年產(chǎn)為560萬噸的高爐煉鐵車間設計摘要鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平與國家的經(jīng)濟發(fā)展緊密相關。目前，我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展極大地推動了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的進步，許多高爐煉鐵的新技術相繼出現(xiàn)，促進了鋼鐵企業(yè)取得突破性的的進步。本設計根據(jù)企業(yè)年產(chǎn)量、原料和燃料成分等條件，滿足安全合理和盡可能地延長高爐使用壽命的前提下，精確地完成了在煉鐵時的配料、物料平衡、熱平衡三大計算，將配料計算結(jié)果的相對誤差達到0.22%，高爐冶煉時碳燃燒釋放出總熱量的利用率KC為64.8%，高爐工作時設備內(nèi)有效熱量的利用率到KT高達95.304%。選用了高質(zhì)量的煤粉，將噴煤達到180kg/t-p，滿足高爐噴吹對質(zhì)量的要求，同時并且提高殘渣的回收循環(huán)使用率，降低了能源的消耗量，減少了對環(huán)境的污染，符合目前全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，同時對鋼鐵廠的煉鐵技術進行全面的經(jīng)濟分析，達到減少成本資金消耗的目的。關鍵詞：煉鐵技術的發(fā)展，高爐冶煉的綜合計算，高爐本體及車間設計 目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 II1緒論 11.1高爐冶煉介紹 11.1.1高爐結(jié)構(gòu)介紹 11.1.2高爐煉鐵技術 11.2高爐冶煉技術的發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1高風溫技術 11.2.2高爐大型化 11.2.3高爐長壽技術 31.2.4富氧噴煤技術 31.2.5高爐煉鐵實現(xiàn)自動化 31.3高爐的熱風爐 41.3.1采用DANIELICORUSEUROPE公司的熱風爐 41.3.2熱風爐爐襯 41.4燃料評述 52高爐冶煉綜合計算 62.1原始成分 62.2混合礦配比 72.3配料計算 82.3.1生鐵成分計算 82.3.2礦石消耗量的計算 82.3.3熔劑消耗量計算 92.3.4各原料的有關元素及其化合物的計算 102.3.5生鐵成分核算 102.3.6爐渣量及其成分算 112.3.7爐渣性能檢驗 122.3.8原料實際用量計算 122.4物料平衡計算 132.4.1風量相關計算 132.4.2煤氣量及其成分計算 152.4.3煤氣中揮發(fā)物質(zhì)和H2O量的計算 192.4.4物料平衡表 202.5熱平衡計算 202.5.1熱吸收量的組成及計算 212.5.2熱釋放項的構(gòu)成及計算 222.5.3熱平衡表 242.5.4KC和KT 253高爐的車間設計 273.1高爐數(shù)量設計 273.1.1高爐容積 273.1.2高爐座數(shù) 283.2高爐車間的平面布置設計 283.2.1平面布置基本原則 283.2.2高爐車間平面布置方式 294高爐本體設計 304.1爐型設計與計算 304.2計算風口和鐵口數(shù)量 324.3爐體尺寸 334.4爐襯 334.4.1爐底和爐缸設計 334.4.2爐身設計 344.5高爐冷卻 344.5.1高爐冷卻的意義 344.5.2高爐冷卻設備壁及冷卻設備 344.5.3高爐冷卻系統(tǒng) 344.6高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎 354.6.1高爐鋼的基礎結(jié)構(gòu) 354.6.2高爐基礎 365高爐車間原料系統(tǒng)設計 375.1高爐原料供應 375.1.1原料的貯存和混勻 375.1.2原料的供應 375.1.3礦槽、焦槽的容積 375.1.4礦槽、焦槽容積的數(shù)量 395.1.5高爐礦槽的容積及貯存時間表 395.2爐頂裝料裝置 406高爐送風系統(tǒng)設計 426.1高爐鼓風機 426.1.1鼓風機的要求 426.1.2高爐鼓風機的選擇 436.2熱風爐 437高爐噴吹燃料系統(tǒng)設計 447.1煤粉的制備 447.2高爐噴煤系統(tǒng) 447.3噴吹方式的選擇 458高爐煤氣系統(tǒng)設計 468.1粗除塵裝置 468.1.1重力除塵器 468.1.2旋風除塵設備 478.2半精細除塵裝置 478.3精細除塵裝置 489渣鐵處理系統(tǒng)設計 499.1風口平臺及出鐵場 499.2爐前準備 499.2.1開鐵口機 499.2.2堵鐵口泥炮 499.2.3堵渣機 499.2.4爐前吊車 499.2.5換風口機 509.3鐵水處理 509.4爐渣處理 5010結(jié)論 511緒論高爐冶煉介紹1.1.1高爐結(jié)構(gòu)介紹高爐設備的外形為圓柱體，包括三個出口：出風口、排氣口和煉鐵的出口。高爐煉鐵時，首先將原燃料從高爐設備上端的進入口加入，通過一系列加工制作后，最終從高爐設備的底部位置將生產(chǎn)的鐵排出REF_Ref31690\r\h[1]。高爐設備使用的材料是由耐火、耐高溫的材料制備而成。鐵礦石原料在高爐內(nèi)經(jīng)過高溫融化過程，被還原劑將其復原成生鐵，生鐵在雜質(zhì)中被分離出，分離后得到的殘渣將從高爐底部的排渣口除去。1.1.2高爐煉鐵技術煉鐵本質(zhì)上就是還原鐵和礦石進行生產(chǎn)鐵的過程，主要的燃燒反應為焦炭中的二氧化碳與進入高爐內(nèi)的空氣中的氧氣在高溫的環(huán)境下共同燃燒釋放出一氧化碳，從而獲得還原鐵。鐵礦石中的某些固體雜質(zhì)與助溶劑石灰?guī)r會形成廢渣，并從殘渣口排除。當焦炭進入高爐時，發(fā)生燃燒產(chǎn)生的氣體將從高爐爐頂排出，經(jīng)過一系列的除塵操作后，它們就可以廣泛地被用作熱風機等設備燃料。1.2高爐冶煉技術的發(fā)展現(xiàn)狀隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展與進步，對污染物的排放與處理、能源的高效利用等方面提出了更高的要求，需要更具突破性的進展，使得高爐煉鐵技術更好的服務于鋼鐵行業(yè)。1.2.1高風溫技術升高高爐的熱風加工溫度，可以有效促進煉鐵焦比的下降。熱風機的工作溫度一般控制在950～1050℃范圍內(nèi)，當工作溫度每升高100℃時，可以減少15kg/t的冶金焦比；當風溫控制在1050~1150℃范圍內(nèi)，溫度每升高100℃，煉鐵焦比減少大約為10kg/tREF_Ref32490\r\h[2]。1.2.2高爐大型化高爐的大型化是近幾年我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要研究方向。高爐的數(shù)量越多，會導致勞動生產(chǎn)率越低，因此，高爐的大型化為高爐自動化發(fā)展提供了便利，方便于工作人員對高爐設備的集中管理，由此可見，在高爐結(jié)構(gòu)調(diào)整的工作中，高爐大型化已經(jīng)成為了一項重要任務。大型高爐的使用需要以連續(xù)的原燃料供應為前提，以及合適的原燃料加工技術與裝備等硬件條件。1.2.3高爐長壽技術近年來，大型高爐在結(jié)構(gòu)設計、核心設備、工藝原理等方面取得了重大進展。從反應器的設計、耐火性的選擇、結(jié)構(gòu)設計、高效冷卻系統(tǒng)、自動監(jiān)控系統(tǒng)和高爐維護等方面來看，一些重點高爐企業(yè)的高爐壽命已達到15年以上：（1）合理的爐體設計采用合理的爐體內(nèi)模：銅冷卻壁REF_Ref431\r\h[3]。銅冷卻壁可以有效地延長高爐壽命，維持高爐的工作溫度，保證高爐平穩(wěn)的運行。本設計中爐缸側(cè)壁采用銅冷卻壁，能夠加深死鐵層的厚度，提高爐缸內(nèi)壁抗鐵水腐蝕的能力，增強碳耐火材料的導熱性能，阻止鐵水內(nèi)滲，可以大大地提高了設備的冷卻能力。(2)高效的控制管理系統(tǒng)本設計采用了布料控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要起到控制高爐頂部料罐的調(diào)節(jié)閥的控制作用，能夠促進高爐的穩(wěn)定運行，使爐體與爐缸的熱負荷運動得到一定程度的降低；出鋼系統(tǒng)和分配工藝得到改善，控制爐缸中鐵水流量；控制爐體、爐缸的冷卻。1.2.4富氧噴煤技術目前，富氧噴煤技術發(fā)展迅速，已經(jīng)在我國大中型高爐企業(yè)得到了大范圍的使用。保證高爐燃料的制備、運輸工藝、噴吹系統(tǒng)的安全設計和流程優(yōu)化，是維持高爐富氧噴煤技術穩(wěn)定發(fā)展的重要前提。同時，近年來氧煤槍的出現(xiàn)和開發(fā)引起了人們廣泛的關注，氧煤槍的使用可以使進入高爐內(nèi)的煤粉的氧氣濃度得到升高，促進燃燒狀況，煤粉燃燒率和利用率都得到大幅度的提高REF_Ref2207\r\h[4]，高爐的壽命也得到延長，使高爐操作和運行取得了顯著的進步，。1.2.5高爐煉鐵實現(xiàn)自動化自動化技術可以對高爐煉鐵的全過程進行自動監(jiān)控，同時還能夠及時地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程當中出現(xiàn)的問題，并發(fā)出警報。這種可視化高爐采用新型的數(shù)字傳像系統(tǒng)，可以將整個高爐煉鐵的過程進行實時監(jiān)測，使密閉的高爐煉鐵過程變得更加直觀。運用這種自動化系統(tǒng)還可以減少人員的配置，降低企業(yè)煉鐵的工作人員的工作任務，提高高爐工作時的穩(wěn)定性，1.3高爐的熱風爐1.3.1采用DANIELICORUSEUROPE公司的熱風爐本設計采用DCE公司的高溫內(nèi)燃式熱風爐(參數(shù)見圖1.1)，內(nèi)燃式熱風爐本質(zhì)上是以傳統(tǒng)的熱風爐作為基礎，將其進行加工改造的內(nèi)燃式熱風爐，為“蘑菇”形吊鏈的線形拱頂，拱頂耐火材料為直接支撐在鋼殼內(nèi)的熱風爐REF_Ref4689\r\h[5]。圖SEQ圖\*ARABIC1.1高爐熱風爐參數(shù)1.3.2熱風爐爐襯爐襯結(jié)構(gòu)的設計是決定熱風爐壽命長短的關鍵性因素，爐襯材料的改進和提高是高爐高溫長壽的基礎，爐頂選用的是硅質(zhì)耐火材料REF_Ref5323\r\h[6]。硅質(zhì)耐火材料的優(yōu)點是較高的融化變形溫度，硅磚體積穩(wěn)定，殘余膨脹能緊密地填充硅磚，提高砌體的氣密性和結(jié)構(gòu)強度。熱風爐頂部的外觀形狀為懸鏈式的線形，爐頂直接用支撐耐材，爐頂重量和載體磚砌體之間采取的鎖緊式結(jié)構(gòu)，使其更加易于安裝運行，爐頂已經(jīng)進入完全壓態(tài)，消除了外界的推力，改善了爐內(nèi)載荷的受力狀況，提高了整個爐體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。1.4燃料評述高爐使用的燃料包括焦炭燃料和噴吹燃料兩種，焦炭作為傳統(tǒng)高爐煉鐵過程中的原料，起到了“骨架”的作用。燃料的要求：滿足高爐的冶煉生產(chǎn)。為了大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，增加企業(yè)利潤，可以采用煤粉代替一些優(yōu)質(zhì)的焦炭來作為輔助燃料。對于煤粉質(zhì)量的要求是:本設計噴煤180kg/t-p，足夠滿足高爐噴吹對質(zhì)量的要求。2高爐冶煉綜合計算高爐冶煉計算是根據(jù)企業(yè)的每年產(chǎn)鐵量、原料和燃料成分含量等條件及物料的物理和化學性質(zhì)進行綜合的高爐冶煉計算。高爐冶煉計算主要包括[7]根據(jù)物料平衡計算可以得出各原料的用量，并且可以驗證各種原料計算精度的準確性，最終，計算出的配料結(jié)果與檢驗的數(shù)據(jù)的相對誤差的結(jié)果應小于0.25%，只有當計算結(jié)果在相對誤差范圍內(nèi)為符合要求的結(jié)果。2.1原始成分表2.1礦石原料成分配比表(%)表2.2爐塵原料成分配比表表2.3熔劑成分配比表(%)表2.4焦炭燃料成分配比表(%)表2.5煤粉燃料成分配比表（%）2.2混合礦配比本設計是采用的原料比例為燒結(jié)礦：球團礦=3：1?；旌系V成分見表2.6。表2.6混合礦成分配比表(%)2.3配料成分計算2.3.1生鐵成分的計算表2.7生鐵成分配比表成分FeSiMnPSC占比95.00.650.300.030.023.90G[Mn]'=G[P]'=G'礦QUOTE×P礦×[C]'=4.3?0.27[Si]?0.32[P[Fe]=100?[Si]?[S]?[Mn]'?[P]'?[C]'

=94.9632.3.2礦石消耗量的計算GFFFFFFFG2.3.3熔劑消耗量計算GΣSiO2SiΣCaO故G2.3.4各原料的有關元素及其化合物的計算表2.8各原料和化合物的量(kg/t-p)2.3.5生鐵成分的校核計算[Mn]=(ΣMn?M[P]=(ΣP?[C]=100?[Fe]?[Mn]?[P]?[S]?[Si]

2.3.6爐渣量及其成分算生成的殘渣中，F(xiàn)e以FeO的狀態(tài)存在，其含量為FeO生成的殘渣中，Mn以MnO的狀態(tài)存在，其含量為Mn生成的殘渣中，S以CaS的狀態(tài)存在，其含量為S渣=∑SCaO爐渣中，以自由態(tài)存在的CaO的含量Ca爐渣中，與S結(jié)合的Ca的含量C表2.9爐渣成分配比表2.3.7爐渣性能檢驗[S]=符合生產(chǎn)要求。四元渣系見表2.10。表2.10四元渣成分配比表根據(jù)四元渣系相圖，2.3.8原料實際用量計算焦炭、熔劑和天然礦在運輸?shù)倪^程中存在多種損失，在裝入爐內(nèi)的過程中不可避免的損耗一定的數(shù)量，因此實際上料比計算的要多。原料的實際消耗量計算：原料理論的消耗量計算GKM(2)爐內(nèi)的濕料量計算GKM(3)實際的上料量計算GKM表2.11原料消耗量(kg/t-p)2.4物料平衡計算物料平衡計算的基本原理是質(zhì)量平衡定律。物料衡算的目的是：根據(jù)煉鐵工藝計算的物料衡算，需要補充以下幾個條件：假設一個鐵的直接還原度rd；鼓風濕度f；富氧率ω和碳生成CH4比例αCH4本設計取物料平衡計算如下：2.4.1風量的相關計算計算出風口量時，首先確定出風口中C燃燒量，然后根據(jù)方程式計算出反應物中的氧氣含量，最后根據(jù)氧含量求出出風量

C+(1)風口燃燒C含量計算其中故(2)C風發(fā)生燃燒反應時，參與的O2含量計算根據(jù)(3)C風發(fā)生燃燒反應時，提供的風量的計算(4)鼓風量的計算(5)鼓風總量的計算鼓風比量的計算鼓風總量的計算2.4.2煤氣量及其成分計算1.CH4量的計算(1)焦碳中揮發(fā)份進入爐內(nèi)引入的CH4量(2)C與合成CH4總量計算進入爐頂煤氣中CH4總量2.H2量的計算(1)鼓風中H2O發(fā)生分解反應，產(chǎn)生生成的H2總量(2)焦炭中含有的H2量(3)煤粉中含有的H2量(4)在爐料中結(jié)晶水與碳發(fā)生反應，生成物H2的含量H從而得出，進入爐內(nèi)與在爐內(nèi)反應生成的H2總量為：(5)參與還原反應所消耗的H2(還)量為H(6)C與H2發(fā)生還原反應所消耗的H2量H爐頂上煤氣的含H2量為H3.CO2(1)Fe2O3發(fā)生還原反應生成FeO，而釋放出CO2量根據(jù)反應方程式計算Fe+CO=2FeO+FαC=(1600.607×78.342%?15×62.227%?0)×22.4∕16=174.245γCO2(2)在復原反應中，所生成的CO2量為C(3)熔劑發(fā)生分解反應，釋放出的CO2量CO(4)焦碳原料的揮發(fā)分中含有的CO2量CO2(4)(5)原料礦中的含CO2量C(6)錳化物發(fā)生還原反應而生成的CO2量C進入爐頂煤氣的CO2總量CO2煤氣4.CO(1)風口位置處，碳發(fā)生燃燒生成的CO量C(2)還原生成的CO量C(3)焦炭揮發(fā)分中含有的CO量CO焦(4)熔劑中CO2與C發(fā)生反應后，CO殘余的量C在爐頂?shù)拿簹鈨?nèi)進入的CO總量為：CO煤氣5.N2量(1)鼓風過程帶進入的N2含量N(2)焦炭帶進入的N2含量N2焦=(3)煤粉帶進入的N2含量N高爐內(nèi)煤氣的總進入量N2為N冶煉一噸生鐵的煤氣總量(干煤氣)為：V煤氣=C表2.12煤氣成分表煤氣的質(zhì)量為γ煤氣=G2.4.3煤氣燃料中揮發(fā)成分的物質(zhì)和H2O含量的計算1.揮發(fā)物含量SM揮發(fā)物的總量為：G2.H2O含量(1)還原反應生成的H2OH(2)物料中的物理水HG料干等于所有含水原料(如焦炭、熔劑等)的干料消耗量，需要將每種原料單獨計算，然后求和HG=1(3)爐料中包含的結(jié)晶H2OH爐頂內(nèi)煤氣中的總H２O量為：H2.4.4物料成分平衡表表2.13物料成分平衡表絕對誤差為：ΔΣ=|Σ相對誤差位：

σ=結(jié)果在誤差要求范圍內(nèi)，符合條件。2.5熱平衡計算在熱工工程中，當一個物體與外界充分接觸時，會發(fā)生熱量變化，當物體在熱量變化過程中釋放的熱量值與吸收的熱量值相等時，那么可以稱這個物體此時處于熱平衡狀態(tài)。即熱平衡指的是物體與外界接觸時不存在熱量的交換。本設計采用全爐熱平衡方法。全爐熱平衡指的是將整個高爐設備作為一個整體對象，。進行熱平衡計算時，首先要確定是計算的范圍，通過這種方法可以確定高爐燃料熱能的使用情況，在進行全爐熱平衡計算時，首先要確定計算的范圍。2.5.1熱吸收量的組成及計算1.碳發(fā)生氧化釋放熱(Qc)煉鐵過程中，發(fā)生還原反應而釋放的CO2的量為351.574m3/t?p，由此可計算出生產(chǎn)物C氧化成CO的碳量為：CQc=4.18×(2340C2.C反應生成CH4放出熱(QCQ3.鼓風物理熱(Q風Q風=V式中所有物理量的含義：4.H2發(fā)生氧化反應釋放熱量(QH2Q5.產(chǎn)生的爐渣所釋放熱量(Q渣當有質(zhì)量為的１kgCaO或MgO發(fā)生反應時，所釋放的熱量大約在Q渣6.爐料的物理熱Q料2.5.2熱釋放項的構(gòu)成及計算1.氧化物發(fā)生分解反應釋放熱(1)鐵氧化合物發(fā)生分解反應得到的熱量Q鐵氧化物FeO(FeFeO(FFFFe=1111.801Q鐵氧化物錳氧化物化合物分解的熱量計算(3)SiO2發(fā)生分解產(chǎn)生熱量計算Q(4)P2O5發(fā)生分解產(chǎn)生熱量計算QQ分=Q2.脫硫反應吸收的熱量Q3.碳酸鹽分解時吸收的熱量無熔劑，因此Q4.水分解吸收熱量鼓風機中的水分解吸收的熱量：Q煤粉中水分解吸收熱量：QH2O噴爐料中結(jié)晶水發(fā)生分解消耗的熱量：Q5.爐料中水分解吸收熱量Q6.噴吹燃料發(fā)生裂解反應所吸收的熱量Q7.鐵水的物理熱量Q8.爐渣的熱含量Q9.爐頂煤氣中熱含量干煤氣燃料中含有的熱量：C水蒸氣中含有的熱量:Q爐塵中含有的熱量：QQ2.5.3熱平衡表表2.14熱平衡匯總表損耗的熱量Q損失熱因此滿足要求。2.5.4KC和KT高爐設備在進行冶煉工作過程中，原燃料碳發(fā)生燃燒，燃燒時釋放熱量，我們把碳燃燒釋放熱量的利用率稱之為KC，從物理角度理解，即在高爐冶煉過程中，原料碳發(fā)生氧化反應生成二氧化碳時釋放的熱量和碳燃料燃燒時放出的熱量之比。KT為高爐設備在冶煉工作時，高爐內(nèi)所有有用熱量的能量利用率，即每生產(chǎn)一噸生鐵的消耗的有用熱量與消耗的全部熱量之比ηKc=0.293+0.707η3高爐的車間設計3.1高爐數(shù)量設計3.1.1高爐容積一年中的總工作天數(shù)與高爐容積的利用系數(shù)是衡量高爐冶煉工藝中高爐設備的系統(tǒng)優(yōu)良的兩個十分重要的指標參數(shù)[8]。(1)高爐的使用壽命及年工作日的計算在一年內(nèi)，除去高爐進行大修、中修和小修時間后，高爐設備工作的實際生產(chǎn)的天數(shù)即為年工作日。高爐的大修：高爐在使用過程中，爐缸和爐底處于十分的惡劣的工作環(huán)境，當爐缸和爐底被腐蝕后，高爐冷卻系統(tǒng)也發(fā)生多處損壞，為防止出現(xiàn)故障，應立即停止高爐運行，對高爐進行修復，稱之為高爐的大修。高爐大修的維修時間通常需要大概30~60天。在本設計中，假設高爐在一年內(nèi)大修的次數(shù)為一次，時間長為30天。高爐的中修：高爐工作時，爐缸部位以上的耐火材料磚也會遭到破壞，同時高爐的冷卻系統(tǒng)設備的也遭到損壞，當損壞的數(shù)量超過高爐冷卻設備總數(shù)的三分之一時，或者高爐爐殼產(chǎn)生燒紅現(xiàn)象、出現(xiàn)裂開變形等情況時，高爐很難繼續(xù)維持正常的生產(chǎn)工作，此時應立即高爐的工作對高爐設備進行維修，稱之為高爐的中修。本設計預計鐘秀次數(shù)為一次，時間10天。3)小修：小修又稱為定期檢查，普通高爐一年內(nèi)小修1~4次，修復時間為十幾小時到5~6天。本設計預計一年內(nèi)小修兩次，時長總共為5天。4)高爐的年工作日計算：(2)有效容積利用系數(shù)3.1.2高爐座數(shù)在本次設計中，每座高爐的有效容積盡可能與標準相同，每座高爐的有效容積相等，在以后的工作、維修、管理等方面都比較便利在高爐車間選擇高爐的數(shù)量時應當考慮以下兩方面問題，(1)從企業(yè)角度出發(fā)，高爐的數(shù)量越少越好，因為高爐數(shù)量少可以時生產(chǎn)和投資成本降低，同時為以后的管理及控制都減輕了工作任務。(2)從使用高爐煤氣的用戶的角度出發(fā)，則高爐的數(shù)量越多越好，數(shù)量多，可以更好地滿足煤氣使用用戶的需求。綜合以上的兩種原因決定，本設計煉鐵車間將使用兩座高爐，每座高爐的有效容積均為3645.83m3,即取每座高爐有效容積為3700m3。3.2高爐車間的平面設計3.2.1平面布置基本原則(1)一定的運輸能力近幾年來，隨著平面布置的升級，高爐的排渣能力也得到了迅速提高。有限容積為3700m3的高爐，每天消耗燃料大約14000噸，出鐵量約為7000噸，出渣量約為2000噸。因此在高爐企業(yè)中，對高爐車間進行設計時，一定要考慮到高爐車間內(nèi)，運輸原料和殘渣等物質(zhì)的連續(xù)性和暢通性，不能有任何妨礙原料運輸?shù)那闆r發(fā)生，否則會影響高爐的正常工作，對日產(chǎn)量造成影響。(2)布置盡量緊湊高爐車間的設計不但要保證高爐原料的正常連續(xù)的運輸，同時還要遵守合理利用土地面積，盡量減少高爐設備工作車間的面積，在保證生產(chǎn)運輸合理安全的前提下，可以將兩臺高爐使用設備，不但可以減少占地面積還可以減少企業(yè)的投資成本。3.2.2高爐車間平面布置方式本設計的高爐車間平面布置方式采取一列式布置，即兩座高爐與熱風爐放置在同一條線上，出鐵場與高爐也在一列線上。運用此種辦法有很多優(yōu)點，兩座高爐設備可以共同使用一套鑄錠場、起重機、值班室和煙囪等設施，既可以節(jié)約生產(chǎn)設備投資和生產(chǎn)車間成本，還可以降低占地面積。兩座設備之間的間隔由熱風爐與高爐之間的距離決定。平臺或者鐵場的寬度以及軌道運輸次數(shù)決定著高爐設備的寬度[9]。采用單列式安放時，高爐車間運輸線要平行于高爐的列線，方便于兩座高爐運輸原料和渣鐵。當在出鐵側(cè)設置上料車時，儲料槽要平行于放置在兩臺高爐爐線的另外一側(cè)。貯礦場也要平行且緊靠儲料槽的外側(cè)位置。

4高爐本體設計煉鐵設計中最重要的工藝單元是高爐爐體的設計，高爐爐體的強度和性能對高爐生產(chǎn)和工作至關重要。爐體設計包括對高爐的爐型、高爐爐襯、高爐鋼結(jié)構(gòu)、爐體設備的設計等。4.1爐型設計與計算已知(1)爐缸的尺寸計算：1)爐缸部位直徑：d=0.32取2)爐缸的高度：取h3)風口的高度計算:設風口的結(jié)構(gòu)尺寸a=0.630mh(2)死鐵層的厚度：h假設，1)爐腰部位的直徑：D=0.568取D=14.500m2)爐腹角α=73)爐腹高度h2h2取h校核αα=設1)設爐喉部位的直徑d1d則d2)爐身角β=81°3)設爐身的高度h4h4則h4)校核β值β=5)爐喉高度:h高徑比:假設H則Hu6)爐腰高度h(5)高爐容積的校核計算VVVV=3相對誤差為ΔV=因此符合本文設計要求。4.2計算風口和鐵口數(shù)量(1)風口的數(shù)量計算鐵口的數(shù)量4.3爐體尺寸表4.1爐體尺寸匯總表4.4爐襯爐襯是高爐設備在煉鐵時的爐墻，一般常用防火且耐高溫的陶瓷材料制成。爐襯各部分將采用不同的耐火磚材料。高爐的爐襯構(gòu)成了高爐設備內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，起著阻止高爐工作時的熱損耗的作用，它可以保護高爐爐殼和高爐內(nèi)部的其它金屬結(jié)構(gòu)，使其不被鐵水及殘渣的腐蝕。4.4.1爐底和爐缸設計優(yōu)質(zhì)的煤磚和煤質(zhì)材料是實現(xiàn)高爐爐底高效長壽必不可少的材料，這是因為爐缸和爐底的工作環(huán)境極其惡劣，同時受多重載荷的作用，加上高爐內(nèi)鐵水與殘渣的侵蝕。優(yōu)質(zhì)煤磚具有導熱性好，抗渣性好，耐堿性好的特點，本設計采用碳復合磚，該材料同時結(jié)合了煤磚材料與陶瓷杯材料二者優(yōu)點，取長補短，通過多次的試驗探究，研制出來的一種性能優(yōu)良的復合型耐火材料REF_Ref30092\r\h[10]。4.4.2爐身設計高爐爐身又被稱為高爐的爐腰，它是屬于整個高爐直徑最大的部分。爐身的直徑應適當增加，通過這種方法可以使煤氣流動的阻力減小，流動更加順暢，但同時也應考慮到爐身與高爐的其它部位直徑的保持適當?shù)谋壤P系。爐身采用磚壁復合的薄爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，冷卻壁耐火磚內(nèi)壁為冷態(tài)，與冷卻壁成一體。爐身中部采用鋁瓷烤磚。鑲磚厚度150mm，鑲磚內(nèi)表面噴涂一層50mm保護層。4.5高爐冷卻4.5.1高爐冷卻的意義高爐煉鐵的高溫環(huán)境對高爐設施的損耗大，因此，高爐的冷卻設備可以降低設備的溫度，形成一層保護層，使爐內(nèi)結(jié)構(gòu)得到更好的保護，高爐的強度不會受到損失，并且高爐的外部結(jié)構(gòu)也不會因為高溫環(huán)境而融化變形，使高爐的工作生產(chǎn)效率得到大幅度提高[11]。4.5.2高爐冷卻設備壁及冷卻設備高爐冷卻壁可以起到防止設備受熱和焚燒的功能。它不僅能經(jīng)受高溫環(huán)境，還能經(jīng)受液體和氣流的侵蝕，同時其材料及性能的優(yōu)劣決定著高爐設備的使用壽命[12]。高爐在高熱負荷狀態(tài)下能維持長時間穩(wěn)定的冶煉工作需要滿足幾個條件：恰當?shù)睦鋮s設備及冷卻強度、合理的結(jié)構(gòu)、通暢的水流系統(tǒng)。本設計是主要對高爐的高溫度工作區(qū)設置冷卻系統(tǒng)，可以及時的將高爐系統(tǒng)內(nèi)的受熱零件吸收的大部分熱量釋放出去，能夠保證高爐系統(tǒng)在適宜的溫度下進行生產(chǎn)工作，從而達到延長爐襯和爐底的使用壽命的目的。本設計中在高爐爐身中部、上部采用鑄鐵冷卻壁冷卻系統(tǒng)；在高爐爐底至爐腹部位采用銅冷卻壁冷卻系統(tǒng)。4.5.3高爐冷卻系統(tǒng)本設計運用軟水閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。如圖4.1。圖4.1軟水閉循環(huán)冷卻裝置圖4.6高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎4.6.1高爐鋼的基礎結(jié)構(gòu)高爐的基礎鋼結(jié)構(gòu)包括高爐外殼、本體框架、爐頂鋼架三部分。高爐鋼結(jié)構(gòu)的設計應考慮以下因素[13]:本設計中高爐的基礎結(jié)構(gòu)采用的是自立式框架，便于鋼結(jié)構(gòu)的安裝，并且具有較高的機械強度，對于工作人員具有較高的安全性。如圖4.2。圖4.SEQ圖\*ARABIC3爐體自立式框架示意圖4.6.2高爐基礎高爐的基礎就是高爐底部的主要承受載荷的部位，高爐基礎應滿足可以將所受的載荷均勻地傳給地基并具備一定的耐熱能力的要求。在進行設計時高爐的豎向的承受載荷的能力要相對較大，同時要根據(jù)生產(chǎn)的工藝及其生產(chǎn)條件，確定好高爐基礎的溫度條件，做好耐熱措施，做好混凝土的抗熱的設計方案。5高爐車間原料系統(tǒng)設計高爐原料系統(tǒng)基本要求：。5.1高爐原料供應5.1.1原料的貯存和混勻(1)在存放原料的場地的地面上應鋪一層礦渣與混凝土，可以將場地的地面更加結(jié)實堅硬，防止原料受潮。同時應配備有完整的排水系統(tǒng)。(2)為了使原料的物理和化學性質(zhì)達到均勻狀態(tài)，將各原料按照特定比例進行混合，實現(xiàn)原料混勻，提高企業(yè)的效益，降低成本。5.1.2原料的供應本設計高爐的有效容積為3700m3,選用的是膠帶機上料方式。此方法其優(yōu)點：上料的能力大，效率高能進行連續(xù)上料，滿足生產(chǎn)的要求簡化了爐頂布置，改善爐料的分布可以節(jié)省投資、節(jié)省資源5.1.3礦槽、焦槽的容積表5.1原料貯存時間及堆比重(1)每種原料的貯存量Q=P?q?τ式中則Q=17500×1.619×75%×10/24=8853.906tQ=17500×1.619×25%×13/24=3836.693tQ=17500×0.34×8/24=1983.333t(2)所需的容積V=式中存放在礦槽的原料并不是直接運輸?shù)缴a(chǎn)設備，而是在入礦前，需要進行一次的顆粒度的篩除，通過篩查將粒度小于5mm的原料篩除去，因此當計算礦槽的總?cè)莘e時，應該把篩除去的這部分原料的體積計算進去。V式中則VVV(3)礦槽實際的容積計算V則V則V則5.1.4礦槽、焦槽容積的數(shù)量(1)采用10個燒結(jié)的礦槽V取(2)采用4個球團的礦槽V取(3)采用8個焦炭的礦槽V取5.1.5高爐礦槽的容積及貯存時間表5.2高爐礦槽容積、質(zhì)量及貯存時間表5.2爐頂裝料裝置高爐爐頂?shù)募恿涎b置決定高爐生產(chǎn)的連續(xù)性。應滿足的基本要求[14]：本設計采用的上料裝備是無鐘爐頂裝料設備，其優(yōu)點：如圖5.1。圖5.1無鐘爐頂裝料系統(tǒng)設備

6高爐送風系統(tǒng)設計高爐的送風系統(tǒng)主要包括高爐鼓風機、冷風管道、熱風爐以及各種的閥門等，高爐鼓風機是高爐生產(chǎn)設備的核心，為高爐的運行提供了所需的高壓條件。高爐送風系統(tǒng)中的主演設備為高爐鼓風機。6.1高爐鼓風機6.1.1鼓風機的要求(1)足夠的鼓風量煉鐵時，需要一定量的空氣以促進焦炭的燃燒。V式中，假如高爐送風系統(tǒng)的風量損耗百分比為10%，因此鼓風機出口的出風量為：V=(1+式中，取V=8780m足夠強的鼓風壓力P=式中）6.1.2高爐鼓風機的選擇要求選擇高爐鼓風機應滿足的要求REF_Ref18\r\h[15]：符合高爐的通風量的要求；按鼓風機本身的特性選擇鼓風機的壓強取決于高爐的最高壓強；高爐風機的壓力能滿足在高爐狀況惡化時安全運行；選擇較高的風機效率。提高高爐供風系統(tǒng)的效率能降低生產(chǎn)成本。高爐車間各設備確定下后，提高生產(chǎn)作業(yè)的產(chǎn)量。在選擇鼓風機時還應該考慮到季節(jié)問題，夏季高溫，鼓風機應該滿足高爐的最高冶煉的產(chǎn)量和強度，冬天應該考慮到鼓風機能在經(jīng)濟區(qū)進行工作。對于進行高壓冶煉的高爐設備，還要考慮到高爐在常壓下工作的安全性和合理性。本設計采用靜葉可調(diào)節(jié)軸輪式鼓風機，數(shù)量3座，包括2臺使用和1臺備用。6.2熱風爐高爐的熱風爐在高爐設備作業(yè)時起著提供熱量和傳遞熱量的作用。熱風爐由于工藝原理不同、燃料的種類不同、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同被分為多種形式。本設計采用DCE公司的高溫內(nèi)燃式熱風爐，數(shù)量3臺，混合氣作為熱風爐的原料。選用煙氣預熱空氣和燃氣技術，熱管換熱器提高空氣溫度REF_Ref335\r\h[16]。本設計的采用全焊式熱風閥，閘閥式截止閥，蝶式調(diào)節(jié)閥，其余閥門均采用液壓驅(qū)動。7高爐噴吹燃料系統(tǒng)設計高爐噴煤技術是運用價格低廉且儲量豐富的煤粉來取代價格高昂并且儲量匱乏的焦炭，向高爐提供熱量和還原劑，實現(xiàn)了高爐用能結(jié)構(gòu)的關鍵技術。該技術不但降低了生鐵成本、節(jié)約煉焦煤資源，而且碳需求量較低、污染物排放量較低、能源消耗少、CO2等溫室氣體排放量少等優(yōu)點。7.1煤粉的制備高爐噴煤過程中，原料煤炭的要求很高，它的性能決定著高爐的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，原料在送入爐內(nèi)進行冶煉時，要將原料首先研磨，把原料使用研磨機將原料打磨成顆粒大小的尺寸，使其達到高爐噴煤所要求的的條件。同時還要進行含水量的加工過程，經(jīng)過此加工使煤粉滿足工藝要求的含水量。煤粉原料的要求：粒度尺寸不得大于74μm，且該粒度的煤粉總量要超過總煤粉量的80%以上，煤粉含水量也要小于1%[17]。只有經(jīng)過以上處理加工，滿足以上的條件，高爐噴煤工藝才能得到更好的進行。7.2高爐噴煤系統(tǒng)高爐噴煤系統(tǒng)主要由原煤儲存系統(tǒng)、炭粉制備系統(tǒng)、干燥失活系統(tǒng)、煤粉噴吹系統(tǒng)及煤氣供應系統(tǒng)等組成。高爐噴噴煤工藝流程如圖7.1。圖7.1噴煤系統(tǒng)流程圖高爐噴煤系統(tǒng)中氣體主要包括：壓縮空氣、氮氣、氧氣和水蒸汽，其中壓縮空氣可以為煤粉的運輸和噴吹提供動力；氮氣和蒸汽可以保證噴吹系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；氧氣用于鼓風和噴吹。噴吹罐組的參數(shù)見表7.1。表7.1噴吹罐組的有效參數(shù)7.3噴吹方式的選擇由于噴吹設備位置的不同，可以將噴吹方式分成兩種：直接噴吹和間接噴吹。本設計采用的是直接噴吹方式，使用煤粉管將噴吹系統(tǒng)設備與高爐直接相連接，即為為直接噴吹REF_Ref962\r\h[18]，該方法工作效率高，能夠減少煤粉在煤粉倉及鼓風罐中的停留時間，降低了煤粉的流動性。此外，煤粉在進入高爐之前溫度沒有過多地降低，直接噴吹形式所消耗氣源也較少。

8高爐煤氣系統(tǒng)設計8.1粗除塵裝置目前，高爐已實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，除塵器設備也不斷更新。本設計中粗除塵設備使用的是重力除塵器，具有使用成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護和操作方便等優(yōu)點。8.1.1重力除塵器重力除塵器主要應用于除去粗顆粒粉塵，其工作原理是首先將氣體引入到管道后，氣體的流速突然下降，氣體中的粉塵顆粒由于慣性和重力作用沉落在重力除塵器的底部。重力除塵器具有如下特點REF_Ref1099\r\h[19]：工作的溫度高；（2）氣體壓力大，重力除塵器內(nèi)氣體壓力高，約0.2MPa；（3）工作時灰量大。如圖8.1。圖8.1重力除塵器1-煤氣管道；2-除塵設備；3-中心導入管；4-塔前管；5-清灰口8.1.2旋風除塵設備旋風除塵器的工作原理是當物料進入高爐罐內(nèi)釋放氣體時，利用空氣動力的離心力將粉塵從粉塵流中分離出來REF_Ref1752\r\h[20]。它具有以下特點:結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，除塵器內(nèi)無運動的電機部件；不需要其他附件，成本低，阻力中等；操作簡單，維修方便，壓力損耗較小；功耗較小，運行維護費用低；操縱的靈活性大，不受粉塵濃度、溫度等條件的限制，可編程到高爐爐頂裝料系統(tǒng)中執(zhí)行程序，實現(xiàn)自動操作。如圖8.2。圖8.2旋風除塵設備8.2半精細除塵裝置上述的重力除塵器只能進行去除粗顆粒粉塵，然而顆粒小的污染物粗除塵器沒辦法去除掉，因此采用精細除塵裝置用來除去細顆粒的粉塵。本設計的半精細除塵裝置選用溢流文式管，具有結(jié)構(gòu)靈活、體積小的優(yōu)點，可以節(jié)省一半的生產(chǎn)鋼材。如圖8.3。圖8.3溢流文式管8.3精細除塵裝置精細除塵裝置是用來除去比半精細除塵的粒度更加小的粉塵，可以大程度的分擔半精細除塵的工作任務，達到更加精細的除塵效果。精細除塵包括文式管除塵、過濾袋除塵、靜電除塵。本設計采用比肖夫氣環(huán)清縫器。這是一種將洗滌器于環(huán)隙洗滌器結(jié)合起來的的塔式的精細除塵器，具有清洗、除塵和脫水三大功能。該設備的上部分為清洗塔，設置了多層清洗口，主要是對進來的氣體進行預清洗；三個平行的環(huán)隙安裝在中心，用于調(diào)節(jié)清潔器對氣體進行精細清潔操作。在底部安裝脫水板，可以排出水分。

9渣鐵處理系統(tǒng)設計9.1風口平臺及出鐵場本設計中出鐵場的形狀為矩形，設有兩個出鐵口。風口平臺就是在高爐的底部和爐缸的周圍的風口前安裝設置的工作平臺，在風口平臺上有送風裝置，主要的作用是給高爐供風的進口。在前平臺的鐵口側(cè)設鐵溝和落渣槽。由于出鐵口和出渣口的高度不同，因此應該保證現(xiàn)澆部位的高度低于設置的風口平臺的高度，約為1.1m。出鐵場的總面積設計應該考慮到渣鐵溝的布置方式，同時滿足爐前操作的需求，爐前渣鐵溝及設備布置在鑄鐵場平臺上，主要用于鑄鐵作業(yè)。9.2爐前準備9.2.1開鐵口機開鐵口機是高爐煉鐵常用的設備，它的作用是將鐵口打開一定的角度，可以使高爐的鐵水能夠連續(xù)的從出口流出。本設計采用的是電鉆式開口機。由上升機構(gòu)、轉(zhuǎn)臂機構(gòu)和開口機構(gòu)三部分組成[21]。9.2.2堵鐵口泥炮堵鐵口泥炮又被稱之為高爐泥炮，它是高爐煉鐵時十分重要的爐前準備的設備，它的作用是能夠快速精準地堵住放鐵的出鐵口，促進高爐的循環(huán)連續(xù)的工作。本設計采用的是液壓泥炮。它具有推力強、泥漿密實，壓力穩(wěn)定、不易滲漏、構(gòu)造緊密、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。泥炮主要由泥漿打擊機構(gòu)、壓接機構(gòu)和轉(zhuǎn)炮機構(gòu)構(gòu)成。9.2.3堵渣機堵渣機為平行桿結(jié)構(gòu)。放渣時，由電機工作拉繩，將堵渣機吊起來。具有可靠、遙控、自動排渣的特點。本設計采用吹風式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點在于操作方便安全、不需人工放渣9.2.4爐前吊車起重機的容量由爐前的最高質(zhì)量決定，不允許有超負荷運行的情況。本設計采用橋起式起重機，它是架在車間倉庫上空的其中起重設備，作用是可以將物料吊起來運輸，橋式起重機由于在車間上空運行，因此它可以充分地利用車間空間，不受地面上一些設備的阻礙，屬于目前應用最為廣泛的起重設備。9.2.5換風口機本設計采用的是懸掛式換風口機，具有靈敏可靠、便于操作、適應性強、耐高溫、耐沖擊等優(yōu)點。9.3鐵水處理在高爐冶煉過程中，鐵在高溫下融化形成鐵水，需要對其進行專業(yè)的處理。無論是鑄鐵還是煉鋼，都必須要使用專門的鐵水罐車輸運，鐵水罐車可包括開式和混合式兩種。本設計采用魚雷罐車對鐵水進行運輸。魚雷罐車又稱魚雷型混鐵車，是一種大型的鐵水運輸設備，它具有熱量損耗少，鐵水保溫時間久，能源消耗量低。該設備不僅可以運輸鐵水，還可以用來貯存鐵水，因此適合遠距離的運輸鐵水，不但簡化了煉鐵工藝，還減少了運輸成本。9.4爐渣處理爐渣處理系統(tǒng)INBA沖渣系統(tǒng)[22]。這種沖渣系統(tǒng)主要包括造粒系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)。冷爐渣經(jīng)過爐渣罐進行脫水，渣砂經(jīng)皮帶機輸送到渣砂存放區(qū)，工藝流程如圖9.1。圖9.1INBA沖渣系統(tǒng)工藝流程圖10結(jié)論本設計根據(jù)企業(yè)的年產(chǎn)量和相關的生產(chǎn)參數(shù)，確定了生產(chǎn)原料的成分及