毕业论文：高炉炼铁系统设计-精品Word文档格式.doc

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因此，本设计的深度和广度都比较适宜，工作量比较大。

本人查阅的炼铁设计的相关文献，设计思路比较清晰，设计结果对实际生产具有比较好的指导作用。

1.2高炉生产主要经济技术指标

衡量高炉炼铁生产技术水平和经济效果的技术经济指标，主要有：

（1）高炉有效容积利用系数（ηv）。

高炉有效容积利用系数是指每昼夜、每1m3高炉有效容积的生铁产量，即高炉每昼夜的生铁产量P与高炉有效容积V有之比：

ηv=

ηv是高炉冶炼的一个重要指标，ηv愈大，高炉生产率愈高，目前，一般大型高炉超过2.0t/（m3•d）,一些先进高炉可达2.2~2.3t/（m3•d）。

小型高炉的ηv更高,100~300m3高炉的利用系数为2.8~3.2t/（m3•d）。

（2）焦比（K）。

焦比是指冶炼每吨生铁消耗的焦碳量，即每昼夜焦碳消耗量Qk与每昼夜生铁产量P之比

K=

焦碳的消耗量约占生铁成本的30％～40％，欲降低生铁成本必须力求降低焦比。

焦比大小与冶炼条件密切相关，一般情况下焦比为450～500Kg/t,喷吹煤粉可以有效地降低焦比。

（3）煤比（Y）。

冶炼每吨生铁消耗的煤粉量称为煤比。

当每昼夜煤粉的消耗量为时，则：

Y=

喷吹其它辅助燃料时的计算方法类同，但气体燃料应以体积（）计算。

单位质量的煤粉所代替的焦炭的质量称为煤焦置换比，它表示煤粉利用率的高低。

一般煤粉的置换比为0.7～0.9。

（4）冶炼强度（I）。

冶炼强度是每昼夜、每1高炉有效容积燃烧的焦炭量，即高炉一昼夜焦炭消耗量与有效容积的比值：

I=

冶炼强度表示高炉的作业强度，它与鼓入高炉的风量成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度越高，高炉产率越大，当前国内外大型高炉一般为1.05左右。

（5）生铁合格率。

化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。

它是衡量产品质量的指针。

（6）生铁成本。

生产1t合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费用的总和，单位为元/t。

（7）休风率。

休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数。

休风率反映高炉设备维护的水平。

先进高炉休风率小于1％。

实践证明，休风率降低1％，产量可提高2％。

（8）高炉一代寿命。

高炉一代寿命是从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。

大型高炉一代寿命为10～15年。

判断高炉一代寿命结束的准则主要是高炉生产的经济性和安全性。

如果高炉的破损程度已使生产陷入效率低、质量差、成本高、故障多、安全差的境地，就应该考虑停炉大修或改建。

衡量高炉炉龄的指标有两条，一是高炉的炉龄，二是一代炉龄内单位容积的产铁量。

1.3高炉冶炼现状及发展

（1）炉容大型化及其空间尺寸的横向发展：

（2）精料：

精料是改善高炉冶炼的基础，近代高炉冶炼必须将精料列为头等重要措施,精料包括提高入炉况品味，改善入炉原料的还原性能，提高熟料率，稳定入炉原料成分和整粒。

（3）提高鼓风温度：

提高鼓风温度可以大幅度降低焦比，特别是在鼓风温度比较低时效果更为显著。

（4）高压操作：

高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改善煤气热能及化学能利用，有利于高压操作，为强化冶炼创造条件。

（5）富养大喷吹：

从60年代起，世界各国都在发展向炉内喷吹燃料的技术，取代部分焦炭。

喷吹得燃料有重油、天然气和煤粉等，燃料种类的选择与国家和地区的资源条件有关。

目前国内外大多以喷吹煤粉（无烟煤和烟煤）为主。

（6）电子计算机的应用：

60年代起高炉开始以用计算机，目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。

高炉冶炼计算机控制的最终目标是实现总体全部自动化控制，但由于目前冶炼技术水平，还难于实现这一目标。

1.4本设计采用的新技术

⑴无钟炉顶和皮带上料，旋转溜槽布料可实现多种布料方式。

⑵热风炉炉顶采用锥球形，有利于拱顶气流分布和热风温度升高。

⑶炉前水渣处理采用过滤法水淬渣。

⑷炉体冷却采用软水闭路循环系统。

⑸余热回收和余压发电。

⑹采用喷煤技术。

⑺采用计算机自动监控系统，对各生产环节进行监控

1.5高炉辅助设计和生产流程图

高炉及辅助设备如下：

①高炉本体②上料系统③送风系统④煤气除尘系统⑤渣铁处理系统⑥喷吹燃料系统。

流程图如下：

原料（烧结矿、焦碳、球团矿）→上料系统

↓

喷煤系统→高炉←热风炉←鼓风机

↙↓↘↑

炉渣生铁煤气←←

↙↓↘↙↘↓↑

水渣渣棉干渣铸钢铸造除尘→净煤气→燃气厂

↙↓↘↓↓↓

水泥材料绝热材料建筑铺路材料热装铸钢铸造机炉尘→烧结

2高炉本体设计

2.1.总述

高炉包括基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设计等。

高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本题设计的基础[8]。

近代高炉炉型向着大型横向发展，目前，世界高炉有效容积最大的是5580m3，高径比2.0左右。

高炉本体结构设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统设计和造型的依据[9]。

2.2确定年工作日：

347天

日产量 P总==3458.2t

2.3定容积：

选定高炉座数为2座，利用系数为:

ην=2.0t/（m3·

d）

每座高炉日产量：

P===1729.1t

每座高炉容积：

===864.6m3

2.4炉缸尺寸

1.炉缸直径

选定冶炼强度I=0.95t（m3d）;

燃烧强度=1.05t（㎡·

h），

则:

d=0.23·

=0.23·

=6.43m取d=6.4m

校核==26.88合理

2.炉缸高度

1）渣口高度hz===1.647m取hz=1.7m

2）风口高度===3.03m取=3.0m

3）风口数目n=2×

（d+2）=2×

（6.4+2）=16.8取n=18个

4）风口结构尺寸选取a=0.5m则:

5）炉缸高度h1=hf+a=3.0+0.5=3.5m

2.5死铁层厚度

选取h0=1.5m

2.6炉腰直径炉腹角炉腹高度

选取=1.10

则D=1.09×

6.4=7.04取D=7m

选取α=80°

30′

则==80°

30′=1.76m取=1.7m

校核α===5.67α=8002813311

2.7炉喉直径炉喉高度

选取=0.64

则=0.64×

7=4.48取=4.5m

选取h5=2.0m

2.8炉身角炉身高度炉腰高度

选取β=84°

0′

则h4==′=11.89m取h4=12m

校核βtanβ===9.6β=8103211611

选取Hu/D=3.0

则Hu=3.0×

7=21取Hu=21m

h3=Hu-h1-h2-h4-h5=21-3.5-1.7-12-2.0=1.8m

2.9校核炉容

1.炉缸体积:

V1===112.54m3

2.炉腹体积:

V2=

=

=59.95m3

3.炉腰体积:

V3===54.35m3

4.炉身体积:

V4=

=316.36m3

5.炉喉体积：

V5==31.79

5高炉容积：

=V1＋V＋V＋V4＝112.54+59.95+54.35+316.36+31.79

＝574.99m

误差：

＝=0.33%<

1%

炉型设计合理，符合要求。

3供料系统

各种入炉原料（含焦炭）均采用带式输送机输送至高炉矿槽，保证了供料系统的连续性和可靠性。

槽下取消称量车，采用称量皮带自动配料，保证了上料的准确性和合理性[10]。

并设置相应的除尘设施,改善槽下操作环境。

原料系统包括：

卸料、堆料、冶炼前的准备（破碎、筛分、混匀），运输到贮矿槽上；

按高炉的需要配料、称量；

装入料车或上料皮带，经过炉顶装料装置装入高炉等[11]。

3.1焦矿槽容积的确定

贮矿槽的容积大约能贮存12～18小时的矿石，6～8小时的焦炭。

据此设定贮矿槽的容积及焦槽的容积：

7684.8m3

3362.1m3

3.1.1贮矿槽和附矿槽的布置、容积及数目的确定

高炉炉后贮矿槽和贮焦槽 是用来接受和贮存炉料的。

此外，还应设置一些数目的杂矿槽，以贮存熔剂和洗炉料等。

1.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°

。

2.本设计选用10个贮矿槽，槽上槽下都采用皮带运输方式。

其中烧结矿、球团矿、巴西矿、石灰石的个数分别为4、2、2、2。

单个矿槽的容积为：

=7684.8/10=768.48取=768

矿槽贮存能力（贮存时间）：

7684.8×

24/（4803×

2.2）=17.45小时

3.矿槽参数

本设计中贮矿槽设置为单排，采用皮带机供料，贮矿槽宽度为10。

高度为12m。

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5。

4．副矿槽设计

杂矿槽：

75×

2块矿槽：

100×

2

3.1.2焦矿槽的布置、容积及数目的确定

1．本设计中设四个焦槽。

每个焦槽容积为：

3362.1/4=840.5，

焦槽贮存能力（时间）：

3362.1×

2.2）=7.64小时

2．另备一个100碎焦槽。

3.2皮带上料机能力的确定

1.皮带机选择：

选皮带机倾角为12°

，采用槽型皮带，皮带速度2，皮带水平投影长度为258，输送量5000。

宽度选择如下：

=,

式中—胶带机宽度，

—胶带输送量，

—断面系数，=320

—输送带速度，取=2

—物料堆比重，1.6

—倾角系数，=0.92

—速度系数，=1.0

代入数据，则:

==1.46取=1.5

2.为保证胶带安全运行，设计时采取了以下措施：

胶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；

拉紧胶带用液压缸；

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。

此外还有观察胶带爬行的装置，预防胶带断裂设备和预防停运时偶然启动的设备。

3.3高炉槽下上料系统的设计与改进

1.提高槽下地坪标高

本设计在槽下设置配料带式输送机,并将槽下地坪提高，料坑底部和矿仓底部的标高也相应提高,改善了操作环境和采光条件,使设备维护检修方便,并为实现PLC上料自动化创造了更好的条件。

2.主卷扬机室座落于矿槽顶部

受总图布局、场地紧张限制,在主控楼已无法布置主卷扬机。

在经过比较和计算后,将主卷场机室布置在矿仓顶部端头的位置,矿仓平台与炉前平台通过走道和梯子连接起来,方便管理。

3.焦炭槽下筛分

带式输送机将焦炭送至焦炭槽,仓下设置焦炭筛,筛下物用DJ型大倾角波纹挡边带式输送机送至碎焦仓。

与普通带式输送机相比,该设备具有运行稳定,故障率低,维修量小,安装、维护简单,工艺布置紧凑合理,总图布局灵活等特点。

这项技术的采用克服了碎焦卷扬机故障多,维修困难等缺点,运行可靠。

既提高了作业率,又节省场地,减少工程投资。

4.槽下上料系统采用PLC自动称量

早期高炉上料控制系统多采用继电控制，主要存在两大缺陷，一是控制系统复杂；

二是工作模式只有手动和机旁两种操作方式，不能实现自动化生产。

随着电子技术的发展及普及应用，采用PLC作为主控制器实现高炉上料系统的自动控制成为技术进步的必然[13]。

它有效解决了传统继电控制的缺陷，提高高炉上料系统的稳定性、实全性、可靠性和自动化,为高炉的稳产、高产创造了技术和设备条件。

槽下称量系统和上料系统均采用PLC自动控制。

设计中采用了分散称量、集中校核、自动补偿的方式,使称量准确、合理。

烧结矿、规格矿及熔剂矿通过矿仓闸门、电机振动给料机落入分散称量斗称量,通过带式输送机输送到中间称量斗复核,校验后再下到料车,如有差异,则通过PLC微机系统自动补偿。

焦炭通过焦仓闸门给料,在槽下经焦炭振动筛筛分后,合格焦炭进入焦炭称量斗称量,碎焦则由大倾角波纹挡边带式输送机送至碎焦仓。

4送风系统

高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路及管路上的各种阀门等。

高炉送风制度是高炉操作的根本制度，是高炉稳定顺行、优质、高产的重要条件。

高炉合理送风制度应达到以下要求：

炉料正常稳定下降，炉况顺行；

初始煤气流达到合理的分布；

炉缸活跃且均匀，渣铁物理热充沛，铁水质量合格；

有利于炉型和设备的维护。

4.1高炉鼓风机的选择

高炉鼓风机用来提供燃料所必需的氧气、热空气和焦炭在风口燃烧所生成的煤气，又是在鼓风机提供的风压下才能克服料柱阻力从炉顶排出。

4.1.1高炉入炉风量

=＝＝4780.88m3/min

―高炉有效容积；

―每１吨干焦消耗标态风量，2700m3/t

―高炉冶炼强度，取1.05t／m3dt

―标态入炉风量，m3/min

4.1.2鼓风机风量

=（1+10﹪）×

4780.88=5258.96m3/min

―高炉入炉风量，m3/min

―高炉要求的鼓风机出口风量，m3/min

―送风系统漏风系数，对大型高炉为10﹪

4.1.3高炉鼓风压力

1.高炉炉顶压力：

＝3.0×

105Pa=0.30

2.高炉料柱阻力损失：

＝1.3×

105Pa＝0.13

3.高炉送风系统阻力损失：

＝2×

104＝0.02

鼓风机出口风压:

=++=0.30+0.13+0.02=0.45

4.1.4鼓风机的选择

1.对鼓风机出口风量的修正

风量修正系数：

＝0.95，

实际供风量：

＝＝5258.96/0.95=5535.7

2.对风机出口风压的确定

风压修正系数：

=1.04

出口风压：

===0.43

3.风机选择

表10风机选择系数

风机型号

风量

风压

转速

功率

传动方式

O—5700--31

5700

1.6

5550

6750

汽动

此风机为离心式风机，二座高炉装三座，一台备用．

4.2热风炉

4.2.1热风炉座数的确定

本设计每座高炉配备四座热风炉。

4.2.2热风炉工艺布置

本设计的四座热风炉采用一字型排列。

4.2.3热风炉型式的确定

本设计采用改进型内燃式热风炉。

4.2.4热风炉主要尺寸的计算

高炉容积为864.6，配备四座改进型内燃式热风炉。

1.确定基本参数

1）取单位炉容蓄热面积为90/;

2）定热风炉钢壳下部内径Ф10000,炉壳及拱顶钢板厚度为20,炉底钢板厚度为36。

2.确定炉墙结构及热风炉内径

下部：

1）大墙厚：

345

2）隔热砖（轻质粘土砖）：

113

3）填料层（水渣石棉填料）：

60

4）不定型喷涂料：

40

共计：

345+113+60+40=558

5）热风炉内径：

=10000-558×

2=8844

燃烧室隔墙结构：

上部：

230硅砖+345硅砖+20滑动缝

230高铝砖+345高铝砖+20滑动缝

3.选燃烧室面积（包括隔墙）

根据经验，选燃烧室面积占热风炉内截面积的28%

1）热风炉内截面积：

=61.4

2）燃烧室面积：

=61.4×

28%=17.19

4.蓄热室截面积

=61.4-17.19=44.21

5.选格子砖

选七孔砖，格孔直径为Φ43，查表知1格子砖受热面积：

=38.06/

6.蓄热室蓄热面积

1）4座热风炉总蓄热面积：

864.6×

90=241560

2）1座热风炉蓄热面积：

241560÷

4=60390

7.1高蓄热室蓄热面积

1×

44.21×

38.06=1682.63

8.蓄热室高度

=35.89

9.拱顶高度

采用锥球形拱顶，见图1

热风炉拱脚内径:

=10000-2×

（40+60）

=9800

据经验:

=0.60=0.60×

9.8=5.88

图1锥球形拱顶

拱顶由球冠和圆锥台组成，具体尺寸如下：

据经验：

球冠弦长=0.45=0.45×

9.8=4.41,球冠圆心角为120°

圆锥斜边与水平夹角为60°

10.热风炉全高及高径比

支柱及炉篦高：

2.0+0.5=2.5

燃烧室比蓄热室高：

0.4

大墙比燃烧室高：

1.2

拱顶砖衬：

400高铝砖+230轻质高铝砖+113硅藻土砖+40喷涂层=783

则：

=2.5+0.4+1.2+35.89+5.88+0.783+0.020+0.036=46.709

校核：

=4.65符合要求。

5.2.5热风炉管道及阀门

1.热风炉系统设有冷风管、热风管、混风管、燃烧用净煤气管和助燃风管、倒流休风管等，这些管道均为普通碳素钢板焊成。

管道直径根据合适的流速确定，按下式计算：

式中---圆形管道内径，

---气体在实际状态下的体积流量，

---气体在实际状态下的流速，。

管道内气体流速参考数据见表11：

表11管道内气体流速参考数据

名称

实际流速（）

冷风管道

正风压

15～20

负风压

10～15

热风管道

30～35

25～30

净煤气管道

6～12

根据我国高炉热风炉管道内径参考数据，本设计选取热风炉管道内径见表12：

表12热风炉管道内径

高炉

容积

净煤气总管

冷风

总管

直管

热风

围管

冷风混风管

1210

1500

1100

1400

1200

热风炉的烟道设置在热风炉组一侧的地面以下，为耐热混凝土结构。

断面形状为圆形。

烟道的高度为1200mm，宽度为800mm，烟道内流速为2～5m/s。

热风炉组的烟囱设置在远离高炉方向末端，为混凝土结构，高度为70m。

2.热风炉主要阀门有：

1）热风阀：

安装在热风出口和热风主管之间的热风短管上。

其作用是：

在燃烧期关闭，割断热风炉与热风管道之间的联系。

2）切断阀：

由闸板阀、曲柄盘式阀、盘式烟道阀构成。

切断煤气、助燃空气、冷风及烟气。

3）调节阀：

一般采用蝶形阀，其作用是：

调节煤气流量、助燃空气流量、冷风流量及混风的冷风流量等。

4）充风阀：

热风炉从燃烧期转换到送风期，当冷风阀上没有设置均压小阀时，在冷风阀打开之前必须使用充风阀提高热风炉的压力。

5）废气阀：

其作用