包头原料条件下3200立方米高炉本体设计及渣铁处理系统的设计说明书(编辑修改稿)

包头原料条件下3200立方米高炉本体设计及渣铁处理系统的设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

........59 铸铁机的选择 .................................................................................................59 INBA（因巴）法炉渣处理 .......................................................................................60 渣量核算 ..........................................................................................................61 参考文献 ...................................................................................................................................62 致谢 ...........................................................................................................................................65 内蒙古科技大学毕业设计说明书 1 第一章 文献综述 高炉冶炼概况及发展 高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然矿、烧结矿、球团矿）为原料，焦煤、煤粉、重油、天然气等燃料和还原剂，以石灰石、等为溶剂、在高炉内通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原及非铁氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁，起主要副产品为高炉炉渣和高炉 煤气 ]1[。 高炉生产主要经济指标技术 20 世纪 50 年代以来，国家一直沿用从前苏联引来的高炉有效容积利用系数(1v)和冶炼强度 (Is)等，作为评价高炉冶炼强化的指标。 这些指标都是以高炉有效容积 (Vu)为基准得来。 高炉有效容积利用系数 uv VP ， t/(m3d) 高炉冶炼强度 uks VQI  ， t/(m3d) 式中 P， Q—— 分别为高炉的生铁日产量和燃料日耗量， t/d 高炉主要经济技术指标如表 ： 表 高炉主要经济技术指标 技术指标 单位 指标值 备注 高炉有效容积 m3 3200 利用系数 t/(m3d) 焦比 kg/t 310 煤比 kg/t 200 max250 热风温度 186。 C 1200 max2500 炉顶压力 MPa 除外，欧洲流行采用以炉缸面积 (A)为基准的强化指标： 炉缸面积利用系数曲 APh错误 !未找到引用源。 ,t/m3d 炉缸燃烧强度 AQIc 对比而言，后者比前者在冶金概念上要科学些，生产实践表明，在一定的冶炼条件上，高炉的入炉风量、燃料燃烧量、煤气生产量和生铁产量都与炉缸面积内蒙古科技大学毕业设计说明书 2 成正比，这是高炉大型化的基本出发点 3~2。 炉容大型化及其空 间尺寸的发展 我国现有高炉 1250座左右，大于 1000 3m 以上容积的高炉有仅 128座，高炉结构不合理，平均炉容小，落后产能所占比重过大；固体废弃物 (尘、泥和炉渣等 )产生总量增长过快；烧结 SO2排放形势日益严峻等。 生产实践证明，大型高炉容加上精料、高风温、高压炉顶、综合喷吹以及春水冷却等近代技术，可以降低单位烧结面积的基建投资和经营费用，提高劳动生产率，烧结矿质量，使高炉能耗降低、寿命增加，高炉利用系数也可达到 上，同时 生产管理方便，易于环境治理。 炉料向精料发展 高炉的炉料结构从上世纪 70 年代以来几经变化，由开始的原矿冶炼到全部使用烧结矿，最后改为机烧结矿配酸性球团矿，炉料结构变化及相应的主要生产指标如表 ：炉料结构及主要生产指标 4 表 炉料结构及主要生产指标 时间 年 炉料结构 系数 t/m3d 焦比 Kg/t 冶强 t/m3d 石灰石 Kg/t 熟料比 % 品位 % 1970 块矿 1035 082 490 1970~1977 土烧结矿和块矿 968 560 1980~1985 高、低碱度烧结矿 592 100 1986~1988 高碱度烧结矿、土烧球团矿 593 100 1992 高碱度烧结矿、土烧球团矿 599 100 注：入炉焦比按碎铁加入量进行了折算。 随着高炉冶炼的强度的增加，炉料正向着精料方向发展 ，精料包括入炉矿石的品味，改善入炉原料的还原性能，调高熟料率，稳定入炉原料成份和粒度。 提高鼓风温度 提高鼓风温度可以大幅度降低焦比，特别是在鼓风温度较低时效果更为显著，一般认为，在 1000Co 一下，每提高风温 100Co ，可以节焦 10 到 20kg/t 铁，内蒙古科技大学毕业设计说明书 3 在 1100Co 以上，每提高 100Co ，可以降焦 8 到 10kg/t 铁。 近年来，喷吹燃料量逐渐增加，提高风温更是迫切的事情。 提高炉顶压力 煤气清洗系统文氏管安装了可调喉口，利用调节文氏管喉口的方法，将高炉顶压控制在 35KPa左右。 炉顶压力的提高有利于减少压差、稳定炉况、提高煤气利用率、最终提高产量。 富氧大喷吹 喷吹燃料是，由于燃料的分解，炉缸的理论燃烧温度有所降低，煤气量增加，块状区热流比下降，煤气利用变差。 富氧鼓风可以 克服这些足，合适的富氧率与喷吹的燃料成分有关，富氧大喷吹可达到优质、低耗、高产、长寿的冶炼效果。 电子计算机的应用 60年代起高炉开始应用计算机，目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。 高炉本体 高炉炉型发展 高炉炉型发展经历了以下几个阶段。 1) 原始炉型（大腰炉型） 各国原始炉型共同特点是炉缸和炉喉直径小，炉身下部炉腹（炉腰）直径大，高度小，即所谓的大腰炉型。 2) 近代炉型 19 世纪中叶，由于蒸汽鼓风机和焦炭的普遍使用，炉顶装料装置逐步实现机械化，高炉炉型趋向于扩大炉缸炉喉直径， 并向高度方向发展，逐渐形成近代的五段式高炉炉型。 3) 现代炉型 由于人们对产量的要求和原燃料质量的改善，以鼓风机能力的提高，高炉炉型向着“大型横向”发展。 高炉大型化成为高炉冶炼的发展趋势。 五段式高炉炉型及炉型尺寸 现代高炉炉型由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉组成，其几何尺寸就是高炉炉型的尺寸。 我国高炉炉型各部分名称及尺寸表示方法见图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 4 图 高炉炉型尺寸表示方法 1) DHu/ DHu/ 表征了高炉的矮胖程度，即高径比。 DHu/ 值越大，炉料和煤气经过的路径越长，炉料和煤气在炉内接触的时间也越长，因此有利于煤气的热能和化学能的充分利用。 但 DHu/ 值较大时却增加了料柱的高度，从而相应的增加了煤气流通过料柱的阻力损失，不利于高炉冶炼的顺行。 因此DHu/ 应有适当值，过大过小都不好。 2) 炉缸尺寸 炉缸是高炉的核心部位。 炉缸的容积不仅应能保证足够数量的燃料燃烧，而且能容纳一定数量的铁和渣。 炉缸的高度应能保证在炉缸内容纳两次出铁间隔时间内所生成的铁水和一定数量的炉渣，并应考虑因故而不能按时放渣放铁时能容纳多余的铁水和炉渣，因此炉缸高度直接决定了渣口和风口的高度，同时也影响风口前氧化带的形状和大小，从而也是影响炉况的主要要因素。 3) 炉腹尺寸 炉腹的结构尺寸是炉腹高度 2h 和炉腹角 。 炉腹过高，有可能在炉料尚未熔融就进入收缩阶段，易造成难行和悬料，炉腹过低则可能减弱内蒙古科技大学毕业设计说明书 5 炉腹应有的作用。 uV 1000 3m 以上的大型高炉炉腹高度在 到 米，中小型高炉还可以小一些，炉腹角  一般取  83~79 ，过大不利于煤气分布，过小使得炉腹部位对下降炉料阻力增加，不利于顺行。 4) 炉腰尺寸 炉腰的高度大小对高炉冶炼没有严重影响。 高炉炉腰一般为~ m。 5) 炉身尺寸 炉身尺寸包括炉身高度 4h 和炉身角 )(。 由于高炉大型化主要是炉型横向增大，所以高炉有效容积增大时高炉炉身高度增大并不多，大型高炉炉身高度基本在 18~16 m 范围。 炉身角的大小与炉料的下降和煤气流的上升过程中的分布状态关系极大。 炉身角取小时有利于炉料的下降，易发展边缘煤气流。 但是，炉身角过小，边缘没气流过分发展，会给高炉操作上下部调节带来困难，不利于煤气热能和化学能的充分利用，容易使炉衬过热而损坏。 炉身角取大值时，有利于抑制边缘煤 气流过分发展，但是不利于炉料下降。 一般取值在  ~ 之间，现代大型高炉炉身角取值在  83~81 之间。 6) 炉喉尺寸 炉喉的高度应能满足控制炉料分布和煤气流分布为宜，过高会使炉料挤紧而影响下降，过低难以满足装料制度调节的要求。 炉喉高度一般以 ~ m为宜 5。 高炉炉衬 高炉炉衬是用能够抵抗高温和化学侵蚀作用的耐火材料砌筑成的。 炉衬的主要作用是构成工作空间，减少散热损失，以及保护金属结构件免遭热应力和化学侵蚀作用。 延长高炉寿命就是要延长炉衬寿命。 随着炼铁技术的发展，高炉炉型正在想着大型高效长寿低耗清洁的方向发展，高炉长寿技术发展尤为突出，新建的高炉或大修改造高炉均积极的采用高炉长寿技术，如陶瓷杯技术， UACR碳砖、铜冷却壁、软水密闭循环、高炉人工智能等专家系统等。 90年代末发达国家如日本、西欧等国 家高炉的寿命达 10到 15年 (无中修 )，最新建或改造的高炉寿命在 15年以上，并提出 20年的目标。 以日本川崎钢铁公司千叶 6号高炉 (5153m3 )和水岛 2号高炉 (2857m3 )为代表 ,千叶 6号高炉炉龄已达到 23年以上，一代炉龄产铁量 13388t/m3 ,创造了高炉长寿的世界 纪录；内蒙古科技大学毕业设计说明书 6 水岛 2号高炉 1979年开炉至今仍在运行，正在创造高炉炉龄新的世界纪录。 我国好的钢铁企业如，宝钢、首钢、武钢、攀钢等大型高炉的炉龄基本能达到 10到 12年 (无中修 )8~6。 高炉陶瓷杯炉缸炉底结构是在炉底炭砖和炉缸炭砖的内缘，砌筑一层高铝质杯状刚玉砌体层，其具有明显的优越性。 主要优点是 : (l) 陶瓷质耐火砖具有较好的抗铁水溶蚀性 , 能克服炭砖抗铁水溶蚀性差的缺点 , 可以减缓或消除炉缸蘑菇形侵蚀。 (2)陶瓷质耐火材料导热系数比炭 砖低对炉缸铁水有保温作用 , 能提高铁水温度 , 降低炼铁能耗。 (3) 高炉检修短期休风时炉缸残存铁水的温度降低速度较慢 , 有利于高炉顺利复风 [9]。 陶瓷杯结构如图 图 陶瓷杯结构及理论等温线分布 对高炉耐火材料性能要求 过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能 , 如对炭砖仅要求灰分、耐压强度、体积密度、气孔率等指标 , 对陶瓷耐火材料仅要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重烧线变化率等指标。 实际上 , 上述常规性能指标不能全面地反映出高炉 生产条件下耐火砖衬受到破坏的工作条件。 例如 , 有些高炉内有碱金属和锌的循环富集 , 对耐火砖衬形成很强的侵蚀 , 成为砖衬的重要侵蚀源。 抗碱性差的耐火砖在炉内被碱侵蚀后往往变成粉末 , 完全失去强度； 又如 , 高炉炉缸到炉身中部有炉渣的侵蚀和冲刷 , 内蒙古科技大学毕业设计说明书 7 过去这些部位多砌筑高铝砖和粘土砖 , 虽砖衬很厚 , 但因其抗渣性很差则很快就被侵蚀掉 , 易造成炉壳发红、开裂等事故。 对于高炉耐火材料使用性能的检测方法 , 武钢已进行了近 20 年的研究 : 在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上 , 对高炉耐火材料提出了多项特殊使用性能要求 , 并研究出相应的试验方法 , 通过原冶金部制定了检验方法和标准。 其主要有 : 导热系数、抗碱性、抗铁水溶蚀性、抗炉渣侵蚀性、平均气孔、小于 1 m孔容积率 、透气度和抗氧化性；武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史 , 对武钢提高高炉寿命发挥了重要作用。 目前 , 这些检验方法已在国内广泛应用 , 很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来 , 有的综合性能已赶上国际先进水平 , 有些指标甚至超过了国际先进水平 [10]~[11]。 各种耐火材料的发展 1) 半石墨炭砖 国内外半石墨碳砖性能对比如表。 石墨炭砖和日本 BC5 型半石墨炭砖相比 , 其导热系数、抗碱性、铁水熔蚀等性能相当。 德国半石墨炭砖的 600 C 导热系数达到 W/ ( m•K) ,优于一般的国产半石墨炭砖 , 其他性能亦相当。 但是 , 兰州新研制的半石墨炭砖的导热系数、微气孔指标则优于德国同类产品。 表 半石墨炭砖性能对比 性能 兰州 贵州 日本 BG5 德国5RDN 兰 州新研制转 体积密度， (gcm3) 显气孔率， %。