毕业设计（论文）-根据娄底地区设计一个年产量为480万吨的高炉炼铁车间.doc

（2012届）专科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：根据娄底地区，设计一个年产 量为480万吨的高炉炼铁车间 学 院（部）： 冶金工程学院 专 业： 冶金技术 学 生 姓 名： 班 级： 冶金092 学号 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处前 言 本次设计是根据娄底地区设计年产量为480万吨的高炉炼铁车间，该地区矿藏丰富，水资源充沛，交通发达，设计炼铁车间比较合理。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。虽然现在高炉并不是以后炼钢的发展趋势，但高炉冶金是获得生铁的重要手段。它是以铁矿石是为原料，焦炭煤粉作为燃料和还原剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非铁氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程。随着冶金技术的不断发展，对其冶炼的关键设备“高炉”。也有了越来越严格的要求。高效率、高质量、高寿命、低能耗、低污染是本次设计所追求的目标。在本次设计中翻阅了大量的参考文献，相当于又系统的学习了一遍高炉的有关知识，是对高炉发展的新的具体认识和总结，是本人三年专业知识学习的一个促进过程。本次设计中得到了王建丽老师的悉心指导和帮助，本人表示非常的感谢。然而，由于本人水平有限，设计中难免有不足和纰漏之处。望各位给予指正。目 录第一章 绪 论 1 1.1 高炉炼铁任务及工艺流程 1 1.2 高炉生产的特点及优点 2 1.3 设计原则和指导思想 2 1.4 厂址及建厂条件论证 3第二章 炼铁工艺计算 4 2.1 配料计算 4 2.2 根据铁平衡求铁矿石需要量 6 2.3 渣量及炉渣成分计算 6 2.4 物料平衡计算 7 2.5 热平衡计算 8第三章 高炉本体 14 3.1 高炉炉型 14 3.2 高炉炉衬 16 3.3 炉体冷却方式 16 3.4 冷却系统 19 3.5 高炉钢结构及高炉基础 20第四章 炉顶装料系统 23 4.1 串罐式无钟炉顶装料设备 23 4.2 串罐式无钟炉顶的特点 25第五章 供料系统 26 5.1 高炉供料系统 26 5.2 储矿（焦）槽及其主要设备 27 5.3 槽下运输及炉料称量 30第六章 送风系统 31 6.1 鼓风机的选择 31 6.2 热风炉设计 32 6.3 热风炉常用耐火材料 34 6.4 燃烧器及送风制度的选择 34 6.5 热风炉主要管道直径的选定 35第七章 渣铁处理系统 36 7.1 风口平台及出铁场 36 7.2 炉前设备 37 7.3 炉渣处理 39第八章 煤气除尘系统 41第九章 喷吹系统设计 42 9.1 主要设备 43 9.2 喷煤车间设备 43第十章 车间布置形式 10.1 高炉车间平面布置 46结束语 48主要参考文献 49 1 绪论1.1 高炉炼铁的任务及工艺流程高炉炼铁的任务是用还原剂（焦炭、煤粉）在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程。高炉生产要求以最小的投入获得最大的产出，即做到高产、优产、低耗、有良好的经济效益。高炉生产是借助高炉本体和其辅助设备来完成的。高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其他附属的配合，其工艺流程如图1-1所示。1（1）供料系统 包括贮矿槽、贮焦、称量与筛分等一系列设备，其任务是将高炉冶炼所需要原料通过上料系统装入高炉。（2）送风系统 包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，其任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需要的热风。（3）煤气除尘系统 包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经一系列的净化使其含尘量降至10mg/m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。（4）渣铁处理系统 包括出铁场、开铁口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，其任务是及时处理高炉排放的渣、铁，保证高炉生产正常进行。（5）喷吹燃料系统 包括原煤的存储、运输、煤粉的制备、收集罐车及煤粉喷吹，以煤代焦，降低焦炭消耗。1.2 高炉生产的特点及优点特点：（1）高炉是一个多相复杂的巨型高温化学反应器； （2）炉内两股逆向流动是一切反应的基础； （3）高炉寿命长； （4）连续作业率高； （5）热效率高； （6）生铁质量稳定。优点：既能利用多种原料，产品性能又能满足广泛的质量要求，铁的收得率高，又具备大规模生产的能力。1.3 设计原则和指导思想设计的总要求是技术上优先，工艺上可行，经济上合理。（1） 积极采用成熟的生产工艺，设备和结构；（2） 学习总结生产经验，移植适用可行的先进技术；（3） 在现有条件允许的情况下，留足够的发展余地；（4） 充分考虑节约能源，资源的综合利用，改善劳动条件和环境保护。21.4 厂址及建厂条件论证本设计是针对娄底地区设计的。娄底市，是湖南的能源、矿产和化工重镇，也是省内重要的铁路枢纽，有”世界锑都“、”百里煤海“之称。位于省湖南中部。铁路建设方面，沪昆客运专线经过娄底，并在娄底城区和新化设站；娄邵铁路既有线改造开工建设。高速公路方面，二广高速娄底段、娄新高速、新溆高速建设如火如荼；长娄、娄益、娄衡高速进入了省里的建设，我市东、南、西、北四个高速出口即将全面打通，一个面向湘西、大西南的综合交通枢纽城市日益显现在公众面前。32炼铁工艺计算2.1配料计算（1）原始资料的收集和整理1）矿石成分分析：见表2-12）焦炭成分分析：见表2-23）煤粉成分分析：见表2-3（2）矿石的选配因现场提供的化验成分不完全，为此因按元素在原料中存在形态不全应有的组成，并各组分含量之和等于100%。如矿石中其他物质（如碱金属化合物）未做化验分析，所以常规分析组分之和（包括烧损等）不等于100%，则可补加一个其他项，使总和等于100%。表2-1 矿石成分 %FeMnPSFeOFe2O3CaOMgOSiO2Al2O3TiO2MnOZnP2O5生铁矿64.240.0260.0330.0520.5591.1590.845.122.1060.0830.0340.0150.076烧结矿59.920.0310.030.039.4875.0297.9923.861.4470.040.069球团矿64.530.0380.0090.0120.8791.1411.341.393.9761.0820.0760.0490.0110.021综合矿61.0030.0320.0270.0297.38878.8976.2871.813.9781.4410.0190.0410.0030.062 表2-2 焦炭成分 %灰分（13.17）挥发分（0.95）有机物（1.78）游离水SiO2Al2O3CaOFeOMgOCOCO2CH4H2N2H2N2S84.747.814.580.520.680.140.160.150.0170.0260.0770.30.250.771004.04 表2-3 煤粉成分 %CHNSOH2O灰分（14.70）SiO2Al2O3CaOMgOFeO77.832.350.460.302.330.837.158.830.690.300.93100.0 表2-4 预定生铁成分 %FeSiMnPSC95.290.450.030.0350.0234.17 表2-5 常见元素分配率 %原料FeMnSP生铁99.350100炉渣0.350煤气5冶炼条件的确定燃料消耗量焦比 340kg/t 煤比 180kg/t 重比 30kg/t 置换比 0.7 鼓风湿度 12g/m3 相对湿度 1.493% 风温 1200 炉尘量 20kg/t 入炉熟料温度 80 炉顶煤气温度 200 焦炭冶炼强度 0.9t/(dm3) 综合冶炼强度 1.05 t/(dm3) 利用系数 3.0 t/(dm3) 燃烧强度1.00t/(dm3)(3) 根据碱度平衡求铁矿石配比根据原料条件，假设生铁矿的配比为a，烧结矿的配比为b，球团矿的配比为c。在按照生产经验确定炉渣碱度R，然后根据碱度平衡求出a,b,c。 其中abc=1 如果假设焦、煤带入的铁和进入炉渣和炉尘的铁相等，既有 本设计选定R=1.1，计算得生铁矿，烧结矿和球团矿的配比为8:76:16，按比例得到混合矿的成分，见表2-1。52.2 根据铁平衡求铁矿石需要量（1）燃料带入的铁量：进入炉尘的焦炭量=G尘C尘/C焦=2011.9584.74=2.82 kg11.95%为炉尘中炭的烧损量。高炉内参加反应的焦炭量为G焦=3402.82=337.18 kg故焦，煤带入的铁GFe燃=（337.180.68%1800.93%）5672=3.085 kg（2）进入炉渣中的铁量 GFe渣=95.29%10000.3%99.3%=2.867 kg（3）需要由铁矿石带入的铁量 G矿=1000Fe GFe渣GFe燃=952.92.8673.085=952.68 kg（4）冶炼1t生铁的矿石需要量G矿=G矿Fe矿=952.6861.003%=1561.72 kg考虑到炉尘吹出量，入炉矿石量为G矿入=1561.72202.82=1578.9 kg2.3 渣量及炉渣成分计算 CaO=3400.00521800.00691578.90.0628=102.165 kg SiO2=3400.07811800.07151578.90.03989.643=92.621 kg Al2O3=3400.04581800.08831578.90.0144=54.202 kg MgO=3400.00141800.0031578.90.0184=30.068 kg 渣中MnO量=0.51578.90.00041=0.324 kg 渣中FeO量=952.90.3%99.7%7256=3.687 kg 每吨生铁含硫量=3400.00771800.0031578.90.0003=3.632 kg 进入生铁中的硫=10000.00023=0.23 kg 进入煤气中的硫=0.053.614=0.181 kg 进入渣中的硫=3.6320.230.181=3.221 kg 表2-6 炉渣成分组元CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOS2Rkg102.16592.62154.20230.0680.3243.6871.610284.6771.103%35.88832.53519.04010.5620.1141.2950.566100校核生铁成分S=0.023%；LS=20.5660.023=49.22Si=49%P=0.4311000=0.043%Mn=0.324557111000=0.023%Fe=95.29%C=100%95.29%0.023%0.043%0.023%=4.131%6表2-7 校核后生铁成分 %FeSiMnPSC95.290.490.0230.0430.0234.1312.4 物料平衡计算 1、风量计算(1) 燃料带入总C量GC总=G焦C焦G煤C煤=337.1884.74%18077.83%3084.32%=451.116 kg(2) 溶入生铁中的C量GC生铁=10004.131%=41.31 kg(3) 生成甲烷的C量GC甲烷=1.0%451.116=4.51 kg(4) 直接还原消耗的C量 1) 锰还原消耗的C量 GC锰=10000.03%1255=0.07 kg2）磷还原消耗的C量 GC磷=10000.043%6062=0.416 kg3）硅还原消耗的C量 GC硅=10000.45%2428=3.86 kg4）铁直接还原消耗的C量 GC铁直=100095.29%12560.38=77.59 kg故 GC直=0.070.41677.593.86=81.936 kg风口前燃烧的C量=451.11641.314.5181.936=323.36 kg(5) 计算鼓风量V风1) 鼓风中的氧浓度=21%（11.493%）0.51.493%=21.43%2) GC燃燃烧需要的氧为Vo2=323.3622.424=301.8 m33) 煤粉带入氧量Vo2=180(2.33%0.83%1618) 22.432=3.87 m34) 重油带入氧量Vo2=30（0.76%3.01%1618）=0.72 m3(6) 需鼓风供给的体积Vo2风=301.83.870.72=297.21 m3 故 V风=297.2121.43%=1386.89 m32、炉顶煤气成分及数量计算 (1) 甲烷的体积VCH4 1) 由燃料碳生成的CH4量VCH4=4.5122.412=8.42 m3 2) 焦炭挥发分中的CH4量VCH4=337.180.01722.416=0.08 m3 故VCH4=8.420.08=8.5 m3 (2) 氢的体积VH2 1) 由鼓风中水分分解产生的H2量=1275.971.493=19.1 m3 2) 焦炭挥发分及有机物中H2量=337.18（0.0260.3）22.42=12.31 m3 3) 煤粉分解产生的H2量=1802.350.8321822.42=49.24 m3 4) 重油分解产生的H2量=3011.183.0121822.42=38.69 m3 5) 炉缸煤气中H2的总量=19.149.2412.3138.69=119.34 m37 6) 生成甲烷消耗的H2量=8.52=17 m3 7) 参加间接还原消耗的H2量=119.340.35=41.77 m3 故VH2=119.341741.77=60.57 m3 (3) 二氧化碳的体积VCO2 1) 由矿石带入的Fe2O3的量=1578.978.89=1245.59 kg参加还原Fe2O3为FeO的氢气量=119.340.3510.9222.4=0.37 kg 由氢还原的Fe2O3的量=0.371602=29.6 kg 由CO还原的Fe2O3的量=1245.5929.6=1215.99 kg 故 VCO2还=1215.9922.4160=170.24 m3 2) CO还原FeO为Fe生成CO2的量=100095.310.380.0722.456=209.64 m3 3) 焦炭挥发分中CO2量=337.180.1522.444=0.26 m3 故VCO2=170.24209.640.26=308.14 m3 (4) 一氧化碳的体积VCO 1) 风口前炭燃烧生成CO量=GC燃22.412=323.3622.422=603.61 m3 2) 直接还原生成CO量=GC直22.412=81.93622.412=152.95 m3 3) 焦炭挥发分中的CO量=337.180.1622.428=0.43 m3 4) 间接还原消耗的CO量=170.24209.64=379.88 m3 故VCO=603.61152.950.43379.88=377.11 m3 由以上计算结果得煤气成分表，见表2-8。表2-8 煤气成分表成分CO2CON2H2CH4体积380.14377.11984.2360.578.51810.5520.9920.8354.363.350.47100.003、编制物料平衡表 （1）鼓风质量的计算，1m3鼓风的质量为 1.27 kg/m3鼓风的质量为G风=1386.891.27=1761.35 kg（2）煤气质量的计算，1m3煤气的质量为 1.389 kg/m3煤气的质量为G煤气=1.3891810.55=2514.85 kg（3）煤气中的水分GH2O 1) 焦炭带入的水分量=337.184=13.49 kg82) 氢气参加还原生成的水分量=VH2间= 41.77222.4182=33.57 kg 故GH2O=13.4933.57=47.06 kg由以上计算结果编制物料平衡表，见表2-9。表2-9 物料平衡表收入项kg%支出项kg%铁矿石1578.9040.59生铁1000.0025.86焦炭340.008.74炉渣284.6777.36鼓风1761.3545.27煤气2514.8565.04煤粉180.004.63煤气中水分47.061.22重油30.000.77炉尘20.000.52总计3890.25100.00总计3866.587100.00相对误差=100=0.060.32.5 热平衡计算 高炉热平衡是按照能量守恒定律以物料平衡为基础来计算的。通过热平衡计算可以了解冶炼过程的能量利用情况，找出改善热量利用焦比的途径，指导高炉生产。以1t生铁作业为计算单位。1、计算热量收人 Q收（1）碳氧化放热 QC 1）碳氧化为CO2放出的热量QCO2 碳氧化产生的CO2的体积为：VCO2氧化=VCO2煤气VCO2=380.140.26=379.88 m3QCO2= VCO2氧化33436.2=379.881222.433436.2=6804505.53 kJ式中 33436.2C氧化为CO2放热，kJ/kg。 2）碳氧化为CO放出的热量QCOVCO氧化= VCO煤气VCO挥=377.110.43=376.68 m3QCO= VCO氧化9804.6=376.681222.49804.6=1978498.25 kJ9式中 9804.6C氧化为CO2放热，kJ/kg。故QC= QCO2QCO=6804505.531978498.25=8783003.78 kJ（2）鼓风带入的热量Q风Q风=（V风V风）Q空气V风Q水汽=1386.8911.4931643.111386.891.4932030.26=2286829.30 kJ式中Q空气在1250下空气的热容量，其值为1643.11 kJ/kg； Q水汽在1250下空气的热容量，其值为2120.4 kJ/kg。（3）氢氧化为水放热QH2O=GH2O还13454.09=33.5713454.09=451653.8 kJ式中 13454.09H2氧化为水放热，kJ/kg。（4）甲烷生成热QCH4=VCH4碳4709.56=8.51622.44709.56=28593.76 kJ式中 4709.56甲烷生成热，kJ/kg。（5）炉料物理热 80冷烧结矿比热容为0.6740 kJ/(kg)。Q物=G矿0.674080=1578.90.674080=84679.56 kJ热量总收入：Q收=QCQ风QH2OQCH4Q物=8783003.782286829.30451653.828593.7684679.56=11634760.2 kJ2、热量支出 Q支出（1）氧化物分解吸热Q氧化物分解1）假设焦炭和煤粉中的FeO全以硅酸铁形态存在，熔剂性烧结矿和球团矿，可以考虑其中有20FeO以硅酸铁形态存在，其余以Fe2O3形态存在。因此：GFeO硅酸铁=1578.97.388203400.681800.93=27.32 kgGFeO磁铁矿=1578.97.38880=93.32 kgGFe2O3磁铁矿=93.3216072=207.38 kgGFe2O3自由=1578.978.89207.38=1038.21 kg故GFe3O4=93.32207.38=300.7 kg依据每公斤铁氧化物分解热即可算出总的分解热。QFeO硅酸铁=27.324078.52=111425.17 kJQFe3O4=300.74803.33=1444361.33 kJQFe2O3=1038.215156.59=5353623.3 kJQ铁氧化物总分解=111425.171444361.335353623.3=6909409.8 kJ式中 4078.52、4803.33、5156.59分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg。2）锰氧化物分解吸热 Q锰氧分=0.02310007366.02=1694.18 kJ式中7366.02由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ。 3）硅氧化物分解吸热 Q硅氧分=0.49100031102.37=152401.61 kJ式中31102.37由SiO2分解产生1kg硅吸收的热量，kJ。4）磷酸盐分解吸热Q磷盐分=0.043100035782.6=15386.52 kJ式中35782.6由Ca3(PO4)2分解产生1kg磷吸收的热量，kJ。10所以，Q氧化物分解= Q铁氧化物总分解Q锰氧分Q硅氧分Q磷盐分=6909409.81694.18152401.61152401.61=7078892.11 kJ（2）脱硫吸热 由于CaO脱硫耗热为5400.97 kJ/ kg S，MgO脱硫耗热为8038.66 kJ/ kg S，二者差别很大，故取其渣中成分比例35.888:10.5623.4:1来计算平均脱硫耗热。1kg硫的平均耗热=5400.973.44.48038.6614.4=6000.45 kJQ脱硫=3.2216000.45=19327.45 kJ（3）炉料游离水蒸发吸热Q汽=G焦H2O2862=337.1842862=38600.37 kJ式中28621kg水由0变为100水汽吸热，kJ。（4）铁水带走的热Q铁水 Q铁水=10001214=1214000 kJ式中1214铁水热容量，kJ/ kg。（5）炉渣带走的热Q渣Q渣=284.6771800=512400.6 kJ式中 1800炉渣热容量，kJ/ kg。（6）喷吹物分解吸热 Q喷分=1801172.3301676=261294 kJ式中1172.3煤粉分解热，kJ/ kg； 1676重油分解热，kJ/ kg。（7）炉顶煤气带走的热量Q煤气从常温到200之间，各气体平均比热容数据见表2-10。表2-10 煤气成分平均比热容 单位：200 kJ /(m3)N2CO2COH2CH4H2O262.8364.9263.9257.7356.9305.6 1）干煤气带走的热量Q煤气干Q煤气干=262.8984.23364.9382.15263.9377.11257.760.57356.98.5=516264.05 kJ2）煤气中水汽带走的热量Q水Q水=1.065GH2O22.4/18(200100)=1.06547.0622.4/18(200100)=6237.02 kJ所以 Q煤气=516264.056237.02=522501.07 kJ（8）水分分解吸热Q水分Q水分=（V风G煤H2O303）13454.1 =(1386.891.49318/241800.83303) 13454.1 =241147.26 kJ式中13454.1水分分解吸热，kJ/ kg。11（9）炉尘带走热Q尘=G尘0.7542200=200.7542200=3016.8 kJ式中0.7542炉尘比热容，kJ /(m3)。所以 Q支出= Q氧化物分解Q脱硫Q汽Q铁水Q渣Q喷分Q煤气Q水分Q尘 =7078892.1119327.4538600.371214000512400.6261294522501.07241147.263016.8=9891179.66 kJ于是，冷却水带走的热及炉壳散发热损失Q损失为Q损失=Q收Q支出=11634760.29891179.66=1743580.54 kJ根据以上计算结果，列出热平衡表，见表2-11。表2-11 热平衡表热收入kJ%热支出kJ%碳素氧化热8783003.7875.49氧化物分解7078892.1160.84热风带的热2286829.319.65脱硫19327.450.17氢氧化放热451653.83.88水分解241147.262.07甲烷生成热28593.760.25游离水蒸发38600.370.33物料物理热84679.560.73铁水带热121400010.43总计11634760.2100.00炉渣带热512400.64.40喷吹物分解2612942.25煤气带走热522501.074.49炉尘带热3016.80.03热损失1743580.5414.99总计11634760.2100.00热利用系数KT:KT=总收入量（煤气带走热热损失炉尘带热） =100（4.4914.990.03） =80.4912对于一般中小型高炉，KT值为8085；近代高炉，由于大型化和原料条件的改善，可以达到近90。碳利用系数KC100 =100 =64.1对于中小型高炉，KC值为5060，大型高炉且原料比较好的可达到65以上。133 高炉本体 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计等。高炉的大小以高炉有效容积和高炉座数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。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，也是高炉辅佐系统设计和选择的依据。3.1 高炉炉型高炉是竖炉，高炉内部工作空间的形状称为高炉炉型或高炉内型。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，保证冶炼过程的顺利。1、高炉座数选择高炉座数时，必须考虑全厂平衡和煤气平衡，一般选24座，本设计选3座。2、高炉有效容积的确定设计年产炼钢生铁480万吨的高炉车间。（1）确定年工作日： 年工作日：36595=347 日产量 P=4800000347=13833 t 每座高炉日产生铁 P=138333=4611 t（2）确定高炉容积： 选取高炉利用系数V=2.0 t/(m3d),高炉有效容积为 m33、炉型设计及各部分尺寸的确定 （1）炉缸尺寸： 1）炉缸直径 选定冶炼强度I=0.95 t/(m3d)，燃烧强度JA=25.2 t/(m3d) 则 m 校核 合理 风口数目 n=2(d+2)=2(10.532)=25.06 取 n=26 个14 2) 炉缸高度 选取e=1.20，C=0.55，=7.1t/m3,nc=10,则渣口高度 m 取 m 取风口、渣口中心线的高度差为a=1.3 m,安装风口结构尺寸b=0.5 m,则 炉缸高度h1=hfb=hzab=1.71.30.5=3.5 m(3) 死铁层厚度 选取 h0=1.5 m(4) 炉腰直径、炉腹角、炉腹高度 选取D/d=1.11,则 D=1.1110.53=11.69 m 选取=80，则 m 取h2=3.3 m(5) 炉喉直径、炉喉高度 选取d1/D=0.66, 则 d1=0.66D=0.6811.69=7.7154 m 取d1=7.7 m 选取h5=2.0 m(6) 炉身角、炉身高度、炉腰高度 选取=84，则 m 取 h4=18.5 m选取 HU/D=2.52，则HU=2.52D=2.5211.69=29.4588 m 取HU=29.4 m则 h3=HUh1h2h4h5=29.43.53.32.018.5=2.1 m(7) 校核内容1）炉缸体积 m32) 炉腹体积3）炉腰体积m34）炉身体积 5）炉喉体积m3高炉容积VU=V1V2V3V4V5=304.65320.04225.271384.2893.08=2327.3m3误差 炉型设计计算符合要求。153.2 高炉炉衬优化高炉炉型我国炼铁工作者历来重视高炉炉型设计，通过研究总结高炉破损机理和高炉反应机理，优化高炉炉型设计的基本理念已经形成。（1）加深死铁层深度实践证实，高炉炉缸炉底“象脚状”的异常侵蚀，主要是由于铁水渗透到碳砖中，使碳砖脆化变质，再加之炉缸内铁水环流的冲刷作用而形成的。加深死铁层深度，是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。死铁层加深以后，避免了死料柱直接沉降在炉底上，加大了死料柱与炉底之间的铁流通道，提高了炉缸透液性，减免了铁水环流，延长了炉缸底部寿命。理论研究和实践表明，死铁层深度一般为炉缸直径的15%20%。（2）适当加高炉缸高度高炉在大喷煤操作条件下，炉缸风口回旋区结构将发生变化。适当加高炉缸高度，不仅有利于煤粉在风口前的燃烧，而且还可以增加炉缸容积，以满足高效化生产条件下的渣铁存储，减少在强化冶炼条件下出现炉缸“憋风”的可能性。近年我国已建成或在建的大型高炉都有炉缸高度增加的趋势，高炉炉缸容积为有效容积的16%18%。（3）加深铁口深度铁口是高炉渣铁排放的通道，铁口区的维护十分重要。研究表明，适当加深铁口深度，对于抑制铁口区周围炉缸内衬的侵蚀具有显著作用，铁口深度一般为炉缸半径的45%左右。这样可以减轻出铁时在铁口区附近形成的铁水涡流，延长铁口区炉缸内衬的寿命。（5） 降低炉腹角降低炉腹角有利于炉腹煤气的顺畅排升，从而减少炉腹热流冲击，而且还有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮，保护冷却器长期工作。现代大型高炉的炉腹角一般在800以，本钢1号高炉2600（上标）炉腹角已降低到75.370。3.3 炉体冷却方式长寿炉缸炉底的关键是必须采用高质量的碳砖并辅之合理的冷却。通过技术引进和消化吸收，我国大型高炉炉缸炉底内衬设计结构和耐火材料应用已达到国际先进水平。以美国UCAR公司为代表的“导热法”（热压炭砖法）炉缸设计体系已在本钢、首钢、宝钢、包钢、湘钢等企业的大型高炉上得到成功应用；以法国SAVOIE公司为代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）炉缸设计体系在首钢、梅山、宝钢、鞍钢等企业的大型高炉上也得到了推广应用。日本大块炭砖综合炉底技术在宝钢、武钢等企业的大型高炉上也取得了长寿实绩。“导热法”和“耐火材料法”这两种看来似乎截然不同的设计体系其技术原理的实质却是一致的。即通过控制1150等温线在炉缸炉底的分布，使炭砖尽量避开8001100脆变温度区间。导热法采用高导热、抗铁水渗透性能优异的热压小块炭砖，通过合理的冷却，使炭砖热面能够形成一层保护性渣皮或铁壳，并将1150等温线阻滞在其中，使炭砖得到有效的保护，免受铁水渗透、冲刷等破坏。陶瓷杯法则是在大块炭砖的热面采用低导热的陶瓷质材料，形成一个杯状的陶瓷内衬，即所谓“陶瓷杯”，其目的是将1150等温线控制在陶瓷层中。这两种技术体系都必须采用16具有高导热性且抗铁水渗透性能优异的炭砖。将两种设计组合在一起不失为一种合理的选择，首钢1号高炉2536（上标）采用热压炭砖陶瓷杯组合炉缸内衬技术，至今已安全运行10年，预计高炉炉缸炉底寿命可以达到15年。随着微孔炭砖、超微孔炭砖的相继问世，大块炭砖综合炉底技术得到进一步发展，但采用此种结构的炉缸炉底须长期进行护炉操作。另一种值得关注的现象是高炉炉底和炉缸壁厚度都呈减薄趋势，个别大型高炉的炉底厚度已经减薄到2400mm，首钢首秦公司1号高炉1200（上标）炉缸采用热压炭砖，其炉缸厚度仅为800mm。1、铜冷却壁20世纪70年代末期，德国GHH公司和蒂森公司合作率先在高炉上应用了铜冷却壁，取得令人满意的效果。高炉铜冷却壁具有高导热、抗热震、耐高热流冲击和长寿命等优越性能，越来越多的应用于国内外大型高炉的关键部位，为高炉高效长寿起到了重要作用。我国对铜冷却壁的研究始于20世纪90年代中期。广东汕头华兴冶金备件有限公司和首钢合作，于2000年1月设计研制出2块铜，应用了该公司提供的120块铜冷却壁，这是我国高炉正式使用铜冷却壁，并安装冷却壁技术已经实现国产化。据不完全统计，目前我国用国产铜冷却已在首钢2号高炉1726（上标）上试用，取得了显著的应用效果。2002年3月首钢2号高炉技术壁，标志着铜冷却有20余座大型高炉采用了国产铜冷却壁。采用铜冷却壁的技术原理是依靠铜冷却壁优异的导热性、抗热震性和耐高热流冲击性，在其热面能够形成比较稳定的保护性渣皮。即使渣皮瞬间脱落，也能在其热面迅速地形成新的渣皮保护冷却壁，这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。实践证明，铜冷却壁是一种无过热冷却器，使用寿命可以达到2030年。铜冷却壁在首钢、武钢、本钢、鞍钢、攀钢、湘钢等企业的大型高炉上已经得到了应用。目前，我国已经研制出多种不同形式的铜冷却壁，有轧制铜板钻孔铜冷却壁、铜管铸造铜冷却壁、Ni-Cu合金管铸造铜冷却壁、铸造坯锻压钻孔铜冷却壁和连铸铜冷却壁等。轧制铜板钻孔铜冷却壁由于结构致密、组织缺陷少、冷却效率高，其应用范围最为广泛。铜冷却壁是高炉长寿的关键技术之一，铜冷却壁的应用使高炉在不中修的条件下，寿命达到1520年成为可能。铜冷却壁应使用在高炉热负荷最大的区域，即炉腹、炉腰和炉身下部，该区域是高炉异常破损严重且造成高炉短寿的关键部位，在此区域使用铜冷却壁对于延长高炉寿命具有重要作用。此外，在高炉炉缸（特别是铁口区）使用铜冷却壁也将会取得良好的应用效果。进一步优化铜冷却壁结构，降低造价是我国铜冷却壁技术发展的重要课题。2、软水密闭循环冷却技术高炉冷却系统对于高炉正常生产和长寿至关重要。20世纪80年代末期，我国高炉开始采用软水密闭循环冷却技术，经过不断地改进和完善，软水密闭循环冷却技术已日趋完善，并成为我国大型高炉冷却系统的主流发展模式。软水密闭循环冷却技术使冷却水质得到极大改善，解决了冷却水管结垢的致命问题，为高效冷却器充分发挥作用提供了技术保障。该系统运行安全可靠，动力消耗低，补水量小，维护简便。17近年来，我国高炉软水密闭循环冷却技术进行了许多优化和改进：根据冷却器的工作特点，分系统强化冷却，单独供水；根据高炉不同部位的热负荷情况，在垂直方向上分段冷却，如炉缸、炉底设计为一个冷却单元，炉腹、炉腰和炉身下部设为一个冷却单元；为便于系统操作和检漏，采用圆周分区冷却方式，在高炉圆周方向分为4个冷却区间；软水串联冷却，软水经炉底、冷却壁后，分流一部分升压在冷却风口、热水阀等。这种串联冷却系统具有占地小、投资抵、动力消耗低的特点，在武钢1号高炉2200（上标）上已经得到应用。3、薄壁内衬，砖壁一体化高炉炉体破损机理