年产100万吨高炉车间炉体设计

1摘要我国正在生产的高炉有三千三百多座，不同大小的高炉的设计也有所不同，本设计为年产炼钢生铁100万吨的高炉车间的高炉炉体设计，从高炉有效容积利用系数，冶炼强度和燃烧强度，高炉座数的确定，炉容的确定，到高炉炉型设计，炉体各部位尺寸的确定，及各部体积的计算及校核，最终得出误差小于规定范围的设计数据。以及不同部位炉衬的选择，高炉各部位冷却设备的选择，冷却设备的种类，风口及渣铁口设计。关键词：炉体设计；炉衬选择；冷却设备2目录前言....................................................................1第一章高炉主要技术经济指标.............................................21.1高炉有效容积利用系数..............................................21.2焦比（K）........................................................21.3煤比（Y）........................................................21.4冶炼强度（I）和燃烧强度（i）.....................................21.5高炉容量及座数的确定..............................................3第二章高炉炉型设计.....................................................4第三章炉衬选择.........................................................73.1高炉炉基的形状及材质..............................................73.1.1对高炉基础的要求...............................................73.1.2高炉基础结构..................................................73.2高炉炉衬设计......................................................73.2.1炉底...........................................................73.2.2炉缸...........................................................83.2.3炉腹..........................................................83.2.5炉身...........................................................93.2.6炉喉..........................................................10第四章高炉各部位冷却设备的选择........................................114.1冷却设备的种类...................................................114.2高炉冷却的目的及意义.............................................114.3各部位冷却设备...................................................11第五章风口及渣铁口....................................................125.1风口.............................................................125.2铁口.............................................................13参考文献...............................................................141前言我国修建现代化高炉始于1891年，解放前期，铁的年产量只有25万吨，钢为15.8万吨。随着时代的变迁，新中国的炼铁工业从以中小高炉占绝对主导地位起步，到20世纪50年代末大办钢铁时大兴“平地吹”土法烧结和土高炉盛行，再到20世纪8O年代中期300m3、620m3、1000m3高炉通用设计，走过了一条随着时代的变迁的道路。目前，我国正在生产的高炉有三千三百多座。在21世纪，我国高炉炼铁将继续在结构调整中发展。高炉结构调整不能简单地概括为大型化，应该根据企业生产规模、资源条件来确定高炉炉容。从目前的我国实际状况看，高炉座数必须大大减少，平均炉容大型化是必然趋势。高炉大型化，有效容积从1000m3以上乃至3000m3以上超大型高炉。有利于提高劳动生产率、便于生产组织和管理，提高铁水质量，有利于减少热量损失、降低能耗，减少污染点。污染容易集中治理，有利于环保。所有这一切都有利于降低钢铁厂的生产成本，提高企业的市场竞争力。创造更大的经济效益及社会效益。2第一章高炉主要技术经济指标1.1高炉有效容积利用系数(V)高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜1m³有效容积的生铁产量。可用下式表示：有VPv式中v---高炉有效容积利用系数，t/m3·dP---高炉每昼夜的生铁产量，t/d有V---高炉有效容积，m3V是高炉冶炼的一个重要指标，本设计v=2.0t/m3·d1.2焦比（K）焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量。可用下式表示：PQKK式中K---高炉焦比，kg/tP---高炉每昼夜的生铁产量，t/dKQ---高炉每昼夜消耗焦炭量，kg/d焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物的焦炭置换量。本设计的焦比为330kg。1.3煤比（Y）冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计煤比为190kg/d。1.4冶炼强度（I）和燃烧强度（i）高炉冶炼强度是每昼夜1m3有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗量与有V的比值。燃烧强度既每小时每m2炉缸截面积所燃烧的焦炭数量。31.5高炉容量及座数的确定高炉炼铁车间建设高炉的座数，既要考虑尽量增大高炉容积，又要考虑企业的煤气平衡和生铁量的均衡，所以一般根据车间规模，由两座或三座高炉组成即可。由高炉炼铁车间生铁年产量除以年工作日，即得出高炉炼铁车间日产量（t）高炉炼铁车间日产量＝年工作日年产量根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效容积利用系数可以计算出炼铁车间总容积（m3）高炉炼铁车间总容积＝高炉有效容积利用系数日产量高炉有效容积利用系数一般直接选定。大高炉选低值（2.0～2.2左右），小高炉选高值（2.7～3.0左右）。4第二章高炉炉型设计1.确定年工作日设计要求高炉工作日320d/a日产量：)t(3125320101004总P2.定容积选定高炉座数为2座，利用系数v=2.0dmt/3每座高炉日产量：)t(5.15622总PP每座高炉容积：)m(25.7810.25.1562η3'VuPV3.炉缸尺寸1)炉缸直径选定冶炼强度I=1.0dmt/3,燃烧强度燃i=25.4hmt/3则d=燃iVIu13.1=25.425.7810.113.1=6.27取d=6.27m校核AVu=227.6425.781=26.1226.12∈（22,27）所以合理。2)炉缸高度渣口高度hz=227.1dcNPb铁=227.61.758.0105.15622.127.1=1.47取hz=1.47m风口高度fh=khz=5.047.1=2.94取fh=2.94m风口数目n=2×(d+2)=2×(6.27+2)=16.54取n=18个风口结构尺寸选取a=0.7m则炉缸高度1h=fh+a=2.94+0.7=3.64m3）死铁层厚度5选取h0=0.2d=0.2×6.27=1.254m4）炉腰直径,炉腹角,炉腹高度选取dD=1.23则D=1.23×d=1.23×6.27=7.71取D=7.71m选取：5.79α则：89.35.792d-Dh2tg取：89.3h2m校核：4.527.6-71.789.32d-D2hα2tg5.79α∈(79.5°,81.5°)所以合理。5）炉喉直径,炉喉高度选取Dd1=0.70则1d=0.7×D=0.7×7.71=5.40取1d=5.40m选取5h=2.0m6）炉身角,炉身高度,炉腰高度选取：5.83β则：15.105.832-14tgdDh取：15.104hm校核32.75.40-71.715.102-2β14dDhtg5.83β∈(82,84)所以合理。选取DHu=2.9则uH=2.9×D=2.9×7.71=22.35取uH=22.35m求得:3h=uH-1h-2h-4h-5h=22.35-3.64-3.89-10.15-2.0=2.67m4.校核炉容：炉缸体积：3212137.11264.327.64π4πmhdV炉腹体积：6322222257.149)27.627.671.771.7(89.312π)(12πmdDdDhV炉腰体积：3222367.12489.371.74π4πmhDV炉身体积：32221124455.345)40.540.571.771.7(15.1012π)(12πmdDdDhV炉喉体积：32521571.450.240.54π4πmhdV高炉容积：35432187.77771.4555.34567.12457.14937.112mVVVVVVu误差：%43.025.781-777.8725.781-Δ''uuuVVVV1%炉型设计合理，符合要求。7第三章炉衬选择3.1高炉炉基的形状及材质高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到炉基。高炉基础由埋在地下的基座和地面上的基墩组成。3.1.1对高炉基础的要求高炉基础应把高炉全部载荷均匀地传给炉基，不发生沉陷和不均匀沉陷。高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形，管路破裂；不均匀下沉将引起高炉倾斜，破坏炉顶正常布料，严重时不能正常生产。高炉总体设计，对基础的下沉量和倾斜率都有严格要求。具有一定的耐热能力。一般混凝土只能在150℃以下工作，250℃便有开裂，400℃时失去强度，钢筋混凝土700℃时失去强度。过去由于没有耐热混凝土基墩和风冷炉底设施，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至爆炸。采用风冷和水冷炉底及耐火基墩后，可以保证高炉基础很好工作。3.1.2高炉基础结构高炉基础是由基墩和基座组成的。高炉基础的结构主要取决于地质条件和高炉的容积。基墩的作用是隔热和调节铁口标高。基墩用耐热混凝土作成。基墩的形状为圆柱体，直径尺寸与炉底相适应，并要求高度一般为2.5～3.0m，高炉基墩一般都浇注成整体结构，并在周围设置环行钢筋以保证其强度。基墩下部的炉壳外面设有密封钢环，上部与炉壳焊接，下部浇注在基座的混凝土内。钢环与炉壳之间留100～150mm空隙，内填充碳素材料。基墩与基础之间留有10mm的水平温度缝，其间填充石英砂，以抵抗形变损坏。基座的主要作用是将上面传递来的载荷传递给地层。基座的底面积较大，以减小单位面积的地基所承受的压力。基座的直径与载荷和地基土质有关，基座用