年产350万吨生铁炼铁的车间设计

年产350万吨生铁炼铁的车间设计

红河学院本科毕业论文（设计）

摘 要

本设计为年产量350万吨生铁炼铁的高炉车间。高炉车间的主要系统：高炉本体系统、上料系统、渣铁处理系统、喷吹系统、送风系统、除尘系统和冷却系统都做了一定的叙述。并且对厂址选择和车间布置也做了总体设计。本设计还对设备类型、尺寸计算和生产能力进行了粗略计算。

为了更加具有科学性，本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，在预设计建造一座年产生铁350万吨的高炉炼铁车间，本设计说明书详细的对其进行了高炉设计、本设计参考了国内外的相似高炉的生产经验和数据。力争使该设计的高炉做到高度机械化、自动化和大型化，以期达到最佳的生产效益。

关键词： 高炉 ； 热风炉 ； 车间设计

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ABSTRACT

This is designed to yield 3.5 million tons of pig iron blast furnace shop. The major systems of the blast furnace shop: the blast furnace body systems, feeding systems, slag and iron handling system, injection system, air supply system, dust removal system and cooling system have done a certain narrative. The overall design and site selection and plant layout. The design also includes the device type, size, computing and capacity computing.

In order to more scientific, the spirit of quality, high yield, low energy consumption and environmental pollution guidelines, pre-designed to build an annual output of 350 tons of pig iron blast furnace ironmaking plant, the design specifications detailed its blast furnace design , the reference design similar to the blast furnace of domestic and foreign production experience and data. Strive to make the design of the blast furnace to achieve a high degree of mechanization, automation and large-scale, in order to achieve optimum production efficiency.

Keywords: Blast furnace ；Hot stove ；Plant design

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目录

1 绪论............................................................................................................................ 1

1.1 概述.................................................................................................................. 1

1.1.1 高炉炼铁简史和近况............................................................................ 1 1.1.2中国钢铁业急需升级换代及展望......................................................... 2 1.1.3原料检测设备......................................................................................... 2 1.1.4休风率..................................................................................................... 3 1.1.5生铁合格率............................................................................................. 3 1.1.6主要经济技术指标................................................................................. 3 1.2 近代高炉炼铁技术发展.................................................................................. 4

1.2.1 精料........................................................................................................ 5 1.2.2 采用新技术............................................................................................ 5 1.2.3高风温..................................................................................................... 5 1.2.4高压操作................................................................................................. 5 1.2.5 喷吹燃料................................................................................................ 6 1.2.6 富氧鼓风................................................................................................ 6 1.2.7 炉渣处理................................................................................................ 6 1.2.8能源回收................................................................................................. 6 1.2.9高炉长寿及快速大修............................................................................. 6 1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势...................................................................... 6 1.4当前世界钢铁工业形势................................................................................... 8 1.5 本设计的目的和任务...................................................................................... 8 2 工艺流程.................................................................................................................. 10

2.1高炉炼铁工艺流程......................................................................................... 10 3 高炉炼铁综合计算..................................................................错误！未定义书签。

3.1 高炉配料计算................................................................错误！未定义书签。

3.1.1 矿石选配..............................................................错误！未定义书签。 3.2计算方法与过程......................................................错误！未定义书签。 3.2.1 生铁成分..............................................................错误！未定义书签。

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3.2.2 计算混合矿量......................................................错误！未定义书签。 3.2.3 根据碱度平衡计算石灰石用量..........................错误！未定义书签。 3.2.4 终渣成分及渣量计算..........................................错误！未定义书签。 3.2.5 生铁成分校核......................................................错误！未定义书签。 3.3 高炉物料平衡计算........................................................错误！未定义书签。

3.3.1初始条件...............................................................错误！未定义书签。 3.3.2风量计算...............................................................错误！未定义书签。 3.3.3 煤气成分及数量计算..........................................错误！未定义书签。 3.3.4物料平衡表...........................................................错误！未定义书签。 3.4 高炉热平衡计算............................................................错误！未定义书签。

3.4.1 热平衡计算..........................................................错误！未定义书签。 3.4.2 热量支出计算......................................................错误！未定义书签。

4 高炉炉型设计.......................................................................................................... 12

4.1年工作日的确定............................................................................................. 12 4.2 定容积............................................................................................................ 12 4.3 炉缸尺寸........................................................................................................ 12

4.3.1炉缸直径............................................................................................... 12 4.3.2 炉缸高度、渣口高度.......................................................................... 12 4.3.4 死铁层的厚度...................................................................................... 12 4.3.5 炉腰直径,炉腹角及炉腹高度............................................................. 13 4.3.6 炉喉直径和炉喉高度.......................................................................... 13 4.3.7 炉身角、炉身高度及炉腰高度.......................................................... 13 4.4 校核炉容........................................................................................................ 13 5 高炉供料系统设计.................................................................................................. 15

5.1 高炉供料系统................................................................................................ 15

5.1.1 装料设备选择...................................................................................... 15 5.1.2 受料漏斗.............................................................................................. 16 5.1.3称量料罐和密封阀............................................................................... 16 5.1.4材料检测设备....................................................................................... 16 5.2 布料方式........................................................................................................ 16

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统计，目前世界上大于2000米 的高炉已超过150座，4000米 的高炉约有3O余座。高炉大型化是建立在精料、高风温、超高压炉顶等现代技术上的，故大型高炉生产效率高。目前利用系数达到2.0吨／米 ·日。到20世纪后期容积增大到4000～5000 m3，最大的达5500 m3，日产铁万吨以上。自动化不但降低劳动强度，更重要的是使高炉操作稳定，对高炉操作参数进行定量化。这是高炉技术由粗放型转变到集约型和精细化的必由之路。

1.2.1 精料

精料是现代高炉生产的物质基础，近年来世界各国在精料上都做了大量工作，取得了显著成效。其中包括提高入炉铁矿原料品位、提高熟料率、稳定入炉原料成分、整粒。与此同时焦炭质量也不断提高。这些，使高炉冶炼指标明显改善。

1.2.2 采用新技术

为提高高炉产量，降低能耗，改善环境，近年来世界各国在高炉生产中相继采用了很多新技术，取得了很大的成效。

1.2.3高风温

为高炉提供更高风温必须提高热风炉拱顶温度。在高热值煤气缺乏的情况下，通过预热煤气和助燃空气的办法提高燃烧温度。通过开发顶燃式热风炉的燃烧器，使拱顶温度与风温之间的温度差缩小; 同时采取缩短送风时间，减少拱顶温度与风温之间的差; 从提高热风炉的利用效率来提高风温。从控制高炉炉腹煤气量指数，降低吨铁炉腹煤气量的途径; 实现既降低燃料比，又提高利用系数达到强化高炉冶炼方法就要求减少吨铁入炉风量，从而控制高炉入炉风量。这样既能降低鼓风能耗，以能提高热风炉的能力。因为鼓风能耗约占高炉能耗的10%，同时在提高富氧率时减少吨铁耗氧量，以及吨铁加热鼓风的能耗。

随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从20世纪中期的500～600℃提高到20世纪后期的1100～1350℃。由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低了。

1.2.4高压操作

由于高压操作、富氧鼓风等新技术的广泛运用，以及高炉计测仪表的完备，当前已经具备精确计算炉腹煤气量，并作为控制高炉操作的条件。采用高压炉顶

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1 绪论

后（顶压力在0.15～0.25MPa），可使炉内煤气流速减慢，煤气流的压头损失减小，在维持一定的压差条件下，可加大风量，强化冶炼，达到增产的目的。

1.2.5 喷吹燃料

我国高炉六十年代中期就开始喷吹煤粉，由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低。三十年来在国内普遍推广，无论在喷煤量还是在喷吹时间上，都位居世界前列。

1.2.6 富氧鼓风

为减少煤气体积，利于炉况顺行，与喷吹燃料相配合，能加大喷吹量，取代更多的焦炭，获得较理想的经济效益，根据高炉生产经验，在喷吹燃料量固定的条件下，每增加氧量10％ ，可增产50％ 。

1.2.7 炉渣处理

炉渣处理有两种方法：一种是传统的渣罐出渣，热熔渣由渣罐车运往炉渣处理场冲制水渣或制成干渣块；另一种是在炉前设置水渣和干渣坑两套设施。也可只单设水渣或干渣坑，在炉前就地处理。

1.2.8能源回收

包括炉顶余压回收、炉顶均压煤气回收、炉渣余热利用、热风炉废气余热回收。 完善资源的综合利用和环保设施高炉炉渣已经得到广泛利用。我国目前有多种水渣粒化技术，设备基本国产化。宝钢2 号高炉的国产转鼓水渣处理工艺在节能、节水方面超过国外技术。高锌高炉煤气灰中的锌也正在积极回收利用。 大型高炉已经装备了烟尘回收处理设施、废水、废气进行了治理和控制了噪声。

1.2.9高炉长寿及快速大修

由于高炉大型化的结果高炉大修对整个钢铁企业将产生影响巨大，由于设备更新资金的短缺，世界各国都非常关心高炉的长寿。各国都在大力研究改善高炉炉体结构，高炉稳定操作和炉体维修技术。世界各国都十分重视高炉的长寿技术。超过15 年的长寿高炉不断增加，我国也出现了超过15年的长寿高炉，宝钢3 号高炉正在向20 年的长寿迈进，一代炉役单位炉容产铁量达到7000～9000t/m3，高

[1]的达到12000t/m3。

1.3 我国高炉炼铁技术的发展趋势

近10年来，中国高炉大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁发展进程加快，炼铁技术经济指标不仅性能显着提高,而且也表现的工艺技术和装备水平迅

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速提高，其中一些已进入世界领先行列。 炼铁技术的发展趋势包括：

(1)在今后较长时期内，高炉炼铁仍将是生铁生产的主要手段。由于世界焦煤储量短缺，高炉炼铁技术的发展将在精料的基础上进一步降低焦比，开发非焦煤能源的利用，如提高煤粉喷吹量。在降低高炉能耗的同时，发展长寿技术，开发计算机专家系统，炉容逐步大型化。

(2)直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁工业发展中占有一定地位。它可以不用焦炭，而以天然气、石油、非焦煤等为能源。20世纪60年代进入工业化阶段后，直接还原铁在特殊钢和优质钢的生产中发挥提高产品质量的特殊作用。

（3）直接还原法作为高炉炼铁法的补充，将在钢铁行业中占据一定的地位。它可以不使用焦炭，转而使用天然气，石油，非炼焦煤能源。直接还原铁在20世纪60年代进入工业化阶段后，发挥了特殊的作用，在生产特殊钢和优质钢提高产品质量方面具有重要作用。

（4）熔融还原法炼铁摆脱昂贵的焦炭、天然气、石油的依赖，缩短了生产流程，减少对环境的污染和有利于铁水在转炉炼钢生产。 1989年南非钢铁公司（ISCOR）新的30万吨/年熔融还原设备投入生产。 20世纪90年代，许多国家的规划建设熔融还原设备。熔融还原技术，预计将有更大的发展。

中国高炉炼铁虽然已达到国际先进水平，但和国外一样，围绕实现高效率，低油耗，高长寿以及保护环境等方面不断改善和优化。 以合理的大型化带动高效化

1提高富氧率和开发新炉料 2提高煤比，降低焦比和燃料比 3稳定高炉操作，实现长寿

4完善监测控制系统，实现高炉的稳定顺行 5优化流程和配置，实现系统节能降耗 6控制污染排放，实现达标生产 7降低铁钢比，减少CO2排放

8追求炼钢零排放，要达到炼钢过程零排放，粉尘和污泥尤其是含锌粉尘必须循环利用。鲁基公司2000年开始研发Radust系统，该系统混合喷吹粉尘和燃

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1 绪论

料、氧，将危险有机物燃烧，火焰温度将进3000℃，大部分的Zn、Pb和碱金属挥发掉，产生的熔渣可以循环利用，产生的富一氧化碳尾气进行二次燃烧，重金属以氧化物形式通过粉尘回收。该技术成功进行了半工业试验，但还没有实现商业化。目前正在进行的项目是将各地的废弃物进行集中处理，转底炉是考虑采用的工艺，每年可处理50万吨，而目前北欧国家普遍采用填满处理。采用一套大型设备集中处理，其投资比每个厂用小设备单独处理要低得多。

9要保持连续高效的钢铁生产，必须对各工序技术进行整合。北欧钢厂已付出了巨大的努力，对各钢厂内部生产系统、地区钢铁生产及与当地社区的关系进行了整合。

1.4当前世界钢铁工业形势

目前世界主要发达国家人均钢材消费量在400-500kg，进入工业化阶段的中国，印度，巴西，阿根廷的发展中国家的钢铁消费量在快速增长，为世界钢铁工业的发展注入新的发展动力，发展中国家的工业化进程会使世界钢铁工业至少能够有10-15年的繁荣期。

在世界钢铁产量不断增长的同时，世界钢铁生产的设备，技术也不断发展与完善，钢铁生产呈现出以下的特征：

（1）连续，紧凑，高效化。近终形连铸，薄板坯连铸连轧等工艺的开发，是的钢铁生产有了工艺流程紧凑，生产周期短，物料消耗少，生产效率高的一系列优点。板坯连铸连轧技术是世界积极开发应用的一项重大钢铁生产技术。

（2）设备水平高端化，智能化。世界开发应用了一批高效，优质的工艺技术装备。如：顶底复合吹炼转炉，lf刚报精炼炉等。

（3）生产高附加值特征。国外现代化钢铁企业产品品种构成中的冷轧板卷，镀锡板，镀锌板，涂层带钢，冷轧硅钢片，高强度无缝钢管，高级造船板等高科技含量，高附加值钢材产品占钢材总产量的60%以上。

（4）钢铁产业国际化特征。以2005年全球钢产量最大的钢铁企业--米塔尔为例，2004年，米塔尔出资10.5亿美元，获得波兰phs钢铁公司60%的股权；以4340万美元的价格收购了罗马尼亚著名的胡内阿拉钢铁联合企业；完成对南非最大的钢铁企业伊斯科公司的收购；获得波黑泽尼察公司51%的股权等

1.5 本设计的目的和任务

本次设计为年产350万吨炼钢生铁的高炉车间设计。要求广泛查阅相关文献

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并进行全面评述，选择工艺流程并论证，进行设计计算，绘制图纸等。

本设计的主要内容包括：绪论，厂址选择，工艺流程及主要经济技术指标的选择与论证，高炉炼铁综合计算，高炉本体设计，高炉附属系统设计，车间布置设计等部分。另外还有主体设备图纸3张。

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之前应打开废气阀，将热风炉内相当于鼓风压力的压缩空气由废气阀放掉以降低炉内压力。

（6） 放风阀和消音器：位于鼓风机和热风炉组织间的冷风管道上。其作用在于：在鼓风机不停止工作的情况下，用放风阀把一部分或全部鼓风排放到大气中去的方法来调节入炉风量。

（7） 冷风阀：是位于冷风之管上的切断阀。其作用是：在送风期，打开冷风阀可以把高炉鼓风机鼓出的冷风送入热风炉。燃烧期则关掉冷风阀，以切断冷风管。

6.3 风口的选择

生产实践表明，必须有合理的风速与鼓风动能相对应，能使初始煤气流达到合理的分布，炉缸活跃均匀，炉温稳定充沛，保证炉料正常下降，使炉况顺行。

6.4送风调节

6.4.1风量

1、增加风量，综合冶炼强度提高。有利于下料速度加快，生铁产量增加。反之，则相反。2、出现悬料、崩料或低料线时，要及时减风，并一次减到所需水平。另外渣铁未出净时，减风应密切注意风口状况，防止风口灌渣。3、需要加风时，不能一次到位，防止高炉顺行破坏。两次加风应有一定的时间间隔。

6.4.2 风温

1.提高风温可大幅度地降低焦比。

2.提高风温有利于鼓风动能，提高炉缸温度有利于煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。

3.在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，通过喷吹量的增减来调节炉温。

6.4.3风压

风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况。 6.4.4.鼓风湿分

鼓风中每一立方米湿分增加一克，当于风温降低9℃，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3℃风温的热量。加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。

高炉采用大风量风机生产,适宜的操作制度是实现高炉稳产、顺行、高产的

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6 送风系统

重要保证。高炉操作制度主要包括:送风制度、装料制度、造渣制度和热制度,各种制度密切相关,相互影响。当造渣制度和热制度不合适时,也会引起炉况不顺,但在实际生产过程中,常因送风制度和装料制度不当,引起造渣制度和热制度波动。因此,建立适宜的送风制度和装料制度,是充分发挥大风机生产优势、获取较高效益的关键。

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参考文献

[1] 那树人．炼铁计算[M]．北京：冶金工业出版社，2005. [2] 梁中渝. 炼铁学[M].北京：冶金工业出版社，2009.4.

[3] 张树勋.钢铁厂设计原理（上册）[M].北京：冶金工业出版社,2005. [4] 成兰伯主编．高炉炼铁工艺及计算[M]．北京：冶金工业出版社，1991. [5] 刘青,高炉铜冷却壁的应用及探讨,钢铁研究,2001.

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致 谢

本设计在孙丽达的精心指导和细心关怀下完成，整个设计中无处不倾注着老师的心血。指导老师严谨的治学态度、渊博的专业知识和无私的奉献精神使我受益匪浅。通过做设计，我不仅学到了扎实的专业知识，还从老师身上学会了为人处事的道理。在设计完成之际，特向我的指导老师致以最诚挚的祝福和由衷的感谢！

同时，感谢理学院的各位老师和同学们。我在毕业设计的漫长道路上，得到了你们的指导与帮助。

最后，还要感谢评阅设计的各位老师。你们辛苦了！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sujf.html