高炉设计 毕业设计.docx

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第一章文献综述

1.1炼铁行业概述

钢铁工业在过去的100多年里进行了快速发展，无论是在设备还是技术上都取得了重大的进步，但也存在这很大的缺陷，比如污染严重，矿石利用率低，严重耗能等等的问题。

在近些年里钢铁行业的重要性有了不小的下降，更为严重的是钢铁行业现在已经处于一个微利甚至是负利的产业，所以现在急需要我们的生产工作者更加努力，提高钢铁行业的技术进而扭转这一不利的局面。

我国钢铁工业现状如下[1]：

行业集中度低,生产专业化程度低,尚不能达到规模经济,在一定的程度上限制了我国钢业的竞争力，结构不合理,企业平均技术装备水平低,产业升级和任务技术改造非常艰巨。

我国钢铁企业不注重新技术新产品的开发利用，和国外一些企业形成了鲜明的对比。

钢铁产品质量有待进一步提高。

我国钢铁产品的实物质量水平比国外先进水平相比还有一段距离;我国钢材产品销售服务水平较低。

钢材产品销售服务和产品的质量是提高产品竞争力的重要方面;我国钢铁行业的信息迟缓，企业与企业间相互恶意压价竞争，而且没有一个统一的部门进行指导和规范，导致了现在我们钢铁行业的严重被动局面,加工服务中心基本上处于空白，而且我国的钢铁企业目光仅仅局限于国内，在国际上的竞争力不足，所以现在我国钢铁行业处于一个极为不利的局面，急需要一些措施来改变。

目前我国钢铁业产能过剩，严重超出了需求量，在2008年我国生铁产量已经到达4.6944亿t比去年度增长15.19%,其增加幅度低于钢产量同期增加幅度,占剧全世界钢铁总产量的49.74%。

2007年全国重点钢铁企业产铁3.69亿t，同去年的产量比增长了13.74%,其他非重点钢铁企业产量1.20亿t，增长19.60%。

2008年上半年我国产铁量2.4642亿t，与去年相比增加了7.89%,但发展势头降低了。

预计,2008年我国钢产量达到5.2亿t,生铁产量将达到4.9亿t。

2009年产铁5.43亿吨，占世界总产量的60.53%，2010年前十个月我国铁产4.96亿吨，比上年同期增长8.27%。

高炉生产技术取得了很大的的进步，但随之而来的问题也是不少的，如钢铁产能过剩，钢铁质量不达标，钢铁价格过低，钢铁企业间不正当竞争。

1980年中国重点企业高炉平均利用系数为1.56吨/（米·日），焦比为539公斤/吨生铁。

1.2高炉炼铁

1.2.1高炉炼铁的发展

高炉发源于中国，高炉何时在我国发明，各路专家尚无统一意见.有人推断是公元前8世纪，现在己有出土的铸铁实物，证实了这一推断，是世界上最早掌握冶铁技术少数文明古国之一欧洲出现高炉约在170年以后。

20世纪是我国炼铁大发展的一个黄金时期，并成为世界上的炼铁大国。

20世纪是中国钢铁工业发展的一个世纪。

钢铁业从最开始的小规模生产到现在的衡量一个国家实力象征，走过了100多年的时间，相信在以后的时间里钢铁业也是一个国家不容忽视的实力，而且也会取得更大的进步。

高炉属于圆筒形竖炉，高炉炉型一般分为5段[2]：

炉腰、炉身、炉喉、炉腹和炉缸。

炉缸部分设有铁口、渣口和风口。

高炉外面用钢板制成炉壳；里面用耐火砖砌筑内衬为了延长高炉寿命在炉壳与内衬之间设有冷却设备。

在钢铁生产时，铁矿石，焦炭，石灰石，生石灰从炉顶装入，热风从高炉下的风口鼓入，在高温下进行一系列的化学反应，生产出铁，此阶段叫做还原反应。

铁矿石在高炉中经过还原反应炼成铁,由铁口放出铁水；加入高炉内的熔剂与铁矿石中的杂质相互作用形成炉渣,从渣口排出；从炉顶导出炉内的煤气,经过除尘后,供烧结机、热风炉等作燃料。

1.2.2高炉炼铁的技术进步

高炉炼铁的技术进步在于铁的精炼技术，如：

品味强度的提高、粒度的变小、成分的相对稳定。

精料技术的核心是要提高入炉矿品位。

高炉炼铁,随着铁矿石的品味提高、焦比的下降，进而提高了产量，提高了钢铁企业的利润率。

我国矿品位的提高主要是使用高品位进口矿比例增加的结果。

一般进口矿的品位在64%以上。

我国铁矿石的进口量逐年的增加，一般来说是从澳大利亚等一些铁矿石打过进口,这些进口的铁矿石量占我国铁矿石总量的32%以上。

进口的铁矿石提高了我国的铁产质量，有一些好处，但随之而来的问题是严重依赖国外的矿石对我国钢铁业十分不利。

高炉炼铁的技术进步主要在[3]：

降低燃料比、提高喷煤比、提高风温、加强能量回收等方面。

高炉炼铁在铁生产里面占据了重要的位置，对铁生产有很大的影响。

高炉炼铁需按照目前存在的问题,继续搞好技术改造工作和结构调整;为进一步取得高炉的低消耗高效率,搞好二次能源回收和节能利用工作,高炉精料工作以及高炉的长寿化以及高效化。

我国的钢铁从业人员应当更加努力，提高我国钢铁业的竞争力。

1.3高炉喷煤系统

1.3.1高炉喷煤的过去与发展

高炉喷煤在高炉炼铁过程中占据着很大的比例，高炉喷煤的技术进步能进一步的提高铁矿石和焦炭的利用率，高炉喷煤的技术进步趋势是提高喷煤、降低焦比。

高炉喷煤是炼铁过程的一个重要环节，它的好坏与否关系着整个炼铁生产的好坏。

这其中就包括对繁琐的阀门调节控制由手动模式改为PlD自动控制，对喷吹量的数值累计采用流量监测与重量模糊控制相结合的方式等等。

高炉喷煤技术始于1840年S.M.Banks[4]关于喷吹焦炭和无烟煤的设想,世界最早的工业技术应用即是根据这一设想在法国博洛涅附近的马恩省炼铁厂于1840~1845年间实现的[4]。

但在以后的时间里，高炉喷煤的发展极为的缓慢，甚至停顿，直到60年代才又开始进行一系列的喷煤实验，再后来高炉喷煤才开始了一些发展，取得了许多的技术进步，而且这些进步都应用在了实际的炼铁过程中，提高了炼铁的利用率，为高炉炼铁的快速发展做出了很大的贡献。

世界范围的高喷煤比指标大部分在20世纪90年代中后期产生。

英国的钢铁企业的一套喷煤设备率先的取得了较高的喷煤比，但是世界范围内的喷煤比记录是由日本的一家钢铁企业创造的。

1.3.2我国高炉喷煤技术的发展

我国高炉喷煤大致经历了4个阶段[5]：

（1）无氧喷吹煤粉我国早期喷煤大多是无氧喷吹无烟煤，与无烟煤相比，烟煤具有可磨性好、资源广泛、燃烧性能好、价格低廉等优点。

（2）富氧喷吹技术富氧鼓风可以提高理论燃烧温度，提高煤粉燃烧率，改善高炉透气性。

（3）氧煤喷吹技术氧煤喷枪技术的出现使喷吹进一步提高了煤粉的燃烧率，大幅度提高煤粉利用率。

在我国几乎停滞的十几年中，国外的高炉喷煤技术有了巨大的进步，氧煤喷枪喷煤技术已经非常成熟且进行了推广和普及。

（4）引进国外喷煤技术在我国经济允许的条件下，适当引进些国外的高新技术为我们的经济建设发挥作用，能起到事半功倍的效果。

1.3.3高炉喷煤技术展望

在高炉炼铁，高炉喷煤技术不断取得技术进步的状况下，高炉喷煤的发展方向主要是在煤粉预热、风口前煤粉燃烧状况研究，在这种情况下，高炉喷煤是增大喷煤比，降低焦比扩大制粉能力来提高喷煤的效率及利用率，进而改善喷煤环境、炉缸透气性保证均匀且安全的喷煤是高炉喷煤的下一个重点研究方向。

1.4高炉喷煤系统设备

高炉喷煤工艺系统主要由煤粉输送、原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成。

1.4.1煤粉的制备

煤粉制备包括原煤装卸、贮运、磨煤、干燥和煤粉收集等。

煤粉制备工艺流程见图1-1。

原煤由厂外运来后卸入原煤槽，经皮带运输机、除铁器、锤式破碎机进行初级破碎运到煤粉车间的原煤仓。

再用圆盘给料机加入到球磨机中，并用引风机引200℃左右的烟气（或热风）吹入球磨机，热风一方面作为干燥剂，将煤粉干燥；细粉管上安有锁气器（图1-2），其功能是密封卸煤，当有煤粉下落时，靠飞粉的重力压开阀板，没有煤粉时自行关闭，防止漏气。

煤粉，经排煤机加压，进入布袋收尘器。

布袋收尘器下部有圆筒形阀，细粉通过它落入细粉仓。

从布袋收尘器排出的风由排气管放散到大气中。

图1-1煤粉制备工艺流程

图1-2磨矿分级流程改造

煤粉制备的主要设备是磨煤机，选择它的依据是煤的可磨性系数。

该系数可用下式表示：

煤的可磨性系数=标准煤磨到一定细度的耗电量÷试验煤磨到相同细度的耗电量比球磨机具有更多的优势，尤其是用于喷吹烟煤的高炉。

一般新磨好的煤粉水分约为1%，温度60~80ºC，煤粉粒度小于180网目（0.088mm）占80%以上。

1.4.2煤粉的输送

从媒粉仓列高炉附近的喷吹罐．从喷煤罐到风口．煤粉都用气动运输。

有两种方式，一是用带有压力的喷吹罐提供压差使煤粉运动，给煤量是粉煤料柱上下压力差的函数，煤粉进入混合器后用压缩空气向外输送，这种方法不设转动机械设备，常用于向高炉喷吹。

图1-3输粉系统工艺流程图

混合器是仓式泵的出口，可以采用焊接件或铸件。

生产中经常用以下办法调节喷煤量：

（1）调节喷吹罐上方的旋塞阀开启角度。

（2）适当提高喷吹罐压力。

但不宜过高，否则耗气量增加并且不安全。

（3）适当减小混合器喷嘴压力（即喷吹压力）。

喷吹压力愈高，风量逾大，喷吹量及浓度愈小，而且消耗的空气量大，操作不稳定；喷吹压力过小，则不能满足气动输送的要求，容易堵塞管道。

混合器的喷射能力主要与其入口直径有关。

Q=KπD²/4

式中Q——混合器喷射能力，m³/h；

D——混合器入口直径，cm;

K——系数，即每平方厘米混合器入口面积每小时通过的煤粉量，m³/（h*cm²）;

螺旋输送泵（图1-5）是常压喷吹系统中广泛采用的设备。

当煤粉制备车间与喷吹装置距离较远时，它是用管道输送煤粉的主要设备。

其工作原理是煤粉在重力作用下，由煤粉仓（或喷吹罐）底部阀门进入料箱，由电动机带动螺旋杆旋转，将煤粉压入混合室，借助于通入混合室的压缩空气将煤粉送出，可以用转速来调节给煤量，也可以防止压缩空气倒流进入煤粉仓。

图1-5螺旋泵构造示意

螺旋泵分进料箱、螺旋轴、混合室三大部分。

煤粉在螺旋泵中，由于螺距逐渐变小而被压紧，压缩比即最大螺距与最小螺距之比1.4~1.6比较合适，过小容易出现倒风现象，过大电动机过载。

喷嘴的安装位置要合适，以保证混合室内不积灰、不堵塞。

螺杆尾部安装有效的双面机械密封单向阀压盖依靠重锤作用随给料量而摆动，当螺旋没有煤粉供给时，压盖依靠重锤作用而自行关闭。

与仓式泵相比，螺旋泵的特点是：

体积小，设备较简单，不用压力贮煤罐，故较安全。

但由于需要机械传动，维护量大、耗电大，且输送压力不高，不适于高压操作的高炉使用。

而仓式泵由于无机械传动，故工作时噪声小，输送量和输送能力大，能耗较小。

但体积较螺旋泵大，多适用于高压操作的高炉。

1.4.3煤粉的喷吹

喷吹装置包括集煤管、贮煤罐、喷吹罐、输送系统及喷枪。

按喷吹罐工作压力可分为常压喷吹装置和高压喷吹装置两种：

（1）常压喷吹装置。

喷吹用的煤粉管处于常压状态下。

由煤粉罐未充压，所以输煤泵出口压力不允许过高，否则容易向煤粉罐倒风。

通常，操作压力为0.13~0.15MPa，煤粉浓度为8~15kg/kg。

常压喷吹装置设备简单，安全性较好，故常用于中小型高炉。

（2）高压喷吹装置。

喷吹罐一直在高压状态下工作（0.3~0.4MPa）按仓式泵的原理向高炉喷吹煤粉，常用于大中型高压操作的高炉上。

我国的高压喷吹设备大致有双罐重叠双系列和三罐重叠单系列两种形式：

图1-6两罐重叠双系列系统图1-7三罐重叠单系列系统

1）双罐重叠双系列。

其贮煤罐和喷吹罐上下相连[6]，贮煤和喷吹作业交替进行，贮煤时下钟阀关闭上钟阀打开，贮煤罐和煤粉回收系统连通，处于常压状态，以