礦65.3500.1650.0480.0210.0291.8600.100硅石1.0830.0000.0000.0000.0000.0000.165石灰石0.

30、0000.0000.0050.0300.0000.00056.000 續(xù)表原料SiO2MgOAl2O3RxOyK2ONa2OCO2燒結(jié)礦6.6502.2800.4890.9800.2890.3500.000球團(tuán)礦8.1500.1080.3870.0300.1000.1930.000生礦2.7180.1280.8070.0000.0130.0000.000硅石96.0000.0762.2120.0000.0000.0000.000石灰石0.3900.0900.1700.0000.0000.00043.283 表2.2 焦炭成分表(%)固定碳(%)灰分(13.507%)SiO2 Al2O3CaOM

31、gOFeO FeSP2O583.88047.01539.7945.8950.7376.1160.3680.074續(xù)表 揮發(fā)分(1.030%)有機(jī)物(1.520%)合計(jì)全硫游離水CO2COCH4 N2H2 H NS0.1500.4900.1500.0860.1500.5000.2490.771100.00.7893.700(S全=S有機(jī)FeS×32÷88=0.050×32/88+0.771=0.789)表2.3 煤粉成分表(%)CHO NSH2O78.9902.3904.0300.7400.5800.900續(xù)表灰分(12.370%)SiO2 Al2O3CaOMgOF

32、eO5.5865.2900.5600.2180.710 (1)原料成分：采用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、生礦冶煉。配比為80：12：8 整理計(jì)算后見下表。(2) 冶煉制鋼生鐵，規(guī)定生鐵成分Si=0.7，S=0.03。(3) 煉鐵焦比K=400 Kg，煤比M=130Kg。(4) 規(guī)定的爐渣堿度R= CaO/ SiO2=1.03。(5) 元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配律表在下。(6) 選取鐵的直接還原度rd=0.45，氫的利用率H=35%。(7) 鼓風(fēng)濕度為12.5g/m3。(8) 鼓風(fēng)濕度為 =0.00124×12.5=0.0155，即1.55%。(9) 熱風(fēng)溫度為1100。原料存在的形式：1）鐵

33、礦石一般的天然礦中硫多以硫化物（FeS2黃鐵礦）存在，有事也有硫酸鹽(如CaSO4).l磷室以磷酸鹽（如Ca3（PO4）2）形態(tài)存在，對(duì)于含有硫酸鹽，磷酸鹽的礦石，在其成分表中應(yīng)有SO3，P2O5項(xiàng)。天然礦中的錳可能以軟錳礦（MnO2）。硬錳礦（KRO.1MnO2.Nh2O）,其中RO可能以CaO、MgO、BaO或MnO)形態(tài)存在，對(duì)于含有硫填寫成分表時(shí)以MnO2形式出現(xiàn)，其他的像褐錳礦（MnO3）黑錳礦（Mn3O4）較少。對(duì)于含銅的礦石，天然礦中銅可能以黃銅礦(FeCuS2)形態(tài)存在，填寫成分表時(shí)分別寫成FeS,CuS兩項(xiàng)。對(duì)于含礬鈦的礦石，鈦可能以鈦鐵礦(FeTiO3),金紅石（TiO2）

34、形態(tài)存在，而礬則以ViO5存在。對(duì)于某些生礦的燒結(jié)損項(xiàng)，如果未指明是結(jié)晶水（如褐鐵礦）而且數(shù)量不多時(shí)，可按CO2(碳酸鹽)處理；如果較多，可按先滿足與其中的CaO及MgO結(jié)合的CO2,其余為結(jié)晶這樣處理。2）焦炭按以往的煉鐵工藝計(jì)算，要求給出焦炭 全分析成分，它們是：固定碳（C）:灰分（A）,其中有SiO2.Al2O3.CaO.MgO.FeO.P2O5.TiO2.MnO等。揮發(fā)分（V）,其中有CO2.CO.H2.N2.CH4等。有機(jī)物（O）,其中有有機(jī)物.氮.硫等。游離水（H2O）。3）煤粉高爐噴吹燃料的煤粉是種復(fù)雜的碳?xì)浠衔?，一般給出的工業(yè)分析（干基）有含碳量（固定碳）及灰分，揮發(fā)分，硫，

35、水分含量，有時(shí)也用到煤粉的碳，氫，氧，氮，硫的元素分析。由于噴煤數(shù)量不多，而且煤粉制備時(shí)又將其加熱烘干，煤粉的含水量至多1左右，為簡化計(jì)算，可將煤粉中的H2O按化合水處理。2.2 礦石成分的補(bǔ)齊計(jì)算2.2.1燒結(jié)礦中成分的補(bǔ)齊計(jì)算(1)由Mn計(jì)算MO MnO=0.780×71/55=1.007(2)由P計(jì)算P2O5 P2O5=0.068×142/62=0156(3)由S計(jì)算FeS FeS=0.060×88/32=0.165(4)由F計(jì)算CaF2 CaF2=0.404×78/38=0.829(5)由CaF2中的Ca計(jì)算CaO CaO(CaF2)=(0.82

36、9-0.404)×56/40=0.595 CaO=CaO總-CaO(CaF2)=11.560-0.595=10.965(6)由FeO、FeS及TFe計(jì)算Fe2O3 Fe(FeO)=FeO×56/72 Fe(FeS)=0.165×56/88由此可得：Fe2O3中的鐵量為 Fe(Fe2O3)=TFe-Fe(FeO)-Fe(FeS) Fe2O3 =(TF-Fe(FeO)-Fe(FeS)×160/112 =(53.200-8.600×56/72-0.165×56/88)×160/112 =66.294 2.2.2 球團(tuán)礦中成分的補(bǔ)齊

37、計(jì)算(1)由Mn計(jì)算MnO MnO=0.040×71/55=0.052(2)由P計(jì)算P2O5 P2O5=0.024×142/62=0.055(3)由S計(jì)算FeS FeS=0.030×88/32=0.083(4)由F計(jì)算CaF2 CaF2=0.056×78/38=0.115(5)由CaF2中的Ca計(jì)算CaO CaO(CaF2)=(0.115-0.056)×56/40=0.083 CaO=CaO總-CaO(CaF2)=0.820-0.083=0.738(6)由FeO、FeS及TFe計(jì)算Fe2O3 Fe(FeO)=FeO×56/72 Fe(

38、FeS)=0.083×56/88由此可得：Fe2O3中的鐵量為 Fe(Fe2O3)=TFe-Fe(FeO)-Fe(FeS) Fe2O3 =(TF-Fe(FeO)-Fe(FeS)×160/112 =(61.200-2.400×56/72-0.083×56/88)×160/112 =84.6862.2.3 生礦成分的補(bǔ)齊計(jì)算(1)由Mn計(jì)算MnO2 MnO2=0.165×87/55=0.261(2)由P計(jì)算P2O5 P2O5=0.048×142/62=0.110(3)由S計(jì)算FeS2 FeS2=0.021×120/64

39、=0.039(4)由F計(jì)算CaF2 CaF2=0.029×78/38=0.060(5)由CaF2中的Ca計(jì)算CaO CaO(CaF2)=(0.060-0.029)×56/40=0.044 CaO=CaO總-CaO(CaF2)=0.100-0.044=0.056(6)由FeO、FeS及TFe計(jì)算Fe2O3 Fe(FeO)=FeO×56/72 Fe(FeS2)=0.039×56/120由此可得：Fe2O3中的鐵量為 Fe(Fe2O3)=TFe-Fe(FeO)-Fe(FeS) Fe2O3 =(TFe-Fe(FeO)-Fe(FeS2)×160/112

40、=(65.350-1.860×56/72-0.039×56/120)×160/112=91.2642.2.4 硅石中補(bǔ)齊計(jì)算因硅石中含TFe=1.083 推出 Fe2O3=1.083×160/112=1.547 (可忽略)2.3 礦石成分的平衡計(jì)算2.3.1 燒結(jié)礦平衡計(jì)算各化合物含量之和n： n=99.054按礦石各組分均衡擴(kuò)大：(1)FeO'/FeO=100/99.054 => FeO'=8.682同理：(2)Fe2O3'=66.294×100/99.054=66.927 (3)MnO'=1.007&#

41、215;100/99.054=1.017 => Mn'=Mn×100/99.054=0.788(4)P2O5'=0.156×100/99.054=0.157 =>P'=P×100/99.054=0.069(5)FeS'=0.165×100/99.054=0.167 =>S'=S×100/99.054=0.061(6)CaF2'=0.829×100/99.054=0.837 =>F'=F×100/99.054=0.408(7)CaO'=10

42、.965×100/99.054=11.070(8)SiO2'=6.650×100/99.054=6.713(9)MgO'=2.280×100/99.054=2.302(10)Al2O3'=0.489×100/99.054=0.494(11)RexOy'=0.98×100/99.054=0.989(12)K2O'=0.289×100/99.054=0.292(13)Na2O'=0.350×100/99.054=0.353 由(1)、(2)、(5)可知: TFe'=Fe&#

43、215;100/99.054 =53.707 各組分之和：N=100.000 2.3.2 球團(tuán)礦平衡計(jì)算各化合物含量之和n： n=97.096按礦石各組分均衡擴(kuò)大：(1) FeO'/FeO=100/97.096 => FeO'=2.47同理：(2)Fe2O3'=84.686×100/97.096=87.218 (3)MnO'=0.052×100/97.096=0.054 => Mn'=Mn×100/97.096=0.042 (4)P2O5'=0.055×100/97.096=0.057 =>

44、; P'=P×100/97.096=0.025 (5)FeS'=0.083×100/97.096=0.085 =>S'=S×100/97.096=0.031 (6)CaF2'=0.115×100/97.096=0.118 =>F'=F×100/97.096=0.057 (7)CaO'=0.737×100/97.096=0.760 (8)SiO2'=8.150×100/97.096=8.394 (9)MgO'=0.108×100/97.096

45、=0.111 (10)Al2O3'=0.387×100/97.096=0.398 (11)RexOy'=0.030×100/97.096=0.031 (12)K2O'=0.100×100/97.096=0.103 (13)Na2O'=0.193×100/97.096=0.199由(1)、(2)、(5)可知： TFe'=Fe×100/97.096 =63.030 各組分之和：N=100.000 2.3.3 生礦平衡計(jì)算各化合物含量之和n： n=97.317 按礦石各組分均衡擴(kuò)大： (1) FeO'/

46、FeO=100/97.096 => FeO'=1.911同理：(2)Fe2O3'=91.264×100/97.317=93.781 (3)MnO2'=0.261×100/97.317=0.268 => Mn'=Mn×100/97.317=0.169 (4)P2O5'=0.110×100/97.317=0.113 => P'=P×100/97.317=0.049 (5)FeS2'=0.039×100/97.317=0.040 =>S'=S×

47、100/97.317=0.021 (6)CaF2'=0.060×100/97.317=0.062 =>F'=F×100/97.317=0.030 (7)CaO'=0.057×100/97.317=0.058 (8)SiO2'=2.718×100/97.317=2.793 (9)MgO'=0.128×100/97.317=0.132 (10)Al2O3'=0.807×100/97.317=0.829 (11)K2O'=0.013×100/97.317=0.013由(

48、1)、(2)、(3)可知: TFe'=Fe×100/97.317 =67.152各組分之和: N=100.000平衡后的原料成分見表2.4：表2.4 原料成分表(%)原料TFeMnPSFFeOCaOMgOSiO2Al2O3燒結(jié)礦53.7070.7880.0690.06174.9876.31010.4132.0173.4331.696球團(tuán)礦63.0300.0420.0250.03194.2710.2462.4890.1112.3890.395生礦67.1520.1690.0490.02188.3801.6470.4350.1402.9422.663混合礦55.9010.6490

49、.0620.05477.9605.3078.5201.6403.3071.776續(xù)表：原料MnOMnO2FeSFeS2P2O5RxOyCO2Na2OK2O燒結(jié)礦1.0170.0000.1670.0000.1570.9890.0000.3530.292100.000球團(tuán)礦0.0540.0000.0850.0000.0570.0310.0000.1990.103100.000生礦0.0000.2680.0000.0400.1130.0000.0000.0000.013100.000混合礦0.8200.0210.1440.0030.1410.7950.0000.3060.247100.0002.4

50、配料計(jì)算2.4.1元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配率，取值如表2.5： 表2.5元素分配率表 元素FeMnPS生 鐵0.9970.51.0爐 渣µ0.0030.50煤 氣0000.5 2.4.2 使用熔劑時(shí)的配料計(jì)算TFe=53.707×0.8+63.030×0.12+67.151×0.08 =55.901(%)P礦=0.069×0.8+0.025×0.12+0.049×0.08 =0.062(%)Mn礦=0.788×0.8+0.042×0.12+0.169×0.08 =0.649(%)1、噸鐵礦

51、使用量計(jì)算。(燃燒帶入鐵量Fef)Fef=400×(FeOK×56/72+FeSK×56/88)+130×FeOM×56/72 =400×(0.00826×56/72+0.00050×56/88)+130×0.00710×56/72 =3.415(kg)由公式：A=1000×(95.7-0.73Si-S)-100Fef×1/TFe×1+0.68PA+ 1.03MnA×2 計(jì)算礦石用量A.A=1000×(95.7-0.73×0.7-0.0

52、3)- 100×3.415×0.997/56.901×0.997+0.68×0.062+1.03×0.649×0.5=1689.878kg2、生鐵成分計(jì)算Fe=(A×TFe/100+Fef)×1/10=(1689.878×56.901/100+3.415)×0.997/10=94.523(%)P=A×PA/1000+420×P2O5K×62/142/1000 =1689.878×0.062+420×0.00010×62/142/1000

53、 =0.107(%)Mn=A×MnA×2/1000=1689.878×0.649×0.5/1000 =0.548 (%)C=(100-94.523-0.107-0.548-0.7-0.03)/100=4.092(%)表2.6 生鐵成分表(%)：FeSiSPMnC94.5230.70.030.1070.5484.092100.0003、石灰石用量的計(jì)算礦石、燃料帶入的CaO量：因?yàn)镃aOA=11.070×0.8+0.760×0.12+0.058×0.8=8.952(%)CaOK=13.507×0.05895=0.79

54、6(%)CaOM=0.560(%)所以，礦石、燃料帶入的CaO量為：CaOA=(1689.878×CaOA+400×CaOK+130×CaOM)/100=(1689.878×8.952+400×0.796+130×0.560)/100=155.190(kg)礦石、燃料帶入的SiO2量(扣除還原Si消耗的)：因?yàn)?，SiO2A=6.713×0.8+8.394×0.12+2.793×0.08=6.601(%) SiO2K=0.13507×47.015=6.350(%) SiO2M=5.586(%) (SiO2)=10Si×60/28所以，礦石、燃料帶入的SiO2量為：A×SiO2A+K×SiO2K+M×SiO2M-(SiO2)=(1689.878×6.210+400×6.350+130×5.586-10×0.7×60/28)/100=129.211 kg石灰石的有效熔劑性：CaO有效=CaO熔-RSiO2熔=0.165-1.03×96=-98.715(%)說明爐料中CaO量較多，需要配加酸性熔劑硅石，這時(shí)應(yīng)把硅石成分帶入分母部分。 SiO2有效=SiO2熔-