20xx年高爐煉鐵畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ， kJ/ kg。 11 （ 9）爐塵帶走熱 Q 塵 =G 塵 200=20 200= kJ 式中 —— 爐塵比熱容， kJ /(m3℃ )。 所以 Q 支出 = Q 氧化物分解 ＋ Q 脫硫 ＋ Q 汽 ＋ Q 鐵水 ＋ Q 渣 ＋ Q 噴分 ＋ Q 煤氣 ＋ Q 水分 ＋ Q 塵 =＋ ＋ ＋ 1214000＋ ＋ 261294＋＋ ＋ = kJ 于是，冷卻水帶走的熱及爐殼散發熱損失 Q 損失 為 Q 損失 =Q 收 － Q 支出 =－ = kJ 根據以上計算結果，列出熱平衡表，見表 211。 表 211 熱平衡表 熱收入 kJ % 熱支出 kJ % 碳素氧化熱 氧化物分解 熱風帶的熱 脫硫 氫氧化放熱 水分解 甲烷生成熱 游離水蒸發 物料物理熱 鐵水帶熱 1214000 總計 爐渣帶熱 噴吹物分解 261294 煤氣帶走熱 爐塵帶熱 熱損失 總計 熱利用系數 KT: KT=總收入量 － （煤氣帶走熱 ＋ 熱損失 ＋ 爐塵帶熱） =100％－ （ ％＋ ＋ ％ ） =％ 12 對于一般中小型高爐， KT 值為 80％－ 85％ ；近代高爐，由于大型化和原料條件的改善，可以達到近 90％ 。 碳利用系數 KC 放熱燃燒生成除進入生鐵外的碳全部 放熱）和碳氧化熱（燃燒生成 22COCOCOK C ? 100％ = 6)( 003 ?? 100％ =％ 對于中小型高爐， KC值為 50％－ 60％ ，大型高爐且原料比較好的可達到 65％ 以上。 13 3 高爐本體 高爐本體包括高爐基礎、鋼結構、爐襯、冷卻設備以及高爐爐型設計等。高爐的大小 以高爐有效容積和高爐座數表明高爐車間的規模，高爐爐型設計是高爐本體設計的基礎。高爐本體結構設計的先進、合理是實現優質、低耗、高產、長壽的先決條件，也是高爐輔佐系統設計和選擇的依據。 高爐爐型 高爐是豎爐，高爐內部工作空間的形狀稱為高爐爐型或 高爐內型。高爐冶煉的實質是上升的煤氣流和下降的爐料之間進行傳熱傳質的過程，因此必須提供燃料燃燒的空間，提供高溫煤氣流與爐料進行傳熱傳質的空間。高爐爐型要適應原燃料條件的要求，保證冶煉過程的順利。 高爐座數 選擇高爐座數時，必須考慮全廠平衡和煤氣平衡，一般選 2－ 4座，本設計選 3 座。 高爐有效容積的確定 設計年產煉鋼生鐵 480 萬噸的高爐車間。 （ 1） 確定年工作日： 年工作日： 365 95％ =347 日產量 P=4800000／ 347=13833 t 每座高爐日產生鐵 P=13833／ 3=4611 t （ 2） 確定高爐容積： 選取高爐利用系數 η V= t/(m3 d),高爐有效容積為 ??? vUpV ? m3 爐型設計及各部分尺寸的確定 （ 1）爐缸尺寸： 1）爐缸直徑 選定冶煉強度 I= t/(m3 d)，燃燒強度 JA= t/(m3 d) 則 ???? AUJIVd m 校核 3 0 52 ?? ??AA U 合理 風口數目 n=2(d+2)=2 (＋ 2)= 取 n=26 個 14 2) 爐缸高度 選取 e=， C=， γ =,nc=10,則渣口高度 22 ???? ???? dCn ePh rz ?m 取 ?zh m 取風口、渣口中心線的高度差為 a= m,安裝風口結構尺寸 b= m,則 爐缸高度 h1=hf＋ b=hz＋ a＋ b=＋ ＋ = m (3) 死鐵層厚度 選取 h0= m (4) 爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度 選取 D/d=,則 D= = m 選取 α =80176。 ，則 a n2 a n2 02 ??? ?? ?dDh m 取 h2= m (5) 爐喉直徑、爐喉高度 選取 d1/D=, 則 d1== = m 取 d1= m 選取 h5= m (6) 爐身角、爐身高度、爐腰高度 選取 β =84176。 ，則 a n2 a n2 014 ??? ?? ?dDh m 取 h4= m 選取 HU/D=，則 HU== = m 取 HU= m 則 h3=HU－ h1－ h2－ h4－ h5=－ － － － = m (7) 校核內容 1）爐缸體積 2121 ????? ?? hdV m3 2) 爐腹體積 3222222)()(12mdDdDhV?????????? ?? 3）爐腰體積 2323 ????? ?? hDV m3 4）爐身體積 322211244)()(12mdDdDhV?????????? ?? 5）爐喉體積 25215 ????? ?? hdV m3 高爐容積 VU=V1＋ V2＋ V3＋ V4＋ V5=＋ ＋ ＋ ＋= 誤差 %1% ????? V 爐型設計計算符合要求。 15 高爐爐襯 優化高爐爐型 我國煉鐵工作者歷來重視高爐爐型設計，通過研究總結高爐破損機理和高爐反應機理，優化高爐爐型設計的基本理念已經形成。 （ 1） 加深死鐵層深度 實 踐證實，高爐爐缸爐底“象腳狀”的異常侵蝕，主要是由于鐵水滲透到碳磚中 ，使碳磚 脆化變質，再加之爐缸內鐵水環流的沖刷作用而形成的。加深死鐵層深度，是抑制爐缸“象腳狀”異常侵蝕的有效措施。死鐵層加深以后，避免了死料柱直接沉降在爐底 上，加大了死料柱與爐底之間的鐵流通道，提高了爐缸透液性，減免了鐵水環流，延長了爐缸底部壽命。理論研究和實踐表明，死鐵層深度一般為爐缸直徑的 15%~20%。 （ 2） 適當加高爐缸高度 高爐在大噴煤操作條件下，爐缸風口回旋區結構將發生變化。適當加高爐缸高度，不僅有利于煤粉在風口前的燃燒，而且還可以增加爐缸容積，以滿足高效化生產條件下的渣鐵存儲，減少在強化冶煉條件下出現爐缸“憋風”的可能性。近年我國已建成或在建的大型高爐都有爐缸高度增加的趨勢，高爐爐缸容積為有效容積的 16%~18%。 （ 3）加深鐵口深度 鐵口是高爐 渣鐵排放的通道，鐵口區的維護十分重要。研究表明，適當加深鐵口深度，對于抑制鐵口區周圍爐缸內襯的侵蝕具有顯著作用，鐵口深度一般為爐缸半徑的 45%左右。這樣可以減輕出鐵時在鐵口區附近形成的鐵水渦流，延長鐵口區爐缸內襯的壽命。 （ 5） 降低爐腹角 降低爐腹角有利于爐腹煤氣的順暢排升，從而減少爐腹熱流沖擊，而且還有助于在爐腹區域形成比較穩定的保護性渣皮，保護冷卻器長期工作。現代大型高爐的爐腹角一般在 800以，本鋼 1號高爐 2600（上標）爐腹角已降低到 。 爐體冷卻方式 長壽爐缸爐底的關鍵是必須采用高質量的 碳磚并輔之合理的冷卻。通過技術引進和消化吸收，我國大型高爐爐缸爐底內襯設計結構和耐火材料應用已達到國際先進水平。以美國 UCAR 公司為代表的“導熱法”（ 熱壓炭 磚法）爐缸設計體系已在本鋼、首鋼、寶鋼、包鋼、湘鋼等企業的大型高爐上得到成功應用；以法國SAVOIE 公司為代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）爐缸設計體系在首鋼、梅山、寶鋼、鞍鋼等企業 的大型高爐上也得到了推廣應用。日本大塊炭磚 —— 綜合爐底技術在寶鋼、武鋼等企業的大型高爐上也取得了長壽實績。“導熱法”和“耐火材料法”這兩種看來似乎截然不同的設計體系其技術原理的 實質卻是一致的。即通過控制 1150℃ 等溫線在爐缸爐底的分布，使炭磚盡量避開 800~1100℃ 脆變溫度區間。導熱法采用高導熱、抗鐵水滲透性能優異的熱壓小塊炭磚，通過合理的冷卻，使炭磚熱面能夠形成一層保護性渣皮或鐵殼，并將 1150℃ 等溫線阻滯在其中，使炭磚得到有效的保護，免受鐵水滲透 、沖刷等破壞。陶瓷杯法則是在大 塊炭磚的熱面采用低導熱的陶瓷質材料，形成一個杯狀的陶瓷內襯，即所謂“陶瓷杯”，其目的是將 1150℃ 等溫線控制在陶瓷層中。這兩種技術體系都必須采用 16 具有高導熱性且抗鐵水滲透性能優異的炭磚。 將兩種設計 組合在一起不失為一種合理的選擇，首鋼 1 號高爐 2536（上標）采用熱壓炭磚 —— 陶瓷杯組合爐缸內襯技術，至今已安全運行 10 年，預計 高爐爐缸爐底壽命可以達到 15年。隨著微孔炭磚、超微孔炭磚的相繼問世，大塊炭磚綜合爐底技術得到進一步發展，但采用此種結構的爐缸爐底須長期進行護爐操作。另一種值得關注的現象是高爐爐底和爐缸壁厚度都呈減薄趨勢，個別大型高爐的爐底厚度已經減薄到 2400mm，首鋼首秦公司 1 號高爐 1200（上標）爐缸采用熱壓炭磚，其爐缸厚度僅為 800mm。 銅冷卻壁 20 世紀 70 年代末期，德國 GHH公司和蒂 森公司合作率先在高爐上應用了銅冷卻壁，取得令人滿意的效果。高爐銅冷卻壁具有高導熱、抗熱震、耐高熱流沖擊和長壽命等優越性能，越來越多的應用于國內外大型高爐的關鍵部位，為高爐高效長壽起到了重要作用。 我國對銅冷卻壁的研究始于 20世紀 90年代中期。廣東汕頭華興冶金備件有限公司和首鋼合作，于 2020 年 1 月設計研制出 2塊銅，應用了該公司提供的 120塊銅冷卻壁 ，這是我國高爐正式使用銅冷卻壁，并安裝冷卻壁技術已經實現國產化。據不完全統計，目前我國用國產銅冷卻已在首鋼 2 號高爐 1726（上標）上試用，取得了顯著的應用效果。 2020 年 3 月首鋼 2 號高爐技術壁，標志著銅冷卻有 20 余座大型高爐采用了國產銅冷卻壁。 采用銅冷卻壁的技術原理是依靠銅冷卻壁優異的導熱性、抗熱震性和耐高熱流沖擊性，在其熱面能夠形成比較穩定的保護性渣皮。 即使 渣皮瞬間脫落，也能在其熱面迅速地形成新的渣皮保護 冷卻壁，這種特性是其他常規冷卻器所不能比擬的。實踐證明，銅冷卻壁是一種無過熱冷卻器，使用壽命可以達到 20~30 年。銅冷卻壁在首鋼、武鋼、本鋼、鞍鋼、攀鋼、湘鋼等企業的大型高爐上已經得到了應用。 目前， 我國已經研制出多種不同形式的銅冷卻壁，有軋制銅板鉆孔銅冷卻壁、銅管鑄造銅冷卻壁、 NiCu 合金管鑄造銅冷卻壁、鑄造坯鍛壓鉆孔銅冷卻壁和連鑄銅冷卻壁等。軋制銅板鉆孔銅冷卻壁由于結構致密、組織缺陷少、冷卻效率高，其應用 范圍最為廣泛。 銅冷卻壁是高爐長壽的關鍵技術之一，銅冷卻壁的應用使高爐在不中修的條件下，壽命達到 15~20 年成為可能。銅冷卻壁應使用在高爐熱負荷最大的區域，即爐腹、爐腰和爐身下部，該區域是高爐異常破損嚴重且造成高爐短壽的關鍵部位，在此區域使用銅冷卻壁對于延長高爐壽命具有重要作用。此外，在高爐爐缸（特別是鐵口區）使用銅冷卻壁也將會取得良好的應用效果。進一步優化 銅冷卻壁結構，降低造價是我國銅冷卻壁技術發展的重要課題。 軟水密閉循環冷卻技術 高爐冷卻系統對于高爐正常生產和長壽至關重要。 20世紀 80 年代末期，我國高爐開始采用軟水密閉循環冷卻技術，經過不斷地改進和完善，軟水密閉循環冷卻技術已日趨完善，并成為我國大型高爐冷卻系統的主流發展模式。 軟水密閉循環冷卻技術使冷卻水質得到極大改善，解決了冷卻水管結垢的致命問題，為高效冷卻器充分發揮作用提供了技術保障。該系統運行安全可靠，動 力消耗低，補水量小，維護簡便。 17 近年來，我國高爐軟水密閉循環冷卻技術進行了許多優化 和改進：①根據冷卻器的工作特點，分系統強化冷卻，單獨供水；②根據高爐不同部位的熱負荷情況，在垂直方向上分段冷卻，如爐缸、爐底設計為一個冷卻單元，爐腹、爐腰和爐身下部設為一個冷卻單元；③ 為便于系統操作和檢漏，采用圓周分區冷卻方式，在高爐圓周方向分為 4 個冷卻區間；④軟水串聯冷卻，軟水經爐底、冷卻壁后，分流一部分升壓在冷卻風口、熱水閥等。這種串聯冷卻系統具有占地小、投資抵、動力消耗低的特點，在武鋼 1號高爐 2200（上標）上已經得到應用。 薄壁內襯，磚壁一體化 高爐爐體破損機理的研究，使人們更加清楚地了解了高爐 內陳和冷卻器的工作條件。現代傳熱學理論的研究和運用，已將人們從傳統的思維困惑中解脫出來，形成現代高爐長壽設計的基本理念，薄壁內襯技術就是在此條件下應運而生。所謂薄壁內襯就是對高爐內襯和 冷卻壁進行優化組合，形成磚壁一體化結構，解決爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區的短壽問題，使其壽命與高爐爐缸、爐底的壽命同步。 我國已有數座大型高爐采用了磚壁一體化的薄壁內襯技術。冷卻壁取消了凸臺，消除了冷卻壁最薄弱的部位，而且冷卻壁熱面全部采用耐火材料保護，即所謂全覆蓋鑲磚冷卻壁 。這種磚壁一體化的冷卻壁是