3000立方米高炉设计说明书.docx
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3000立方米高炉设计说明书
内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书
题目：
天津原料条件下3000m3高炉本体设计及渣铁处理系统的设计
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摘要
高炉喷煤是20世纪60年代开始大规模应用于钢铁工业生产的炼铁新技术。
随着石油危机、环保和炼焦煤资源日益短缺等问题，高炉喷煤已不仅是高炉调剂的一项重要手段，同时还是弥补焦炭不足的主要措施。
而且高炉喷煤是降低炼铁生产成本的有效途径。
本设计结合包钢地区原料条件下和对目前国内外先进高炉喷吹工艺的学习。
采用并罐直接喷吹形式的喷煤方式设计的2200m3高炉喷煤系统。
系统设计包括高炉喷煤储运系统设计、高炉喷煤制粉系统设计、高炉喷煤喷吹系统设计、高炉喷煤安全设计。
从而以价格低廉的煤粉部分替代价格昂贵而日趋贬值的冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成分下降。
增加效益。
关键词：
高炉喷煤；高炉；喷煤技术；
Abstract
Theblastfurnacecoalisthe1960slargescaleapplicationsteelindustryproductionofnewiron-makingtechnique.Astheoilcrisis,environmentalprotectionandcokingcoalresourcesincreasinglyscarce,blastfurnacehasnotonlytheblastfurnaceiscoaladjustedaandalsoanimportantwaytomakeupforthelackofcokeormajormeasures.Andblastfurnaceironmakingistoreduceproductioncostcoaltheeffectiveway.ThisdesignwithBaotouareaofmaterialconditionandathomeandabroadandadvancedinjectionprocessofblastfurnacestudy.Theadoptionandcansofdirectinjectionfromofpulverizedcoalinjectionwayof2200m3designofblastfurnacecoalsystem.Systemofblastfurnacedesignincludingcoalstoragesystemdesign,blastfurnacecoalpulverizingsystemdesign,blastfurnacepulverizedcoalinjectionsystemdesign,blastfurnacesafetydesignofcoal.Andthelowpriceofcoalpowderpartlyreplaceexpensiveandmorelackofmetallurgicalcoke,maketheblastfurnaceironmakingcokeratereduce,pigironcostdown.Increasebenefits.
Keywords：
coalofblastfurnace，blastfurnace，injectiontechnology
1.1.1高炉生产主要经济指标技术................................................................1
1.1.2炉容大型化及其空间尺寸的发展........................................................2
1.1.3炉料向精料发展....................................................................................2
1.1.4提高鼓风温度........................................................................................2
1.1.5提高炉顶压力........................................................................................3
1.1.6富氧大喷吹............................................................................................3
1.1.7电子计算机的应用................................................................................3
1.4.3国内高炉混喷烟煤工艺的发展...........................................................12
2.1已知高炉的冶炼条件......................................................................................14
2.2配料计算.........................................................................................................18
3.5炉顶高度h6，全高H.....................................................................................34
5.3.4元煤场...................................................................................................40
5.3.5除尘装置...............................................................................................41
第七章高炉喷煤方式和设备的选择.......................................................................48
第八章高炉喷煤计量...............................................................................................53
8.1.2喷煤单支管的计算域调节..................................................................53
第一章文献综述
1.1高炉冶炼概况及发展
高炉冶炼是获得生铁的主要手段，他以铁矿石（天然矿、烧结矿、球团矿）为原料，焦煤、煤粉、重油、天然气等为燃料和还原剂，以石灰石、等为溶剂、在高炉内通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及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，我国一直沿用从前苏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/（m3·d）
高炉冶炼强度
，t/（m3·d）
式中P，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见表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
m3
3200
利用系数
t/（m3·d）
2.28
max2.5
焦比
kg/t
310
煤比
kg/t
200
max250
热风温度
ºC
1200
max2500
炉顶压力
MPa
0.2
max0.25
此外，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/m3·d
炉缸燃烧强度
比较而言，后者比前者在冶金理念上要科学些，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炉容大型化及其空间尺寸的发展
我国现有高炉1200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、综合喷吹以及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，炉料结构变化及相应的主要生产指标如表1.2：
炉料结构及主要生产指标
表1.2炉料结构及主要生产指标
时间
年
炉料结构
系数
t/m3·d
焦比
Kg/t
冶强
t/m3·d
石灰石
Kg/t
熟料比
%
品位
%
1970
块矿
0.8
1035
082
490
3.09
1970~1977
土烧结矿和块矿
1.0
968
0.97
560
57.43
50.29
1980~1985
高、低碱度烧结矿
2.411
592
1.364
17.4
100
51.92
1986~1988
高碱度烧结矿、土烧球团矿
2.403
593
1.41
23.3
100
56.27
1992
高碱度烧结矿、土烧球团矿
2.795
599
1.663
14.9
100
54.57
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及炉型尺寸
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及尺寸表示方法见图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，炉料和煤气在炉内接触的时间也越长，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内容纳两次出铁间隔时间内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范围。
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，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喷煤工艺的基本流程
完整的高炉喷煤工艺流程应包括原煤储运系统、制粉系统、煤粉输送系统、喷吹系统、供气系统和煤粉计量系统，最新设计的高炉喷煤系统还包括整个喷煤系统的计算机控制中心。
高炉喷煤的一般工艺流程如下图1-4所示。
图1-4高炉喷煤的一般工艺流程
1.3.1原煤储运系统
为了保证高炉喷煤作业的连续性和有效性，在喷煤工艺系统中，首先要考虑的是建立合适的原煤储运系统，该系统应包括综合煤场、煤棚、储运方式。
为了控制原煤粒度碎即可以控制磨煤机入口的原煤粒度，和除去原煤中的杂物，在原煤储运过程中还必须设置筛分破碎装置和除铁器。
筛分破碎即可以控制磨煤机入口的原煤粒度，可以去除某些纤维状物质。
而除铁器则主要用于清除煤中的磁性金属杂物。
1.3.2制粉系统
煤粉制备是指在许可的经济条件下，通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。
制粉系统包括干燥剂供应、原煤上料系统、及煤粉制备系统。
在烟煤制粉中，还必须设置相应的惰化防爆抑爆及相应的监测控制装置。
制粉工艺流程图如下1-5所示。
图1-5制粉工艺流程图
1.3.3煤粉的输送
煤粉的输送有两种方式可供选择，即采用煤粉罐装专用卡车或采用管道气力输送，而气力输送连续性好、能力大且密封性好，是高炉喷煤中最普遍采用的煤粉输送方式。
依据粉气比μ的不同，管道气力输送又分为浓相输送（μ>40kg/kg）和稀相输送（μ=10-30kg/kg）。
目前，国内广泛采用的是稀相输送。
浓相输送不仅可以降低喷煤设备费用和能量消耗，而且有利于改善管道内气固相的均匀分布，有利于提高煤粉的计量精确度，是煤粉输送技术的发展方向。
1.3.4喷吹系统
喷吹系统采用浓相流化输送，双罐并联加分配器的喷吹方式。
设置一个煤粉仓，煤粉仓下设两个并联的喷吹罐，两个罐交替喷吹。
该系统何用煤粉浓相喷吹技术，系统固气比可达30KvCKg以上，喷吹系统由煤粉仓、贮气罐、喷气罐、煤粉输送器、分配器、喷吹管线、阀门及喷枪等组成。
工艺流程如图1-6所示。
图1-6喷吹系统流程
1.3.5供气系统
供气系统是高炉喷煤工艺系统中不可缺少的组成部分，主要涉及压缩空气、氮气、氧气和少量的蒸汽。
压缩空气主要用于煤的输送和喷吹，同时也为一些气动设备提供动力。
氮气和蒸汽主要用于维持系统的安全正常运行，如烟煤制粉和喷吹时采用氮气和蒸汽惰化、灭火等，系统防潮采用蒸汽保温等。
而氧气则用于富氧鼓风或氧煤喷吹。
1.3.6煤粉计量
煤粉计量结果既决定着喷煤操作及设备配置的形式，同时又受喷吹工艺条件的影响，它是高炉操作人员掌握和了解喷煤效果，并根据炉况变化实施调节的重要依据。
煤粉计量水平的高低，直接反映了高炉喷煤技术的发展水平。
目前煤粉计量主要有两类，即喷吹罐计量和单支管计量。
喷吹罐计量，尤其是重叠罐的计量，是高炉实现喷煤自动化的前提，而单支管计量技术则是实现风口均匀喷吹或根据炉况变化实施自动调节的主要保证。
实现煤粉计量的连续化和提高煤粉计量的准确性是煤粉计量技术的发展方向。
1.3.7控制系统
随着喷煤量的增加，喷煤系统的设备启动频率增高，操作间隙时间减少，喷吹操作周期缩短，手动操作已不能适应生产要求，尤其是当高炉喷吹烟煤或采用多煤种配煤混合喷吹时，高炉喷煤系统广泛采用了计算机控制和自动化操作。
根据实际生产条件，控制系统可以将制粉与喷吹分开，形成两个相对独立的控制站，再经高炉中央控制中心用计算机加以分类控制；也可以将制粉和喷吹设计为一个操作控制站，集中在高炉中央控制中心，与高炉采用同一方式控制。
喷煤工艺流程的种类繁多，特点各异，通常可根据下述方法加以分类。
1.按喷吹方式分按喷吹方式可分为直接喷吹和间接喷吹。
（1）直接喷吹方式是将喷吹罐设置在制粉系统的煤仓下面，直接将煤粉喷入高炉风口，高炉附近无需喷吹站。
其特点是节省喷吹站的投资及相应的操作维护费用。
这种方式中小高炉采用较多。
直接喷吹方式结构如图1-7所示。
图1-7高炉直接喷吹方式结构
（2）间接喷吹则是将制备好的煤粉，经专用输煤管道或罐车送入高炉附近的喷吹站，再由喷吹站将煤粉喷入高炉。
其特点是投资较大，设备配置复杂，除喷吹罐组外，还必须配制相应的收粉、除尘装置。
间接喷吹方式结构如图1-8所示。
图1-8高炉间接喷吹方式结构
2.按喷吹罐布置形式分按喷吹罐布置形式可分为并列式喷吹和串罐式喷吹，通过罐的顺序倒换或交叉倒换来保证高炉不间断喷煤。
为便于处理喷吹事故，通常并列罐数最好为3个。
（1）并列式喷吹若采用顺序倒罐，则对喷吹的稳定性会产生一定的影响，而采用交叉倒罐则可改善喷吹的稳定性，但后者必须配备精确的测量和控制手段。
另外，并列式喷吹占地面积大，但喷吹称量简单，投资较重叠式的要小。
因此，常用于小高炉直接喷吹流程系统。
并列式喷吹结构如图1-9所示。
图1-9高炉并列式喷吹结构
（2）串罐式喷吹是将两个主体罐重叠设置而形成的喷吹系统。
其中，下罐亦称为喷吹罐，它总是处于向高炉喷煤的高压工作状态。
而上罐也称为加料罐，它仅当向下罐装粉时才处于与下罐相连通的高压状态，而其本身在装粉称量时，则处于常压状态。
装卸煤粉的倒罐操作须通过连接上下罐的均排压装置来实现。
根据实际需要，串罐可以采用单系列，也可以采用多系列，以满足大型高炉多风口喷煤的需要。
串罐式喷吹装置占地小，喷吹距离短，喷吹稳定性好，但称量复杂，投资亦较并列式的大。
这种喷吹装置是目前国内外大型高炉采用较多的一种喷吹装置。
3.按喷吹管路形式分按喷吹管路形式可分为多管式喷吹和单管路加分配器方式喷吹。
（1）所谓多管方式喷吹是指喷吹罐直接与同风口数目相等的支管相连接而形成的喷吹系统。
一般一根支管联接一个风口。
其主要特点有：
（A）每根支管均可装煤粉流量计，用以自动测量和调节每个风口的喷煤量。
其调节手段灵活，误差小，有利于实现高炉均匀喷吹和大喷煤量的操作调节。
（B）喷吹距离受到限制，一般要求不超过200~300m。
这是因为在喷吹距离相同的情况下，多管方式的管道管径小，阻力损失大，过长的喷吹距离将导致系统压力的增加，从而使压力超过喷吹罐的允许罐压极限。
（C）单支管流量计数目多，仪表和控制系统复杂，因此投资亦较大。
（D）由于支管数目多，需要转向的阀门太多，因此多管喷吹仅适用于串罐方式，而不适用于并列式。
（2）所谓单管加分配器方式是指每个喷吹罐内接出一根总管，总管经设在高炉附近的煤粉分配器分成若干根支管，每根支管分别接到每个风口上。
主要特点有：
（A）一般在分配器后的支管上不装流量计，通过各风口的煤粉分配关系在安装试车时一次调整完毕，因此不能进行生产过程中的自动调节。
此外通过分配器对各支管煤粉量的控制精度不仅取决于分配器的结构设计，而且还受运行过程中分配器的各个喷嘴不等量磨损的影响。
因此，需要经常加以检查和调整。
（B）因系统的阻力损失较小，喷吹距离可达600m。
（C）因支管不必安装流量计，故控制系统相对简化，投资较少。
（D）对喷吹罐的安装形式无特殊要求，既适用于并列式，又可用于串罐式。
1.4高炉烟煤喷
从高炉冶炼工艺角度看，烟煤更适合喷吹，因为它含挥发物质高，所以燃烧率高，带入高炉的氢气也多。
而氢气既有利于高炉的还原过程，又有利于提高煤气热值。
实践证明喷烟煤有利于提高置换比和增加喷吹量。
此外，烟煤一般比无烟煤质软、好磨，可以降低磨煤电耗[5]。
1.4.1高炉混喷烟煤的优越性
国内外实践证明，喷吹单一煤种较难满足高炉冶炼要求。
混合喷吹两种或两种以上的煤是发展趋势，也是近年来发展起来的新技术，具有以下优点：
（1）提高燃烧率。
几种煤种按一定比例混合后，其燃烧率高于这几种煤种单独喷吹的燃烧率乘以其配比系数之和。
烟煤燃点低，利用不同煤粉间的相互催化燃烧效应，可以改善煤粉在风口前的燃烧过程，提高燃烧效率。
（2）将优质煤和劣质煤混合获得良好的效果，合理利用煤炭资源，降低成本。
（3）烟煤中配加无烟煤后，爆炸危险性显著降低，喷枪、风口由于结焦而造成的堵塞和烧损得到减轻。
（4）烟煤含挥发物高，带入高炉的氢也多，有利于高炉还原过程和提高煤气热值。
（5）与无烟煤相比，烟煤质软、好磨，可以提高设备作业效率，降低电耗。
1.4.2国外高炉混喷烟煤工艺的发展现状
从80年代初开始，高炉喷吹烟煤技术在西欧和日本等国得到了迅速发展，日本有65%以上高炉、西欧有50%以上的高炉都喷吹质量好、灰分低于8~10%的高挥发分烟煤；美国阿姆科的高炉长期坚持喷吹烟煤；法国敦克尔克2#高炉（1600m3）喷吹低挥发分烟煤（瘦煤）；卢森堡阿尔贝德A高炉（1376m3）喷吹褐煤；英国钢铁公司斯
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