复试题钢铁冶金炼铁

1、科技大学本科生课程设计说明书学号：40821144班级：冶金0805班一、学生：二、题目：以宝钢地区条件设计年产400万吨炼钢生铁的高炉炼铁车间(两座高炉)三、主要内容：1.2.3.做高炉配料、物料平衡与热平衡计算。绘图一炉本体砌砖图(A1图纸、CAD图)。编写设计说明书一份。包括：资源状况评述、厂址选择及生产规模确定的一般论述；高炉配料、物料平衡与热平衡计算；高炉炼铁车间工艺设计计算：高炉座数、生铁日产量、有效容积确定；高炉本体设计；送风系统设计；原料、漏料、筛分设备设计与选择；上料系统设备设计与选择；渣铁处理系统设计与选择；煤气除尘系统设计与选择；喷吹系统设计与计算；炼铁车间平面布置设计。

2、(4)相邻车间(烧结、焦化、炼钢)的生产能力配备与主要设备选型与计算。参加设计答辩。4.四、日程安排：讲课：总论，高炉炼铁工艺计算，本体设计计算与附属设备选择工艺计算：配料、物料平衡与热平衡计算，工艺设计计算与设备选择14学时1012122学时学时学时学时炉本体砌砖图(A1图纸、CAD图)绘图一编写说明书：工艺设计计算和设备选择的详细说明与其他计算内容答辩与考核：准备答辩提纲，参加答辩五、主要参考文献和书目：1234主编钢铁厂设计原理上册，：冶金工业，2006.02.，1994.10.主编炼铁设备：冶金工业庸，留等编著高炉设计炼铁工艺设计理论与实践：冶金工业，1991.12.，2007.11.

3、主编高炉炼铁工艺及计算：冶金工业，2005.03.5 那树人著炼铁计算：冶金工业6 那树人编著炼铁工艺计算：冶金工业，1999.07.：冶金工业7 炼铁设计参考资料编写组炼铁设计参考资料，1975.07.8 鞍钢炼铁厂等编炼铁工艺计算手册：冶金工业，1973.04.，1993.10.91011编著炼铁工艺设计原理：冶金工业，高为民炼铁毕业(课程)设计参考资料科技大学炼铁，1999.01.，炼铁毕业设计参考资料科技大学炼铁教研室，1992.02.，1986.12.12 章天华，主编炼铁：冶金工业1314主编炼铁设备及车间设计：冶金工业，2007.08.，第2版.菊，编著高炉炼铁设计原理：冶金工业

4、，2003.01.指导教师签字：年 月 日2012年02月24日学生签字：系(所)章：年月日科技大学本科生课程设计说明书目 录1 高炉物料平衡、热平衡计算61.1 原及炉尘化学成分（WT.%）61.2 高炉冶炼条件61.3 配料和物料平衡计算7热平衡计算92 高炉本体设计112.1 炉型计算112.2 高炉炉衬设计132.3 砖形与砖数的计算153 高炉冷却系统203.1 高炉冷却设备结构203.2 高炉各部位冷却设备233.3 冷却设备工作制度244 送风系统设计274.1 高炉鼓风机选择274.2 热风炉设计314.3 富氧脱湿装置344.4 余热回收设备设计355 高炉供料系统设计365

5、.1 高炉供料系统概述36及其主要设备365.2 储矿（5.3 槽下及炉料称量376 高炉炉顶装料设备396.1 概述396.2 串罐式无料钟炉顶39科技大学本科生课程设计说明书6.3 旋转溜槽布料及其布料方式416.4 探尺装置417 高炉渣铁处理系统设计437.1 风口及出铁场437.3 铁水处理设备467.4 渣处理系统478 煤气除尘系统设计与选择488.1 概论488.2 粗除尘除尘系统488.3 精细除尘508.4 煤气系统阀门518.5 高炉炉顶余压发电519 喷吹系统设计与计算539.1 喷煤工艺流程539.2 高炉喷煤主要设备549.3 喷吹系统附属设备549.4 高炉喷煤工

6、艺方式559.5 喷吹系统的相关计算569.6 煤粉喷吹的安全措施5610 高炉炼铁车间平面布置设计5811 相邻车间能力设计6011.1 烧结车间6011.2 焦化车间6011.3 炼钢车间60参考文献621 高炉物料平衡、热平衡计算1.1 原及炉尘化学成分（wt.%）表 1.1 矿石成分表名称TfeSPFe2O3FeOCaOSiO2MgOAl2O3烧结矿球团矿块矿58.850066.000065.34000.01000.00500.01050.04370.02620.065775.549294.007993.18737.67000.25000.14008.27000.80000.10504

7、.58002.98002.17001.63000.92000.14501.58000.66001.3350名称MnOMnO2P2O5S/2SCO2H2O调 1 前烧结矿球团矿块矿0.40000.13000.46500.00000.00000.00000.10000.06000.15050.00000.00000.00000.01000.00500.01050.01080.05000.09170.20000.13712.2000100.0000100.0000100.000099.789299.812997.7083表 1.2成分表1.2 高炉冶炼条件1.2.1 各元素在高炉中的分配率表 1.3

8、各元素在高炉中的分配率产品FeMnTiPS生铁炉渣煤气0.99850.00150.60.4100.05预定的生铁成分表 1.4预定的生铁成分组分FeSiMnTiPSCwt.%94.450.350.3020.1060.035.0031001.2.3 冶炼参数干：270kg/t喷煤比：200kg/t炉渣碱度：R=CaO/SiO2=1.185焦炭焦成分灰分 11.15挥发分 0.75有机物 1.23固定碳SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSCO2COCH4H2N2H2N2S86.876.142.820.850.171.060.110.270.270.030.030.150.300.300.63

9、100.00铁水温度：1500热度：1200干风含氧=26%炉顶煤气温度：200直接还原度：rd=0.4961.3 配料和物料平衡计算1.3.1 配料计算表 1.5 高炉配料结果表种类用量 kg/t比例%烧结矿球团矿巴西矿混合矿1187.182124.836249.9331562.08276816100渣量和渣成分计算表 1.6渣量及渣成分组元CaOSiO2MgOAl2O3kg/twt.%102.07741.03185.39334.32521.5428.65933.09313.302组元FeOMnOS/2合计kg/twt.%3.0361.2202.4290.9771.2090.486248.7

10、991001.3.3 脱硫能力验算（u 为总渣量）(按教授的最低碱性氧化物经验公式计算)（%RO）min=50-0.25*(%Al2O3)+3*(%S)-(0.3*%Si+30%S)/u=47.201炉渣中实际的（RO）=(CaO)+(MgO)+(MnO)+(FeO) =51.887(%RO)min通过验算，符合要求1.3.4 生铁成分核算表 1.7生铁成分核算组分FeSiMnTiwt.%94.2110.350.300组分PSCwt.%0.1050.035.0041001.3.5 风量计算（碳平衡法）焦炭和煤粉带入碳量少量元素还原耗碳399.4014.577kgkg脱硫耗碳铁直接还原耗碳铁水中

11、溶解碳 w（C 风）风中含氧风量 V 风0.906100.94050.039242.9380.264858.612kgkgkg m3/m3m3其中，初设直接还原度 Rd=0.0.39；热风湿度=1.70%；风中含氧 26%。最终得干风重 1194.226Kg，风中水分 12.801Kg。煤气量及煤气成分（1） CH4 不考虑（2） CO2a：间接还原生成 b：焦炭挥发分放出总量CO风口前碳燃烧生成直接还原生成焦炭挥发分放出间接还原消耗 总量（3） H2风中水分分解焦炭带入煤粉带入入炉 H2 总量为 H2 还原消耗的334.859 m30.37112 m3335.230 m3494.937 m3

12、157.205 m3 0.5832 m3 334.859 m3317.8176 m315.9306 m310.0926 m3107.893 m3133.916 m369.6366 m364.2799 m3进入炉顶煤气的氢量（4） N2鼓风带入焦炭带入煤粉带入进入煤气的 N2则炉顶煤气量 V 煤气=1412.145m3。693.451 m30.324 m3 0.992 m3694.767 m3表 1.8煤气成分成分CH4H2CO2CON2合计体积组成0064.2814.552355.22923.739317.87422.510694.76149.1991412.145100干煤气重量：1930.

13、021kg/t水分重量：55.958kg/t1.3.7 绘制物料平衡表表 1.9 高炉物料平衡表H2、CO 计算手工计算时H2 取 52%CO=间接还原生成的CO2/(燃烧C 风口生成的CO+直接还原生成CO)=0.513此时H2/CO=1.014，满足要求热平衡计算1.4.1 基本热工数据热收入：焦炭热值和喷吹煤粉热值q 焦 q 煤qc7.8362.5980.1482.4510.82535.2950.0671.44410.082GJ/t GJ/t GJ/t GJ/t GJ/t GJ/t GJ/t GJ/tGJ/t风口前碳燃烧扣除喷吹煤粉的耗热则最后的 Qc还原中 C 的氧化还原中 CO 的氧

14、化还原中 H2的氧化热风带入总热收入热支出：氧化物分解和直接还原耗热氧化物分解Fe2SiO4 -FexO Fe2O3 -FexOFexO -Fe铁氧化物分解硅氧化物分解Qcd Qcoi QH2iQ 热风Q 总0.03002.0694.7016.8000.110GJ/t GJ/t GJ/t GJ/tGJ/t收入项支出项名称数量Kg/t矿石1562.082焦碳270煤粉200熔剂0鼓风1194.226风中水分12.801合计3239.110绝对误差5.588名称数量Kg/t生铁1000炉渣248.779煤气1930.021煤气中水55.958炉尘0合计3234.757相对误差0.134锰氧化物分解

15、 磷氧化物分解 氧化物分解耗热直接还原Fe 还原 Si 还原 Mn 还原 P 还原直接还原耗热 q 还脱硫碳酸盐分解： q 碳酸盐炉渣、铁水和煤气的焓：炉渣焓铁水焓 煤气焓：顶气还原生成水炉尘煤气焓总量热支出0.01200.03586.958GJ/tGJ/t GJ/t1.06190.08040.01380.02641.1820.0231GJ/t GJ/t GJ/t GJ/t GJ/tGJ/t0（无溶剂）0.4431.24GJ/tGJ/t0.3960.028100.4259.088GJ/tGJ/tGJ/tGJ/t1.4.2 全炉热平衡Q 有效t8.664GJ/t85.94%碳素利用系数c=65.

16、57%热收入GJ/t%热支出GJ/t%碳燃烧放热 还原中 C 的氧化还原中 CO 的氧化还原中 H2的氧化热风带入总值2.45024.310.8258.195.29552.520.0670.67%1.44414.32%10.082 100.00%氧化物分解和直接还原耗热脱硫炉渣焓铁水焓煤气焓总量总量 损失 总值6.95869.010.02310.230.4434.391.2412.300.4254.219.089- 0.773210.082 100.00%7.672 高炉本体设计2.1 炉型计算2.1.1 定高炉容积确定年工作日：36595%=347d高炉日产量： P 总=4000000/34

17、7=11527.38t本设计中高炉座数为 2 座，选定利用系数v=2.2t/( m3 d)，每座高炉日产量：P=P 总/2=5763.689t每座高炉容积=2620m32.1.2 炉体尺寸计算炉缸炉缸直径因此 d 取 11.2m校核：合理2) 炉缸高度因此 h1 取 4.9m风口数目3)n=2(d+2)=26.4因此 n 取 27风口结构尺寸选取 a=0.5m4) 风口高度hf=h1-a=4.92-0.5=4.4m因此 hf 取 4.4m5) 死铁层厚度h0=0.2d=2.24m2.炉腰因此取 D=12.7m炉腹炉腹角选取=8030则 m取 h2=4.4m校核：因此=803352炉喉1) 炉喉

18、直径3.4.因此取 d1=8.4m2) 炉喉高度h5=0.3527Vu0.2446 + 28.3805 Vu-0.7554=2.49因此取 h5=2.5m炉身角、炉身高度、炉腰高度炉身角选取= 82则因此取 h4=15.0m校核：则=821043选取 Hu/D=2.24，则高炉有效高 Hu=2.24*12.65=28.336因此取 Hu=28.8m求得 h3=Hu-h1-h2-h4-h5=28.336 -4.92-4.37-15-2.5=1.546m因此取 1.5m5.2.1.3 校核炉容1.炉缸体积2.炉腹体积3.炉腰体积4.炉身体积炉喉体积5.6.高炉容积Vu=V1+V2+V3+V4+V5

19、=2629.018 m3误差0.3435%炉型设计合理，符合要求。2.1.4 绘制高炉炉型图高炉各部位尺寸如表 2.1 所示。表 2.1高炉炉型尺寸高炉炉型如图 2.1 所示。图 2.1 高炉炉型2.2 高炉炉衬设计按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉的炉衬的的长短。决定高炉一代高炉炉衬设计是选择各部位炉衬砌体的材质，确定砌体厚度，说明砌筑方法以及材料计算。炉衬的设计要考虑以下三点：高炉各部位的工作条件及其破损机理；冷却设备形式及对砖衬所起得作用；3) 要侵蚀后的炉型是否合理；炉缸直径 d11200mm炉腰高度h31500mm炉腰直径 D12700mm炉身高度h415000mm

20、炉喉直径 d18400mm炉喉高度h52500mm有效高度Hu28300mm死铁皮 h02240mm炉缸高度 h14900mm炉腹角803352”炉腹高度 h24400mm炉身角814721”4) 炉衬破损机理及耐火材料的选择2.2.1 炉底根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测结果知道，炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而成锅底形深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。影响炉底的:首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁时的对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度压力引起砖层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。炉底主

21、要有碳砖，热压碳砖，微孔碳砖，超微孔碳砖，碳复合 SiC 砖或石墨化碳砖等。近数十年来大型高炉广为采用碳砖砌筑，且普遍采用全碳砖炉底2.2.2 炉缸炉缸破损机理：渣铁的，炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要破坏。高炉炉渣偏碱性而常用的耐火材料偏酸性，故高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏。整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达 1300-1900，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都是十分重要的。炉缸工作条件与炉底相似，炉缸采用耐火材料与炉底相同采用碳砖砌筑。2.2.3 炉腹、炉腰和炉身下部炉腹破损机理：距风口带近，故高温热应力作用很

22、大。由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响。另外承受初渣的化学侵蚀，初渣中的 FeO、MnO 以及的CaO 含量较高，与耐材中的 SiO2，生成低化合物。炉身破损机理：炉身中下部，故受热应力影响大，同时初渣的化学侵蚀，碱金属和 Zn的化学侵蚀，碳素沉积产生化学侵蚀。炉身上部，炉料比较坚硬，具有棱角，下降炉料的磨损和夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷是这个部位炉衬损坏的主要原因。炉腰破损机理：初渣的化学侵蚀，上下折角处高温煤气流的冲刷磨损，高温热应力的影响。因此，炉腹炉腰和炉身下部采用质量高，强度大又耐多种侵蚀的用 Si3N4 结合的 SiC砖。炉身上部温度较低，一般采用高铝砖或黏土

23、砖砌筑。2.2.4 炉喉炉喉破损机理：主要受固体炉料落下时的机械磨损和夹带炉尘的高速煤气流的冲刷作用。炉喉一般采用条状钢砖进行砌筑。表 2.2 高炉炉衬结构炉衬设计材质厚度/mm炉底炭砖2400（高度）炉缸炭砖1200炉腹碳化硅砖690炉腰碳化硅砖690炉身下部碳化硅砖575炉身上部高铝砖575炉喉条状钢砖2002.3 砖形与砖数的计算砖形设计合理才能保证砌筑质量。厚度一致可以获得最小的水平缝，长度选 230mm 和 345mm 两种可以使错缝方便，除需要直形砖外，宽度不等的楔形砖可以砌筑出环形炉衬我国高炉用粘土砖和高铝砖形状和尺寸见表 2.3。砖数的计算：炉底部位可按总容积除以每块砖的容积来

24、计算。求每层砖数时，可以用炉底砌砖水平截面积除以每块砖的相应表面积。考虑有 2%-5%的损耗。表 2.3 砖型及尺寸2.3.1 炉底采用满铺碳砖炉底砌筑。碳砖砌筑在水冷管的碳捣层上。有厚缝和薄缝两种连接方式。薄缝连接时，各列砖砌缝不大于 1.5mm，各列间的垂直缝和两层间的水平缝不大于 2.5mm。厚缝连接时，砖缝为 3545mm，缝中以碳素料捣固。目前的砌法是碳砖两端的短缝用薄缝连接，而两侧的长缝用厚缝连接。相邻两行碳砖必须错缝 200mm 以上。两层碳砖砖缝成 90，最上层碳砖砖缝与铁口中心线成 90。a薄缝；b厚缝；c炉壳；d冷却壁；e炭砖与冷却壁间填料缝图 2.2满铺炭砖炉底砌筑炉底采

25、用立砌炭砖的方式，选用 400*400mm 的炭砖，故每层立砌的炭砖数量为：外侧平铺楔型砖块，其长度为 1200mm，其大头尺寸400mm，此处按 400mm 考虑，则外层平铺的炭砖砖块的数量为：故每层的炭砖数量为：N=N1 + N2=615+106=712 块炉底设计厚度为 2400mm，一共铺 6 层，所以 N 炉底=砖型砖号尺寸/mmabb1c直形砖G-123015075G-234515075楔形砖G-323015013575G-434515012575死铁层采用六层楔形炭砖，每层炭砖尺寸为长度 1200mm，大头尺寸为 400mm，厚度为 400mm，则砖量为；综上，炉底共需炭砖 43

26、26+636=4962 块。2.3.2 炉缸炉缸采用炭砖砌筑，炉缸碳砖砌筑以薄缝连接。在碳砖炉缸的内表面设有保护层，以防开炉时被氧化，一般都砌高铝砖。为了节省工时和降低成本投资，近来有用涂料代替高铝砖的，涂料层厚 5-8mm。风口、渣口和铁口砖衬以碳砖砌筑时，应设计异型碳砖。炉缸整个高度是 4.9m，采用的全炭砖设计，每块炭砖的厚度是 400mm，需要铺设 13层，外侧平铺楔型砖块，其长度为 1200mm，大头尺寸为 400mm，厚度为 400mm，每层砖量为：则炉缸共需砖量：N=。2.3.3 炉腹由于炉腹坡度的存在，因此将炉腹分段。炉腹的耐火材料选用的是标准砖结构的碳化硅转，具体选用 G-2

27、 和 G-4 混合。炉腹高度为 4.4m，所以共需 4400/75=58 层，从而把 58 层分为 2 段，每段 29 层，每层由内外两圈砌筑而成。G-1 为直形砖，G-3 为楔形砖，他们配合计算如下：其中，上式 n该环砌体总砖数；ns楔形砖数 nz直形砖数D该环砌体外径，mm； d该环砌体内径，mm；b砖大头宽加砌砖砖缝，mm； b1砖小头宽加砌砖砖缝，mm； a砖长，mm1)上半段：平均中心线的圆周内直径内圈每层需砖量：楔形砖有：直形砖有：计算总砖量有：上半段内圈由 97 块 G-3 和 170 块 G-1 配合砌成，上半段每层共需砖量：N1=544。表 2.4炉腹上半段砖形及砖量2)下半

28、段：平均中心线的圆周内直径：楔形砖有：直形砖有：计算总砖量有：252-97=155下半段内圈由 97 块 G-3 和 155 块 G-1 配合砌成，根据经验公式，外圈由 97 块 G-3 和165 块 G-1 配合砌成。表 2.5炉腹下半段砖形及砖量综上，炉腹所需总砖量为：N 炉腹总=（514+544）29=30682 。2.3.4 炉腰炉腰的设计层数为，仍然选用 G-1 和 G-3 组合，每层由内外两圈砌筑而成。每层内圈需要的砖量为：内圈楔形砖数量：直形砖数量：即炉腰每层由内圈 97 块 G-3 和 178 块 G-1 配合砌成，根据经验公式每层外圈由 97 块G-3 和 188 块 G-1

29、 配合砌成。表 2.6炉腰砖形及砖量位置WNWN砖形G-1G-1G-3G-3数量1881789797相应砖形的砖量366194*2073203880位置WNWN砖形G-1G-1G-3G-3数量1651559797相应砖形的砖量320194*2992805626位置WNWN砖形G-1G-1G-3G-3数量1801709797相应砖形的砖量350194*29101505626综上，炉腰共需砖量为：N 炉腹总=56020=112002.3.6 炉身炉身高度为 15.0m，下部采用碳化硅砖，上部采用高铝砖，共 200 层，最上层内径 8.4m，最下层 12.7m。将炉为十段，每段 20 层。每层都由内

30、外两圈砌成，奇数层内圈为 G-1和 G-3 配合，外圈为 G-2 和 G-4 配合；偶数层内圈为 G-2 和 G-4 配合，外圈为 G-1 和 G-3配合。第一段到第十段内径分别为： D1=8615，D2=9045，D3=9475，D4=9905，D5=10335 D6=10765，D7=11195，D8=11625，D9=12055，D8=12485以第一段为例，奇数层：G3： G1：10偶数层：G4： G2：10表 2.7炉身用砖量表则炉身共需要砖块数量为：N(G-1)=28180 块；N(G-2)=29680 块；N(G-3)=972010=19400 块；N(G-4)=87200=17

31、400 块；2.3.7 炉喉本设计采用长条式炉喉钢砖，其优点是生产中不易变形、脱落，且结构稳定，拆装方便。炉喉有几十块保护板，在炉喉的刚壳上装有吊挂座，座下装有横的挡板，板之间留 20 mm 的段数奇数层偶数层d/mmG3G1G4G2G4G2G3G第一段1088710897108第二段953097102871178711797117第三段995097111871268712697126第四段1037097120871358713597135第五段1079097129871448714397143第六段1121097138871538715297152第七段1163097147871628716

32、297162第八段1205097156871718717197171第九段1247097165871808718097180第十段1289097174871898718997189总和110000970870总和*101100000970013350870014850870014830970014830G-3=97G-4=87G-1=108G-2=108G-4=87G-3=97G-2=108G-1=93间隙，保证保护板受热膨胀时不相互碰挤。图 2.3 炉喉钢砖综合高炉炉衬设计砖量如表 2.8：表 2.8炉衬用砖量砖种计算数量增加 3%富余量G-1(50%粘土，50%SiC)5493056578

33、G-2(23%粘土，77%SiC)2968030570.4G-3(50%粘土，50%SiC)3453235568G-4(33%粘土，67%SiC)1740017922炭砖634065303 高炉冷却系统高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分，对炉体保护炉壳；对耐火材料的冷却和支撑；维持合理的操作炉型；起到以用：4) 当耐火材料大部分的工作条件部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。通常，人们通过以下途径来提高冷却设备的可靠性：提高冷却设备本体材料的热导率，保证冷却设备具有足够大的导热力，能够把炉内传递给它的热量通过冷却水带走；冷却设备本体选用具有较高允许工作温度的材料；利用

34、砖衬或形成渣皮保护层，降低强大的热流侵袭。因此，在设计、制造冷却设备时，必须研究使用材料的允许工作温度、导热性能和传热分析，才能获得长寿的冷却设备。3.1 高炉冷却设备结构高炉各部位热负荷不同，采用的冷却形式也不同。现代高炉冷却方式有外部冷却和冷却两种，冷却结构又分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构以及炉底冷却等，本次设计中主要应用冷却壁和炉底冷却。3.1.1 外部喷水冷却炉身和炉腹部位装设有环形冷却水管，水管直径为 50-150mm，距炉壳约 100mm，水管上朝炉壳的斜上方钻有若干直径为 5-8mm 的小孔，小孔间距 100mm。冷却管水经小孔喷射到炉壳进行冷却。为了防止喷溅，在炉壳上装有

35、防溅板，防溅板与炉壳间留有 8-10mm 缝隙，冷却水沿炉壳流下至集水槽再返回水池。炉外喷水冷却的特点是冷却不能深入炉衬，冷却深度浅；但设备简单，使用方便，一般在不安装冷却器的小高炉上采用。在大中型高炉的炉身上部或冷却器已损坏的区域可以采取喷水冷却，做为辅助性冷却。3.1.2冷却冷却壁的冷却原理是通过冷却壁形成一个密闭的围绕高炉炉壳的冷却结构、实现对耐火材料的冷却和对炉壳的直接冷却。冷却壁是铸有无缝的大块金属板冷却件。冷却壁安装在炉壳与炉衬之间，并用螺栓固定在炉壳上，均为密排安装。冷却壁的金属板是用来传热和保护无缝的。冷却壁分为光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。冷却板是通过分散的冷却元件伸进炉内的长

36、度来冷却周围的耐火材料，并通过耐火材料的热传导作用来冷却炉壳。从而延长使用和保护炉壳的作用。采用冷却壁的优点是炉壳开孔少而小，不损坏炉壳钢板强度，有良好的密封性，特别是在采用了高压操作的高炉上，更显出它的特殊优越性，这是冷却板所比不上的，还有冷却均匀、炉衬内壁光滑等优点，适宜于薄炉衬结构采用。缺点是冷却壁消费金属多损坏后不能更换，影响冷却面积较大，故需辅以喷水冷却。1. 冷却壁1) 光面冷却壁铸入的无缝为直径34mm5mm 或者44.5mm6mm，中心距为 100-200mm 的蛇形管，管外壁距冷却壁外表面为 30mm 左右，所以光面冷却壁厚 80-120mm，水管进出部分需设保护套焊在炉壳上

37、，以防开炉后冷却壁上涨，将水管切断。图 3.1光面冷却壁实型风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍渣口周围上下段各两块，由 4 块冷却壁组成。光面冷却壁尺寸大小要考虑到制造与安装方便，冷却壁宽度一般为 700-1500mm，圆周冷却壁块数最好取偶数；冷却壁高度视炉壳折点而定，一般小于 3000mm，应方便吊运和容易送入炉壳内。冷却壁用方头螺栓固定在炉壳上，每块 4 个螺栓。同段冷却壁间垂直缝为 20mm，上下段间水平缝为 30mm，上下两段冷却壁间垂直缝应相互错开，缝间用铁质锈接料锈接严密。光面冷却壁与炉壳留 20mm 缝隙，并用稀泥浆灌满，与砖衬间留缝 100-150mm，填以碳素料。镶砖冷却壁

38、2)在冷却壁的内表面侧的铸肋板内铸入或砌入耐火材料，材质一般为粘土质、高铝质、炭质或碳化质。相比光面冷却壁，更耐磨、耐冲刷、易黏结炉渣生成渣皮保护层，代替炉衬工作。从外形看，一般有 3 种结构形式：普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。带凸台冷却壁的凸台部分起到支撑上部砌砖的作用，简化了冷却系统结构，减少了系统结构和炉壳开孔。其间带凸台的冷却壁比上部带凸台的有更大的优越性，当凸台部分被侵蚀后整个冷却系统仍是一个整体，而上部带凸台的冷却壁被侵蚀后，凸台部分就不起冷却作用。图 3.2镶砖冷却壁镶砖冷却壁的特点是在金属板表面镶有耐火砖，导热效率低，但当炉衬被侵蚀后，所镶耐火砖抗磨损能力强，并在其表面容

39、易形成稳定的保护性渣皮，代替耐火砖衬工作。3) 新型冷却壁-铜冷却壁铜冷却壁是在轧制好的壁体上加工冷却水通道和在热面上设置耐火砖，其结构如图。表 3.1 铜冷却壁与铸铁冷却壁特性比较图 3.3 扁和铜冷却壁式冷却器4)有式、扁和冷却板等。埋设在砖衬内，冷却深度较深，但是为点冷却。但是，炉役后期，内衬工作面凹凸不平，不利于炉料下降，炉壳开空多对炉壳强度和密封也带来不利影响。式为铸有无缝的楔形冷却器，能够支撑上部砖衬，并可维持较厚的砖衬，本身有与炉壳固定的法兰圈，所以密封性好，重量轻，便于更换，由于冷却强度不大，且容易受到形状限制，密排，多安装在炉身中部用于托砖，为 2-3 层，呈棋盘式布置。上下

40、两层间距多为 600-800mm，同一层相邻的两块之间一般间距 1300-1700mm，其端面距内衬工作表面 230-345mm。图 3.4 冷却冷却板又称扁，材质有铸铜、铸钢等，厚度70-110mm铸有直径为44.5mm6mm的无缝，常在炉腰和炉身部位，呈棋盘式布置，一般上下两层间距 500-900mm，同层项目铸铁冷却壁铜冷却壁冷却效果由于水管位置距角部和边缘有要求，冷却效果差，已损坏钻孔时距壁角和边缘部位的距离可缩短，冷却效果好冷却水管铸入壁内，有隔热层存在在壁内钻孔，无隔热层存在壁间距离相邻两壁之间有 30-40mm 宽的缝隙，此部位冷却条件差相邻两壁之间距离可缩小到 10mm热导率比

41、110间距 150-300mm。式的主要优点是：冷却深度和强度大，机械强度高，当下部砖衬被侵蚀、破损剥落时，对上不砖衬起着支撑作用，避免上不砖衬发生垮塌。其缺点是：为点式布置，冷却砖衬不够均匀，因而炉衬受侵蚀也不均匀，炉墙曲线不规整。炉衬严重被侵蚀后，式可能被 露出来，在炉内形成凸台，有碍于炉料的顺利下降，安装时炉壳开孔较大，影响炉壳的机械强度和密封严密性。式有被改进后的凸台式冷却壁所代替的趋势。3.2 高炉各部位冷却设备3.2.1 炉底本高炉炉底采用水冷管作为炉底冷却设备。在炉底砌砖与耐热混凝土之间排列水管冷却，靠中心密些，靠边缘疏些。水冷管中心线以下埋置在炉基耐火混凝土基墩上表面心线以上为

42、碳素捣固层，水冷管直径为40mm10mm，炉底中心部位水冷管间距 200-300mm，边缘水冷管间距为 350-500mm，水冷管两端伸出炉壳外 50-100mm。炉壳开孔厚加垫板加固，开孔处应避开炉壳折点 150mm以上。高炉增加炉底密封底板。水冷管排列在密封底板上方，炉壳开孔多，密封较难，但水冷管与炉底砖之间接触好些，冷却效果好。图 3.5高炉水冷炉底结构图炉缸由于炉缸侧壁的冷却设备所承受热负荷冲击不是很大，一般炉缸侧壁的冷却方式以冷却壁居多，少数为洒水冷却和夹层冷却，洒水冷却由于不利于环保而淘汰，夹层冷却虽然冷却强度和投资都优于冷却壁，但炉壳有局部开裂时难以修补。因此一般在炉缸侧壁均采用

43、灰口或低铬的光面铸铁冷却壁，铁口局部区域可采用铜质冷却板，风口带由于风口中套和风口小套冷却水带走了大量的此区域的热负荷冲击，故此段也可采用欲行的光面铸铁冷却壁。炉腹、炉腰、炉身下部该区域是高颅内渣铁侵蚀最剧烈、热负荷冲击最大的部位。因此冷却壁热面必须有砖衬或挂渣皮才能保证冷却壁的。由于铜冷却壁具有高导热、耐高热流冲击等优良性能，因此它是炉腹、炉腰、炉身下部高热负荷区的最佳冷却设备。炉身中部此部分的设备应同时具有抗渣铁侵蚀和料流、气流冲刷磨损的性能，一般采用球墨铸铁镶嵌耐材冷却壁，常用氮化硅结合碳化硅。炉身上部及炉喉部位炉身一般采用镶砖球墨铸铁冷却壁炉喉一般采用二段式水冷钢砖表 3.2冷却系统设

44、计表3.3 冷却设备工作制度冷却设备的工作制度，即制定和控制冷却水的流量、流速、水压和进出水的温度差。高炉各部位量与其热负荷相适应；冷却器内水速、水量和水质与冷却器结构相适应；水质合乎要求，进出水温差适当。3.3.1 水消耗量高炉某部位需要由冷却水带走的热量称为热负荷强度。热负荷可以写为：表面积冷却器的热负荷称为热流tt0 103c式中 Q热负荷，kJ/h；c水的质量热容，J/(kgK)M冷却水消耗量，t/h t冷却水出水温度，； t0冷却水进水温度，高炉冶炼过程中在某一段特定时间内可以认为热负荷是常数，那么冷却水消耗量与进出水温度差成反比，提高冷却水温度差，可以降低冷却水消耗量。因冷却设备内

45、水的流速不易过低，因此经常采用的办法就是增加冷却设备的串联个数。3.3.2 水压和流速确定冷却水压力的最重要的原则是冷却水压力要大于炉内静压防止个别冷却设备烧坏时煤气进入冷却器中，造成大量冷却器烧坏，尤其是风口冷却。一般高炉风口冷却水压比热风的压力高 0.1MPa，炉身部位冷却水压比炉内静压高 0.05MPa。冷却器中的水速有一定的要求，太大水量消耗大，太小则传热速率小，当热流强度大时热量带不走，会造成局部过热而烧坏冷却器。按照经验公式，防止产生局部沸腾的最低水速炉喉水冷钢砖炉身上部镶砖球墨铸铁冷却壁炉身中部镶砖球墨铸铁冷却壁炉身下部铜冷却壁炉腰铜冷却壁炉腹铜冷却壁炉缸光面铸铁冷却壁炉底水冷炉

46、底，水管冷却和冷却器热流强度、水流通道的当量直径的关系如下：0.2dq 4.1868V105式中 V 局局部沸腾的最低水速，m/s；d水流通道的当量直径，m； q热流强度，kJ/(m2h)；特别的，风口的局部沸腾由于铁水的作用可能比上式计算出来的结果大 10 倍或所以风口迫切需要高水速的一切措施。，3.3.3 冷却水温差冷却水进水温度一般情况下应小于 35，与大气温度和回水冷却状况有关，出水温度与水质有关，一般也不应超过 50-60，反复加热时水中碳酸盐沉淀温度，不然钙镁盐类会沉淀出来形成水垢，导致冷却器烧坏。实际的水温差比容许的温差适当低一些，高炉各部位有一个合适的后备系数，关系式为：t 实

47、际= t 容许高炉下部比上部要小，因为下部是高温熔体，特别是铁水的渗透和冲刷作用，可能会在某一局部造成过大的瞬间热流强度而烧坏冷却器。实际生产中，经常检测进出水温度，及时调整水量，必要时还要将双联改单联或提高水压。表 3.3高炉各部位参考值3.3.4 水垢与冷却设备的水垢实质相当于在冷却水管内表面砌一薄层黏土砖，导热系数低。一般来说，热流强度不大时，水垢影响不大，但是当热流强度较大时，哪怕是厚度不大的水垢都能造成很大的温度梯度，是冷却器烧坏。水垢方法是：用 20%-25%的 70-80盐酸，加入缓蚀剂（1%废机油），用耐酸泵送入冷却设备，循环10-15min，再用压缩空气顶回酸液，再通冷却水冲

48、洗。3.3.5 高炉排水系统在高炉生产过程中，为防止任何短时间的断水所造成的严重事故，高炉必须有自己的安全可靠的给排水系统。同时，水泵站供电系统必需有了转换电源时不中断供水，设有水塔，塔内含 30min电源，并且来自不同的供电点。为量。由泵房向高炉供水的管路应设置两条。串联冷却设备要由下往上，保证断水时冷却设备内留有一定水量。正常条件下，供水管内水流速是 0.7-1m/s，供水管上还需安装逆止阀门，防止冷却设备烧坏时煤气进入冷却管路系统。高炉排水一般由冷却设备出水头引至集水槽，而后经排水管送至集水池，由于出水头有水力冲击作用而产生大量气泡，所以排水管是给水管直径的 1.3-2倍。排水管标高应高

49、于冷却设备，以保证冷却设备充满水。部位炉腹炉身风口带渣口以下风口小套0.4-0.60.15-0.30.08-0.150.3-0.43.3.6 高炉冷却系统高炉冷却系统可分为：汽化冷却、开式工业水循环冷却系统、软水密闭循环冷却系统。国内外大多数高炉采用开式工业水循环冷却系统，本设计高炉也不例外。同时到，采用软（纯）水密闭循环冷却系统，并取得高炉长寿、低耗的显著效果。1.开式工业水循环系统要看开式工业水循环系统是指其降温设施采用冷却塔、喷水池等设备，靠蒸发制冷的系统。这种冷却系统致命的缺点便是冷却设备的通道壁上容易结垢，使冷却设备过热烧坏。一般采用冷却设备内水垢的方法和控制进出水温差的方法。但这样

50、会对生产、经济不利，并会造成环境污染。为了防止水质的2.软水密闭循环系统需在系统内设置加入防腐剂、防垢剂和其它药物的装置。它是一个完全密闭的系统，用软水作为冷却介质。软水由循环泵送往冷却设备，冷却设备排出的冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经空气冷却器散发于大气中，然后在经循环泵送往冷却设备，如此循环。软水密闭循环冷却是高炉冷却的发展方向，目前大型高炉软水密闭循环系统使用范围愈来愈大。4 送风系统设计4.1 高炉鼓风机选择高炉鼓风机是用来提供燃烧所必需的氧气，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。高炉冶炼对鼓风机的要求高炉鼓风机是高炉的心脏。高炉鼓

51、风机不是一般的通风机，它必须满足一下要求：有足够的送风能力，即不仅能够提供高炉冶炼所需要的风量，而且鼓风机的出口压力要能够足以克服送风系统的阻力损失、高炉料柱阻力损失以及保证有足够高的炉顶煤气压力；风机的风量级风压要有较宽的调节范围，即风机的风量和风压均适应于炉料顺行与(2)逆行、冶炼强度的提高与压降、喷吹与富氧操作以及其他多种变化的影响；送风均匀稳定，即风压变动时，风量不得自动的产生大幅度变化；能保证长时间连续、安全及高效率运行。4.1.2 高炉鼓风机工作原理及特性常用的高炉鼓风机有离心式和轴流式两种。下面简单介绍它们的工作原理及特性。离心式鼓风机是靠装有许多叶片的工作叶轮旋转所产生的离心力

52、，使空气达到一定的风量和风压，离心式鼓风机的结构如图 4.1 所示。图 4.1离心式高炉鼓风机剖面图轴流式鼓风机，当出口压力较高时也称轴流式压缩机。大型高炉一般采用轴流式压缩机鼓风。轴流式鼓风机的工作原理是依靠在转子上方装有扭转一定角度的工作叶片随转子一起高速旋转，叶片对气流作功，获得能量的气体沿着轴向方向，达到一定的风量和风压。轴流式鼓风机的结构如图 4.2 所示。图 4.2轴流式鼓风机的结构4.1.3 高炉鼓风机选择计算1.高炉鼓风机出口风量的计算鼓风机出口风量包炉入炉风量、送风系统漏风量和热风炉换炉时的充风量之和。计算风量时用标准状态下的风量表示。1) 高炉入炉风量计算2620 0.92

53、84 2700j 4560.814401440式中2) 送风系统管路漏风损失量计算 10% 4560.8 456.1v式中 漏风系数，正常情况大 型高炉为10%，小型高炉为15%左右。热风炉换炉充风量计算q0 C qv 10% 4560.8 456.1式中C 充风量占高炉入炉风量 的百分数，%，大型高炉 C值一般为10%左右。鼓风机出口风量计算式中鼓风压力高炉鼓风机应能克服送风系统的阻力损失，克服料柱的阻力损失，保证高炉炉顶具有要2.求的压力。鼓风机出口风压可用下式表示：PPt PLS PFS式中 P鼓风机出口风压，Pa； Pt高炉炉顶压力，Pa； PLS高炉料柱阻力损失，Pa；PFS高炉送风

54、系统阻力损失，Pa；参考相关数据，设计高炉的炉顶压力为 0.25MPa；料柱阻力损失为 0.16MPa；高炉送风系统阻力损失为 0.03MPa；那么，鼓风机出口风压需要：P 0.25 0.16 0.03 0.44MPa在最终确定鼓风机最高出口压力时，还应考虑正常送风时风压的波动值，可提高0.03MPa。则最高出口压力为 0.44+0.03=0.47MPa3. 鼓风机特性曲线选择高炉鼓风机，要根据高炉要求的风量和风压，还要考虑鼓风机的特性曲线。鼓风机的特性曲线是在特定吸气条件下测得的风量与风压的关系曲线，由于使用地区气温、湿度和气压的差异，同一转速输出的风量和风压变化较大。因此，选择鼓风机应参照

55、出厂特性曲线，进行风量和风压的修正。轴流式鼓风机特性曲线如下图所示，以 3250m3/min 轴流式鼓风机为例。图 4.33250m3/min 轴流式鼓风机特性曲线根据气体状态方程式得到风量修正系数 K 的近似计算公式：采用风量修正系数后，可以将设计要求的鼓风机出口风量 V，折算为使用地区的风机出口风量 V（m3/min）=V/K。风压修正系数 K由下式求得：使用地区风机风压为 p=p/K。针对海拔高度在 100m 以下的宝钢地区，全年各时期风量修正系数 K 和风压修正系数K如表 4.1 所示。表 4.1 宝钢地区风量修正系数 K 和风压修正系数 K参考表选择风机的主要依据是高炉有效容积和生产

56、能力，同时也应该考虑到使用地区的自然气候条件，以及高炉的冶炼条件。选择高炉鼓风机要考虑以下两点：高炉鼓风机最大质量鼓风量应能满足夏季高炉最高冶炼强度的要求；冬季，风机应能在经济区域工作，不放风，不飞动；对于高压操作的高炉，应考虑常压冶炼的可行性和合理性。风机应在 ABCD 区域工作，如图 4.4 所示。图 4.4高压高炉鼓风机工况区示意图4.1.4 高炉鼓风机设计确定综合以上计算分析，本设计高炉选择静叶可调轴流式高炉鼓风机，具体参数如表 4.2 所示。表 4.2静叶可调轴流式鼓风机参数按照要求，2 座 2620m高炉将采用 3 台 AV90-15 静叶可调轴流式高炉鼓风机，其中 1台备用。型号

57、AV90-15 静叶可调轴流式风量7710m3/min绝对风压0.57MPa转速3680r/min传动方式电动夏季冬季全年平均K0.940.990.96K0.951.121.044.2 热风炉设计热风炉实质上是一个热交换器。现代高炉普遍采用蓄热式热风炉，燃烧和送风交替进行，为保证向高炉连续供风，每座高炉通常配备多座热风炉。热风炉的大小和各部位尺寸，取决于高炉所需要的风量及。根据燃烧室和蓄热室布置形式的不同，热风炉分为 3 种基本结构形式，及内燃式热风炉、外燃式热风炉和顶燃式热风炉。本设计中设计热风炉座数为 3 座，设计为 1200-1250，设计拱顶温度为 1450，全炉高 H=47250mm

58、，蓄热室直径 D=10000mm，蓄热室断面积 78.5 ，燃烧室直径 6100mm，燃烧室断面积 20.0 ，燃烧室高度 32344mm，格子状孔径 43mm，采用内燃式热风炉。4.2.1 内燃式热风炉的结构内燃式热风炉的结构如图 4.5 所示，它由炉衬、燃烧室、炉壳、炉箅子、支柱、管道及阀门等组成。燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳内，之间用隔墙隔开。煤气由管道经阀门送入燃烧器并在燃烧室内燃烧，燃烧的热烟气向上运动经过拱顶时改变方向，再向下穿过蓄热室，然后进入大烟道，经烟囱排入大气。在热烟气穿过蓄热室时，将蓄热室内的格子砖加热。格子砖被加热并一定热量后，热风炉停止燃烧，转入送风。送风是冷风从下部冷

59、风管经冷风阀进入蓄热室，通过格子砖时被加热，经过拱顶时进入燃烧室，再经热风出口、热风阀、热风总管送至高炉。图 4.5 内燃式热风炉结构1.燃烧室本高炉设计中内燃式热风炉的燃烧室位于炉内一侧紧靠大墙，燃烧室断面采用复合型（断面形状如图 4.6 所示）。燃烧室隔墙由两层互不错缝的高铝砖砌成，其中一层为 345mm高铝砖，另一层为 230mm 高铝砖。燃烧室比蓄热室高出 300-500mm，以保证烟气流在蓄热室内均匀分布。燃烧室内截面占热风炉总截面的 23%。(a)圆形 (b)眼睛形 (c)复合型图 4.6 燃烧室断面形状2.蓄热室蓄热室是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。格子砖的特性对于

60、热风炉的蓄热能力、换热能力以及热效率有直接影响。对格子砖的要求是：有较大的受热面积进行热交换；有一定的砖重量来蓄热，保证送风周期内不产生过大的降；能引起气流扰动，保持高流速，提高对流体的传热效率；砌筑成格子室后结构稳定，砖之间不产生错动。本设计中采用六角形 19 孔块状穿孔砖，并采用整体交错砌筑方式，以防止格子砖的倾斜移位。19 孔格子砖如图 4.7 所示。图 4.719 孔格子砖炉墙炉墙起隔热作用并在高温下承载，因此各部位炉墙的材质和厚度要根据砌体所承受的温度、载荷和隔热需要而定。炉墙一般由砌体（大墙）、填料层、隔热层组成。本设计中大墙厚度选择为 345mm，砖缝小于 2mm。隔热砖选用 6