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128高炉炼铁工艺方案
1. 炼铁系统概述
新建128m3高炉，主体车间包括车间内部原、燃料贮运、上料系统、炉顶装料设备、热风炉系统、炉体系统、风口平台、出铁场、粗煤气处理等。还设有鼓风机站、煤气干法除尘、槽上和地沟除尘等辅助工段。炉渣实行轮法或水冲渣处理。
本次设计的指导思想是：根据 的生产条件和技术上的可能，力求达到较好的技术效果，实现高产、优质、低耗、长寿的目的。设计中本着先进、可靠、实用的原则，认真地吸收采用国内128m3高炉上行之有效、实用的新技术新工艺等。
为了达到高炉“高产、优质、低耗、长寿”的目的，工艺设计主要围绕“精、灵、高、准、长、净”等方向进行工作。即精料，入炉原料含粉率≤ 5％，入炉原料重量误差<1%；炉顶装料设备布料灵活；较高的炉顶压力，较高的风温水平；准确的计量、必要的检测手段；较长的炉体寿命，稳定的热风炉结构，确保高炉炉龄6年以上；“三废”综合治理，较洁净的环境条件。为达到上述要求，相应采取的主要技术措施和选用的主要工艺设备是：烧结矿、原块矿、焦炭全部筛分入炉，采用双钟炉顶空转螺旋布料器或谢式炉顶。如果采用双钟炉顶,为提高大小钟、斗的耐磨性，大小料钟、斗的接触面采用浸润碳化钨处理。供料、上料和炉顶装料设备全系统采用计算机控制。热风炉型式为球式热风炉，助燃空气预热到200℃，热风炉采用自动控制，实现自动换炉等。高炉炉体采用工业水冷却，冷却设备的材质和结构型式均相应采取一系列措施。炉缸、炉底采用自焙炭块－一级高铝复合炉衬,水冷炉底，并对各部分温度分布埋热电偶检测。高炉、热风炉采用两级计算机集散系统，取消常规仪表，实现数据自动处理，自动打印。槽上原料系统和槽下、上料系统设置布袋除尘设施，高炉冷风放风阀设置消音器，使排放气体的含尘量和噪音值控制在国家标准以内。
1.1. 128m3高炉设计主要技术经济指标
128m3 高炉设计主要经济技术指标
序号
项目
单位
指标
备注
1
高炉有效容积
m3
128

2
年平均利用系数
t/m3d
3.5

3
年平均冶炼强度
t/m3d
1.925

4
入炉焦比
kg/t-Fe
550

5
烧结矿使用率
%
90～95

6
渣铁比
kg/t
460

7
综合矿入炉品位
%
60

8
炉顶煤气压力
kPa
60

9
混合煤气CO2含量
％
18

10
风温水平
℃
1100～1150

11
年工作日
日
350

12
高炉一代寿命
年
6～8年

1.2. 规模及物料平衡
1×128m3高炉年产炼钢生铁17万t/年,主要物料平衡如下
计算单位：万t/年
1.3. 产品及副产品
1.3.1. 生铁
高炉炉容128m3，设计利用系数3.5t/m3.d，年产炼钢生铁15万吨。
1.3.2. 副产品
高炉生产的炉渣在炉前全部冲制成水渣，年产水渣约7.82万吨（含水率15％）
高炉年煤气发生量约3.56～3.9万Nm3/h，热风炉烧炉自用约15000 Nm3/h，其余2.06～2.5万Nm3/h，可供厂内其它用户使用。
1.4. 主要原燃料及消耗量
1.4.1. 主要原料
精料是高炉强化冶炼，稳产、高产的基础，获得良好经济效益的保证。烧结矿二元碱度R＝1.6～1.8，烧结矿粒度为5－50mm，其中<5mm粉未<5%，>50mm的粒级<10%，温度<100℃。128m3高炉保证95~100％左右的熟料率，年耗烧结矿、原块矿40万吨以上。高碱度烧结矿占90~95%，酸性原块矿矿占5~10%，稍加块矿作为调剂。
1.4.2. 主要原燃料性能
高炉使用的原料是烧结矿、原块矿矿、块矿、石灰石、石英石、焦炭。高炉使用的烧结矿、原块矿矿为中加生产。块矿为进口矿。烧结矿、原块矿矿和块矿的综合入炉品位为57%。高炉用燃料为焦化厂自产焦炭。高炉所用燃料的化学成份和理化性能见附表。
高炉原料化学成份
成份品名
原料化学成份（％）
Tfe
FeO
SiO2
CaO
Al2O3
MgO
MnO
P
S
转鼓
烧结矿
60
0.63
6.75
10.88

3.00

0.037
>86
原块矿矿
61
0.62
6.76
2.30

1.57

0.03

块 矿
59.75

4.69
2.92

0.025

石灰石

1.91
50.80

1.99

矽 石

91.05

焦炭性能指标：
焦炭强度：M40>83%；M10<10%；
灰分≤12.5%;S%≤0.6%;固定碳85%；
粒度范围20－70mm。
1.4.3. 主要原燃料消耗量
各种原燃料使用量（入炉量）
原燃料名称
单位
耗量
矿石
Kg/t-Fe
1660
其中：烧结矿
Kg/t-Fe
1328
原块矿矿
Kg/t-Fe
300
块矿
Kg/t-Fe
32
焦炭
Kg/t-Fe
550
石灰石
Kg/t-Fe
10－15
1.4.4. 辅助材料消耗
吨铁辅助材料消耗见下表：
序 号
名 称
单位及数量
备 注
1
炮泥、沟泥
3.5Kg/t-Fe
由碾泥机生产
2
焦粉
1.0 Kg/t-Fe

3
河沙
4 Kg/t-Fe

4
生粘土
1.5Kg/t-Fe

5
耐火砖
1.0Kg/t-Fe
修铁水罐用
1.4.5. 动力消耗
序号
项目
单位
耗量
1
工业净化水、炉体、热风炉冷却用水
m3/t-Fe
34
2
电（不含风机用电）
KWh/t-Fe
30
3
蒸汽
m3/t-Fe
30
4
氧气
m3/t-Fe
3
5
压缩空气
m3/t-Fe
5
6
鼓风
m3/t-Fe
1352
7
煤气
m3/t-Fe
913
2. 高炉车间各系统工艺和设备
2.1. 高炉本体
1）高炉内型
高炉内型的设计指导思想是：既有利于高炉强化冶炼，又希望炉内煤气能量得到充分的利用。炉型的特点是多风口，适当矮胖，具体内型尺寸如下：
高炉内型尺寸表
序号
项目
符号
单位
设计值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
有效容积
炉缸直径
炉腰直径
炉喉直径
有效高度
死铁层高度
炉缸高度
炉腹高度
炉腰高度
炉身高度
炉喉高度
炉腹角
炉身角
炉缸截面积
风口数目
Vu
d
D
d1
Hu
h0
h1
h2
h3
h4
h5
а
β
A
F
m3
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
度
度
m2
个
128
3450
4300
2600
13960
450
2410
2400
1250
6300
1300
81°34′23″
84°26′12″
8
2）炉体结构
炉体为“自立式”结构，炉顶各层平台的荷载通过高炉炉壳传给基础，炉体设置多层操作平台，上、下分两路走梯，分别与各层平台相通。
3）高炉内衬
（1） 炉底
炉底采用自焙炭块－一级高铝炉衬，水冷炉底。十多年来，自焙炭砖已在我国几十座高炉上应用，并在2500m3高炉上相继推广。同时，这样炉衬结构型式，可以满足中小高炉强化冶炼的要求，维持较高的炉衬寿命，具有耐高温，导热性能好，内层保温作用好，高温强度高，抗渣、铁侵蚀作用强等优点。
（2） 炉缸
风口中心线以下500mm处外砌自焙炭块，内衬一级高铝。一级高铝，铁口部位为组合砖。
(3) 炉腹
靠冷却壁砌－层厚度为345mm的高铝砖。
(4)炉腰
砌体材质，厚度与炉腹相同。
（5）炉身
炉身下部冷却壁处，砌体材质，厚度与炉腹、炉腰相同。
炉身上部砌体材质为高铝砖，厚度为575mm，炉壳处喷涂厚度为50mm的喷涂料。
4）炉体冷却
影响炉体寿命长短的因素很多，其中炉体冷却水质是关键因素之一。128m3高炉采用工业水开路循环冷却，而与原高炉共建一新循环泵站。为改善冷却水质、提高冷却效果、延长冷却设备的使用寿命。在循环泵站的水池内采取加药软化处理的方案，以改善水质。
炉体冷却系统的供水地面压力为0.4Mpa。冷却水由供水直管输送至炉台下，通过滤水器过滤后分别与炉台上供给高炉本体冷却壁用水的环管相通，冷却壁内水管每段横向串联，炉缸、炉底的冷却壁除风、渣、铁口处采用单进单出外，其余均为两块串联，炉腹，炉腰处冷却壁采用两块串联，炉身下部的冷却壁采用三块串联。炉底水冷却采用单管可调式有压供水。
5）附属设备
炉体附属设备主要是：风口送风装置，条形炉喉钢砖，煤气取样器。
风口送风装置采用带法兰式的风口大套，煤气取样仍采取人工取样。
2.2. 炉体检测与控制
炉体检测包括炉衬温度、炉底温度、炉基温度的测量等，为炉体维护炉体设备保护提供信息。
3. 上料系统
本系统包括槽下供料、上料、炉顶放料三个部分
3.1. 料批组成和上料批重的选取
料批组成
每批料最多由六车组成，一次或两次装入炉内（矿、焦分开）料批组成基本有：
(a)oocc↓或ccoo↓
(b)ooo↓ ccc ↓或 ccc ↓ ooo↓
(c)ooo ↓ cc ↓或 cc ↓ ooo
(d)oo ↓ ccc ↓或 ccc ↓ oo
注：o表示矿石，c表示焦炭
3.2. 设备特性
（1） 供料系统
该系统的设备配置及工艺特点如下：
矿、焦槽的配置，采用2个焦仓，2个矿仓。矿焦槽设置数量，容积及时间如下表：
矿焦槽设置数量，容积及时间
炉料名称
数 量
（个）
有效容积
贮存时间
（h）
单个
总容积
焦炭
2

12
烧结矿
2

12
原块矿
1

7
杂矿
1

（2）槽下供配料工艺流程及其特点：
供焦系统：
焦炭槽内的焦炭经焦槽流咀到焦仓下振动筛筛分后，合格焦炭直接进入有效容积为1.8m3的焦炭称量漏斗内，然后经一条800mm宽皮带运输机运到料坑漏斗，筛分后的焦粉由筛下的碎焦斗运走。
烧结矿及块矿系统：
矿槽下设有一条B＝800mm供矿皮带运输机，一条B＝650mm的返矿皮带运输机。杂矿仓下设有1个仓咀，设1台振动筛和1台中间称量斗，称量斗有效容积为1.8m3。杂矿经过振动筛和称量斗，供料皮带机送入料坑矿石漏斗。
烧结矿上料系统采用分仓筛粉方案，每个烧结矿槽下1个流咀和1台振动筛。烧结矿经振动筛，筛上的成品矿通过皮带机进入受料斗，皮带机运输到料坑内的矿石漏斗。筛下的返矿经返矿皮带机送往返矿中间仓，最后汽车将返矿送往烧结厂。
槽下除尘
烧结矿、原块矿矿、块矿、熔剂矿槽上仓采取半密封状态，仅留落料口。各烧结矿槽、焦炭槽下的给料机口，皮带机头，振动筛，称量斗，矿石漏斗以及料车坑等各扬尘点均设置抽尘罩进行强力抽尘，使环境得到根本改善。
（3）上料系统
采用单料车斜桥上料，料车有效容积1.8m3，斜桥角度53 °37 ′41″。主卷扬机室设在斜桥下方，地沟操作室在料仓一侧。
（a） 上料能力
高炉上料批数按N＝
式中：Vu－高炉有效容积。
K－高炉利用系数
C－焦比
Q－焦炭批重
料车运行一次时间为51秒，料车卷扬系统作业率为66.7％。
（b） 料车卷扬机的主要性能
最大钢绳速度1.23m/s；卷筒直径：1000mm；
钢绳直径：28mm
配用电机：75KW
（4）炉顶系统
128m3高炉炉顶装料设备采用大小料钟，用电动复合卷扬机驱动，布料采用空转螺旋布料器，这种装料设备在国内许多厂家的128m3级的高炉上已广泛应用，使用效果比较可靠。
128m3高炉炉顶装料设备由固定受料斗，园筒受料斗，空转布料器，小料钟、斗，大料钟、斗等组成。
这种炉顶设备密封性能较好，尤其是空转螺旋布料器，其密封性能明显优于马基式布料器，且重量轻，操作比较灵活。为提高大小钟的密封性能和耐磨性能，在大小钟、斗的接触面采有浸润碳化钨处理，在大料钟的落料面堆焊了硬质合金。该炉顶设备可以满足高炉0.05-0.07Mpa的小高压操作要求，且经过特殊处理的大钟寿命较长，根据安钢炼铁厂128m3高炉的使用经验，大钟寿命可达5－6年。且维护检修方便，更换一次大钟，一般需5天时间，更换小钟仅需8－10个小时。
4. 风口平台与出铁场
高炉采用一个铁口两个渣口，8个风口，风口平台及出铁场上设有高炉控制室，炉前设备液压站，泥炮操作室，工人休息室等构筑物。
出铁场上主铁沟坡度8％，支铁沟坡度5％，炉前采用水冷砂口，布置35吨铁水罐位2个。
为了使炉前工作适应强化冶炼，小高压操作的要求，保证炉前作业安全顺利的进行，改善炉前的操作环境，选用了如下炉前设备：
① 矮式液压泥炮、泥缸有效容积0.06m3，推力为75t。
② 液压堵渣机
③ 液压开铁口机
④ 修补渣铁沟用电动打夯机。
⑤ 炉前配一台双梁吊车（5t）
⑥ 热风围管下部至出铁场设一台1t环梁手拉葫芦。
铁水罐、渣罐上方设有抽尘罩，基本上能够抽除高炉出铁、出渣时产生的烟尘，炉前的劳动环境会得到一定的改善。
炉前使用的炮泥，铺沟料等物料采用汽车运至炉台下，然后用吊车运至出铁场及风口平台上。
5. 热风炉部分
5.1. 平面布置
热风炉布置形式采用并列式或一列式，设置2座热风炉。其结构形式采用改造型球式热风炉。设置助燃空气预热器，预热温度达到150℃以上，设计风温1100—1150℃。热风炉寿命与高炉同步，3-4年更换一次蓄热球。
为了装卸球运输的要求，烟囱（地下段）布置在热风主管一侧，热风炉给水点及排水点由总图统一考虑共同商定。
5.2. 热风炉结构
（1）拱顶结构
拱顶采用悬链线结构，这种拱顶的稳定性和气流分布均匀性较半球形或锥顶相结合的蘑茹形球顶要好。采用悬链线拱顶结构后，拱顶与大墙脱开，拱顶砖衬座在设于炉壳的两层托圈上，脱离大墙,由钢壳支托传到基础。大墙可自由膨胀,防止了因不均匀膨胀造成的拱顶损坏。为防止该处窜风，在接触处采取迷宫式密封结构。
（2）燃烧室
热风炉为球式热风炉，上部配两台套筒式燃烧器,可以强化燃烧，拱顶大墙内燃烧口结构复杂，采取现场捣打。
（3）蓄热室
蓄热室为二段式结构，上部高温区采用φ60低蠕变高铝球以增加蓄热能力，下部4采用φ40高强度高铝球。炉蓖子、支柱采用托梁结构形式，材质RTCr。
（4）热风出口及三叉口
为解决该部位破损率高、砌筑不方便的问题，在该部位采用异形组合砖砌筑，以提高使用寿命。热风出口为喇叭口状，增设一层保温砖，以改善其保温性能。热风阀与热风主管间设有波纹补偿器。
（5）炉体的隔热
热风炉加强炉体的隔热是减少散热损失，提高热风炉热效率，提高热风温度，保护热风炉外壳的重要措施之一。为此，在热风炉上部高温区域的热风炉大墙与钢壳间、拱顶砖与钢壳间增加了隔热层厚度，采用了一些性能较好的隔热材料。同时，炉壳中上部内表面喷涂一层FN-130耐火隔热材料。大墙上部砌体与拱顶间设迷宫式滑缝，防止气体串至炉皮。下部用球冠型炉蓖子及冷风均布装置，可使气流分布均匀，有利于热交换，提高热效率，减少气体阻力。
5.3. 热风炉主要技术特性
热风炉设计风温1100℃~1150℃，废气温度250~300℃，全部采用高炉煤气燃烧，热值3400kJ/Nm3以上，热风炉燃烧采用集中供风，助燃空气预热温度150℃以上。
5.4. 送风系统
正常情况下，热风炉采用“一烧一送制”，事故状态时为“一烧一送制”。
热风炉在换炉过程中，增设了冷风均压装置。换炉时由微机控制阀门开启，以尽量减少高炉入炉风量和风压的波动，保证高炉冶炼过程的稳定性。
高炉鼓风机出口冷风温度高达120℃左右，为充分利用鼓风中的这部份物理热，同时尽量减少管道内的风温降，在冷风管道外表面增加了保温层，从而达到减少冷风管道和热风管道表面散热的目的。
5.5. 热风炉设备
（1）阀门型式及其传动
热风炉各阀门型式确定的基本要求是：密封性好、操作灵活，在满足热风炉操作条件下，坚固耐用。本次设计所选用的阀门型式是闸板阀和蝶形阀。闸板阀用于管路的切断，蝶形阀用于气体流量的调节和低压管路的切断。高温区的闸阀采用带水冷装置的阀门；以上两种结构型式的阀门均采用液压驱动，蝶形阀采用电动控制，由微机联锁控制，实现热风炉在换炉过程的自动控制。
（2）助燃风机
共配置助燃鼓风机2台风机运行为开一备一。
为了保证热风炉在燃烧过程中燃烧的稳定，在煤气管道上设置了稳压调节机构，以保证煤气压力的稳定。
6. 高炉煤气的净化
6.1. 原始数据
煤气发生量：3.45×104～3.9×104 Nm3/h
煤气发热量：3310KJ/Nm3
炉顶煤气温度：正常：100~150℃
最低： 80℃
最高：280℃
炉顶煤气压力：正常：60～80Kpa
低压：30Kpa
重力除尘器出口煤气含尘量：平均：7g/Nm3
最大：10g/Nm3
重力除尘器出口煤气含湿量：50g/Nm3
净煤气含尘量：<10mg/Nm3
净煤气并网压力：7～10Kpa（最高可达15Kpa）
6.2. 除尘方法：
高炉煤气净化方法采用干式低压脉冲布袋除尘。
6.3. 除尘工艺：
高炉煤气经炼铁重力除尘器粗除尘后经煤气总管进入每个布袋除尘器，净化后的煤气进入净煤气管，经调压装置后，控制煤气压力在7～10KPa，并入净煤气总管网。除尘灰通过卸、输灰系统运至高位灰仓，加湿后卸入汽车外运。高炉煤气布袋除尘工艺流程如下：
重力除尘器 脉冲氮气 热风炉
低压脉冲布袋除尘器 净煤气总管 调压阀组 并网
灰尘
中间灰仓 埋刮板机 斗提升 高位灰仓 加湿机 外运
6.4. 除尘器本体：
根据煤气流量采用10个箱体，外径Φ2600mm，单列布置。
脉冲布袋除尘器的主要工艺参数：
箱体台数 台 10
每个箱体的滤袋数 条 48
滤袋规格 Φ×L Φ120×6000
每个箱体过滤面积 m2 约400
设计选取过滤负荷 Nm3/m2h 32~38
每个箱体过滤煤气量 Nm3/h 12800～15200
6个箱体同时使用时过滤负荷 Nm3/m2h 32～38
处理煤气量可达 Nm3/h 51200～60800
滤袋采用高温合成纤维针刺毡，商品名称Nomex 或 Metamex。适用温度为100～250℃，瞬时可达300℃。因此温度适中是本除尘器使用的关键所在，温度过高或过低到达设定值时应报警，同时通知高炉操作室采取措施。如温度超过设定值，应关闭净煤气蝶阀，阻止煤气流动并通知高炉放散。正常使用条件下，滤袋寿命约1.5～2a以上。
操作过程中可通过检漏仪及镜片检测煤气含尘情况，及时发现滤袋破损并更换。本设计按人工检漏设计，予留自动检漏安装口。
7. 热力设施
鼓风机站按二台离心风机位置建设厂房一用一备。风机型号为C520-2.4/0.98型离心鼓风机。
8. 给排水系统
包括净循环水系统和浊水循环系统。
净循环水系统包括高炉炉体冷却水、热风炉冷却用水、鼓风机冷却用水。高炉炉体冷却用水：Q=450m3/h，T=35℃，P=0.40MPa（以高炉出渣线轨道计）；热风炉冷却用水：Q=300m3/h, T=35℃，P=0.40MPa （以高炉出渣线轨道计）；鼓风机冷却用水：Q=100m3/h, T=32℃，P=0.30MPa
浊水循环系统主要是高炉水冲渣用水。
高炉水冲渣系统包括下渣冲水量：Q=600m3/h，上渣冲水量：Q=600m3/h， P=0.30Mpa。
9. 5、电气系统
主要包括新建128m3高炉的原、燃料供应系统、槽上及槽下配料系统、卷扬上料系统、高炉循环水系统、热风炉系统、矿槽除尘和出铁场除尘系统、高炉鼓风系统、煤气净化系统等的供配电和电气传动。
9.1.1. 供配电系统
炼铁供电负荷性质属一、二类，应保证其可靠性。设计为双回路供电，即一用一备。根据对炼铁用电负荷计算，每条回路负荷应满足2500KVA的要求。
9.1.2. 控制系统
根据高炉设备分散等特点，为提高生产效率，改善劳动条件及便于生产管理，配置四套可编程控制器（Ｓ７－４００）及四台上位机操作台。分别设在高炉本体、热风炉、槽下、干法除尘操作室内。
各系统的ＰＬＣ，上位机之间通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ网络连网，各系统的设备运行、故障情况均在各自的操作站（上位机）上进行监控及操作。各系统自成独立操作系统，有关信号可相互传送到各系统控制室监视。
以上各ＰＬＣ均具有各自系统的监视控制，对各自系统的设备运行状况，通过各自的操作站上的ＣＴＲ监视及操作，实现事故报警，报表打印及人机对话。
10. 投资概算
本工程概算依设计内容和范围进行编制。投资范围包括：原、燃料贮运设施、炼铁车间（1×128m3高炉）、布袋除尘系统、高炉鼓风机站、给排水设施、厂区综合管线、总图设施、工器具及生产家具购置费。投资明细见附件。
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