炼铁设备

第四章炼铁设备巴音郭楞职业技术学院矿业工程系王晓远目录1高炉本体2供料系统3送风系统4渣铁处理系统5高炉煤气处理系统4.1高炉本体高炉本体概述高炉本体包括高炉炉型、炉衬、冷却装置、钢结构及基础。高炉炉型均为五段式，圆形工作空间。炉衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄可长达10—15年；钢结构是加固炉体和支撑各种附属设备的构件。高炉本体结构仍在不断向高效、长寿方向发展之中。高炉大小以有效容积的立方米数表示；炉衬耐火材料围成高炉炉型。高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是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。概念：高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或高炉内型。（高炉内部籍炉墙而形成的工作空间几何形状称为高炉炉型。）4.1.1高炉炉型高炉冶炼的实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间。高炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺行。实践表明，设计炉型合理，能促进高炉冶炼指标的改善，并利于寿命延长，故炉型是高炉最基本的工艺参数。高炉炉型为圆断面五段式即：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分。现代高炉向大型化发展，合理炉型总的趋势是矮胖化。为使高炉保持合理炉型，还要靠炉体结构或炉墙的合理设计，并辅以正确的操作制度。五段式炉型适应了炉料自上而下温度升高体积膨胀的变化。因此炉身设计成截锥型，炉料到达炉腰部位开始熔化体积收缩，炉腹呈倒截锥型。这与上升煤气温度降低体积收缩也正好符合。直筒炉喉有利于向炉内布料及控制布料及控制煤气分布。直筒炉缸能暂存液态渣铁，上部设有风口（4~40个），最低部位设有出铁口（1~4个），必要时在中间部位设1~2个渣口。4.1.2高炉炉衬炉体结构（炉墙）炉体结构（炉墙）是指炉壳、冷却器和耐火炉衬三部分组成。炉衬主要是直接抵抗冶炼过程中机械、热力和化学的侵蚀，以保护炉壳和其他金属结构，减少热损失，并形成一定的冶炼空间即炉型。炉壳起密封渣、铁、煤气的作用，并承担一定的建筑结构的任务。冷却器用来保护炉衬、炉壳，其布置轮廓在很大程度上决定着操作炉型。高炉炉衬高炉炉衬是耐火材料围成高炉炉型的实体。作用：1形成高炉冶炼的工作空间2减少冶炼热损失3保护高炉钢结构。炉衬在高温冶炼中受炉料、渣铁、煤气的机械磨损、冲刷、粘结破坏和化学的侵蚀作用及热震等而逐渐损坏，至不能工作必须大修时，称为一代寿命终结。高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。为减缓蚀损，高炉炉衬要用优质耐火材料砌筑，常用的耐火材料有陶瓷质的粘土砖、高铝砖、碳质的碳砖、石墨碳砖、碳化硅砖及其粘结剂、填充材料等耐火材料。不同的耐火材料其耐火度、耐蚀性、导热性及强度均不同，其价格差异甚大，因此在高炉的不同部位应使用不同的耐火材料及不同的组合方式。既要满足长寿要求，又要节省建筑资金。高炉各部位炉衬的工作条件及破损机理影响高炉寿命的因素很多，而炉衬的破损程度是根本。实践表明，炉衬寿命将随着冶炼条件而变。1炉底：影响炉底寿命的因素：首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷。为此高炉可采用全碳砖砌筑炉缸内衬，炉底则为碳转-粘土砖水冷综合炉底。2炉腹、炉腰和炉身炉腹、炉腰和炉身下部是高炉炉衬侵蚀最严重的部位，尤其难以形成保护层的炉腰和炉身下部，目前已成为高炉炉衬的最薄弱环节。此部位耐火砖现趋向使用纯的氧化物（如纯氧化镁、纯刚玉），纯碳（石墨或半石墨硅）或纯碳化硅砖。3炉喉炉喉处主要受固体炉料摩擦和夹带炉尘的高炉煤气流冲刷作用，还有装入炉料时，温度的急剧变化带来的影响。故一般在炉喉直接与炉料碰撞的部位，要用耐磨耐热铸钢制成的炉喉钢砖来进行保护，钢砖下面部分用粘土砖。4.1.3高炉冷却设备（l）保护炉壳。（2）对耐火材料的冷却和支承。（3）维持合理的操作炉型。（4）促成炉衬内表面形成渣皮，代替炉衬工作，延长炉衬寿命。一、冷却设备的作用1.冷却介质：水——水冷空气——风冷汽水混合物——汽化冷却2.对冷却介质的要求：（1）有较大的热容量及导热能力；（2）来源广、容易获得、价格低廉；（3）介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。二、冷却介质高炉的主要冷却介质是水，很少使用空气。水是高炉的血脉一刻也不能间断，所以常用两套供水管路和几种供水来源，以确保炉衬安全。两种：外部冷却：向炉壳外部喷水冷却。★内部冷却：将冷却介质通入冷却设备内部进行冷却。包括冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及炉底冷却等。三、高炉冷却结构形式4.1.4高炉送风管路（风口）1.作用：（1）热风总管：输送热风（2）热风围管：将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中。2.材质：均由钢板焊成，管中有耐火材料筑成的内衬。一、热风总管与围管作用：将热风围管送来的热风通过风口送入高炉炉缸，并且通过它向高炉喷吹煤粉。二、送风支管2.风口的损坏原因：（l）熔损；（2）开裂；（3）磨损。又称风口小套或风口三套，是送风管路最前端的一个部件，用紫铜或青铜制造，空腔式结构，内通水冷却。1.安装：成一定角度探出炉壁。三、风口4.1.5高炉钢结构高炉钢结构高炉钢结构包括炉壳、管道、框架、平台、走梯等等钢结构件和构筑物。高炉的钢结构是保证高炉正常生产的重要设施。高炉是庞大的竖炉，设备层层叠叠，高达几十米至几百米以上。矗立在厂房设备的群体之中。高炉设备沉重。工作载荷、附加载荷也多，为使高炉坚固稳定、工作方便，其钢结构框架、支撑构筑物也比较粗大、宽敞。高炉是钢铁企业中最雄伟的设备之一。高炉本体钢结构a－炉缸支柱式；b－炉缸、炉身支柱式；c－炉体框架式；d－自立式一、炉壳炉壳是高炉的外壳，里面有冷却设备和炉衬，顶部有装料设备和煤气上升管，下部坐落在高炉基础上。由20~90mm厚的钢板拼接而成的不等截面的圆筒体。炉壳作用：①固定冷却设备；②保证高炉砌砖的牢固性；③承受炉内压力和起到炉体密封作用。④有的要承受炉顶荷载和起到冷却内衬作用（外部喷水冷却时）。一、作用：将高炉全部荷载均匀地传递到地基。二、组成：由埋在地下的基座部分和地面上的基墩部分组成，见图：4.1.6高炉基础高炉基础1－冷却壁；2－水冷管；3－耐火砖；4－炉底砖；5－耐热混凝土基墩；6－钢筋混凝土基座三、对高炉基础的要求①高炉基础应把高炉全部荷载均匀地传给地基，不允许发生沉陷和不均匀的沉陷。②具有一定的耐热能力。4.1.7煤气取样器炉子煤气取样器由卷扬机牵引，将取样钢管从炉子取样口插入炉内，从炉壁至高炉中心共分5—9点测定煤气温度、一氧化碳、二氧化碳浓度。用以监测高炉内煤气分布和利用情况，供操作人员调剂高炉的依据。4.2供料系统4.2.1贮矿槽与贮焦槽一.作用：①起原料的贮存作用；②有利于实现配料等作业的机械化和自动化。为最短运输路程，集中控制及时按高炉要求的顺序，批量向高炉上料，在高炉附近边设足够数量和容积的焦槽和矿槽。设计规定在最大出料量时应有如下储存时间:矿槽贮存12～18小时的矿石量，焦槽贮存6～8小时的焦炭量。矿槽、焦槽都是钢结构件，主体由钢板焊接而成，然后固定到支柱上。在槽内都涂有耐磨材料--灰绿岩。矿槽耐磨层厚度为一般为40mm，焦槽耐磨层厚度一般为30mm。槽内的料一般都不放空，因此往槽内装料时，没有直接的冲刷，槽壁的磨耗都比较均匀。4.2.2振动筛储矿槽下的筛子是用来筛去焦碳。烧结矿以及其他原材料中的粉末，有时还兼作给料用.筛子的类型主要有辊筛，惯性振动筛，电磁振动筛。惯性振动筛又有简单振动筛和自定中心振动筛以及双质体的共振筛。从筛板层数分有单层、双层、多层。从安装方式来分，有固定式和台车式。从用途上分，有焦碳筛，烧结矿筛及其他原料筛。对储矿槽下的筛子的要求:耐磨性能好，噪音小，对原料的破碎尽可能小，应有较高的筛分效率。当筛子向称量漏斗给料时，还要求余振量(断电后筛子靠惯性振动产生的给料量)要小，以减少称量误差。另外还要求设备结构简单、维修工作量小。4.2.3称量漏斗焦炭称量漏斗用来接受经过筛分的合格焦炭，然后按照重量要求进行称量，再卸入上料皮带输入机。矿石称量漏斗用来称量烧结矿、球团矿及生矿石，其安装部位有的在贮矿槽下面，也有的在料坑里，称量后的炉料经过漏斗、闸门卸入皮带输送机。称量漏斗有机械秤和电子秤。下图为电子秤的称量漏斗。4.2.4上料设备一、概念上料机：指将炉料直接送到高炉炉顶的设备。二、方式有料罐式、料车式和皮带机上料三种方式。皮带运输机现代大型高炉都采用皮带运输机向高炉供料，这样可使矿槽远离高炉，使高炉附近场地宽敞。皮带机上料能力大，正适于大型高炉应用。上料皮带的倾角一般在11—15度。距高炉水平距离约200—300米，皮带宽1.5—2.0米，速度2米/秒左右，上料胶带芯体材料多为尼龙和钢绳。炉顶装料设备是将炉料装入高炉并使之合理分布，同时起炉顶密封作用的设备。4.2.5炉顶装料设备对炉顶装料设备的基本要求：①要适应高炉生产能力；②布料均匀，能够调节炉料堆尖位置；③保证炉顶可靠密封；④设备结构简单和坚固；⑤操作方便，尽可能实现自动化。钟式炉顶装料设备马基式布料器双钟炉顶由大钟、大料斗、煤气封盖、小钟、小料斗和受料漏斗组成。示意图：马基式布料器双钟炉顶1－大料斗；2－大钟；3－大钟杆；4－煤气封罩；5－炉顶封板；6－炉顶法兰；7－小料斗下部内层；8－小料斗下部外层；9－小料斗上部；10－小齿轮；11－大齿轮；12－支撑轮；13－定位轮；14－小钟杆；15－钟杆密封；16－轴承；17－大钟杆吊挂件；18－小钟杆吊挂件；19－放散阀；20－均压阀；21－小钟密封；22－大料斗上节；23－受料漏斗无钟炉顶装料装置并罐式无钟炉顶1.结构：由受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气密箱、旋转溜槽等五部分组成。并罐式无钟炉顶装置示意图1－移动受料漏斗；2－上密封阀；3－均压放散系统；4－称量料罐；5－料罐称量装置；6－节流阀；7－下密封阀；8－眼镜阀；9－中心喉管；10－气密箱传动装置；11－气密箱冷却系统；12－旋转溜槽；13－溜槽更换装置2.优点：①布料理想，调剂灵活；②设备总高度较低；③密封性好，能承受高压操作；④两个称量料罐交替工作。4.3送风系统送风系统概述高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等。高炉生产1t生铁需1400-1600立方米的空气，其质量大约2t；每1立方米高炉有效容积每分钟需要鼓入2.5-3.5立方米的空气，一座2000立方米高炉每分钟入炉标态风量近6000立方米。热风带入高炉的热量约占总热量消耗的四分之一，提高风温是降低焦比的重要手段。高风温是加大喷吹量，发展喷吹技术的重要措施之一。目前鼓风温度一般水平1000-1200℃，最高可达1400℃。热风炉以高炉煤气和焦炉煤气为燃料，高炉煤气约有二分之一用于热风炉，提高热风炉效率对降低炼铁能耗有重大现实意义。高炉用鼓风机高炉鼓风机用来提供燃料燃烧所必需的氧气的设备，热空气和焦炭在风口燃烧所生成的煤气，又是在鼓风机提供的风压下才能克服料柱阻力从炉顶排出。因此没有鼓风机的正常运行，就不可能有高炉的正常生成。高炉冶炼对鼓风机的要求1要有足够的鼓风量2要有足够的鼓风压力3既能均匀、稳定地送风，又要有良好的调节性能和一定的调节范围。热风炉热风是降低焦比、增加产量的重要措施之一。现代蓄热式热风炉依照燃烧室的位置不同可分为内燃式和外燃式。所谓外燃式即将蓄热室与燃烧室分离。实践证明，外燃式热风炉风温一般可定在1200℃。与传统的内燃式热风炉相比：投资高（同等风温约高15%～35%）、钢材消耗多、热损失面大等是缺点。因此，不宜在中小高炉上采用。4.4渣铁系统渣铁处理系统高炉冶炼主要产品是铁水，副产品有炉渣、煤气和炉尘。渣铁由高炉下部炉缸部位出铁口排出。模拟高炉设有4个铁口，设置两个对称的出铁场，出铁场分为主付两跨，主跨28m，设有铁沟和摆动流嘴，付