《冶金设备课程设计(共13页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冶金设备课程设计(共13页).doc(13页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上 炼铁高炉炉衬设计专心-专注-专业目录1.高炉本体设计高炉是横断面为圆形的圆筒状炼铁竖炉。外部用钢结构做支撑,表面为钢板作的炉壳,壳内砌耐火砖内衬。现代高炉被称为“五段式”高炉,其高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。(“五段式”内型如图一所示。)高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石),从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(现代高炉也辅助性地喷吹煤粉、重油、天然气等燃料代替焦炭)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气,在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧,从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的
2、杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣,与铁分离为两相,后从渣口排出(有的从铁口与铁液一同排出)。产生的煤气从炉顶排出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。图一 “五段式”高炉内型示意图高炉冶炼的主要产品是生铁,另外还有副产高炉渣和高炉煤气。高炉炼铁具有技术经济指标良好,工艺简单,生产量大,劳动生产效率高,能耗低等优点。目前这种方法生产的铁已占世界铁总产量的绝大部分。 1.1高炉内型设计高炉内型是指高炉内部工作空间中心纵剖面的轮廓。合理的炉型应该满足高产、低耗、长寿的要求,能够很好的适应炉料的顺利下降和煤气的上升运动,以保证冶炼过程的顺利。在长期生产实践过程中,高炉内型随着原料条件的改善
3、、操作技术水平的提高、科学技术的进步而不断地发展变化。高炉内型的演变过程大体可以分为三个阶段:无型阶段、大腰阶段、近代高炉阶段。现代的高炉本体主要由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五部分组成,称为“五段式”高炉。本次设计以“五段式”高炉为基,设计高炉内型。(各部分尺寸符号见图二。)图二高炉内各部分尺寸及表示方法 高炉各部分尺寸有一定相关性,各个尺寸件的相对关系条件决定了高炉的整个炉型。高炉各部分主要参数的相关性条件如表3所示。表3 高炉内型计算的主要参数项目厚壁高炉经验公式薄壁高炉经验公式D/d1.101.20(Vu3001000m3)1.141.20(Vu20005000m3)d1/d一般为0.
4、650.72,大高炉取值高0.730.77(Vu20005000m3)Hu/D一般为2.04.01.92.4(Vu20005000m3)炉缸高度h1h1=(0.120.15)Hu ,或h1=hf+a;hf风口中心线高度;a-0.50.7h1=(0.1240.170)Hu(Vu20005000m3)炉腹角一般为78827578炉腰高度h3调整高炉容积用,一般1.03.0调整高炉容积用,一般1.03.0炉身角一般为8083一般为7983风口高度hfh1-hf=0.50.6h1-hf=0.50.6下面就高炉各个部分的尺寸设计计算进行说明。2.高炉耐火炉衬及冷却装置2.1高炉耐火炉衬设计按照设计炉型,
5、以耐火材料砌筑的实体为高炉炉衬。它的作用:在于构成高炉的工作空间;减少高炉的热损失;保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。 2.1.1 炉衬破损机理(1)炉底:炉底破损分两个阶段,初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑;铁水渗入的条件:炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的1012;砌砖存在砖缝和裂缝。第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水中的碳将砖中二氧化硅还原成硅,并被铁水所吸收。 影响炉底寿命的因素:是承受的高压;是高温;是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷;砖衬在加热过程中产生温度应力引起砖层开裂;在高温下渣铁对砖衬的化学侵蚀,特别是渣液的侵蚀更为严重。 (2)炉缸
6、:渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降,大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素;化学侵蚀;风口带为最高温度区。 (3)炉腹:高温热应力作用很大;由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响;承受初渣的化学侵蚀。 (4)炉腰:初渣的化学侵蚀;上、下折角处高温煤气流的冲刷磨损。高温热应力的影响;碱金属和Zn的化学侵蚀。夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷。 (5)炉喉:受到炉料落下时的撞击作用。用金属保护板加以保护,又称炉喉钢砖。 (6)决定炉衬寿命的因素:炉衬质量,是关键因素。砌筑质量。操作因素。炉型结构尺寸是否合理。 2.1.2 高炉用耐火材料(1) 对耐火材料的要求:根据高炉炉衬的
7、工作条件和破损机理分析可知,高炉炉衬的质量和性质是影响高炉寿命的重要因素之一,对高炉用耐火材料提出如下要求:1)对长期处于高温条件下工作的部位,要求耐火度高,高温下的结构强度大,高温下的体积稳定性好。2)组织致密,体积密度大,气孔率小,特别是显气孔率要小,提高抗渣性和减少炭黑沉积的可能。3)Fe2O3含量低,防止与CO在炉衬内作用降低砖的耐火性能和在砖表面上形成黑点、熔洞、熔疤、鼓胀等外观和尺寸方面的缺陷。4)机械强度高,具有良好的耐磨性和抗冲击能力。 (2)高炉常用耐火材料:陶瓷质材料:粘土砖、高铝砖、刚玉砖和不定型耐火材料等; 碳质材料 :碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。
8、粘土砖:基本特性:良好的物理机械性能;抗渣性好;成本较低。 高铝砖:AL2O3含量大于48%的耐火制品。基本特性:比粘土砖有更高的耐火度和荷重软化点;由于AL2O3为中性,故抗渣性较好;加工困难,成本较高。 粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要,对于制品的尺寸允许偏差及外形分级规定见表11所示。表11 耐火材料尺寸允许偏差和外形规定碳质耐火材料:主要特性:耐火度高,不熔化也不软化,在3500升华;抗渣性能好;高导热性; 热膨胀系数小,体积稳定性好;致命弱点是易氧化,对氧化性气氛抵抗能力差。 不定形耐火材料:捣打料:用于炉底炭砖与水冷管之间、风口、铁口、渣口周围及铁沟。喷涂料:炉壳。泥浆:把耐火砖
9、粘结成为致密的整体炉衬。要求泥浆的化学成分与耐火砖的相近。填料 :用来填充炉壳与冷却壁、冷却壁与砌砖之间的间隙,起密封和补偿收缩作用。优点:工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、不易剥落,可以减小炉衬厚度。2.1.3 高炉炉衬的设计与砌筑(1)炉衬设计要考虑的因素:高炉各部位的工作条件及其破损机理;冷却设备形式及对砖衬所起的作用;要预测侵蚀后的炉型是否合理。 砖型与砖数砖型:直形砖和楔形砖两种。砖的厚度一致;长度有230mm和345mm两种,使错缝方便。我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸见表12。表12 我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸砖数计算:炉底:炉底砖数:砌砖总容积除以每块砖的容积。
10、每层砖数:用炉底砌砖水平截面积除以每块砖的相应表面积来计算。砖的重量:用每块砖的重量乘以砖数。考虑25的损耗。炉其它部位:都是环形圆柱体或圆锥体 ,需要楔形砖和直形砖配合使用。一般以G1直形砖与G3或G5楔形砖配合;G2直形砖与G4或G6楔形砖相配合。(2)炉底:结构形式:A粘土砖或高铝砖炉底小高炉炉底厚度大于炉缸直径的0.6倍 。综合炉底 :综合炉底是在风冷管碳捣层上满铺几层400mm碳砖,上面环形碳砖砌至风口中心线,中心部位砌数层400mm高铝砖,环砌碳砖与中心部位高铝砖相互错台咬合。综合炉底的厚度为炉缸直径的0.3倍。结构见图2. 图2 综合炉底结构图B全碳砖炉底:大型高炉普遍采用。全碳
11、砖水冷炉底厚度可以进一步减薄。炉底砌筑:粘土砖和高铝砖炉底的砌筑;均采用立砌,层高345mm;砌筑由中心开始,成十字形;上下两层的十字中心线成22.545;上下两层中心点应错开半块砖;最上层砖缝与铁口中心线成 22.545。 C满铺碳砖炉底砌筑 有厚缝和薄缝两种连接形式:一般是碳砖两端的短缝用薄缝,而两侧的长缝用厚缝。满铺碳砖炉底的结构见图3:图3 满铺碳砖炉底结构图D碳砖砌筑的原则: 相邻两行碳砖必须错缝,一般在 200mm以上;上下两层碳砖砖缝成90;最上层碳砖砖缝与铁口中心线成90。 E综合炉底砌筑 炉底中心部位的高铝砖砌筑高度必须与周围环形碳砖高度一致,为400mm;高铝砖与环砌碳砖间
12、的连接为厚缝,环砌碳砖为薄缝连接;炉底满铺碳砖侧缝为厚缝连接,端缝为薄缝连接。环砌碳砖为楔形碳砖。(3)炉缸:结构形式:A粘土砖或高铝砖炉底小高炉B碳砖炉缸大中型高炉炉缸砌筑:A粘土砖或高铝砖炉缸的砌筑:炉缸各层皆平砌;同层相邻砖环的放射缝应错开;上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开。砌筑:每层厚400mm;每层块数为整数;同层相邻砖环的放射缝应错开;上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开; 在碳砖炉缸的内表面设有保护层。过去砌一层高铝砖,近来用涂料代替高铝砖,涂料层厚58mm。炉缸厚度:A一般规定铁口水平面处的厚度为小高炉:575mm(230345);中型高炉:920mm(2303452);大型高炉:
13、1150mm(2302+3452)或更厚些。 (4)炉腹、炉腰和炉身下部:A炉腹:一般砌一层高铝砖或粘土砖,厚度为345mm。B炉腰炉腰有三种结构形式:厚壁炉腰、薄壁炉腰和过渡式炉腰。厚壁炉腰结构:优点是热损失少,但侵蚀后操作炉型与设计炉型变化大。薄壁炉腰结构: 热损失大些,但操作炉型与设计炉型近似。过渡式炉腰结构:处于两者之间。C炉身下部炉身下部砌砖厚度为690805mm,目前趋于向薄的方向发展,有的炉衬厚度采用575mm或345mm。倾斜部分按三层砖错台一次砌筑。 (5)炉身上部和炉喉:炉身上部一般采用高铝砖或粘土砖砌筑。 砌砖与炉壳间隙为100150mm,填以水渣石棉隔热材料。为防止填料
14、下沉,每隔1520层砖,砌二层带砖即砖紧靠炉壳砌筑,带砖与炉壳间隙为1015mm。 炉喉:炉喉钢砖或条状保护板:为铸铁或铸钢件。 炉喉圆周有几十块保护板,板之间留2040mm膨胀缝。炉喉高度方向只有一块。 3.参考文献1项中庸高炉设计炼铁工艺设计理论与实践冶金工业出版社2007年2郝素菊,蒋武峰,方觉高炉炼铁设计原理冶金工业出版社2003年3王平炼铁设备冶金工业出版社2006年设计总结和感言在整个课程设计的四天中,我们小组分工合作、齐心协力,如今已经一同完成了课程设计的所有工作。故特在此总结感悟。在课程设计的第一天我们便对这次任务进行了规划和分工。在以后的几天中,我们组的成员一起分工合作,一同
15、努力,一同奋斗。我们完成了设计前的准备工作:阅读课程设计相关文档、搜集和查阅了大量资料、进一步进行小组讨论分工完成对资料的分析。在协作下,完成了每个人对炼铁高炉的设计。一起寻找软件,相互帮助后,完成了绘制了电子图纸,并最后撰写课程设计说明书。在整个设计中,我主要负责图纸的绘制。在这个过程中,我们都经历了艰苦的过程在绘图时遇到了较大麻烦。此时我认识到自己好多不足之处,如对专业学习不够认真,对一个工科生应学到的知识认识和学习不够。我希望通过本次设计后我能够在认识不足的基础上认真学习和改进。经历高炉本体设计的整个过程我觉得自己的学习能力有一定的进步。我对高炉结构、高炉工作原理、工作过程和高炉各种材质
16、的要求有了进一步了解,对冶金设备设计也有了一定认识。其中特别是对CAD软件的学习及对资料的寻找与整理,收获最丰。这次的课程设计,我们小组一起经历了奋斗的酸甜苦辣,一起体验了合作的点滴感动,也一起分享了成功的喜悦。因为对我们每个人来说,这一次的课程设计都是一个挑战。我们每个人都不完美,对课题的了解也都不完全,尤其是对计算机辅助制图的软件,我们大家都不太精通。这时候小组的力量就体现出来了,各司其职,各尽其能,终于集体的力量发挥了效用,使我们终于到达了成功之岸。在这个过程,我们都齐心协力、相互帮助。我就受到了好多帮助。有时,一句温暖的话语,一杯热热的咖啡,就能给人以无比的动力和破解一切问题的决心。其实回想起来,这次的课程设计我的最大的感受不是知识的获得,而是磨练的人格和丰盛的友谊。因为,经过艰难困苦的设计工作之后,最终我们都明白了,课程设计这样集体的任务,光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的,唯一成功的可能就是全体成员通力合作。虽然现在课程设计结束了,但我相信,我们这份宝贵的经历和曾经一起奋斗的精神和友谊,必将会成为人生道路上一道亮丽的风景线。至此课程设计小组全体成员敬上2012年6月28日