年产200万吨炼铁高炉车间设计设计

aaa年产200万吨炼铁高炉车间设计摘要人类获得生铁重要手段是通过高炉炼铁，高炉炼铁是钢铁冶金中的基础环节，同时也是最重要的环节。本设计任务是设计一个年生产能力达200万吨炼铁高炉车间。本次设计的高炉1100m³。高炉炉型为五段式，高炉炉衬设计依据各个部分的工作条件的不同以及炉衬破损的机理，选择相应的耐火材料。热风炉采用的传统改进型内燃式热风炉，燃烧室为复合型断面，热风炉数量为3座，关于热风炉的设计部分还包括热风炉的各种设备以及相应的技术参数。上料系统采用的是可不间断上料，原料破损率低的皮带运输上料，炉顶装料设备是并罐式无钟炉顶。煤气处理系统的功能是降低高炉煤气粉尘含量，一般分为三个阶段--粗除尘、半精细除尘、精细除尘。煤粉喷吹系统采用了单管路串罐式直接喷吹工艺，这种工艺大大提高了喷吹效率，改善冶炼条件。本设计中还包括了其他一些环节的设计，例如渣铁处理系统。在设计的同时，广泛参考借鉴前辈的研究数据和国内外同级别炉容的高炉的实际生产经验，从理论和实践并举的角度出发，努力使本设计的高炉在技术操作上实现自动化和机械化，并把对环境的损害降到最低。关键词：高炉，冶金计算，热风炉，鼓风机，煤气处理，渣铁处理目录前言 1第一章高炉炼铁概况 2§1.1高炉炼铁的发展概况 2§1.2高炉及其附属设备 2§1.3高炉炼铁设计的基本原则 2第二章高炉炼铁综合计算 4§2.1原始资料 4§2.2配料计算 5§2.3物料平衡计算 8§2.4热平衡计算 12第三章高炉炼铁车间设计 17§3.1高炉座数及容积设计 17第四章高炉本体设计 18§4.1炉型设计 18§4.2炉衬设计 20§4.3高炉冷却设备 21§4.4高炉冷却系统 23§4.5高炉送风管路 23§4.6高炉钢结构 23§4.7高炉基础 24第五章附属设备系统 25§5.1供料系统 25§5.2炉顶装料系统 26§5.3送风系统 27§5.4煤气处理系统 30§5.5煤粉喷吹系统 33§5.6渣铁处理系统 34第六章高炉炼铁车间平面布置 37§6.1应遵循的原则 37§6.2高炉炼铁车间平面布置的形式 37结论 38前言随着改革开放打开国门，我国的经济飞速发展，也促进了钢铁业的飞速发展。但是由于其是资源消耗大户，尤其是能源消耗，同时高炉所产生的废气废渣等如果不做适当的利用或处理，对环境会形成极大的破坏，因此钢铁业的发展又面临着严峻的挑战。为了使得钢铁业朝向节能环保高效的方向发展，就必须对目前的炼铁技术进行创新和改进。本次设计的任务是年产200万吨的炼铁高炉车间，在计算与设计时参考借鉴了许多前辈们的心血研究，以及国内外同行的生产经验，旨在设计出一座各项经济技术指标优良，而且环保的炼铁车间。此次设计结合了当前世界高炉发展的趋势，和考虑到我国减少农田占用的基本国情，进行了合理的设计。但由于专业知识和经验的不足，在设计过程中或多或少存在有偏差和错误的地方，欢迎各位老师同学们向我提出您珍贵的建议和意见。第一章高炉炼铁概况§1.1高炉炼铁的发展概况钢铁一直以来都是人类社会使用量最多，使用范围最宽的重要材料。钢铁在我们的日常生产生活中发挥着至关重要的作用，人们所使用的生产工具和生活设施也都直接或间接地使用钢铁。衡量一个国家工业化水平的重要标志就是这个国家的钢铁产量，而且其钢铁质量也影响着这个国家其他工业产品的质量，所以钢铁业对一个国家的工业发展具有至关重要的作用。世界钢铁工业在20世纪迎来了前所未有大发展。全球钢产量由1900年的2850万吨激增到2000年的8.43亿吨。20世纪前半叶，英国钢铁业在世界上独占鳌头；20世界中期，美国与前苏联两大强国的钢铁工业在全球处于领先地位；上世纪后叶，随着日本钢铁业在世界钢铁格局中异军突起。近年来我国钢铁行业的发展面临着巨大的挑战，特别是经济危机以来，全球经济增速放缓，以及我国正处于产业结构调整期以及越来越重视环境问题，大量高能耗的产业面临着整改甚至关闭，去年河北就关闭了一些小型钢铁厂并炸毁部分高能耗的高炉，房地产市场的长期低迷也使钢铁需求量持续下降，使得近几年来我国的钢铁生产状况供大于求。§1.2高炉及其附属设备冶炼生铁的最主要设备是五段式高炉本体（炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉），外形为圆筒形，炉壳材料为钢板，内村耐火材料，在炉壳和耐火材料之间布置着冷却设备。要想把铁矿石转变成铁水，紧靠高炉本体是完不成的，还需要其它系统的配合，如供料、送风、煤气处理、渣铁处理、喷吹燃料等附属系统。§1.3高炉炼铁设计的基本原则新建炼铁高炉在可行性、环保、安全性、经济性等方面多做细致深入的考虑，可归纳为以下几项基本原则[1]：（1）合法性确保设计原则和设计方案符合国家工业建设的方针和政策。（2）客观性以事实客观的数据为设计依据，保证能成功地付诸实施。（3）先进性设计必须根据高炉的当前以及未来发展趋势，反映出钢铁研究领域的最新研究成果。（4）经济性在综合各方面的考虑的情况下，选择单位产品经济效益最佳的方案。（5）综合性在设计中，要从全局考虑，尽量做到各部分设计之间能相互协调，不冲突矛盾。（6）发展远景必须充分考虑到车间将来增产扩大规模的可能性，留有足够的扩建空间。（7）安全和环保确保生产不会对周边的生态环境造成破坏，并且保障各岗位工作人员的人生安全。（8）标准化在设计时应尽量采用标准化的设计，这样可以缩短建设时间，节约建设成本。第二章高炉炼铁综合计算高炉炼铁综合计算包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。这是在设计一座新高炉时或者高炉采用新冶炼技术之前选择各项生产指标、确定各物料用量以及工艺参数的重要依。§2.1原始资料冶炼一吨生铁需要一定数量的矿石、熔剂和燃料。对于炼铁设计的计算工艺，燃料的用料是预先确定的，是已知的量，配料计算的主要目的是求出在满足炉渣碱度要求的条件下，冶炼规定成分生铁所需的矿石和熔剂的数量。计算已知数据如下：一、原燃料成分如表2-1～2-3所示。二、炼钢用生产，规定生铁成分[Si]=0.25%，[S]=0.028%。原料FeMnPSFe2O3FeOCaOMgOSiO2烧结矿59.46913.62211.7803.8609.292生矿92.4100.4340.2802.470混合矿53.5820.1100.1480.04662.76312.30310.6023.5028.610石灰石55.3010.6231.031原料Al2O3MnO2MnOFeS2FeSP2O5CO2H2O∑烧结矿1.3350.1470.1350.360100.00生矿1.5140.1300.0300.1620.3302.240100.00混合矿1.3530.0130.1320.0030.1220.3400.0330.224100.00石灰石0.11742.928100.00表2-1原料成分表注：高炉采用两种矿石混合冶炼，其中，烧结矿：生矿＝9：1。表2-2焦炭成分表固定碳灰分（13.66%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O584.856.365.420.870.120.850.030.01挥发分（0.97%）有机物（1.52%）合计全硫游离水CO2COCH4H2N2HNS0.100.630.100.100.040.700.270.55100.000.5613.24表2-3煤份成分表灰分（16.78%）合计82.501.861.830.360.230.755.575.310.540.230.72100三、设计焦比K=390kg，煤比M=110kg。四、炉渣碱度R=CaO/SiO2=1.2。五、元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率，如表2-4所示。表2-4表元素分配率表项目生铁0.9970.51.0炉渣0.0030.50煤气0000.05六、选取铁的直接还原度，氢的利用率。七、鼓风湿度测定为12.5g/m3（湿风）。八、热风温度为1100℃。九、高炉使用冷烧结矿，炉顶温度为200℃。十、高炉有效容积利用系数。§2.2配料计算一、吨铁矿石用量计算[2]燃料带入的铁量矿石用量二、生铁成分计算生铁成分表如表2-5所示。表2-5生铁成分表(%)FeSiMnPSC∑95.210.250.100.030.034.38100三、石灰石用量计算矿石、燃料带入的CaO的量矿石、燃料带入的SiO2量石灰石的有效熔剂性：石灰的用量四、渣量及炉渣成分计算炉料带入的各种炉渣组分的数量为渣中MnO量：渣中FeO量：1t生铁炉料带入的硫量（硫负荷）：进入生铁的硫量：进入煤气的硫量：进入渣中的硫量：炉渣组成如表2-6所示。表2-6炉渣组成表项目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2∑数量/kg214.7065.41178.9150.571.263.681.39515.92成分/%41.6112.6834.689.800.240.710.28100.00炉渣性能校核：炉渣实际碱度R=214.70/178.91=1.20(与规定碱度相符)；炉渣脱硫之硫的分配系数Ls=2×0.28/0.028=20；查阅炉渣相图可知，该炉渣熔化温度为1450℃；黏度：1500℃时，2.5泊；1400℃时，4泊。由炉渣成分及性能校核可以看出，这种炉渣是能够符合高炉冶炼要求的。§2.3物料平衡计算一、鼓风机算每吨生铁的各项耗碳是：燃料带入的可燃碳量Cf生成CH4的耗碳量生铁渗碳氧化碳量其他因素直接还原耗碳式中——每吨生铁石灰石用量，kg；CO2——石灰石中CO2的量；α——在高温区石灰石分解率，通常取为0.5；U——每吨生铁的渣量，kg;(S)——渣中含硫量。铁的直接还原耗碳风口前燃烧碳量风口碳量所占比例为鼓风含氧量因此，每吨生铁的鼓风量鼓风密度每吨生铁的鼓风质量二、煤气组分和煤气质量计算1、CH4的体积2、H2的体积鼓风湿分分解的氢燃料带入的氢入炉的氢气总量生成CH4耗氢假设有35%的氢参加还原（），的氢量为还原进入煤气的氢量高炉中氢的还原度3、CO2 的体积矿石带入的CO2熔剂分解出的CO2(取石灰石高温区分解率α=0.5)焦炭带入的CO2由炉料带入的CO2高级氧化铁还原成的CO2矿石中二氧化锰还原生成氧化锰产生的CO2由FeO还原成Fe生成的CO2因还原生成的CO2总量煤气中的CO2总量4、CO的体积风口前燃烧的碳生成的CO铁直接还原生成的CO其他直接还原生成的CO上列三项CO总量焦炭挥发分带入的CO熔剂在高温区分解出CO2转成CO扣除间接还原消耗的CO后，进入煤气中的CO总量为5、N2的体积鼓风带入的N2焦炭煤粉带入的N2煤气中N2的总量将上列计算结果列表2-7，求出煤气（干）总量及煤气成分。表2-7煤气组成表项目CO2COH2CH4N2∑体积/m3340.07371.1434.338.52926.931680.99含量/%20.2322.082.040.5155.14100.00煤气和鼓风体积比为煤气密度每吨生铁的煤气质量三、煤气中水量计算还原生成的矿石带入的结晶水焦炭带入的游离水四、考虑炉料的机械损失，实际入炉量：矿石量焦炭量石灰量因此，机械损失（含炉尘）量为列物料平衡表2-8，计算物料平衡误差表2-8物料平衡表物料输入物料支出项目数量（kg）项目数量（kg）矿石1829.43生铁1000焦炭411.12炉渣515.92煤粉110煤气2299.24石灰石40.94煤气中的水汽50.8鼓风1523.85炉尘61.75总计3915.34总计3928.21物料平衡误差：绝对误差=∣3915.34-3928.21∣=12.87kg相对误差=12.87/3915.34=0.33%§2.4热平衡计算一、热收入1、碳素氧化热由还原反应生成的CO2为340.07m3，相当于氧化生成CO2的碳量是氧化成CO的碳量则为碳素氧化热为2、鼓风带入的热量查表可知1100℃时，干空气比焓375.1kcal/m3，水蒸气比焓457.6kcal/m3。每吨生铁的风量为1190.51m3,因而鼓风带入的物理热为：3、氢氧化热及CH4生成热氢参加还原生成的水量为H2Or=21.75kg，生成甲烷的耗碳是，这两部分热量为4、成渣热（由石灰石及生矿带入的CaO、MgO计算）5、因采用冷矿，炉料带入物理热可忽略不计以上各项总热收入为二、热支出1、氧化物分解耗热（1）铁氧化物分解耗热烧结矿中以硅酸铁形态存在的FeO量为

以Fe3O4形态存在的FeO量则为以Fe3O4形态存在的Fe2O3量为因此，矿石带入的Fe3O4量为矿石带入的赤铁矿量为燃料带入的FeO量为进入渣的FeO量3.65kg需分解的硅酸铁中FeO总量为因此，铁氧化分解耗热（2）其他氧化物分解耗热氧化物分解耗热总量2、脱硫耗热3、碳酸盐分解耗热生矿中二氧化碳的量其中，以CaCO3形态存在则为以MgCO3形态存在的则为石灰石中CO2的量其中，以CaCO3形态存在的CO2量为则以MgCO3形态存在的量为0kg碳酸盐分解耗热对于CO2分解耗热量为因此，4、水分分解耗热5、游离水蒸发耗热6、喷吹煤粉分解耗热（无烟煤分解耗热250kcal/kg）7、铁水带走热量（取铁水比焓280kcal/kg）8、炉渣带走热量（取炉渣比焓420kcal/kg）9、煤气带走热量当炉顶温度200℃时，查表2-9可知各气体组分的比焓是（kJ/m3）。表2-9各气体组分比焓CO2COH2CH4N2H2O85.462.862.287.462.672.8干煤气带走的热量(煤气比66.51kcal/m³，其平均热熔为0.3325kcal/(m³.℃))煤气中的水蒸气带走的热量（还原生成的水量27.07m3，水蒸气100℃时的比焓为36kcal/kg）炉尘带走的热量为因此，煤气带走的热量为10、热损失上列9项热支出总和为高炉热损失热损失所占比例：122753.6/10166013=1.21%三、列热平衡表2-10，计算热平衡指标表2-10物料平衡表热收入热支出项目KcalkJ百分比项目KcalkJ百分比碳素氧化热1901485.27948208.1478.18氧化物分解热1604978.86708894.7666.51鼓风物理热448082.671872984.8718.42脱硫耗热7541.131521.80.31氢氧化热76238.56318677.173.13碳酸盐分解热85983.99303477.083.01成渣热6254.1226142.120.26水分分解热50250.08210045.312.08炉料物理热000游离水蒸发热11076.8746301.310.46喷吹分解热275001149501.14铁水带走热量280000117040011.6炉渣带走热216686.41905749.158.96煤气带走热118656.46473407.414.69热损失29366.89122753.61.22总计2432040.510087500.40100.00总计2432040.510087500.42100.00高炉有效热量利用系数高炉碳素热能利用系数第三章高炉炼铁车间设计§3.1高炉座数及容积设计§3.1.1生铁产量的确定本设计任务书上的生铁产量为年产200万吨。§3.1.2高炉炼铁车间总容积的确定高炉炼铁车间日产量（t），即：确定工作日：日产量§3.1.3高炉座数的确定随着近年来管理水平的提高，新建的钢铁厂高炉的数目通常只有2～3座。本车间设计的高炉数目为2座[3]。则（1）每座高炉日产（2）根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效利用系数（）计算每座高炉有效容积：，取1100m³。第四章高炉本体设计高炉本体设计主要是高炉基础、钢结构、炉衬、冷却设备的设计以及高炉炉型设计等。要进行高炉本体设计首先要进行高炉炉衬的设计。§4.1炉型设计高炉炉型指的是高炉工作空间的内部剖面形状，采用五段式设计—炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。§4.1.1各部分尺寸计算一、炉缸直径[4]：冶炼强度，取燃烧强度，则炉缸直径为取7.5m校核合理二、炉缸高度：选取，一昼夜出铁次数取为10，则渣口高度，取2.0m。取风口、渣口中心线的高度差安装风口的结构尺寸，则炉缸高炉为风口数目，取n=19。三、死铁层厚度：选取四、炉腰直径、炉腹角、炉腹高度：选取D/d=1.13，则D=1.13×7.5=8.51（m），取8.50（m）选取α=80.50°，则炉腹高度，取3m校核α则α=80.54°五、炉喉直径、炉喉高度：选取,则选取六、炉身角、炉身高度、炉腰高度：选取β=84°，则校核β选取求得七、校核炉容：炉缸体积炉腹体积炉腰体积炉身体积炉喉体积高炉总体积误差：炉型设计合理，均与现存高炉的尺寸范围相符合。§4.2炉衬设计§4.2.1炉底和炉缸炉底、炉缸在耐火材料上的选择有不同的方案，典型的结构有两大类：全炭砖炉缸侧壁和综合炉底结合的结构（简称全炭转结构），综合炉缸侧壁和综合炉底结合的结构（简称陶瓷杯结构）。本设计采用全炭转结构，主要耐火材料是碳质-微孔大块炭砖、半石墨化大块炭砖、石墨砖（炉底最底下1-2层）[4]。§4.2.2炉腹炉腹的工作条件恶劣，在高炉开始工作不久后耐火材料就被侵蚀，该部分主要是靠衬砖表面形成的渣皮进行工作。所以，在炉腹部分要维持一代炉龄寿命采取的主要措施是靠加强冷却。所以本设计炉腹采用高铝砖，周围采用镶砖冷却壁。§4.2.3炉腰和炉身下部从炉腹到炉身下部的炉衬受到的破坏有机械冲刷作用、渗透作用、化学侵蚀作用、热震作用。本设计采用的是砖壁合一的薄壁炉衬。砖壁合一的薄壁内衬结构主要包括两种布置形式。第一种为全铸铁冷却壁形式，第二种为铸铁和铜冷却壁二者混合形式。本设计采用第二种形式即铸铁冷却壁和铜冷却壁混合形式，在炉腹、炉腰及炉身下部这三个部位均采用铜冷却壁[5]。§4.2.4炉身上部和炉喉炉身上部温度较低，主要所受破坏煤气流冲刷与炉料摩擦。本设计炉身上部以高铝砖砌筑，炉身上部没有设内衬，由冷却壁维持正常工作。炉喉所受的破坏作用更多，例如煤气流的冲刷作用、固体炉料的摩擦作用、装料时温度急剧波动的热震破坏作用，甚至受到炉料的直接撞击作用。所以本设计采用炉喉钢砖为炉喉衬板。§4.3高炉冷却设备§4.3.1冷却设备的作用长期在高温下工作的高炉炉衬，必须经过冷却才能使其寿命延长，从而延长高炉的寿命，因此，高炉有一系列的冷却设备来保证高炉安全平稳运行，这些冷却设备的主要作用有以下四点：连续不间断地降低耐火砖衬的温度。冷却炉衬表面从而使炉渣在炉衬表面冷却凝结从而在炉衬表面形成保护性渣皮。冷却炉壳和相关金属构件，防止其被高温破坏。支撑高炉内衬。§4.3.2冷却介质本设计采用水冷的方式，因为水可以凭借其最大的比热容带走大量的热，而且水的价格便宜，运输方便，有利于降低生产成本。§4.3.3各部位的冷却设备选择与设计一、炉底侧面和炉缸：本设计中炉底和炉缸部位采用光面冷却壁。二、炉腹、炉腰这两个地方均采用镶砖冷却壁。三、炉身：本设计炉身采用板壁结合冷却结构形式。四、炉顶：采用喷水冷却。§4.3.4冷却设备的工作制度一、水的消耗量：先计算出炉体的热负荷。炉体总热负荷计算经验公式如下：Q—炉体热负荷，106kJ/h；n—高炉风口数，个；Vu—高炉有效容积，m3。炉体总热负荷与总冷却水用量关系如下：Q—炉体热负荷，kJ/h；M—炉体总的冷却水用量，t/h；C—冷却水比热，kJ/(kg·℃)to，t—冷却水进、出水温度，℃。本设计要求：冷却水进水温度<33℃，出水温度在50℃～60℃之间，冷却水的比热为4.18kJ/(kg·℃)。M===118.90t/h本设计高炉总的冷却水用量为118.90t/h。二、高炉供水水压的确定对炉体的供水压力有着严格的要求，对于选择不同部位的水压本设计参考了表4-1。表4-1部分高炉炉体供水压力炉容/m³300620>1000主管及风口/Mpa0.25~0.300.30~0.350.35~0.40炉体上部/Mpa0.10~0.140.14~0.160.15~0.18炉体中部/Mpa0.15~0.200.20~0.250.20~0.25本设计炉容1100m³，根据表4-1选取给水压力：供水主管0.36Mpa，炉体中部0.24Mpa，炉体上部0.17Mpa。三、高炉给排水工业流程工业流程是：水源——水泵——供水主管——滤水器——各层给水围管——配水器——冷却设备及喷水管——环形排水槽、排水箱——排水管——集水池。§4.4高炉冷却系统高炉冷却系统主要有汽化冷却、开式工业水循环冷却、软（纯）水密闭循环冷却三种系统。本设计采用软（纯）水密闭循环冷却系统，此系统有以下优点：工作性能不仅可靠而且稳定；具有良好的冷却效果，可延长高炉寿命；节水、节能。§4.5高炉送风管路高炉送风管路主要管路：热风总管、热风围管、送风支管及风口。一、热风围管：直径与高炉的炉容有关，具体见下表4-2。表4-2我国部分高炉热风总管和热风围管内径高炉总容积/m³2556201000151325804063热风总（围）管内径/mm8008501200152216762100本设计炉容为1100m³，根据表4-2热风围管直径取1200mm。二、送风支管：送风支管不仅仅具有将热风围管中的热风经风口送入高炉炉缸的功能，还具有向高炉喷吹燃料的作用。三、风口：它在炉缸上部，伸出炉壁，并与炉壁成一定角度。§4.6高炉钢结构§4.6.1高炉本体钢结构高炉本体钢结构，其主要作用是承受炉顶炉身荷载，炉壳密封等。目前高炉本体钢结构主要有以下几种形式：炉缸支柱式、炉缸炉身支柱式、炉体框架式和自立式，本设计采用炉体框架式。§4.6.2炉壳炉壳是高炉的外壳，炉壳材料为钢板，炉壳的主要作用有：（1）固定冷却设备；（2）稳固高炉砌砖；（3）承受炉内压力和密封炉体；§4.7高炉基础TC"3.6高炉基础"\fC§4.7.1高炉基础的负荷TC"3.6.1高炉基础的负荷"\fC高炉基础主要作用是承受载荷，其承受的荷载有：静负荷、动负荷以及热应力的作用，其中最危险的是温度造成的热应力的作用。（1）静负荷高炉基础的静负荷主要是高炉自动、炉料的重量、高炉四周设备的重量等。（2）动负荷崩料、坐料等加给炉基的动负荷。（3）热应力的作用高炉基础上部是炉缸，其中贮存着高温的铁液和渣液，热量传递到高炉基础，由于热量分布不均匀而产生的热应力作用。§4.7.2对高炉基础的要求TC"3.6.2对高炉基础的要求"\fC根据以往设计和生产实践，本次设计对高炉基础主要有以下2点要求：（1）均匀分散炉基上各种设备的载荷，不发生塌陷和沉降。（2）具有一定的耐热能力，可以长期在高温下工作而不出现开裂、破损等情况[6]。第五章附属设备系统§5.1供料系统对于一个钢铁企业而言，供料系统至关重要。供料系统的设计合理与否直接关系到产能、产品质量、企业效益等。一个合理供料系统不仅要保证原料能充足供应，还要能根据不同产品的要求，不同的冶炼条件合理地供料。现代高炉对原料供应系统地要求是[7]：（1）可以根据高炉的冶炼要求，确保原料连续均衡地供应，同时能适应原料品种变化和要求变化；（2）在设计时应该考虑混匀、破碎、筛分等原料的处理环节，而且尽量减少焦炭在运输过程中的破碎率；（3）结构简单，操作方便，易于维护；（4）做好除尘工作，配置相应的除尘设备，减少原料在转运和堆放时的灰尘产生量。（5）耐磨性强，较高的机械强度，可以长期连续在高温、多粉尘条件下。§5.1.1供料方式高炉原料供应系统包括下称量运输和上料系统两部分，上料系统按上料形式分为两种--料车斜桥式和皮带运输，高炉的上料方式应该从场地的大小、厂址地形、炉容大小等方面综合考虑，宜符合表5-1。表5-1高炉上料形式炉容级别/m³<2000>2000上料形式斜桥料车或皮带上料皮带机上料本次设计炉容1100m³，根据表5-1，采用皮带机上料的方式。§5.1.2皮带上料机的确定皮带机的运输能力应该根据高炉对原燃料的需求来确定，同时兼顾物料粒度、堆比重、堆积角等诸多因素。查设计手册确定皮带机的相应参数：宽度1.2m，上料速度120m/min，长度160m，倾角为12°，数量3台（其中一台备用）。§5.1.3贮矿槽、贮焦槽的确定贮矿槽的作用是贮存原料，确保在供料系统故障时及时给高炉供料。贮矿槽的总容积与高炉的有效容积有关。一般可参照表5-2选用。表5-2贮矿槽、贮焦槽容积与高炉容积的关系项目高炉有效容积/m32556001000150020002500贮矿槽容积与高炉容积之比＞3.02.52.51.81.61.6贮焦槽容积与高炉容积之比＞1.10.80.70.7～0.50.7～0.50.7～0.5本设计的高炉有效容积为1108.40m3,根据上表得贮矿槽容积与高炉容积之比和贮焦槽溶剂与高炉容积之比分别为2.0和0.6，可算得贮矿槽的容积为2216.80m3，本设计有6个贮矿槽，所以每个的容积为554.20m3，取每个贮矿槽的容积为550m3；算得贮焦槽的容积为665.04m3，设计有4个贮焦槽，单个容积为166.26m3，取每个贮焦槽的容积为200m3[8]。§5.2炉顶装料系统高炉炉顶装料设备采用的炉顶装料设备是并罐式无钟炉顶结构。卢森堡设计的PW型无钟炉顶设备式并罐式结构具有布料灵活、密封性好、投资少、维修方便等特点。§5.2.1炉顶基本结构一、并罐式无料钟炉顶[9]并罐式无料钟炉顶主要有受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气密箱、布料溜槽等。（1）受料漏斗：本设计采用附带轮子，外壳为焊接钢板结构的受料漏斗，内衬25%的高铬铸铁衬板。（2）称量料罐：并列设置两个称量料罐，交替使用。（3）中心喉管：本设计中心喉管直径750mm,高度1500mm。（4）旋转溜槽：其半圆形的槽子长度为3.5mm。（5）气密箱：安装在高炉炉顶钢圈上，气密箱内安装有溜槽传动系统的零件，旋转圆筒下端吊挂着溜槽。二、探测装置在炉顶装采用探料尺作为料面探测装置，每座高炉设有两个探料尺，互成180°,安装在大钟边缘和炉喉内壁之间，并确保其可以提升至大钟关闭位置以上，防止被下落的炉料打坏。§5.3送风系统高炉送风系统主要由鼓风机、冷风管路、热风管路、热风炉以及管路上的各种阀门等组成。§5.3.1高炉用鼓风机一、高炉冶炼对鼓风机的要求[10]高炉冶炼是对鼓风机主要有以下几点要求：（1）确保有足够的鼓风量。不仅要满足高炉冶炼所需的风量，还要满足能够克服送风系统压力损失的要求。（2）在一定的范围内鼓风机的风量和风压可调，以适应高炉炉料的顺行和逆行、冶炼强度的调节等多中因素变化的影响。（3）送风均匀而稳定，风压波动时，风量变动的幅度较小。（4）可确保长时间连续、安全高效地运行。二、高炉鼓风机的选择[10]高炉入炉风量V入=＝＝2046m3／min其中，Vu―高炉有效容积；V―每１吨干焦消耗标态风量，2750~2604m³，取2632m3／t；i―高炉冶炼强度，取1.01t／m3d；V入―标态入炉风量，m3／min送风管路漏风损失其中，―送风管路漏风损失的风量，m³/min;―漏风系数，中小型高炉在15%左右；则鼓风机出口风量：鼓风机出口风压其中，；鼓风机的选择=1\*GB3①通过修正计算得出鼓风机出口风量（k为修正系数，取0.88）=2\*GB3②通过修正后的使用地区风机风压为（k‘为修正系数，取1）=3\*GB3③风机选择如表5-3所示。表5-3风机的参数风机型号风量m3/min风压MPa转速r/min功率Kw传动方式K-3250-41-12673.80.2428005000汽动此风机为离心式风机，二座高炉装三座，一台备用。§5.3.2热风炉蓄热式热风炉是目前大部分钢铁厂的高炉的首选，每座高炉一般至少配备两座热风炉，防止其中一台设备故障时，另一台能保证连续送风。热风炉的结构形式有内燃式、外然式、顶燃式和球式[11]。各种热风炉结构见图5-1。

图5-1各种热风炉结构图a－拷贝式；b－地得式；c－马琴式；d－新日铁式本设计炉容1100m³，采用改进型内燃式热风炉，每座高炉设3座热风炉，选取单位炉容蓄热面积90m2/m3。一、基本参数的确定（1）全高H和外径D内燃式热风炉主要尺寸有外径和全高，高径比（H/D）对热风炉的工作效率影响很大，我国设计的不同炉容热风炉高径比见表5-4。表5-:4不同炉容热风炉的高径炉容/m³2556201026126015131800H/mm288403350037000351604445044470D/mm上5400下5200上7300下67808000上8310下80009000上9960下95000H/D5.554.944.624.954.934.94本次设计炉容1100m³，选全高37500mm，外径上8100mm，下8000mm。（2）燃烧室选用复合型断面燃烧室，燃烧室隔墙厚度选为230mm，由两层不错缝的高铝砖砌筑而成。（3）蓄热室由格子砖砌筑而成，蓄热室的加热面是砖的表面，格子砖是储存热量的介质。（4）炉墙由大墙、填料层、隔热层组成。大墙厚度345mm，砖缝小于2mm。隔热层紧靠炉壳砌筑，由65mm硅藻土砖砌筑而成。填料层是60至80mm厚的水渣-石棉。（5）拱顶锥球形拱顶，用高铝砖砌筑而成，厚度450㎜，外侧用是230㎜的硅藻土砖砌筑而成，中间填以后113㎜的填料层。二、热风炉管道热风炉的烟道采用耐热混凝土结构。烟道尺寸参数(高×宽)为1200mm×800mm。热风炉组的烟囱设为混凝土结构，高度为65m。热风炉系统的管道均为普通碳素钢板焊成，主要有冷风管、热风管、助燃空气管及净煤气。其内径分别为净煤气总管1500mm，净煤气支管1100mm，冷风总管1400mm，冷风支管1200mm，热风主管1500mm，热风围管1200mm，冷风混合管1200mm。§5.4煤气处理系统高炉煤气中常常伴有大量粉尘，这些粉尘粒度大多数在200-500mm之间。需要将这些粉尘除到规定的量5-10mg/m3以内，以满足煤气能够被利用的要求，要达到这个目的，需要利用多种设备协同配合，一般分为三级：粗除尘、半精除尘、精除尘[12]。§5.4.1粗除尘粗除尘系统主要由上升管、下降管、除尘器、导出管、炉顶放散阀和排灰设施等构成。当前我国主要的粗除尘方式有：重力除尘、重力除尘加切向旋风除尘器组合形式、轴向旋流除尘器。一、粗煤气除尘管道高炉煤气粗除尘管道主要由导出管、上升下降管、除尘器出口粗煤气管道组成。而炉顶煤气管道的设计重点是上升管和下降管的连接方式，目前主要有两种连接方式—三叉管式和球形节点式。其中，三叉管式结构复杂，重量和尺寸大，两个支管和主管不直接相连，需要通过H形截面的过渡带连接。而球形节点式连接方式紧凑，气流通畅，减少了一次管道汇合，高度减低了。所以，本设计上升管和下降管的连接方式采用球形节点式。二、粗除尘设备目前高炉煤气除尘系统中大多数使用的粗除尘设备为重力除尘器，其基本结构见图5-2，其除尘原理是煤气经中心导入管后，因为气流速度方向突然改变，流速突然降低，由于惯性力和重力作用，煤气中的灰尘下落而被出去。要实现除尘的目的，灰尘的沉降速度应该大于煤气在除尘器内的流速。图5-2重力除尘器结构图1─煤气下降管；2─除尘器；3─清灰口；4─中心导入管；5─塔前管确定圆筒部分直径和高度的尺寸是设计重力除尘器的关键，本设计所采用的是重力除尘器。国内某些高炉重力除尘器的尺寸见表5-5。表5-5某些高炉重力除尘器尺寸炉容/m³2256201000151320252516直径/mm589480008028110121203213258直筒高度/mm70001000011484120801340013860根据上表，本设计的炉容是1100m³，所选重力除尘器直径为10000mm，直筒高度为11500mm。§5.4.2半精细除尘当前使用最广泛的半精细除尘设备有洗涤塔和溢流文氏管。洗涤塔属于湿法除尘设备的范围，除尘率可达80%至85%，洗涤塔有两个重要作用：一个是把煤气温度降到40℃以下的冷却作用；另一个是将煤气含尘量降到1.0g/m³的除尘作用。溢流文氏管由扩张管、喉口、收缩管、煤气入口管和溢流水箱组成。与洗涤塔相比，溢流文氏管具有结构简单、体积小的优点，可节约50至60%的钢材，而且阻力损失小。所以本设计选用溢流文氏管为半精细除尘设备，其主要设计参数见表5-6。表5-6溢流文氏管的主要设计参数收缩角/°扩张角/°喉口长度/mm喉口流速/（m/s）喷水单耗/t.10-3.m-3溢流水量/t.10-3.m-320～256～730040～503.5～4.00.4～0.5§5.4.3精细除尘精细除尘设备主要有二级文氏管、布袋除尘器、静电除尘器等。同时，高压高炉的调压阀也具有一定的除尘功能。本设计采用布袋除尘器作为精细除尘设备，因为布袋除尘器具有不用水，可节约脱水成本，减少污染，提高煤气发热值等优点。另外，它还具有除尘效果好，可以除去99.5%以上的粉尘，而且几乎不受煤气压力与流量波动的影响。§5.4.4其他附属设备煤气输送管道煤气导出管、上升管、下降管用壁厚为8～14毫米的Q235钢板焊成，内部衬113毫米厚的黏土砖。脱水器现在常用的脱水器有重力式、挡板式、填料式等几种，本设计采用的是挡板式脱水器，它的脱水率可达80%，设置在高压调节阀组之后。煤气系统的阀门煤气系统需要的阀门主要有煤气放散阀、煤气切断阀、煤气调压阀组。§5.5煤粉喷吹系统§5.5.1喷吹工序一、本设计采用的是直接喷吹工艺：直接喷吹是一种在煤粉制备站与高炉之间距离较小情况下，不经过煤粉二次运输而直接将将喷吹设施布置在制粉站的煤粉仓下面的工艺。该种工艺简化了工艺流程，省去了中间输粉环节，有利于降低工程投资和减少不安全因素。二、本设计采用的是串罐单管路喷吹：将煤粉仓、中间罐、喷吹罐上下依次串联，在喷吹罐和高炉之间设置一条管线，这种工艺可以节约场地，连续不间断喷吹，还可以满足喷吹易爆易挥发煤种的安全要求。§5.5.2喷吹设备容积的确定（1)喷吹罐有效容积的确定[14]喷吹罐有效容积可以用以下公式确定：式中：τ—倒罐周期，h,τ≥0.5h;Q—小时煤粉喷吹量，t/h;γ—煤粉堆密度,t/m3,取0.62t/m3喷吹量式中：G—喷煤量，取0.2t/(tFe)则(2)贮煤罐贮煤罐有效容积参考设计手册，取V贮=4m3§5.5.3喷吹工艺流程喷吹的工艺流程如下： 煤粉制备原煤贮运供气 煤粉制备原煤贮运供气 热烟气高炉煤粉喷吹 热烟气高炉煤粉喷吹§5.6渣铁处理系统渣铁处理系统是高炉生产的重要环节，在及时处理生铁和炉渣，保证高炉顺行，产品优质高产方面起着至关重要的作用。§5.6.1风口平台及出铁场的布置风口平台及出铁场的设计，要满足生产操作、耐火材料技术、自动化以及环保等诸多方面的要求。风口平台主要作用是便于工人通过风口了解炉内情况，本设计的风口平台和出铁场的结构为架空结构。§5.6.2炉渣处理本设计采用OCP—底滤法水淬渣。冲渣水压：大于0.2~0.4MPa；冲渣沟坡度：4%，1.5%（进入渣池前6米）；渣、水重量比：1:8；冲渣沟渣水充满度：约30%。§5.6.3铁水处理高炉铁水主要有两个去向，一个去向是用铁水罐车运往炼钢车间等待进一步脱碳炼钢，另一个去向是运往铸铁车间铸块储存，等待做成生铁产品。另外，还有少部分生铁还需要炉外脱硫处理。（1）铁水罐车该设计采用混铁炉式铁水罐车，容量200吨，铁水罐车的构成分两部分--车架和铁水罐。铁水罐内部砌筑230mm厚的衬砖，外壳由钢板焊成，并以30mm厚的石棉板绝热填充在砖衬与罐壳之间。（2）铸铁机把刚出炉的铁水连续铸块的设备，该设计用固定滚轮式铸铁机。§5.6.4渣铁沟和撇渣器设计一、渣铁沟设计1．设计参数：1)铁沟坡度：主