年產(chǎn)250萬噸煉鋼生鐵高爐車間設(shè)計說明書

1 年產(chǎn) 250 萬噸煉鋼生鐵高爐車間設(shè)計說明書 第一 章 文獻綜述 鋼鐵是重要的金屬材料之一，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因此鋼鐵生產(chǎn)水平是一個國家工業(yè)發(fā)展程度的標志之一。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要大量的機械設(shè)備，這些都需要大量的工業(yè)材料。鋼鐵工業(yè)為機械制造和工程建設(shè)提供最基本的材料，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。 述 鋼鐵作為基礎(chǔ)工業(yè)材料自身價格相對低廉同時具有以下優(yōu)點： （ 1）具有較高的強度及韌性。 （ 2）容易用于鑄、鍛、切削以及焊接等多種加工方式，可以得到任何結(jié)構(gòu)、任何形態(tài)的工件。 （ 3）生產(chǎn)所需資源（鐵礦石、煤炭、石灰石等 ）儲量豐富，易于開采，生產(chǎn)成本較低。 （ 4）鋼鐵生產(chǎn)歷史悠久，積累了大量成熟的生產(chǎn)技術(shù)，與其他材料工業(yè)相比，鋼鐵工業(yè)規(guī)模大、產(chǎn)量高、成本低。 所以在一定意義上說，一個國家的鋼鐵工業(yè)發(fā)展狀況也反映其國民經(jīng)濟發(fā)展程度。到目前為止，沒有任何材料能夠代替鋼鐵的地位。 爐煉鐵簡史 人類煉鐵歷史悠久，原始的煉鐵爐是由石堆煉鐵法改造而成的。在土中挖一坑洞，周圍用石塊堆砌，稱為地爐。以木炭為燃料，利用自然風(fēng)力進行燃燒、加熱和還原鐵礦石，產(chǎn)品為類似塊狀的海綿鐵。隨著人力、畜力和水力鼓風(fēng)方法的出現(xiàn) ，產(chǎn)量提高，渣和鐵也比較容易分離，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，煉鐵工藝逐步得到改進和發(fā)展，到近現(xiàn)代工藝技術(shù)基本成熟。 1709 年歐 2 洲開始用焦炭煉鐵， 1776 年高爐應(yīng)用了蒸汽機帶動的鼓風(fēng)機， 1832 年回收爐頂煤氣， 1857 年應(yīng)用了考貝式熱風(fēng)爐，逐步形成了近代高爐雛形。 19 世紀下半葉，高爐容積逐步擴大，設(shè)備結(jié)構(gòu)趨向完善。 20 世紀初至 50 年代，美國采用了人造富礦以及高壓爐頂、綜合鼓風(fēng)技術(shù)，為高爐發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 70 年代盧森堡研制無料鐘裝料設(shè)備成功，為進一步擴大爐容和提高爐頂壓力創(chuàng)造了條件。 60 年代初，高爐 最大爐容達 2000日產(chǎn)生鐵 4000t。隨著精料、超高壓爐頂、高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐、燃料噴吹、富氧、脫濕和計算機控制等技術(shù)的發(fā)展， 70 年代初爐容增大至 4000 5500日產(chǎn)生鐵 10000t 以上。 90 年代初，世界 4000 5500大型高爐已有約 30 座，高爐最長壽命達 16 年，一代爐役的單位爐容出鐵量達10000t 國高爐煉鐵發(fā)展歷程 我國近代工業(yè)水平低下，鋼鐵冶煉基本處在較原始的狀態(tài)。直到晚清洋務(wù)運動時于 1894 年，在中國漢陽鋼鐵廠建成第一座近代高爐，爐容 248此 后我國煉鐵工業(yè)發(fā)展緩慢，無論生產(chǎn)技術(shù)還是產(chǎn)量都與世界平均水平差距巨大。 20世紀 50 年代，中國先后在鞍山、本溪、武漢、包頭等鋼鐵公司設(shè)計建成了容積為 800 1500高爐，建成了年產(chǎn) 300 萬 t 生鐵規(guī)模的煉鐵廠，設(shè)計采用了自熔性燒結(jié)礦、篩分整粒、高壓爐頂技術(shù)。 60 年代采用了燃料噴吹技術(shù)。同期，成功地設(shè)計了冶煉釩鈦磁鐵礦 (渣中含 25 )的大型高爐，年產(chǎn)含釩生鐵170 萬 t 規(guī)模的煉鐵廠，至 80 年代末已發(fā)展為 280 300 萬 t 的生產(chǎn)規(guī)模。 70年代以來，中國先后采用了無料鐘爐頂、高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐、計算 機控制、余壓回收和余熱利用等技術(shù)。 1985 年，中國寶山鋼鐵總廠建成第一座 4000大型現(xiàn)代化高爐，至 90 年代初，又設(shè)計建成了兩座更加先進的 4000高爐，形成了年產(chǎn) 1000 萬 t 生鐵規(guī)模的大型煉鐵廠。目前中國生鐵產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一。 料和燃料 高爐煉鐵是將鐵礦石 (含天然礦和人造富礦 )冶煉成生鐵的工序。高爐煉鐵廠是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要組成部分，也可作為生產(chǎn)生鐵的獨立工廠。主產(chǎn)品為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的高爐煉鐵廠以生產(chǎn)煉鋼生鐵為主，而獨立鐵廠一般生產(chǎn)鑄造生鐵，均根據(jù)實際需要 確定。例如， 1980 年日本的鑄造生鐵占生鐵總產(chǎn)量的 而美國則為 高爐煉鐵廠一般包括：高爐主體設(shè)備，高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)，高爐貯礦槽系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、爐頂系統(tǒng)、爐體系統(tǒng)、風(fēng)口平臺出鐵場系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、粗煤氣系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、燃料噴吹系統(tǒng)鐵水等。 3 高爐煉鐵的主要原料包括人造富礦 (如燒結(jié)礦、球團礦等 )和天然鐵礦石。設(shè)計中通常以熔劑性燒結(jié)礦為主，必要時配入少量球團礦，燒結(jié)礦和球團礦用量占含鐵原料量的 85 (即熟料率 )以上，直 接入爐的天然礦石一般采用富塊礦。輔助原料主要包括熔劑 (石灰石、白云石 )、錳礦、螢石和廢鐵。熔劑應(yīng)盡量配入燒結(jié)礦中，直接入爐部分只作調(diào)劑爐渣成分用。高爐煉鐵的主要燃料是焦炭，要求灰分低 (13 )、含硫低 ()、強度好 (76 )。輔助燃料有煤粉、重油、天然氣等 (見高爐燃料噴吹系統(tǒng)設(shè)計 )，可用以取代部分焦炭，也是調(diào)節(jié)爐況和增產(chǎn)的手段。 要技術(shù)經(jīng)濟指標 高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標是反映煉鐵廠綜合水平的標志，主要有： （ 1） 高爐有效容積利用系數(shù)（ v）。高爐 有效容積系數(shù)是指每晝夜、每 1爐有效容積的生鐵產(chǎn)量，即高爐每晝夜的生鐵產(chǎn)量 P 與高爐有效容積 V 有 之比。v 是高爐煉鐵的重要指標， v 愈大，高爐生產(chǎn)率愈高。目前， 誤 !未找到引用源。 d）。 （ 2）焦比（ K）。焦比是指冶 煉每噸生鐵所消耗的焦炭量，即每晝夜焦炭消耗量 生鐵產(chǎn)量 P 之比。焦炭的消耗量約占生產(chǎn)成本的 3040， 焦炭價格昂貴，降低焦比可降低生鐵成本。 （ 3）燃料比。高爐采用噴吹煤粉、重油或天然氣后，折合每煉一噸生鐵所消耗的燃料總量。每噸生鐵的噴煤 量和噴油量分別稱為煤比和油比。此時燃料比等于焦比加煤比加油比。根據(jù)噴吹的煤和油置換比的不同，分別折合成焦炭 (再和焦比相加稱為綜合焦比。燃料比和綜合焦比是判別冶煉一噸生鐵總?cè)剂舷牧康囊粋€重要指標。 （ 5）高爐煉鐵強度。冶煉強度是指高爐每晝夜高爐燃燒的焦炭量 高爐容積 V 有 的比值，是表示高爐強化程度的指標，單位為 t/(md)。 （ 6）休風(fēng)率。休風(fēng)率是指休風(fēng)時間占全年日歷時間的百分數(shù)。降低休風(fēng)率是高爐增產(chǎn)的重要途徑一般高爐休風(fēng)率低于 2。 （ 7）生鐵合格率。生鐵合格率是指化學(xué)成分符合規(guī)定要求的生鐵量 占全部生鐵產(chǎn)量的百分數(shù)，是評價高爐優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主要指標。 （ 8） 高爐一代壽命 。高爐一代壽命是指從點火開爐到停爐大修之間的冶煉時間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時間。大型高爐一代壽命為 10 15年。 4 代高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展 自 19 世紀中葉起高爐煉鐵發(fā)展速度加快，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。主要有： （ 1）采用精料。 19 世紀 40 年代開始生產(chǎn)人造富礦 (燒結(jié)礦、方團礦和球團礦等 )。起初燒結(jié)配料中不加熔劑，燒結(jié)礦是自然堿度的，到 20 世紀中葉發(fā)展為自熔性燒結(jié)礦，進而發(fā)展成熔劑性燒結(jié)礦，其冶金性能大為改善，高堿度燒結(jié)礦和球團 礦成為高爐的主要原料，高爐基本上不再加石灰石。此外，礦石混勻、整粒、篩分等技術(shù)也有很大發(fā)展。與此同時焦炭質(zhì)量也不斷提高。這些，使高爐冶煉指標明顯改善。 （ 2） 高爐大型化。 1860年以前高爐最大容積為 100 300m，產(chǎn)量 30 50t/d；到 19 世紀末容積增大到 500 700 m，產(chǎn)量 400 500t/d；進入 20 世紀爐容不斷擴大到 1000 3000 m，到 20 世紀后期容積增大到 4000 5000 m，最大的達 5500 m，日產(chǎn)鐵萬噸以上。 （ 3）上部和下部調(diào)劑技術(shù)。其內(nèi)涵是對高爐上部調(diào)整裝料制度 (包括批重、裝料順序、料線、溜槽角位或活動爐喉擋位等 )與下部調(diào)整送風(fēng)制度 (包括風(fēng)口風(fēng)速、鼓風(fēng)動能及其他鼓風(fēng)參數(shù) )相結(jié)合來獲得高爐內(nèi)合理的爐料分布和煤氣分布，以達到爐子穩(wěn)定順行，煤氣利用率高，焦比低的效果。為便于靈活布料， 1970年盧森堡保爾渥斯公司 (明了無鐘爐頂，于 1972 年首次在德國漢博恩廠應(yīng)用后迅速推廣，這是爐頂設(shè)備的又一次革命。 （ 4）高壓操作。以前高爐爐頂壓力為 20 世紀中期出現(xiàn)了高壓 (爐頂 )操作，初期爐頂壓力提高到 右，隨著鼓風(fēng)機能力加 大，和設(shè)備制造水平提高，到 20 世紀后期爐頂壓力已達到 于爐內(nèi)壓力提高，煤氣速度減慢，使高爐的冶煉強度和利用系數(shù)提高了一大步。 （ 5）富氧鼓風(fēng)。為減少煤氣體積，利于爐況順行，提高冶煉強度和產(chǎn)量，20 世紀中葉出現(xiàn)了富氧鼓風(fēng)技術(shù)，即在高爐鼓風(fēng)中兌入一部分工業(yè)氧氣。但由于風(fēng)口前火焰溫度的限制，這項技術(shù)在 20 世紀 60 年代高爐噴吹燃料技術(shù)發(fā)展起來以后，才得到廣泛應(yīng)用。 （ 6）加濕鼓風(fēng)與脫濕鼓風(fēng)。為避免大氣濕度波動對高爐冶煉產(chǎn)生不良影響和防止提高風(fēng)溫時風(fēng)口前火焰溫度過高導(dǎo)致爐況不穩(wěn)定， 50 年代一 度廣泛應(yīng)用加濕鼓風(fēng)技術(shù)，即在鼓風(fēng)中加入部分水蒸氣，通過調(diào)整加入蒸汽的量來控制鼓風(fēng)濕度。 60 年代起高爐大量噴吹燃料以后，風(fēng)口前的火焰溫度已不是過高而是常常不足，于是加濕鼓風(fēng)逐漸用得少了，反而又出現(xiàn)了脫濕鼓風(fēng)技術(shù)，即將鼓風(fēng)中的自然水分脫除到適當水平以保持風(fēng)口前適當?shù)幕鹧鏈囟?，同時又使鼓風(fēng)濕度保持穩(wěn)定。 （ 7）高風(fēng)溫技術(shù)。隨著原料的改善，噴吹燃料技術(shù)的發(fā)展，操作水平的提 5 高，以及熱風(fēng)爐構(gòu)造和耐火材料的改進，高爐風(fēng)溫水平從 20 世紀中期的 500600 提高到 20 世紀后期的 1100 1350 。由于風(fēng)溫水平大幅度提高， 焦比顯著降低了。 （ 8）噴吹燃料技術(shù)。為大量降低高爐焦比， 60 年代起普遍采用了從高爐風(fēng)口噴吹燃料的技術(shù)。噴吹燃料的種類主要有重油、天然氣和煤粉。由于噴重油和天然氣比噴煤粉設(shè)備相對簡單， 60 70 年代多數(shù)高爐都噴重油和天然氣，只有美國和蘇聯(lián)的少數(shù)幾座高爐噴煤粉。中國根據(jù)自己的資源特點重點發(fā)展了噴煤粉，到 70 年代末全國重點鋼鐵企業(yè)已有 40 座高爐噴煤粉，占當時重點鋼鐵 企業(yè)高爐總數(shù)的 1966 年首都鋼鐵公司的高爐平均噴煤量達到 159kg/t，焦比降到 476kg/t，其中 1 號高爐年平均噴煤 225kg/t，最 好的月份噴煤量達 279kg/t，焦比為 336kg/t，創(chuàng)世界噴煤最高紀錄。當時中國噴煤高爐之廣，噴煤量之多，引起世界矚目。 80年 代起，由于油價高漲，焦爐老化，煉焦煤和焦炭短缺，以及環(huán)保對焦爐的限制等因素，世界高爐迅速轉(zhuǎn)向噴煤，到 90 年代噴煤量多的已達到 200kg/t 以上，焦比降到 300kg/t 以下。 （ 9）低硅生鐵冶煉技術(shù)。由于降低生鐵含硅量高爐可以降低焦比和提高產(chǎn)量，同時對轉(zhuǎn)爐煉鋼也有好處；也由于原料改善，風(fēng)溫提高和操作水平提高，為降硅創(chuàng)造了條件， 20世紀后期煉鋼生鐵含硅量逐步降低，到 20 世紀末，許多高爐 的生鐵含硅量已降到 水平。 （ 10）高爐長壽技術(shù)。隨著原料質(zhì)量和操作水平的提高，以及高爐耐火材料質(zhì)量的改進 (包括碳磚和碳化硅磚等優(yōu)質(zhì)耐火材料的應(yīng)用 )和冷卻方法的進步， 70年代以后，高爐壽命顯著延長，到 90 年代已達到 10 15 年，最高達到 20 年。一代爐役單位爐容產(chǎn)鐵量達到 7000 9000t/m，高的達到 12000t/m。 （ 11）自動控制技術(shù)。隨著機械化、自動化技術(shù)的發(fā)展和電子計算機的應(yīng)用，高爐的自動控制水平在 20 世紀后 30 年間有很大發(fā)展。不僅上料系統(tǒng)、熱風(fēng)爐燃燒和換爐、爐前操作等各環(huán) 節(jié)實現(xiàn)了自動化操作，爐內(nèi)冶煉過程控制也由于人工智能、專門系統(tǒng)的應(yīng)用有很大提高。 國高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢 近 10 年來 ， 中國高爐大型化、高效化、現(xiàn)代化、長壽化、清潔化發(fā)展進程加快 ， 煉鐵不僅表現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟指標的顯著提高，也表現(xiàn)在工藝技術(shù)裝備水平迅速提升 ， 其中有些已經(jīng)進入了世界先進行列。 目前煉鐵技術(shù)發(fā)展趨勢主要包括： (1) 在今后較長時期內(nèi)，高爐煉鐵仍將是生鐵生產(chǎn)的主要手段。由于世界焦煤儲量短缺，高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展將在精料的基礎(chǔ)上進一步降低焦比，開發(fā)非 6 焦煤能源的利用，如提高煤粉噴吹量。在降低高爐 能耗的同時，發(fā)展長壽技術(shù)，開發(fā)計算機專家系統(tǒng)，爐容逐步大型化。 (2) 直接還原法作為高爐煉鐵法的補充，將在鋼鐵工業(yè)發(fā)展中占有一定地位。它可以不用焦炭，而以天然氣、石油、非焦煤等為能源。 20 世紀 60 年代進入工業(yè)化階段后，直接還原鐵在特殊鋼和優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)中發(fā)揮提高產(chǎn)品質(zhì)量的特殊作用。 (3) 熔融還原法煉鐵擺脫了高爐法對于昂貴焦炭以及直接還原法對于天然氣、石油的依賴，縮短了生產(chǎn)工藝流程，減少了環(huán)境污染，生產(chǎn)的鐵水適用于轉(zhuǎn)爐煉鋼。 1989 年南非鋼鐵公司 (建的 30 萬 t a 熔融還原裝置投入生產(chǎn)。90 年代許多國家籌劃建設(shè)熔融還原裝置。預(yù)期熔融還原技術(shù)將有較大發(fā)展。 雖然中國高爐煉鐵已達到國際先進水平，但仍要像國外一樣，圍繞著實現(xiàn)高效化、低燃料比、高爐長壽、以及環(huán)保等方面持續(xù)進行改進和優(yōu)化。 （ 1） 以合理的大型化帶動高效化 在過去的幾年里，中同在高爐大型化方面取得了很大的成績。大于 1000m的高爐由 2003 年的 58 座發(fā)展到現(xiàn)在的 100 余座，而且有多座大于 4000m的超大型高爐投產(chǎn)或正在建設(shè)。然而，還應(yīng)當清楚地看到，除了仍存在大量需要政策淘汰的小于 300m的高爐外，仍還有約 500 座左右的 300 1000 m 的高爐。這些高爐都面臨著不同程度的大型化問題。在高爐大型化的過程中，各廠需要針對具體情況，確定合理的高爐容積。一個公認的事實是，大型高爐對入爐原燃料質(zhì)量的要求更加嚴格。這與品質(zhì)不斷下降的鐵礦石和煉焦煤的供應(yīng)形成尖銳的矛盾。研究確定適應(yīng)原燃料條件的最佳高爐容積是一個非常有意義的課題。國外在高爐大型化的過程中，十分重視原有基礎(chǔ)設(shè)施的利用，以最大限度地減少一次性投資。這一點也值得借鑒學(xué)習(xí)。 （ 2） 提高富氧率和開發(fā)新爐料 富氧是支持高爐高系數(shù)和高煤比的必要手段。中國的高爐富氧率普遍很低，平均只 有 1左右，且不穩(wěn)定。 應(yīng)努力提高富氧率，特別是對于大型高爐。充分利用煉鋼余氧和建設(shè)專用的低濃度大型制氧設(shè)施是解決問題的有效措施。目前看來，借鑒北美向高爐中加直接還原鐵 /廢鋼的做法尚不具備條件。但隨著國內(nèi)廢鋼積蓄量的激增，供應(yīng)總量的不斷增加，加之進口廢鋼 (2007 年，中國冶金行業(yè)消耗了約 7200 萬噸 廢鋼 )，若干年后，存在著廢鋼作為高爐爐料的可能性。對于中國來說，將來高爐吃廢鋼還是繼續(xù)維持高爐 轉(zhuǎn)爐這一流程事關(guān)鋼鐵行業(yè)的生存。日本的鋼鐵公司和研究單位正在研究的生產(chǎn)含炭鐵礦和由燒結(jié)工藝生產(chǎn)部分還原燒結(jié)礦供高爐使用，這為提高高爐生產(chǎn)效 率和降低燃料比開辟了新路，值得關(guān)注借鑒。 7 （ 3） 提高煤比，降低焦比和燃料比 中國高爐噴煤得到普遍應(yīng)用，但噴煤水平參次不齊。許多企業(yè)在噴吹理念和工藝設(shè)備等方面還需要改進，以不斷提高煤比，降低焦比。例如：將噴煤量作為爐缸熱狀態(tài)的最主要調(diào)劑手段，頻繁改變煤量限制了煤比的穩(wěn)定提高；在噴煤與富氧之間關(guān)系上存在爭議，認為低煤比時無需富氧，影響了富氧的使用和帶來的煤比提高；一些噴吹系統(tǒng)設(shè)計不合理，噴吹的穩(wěn)定性差，各風(fēng)口的分配精度低，缺乏必要的連續(xù)噴吹保障手段，導(dǎo)致高爐難以接收高煤比；許多噴槍的材質(zhì)差、結(jié)構(gòu)簡單，造成經(jīng)常性燒槍停 煤。北美的多種物料噴吹經(jīng)驗值得學(xué)習(xí)借鑒。各廠應(yīng)根據(jù)各自的條件，積極嘗試新的物料噴吹，以期取得更好的節(jié)焦降耗效果。高風(fēng)溫是提高煤比和直接降低焦比的有效手段。應(yīng)充分利用鼓風(fēng)濕分在控制風(fēng)口燃燒溫度和爐缸熱狀態(tài)方面的作用，減少撤風(fēng)溫調(diào)爐溫的機率，盡可能維持風(fēng)溫穩(wěn)定在最高水平。 （ 4） 穩(wěn)定高爐操作，實現(xiàn)長壽 中國在高爐長壽的設(shè)計和維護長壽的手段等方面已取得了顯著的成績，一些大高爐的壽命已達到世界先進水平。需要重視的是高爐操作對長壽的影響。要努力保持穩(wěn)定操作條件，通過出鐵制度和提高焦炭質(zhì)量來控制渣鐵流動方式，避免爐缸過度和局 部磨損。要避免追求一時的高產(chǎn)指標而帶來對高爐本體和設(shè)備的損害。 （ 5） 完善監(jiān)測控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行 高爐的穩(wěn)定順行是取得良好操作指標和實現(xiàn)長壽的基礎(chǔ)。而完善的高爐監(jiān)測控制系統(tǒng)是實現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行的重要保障。與國外企業(yè)相比，中國大多數(shù)企業(yè)的原燃料穩(wěn)定性較差，更需要嚴格的監(jiān)測控制。如，要提高燒結(jié)混合料水分的測量和控制精度，降低燒結(jié)指標和燒結(jié)礦質(zhì)量的變化；要加強對入爐原燃料成分和性能檢測的頻率，及時發(fā)現(xiàn)問題；要重視在料面和爐身的爐料、溫度、氣流分布的測量和控制，避免爐內(nèi)徑向不均勻現(xiàn)象；要加強對爐缸工作狀態(tài) (鼓風(fēng)和 噴吹參數(shù)、風(fēng)口燃燒狀態(tài)、渣鐵液位及流動方式、爐缸磨損、渣鐵溫度和流量、鐵口深度等 )的監(jiān)測和控制，保證爐缸的工作穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，要廣泛開發(fā)應(yīng)用適合于本廠情況的高爐專家系統(tǒng)，發(fā)揮其在保障高爐穩(wěn)定順行中的作用。 （ 6） 優(yōu)化流程和配置，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗 中國在高爐流程中的許多技術(shù)革新處于世界領(lǐng)先地位，如煤氣干法除塵在大型高爐的應(yīng)用，高爐噴煤新技術(shù)，各種新型熱風(fēng)爐系統(tǒng)，多種渣處理技術(shù)，以及各種能量回收裝置。這些對系統(tǒng)的節(jié)能降耗均已起到積極的作用。然而，應(yīng)當看到，在整個流程和配置中，還存在許多在節(jié)能降耗方面可以改進的方面， 包括上述各項技術(shù)本身。研究合理的燒結(jié)余熱回收流程設(shè)計，擴大能量回收的效率并降低投資。研究煤氣干法除塵的系統(tǒng)運行可靠性問題，應(yīng)保證煤氣無異常放散，以 8 及無塵進入熱風(fēng)爐影響熱風(fēng)爐壽命問題。研究確定合理的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式和預(yù)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。研究制粉和噴吹過程的參數(shù)優(yōu)化，降低噴煤的系統(tǒng)能耗。對煉鐵系統(tǒng)各高壓電機的變頻節(jié)能改造。高爐脫濕鼓風(fēng)的技術(shù)條件和使用規(guī)則，確定適合的燒結(jié)煙氣處理流程等。 （ 7） 控制污染排放，實現(xiàn)達標生產(chǎn) 受多種因素的影響，中國高爐煉鐵在環(huán)保方面欠債較多，需要盡快補償和改進。應(yīng)全面實施出鐵場的煙塵控制，消除出鐵 時的無組織排放；應(yīng)將工藝控制和末端治理相結(jié)合，對燒結(jié)煙氣進行適宜的處理，滿足粉塵和 污染物排放標準。對尚未納入考核體系的污染物排放，如 二惡英等，應(yīng)提前做好應(yīng)對方案。 （ 8） 降低鐵鋼比，減少 放是高爐煉鐵流程生存發(fā)展的一個巨大的潛在威脅。有資料顯示，工業(yè)的 放占全球排放的 21。而在工業(yè)行業(yè)內(nèi)，鋼鐵工業(yè)的排放量占約15，被認為是最大的排放行業(yè)之一。中國巨大的鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模使這一比例大幅度上升。因此，極有可能在未來的某一時刻，中國的鋼鐵工業(yè)會受到 放量的限制 (歐洲已開始實施 )。而行業(yè)內(nèi)部受影響最大的自然是高爐煉鐵。高爐轉(zhuǎn)爐流程的 放量是 1700kg/t(鋼 )，而廢鋼 電爐流程則是約400kg/t(鋼 )。二者在能耗方面的差距也是巨大的。因此，鐵鋼比是影響噸鋼 2007 年，中國的鐵鋼比為是 如能按全球的 可少排 t，可節(jié)約燃料消耗約 1 億 t。如此巨大的減排和節(jié)能潛力始終會引起各方的嚴重關(guān)注。因此，無論是從外部 排的要求，還是內(nèi)部鋼鐵行業(yè)節(jié)能的需要，逐步降低中國的鐵鋼比是發(fā)展的必然趨勢。當然，高爐使用 新型爐料 (如廢鋼和預(yù)還原爐料等 )和清潔燃料等，也是自我完善，增加其自身生存能力的必要手段。深入研究開發(fā)各種 排工藝和技術(shù)也是一項迫切的工作。 本設(shè)計的目的和任務(wù) 本次設(shè)計為年產(chǎn) 250 萬噸煉鋼生鐵的高爐車間設(shè)計。要求廣泛查閱相關(guān)文獻并進行全面評述，選擇工藝流程并論證，進行設(shè)計計算，繪制圖紙，編寫設(shè)計說明書等。 本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：文獻綜述，廠址選擇，工藝流程及主要經(jīng)濟技術(shù)指標的選擇與論證，高爐煉鐵綜合計算，高爐本體設(shè)計，高爐附屬系統(tǒng)設(shè)計，車間布置設(shè)計等部分。另外還有主體設(shè)備圖紙 2 張（ 紙及手繪圖紙各一張） ,車間廠房配置圖 2 張（平面圖和立面圖各一張），設(shè)備流程圖 1 張。 9 第二章 廠址選擇 廠址選擇是指在 一定 的區(qū)域內(nèi)選擇建廠的地區(qū)，并 對該 廠址 選擇 方案分析評價 的 過程。廠址選擇是 工廠 建設(shè) 的重要 內(nèi)容 ，要考慮到 到工業(yè)布局的落實、投資的地區(qū)分配、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、生態(tài)平衡等問題， 還要根據(jù)自身特點選擇具體地點，盡量減少建設(shè)投入。 址選擇一般原則 （ 1）滿足工業(yè)布局 工業(yè)建設(shè)項目建設(shè)地區(qū)和建廠地址的選擇，都必須按照全國工業(yè)布局或地區(qū)規(guī)劃的要求，并考慮各不同工業(yè)部門布局的特點。正確處理局部 和全局的關(guān)系，工業(yè)部門之間的關(guān)系，中央工業(yè)和地方工業(yè)的關(guān)系，統(tǒng)籌兼顧，全面安排。 （ 2）符合城市規(guī)劃 新建工業(yè)企業(yè)的廠址若在現(xiàn)有城市范圍內(nèi)，應(yīng)符合城市總體規(guī)劃布局的要求。若遠離城市新建企業(yè)，一般地說，隨著大中型企業(yè)興建而形成一獨立的工業(yè) 區(qū)或逐步形成一工業(yè)城鎮(zhèn)。在選定廠址時要使其符合城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃，使廠區(qū)和居住區(qū)的相對位置符合城鎮(zhèn)功能分區(qū)的要求。當有條件時，盡可能利用現(xiàn)有居民點、交通運輸設(shè)施和公用工程設(shè)施。 （ 3）重視節(jié)約用地 貫徹執(zhí)行 “ 十分珍惜和合理利用每寸土地，切實保護耕地 ” 的基本國策。不占或少占 良田及經(jīng)濟效益高的土地，充分利用荒地和劣地。當有條件時，可結(jié)合場地平整余土造田。 （ 4）靠近原、燃料基地 落實和充足的資源條件是企業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)和前提。在資源條件落實的情況下要使擬建企業(yè)廠址靠近原、燃料基地，當有多個原、燃料基地時，宜靠近一個主要的。這樣，不僅企業(yè)有可靠而近便的原、燃料供應(yīng)，減少運距，節(jié)省運費，而且也減少企業(yè)大宗原、燃料運輸對國家運輸網(wǎng)絡(luò)的壓力。 （ 5）交通運輸方便 方便的交通運輸條件是企業(yè)建設(shè)和生產(chǎn)所必須的。建設(shè)期間要有大量的材 10 料、設(shè)備從各地源源不斷的運進，投產(chǎn)之后，不僅有大宗原、燃料運 入，而且有大量的成品運往各地，這就要求所選廠址必須有方便的交通運輸條件。特別是大型企業(yè)，每天的運入和運出量都很大，對這一原則的考慮就顯得特別重要。 （ 6）水源電源可靠 要確保企業(yè)建設(shè)，尤其是投產(chǎn)后的正常生產(chǎn)，可靠的水源和電源是必須條件。有的企業(yè)不僅要求建廠的地區(qū)有充足的水量，而且對水質(zhì)和水溫也有一定要求。電源也是一樣，不僅要求有足夠的電源，有的企業(yè)或企業(yè)的重要設(shè)備或設(shè)施要求有二路電源同時供電。所以，選廠時，應(yīng)根據(jù)企業(yè)對水源和電源的要求切實落實。水源和電源不僅考慮企業(yè)既定規(guī)模的用量，且能適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的要求。特 別是對耗量大的企業(yè)，充足可靠的水源、電源是確定企業(yè)廠址的關(guān)鍵因素。 （ 7）有利保護環(huán)境 選擇廠址應(yīng)考慮保護環(huán)境和景觀，廠址不應(yīng)靠近和影響風(fēng)景游覽和自然保護區(qū)，不應(yīng)位于窩風(fēng)地帶；有污染的企業(yè)應(yīng)遠離居住區(qū)并合理利用風(fēng)向確定其相互位置；企業(yè)應(yīng)位于地表飲用水源的下游。企業(yè)廠址要有利于企業(yè) “ 三廢 ” 處理及排放。 （ 8）有利企業(yè)發(fā)展 一般的說，企業(yè)規(guī)模由小到大逐步發(fā)展，就是一次設(shè)計一次投產(chǎn)的企業(yè)，品種增加、產(chǎn)量提高也是必然的，所以選擇廠址時應(yīng)考慮企業(yè)的發(fā)展，本著遠近結(jié)合，以近期為主的原則，適當留有發(fā)展余地。 （ 9）方便企業(yè)協(xié)作 選擇廠址時，應(yīng)盡可能同鄰近企業(yè)協(xié)作，盡量共同利用或部分共同利用交通運輸設(shè)施（如鐵路專用線、編組站、港口碼頭等），公用工程（水、電、動力設(shè)施等），機修及生活福利設(shè)施。這些設(shè)施與周圍企業(yè)協(xié)作共建，以節(jié)約投資，加快建設(shè)速度。 設(shè)計廠址選擇 業(yè)布局及國家政策 建設(shè)一座 煉鐵 廠，對全國的工業(yè)布局、一個區(qū)或一個城市的合理發(fā)展、各工 業(yè)區(qū)之間的經(jīng)濟協(xié)調(diào)以及農(nóng)業(yè)發(fā)展等起著重要的作用，應(yīng)根據(jù)工業(yè)布局 “ 大分散、 小集中、多搞小城鎮(zhèn) ” 的方針來選擇。 綜合各方面考慮，所設(shè)計的鋼鐵廠選擇在四 川省攀枝花市 。 11 料供應(yīng)及運輸條件 鋼鐵的冶煉是連續(xù)性的，物料吞吐量一般較大。攀西地區(qū)鐵礦石儲量十分豐富，釩鈦磁鐵礦世界聞名。目前已探明 攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦的潛在資源量達到194 億噸，保守估算可新增鐵礦石資源量 噸。就近建廠對鐵礦資源開發(fā)利用大幅度降低生產(chǎn)成本。冶煉渣富含釩鈦，集中堆放后由釩鈦冶煉企業(yè)對其處理消化。 此外，非金屬礦產(chǎn)中，石灰?guī)r、白云巖、硅石、大理巖、石墨、水晶等礦產(chǎn)資源也很豐富。探明的煤礦儲量達 10 億噸，煤炭品種較全，含磷、硫和灰分均較低。攀西地區(qū)水力資源豐富，附近的金沙 江、雅礱江和安寧河水力蘊藏量達4003 萬千瓦，約占中國的 6%，攀西地區(qū)建有長江上游最大的水電站 力供應(yīng)充沛，具有建立鋼鐵與冶金基地的能源條件。 攀枝花市交通運輸比較便利，成昆鐵路經(jīng)過該市，是云南與四川聯(lián)通的門戶。 攀成高速公路已基本建成通車，使其鋼鐵產(chǎn)品能夠便利地運往西南各地，并輻射全國。 動力資源優(yōu)勢 四川省人力資源豐富，一直是我國勞動力輸出大省。攀枝花市依托攀鋼集團建設(shè)逐步發(fā)展，具有完善鋼鐵冶煉、加工，機械，建材等加工制造體系，各類專業(yè)技術(shù)人員和技工人才儲備豐富。四川省境內(nèi) 數(shù)所高校開設(shè)有冶金工程專業(yè)，如： 重慶大學(xué)、攀枝花大學(xué)。具有完善的人才培養(yǎng)機制。 址的協(xié)作條件 煉鐵廠選址 應(yīng)與附近企業(yè)在生產(chǎn)、運輸、公用設(shè)施、綜合利用及生活福利設(shè)施等方面創(chuàng)造協(xié)作條件。正確處理企業(yè)內(nèi)部與外部、企業(yè)各場地間、當前建設(shè)與遠期發(fā)展等各方面的關(guān)系 。 在廠址附近地區(qū)鐵礦石、石灰石、白云石、煤等各種冶煉生產(chǎn)資源豐富，相關(guān)工業(yè)企業(yè)眾多。 通運輸條件便利，水電資源充足，其自然條件和協(xié)助條件都很優(yōu)越 。 址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 攀枝花市的地震等級為 6 級，廠址地表以下 10 米無地下水 層 ，且土層較淺，下部是堅硬的巖石層， 滿足鋼鐵廠所要求的地理、水文條件。 根據(jù)上述原則，本設(shè)計選擇四川省攀枝花市作為設(shè)計建廠地址。 12 第三章 工藝流程及主要經(jīng)濟技術(shù)指標的選擇與論證 爐煉鐵工藝流程 高爐煉鐵工藝是是將含鐵原料（燒結(jié)礦、球團礦或鐵礦）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它輔助原料（石灰石、白云石、錳礦等）按一定比例自高爐爐頂裝入高爐，并由熱風(fēng)爐在高爐下部沿爐周的風(fēng)口向高爐內(nèi)鼓入熱風(fēng)助焦炭燃燒（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料），在高溫下焦炭中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化 碳和氫氣。原料、燃料隨著爐內(nèi)熔煉等過程的進行而下降，在爐料下降和上升的煤氣相遇，先后發(fā)生傳熱、還原、熔化、脫炭作用而生成生鐵，鐵礦石原料中的雜質(zhì)與加入爐內(nèi)的熔劑相結(jié)合而成渣，爐底鐵水間斷地放出裝入鐵水罐，送往煉鋼廠或鑄造廠。同時產(chǎn)生高爐煤氣，爐渣兩種副產(chǎn)品，高爐渣鐵主要礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成，自渣口排出后，經(jīng)水淬處理后全部作為水泥生產(chǎn)原料；產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐煉鐵工藝流程見圖 313 圖 3爐煉鐵工藝流程 爐煉鐵主 要經(jīng)濟技術(shù)指標 （ 1） 高爐有效容積利用系數(shù) (高爐有效容積利用系數(shù)即每晝夜生鐵的產(chǎn)量與高爐有效容積之比，即每晝夜 1m有效容積的生鐵產(chǎn)量?？捎孟率奖硎荆?有 高爐有效容積利用系數(shù)， t /(m3d) P 高爐每晝夜的生鐵產(chǎn)量， t /d 有V高爐有效容積， 14 V是高爐冶煉的一個重要指標，有效容積利用系數(shù)愈大，高爐生產(chǎn)率愈高。目前，一般大型高爐超過 些先進高爐可達到 型高爐的更高，100 300爐的利用系數(shù)為 （ 2） 焦比（ K ） 焦比即每晝夜焦炭消耗量與每晝夜生鐵產(chǎn)量之比，即冶煉每噸生鐵消耗焦炭量?？捎孟率奖硎荆?式中 K 高爐焦比， kg/t P 高爐每晝夜的生鐵產(chǎn)量， t /d 高爐每晝夜消耗焦炭量， kg/d 焦比可根據(jù)設(shè)計采用的原燃料、風(fēng)溫、設(shè)備、操作等條件與實際生產(chǎn)情況進行全面分析比較和計算確定。當高爐采用噴吹燃料時，計算焦比必須考慮噴吹物的焦炭置換量。本設(shè)計中取 K=450kg/t （ 3） 煤比（ Y ） 冶煉每噸生鐵消耗的煤粉為煤比。本設(shè)計煤比為 90kg/t 。 （ 4） 冶煉強度（ I ）和燃燒強 度（ i ） 高爐冶煉強度是每晝夜 31m 有效容積燃燒的焦炭量 ,即高爐每晝夜焦炭消耗量與有 本設(shè)計 I =1.1 t/m3d。 燃燒強度 i 既每小時每平方米爐缸截面積所燃燒的焦炭量。 本設(shè)計 i=m2d。 （ 5） 生鐵合格率 化學(xué)成分符合國家標準的生鐵稱為合格生鐵，合格生鐵占總產(chǎn)生鐵量的百分數(shù)為生鐵 合格率。它是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標。 （ 6） 生鐵成本 生產(chǎn)一噸合格生鐵所消耗的所有原料、燃料、材料、水電、人工等一切費用的總和，單位為元 /t。 （ 7） 休風(fēng)率 休風(fēng)率是指高爐休風(fēng)時間占高爐規(guī)定作業(yè)時間的百分數(shù)。先進高爐休風(fēng)率小 于 1。 有 15 （ 8） 高爐一代壽命 高爐一代壽命是從點火開爐到停爐大修之間的冶煉時間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時間。大型高爐一代壽命為 10 15 年 。 第四章 高爐煉鐵綜合計算 高爐煉鐵需要的礦石、熔劑和燃料 (焦炭及噴吹燃料 )的量是有一定規(guī)律的，根據(jù)原 料成分、產(chǎn)品質(zhì)量要求和冶煉條件不同可以設(shè)計出所需的工藝條件。對于煉鐵設(shè)計的工藝計算，燃料的用量是預(yù)先確定的，是已知的量，配料計算的主要任務(wù)，就是計算在滿足爐渣堿度要求條件下，冶煉預(yù)定成分生鐵所需要的礦石、熔劑數(shù)量。對于生產(chǎn)高爐的工藝計算，各種原料的用量都是已知的，從整體上說不存在配料計算的問題，但有時需通過配料計算求解礦石的理論出鐵量、理論渣量等，有時因冶煉條件變化需要作變料計算 1。 爐配料計算 配料計算的目的，在于根據(jù)已知的原料條件和冶煉要求來決定礦石和熔劑的 16 用量，以配制合適的爐渣成分和獲 得合格的生鐵。 知條件 始數(shù)據(jù)整理 生產(chǎn) 中 原始 資料 分析常常不完全 ， 或元素分析和化合物分析不 相 吻合，加之分析方法不同存在分析誤差，以致各種化學(xué)組成之和不等于 100%。因 此，應(yīng)該先確定元素在原料存在的形態(tài)，然后進行核算，使總和為 100%。 換算為 100%方法，可以均衡地擴大或縮小各成分的百分比，調(diào)整為 100%，或者按照分析誤差允許的范圍，人為的調(diào)整為 100%。調(diào)整幅度不大時，以調(diào) 整 宜。 在各種原料中化合物存在的形態(tài)和有關(guān)換算，按照下述方法處理。燒結(jié)礦分析 的 S， P， 別 以 態(tài)存在。它們的換算為： S 存在形式為 算關(guān)系為： w(w(S)3288% P 存在形式為 算關(guān)系為： w(=w(P)62142% 在形式為 算關(guān)系為： w(w(5571% 式中的 S， P， 元素皆為分析值（百分含量），當要計算 ，需要從生鐵（ 扣除 的 進行換算。 w( (12162w(w(72568856)% 式中的 分析所得燒結(jié)礦的全鐵和氧化亞鐵的百分含量， 換算所得的硫化亞鐵量。 天然礦石中的 S 以 態(tài)存在，換算式如下： w(w(S)64120%，式中 S 為分析所得的百分含量。 石選配 在使用 混合 礦石冶煉 時，應(yīng)根據(jù) 礦石 供應(yīng)量及爐渣成分適當配比選取。此時，需要注意以下幾點： （ 1） 礦石含 P 量不應(yīng)該超過生鐵允許含 P 量，因考慮 P 全部進入生鐵，故需要依據(jù)礦石含量事先預(yù)算，若某種礦石冶煉含 P 超標，此種情況下，只能搭配含 P 更低的礦石冶煉。 （ 2） 冶煉鑄造鐵時，應(yīng)該核算生鐵含錳量是否滿足要求。 17 w w( m( /w( 式中： w 生鐵含錳量， %； w( 混合礦含錳量， %； 錳的回收率，一般為 m( 礦石帶入的生鐵的鐵量， kg/t 鐵 ； w( 混合礦含鐵量， %。 （ 3） 冶煉錳鐵時，為保證其含錳量，須檢查礦石含鐵量是否大于允許范圍。 w(礦 =(100ni)/100(w ) 式中： wwwC,wP表示錳鐵中該元素含量， %； w( 錳礦含錳量， %； w( 錳礦允許含鐵量， %； 錳回收率，通常為 （ 4） 適當控制堿金屬 2。 煉條件確定 （ 1） 根據(jù)原料條件，國家標準和行業(yè)標準等確定生鐵成分。 C， P 元素一般操作不能控制，而 n,S 等元素可以改變操作條件加以控制。 （ 2） 各種元素在鐵，渣和煤氣中的分配比例。按照經(jīng)驗和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)選取。一般可參考表 4 。 表 4見元素分配率（ %） 原料 n P S V 生鐵 渣 氣 （ 3） 爐渣堿度選擇，堿度主要是取決于爐渣脫硫的要求，此外若冶煉低硅生鐵釩鈦磁鐵時，還應(yīng)該考慮爐渣抑制硅鈦還原和利于礬的回收能力，在正常爐鋼溫度下，要保證流動性和穩(wěn)定性，因此除了考慮二元堿度外，還需要有適宜的 爐料含堿金屬還應(yīng)該兼顧爐渣排堿要求。本設(shè)計中取堿度 R= （ 4） 燃料比確定。確定燃料比應(yīng)該依據(jù)冶煉鐵種，原料條件，風(fēng)溫水平和生產(chǎn)經(jīng)驗等全面衡定，在有噴吹條件下，力爭多噴燃料。 （ 5） 原燃料成分分析，入爐原料成分見表 4 表 4爐原料成分（ %） 物料 n P S 結(jié)礦 18 球團礦 口礦 09 0 合礦 塵 灰石 0 0 0 0 炭灰 0 0 0 0 灰 0 0 0 0 表 4料 2他 燒損 合計 燒結(jié)礦 0 團礦 0 0 0 口礦 0 合礦 0 塵 0 灰石 0 0 炭灰 0 0 0 0 灰 0 0 0 0 6） 焦炭成分分析見表 4 表 4炭成分（ %） 固定碳 灰分 2 續(xù) 表 4發(fā)分 機物 其他 總計 全 S 游離水 O 2 2 S 00 7）噴吹物成分見表 4 表 4吹物成分 （ %） 成 C 2 2 S 灰分 總注：混合礦組成：燒結(jié)礦球團礦進口礦 =70 15 15 19 分 煤粉 00 算方法與過程 為精確配料，現(xiàn)根據(jù)設(shè)計的生產(chǎn)要求，先 根據(jù) 生鐵成分，然后用理論方法進行配料比計算，然后以配出的礦 石為基礎(chǔ)對礦石用量、生鐵中鐵量、渣量及爐渣進行計算，最后 進行 爐渣性能、生鐵成分進行校核。 鐵成分 根據(jù)設(shè)計的要求 ， 生鐵成分 如表 4 表 4鐵成分（） 成分 n S P C % 算混合礦量 根據(jù)以上已知條件，先以 1t 生鐵作為計算單位進行計算，確定礦石配比。在計算時設(shè)定焦炭灰加入量為 20kg/t，煤灰為 10kg/t，爐塵加入量為 t。則： 焦炭 帶入 ： 粉帶入 ： 爐塵帶入 ： 進入渣中 ： 需要混合礦量 ： 據(jù)堿度平衡計算石灰石用量 假設(shè)石灰石加入量為 X t，則： 混合礦帶入 ： 炭帶入 ： 450粉帶入 ： 90炭灰?guī)?： 20灰?guī)?： 10塵帶入 ： 20 石灰石帶入 ： X帶入 ： 合礦帶入 ： 炭帶入 ： 450粉帶入 ： 90炭灰?guī)?： 20灰?guī)?： 10塵帶入 ： 灰石帶入 ： X帶入 ： 于設(shè)計的爐渣堿度 ： ，則解得石灰石加入量為