工业竖炉资料.docx

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工业竖炉资料

竖炉工艺结构知识　 

  球团竖炉　　

  一种用于焙烧冶金球团的竖炉，属于冶金设备的技术领域。

它包括由炉墙组成的炉膛，设于炉膛下端的锁风卸料装置，炉膛上部的球团料进口和设于炉膛内中部的破碎辊，炉墙下部设有供风喷口，炉膛内设有与炉膛内外相通的燃料管道，所述燃料管道炉膛内部分设有燃料喷嘴。

它结构简单，燃料直接在炉内燃烧，炉宽方向温度均匀，热效率高，焙烧带供热足，球团产量高，质量均匀。

　　包括由炉墙

（1）组成的炉膛，设于炉膛下端的锁风卸料装置（8），设于炉膛上部的球团料进口和设于炉膛内中部的破碎辊（5），其特征在于：

炉墙

（1）下部设有供风喷口（6），炉膛外设有与炉膛内相通的燃料管道（3），所述燃料管道（3）炉膛内部分设有燃料喷嘴

（2）。

  球团竖炉的产品用于冶金高炉冶炼铁水的原料，产品形状为圆形，一般8-16毫米。

  球团竖炉原料一般为磁铁矿粉、褐铁矿粉、赤铁矿粉，辅料为硼润土。

一、球团竖炉的构造

        竖炉按其断面形状分类，有圆形和矩形两种，圆形竖炉是早期出现的，现在除瑞士还保留了几座外，其余几乎都是矩形的。

        国外竖炉的缺点主要有以下几点：

（1）电耗高。

根据瑞典LKAB公司的分析，其电耗高达50kW·h/。

电耗高的主要原因是它的料柱高,冷风向上通过焙烧带时，料层中气流速度高，阻力大，主风机工作压力要求高，因而电耗大。

（2）国外竖炉球团一般采用高热值的燃料，重油或天然气，而且只限于焙烧磁铁矿球团。

        （3）下料速度不均、焙烧和固结不均、球团质量受影响。

        国外竖炉本身是料仓式结构，排料时同一截面的球团矿下料速度不均匀，正对排料口中心下料快，两侧相应下料慢，使球团矿在炉内停留的时间不同，这样焙烧和固结不均，影响球团质量。

        （4）国外竖炉一般采用两条移动胶带以“乙”字形线路布料，一座6.4m，宽2.44m的竖炉布料一次要140s，布料车沿宽度方向要走8个来回。

如再扩大炉型、布料周期必须延长，这就难以保持料面温度分布均匀，不利于操作，影响球团质量。

        我国竖炉的主要特点如下：

        竖炉球团以高炉煤气为燃料，而不像国外竖炉采用高热值的燃料（重油）或天然气、焦炉煤气。

这是因为我国新的炉型结构改善了炉内透气性，燃烧废气和冷却风穿透能力增加，气流分布均匀，焙烧制度合理，有稳定的均热带，为球团再结晶和晶形长大固结创造了条件。

        二、球团竖炉各部位工作环境

（一）燃烧室

        我国8m2球团竖炉通常用矩形燃烧室，配制于竖炉炉膛的两侧。

燃烧室大都是燃烧高炉煤气，燃烧后的废气形成一定的压力，由竖炉火口喷进炉膛焙烧球团矿，最后达到炉顶，经除尘放入大气。

燃烧室的一个突出特点是正压操作。

因此，燃烧室必须密封良好，不能有一点气体泄漏。

        实践证明，竖炉炉体的一个薄弱环节就是燃烧室。

目前，竖炉的一代寿命较短，仅1～3年，这与燃烧室有很大关系，这是由燃烧室的工作环境恶劣所决定的。

燃烧室承受着1100～1120℃的高温及10～20kPa压力，如若砌筑质量不好，极易漏气漏火，所以燃烧室有时可能发生烧穿事故，严重地影响了竖炉的正常作业。

另外，燃烧室温度较高，整个砌体因热膨胀而产生位移。

现有的燃烧室底部框架都是自由地放置在混凝土平台上，平台表面粗糙，热膨胀产生的摩擦力很大，因此容易导致顶部砌体开裂。

        燃烧室不仅是正压操作，承受一定的压力，而且容易烧穿。

烧穿部位大都是拱顶、拱脚、烧嘴、入孔等处，一经烧穿，压力便急剧下降，废气穿透料柱的能力受影响，所以燃烧室一定要密封好。

        除此之外，燃烧室还受拱脚的水平推力作用及炉墙气体的侧压力作用。

竖炉的停开也造成一定的损坏。

        竖炉燃烧室一般都砌成60°拱顶，由于拱的存在，便产生一定的水平推力，拱顶越重，水平推力也就越大。

        竖炉是正压操作，煤气要以一定的压力喷进燃烧室燃烧，生成的热废气有燃烧室火道喷入竖炉炉膛。

由此可见，燃烧室密封不严，就不会形成足够的压力，满足不了焙烧球团矿的工艺要求。

经过计算得知，侧壁所产生的气体压力是很大的。

        竖炉的生产要求停停开开对燃烧室损坏最大。

竖炉长期处于生产状态，燃烧室也就处于高温状态。

耐火砖膨胀到一定尺寸而停止，相对稳定。

但是，如若发生停炉，燃烧室温度就降下来，特别是降到常温，砌体自然收缩。

竖炉开、停。

砌体也就膨胀、收缩，反复几次，砌体就产生裂纹，特别是拱脚，拱顶一活动，就会烧穿。

因此，要保证燃烧室长寿，不仅要砌体符合要求、密封好。

而且要提高竖炉作业率。

这对延长燃烧室寿命至关重要。

        综上所述，燃烧室是竖炉的一个薄弱环节，长期处于高温状态下，其工作环境比较恶劣。

（二）导风墙

        导风墙是竖炉中的又一个薄弱环节，它下面靠金属水梁支撑，常受高温作用、含尘气流的冲刷磨损，还要承受炉料的侧压力。

因此，导风墙的工作环境也很恶劣。

在水梁与砌体的结合处，特别是下部1m处的砌体最易脱落。

所以，导风墙的材质、格孔尺寸及孔壁厚度的选择都很重要。

        三、竖炉用耐火材料

（一）燃烧室

        燃烧室是竖炉的主要砌体，一般采用粘土砖或高铝砖砌筑。

如杭钢两个燃烧室砌砖量大约120t左右。

砌缝要求小于2mm，拱顶等重要部位均采用701灰浆，炉底及其他部位采用一般泥浆。

在砌砖过程中，由于工作面大，砖的数量多，如有一处达不到砌砖质量要求（如砖缝大、泥浆不饱满等），赤热的气体就会从这些薄弱处穿透并沿炉壳内壁窜动，从金属炉壳不严密处漏出。

膨胀问题主要靠砌体外部的保温砖、鸡毛灰等填料，以便缓冲耐火砖砌体的膨胀或收缩。

        本钢168m2竖炉焙烧带截面积宽为2.088m，长为7.056m。

拱干带高1.260m，预热焙烧带高2.660m，均热带2.570m，冷却带为3.500m，炉子排矿辊中心线至炉口高度为12.810m，容积为190m3，喷火口以上是用耐火砖砌筑，以下用高铝砖砌筑。

        燃烧室采用半圆拱顶矩形燃烧室，其优点是结构简单，配制紧凑，密封性好，燃烧室压力低。

为了保证其气密性，每层砖都采用磷酸盐泥浆砌筑，砖缝不大于2mm。

整个燃烧室砌体采用周边膨胀缝。

此外，在燃烧室底部设置若干组多向滑动支座。

一方面用以补偿热膨胀造成的位移，另一方面可减少捣固燃烧室也很简单可靠。

（二）导风墙

        竖炉采用导风墙技术，是我国的一个创新，它的存在，是炉内有了通道，有效地缩短了冷却风所通过的料层，使阻力大大减小，冷却风量相对增加，冷却效果得到改善，同时也使主风机电耗大大降低。

导风墙工作条件恶劣，它不仅承受高温气流的冲刷，而且也受到球团矿巨大的侧压力及磨损。

所以，要求导风墙用砖性能优异，一般采用优质粘土砖或高铝砖。

竖炉简介

　　炉身直立，炉盖上带有竖井，并利用电弧炉排出的高温废气在竖井内预热废钢的超高功率电弧炉。

炉气在炉内向上运动。

与炉料之间呈逆流换热；多数竖炉的炉料与燃料直接接触。

按工艺用途分熔炼竖炉和焙烧竖炉两大类。

编辑本段熔炼竖炉

　　常用的有高炉、炼铜、炼锌和炼铅用的鼓风炉、化铁用的冲天炉等。

炉体外层是钢壳，内砌炉衬。

炉体下部高温区的炉衬中有水冷箱。

有些竖炉的部分炉体由钢板水套作成水冷壁（例如炼铜、炼铅鼓风炉）。

水冷虽然增加炉子热损失，但是可以延长炉子寿命和提高生产率。

　　高炉、冲天炉和小型炼铜鼓风炉的横截面为圆形。

炼铜、炼铅的大型鼓风炉，为了防止杂质（铁等）还原过多，炉子高度不宜过大（料柱高8米）,所以鼓风压力较小，风的穿透能力小。

如果炉子直径过大，则炉内气流分布不均匀，因此，采用矩形截面，风口处的对侧宽度仅1～2米，炉子长度可达20～30米。

使用热风能提高炉温，高炉鼓风都经预热。

　　熔炼竖炉的炉缸有三种典型结构:

①高炉型结构,铁水和炉渣在炉缸中分离，每隔一段时间，分别从铁口和渣口放出。

②炼铅鼓风炉型结构，熔炼过程中虹吸口内始终存满铅液，像是个“水封”，从虹吸口连续放出铅液。

③带有前室的结构（部分冲天炉），金属液和炉渣连续不断地流入用煤气或重油加热的前室。

前室一方面起保温作用，另一方面又可使铁水成分趋于均匀。

　　炉顶的构造，有敞开的和密闭的两种。

废气出口位于炉顶中心或炉顶侧面。

高炉炉顶排放的煤气（高炉煤气）含一氧化碳量较大，净化后可作燃料。

炼铜、炼镍鼓风炉的炉顶煤气含二氧化硫量较多，可回收制酸。

　　竖炉料柱应有良好的透气性，所以要求炉料粒度均匀，粉料最多不超过10％。

精矿粉必须经过烧结或制成球团，才能入炉。

炉顶的装料和布料装置能使炉料透气均匀。

鼓风压力的高低，取决于气体通过料柱时的压力损失大小。

编辑本段焙烧竖炉

　　用于焙烧各种物料，如铁矿石、铁精矿球团、有色金属矿石、粘土矿物、石灰石等。

物料在焙烧过程中始终保持固态。

　　附10平方米圆形竖炉图片:

[1]

竖炉球团焙烧车间设计

竖炉球团焙烧车间设计（engineeringdesignofshaftfurnacepelletindurationplant）

将生球用竖炉焙烧成球团矿的车间设计。

竖炉为立式炉，生球自竖炉上部炉口装入，在自身重力作用下，通过各加热带及冷却带，达到排料端。

在炉身中部两侧设有燃烧室，产生高温气体喷入炉膛内，对球团进行干燥、预热和焙烧。

在炉内初步冷却球团矿后的一部分热风上升通过导风墙和干燥床，以干燥生球。

竖炉球团焙烧车间设计主要内容包括：

物料平衡与热工计算、竖炉生产能力及规格选定、燃料选用、竖炉炉体设计、布料设备选择、排矿设备设计与选择、炉外冷却设备选择、工艺风机选择、工艺除尘装置选择、成品球上料系统设计、汽化冷却系统设计、自控与监测系统设计和主要设计技术经济指标等。

竖炉球团厂工艺流程见图1。

物料平衡与热工计算  根据原料和燃料的条件，求出燃料消耗量及其它有关参数；计算通过导风墙内外的冷风量。

为了校核和计算各带界面上的物料和气体温度，还需分别对干燥带、预热焙烧带、均热带、冷却带进行区域热平衡计算，最后绘制竖炉内气体平衡图（包括空气、煤气、燃烧产物之间的体积、温度等的变化与平衡），其示意图见图2。

竖炉生产能力及规格选定  竖炉焙烧磁铁精矿球团的利用系数为4～5t／（m2•h）。

8m2竖炉（面积指炉口长×宽）的单炉年产量为25～30万t。

当生产规模不足50万t时，一般优先选用8m。

竖炉。

燃料选用  竖炉用燃料有液体和气体两种。

欧美一些国家竖炉多建在矿山，使用天然气或重油。

中国竖炉多建在冶金工厂内，常使用高炉煤气。

竖炉炉体设计  包括炉型、燃烧装置、炉体砌筑、炉体钢结构等设计。

炉型   竖炉是长方形炉型，有高炉身内冷型和中等炉身外冷型两种。

由于前者排矿温度较高，从80年代开始，中国设计的竖炉均选择后者。

在确定炉型时需要考虑：

（1）在使用高炉煤气作燃料时，让部分冷却风通过焙烧带，以补充燃烧废气中含氧量的不足。

这部分冷却风的数量可以根据原料和燃料条件进行计算。

（2）喷火口以下的导风墙高度及其通道截面积是炉型设计的关键，一般可参照生产实例进行选取。

当无实践经验时，应通过冷态模型试验确定。

（3）正确设计风口形状及两侧风口的分布，合理配置冷风管路系统，以解决冷风进口处沿炉子截面上冷却风量分布不均的问题。

在设计炉子各带尺寸时，一般根据试验条件及有关的经验公式来确定，并核算物料在各带的停留时间。

选择其他燃料时，炉型需另行考虑。

燃烧装置  在竖炉炉膛两侧备有一个燃烧室，其形状有卧式圆柱形（高炉煤气用）和立式圆柱形（重油和天然气用）两种。

国外竖炉多用立式燃烧室，其底部有一个烧嘴供热，自动控制方便。

中国竖炉烧嘴安装在卧式燃烧室的侧面，每侧数量为2～5个。

炉体砌筑  竖炉砌体的工作温度为1200～1300℃，工作压力为15～23kPa。

炉膛部分砌体除了承受高温高压以外，还要承受炉料的摩擦及气流的冲刷。

因此在砌体材料选取，墙体结构设计等方面均要考虑这些工作条件。

此外，保证炉体的气密性是砌体设计的基本原则。

中国竖炉一代砌体设计寿命为5a。

炉体钢结构  由于竖炉是正压操作，为保证气密性须采用钢外壳，其中关键是如何处理炉壳热膨胀所产生的应力。

根据工艺要求，炉体的框架水梁与支柱应设计成刚性连接，不允许产生相对位移。

支柱与土建平台间采用铰接结构。

竖炉中最关键的部位是干燥床与导风墙的承重水梁。

中国竖炉导风墙水梁的寿命达到3a。

中国竖炉炉型见图3。

布料设备选择  由于炉口截面呈矩形，国外竖炉常采用垂直相交的两条梭式胶带机进行“Z”字形布料。

中国竖炉炉口有干燥床，改为由一条梭式胶带机进行直线布料，简化了布料设备。

中国8m2竖炉的布料均采用悬臂式结构。

随着炉子长度的加大，悬臂拉杆高度增加，使生球落差增大。

因此大型竖炉的布料机不宜采用悬臂式结构，宜改为辊道支撑装置。

梭式布料机在布料过程中应保证在前进与后退时料层厚度一致。

排矿设备设计与选择  排矿设备由齿辊卸料机及排料机组成。

齿辊卸料机的作用主要是控制料面、活动料柱及破碎大块。

国外竖炉的齿辊卸料机组通常分上下两层，交叉布置。

中国竖炉则由一排齿辊组成。

齿辊通水冷却。

相邻齿辊的间隙为80～100mm。

齿辊工作时转矩大、转速低，宜采用液压传动。

齿辊两端宜采用迷宫式密封。

由于齿辊间存在着间隙，需要在漏斗下部安设控制排料的装置。

欧美一些国家竖炉采用“空气炮”排料装置，即用压缩空气吹动斜溜槽上的球团矿进行排料。

中国竖炉通常采用电振给料机排料。

炉外冷却设备选择  对炉内热工过程的分析表明，过多的冷却风进入炉内将干扰正常的焙烧制度。

因此在炉内把球团矿冷却到100℃以下是不可取的。

常用的炉外冷却设备是带式冷却机。

它分抽风与鼓风两种，其结构与烧结带式冷却机相似。

工艺风机选择  竖炉工艺风机包括助燃风机和冷却风机两种，均应采用离心式高压鼓风机。

风机的风量、风压根据竖炉热工计算确定。

在选型时应适当留有余地，一般应有备用风机。

设计中还需采取防治风机噪音的措施。

工艺除尘装置选择  为了改善竖炉炉顶平台操作环境，延长布料设备的寿命，需从竖炉炉顶抽出废气并进行净化，一般采用静电除尘器。

成品球上料系统设计  在开炉及调节炉况时，需添加成品球团矿。

一般采用专设带式输送机或卷扬机把成品球运到焙烧车间上部的矿槽内备用。

汽化冷却系统设计竖炉导风墙及干燥床钢梁的工作温度分别为1000℃和600℃左右，需通水冷却。

这两部分热损失约占竖炉全部热损失的15％，可采用汽化冷却法回收余热。

一座8m2竖炉可回收蒸汽2～4t／h。

自控与监测系统设计  由于炉内存在活动料柱，给热工参数监测带来许多困难。

中国竖炉的自动控制包括：

燃烧室温度控制（含空煤气比例自动调节）和汽化冷却系统的汽包水位控制。

监测包括：

燃烧室温度、炉顶废气温度和各带气体温度的指示和记录；燃烧室压力、空煤气管道压力的指示和记录；空煤气流量的指示和记录，其中煤气流量要有累计值。

在物料计量方面，应设精矿、粘结剂称量调节装置。

入炉的生球和成品球团矿也要有计量装置。

主要设计技术经济指标  竖炉球团厂的技术经济指标因原料性质差异而有较大差别，仅以某厂为例，其设计技术经济指标为：