毕业论文包头地区m高炉本体设计.doc

摘　　要高炉炼铁是获得生铁的主要手段，是钢铁冶金过程中最重要的环节之一，在国民经济建设中起着举足轻重的作用高炉是炼铁的主要设备，本着优质、高产、低耗和对环境污染小的方针，本设计要求建1500m³炼铁高炉设计主要内容包括高炉炉型设计计算、高炉炉衬选择计算、高炉冷却系统设计、高炉钢结构及基础设计，同时，对所设计高炉一些设备特点进行简述关键词：高炉；炉衬；冷却；设计计算；ABSTRACTPig iron is main from blast furnace，furnace ironmaking is also a important process in iron and steel making，and it‘s play an important role in the construction of national economy. based on the target of high productivity, high quality, lowconsump tion, long campaign and environment protection.This design requirement of blast furnace ironmaking build 2500 m³The main contents include blast furnace design type design calculation, blast furnace lining choose calculation, furnace cooling system design, blast furnace steel structure and basic design and layout, at the same time, to some equipment characteristics of blast furnace is briefly. Keyword:Blast furnace；furna linings；cooling；Design calculation目　　录摘　　要1ABSTRACT2第一章文献综述5绪论51.1高炉发展史51.2高炉炉型及展过程51.3高炉用耐火材料7高炉用耐火材料的演变8高炉炉衬新材料10我国耐火材料的发展121.4高炉冷却设备的作用13高炉冷却系统的结构形式13我国冷却技术的发展151.5国内外高炉钢结构设计技术17高炉钢结构171.5.2炉壳18炉体框架18炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱座圈18高炉结构荷载认识的深入19国外先进的结构形式19国内钢结构设计的发展20我国在钢结构设计上的现状201.6高炉基础21高炉基础的负荷21对高炉基础的要求21第二章包头地区1500m3高炉本体设计232.1高炉炉型设计计算23定容积23确定年工作日和日产量23高炉车间年生铁产量23高炉有效高度(Hu)的确定23高炉全高的确定23炉缸尺寸24炉腹的计算252.1.8 炉腰直径25炉喉高度25炉身的计算252.2各部分容积计算25炉缸部分容积计算26炉腹部分容积计算262.2.3 炉腰部分容积计算262.2.4 炉身部分容积计算262.2.5 炉喉部分容积计算26第三章高炉炉衬的结构设计273.1炉底和炉缸273.2炉腹273.3炉腰和炉身283.4炉喉28第四章高炉冷却设备选择284.1炉缸和炉底部位冷却设备选择294.2炉腹、炉腰和炉身中下部294.3炉身上部294.4炉顶冷却294.5炉喉冷却304.6冷却壁设计原则30第五章高炉钢结构及基础设计315.1高炉钢结构设计315.2高炉炉基的形状及材质31结论33参考文献34致谢35附录:高炉长寿技术的发展36第一章文献综述绪论高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设汁等。

高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间在欧洲高炉的发展过程中，有两的规模，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础近代高炉炉型向着大型横向发展，目前，世界高炉有效容积最大的是5580m³，高径比2.0左右高炉本体结构设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统设计和选型的依据1.1高炉发展史两种基本炉型相互竞争，一种是矮炉腹型高炉，和一种是高陡面炉腹型高炉1750年，英国的工业革命开始了在燃烧上用焦炭代替木炭，这种转变使炼铁业突破了束缚，不再为木炭的短缺而陷入困境因为不仅民用燃烧需要大量木料，而且为了提高农业产量也在大量砍伐森林因此，对于人口密度高的国家，要靠木炭来增加铁的产量是不易的到18世纪末，煤和蒸汽机已使英国的炼铁业彻底改革，铁的年产量从公元1720年的2.05×10000吨／年（大多是木炭铁）增加到1806年2.5×100000吨／年（几乎全是焦炭铁）估计，每生产一吨焦炭需煤3.3吨左右但是，高炉烧焦炭势必增加碳含量，以致早期的焦炭生铁含碳在1.0％以上，全部成为灰口铁即石墨铁高炉的尺寸在18世纪内一直在增大从公元1650年约7米，到1794年俄国的涅夫扬斯克高炉已增高到13.5米。

因为焦炭的强度大，足以承担加入的炉料的重量大多数的炼炉采用炉缸、炉腹和炉身三部分按比例构成19世纪末，平滑的炉衬公认为标准的炉衬，这基本上已经是现在的炉型炉底直径约10米，炉高约30米全部高炉都设有两只以上的风嘴另一个巨大的进步就是采用热风20世纪后，现代钢铁业就蓬勃发展起来1.2高炉炉型及展过程高炉是竖炉，高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或高炉内型高炉冶炼的质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的过程，因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空问高炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺利图1—1现代高炉剖面图主要受当时的技术条件和原燃料条件的限制随着原燃料条件的改善以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展，炉型演变过程大体可分为3个阶段1)无型阶段——又称生吹法在土坡挖洞，四周砌行块，以木炭冶炼，这是原始的方法2)大腰阶段——炉腰尺寸过大的炉型由于工业不发达，高炉冶炼以人力、蓄力、风力、水力鼓风，鼓风能力很弱，为了保证整个炉缸截面获得高温，炉缸直径很小，冶炼以木炭或无烟煤为燃料，机械强度很低，为了避免高炉下部燃料被压碎，从而影响料柱透气性，故有效高度很低；为了人工装料方便并能够将炉料装到炉喉中心．炉喉直径也很小，而大的炉腰直径减小了烟气流速度，延长了烟气在炉内停留时间，起到焖住炉内热量的作用。

因此，炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大这类高炉生产率很低,一座28m3高炉日产量只有1.5 t左右19世纪末，由于蒸汽鼓风机和焦炭的使用、炉顶装料设备逐步实现机械化，高炉内型趋向于扩大炉缸和炉喉直径，并向高度方向发展，逐渐形成近代五段式高炉炉型最初的五段式炉型，基本上是瘦长型，由于冶炼效果并不理想，相对高度又逐渐降低3) 近代高炉 ，由于鼓风机能力进一步提高．原燃料处理更加精细， 高炉炉型向着 “大型横向”发展高炉内型合理与否对高炉冶炼过程有很大影响炉型设计合理是获得良好技术经济指标，保证高炉操作顺行的基础[1]1.3高炉用耐火材料在侵蚀性因素联合作用下引起高炉炉衬损毁，这些因素包括:炉渣、碱类物质、铁水、气体介质、炉料磨损、热应力等高炉每个部位使用条件的不同，要求区别对待炉衬每个区段用相应耐火材料的选择大体上假定将高炉分为两部分:上部—风口区以上部分;下部—风口区以下部分同样地上部分还可分为若干小区段—非冷却炉身的上部、冷却炉身的下部、炉腹、炉腰和风口区目前这些小区段均采用牌号IUII 1-39及IuII1-41的粘土质耐火材料砌筑对损毁因素影响条件不同的各区段炉衬采取如此笼统地对待方法不会得到有效的结果。

炉衬的个别区段过早损毁为了在炉子有节秦工作和最佳操作制度下组织其稳定的作业，必须将非冷却炉身的上部分砌为两层炉衬:第一层(工作层)由VIII及-41粘土质耐火材料砌筑，第二层由MKPII-340纤维板砌筑该纤维板是由含50 % A1203的莫来石硅质纤维制造的由两层材料组成的复合炉衬可以抵抗炉料的摩擦作用，而且可以减少透过炉壳的热量损失对于炉身的冷却部分来说，近10年来国外广泛采用氮化硅结合、氧氮化硅结合和自结合碳化硅质耐火材料，其使用效果良好我们推荐在炉身下部采用双层炉衬，即工作部分由IUII八-41粘土质耐火材料砌筑，第二层由氮化硅结合的碳化硅质耐火材料砌筑推荐的复合炉衬可以保证达到更强化而均匀的冷却对炉腰也推荐采用类似的炉衬，而炉腹则采用碳化硅质耐火材料砌筑风口区下部的炉衬则推荐采用ILI17八-42粘土质耐火材料和刚玉碳化硅质耐火材料砌筑对于炉缸的上部来说，推荐采用刚玉碳化硅质耐火材料此种耐火材料由电熔刚玉及共同细粉碎混合物组成共同细粉碎混合物中包括30 % Sic, 10 % Si及下列氧化物中的任何一种:MgO,A12O3及ZrO2 含有氮化物结合剂的刚玉耐火材料对熔融炉渣及金属液的作用具有较高的抵抗性。

耐火材料的开口气孔率介于14%一17%之间，体积密度2.83g/cm3一2.97g/cm3，耐压强度124MPa--187MPa此类耐火材料中的结合剂为氮化硅、氧氮化硅及赛隆为了砌筑高炉炉身内衬，采用碳化硅质耐材料，后者对化学因素及物理机械因素具有较高的抵抗性碳化硅质耐火材料应用于炉身下部、炉腰、炉腹和炉缸上部炉缸下部及炉底内衬的结构.其左侧为目前采用的结构，右侧为推荐的采用新型耐火材料的结构内衬使用的持续时间在很大程度上受到膨胀缝放置的位置正确与否及用于充填该类缝的碳素泥料质量的高低等因素制约由于沿着直径及高度方向炉衬受到的加热温度的不同，要求单独地区别对待每一个温度区和分区砌筑的砌体结构，并要考虑在加热及冷却时炉衬的体积变化在操作过程中出现的热应力应使之分散在整个砌体内要预留应力释放处，这便是膨胀缝热导率为10w/(m.·K)一15W/(m·K)的碳素泥料便能满足此类要求在一些钢铁厂中到目前为止一直沿用以粘土熟料、生粘土、焦炭和沥青为原料的水调的炮泥此类炮泥的使用寿命较低，收缩率较高及附着强度低乌克兰耐火材料科学研究院研制成功无水炮泥并在克里沃罗格钢铁公司进行推广应用该炮泥由焦炭、煤焦油、煤沥青、生粘土及粘土熟料组成，其性能如下:体积膨胀率2. 5 %——3 %;耐压强度镇9MPa;被铁水冲刷速度低〔1.0mg/( cm2·min)——1. 3 mg/ ( cm2·min)。

因此，炮泥的耗量下降50%一65%,泥套用泥的耗量下降90%以上采用此种炮泥后，保证出铁口及出渣口封堵可靠，允许高炉每次出铁水1000吨以上及出渣400吨，而且未降低鼓风压力，并消除了出铁水时夹带焦炭的现象[2]高炉用耐火材料的演变炼铁技术的发展带动了高炉用耐火材料的进步不过高炉炉衬的更新换代是十分缓慢的由于近几十年高炉的大型化及其广泛采用强化冶炼的高炉操作，相应地高炉用耐火材料也出现了重大变化在炉身上部这个区域温度较低，目前用耐火材料有：高铝砖、粘土砖、浸渍磷酸盐粘土砖、最上部紧靠钢砖部位国外也有用SiC砖的这个部位并不是影响高炉寿命的决定因素，耐火材料基本都是Al2O3-SiO2系，没有发生太大变化高炉中段用耐火材料，在50年代以前，全世界的高炉基本上都是Al2O3-SiO2系耐火制品进入六十年代中后期，工业先进国家重点研究解决高炉中段用耐火材料重要进行。