冶金工程毕业论文

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重庆科技学院

毕业设计（论文）

题目艺设计

院（系) 专业班级学生姓名学号指导教师职称评阅教师职称

2013年 6 月 8 日

注意事项

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1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它

学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献

均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：

2013 年 6 月 8 日

重庆科技学院本科生毕业设计摘要

摘要

熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质。按其性质可分为碱性熔剂、中性熔剂和酸性熔

剂三类。由于我国铁矿石的脉石成分绝大多数以SiO2为主，所以通常采用含有CaO和MgO的碱性熔剂。在烧结生产中加入熔剂，不仅可改善烧结过程，强化烧结，提高烧结矿质量、品质，而且可以向高炉提供高碱度的烧结矿。石灰石是烧结常用熔剂之一，而较为合适的粒度对于烧结料的矿化以及得到最优的高炉炉料，提高冶炼效率都有重要做用。烧结生产对熔剂的粒度有严格要求，一般要求0~3mm的含量应大于85％，小于3mm的必须大于90%，小于0.125mm的不超过20%。石灰石和白云石粒度应小于3mm，以保证在烧结过程中能充分分解和矿化。

本文在固定来源，固定粒度的石灰石基础上，着重研究了对于不合适石灰石粒度的加工工艺，对进厂石灰石（0~50mm）破碎筛分后达到符合生产指标要求的粒度（0~3mm）的工艺流程进行了论证设计。

本文设计使用的是一段式破碎筛分带检查筛分这种工艺流程，简单，高效，成品率高。熔剂处理系统作业率为76%，成品中0~3mm粒级含量为90%。关键词：石灰石一段式粒度破碎筛分

重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT

ABSTRACT

Flux is one of the slag forming substances in the process of blast furnace.It can be divided alkaline flux,neutral flux and acidic flux according to their nature.the gangue components of the iron ore in China contains a large amount of SiO2,so we usually use the alkaline flux contain CaO and MgO.Not only it can improve the sintering process, enhance sintering, improve sinter quality, but also can provide high alkalinity sinter to the blast furnace by adding flux in the sintering production.Limestone is one of the sintering flux commonly used，and the appropriate size has an important effect to the mineralization of sinter, getting the best blast furnace burden, improving smelting efficiency.Sintering production is strict with the granularity of flux,generally,we require the content of 0 ~ 3mm should be larger than 85%, less than 3mm must be larger than 90% and less than 0.125mm mustn`t be larger than 20%.The size of limestone and dolomite should be less than 3mm, to ensure that it can be fully decomposed and mineralization in the sintering process.

The article focuses on the inappropriate particle size of limestone for processing on the basis of the limestone with stationary source and fixed size.The design process was demonstrated in the limestone entering the factory (0 ~ 50mm) crushing and screening to meet our production targets required size (0 ~ 3mm).

The process we use is one-part form crushing and screening with examination screening,it is simple, efficient and high yield.The flux handling system operating rate is 76%,and the 0 ~ 3mm grain content in the end product is 90%. Keywords: limestone;one-part form;granularity;crushing and screening

摘要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 1 绪论 ................................................................... 1

1.1 引言 .............................................................. 1 1.2 熔剂处理系统设计目的 .............................................. 1 1.3 熔剂处理系统设计意义 .............................................. 1

1.3.1 熔剂的作用 ................................................... 1 1.3.2 熔剂粒度要求 ................................................. 1

2 熔剂处理系统研究现状分析 ................................................ 3

2.1 国内研究现状分析 .................................................. 3 2.2 国外研究现状分析 .................................................. 5 3 入厂原料要求 ............................................................ 7 4 工艺流程的选择 .......................................................... 8 5 物料平衡计算 ........................................................... 10 6 设备选择 ............................................................... 12

6.1 破碎设备的选择 ................................................... 12 6.2 筛分设备的选择 ................................................... 12

6.2.1 影响筛子生产能力的因素 ...................................... 12 6.2.2 筛分设备的选择 .............................................. 13

7 熔剂破碎、筛分室的配置 ................................................. 15 8 熔剂处理系统的环境保护 ................................................. 16

8.1 工业污染的危害 ................................................... 16 8.2 冶金环保现状 ..................................................... 16 8.3 破碎筛分系统的除尘 ............................................... 17

8.3.1 破碎系统的除尘 .............................................. 17 8.3.2 筛分系统的除尘 .............................................. 17 8.4 熔剂破碎筛分系统的噪声防治 ....................................... 17 9结论 .................................................................. 19 参考文献 ................................................................. 20 致谢 .................................................................... 21 附录 .................................................................... 22

工艺流程图 ........................................................... 22 厂房配置图 ........................................................... 22

1 绪论

1.1 引言

由于矿石脉石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以烧结工艺主要使用碱性熔剂，如石灰石（CaCO3)、白云石（CaCO3·MgCO3)等。由于石灰石资源很丰富，几乎各地都有，切价格较为低廉。所以，我国钢铁企业多使用石灰石作为烧结工艺中的熔剂。

石灰石主要成分为CaCO3，纯石灰石含CaO56%，CO244%，按其矿物结晶的不同，又分三种：白色粒状具有明显的菱形解理面的叫方解石；结晶良好、结构致密的叫大理石；青灰色、致密隐晶质叫石灰石。烧结生产常用的是后者。

1.2 熔剂处理系统设计目的

石灰石是烧结常用熔剂之一，而较为合适的粒度对于烧结料的矿化以及得到最优的

高炉炉料，提高冶炼效率都有重要做用，研究此课题的目的正是在生产中能准确高效地制备出符合烧结生产要求粒度的熔剂。同时作为实际生产，需满足尽可能缩减设备对厂房空间的占用，电能、水、人力的最优化利用，实现节能减排，绿色生产，废物回收再利用，产能分配合理化。

1.3 熔剂处理系统设计意义

1.3.1 熔剂的作用

熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质。按其性质可分为碱性熔剂、中性熔剂和酸性熔

剂三类。由于我国铁矿石的脉石成分绝大多数以SiO2为主，所以通常采用含有CaO和MgO的碱性熔剂[1]。在烧结生产中加入熔剂，不仅可改善烧结过程，强化烧结，提高烧结矿质量、品质，而且可以向高炉提供高碱度的烧结矿。熔剂与矿石中的高熔点脉石能生成熔化温度较低的易熔体；能造成一定数量和一定物理化学性能的炉渣，达到去除有害杂质的目的（如去硫）[2]。

1.3.2 熔剂粒度要求

烧结生产对熔剂的粒度有严格要求[3]，一般要求0~3mm的含量应大于85％，小于3mm的必须大于90%，小于0.125mm的不超过20%。石灰石和白云石粒度应小于3mm，

以保证在烧结过程中能充分分解和矿化。平均粒度1.5mm。粒度过粗，矿化不完全，在烧结矿中残存游离CaO“白点”，在贮存过程中吸水消化生成Ca(OH)2，体积膨胀，引起烧结矿粉化。此外，石灰石粒度粗大，还容易生成正硅酸钙。粒度太小，过粉碎严重，燃烧速度过快，蓄热能力变差，消耗升高。为加强烧结料造球而配加的生石灰或消石灰，其粒度应小于5mm和3mm，以利加水消化与混匀[4]。入厂的原料粒度上限大于40 mm．所以都需要在烧结厂内进行破碎与筛分[5]。

2 熔剂处理系统研究现状分析

2.1 国内研究现状分析

鞍钢烧结总厂结合实际生产研究发现：石灰石粒度在0~3mm的占90%时，烧结矿的主要技术指标最佳，该粒度作为石灰石粒度指标是合理的[6]。酒钢烧结厂试验了不同粒度的石灰石熔剂在烧结中的表现，该厂常用的熔剂主要是作为氧化钙源的石灰石和生石灰。生产熔剂性烧结矿时不仅要求石灰石中的CaCO3完全分解为CaO，而且还希望CaO与矿石中的组分完全化合。否则，未化合的游离CaO除了影响烧结矿的强度外，还会影响其碱度。研究发现，当料层温度为1250℃，石灰石的粒度小于1mm时，CaO被化合的程度达到88~95%；而粒度为1.7~3.0mm时，CaO的化合程度则剧降到55%以下[7]。

进厂石灰石粒度通常在0~80mm之间，而烧结生产中所需要的石灰石粒度在0~3mm，所以，需要对进厂的石灰石进行破碎筛分，这在烧结工艺中是比较重要的一个环节，国内实际生产中，目前多采用一段式破碎与检查筛分组成的闭路破碎流程破碎处理熔剂。酒钢烧结厂破碎筛分工艺采用图2-1所示流程：

图2-1 酒钢烧结总厂石灰石破碎筛分工艺流程

国内烧结厂常用的破碎设备有锤式破碎机和反击式破碎机[8]。熔剂处理系统常用锤式破碎机进行破碎处理，使用共振筛进行筛分选取粒度符合生产指标的熔剂。筛分的选择则根据不同的烧结厂技术指标以及熔剂的品位进行选择。例如梅山工程指挥部烧结厂使用的是SZG2000×4000共振筛，该共振筛与双层筛一样，它也是一个双质量（筛箱和激振器）振动系统，且在接近共振状态下工作，故它保留了该厂以前所装备的SZG1500×4000双层共振筛的优点：振幅大、处理能力大、筛分效率高和电耗小以及作用于基础的动力负荷小等。而且因为是单层，调整点集中，运行中失调因素大为减少，故它成功避免了双层共振筛的缺点[9]。目前烧结厂熔剂破碎流程中与锤式破碎机组成闭路系统所用的筛分设备多为自定中心振动筛，也有的采用惯性筛等其他类型的筛子。

烧结熔剂破碎设备, 历来多选用锤式破碎饥, 反击式破碎机等。这些类型的破碎机, 虽然单机设备的生产能力高、破碎比大、电能消耗也较低, 但是在破碎作业进行过程中产生的粉尘飞扬, 致使多数烧结厂的熔剂破碎车间未能达到国家规定的车间环境卫生标准, 而且, 破碎产品不能一次达到烧结工艺要求, 一般须跟筛分设备组成闭路流程。这样, 使得熔剂处理系统的流程长、环节杂, 且

扬尘点多。

彭山砖瓦机械厂与西北建筑设计院共同研制成功的风选锤式粉碎机[10], 近年来已在冶金、建材、煤炭等工业部门得到推广应用。该种设备是把物料的破碎作业与筛分、运输作业结合在一起, 用同一台设备来完成。它主要由锤击转子、挡料装置、离心风轮、机壳和旋风分离器等部分组成。这种设备的最大特点是入料口为负压操作, 粉碎产品由风机送入料仓。所以, 破碎室的环境较好, 只要搞好尾气除尘, 维护管理得当, 可使破碎车问的环境卫生条件达到规定标准。另外, 在给料粒度适当的情况之下, 可一次达到产品粒度要求, 故可省去筛分设备。对于破碎筛分过程中需要处理的除尘问题，酒钢烧结厂的乔占刚认为：在破碎、筛分过程中。由于除尘设施不完善，为了降低粉尘，在石灰石破碎前加人了适量的水。水分一般2.5% 左右，高时达4% 以上。按要求水分含量应小于2% 以下，大于2% 时篦条就开始被堵塞，不仅使得产品中1~3mm粒级剧增，而且还影响产量。在筛分过程中，由于细颗粒的比表面很大，能使细颗粒相互粘结成团，并附在大块上，致使颗粒分层困难，堵住筛孔。使细颗粒难于筛下，筛分效率大大下降。困此，必须进一步更好地解决除尘问题，尽可能的添加适量的水。

对于破碎筛分的能耗问题，鞍钢烧结总厂的工程师们也进行了相应的研究。他们通过增添了熔剂的预筛分工艺实现了降低能耗。鞍钢二烧目前有两台锤式破碎机, 日破碎量为1920 t (石灰石块、白云石块破碎粒度为<3mm ) , 年破碎量为700800 t。由于锤式破碎机磨损大, 维修周期短, 备件使用寿命低, 耗电量大,成本高,并且大量< 3 mm熔剂重新回到锤式破碎机中,造成不利灼循环。为此,增没了熔剂预筛分系统。

二烧车间预筛分方案如下:原棒磨机矿槽(由北往南),使用第二和第五备用槽,勺下装有两条宽1200 mm皮带机,将熔剂直接输送到25号运输皮带,由25号皮带先经孔径为3 mm筛子,筛上物送到锤式破碎机,筛下物经由29号运输皮带送到配料矿槽参加配料。通过预筛分，使锤式破碎机的作业率由59.4%下降到32.9%，锤式破碎机每天可少运转8h（锤式容量370kW），节能72万度/a，折合人民币5万元[11]。

2.2 国外研究现状分析

近年来, 国外烧结技术有了很大发展。比较明显的特点是, 烧结设备大型化, 工艺过程操作自动化。烧结各个工艺过程也有很大的改进, 主要围绕高产、低耗、省资、环保等方面不断完善工艺操作。发展较快的国家要算日本, 其次是法国、德国、比利时等国。

日本新日铁公司烧结厂使用球团烧结，对石灰石粒度的要求更为精细，该厂在原有破碎筛分工艺的基础上增设了破碎——再磨流程。如图2-2所示。即在原

闭路检查筛分后增设一段再磨设备，对破碎后的石灰石粉进行一次再磨，使其粒度进一步缩小。细磨后的粒度视铁料粒度和磨矿条件而定，一般为100%小于2 mm或100%小于1 mm。这种工艺具有装置简单、磨矿费用较低、产品粒度细等优点，采用这一措施对于降低熔剂消耗、改善烧结矿质量以及造球，效果将是显著的。

图2-2 石灰石细磨工艺流程

3 入厂原料要求

各种熔剂入厂条件见表3-1。我国熔剂入厂条件实例见表3-2

表3-1 各种熔剂入厂条件

名称石灰石

品味/%

CaO≥52,SiO2≤3,MgO≤3

粒度/% 0~80，0~40

水分＜2

备注

粒度0~40mm适用于小厂

白云石

MgO≥19,SiO2≤4

0~80，0~40 ＜2 粒度0~40mm适用于小厂

生石灰

CaO≥85,MgO≤5,SiO2≤3.5, P≤0.05,S≤0.15

≤4 生烧率+过烧率≤12 活性度≥210mL

①

消化石灰

CaO＞60,SiO2＜3

0~3 ＜15

①指在40+1℃水中，50g石灰10min耗NH4CL的量

表3-2 我国熔剂入厂条件实例

名称

化学成分/%

一等品CaO+MgO52~55,MgO≤3,SiO2≤3 二等品CaO+MgO≥51,MgO≤4,SiO2≤4 一等品CaO+MgO为52~54，MgO≤3,SiO2≤4 合格品CaO+MgO为51~52，MgO≤4,SiO2≤6

CaO＞52,SiO2＜2.5

粒度/mm

0~100 0~100 0~100 0~100 25~80

水分/%

其它

堆积密度1.63t/m3

本钢大明山石

灰石本钢薄山石灰

石梅山用石灰石

＜2

＞25mm小于

10%

因此，结合图表，本设计选用的石灰石要求进厂条件为0~40mm，水分＜2%，

CaO≥52%,SiO2≤3%,MgO≤3%。其中，原料含水量增大，破碎产品中0~3mm粒级的比率和破碎效率都下降，新生的0~3mm粒级的单位耗电也增加。一般石灰石含水量不能超过3%，但不低于1.5%，含水量则须增加干燥作业，过低则在破碎筛分时粉尘飞扬，影响环境。另外给料中细粒级原始比率也有要求。随着给料中0~3mm比率的增加，破碎产品中新生的0~3mm的比率急剧减少，破碎效率显著降低，电耗急剧上升。因此，选择筛分设备时，应适当留有余地，以免残存的细粒影响破碎效率。通常来说石灰石给料中0~3mm比率在5%以下最好。

4 工艺流程的选择

一般要把0~40mm的进厂石灰石原料破碎到0~3mm常见的有3种工艺流程： ①锤式破碎机闭路破碎流程； ②反击式破碎机闭路破碎流程； ③棒磨机磨碎开路流程

其中闭路筛分流程一般较为常用[12]。在闭路破碎流程中一般常用的有两种，即为预先筛分（图4-1）和检查筛分（图4-2）两种。进厂石灰石原矿含0~3mm的粒级的数量较少，一般在20%以下。故设置预先筛分作用不大，一般不采用预先筛分流程，如原矿中0~3mm级别含量大于40%时，则应考虑采用预先筛分。

因此，结合本设计进厂原料情况，本设计工艺流程采用检查筛分工艺流程。

图4-1 预先筛分闭路流程

图4-2 检查筛分闭路流程

5 物料平衡计算

按照设计任务书给定产量指标，进行如下计算：

每小时产量

年产量540000

62t/h时间365 24

又熔剂处理系统作业率为76%，熔剂处理系统的成品中0~3mm粒级含量占90%。故实际每小时产量应为：

62t/h

90t/h

76% 90%

（1）筛下产量按下式计算：

q0~3=Q4·c4/η=90×0.9/0.925=87.6t/h

式中 Q4—筛下量（成品），t/h； η—筛分效率，本设计为92.5%；

c4—成品中0~3mm含量，本设计为90%。（2）破碎机的处理量

Q2=q0~3/c2=87.6/46.13%=190t/h

式中 Q2—破碎机的处理量，t/h；

q0~3—按破碎后0~3mm级别计算的石灰石产量，t/h； c2—破碎后0~3mm粒级含量，一般为50%~70%。（3）筛上量按下式计算：

Q3=Q2-Q4=190－87.6=102.4t/h

式中 Q3—返料量（筛上量），t/h；原矿给矿量Q1=Q4=87.6t/h。

因此，综上所述，破碎筛分的物料平衡计算结果为： ①原矿给矿量为87.6t/h； ②破碎机处理量为190t/h； ③筛上量为102.4t/h；

④筛下量为90t/h，筛分效率为92.5%，成品中0~3mm含量为90% 根据计算结果，若用工艺流程图表示则如图5-1：

图5-1

检查筛分流程的物料平衡

6 设备选择

6.1 破碎设备的选择

常见的破碎设备有锤式破碎机和反击式破碎机两种，反击式破碎机的板锤冲击力较小，比较适合于石灰石的细破碎。锤式破碎机破碎比大，单位产品电耗小，容易维护。考虑实际情况，本设计选用锤式破碎机进行破碎。

锤式破碎机有可逆式和不可逆式两种，可逆式锤式破碎机锤头使用较为合理。太钢烧结厂为φ1430×1300 mm可逆式锤式破碎机，270个锤头，箅条间隙平均为18mm，给矿粒度0~50mm）锤式破碎机破碎石灰石的测定数据见表6-1。

对于锤式破碎机的破碎效率（%），可用产品中0~3mm的比率来表示：

破碎效率

破碎产品中新生3~0mm粒级比率

1-给料中3~0mm粒级比率

表6-1 锤式破碎机破碎石灰石测定数据

厂名破碎机规格给矿量/t h-1 给矿粒度/mm 破碎前＜3mm/% 破碎后＜3mm/% 按小于3mm计算产量/t h-1 耗电（按新生0~3mm计）/Kw h t-1

原料含水量/% 测定时间

广钢烧结厂 φ1000×1000可逆式

74.2 0~40 5.0 44.66 33.14 1.69~2.05 0.2 1985年

太钢烧结厂 φ1430×1300可逆式

130 0~50 7.48 45.49 59.13 2.77 0.71 1979年10月

太钢烧结厂 φ1430×1300可逆式

185 0~50 23.14 46.13 85.34 3.06 0.71 1979年10月

所以根据以上数据，结合上一节物料计算，查阅烧结设计手册，以及国内部分烧结厂设备情况，得出如下结论：φ1430×1300 mm可逆式锤式破碎机破碎效率为（46.13-23.14）/23.14=99.35%，该设备给矿粒度为0~50mm，要满足每小时产量为90t/h，原矿给矿量为87.6t/h,设备台数为2台。

6.2 筛分设备的选择

6.2.1 影响筛子生产能力的因素

（1）给料量的影响

给料量增加，相同条件下筛分效率相应降低，在筛分效率为55%~70%时，

产量较高，成品质量较好，过分提高筛分效率，筛子产量下降，返矿量增加，电耗增加。

（2）给料粒度的影响

给料中小于筛孔尺寸级别的含量多，筛分效率就低，要求的筛分面积就大。给料中大于筛孔粒级含量多，筛分效率就高。（3）原料中水分含量的影响

原料中水分含量高，易堵塞筛孔，产量下降，一般要求水分在2%~3%以下。原料达到6%以上时应考虑先将原料进行干燥。（4）筛孔大小的影响

筛孔增大，一般产量增高。由于筛网结构和形式不同，还应考虑筛孔的净

筛孔净空率

筛孔面积

100%