2014年12月29日 高炉炉体设计说明书.doc

课程设计说明书课程设计说明书 题题 目目： 年年产产炼炼钢钢生生铁铁550 万万吨吨的的高高 炉炉车车间间的的高高炉炉炉炉体体设设计计 学学生生姓姓名名 ： 王王卫卫卫卫 学学 院院 ：材材料料科科学学与与工工程程 班班 级级：冶冶金金112 指指导导教教师师 ：代代书书华华 2014 年 12 月 29 日 学校代码：学校代码： 1012810128 学学 号：号： 201120411032201120411032 内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：课程名称： 冶金工程课程设计冶金工程课程设计 学院：学院： 材料科学与工程材料科学与工程 班级：班级： 冶金冶金1 11 1- -2 2 学生姓名：学生姓名： 王卫卫王卫卫 学号：学号： 201120411032201120411032 指导教师：指导教师： 代书华代书华 一、题目一、题目 年产铁水量550万吨的高炉炉体设计 二、目的与意义二、目的与意义 1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识， 训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2.学习冶金炉设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法、设 计步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际的工程设计打好必要的基础。 3.使学生在计算、制图、运用设计资料，熟练有关国家标准、规范、使用经验数据、进行 经验估算等方面受全面的基础训练。 三、要求三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 1、设计年产炼钢生铁 550 万吨的高炉车间的高炉炉型，高炉 2 座，高炉工作日 347d，冶炼强度 I=0.91.2t/(m3d)，高炉有效利用系数 =2.0t/(m3d)，燃烧强度 i=1.1t/m3d 2、高炉炉容校核误差1% 3、完成高炉的纵向剖面图、俯视图、风口布置图和风口结构剖面图，要求完成图纸二张。 4、图纸要求整洁、干净，图形线条准确，清晰 四、工作内容、进度安排四、工作内容、进度安排 课程设计可分为以下几个阶段进行。 2014.12.22 2014.12.28 查阅相关资料。 2014.12.29 2015.1.11 计算、画图、设计说明书的完成。 2015.1.12 2015.1.16 图纸，设计说明书的完善。 五、主要参考文献五、主要参考文献 1郝素菊等编. 高炉炼铁设计原理. 北京：冶金工业出版社，1992. 2周传典等编. 高炉炼铁生产技术手册. 北京：冶金工业出版社，2002. 3朱苗勇主编. 现代冶金学. 北京：冶金工业出版社，2005. 4刘麟瑞等编. 冶金炉料手册(第 2 版). 北京：冶金工业出版社，2005. 审核意见审核意见 系（教研室）主任（签字）系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间指导教师下达时间 年年 月月 日日 指导教师签字：指导教师签字：_ 摘要 本设计主要从高炉炉型设计、炉衬设计、高炉冷却设备的选择、风口及出 铁口的设计。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分。 高炉的横断面为圆形的炼铁竖炉，用钢板作炉壳，高炉的壳内砌耐火砖内衬。 同时为了实现优质、低耗、高产、长寿炉龄和对环境污染小的方针设计高炉， 高炉本体结构和辅助系统必须满足耐高温，耐高压，耐腐蚀，密封性好，工作 可靠，寿命长，产品优质，产量高，消耗低等要求。在设计高炉炉体时，根据 技术经济指标对高炉炉体尺寸进行计算确定炉型。对耐火砖进行合理的配置， 对高炉冷却设备进行合理的选择、对风口及出铁口进行合理的设计。 目录 第一章 文献综述.1 1.1 国内外高炉发展现状.1 1.2 我国高炉发展现状.1 1.3 高炉发展史.2 1.4 五段式高炉炉型.4 第二章 高炉炉衬耐火材料.5 2.1 高炉耐火材料性能评价方法的进步.5 2.2 高炉炉衬用耐火材料质量水平分析.5 2.3 陶瓷杯用砖.7 2.4 炉腹、炉身和炉腰用砖.7 第三章 高炉炉衬.8 3.1 炉衬破坏机理.8 3.2 高炉炉底和各段炉衬的耐火材料选择和设计.9 第四章 高炉各部位冷却设备的选择.11 4.1 冷却设备的作用.11 4.2 炉缸和炉底部位冷却设备选择.11 4.3 炉腹、炉腰和炉身冷却设备选择.11 第五章高炉炉型设计.13 5.1 炉型设计要求. .13 5.2 炉型设计方法. .13 5.3 主要技术经济指标.14 5.4 设计与计算.14 5.5 校核炉容.16 参考文献.17 0 第一章 文献综述 1.1 国内外高炉发展现状 在近年来钢铁产业竞争日益加剧的形势下， 京都议定书和哥本哈根协 议将引领钢铁行业未来走向绿色环保的低碳型产业。我国近年推出的钢铁 产业发展政策中规定高炉炉容在 300 m3以下归并为淘汰落后产能项目，且仍 存在扩大小高炉容积的淘汰范围的趋势。同时国内钢铁产业的快速发展均加速 了世界和我国高炉大型化的发展进程。由于大型化高炉具备的单位投资省、效 能高和成本低等特点，从而有效地增强了其竞争力。 最近二十年来，日本和欧盟区的在役高炉座数由 1990 年的 65 座和 92 座 下降到 28 座和 58 座，下降幅度分别为 569和 37，但是高炉的平均容积 却分别由 1 558 m3和 1 690 m3上升到 4 157 m3和 2 063 m3，上升幅度为 1668和 22，这基本代表了国外高炉大型化的发展状况。 在国内，伴随国内市场与国际市场的接轨和环保标准的不断提高，国内小 高炉的竞争力明显弱化，相反具备相对占地小、污染物排放少和生产成本低的 大型高炉优势日益突出，受到国内钢铁企业的高度关注和青睐。 1.2 我国高炉发展现状 我国高炉大型化的发展模式与国外基本相近，主要是采取新建大型高炉、 以多座旧小高炉合并成大型高炉和高炉大修扩容等形式来推动着高炉的大型化 发展。据不完全统计，我国自 2004 年以来相继建成投产的 3 200 m3级 15 座，4 000 m3级 8 座，5000 m3级 3 座，且有越来越大的趋势。万方目前，河北迁钢和 山东济钢等企业也正在建设 4000 m3级高炉，近来宝钢湛江和武钢防城港项目 也在规划筹建 5500 m3级超大型高炉。 我国高炉大型化的标准主要是依据高炉容积的大小来划分的，且衡量标准 也由过去的 1000 m3提高到 2000 m3，甚至更大。虽然大型化高炉相对于小高炉 存在着生产率高、生产稳定、指标先进和成本低等显著的优点，但是对于我国 高炉大型化的发展状况，我们仍然需要科学客观地看待。 高冶炼强度、高富氧喷煤比和长寿命化作为大型高炉操作的主要优势受到 大家越来越高的热情关注和青睐，但是高炉大型化作为一项系统工程，它在立 足自身条件的基础上仍需要匹配的炼钢、烧结和炼焦等工序平衡能力的综合系 1 统，因此，我国钢铁企业在走高炉大型化发展的道路上，需要依据自身所具备 的技术、设备、资源条件和钢铁流程的综合平衡状况进行选择性定位。只有建 成符合企业自身条件的大型化高炉，才能真正实现“优质、高效、稳定和长寿” 的大型高炉预期目标。 1.3 高炉发展史 如图 1.1 原始形高炉炉型，当时工业不发达，高炉冶炼以人力、畜力、风 力、水力、鼓风等等，当时鼓风能力很弱，为了确保整个炉缸截面获得高温， 炉缸直较小；冶炼基本上以木炭或者无烟煤为燃料，机械强度低的不能再低了， 为了避免在高炉下部压碎而影响料柱透气性，所以原始高炉高度很小，使人力 装料方便并且能够将炉料装入炉喉中心，炉喉直径也相当的小，而大的炉腰直 径减小了烟气外流速度，因此延长了烟气在炉内停留时间，起到焖住炉内热量 的作用。所以，炉缸和炉喉直径小，炉身下部炉腹直径大，高度小等，是各国 高炉原始炉型的共 同点 图 1.1 原始高炉炉型 18 世纪末，煤和蒸汽机使英国的炼铁业彻底的改革，铁的年产量从公元 1720 年的 2.05 万吨（基本上是木炭铁）增加到 1806 年的 25 万吨（几乎全是焦 炭铁） 。估计，每生产 1 吨焦炭需煤 3.3 吨左右，但是，高炉烧焦炭势必增加碳 含量，早期焦炭铁的碳含量在 1.0%以上，全部成为灰口铁既石墨铁。 2 高炉的尺寸在 18 世纪内一直在增大。见图 1.2 所示。从公元 1650 年 7 米左右， 到 1794 年俄国的涅夫扬斯克高炉已增加到 13.5 米左右，由于蒸汽鼓风机和焦 炭的使用，炉顶装料装置慢慢实现机械化，高炉内型走向于扩大炉缸炉喉直径， 并向高度方向发展，逐渐形成所见到的近代五段式高炉炉型。全部高炉设有两 个以上的风口，还有一个巨大进步就是采用热风。近代高炉，由于鼓风机能力 进一步的提高，原料燃料处理更加精细，高炉炉型向着“大型横向”发展。最近 几年大型钢铁企业多采用 3000m3以上的大型高炉。 图 1.2 近代高炉炉型 3 1.4 五段式高炉炉型 图 1.3 五段式高炉 4 第二章 高炉炉衬耐火材料 2.1高炉耐火材料性能评价方法的进步 过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能，如 对炭砖仅要求灰份、耐压强度、体积密度、气孔率等指标，对陶瓷耐火材料仅 要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重 烧线变化率等指标。我们在研究炭砖时发现，我国上世纪 60 年代生产的普通炭 砖，如果只看其常规性能，如气孔率、体积密度、强度、灰份等指标，比国外 的优质炭砖并不差。如果进一步对导热系数、抗碱性、微气孔指标进行对比， 就发现国产炭砖的差距很大。这使我们认识到这些特殊性能应作为评价高炉耐 火材料优劣的重要标准。 对于高炉耐火材料使用性能的检测方法，武钢已进行了近 20 年的长期研究。 我们在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上，对高炉耐火材料提出了多项特 殊使用性能要求，并研究出了相应的试验方法，通过原冶金部制定了检验方法 标准。主要的检验方法标准有以下 8 种：导热系数；抗碱性；抗铁水熔 蚀性；抗炉渣侵蚀性；平均孔径；小于 1孔容积率；透气度；m 抗氧化性。武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史，对武钢 高炉寿命的提高发挥了重要的作用。这些检验方法目前已在国内得到广泛应用， 很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来，有的综合性能已赶上国际先进水 平，有些指标甚至超过了国际先进水平。 2.2 高炉炉衬用耐火材料质量水平分析 高炉炭砖有半石墨炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、石墨砖和模压小炭砖等。 我们曾对国内外同类炭砖产品进行了使用性能的对比试验，下面是各种炭砖的 对比试验结果。 2.2.1 半石墨炭砖 国产半石墨炭砖和日本 BC-5 型半石墨炭砖相比，其导热系数、抗碱性、铁 水熔蚀等性能相当。德国半石墨炭砖的 600导热系数达到 18.04 W/m.k，优于 一般的国产半石墨炭砖，其它性能则相当。但是，兰州新研制的半石墨炭砖的 导热系数、微气孔指标则已经优于德国同类产品。 5 2.2.2 微孔炭砖 国产的普通微孔石墨，包括兰州炭素厂、武彭公司、鲁山炭素厂、科瑞公 司等厂家的产品，其主要性能指标和日本 BC-7S 碳砖、法国 AM-102 碳砖已很 接近，国内很多高炉的使用效果较好。例如武钢 4 号高炉就是使用国内某厂的 普通微孔碳砖，寿命已达到了 10 年。 2.2.3 超微孔碳砖 要使高炉寿命进一步提高到 15-20 年，对炭砖应有更高的要求，主要是导 热系数和微气孔指标应该更高。满足以上要求的国外碳砖以日本的 BC-8SR 和 德国的 7RDN 为代表，我们称之为超微孔碳砖。其主要特点是导热系数较高， 600达到 18-20 W/m.k，平均孔径达到 0.1，小于 1孔容积率大于 85%，mm 其他性能也保持优良。兰州炭素厂和武钢技术中心合作，经过 6 年的研究，现 已研制成功这种超微孔炭砖，其性能达到了日本 BC-8SR 和德国 7RDN 炭砖的 实物质量水平。现已首次用于武钢在建的 7 号高炉（3200 m3） 。 2.2.4 模压小碳砖 以美国 NMA、NMD 热模压小碳砖为代表的国际名牌产品在我国应用也比 较多，使用效果较好 。近年国内已有多家炭素厂生产模压小炭砖，但一般只达 到普通微孔碳砖的水平。如 600的导热系数仅 12W/m.k 左右，低于美国的热 模压小碳砖。武钢技术中心和巩义市第五耐火材料厂合作进行了模压小炭砖的 研制，以电煅无烟煤为原料，以酚醛树脂为结合剂，用磨擦压砖机成型，经高 温烧成，生产模压小炭砖，其产品性能已优于美国热压小碳砖。美国的热模压 小碳砖的主要优点是导热系数较高，优于国产的普通微孔炭砖和普通模压小碳 砖。另一优点是抗碱性优良，而这一性能国内产品也已能够达到。其缺点是不 属于微气孔炭砖、平均孔径大于 1、小于 1孔容积率仅 53.4%。巩义五耐mm 开发的模压小炭砖主要性能已明显优于美国 NMA 热模压小炭砖：600的导热 系数大于 20W/m.k；平均孔径 0.237，小于 1孔容积率 76.12%，是较好mm 的微孔炭砖，铁水熔蚀指数仅 14.22%。该研制产品已经首次用于武钢新建的 7 号高炉炉缸部位。美国的 NMD 是一种石墨碳砖，导热系数很高，有的高炉将 它用作炉身冷却板之间的砖衬使用。顺便指出，石墨砖一般用于炉底最下层， 是利用其高导热性强化炉底冷却，在高炉炉役后期减缓铁水的侵蚀。但是如果 炭捣料的导热系数很低，石墨砖也无法发挥高导热系数的作用。这种情况下还 不如使用微孔碳砖，因为石墨砖的孔隙大、强度低，抗铁水熔蚀性能也差。 6 综上所述，我国的炭砖生产技术和产品性能、质量水平，经过近十年来的 努力，有了明显的进步，已逐渐赶上世界先进水平，可以满足长寿高炉的需要。 2.3 陶瓷杯用砖 目前国内高炉陶瓷杯用砖有复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、塑性相结合棕 刚玉砖、微孔刚玉砖、法国陶瓷杯砖（浇注块）等 5 种。陶瓷杯炉缸结构是法 国首先开发的，是一种不经高温烧成的浇注块，我国有不少高炉采用，使用效 果较好。其主要优点抗碱性优良，抗炉渣侵蚀性较好，抗铁水熔蚀性很好，是 微气孔砖，适用于炉缸砖衬。近年国内相继开发出多种陶瓷杯用砖，则都是高 温烧成的。国产微孔刚玉砖的各项性能均已达到或优于法国陶瓷杯砖，其中抗 炉渣侵蚀性和耐压强度更好。复合棕刚玉砖的抗碱性较差。塑性相刚玉砖除微 气孔指标较差外，其他性能都较好，是目前应用最多的一种。刚玉莫来石砖由 于抗碱性和抗炉渣侵蚀性很差，不适合用于炉缸部位，但用于陶瓷杯底仍是适 用的。 2.4 炉腹、炉身和炉腰用砖 炉腹、炉腰和炉身中下部，炉衬的工作条件相近，主要侵蚀原因是炉渣侵 蚀、碱金属侵蚀、炉料和渣铁的冲刷、磨损等。这些部位的炉衬发展趋势是， 主要靠强化冷却形成渣壁保持正常生产，砖衬仅留有很薄的镶砖，耐火材料的 用量很小。比较典型的设计如武钢 1 号高炉的铜冷却壁薄炉衬结构。这一区域 选用耐火砖的原则是，抗炉渣侵蚀性能好，抗碱性较好，导热系数较高，强度 要高。在成渣带以下可选用 Si3N4结合 SiC 砖、赛隆结合刚玉砖或赛隆结合 SiC 砖。炉身中部无渣区可选用烧成微孔铝炭砖。炉身上部可用磷酸浸渍粘土砖。 这几种砖的强度很高，抗碱侵蚀性和抗炉渣侵蚀性很好，导热系数也高，适用 于砌筑炉身到炉腹区域。上述几种耐火材料国内都已能生产，一般不需要用进 口产品。 7 第三章 高炉炉衬 3.1 炉衬破坏机理 高炉炉衬一般是以陶瓷质材料（包括粘土质和高铝质等）和碳质材料（炭 砖、碳捣石墨等）砌筑。炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，各部位侵蚀 破坏机理并不相同，研究炉衬的破损机理与合理选择耐火材料及设计炉衬结构 有重要关系。归纳起来，炉衬破损机理有四个方面。 3.1.1 高温渣铁的渗透和侵蚀 在炉腰及炉腹部位形成熔融的铁渣，向下流动进入炉缸，渣中含有一定量的 FeO 和 MnO 以及自由 CaO，特别是初渣中这些成分含量较高。渣中 FeO、MnO、CaO 与砖中 SiO2作用，形成低熔点化合物，使得砖衬表面软熔， 在液态铁渣和煤气流的冲刷下而脱落，炉腹部位尤为严重，开炉不久便可以被 侵蚀掉，而靠冷却壁上的渣皮工作。液态铁、重金属及碱金属的渗透，是炉缸 炉底破损的重要原因，铁水沿砌体缝隙和气孔渗透到砌体内部凝固并析出石墨， 体积膨胀，进而扩大裂缝使砖衬脱落或漂浮。 3.1.2 高温和热震破损 高炉冶炼过程中，炉内温度经常波动，开炉初期的升温过程，冶炼中的正常 和非正常停风、开风，出铁出渣的前后，炉料和煤气流分布的改变等，都将引 起砖衬温度的剧烈波动和受热速率的改变，当砖衬热端受热速率超过某一临界 速度时，由于温度梯度产生的热应力超过砖衬的强度极限，砖即开裂。 3.1.3 炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气碳素沉积的破坏作用 高炉内煤气实际流速可达 1520m/s，而且携带大量粉尘，上升的煤气流对 炉衬有很大的冲刷磨损作用，炉腰部位上下折角处冲刷磨损尤为严重。炉身中 上部炉料较为坚硬，具有棱角，下降炉料的磨擦是该部砖衬损坏的重要原因。 上升的煤气流中含有 25%左右的 CO。进入砖衬气孔和缝隙中的 CO，在 400800分解产生碳素沉积，尤其耐火材料中含有 Fe2O3时，被 CO 还原为金 属 Fe，活性的 Fe 是 CO 分解的催化剂，加速碳素沉积。当有温度变化时，沉积 碳将发生晶型转变，并附带产生体积的变化，使砖衬组织松弛，强度下降，以 至龟裂而破坏。碳素沉积的破坏作用反应在整个高炉炉衬、炉腰和炉身中下部 较为严重。 8 3.1.4 碱金属及其他有害元素的破坏作用 炉料中的碱金属和锌，一般以盐类存在，进入高炉在高温下分解为氧化物， 在高炉下部被还原为金属 K、Na、Zn 并挥发随煤气上升，在上升途中又被氧化 为 K2O、Na2O、ZnO。部分氧化物沉积到炉料上再循环，部分沉积在炉衬上， 其余随煤气排出炉外。 碱金属和锌的氧化物与炉衬中 Al2O3、SiO2反应形成低熔点的铝硅酸盐，炉 衬软熔并被冲刷而损坏。碱金属氧化物同赤热的焦炭发生反应，生成氰化物 (KCN、NaCN)并同水蒸汽和 CO2反应生成氰化氢(HCN)。氰化氢渗入砖衬内分 解产生碳沉积，亦促成对炉衬的破坏作用。碱金属和锌的蒸气渗入砖缝，在适 度的温度下同 CO 反应，同样可产生氧化物和碳素沉积。 3.2 高炉炉底和各段炉衬的耐火材料选择和设计 炉缸、炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件非常恶 劣。炉缸、炉底是高炉重要部分，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。 3.2.1 炉底耐火材料选择 炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。为 了防止炭砖在烘炉和开炉时被氧化,在炭砖表面应砌一层粘土砖保护层.为吸收砌 体膨胀,砌体与周围冷却壁之间应留 100150缝隙,缝隙内填满碳素捣打料,mm 炉壳的圆锥体部分的缝隙应取较大值,以便碳捣操作,保证质量,同时防止砖衬膨 胀产生对炉壳的推力,避免炉壳开裂而泄漏煤气. 本设计采用满铺炭砖炉底结构， 它是提高炉衬寿命的一项新技术，且能提高铁水温度。炉底砖衬厚度为 2800 炭砖砌筑在水冷管的炭捣层上，炭砖上部砌筑微孔炭砖及陶瓷垫。炉mm 底水冷管安装在基墩耐热混凝土之上炉底碳捣层之中。 3.2.2 炉缸耐火材料选择 炉缸工作条件与炉底相似，而且装有铁口、风口。每天有大量的铁水流过 铁口 ，开堵铁口有剧烈的温度波动和机械振动。风口前边是燃烧带，为高炉内 温度最高的区域。为此炉缸选用环形炭砖，风口采用风口砖、渣口及铁口处采 用环形炭砖，上下层碳砖砖缝均砌在中间，炭砖内部砌筑 TiC 陶瓷材料。炉衬 厚度一般为 1050mm。 3.2.3 炉腹耐火材料选择 炉腹位于风口之上，此部位受强烈的热应力作用，不仅炉衬内表面温度高， 9 而且由温度波动引起的热冲击、破坏力很大；同时还承受由上部落入炉缸的渣 铁水和高速向上运动的高温煤气的冲刷、化学侵蚀及氧化作用，再加上炉料的 压力和摩擦力及崩料时的巨大冲击力。开炉后炉腹部位的砌砖很快被侵蚀掉， 靠渣皮工作，一般砌一层厚 345铝砖。mm 3.2.4 炉腰耐火材料选择 炉腰紧靠炉腹，侵蚀作用也相似。本设计采用过渡式炉腰结构，该部位砌 筑一层 345厚的 SiC 砖。mm 3.2.5 炉身耐火材料选择 本设计把炉身分为上下两部分上部分用粘土砖下半部分用SiC 砖 3.2.6 炉喉耐火材料选择 本设计采用长条式炉喉钢砖，其优点是生产中不易变形、脱落，且结构稳 定，拆装方便。炉喉有几十块保护板，在炉喉的刚壳上装有吊挂座，座下装有 横的挡板，板之间留 20的间隙，保证保护板受热膨胀时不相互碰挤。mm 10 第四章 高炉各部位冷却设备的选择 4.1 冷却设备的作用 高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分，对炉体寿命可起如下作用 (1)保护炉壳。在正常生产时，高炉炉壳只能在低于 800oC 的温度下长期工 作，炉内传出的高温热量由冷却设备带走 85以上，只有约 15的热量通过炉 壳散失。 (2)对耐火材料的冷却和支承。在高炉内耐火材料的表面工作温度高达 1500oC 左右，如如果没有冷却设备，在很短的时间内耐火材料就会被侵蚀或磨 损。通过冷却设备的冷却可提高耐火材料的抗侵蚀和抗磨损能力。冷却设备还 可对高炉内衬起支承作用，增加砌体的稳定性。 (3)维持合理的操作炉型。使耐火材料的侵蚀内型线接近操作炉型，对高炉 内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。 (4)当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高 炉生产。 4.2 炉缸和炉底部位冷却设备选择 炉缸和炉底选用光面冷却壁，砌与冷却壁之间留 100150（本设计取mm 150）的缝隙，其中填以炭质填料。光面冷却壁与炉壳之间留 20的缝隙，mmmm 并用稀泥浆灌满。 光面冷却壁尺寸大小要考虑到制造与安装的方便，冷却壁宽度一般为 7001500，厚度 80120（本设计取 120） ，高度视炉壳折点而定，mmmmmm 一般小于 3000（本设计取 1300） 。安装时，同段冷却壁间直缝为 20mmmm ，上下段间水平缝为 30，上下两段冷却壁间垂直缝应相互错开，缝间mmmm 用铁质锈接料锈接严密。 4.3 炉腹、炉腰和炉身冷却设备选择 炉腹部位由于工作环境比较恶劣本设计采用铜冷却壁，铜冷却壁具有导热 性好、工作均匀稳定、易结成稳定的渣皮、高炉冶炼的热损失少、高炉寿命长、 性能价格比高等特点。其它部位采用镶砖铸铁冷却壁冷却，冷却壁紧靠炉衬。 从外形看，镶砖冷却壁一般有三种结构形式：普通型、上部带凸台型和中间带 凸台型。镶砖冷却壁厚度为 250350（本设计取 350） ，高度小于 3000mmmm 。炉腹部位冷却壁高度取 1600，炉腰部位冷却壁高度取 2000;炉身mmmmmm 11 采用上部带凸台型镶砖冷却壁，高度 2000，凸台突出长度 200，肋高mmmm 200。凸台冷却壁的凸台部分起到支撑上部砌砖的作用，可以取消最长层的mm 支梁水箱，简化了冷却系统结构，减少了炉壳开孔。 12 第五章 高炉炉型设计 5.1 炉型设计要求 高炉炉型的合理性，是高炉能实现高产、优质、低耗、长寿的重要条件。 合理炉型应该是使炉型能够很好地适应于炉料的顺利下降和煤气流的上升运动。 在设计炉型时，尽可能地使设计炉型接近于合理炉型是设计工作者的重要 任务和努力方向。炉型设计应当满足下列要求： （1） 与原燃料条件和送风制度等操作条件相适应，有利于炉况的顺行； （2） 能够燃烧较多数量的燃料，提高冶炼强度，增加生铁产量； （3） 有利于煤气的热能和化学能的充分利用降低焦比； （4） 适应于采用喷吹等强化操作的新技术。 （5） 能与炉衬结构及冷却方式配合，易于生成保护性渣皮，防止炉衬的 迅速烧坏和侵蚀，有较长的一代寿命。 炉型设计的总原则是合理确定炉型各部分尺寸之间的比例。高炉的合理炉 型应该满足冶炼强度，降低焦比，有利于炉况顺行和长寿的要求，随着冶炼条 件的改善，装备水平和操作水平的提高，高炉内型尺寸逐步向矮胖型发展。 另外，高炉鼓风机能够提供高炉冶炼足够的风量和风压，高炉炉顶设备的 改进和发展，能够满足高炉炉顶高压操作和各种布料方式的要求，高炉富氧喷 吹煤粉，高风湿的使用等等。为高炉大型化和炉型向矮胖型方向发展提供了有 利条件。 因此，在设计合理炉型，必须综合考虑，保证高炉炉型合理的情况下，更好地适 应于炉料顺行和煤气运动。 5.2 炉型设计方法 由于高炉冶炼过程和工作条件十分复杂，用理论计算方法设计出来的炉型 难以满足生产条件。 因此，迄今为止炉型设计仍然是采用分析比较和经验公式来计算的，即根 据同类型高炉的生产实践数据，对所设计的高炉具体原料和操作条件，进行分 析和比较，确定高炉各部分尺寸之间的比例值，进而设计出高炉的经验公式， 进行初步计算取值，最后确定出炉型尺寸。 炉型设计的总规则是合理确定炉型各部分尺寸之间比例。这是因为炉型各 部分尺寸之间的比例是相互影响，相互制约的。片面过分强调扩大或缩小某部 分尺寸，都会给高炉生产带来不利影响，并且这些比例关系中的合适比值，是 随着炉子有效容积，炉衬结构，原燃料及操作条件的变化而改变的。 13 5.3 主要技术经济指标 5.3.1 高炉有效容积利用系数() V 高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼 夜 1m有效容积的生铁产量。本设计=2.0t/m3d。 V 5.3.2 冶炼强度（I） 高炉冶炼强度是每昼夜每立方米有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭 消耗量与 V有的比值,本设计 I =1.05 t/m3d。 5.3.3 燃烧强度（i） 燃烧强度既每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭数量。本设计 i=1.1t/m3d。 5.3.4 年工作日 年工作日为高炉一年工作的天数，本设计年工作效率取 95%，故年工作日 =36595%=347。 5.4 设计与计算 5.4.1 炉缸尺寸 1) 炉缸直径 选定冶炼强度 =1.05 , 燃烧强度 JA=26.05 Idmt/ 3 hmt/ 3 则 d =13.1m i VI 23.0 u 1.1 53.39629.0 23.0 校核 =29.4 A Vu 2 13.1 4 3962.53 2) 炉缸高度 渣口高度 = =1.50m hz 2 铁 dcN Pb 1.27 2 1 .13