天津冶金集团1080m3高炉炉体设计.doc

天津冶金集团1080m3高炉炉体设计摘要天津冶金集团1080m3高炉炉体设计的主要特点是：适当矮胖型的炉型结构，加深死铁层深度，加大炉缸高度；“陶瓷杯+炭砖”复合炉底、炉缸结构；在铁口、风口区域使用组合砖结构；炉体关键部位使用了铜冷却壁和性价比较高的铸钢冷却壁；采用软水密闭循环和工业水相结合的炉体冷却系统，确保冷却设备的使用效率及寿命。关键词高炉炉体设计天津冶金集团新建1座1 080 m3高炉。设计中，采用“实用、环保、经济、先进、可靠”的原则，贯彻高压、高风温、长寿等技术方针，以实现高炉优质、低耗、高效、长寿、环保的目标。1 主要设计参数1 080 m3高炉主要工艺设计参数见表1。2 高炉炉型设计炉型对高炉冶炼起着重要作用，合理的内型能促进冶炼指标的改进，实现高炉“稳产、顺行、高产、低耗、长寿”的目标，高炉炉型参数见表2。为达到此目标，1 080m3高炉采用了以下的设计特点：(1)高炉设20个风口，2个铁口，无渣口。(2)内型适当矮胖，减小炉身角和炉腹角。(3)加大死铁层深度，以减少铁水环流侵蚀炉衬，提高炉缸、炉底寿命。(4)在保证炉缸活跃的基础上加大炉缸高度，保证风口有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充分燃烧及改善高炉下部中心焦柱的透气性，有利于改善气体动力学条件。(5)在砌筑时把炉腹、炉腰、炉身下部的横向尺寸适当扩大，以冷却结构的形式适当提高炉腹高度，缩短炉身高度，使设计炉型尽量接近操作炉型。以提高高炉的操作指标，缩短开炉达产时间。3 炉体框架结构1080m3高炉本体采用自立式结构框架，框架间距为17m17 m。炉体框架与高炉本体完全脱开，与炉顶框架、煤气上升管连成一体，这部分纵向荷载和热风围管、各层平台以及其上面的设备和管道的所有荷载全部通过4根支柱传给基础。为了方便炉体设备及供水管道的安装、生产维护管理，风口平台和炉顶大平台之间共设置4层平台，各层平台之间设有2道走梯相连。高炉炉壳在生产过程中不仅承受无料钟炉顶设备、炉料的垂直负荷、炉体设备和耐火材料等的荷载，还承受热应力、炉内气体、炉料横向压力等的作用，因此设计采用强度高、焊接性能好的Q345C钢板制作炉壳。在开孔多或大的炉部位(如风口带、铁口区)，为弥补开孔造成的强度削弱，炉壳厚度适当加厚，进行补强。炉底用钢板密封，炉底板铺设在高炉基础上的工字梁上，在工字梁之间安装了冷却水管进行冷却。4 炉体内衬高炉内衬是维护高炉的工作空间，耐火材料的选择，特别是炉底、炉缸耐材的选择，将直接影响高炉的一代炉龄。本次设计充分考虑高炉各部位的不同工作条件和侵蚀机理，有针对性的选用耐火材料，并在结构上加强各部位砖衬的稳定性。(1)炉缸、炉底内衬。炉底、炉缸采用“陶瓷杯+炭砖”复合结构。炉底第1层为石墨炭块，第2、3、4层为半石墨质炭块，第5层为微孔炭砖。陶瓷垫采用塑性相结合刚玉复合砖。炉缸内侧接触铁水的部位采用塑性相结合刚玉复合砖形成陶瓷杯壁，炉缸外侧采用大块微孔炭砖。风口、铁口带采用塑性相结合刚玉复合组合砖结构，提高了砌体的稳定性和寿命，并有利于保护风口设备。(2)炉腹、炉腰、炉身内衬。炉腹、炉腰、炉身中下部采用高热导、抗化学侵蚀性能好、高耐磨性能的烧成微孔铝碳砖和复合棕刚玉砖。炉身中上部采用磷酸盐浸渍粘土砖。所有砌体内侧均喷涂一层50 mm厚喷涂料保护层。(3)炉顶煤气封罩上的喷涂层。炉顶煤气封罩上的喷涂层，其锚固件采用龟甲板。喷涂采用重质喷涂料FN140，喷涂层厚度150mm。5 冷却设备结构炉体的冷却结构好坏，直接影响冷却设备的寿命，而冷却设备的寿命是决定高炉寿命最关键的环节之一。l 080m3高炉设计采用全冷却壁，共分为16段，高炉冷却结构和材质选择如下：(1)高炉炉底和炉缸。高炉炉底采用埋设水冷管冷却，冷却水管安装在炉底密封板下面，直径。根据炉底热负荷的特点，采用2根串联的方式进行供水。由于高炉炉底、炉缸热负荷比较稳定，设计采用导热高、延展性好的灰铸铁光面冷却壁，共分为5段，每段冷却壁为40块。每块冷却壁设置4根直径直通水管。由于铁口区域热负荷强度高、波动大，在2个铁口区域采用导热高的异型铸铜冷却壁以加强冷却。(2)炉腹、炉腰和炉身中下部。炉腹、炉腰和炉身中下部处于高炉的软熔带和滴落带上，炉内热负荷高，环境复杂，要求冷却设备抗热震性高，热导性能好，以便冷却壁冷却挂渣，延长冷却壁的寿命。设计采用性价比较高的低合金耐热铸钢冷却壁，采用铸钢冷却壁的优点：铸钢冷却壁导热性较铸铁好。铸钢冷却肇肇体导热性高于铸铁质，且水冷管和壁体间没有防渗碳层涂料，因此冷却肇整体导热性较铸铁冷却壁有大幅提高。铸钢冷却壁力学性能和抗热震效果好。铸钢冷却壁价格远低于铜质冷却壁。炉腹、炉腰和炉身中下部共采用7段(第612段)低合金耐热铸钢冷却壁。每块冷却壁设计4条DN50的竖向水道，冷镶全覆盖氮化硅结合碳化硅耐火砖。(3)炉身中上部。炉身中上部(第1316段)热负荷相对较低，冷却设备损坏的因素主要为下行炉料磨损和上行高速气流的冲刷，因此对冷却设备的抗磨性要求较高。炉身中上部选用抗磨性较好的球墨铸铁冷却壁，为增加冷却壁的耐磨性，冷镶磷酸盐浸渍粘土砖。每块冷却壁设计4根直径 60mm6mm直通水管。6 冷却水系统高炉冷却水系统分为两部分：高炉本体的冷却壁和风口中套采用软水闭路循环冷却；风口小套、炉底水冷管采用工业净循环水。(1)软水循环冷却系统优点。安全可靠。软水系统为强制循环、无结垢、无腐蚀，因此冷却设备可以承受较大热负荷波动，冷却壁损坏率小，寿命长。补充水量少。由于采用密闭循环系统，冷却水无蒸发，系统的水量消耗极少。根据高炉的实际操作经验，正常的补充水量约为系统总流量的1%。5%。左右1。(2)给排水系统简洁，炉体平台整齐美观。软水循环冷却系统设计。本高炉采用两级回路冷却系统。一级冷却回路系统：高炉本体用软水由泵房送到炉台下方的DN700供水主环管(水量2200m3h)，由主环管向冷却擘供水。冷却壁每根直冷管从第l段至第16段串联连接。回水分4个区进入回水集管，再由回水集管进入回水总管，然后进入脱汽罐。二级冷却回路系统。从脱汽罐进口前的总回水管中分出一部分水(约800 m3h)经一根DN450回水管引至地面增压泵房增压，增压后的软水分别向风口中套和热风炉系统阀门供水。回水经各自的回水主管进入回水总管，与第一级冷却回路的回水总管汇合，经脱汽罐后进入总回水管，再由冷却塔冷却后回到主循环泵进入下一个循环。(3)工业净循环水系统。风口小套处于高温区，工作环境恶劣，烧损机率较大，更换频率相对其它冷却设备高，为了软水系统能稳定运行，设计采用高压工业净循环水冷却。炉底水冷管热负荷相对较小且均匀，在高炉的一代炉龄内损坏较少，设计采用常压工业净循环水冷却。7炉体热工检测为了确保高炉安全、长寿、生产稳定，设计设置了可靠的监测系统。(1)炉体温度监测。炉体温度监测主要是对炉体耐材、冷却设备的温度进行监控，并以此为依据推测高炉炉况、冷却设备和耐材损坏程度，为生产提供决策依据。炉体温度测量点见表3。(2)冷却水流量、温度和压力监测。冷却水系统采用了较为完善的检测和控制