高炉专家系统模型的应用及发展毕业论文.doc

高炉专家系统模型的应用及发展毕业论文目录绪论11 高炉冶炼综合计算21.1 概述21.2 配料计算31.2.1 原燃料条件31.2.2 计算矿石需要量G矿41.2.3 计算熔剂需要量G熔51.2.4 炉渣成分的计算71.2.5 校核生铁成分91.3 物料平衡计算91.3.1 风量计算91.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算111.3.3 编制物料平衡表151.4 热平衡计算171.4.1 热量收入q收171.4.2 热量支出q支181.4.3 热平衡表212 高炉本体设计232.1 高炉炉型232.2 炉型设计与计算232.3 高炉炉衬设计272.3.1炉底的炉衬设计与砌筑272.3.2炉缸设计的炉衬设计282.3.3炉腹、炉腰和炉身下部的炉衬设计292.3.4炉身上部和炉喉的炉衬设计302.4 高炉冷却设备312.4.1 冷却设备的作用312.4.2 冷却介质及水的软化322.4.3 冷却方式322.4.4 高炉冷却系统342.5 高炉送风管路352.5.1 热风围管352.5.2 送风支管352.5.3 直吹管352.5.4 风口装置362.6 高炉钢结构372.6.1 高炉本体钢结构372.6.2 炉壳382.6.3 炉体框架382.6.4 炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈382.7 高炉基础392.7.1 高炉基础的负荷392.7.2 对高炉基础的要求403 高炉炼铁车间供料系统413.1 车间的运转413.2 贮矿槽、贮焦槽及槽下运输筛分称量423.2.1 贮矿槽与贮焦槽423.2.2 槽下运输称量423.3 上料设备434 炉顶装料设备444.1 无钟式炉顶装料设备444.1.1 串罐式无钟炉顶装料设备444.1.2 无钟式炉顶的布料方式444.2 探料装置455 送风系统465.1 高炉用鼓风机465.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求465.1.2 高炉鼓风机的工作原理和特性475.1.3 高炉鼓风机的选择485.2 热风炉485.2.1 外燃式热风炉495.2.2 外燃式热风炉的特点496 高炉喷吹煤粉系统516.1 煤粉的制备516.2 高炉喷煤系统516.2.1 三罐单列式高炉喷煤系统516.2.2 喷吹罐组有效容积的确定516.3 煤粉喷吹的安全措施536.3.1 制粉系统的安全措施536.3.2 喷吹系统的安全措施537 高炉煤气处理系统547.1 煤气管道547.2 粗除尘装置547.2.1 重力除尘器除尘原理547.3 半精细除尘装置547.4 精细除尘装置557.4.1 文式管557.4.2 静电除尘器567.5 脱水器568 渣铁处理系统588.1 风口平台及出铁场设计588.1.1 风口平台及出铁场588.1.2 渣铁沟和撇渣器598.1.3 摆动流嘴598.2 炉前主要设备608.2.1 开铁口机608.2.2 堵铁口泥炮608.2.3 炉前吊车608.3 铁水处理608.3.1 鱼雷罐车608.3.2 铸铁机618.4 炉渣处理设备618.4.1 拉萨法水淬渣618.4.2 干渣生产619 能源回收利用629.1 高炉炉顶余压发电629.2 热风炉烟道废气余热回收62参考文献63专题研究64外文翻译72致 谢82前言在近代国家是否发达的主要标志是其工业化及生产自动化的水平，即工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。一定意义上，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质.量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。钢铁工业的发展需要多方面的条件，如稳定可靠的原材料资源，包括铁矿石、煤炭及某些辅助原材料，如锰矿、石灰石及耐火材料等；稳定的动力资源，如电力、水等。此外，由于钢铁企业生产规模大，每天原材料及产品的吞吐量大，需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。钢铁之所以成为各种机械装备及建筑、民用等各部门的基础材料，是因为它具备以下优越性能，并且价格低廉。1、有较高的强度及韧性。2、容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工件。3、所需资源（铁矿、煤炭等）贮量丰富，可供长期大量采用，成本低廉。4、人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。1 高炉冶炼综合计算1.1 概述组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算，包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等，也得到了主要产品（除生铁以外）煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量，以及主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.3%。1.2 配料计算1.2.1 原燃料条件1、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿以及炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.1；2、燃料成分，见表1.2、表1.3；3、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.4。表1.1 原料成分（%）原料TFeMnPSFeOCaOMgOSiO2综合矿59.620.030.0320.0316.107.6331.9855.357炉尘43.390.240.0260.0915.308.301.9913.80原料Al2O3MnOP2O5FeSFe2O3烧损H2OCO2综合矿1.510.0390.0730.08367.22100.00炉尘1.310.310.060.24344.771.967C=11.95100.00注：综合矿=70%烧结矿+20%球团矿+10%天然矿表1.2 焦炭成分（%）固定炭灰分（13.51）有机物（1.32）挥发份（0.43）水SiO2Al2O3CaOMgOFeOH2N2SCO2H2COCH4N284.747.614.560.520.140.680.30.250.770.150.0260.160.0170.0771004.00表1.3 喷吹燃料成分（%）品种CHOH2ONS灰分SiO2Al2O3CaOMgOFeO煤粉77.832.352.330.830.460.307.156.830.690.300.93100FeSiMnPSC95.140.650.030.0350.0254.12表1.4 生铁成分（%）其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.65、0.03；Mn、P由原料条件定为0.03、0.035。C4.30.27Si0.329P0.032S0.3Mn4.12Fe100SiMnPSC%。某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率（%），见表1.5。燃料消耗量（kg/t生铁）；焦炭 345煤粉 150 置换比0.7表1.5元素的分配率FeMnSP生铁99.750100炉渣0.3500炉气0050鼓风湿度 12g/m3风温 1150炉尘量 20 kg/t生铁入炉熟炉料温度 25炉顶煤气温度 200焦炭冶炼强度 0.79t/(dm3) 综合冶炼强度 1.03 t/(dm3) 利用系数 2.3 t/(dm3)1.2.2 计算矿石需要量G矿1、燃料带入的铁量GFe燃 首先计算20 kg炉尘中的焦粉量： kg高炉内衬参加反应的焦炭量为： kg =85.48+26.04+10.73-13.93 =108.32kg2、进入炉渣中的铁量：3、需要由铁矿石带入的铁量为：4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：1.2.3 计算熔剂需要量G熔1、设定炉渣碱度制钢生铁：R1.101.2；铸造生铁：R1.01.12、原料、燃料带有的CaO量铁矿石带入的CaO量为：焦炭带入的CaO量为：煤粉带入的CaO量为：3、原料、燃料带入的SiO2量铁矿石带入的SiO2量为：焦炭带入的量为：煤粉带入的量为：硅素还原消耗的量为：1.2.4 炉渣成分的计算原料、燃料及熔剂的成分见表1.6。表1.6 每吨生铁带入的有关物质的量原燃料数量kgCaOMgOSiO2Al2O3MnOS%kg%kg%kg%kg%kg%kg综合矿1595.727.633121.81.98531.6755.35785.481.5124.090.030.620.030.48焦 炭342.180.521.780.140.487.6126.044.5615.60.772.635煤 粉1500.691.040.30.457.1510.76.8310.250.300.45124.6232.605122.2549.9450.623.5651、炉渣中CaO的量由表1. 6：2、炉渣中SiO2的量式中 122.25原、燃料带入SiO2的总量，kg（见表1.6）； 13.93还原消耗SiO2的量（），kg。3、炉渣中的量由表1.8：4、炉渣中的量由表1-8：GMgO渣32.61kg5、炉渣中MnO的量GMnO渣。由表1.8：GMnO渣0.6250%0.31kg 式中 0.62原、燃料带入MnO的总量，kg（见表1.6）； 50%锰元素在炉渣中的分配率（见表1.5）。6、炉渣中FeO的量GFeO渣进入渣中的铁量为：Fe渣2.863kg，并以FeO形式存在，故而7、炉渣中S的量，GS渣原、燃料带入的总硫量为：GS3.565kg（见表1.6）进入生铁的硫量为：进入煤气中的硫量为：炉渣成分见表1.7。表1.7 炉渣成分组元CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeOS/2CaO/ SiO2kg124.6232.61108.3249.950.313.681.57321.061.15%38.8210.1633.7415.560.101.150.49100.00表中S/2：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧原子量为16，S原子量为32，相当已计入S/2，故表中再计入S/2。将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%，见表1.8。表1.8 四种渣成分CaOSiO2Al2O3MgO38.8233.7415.5610.1698.2839.5034.3315.8310.34100.001.2.5 校核生铁成分1、生铁含磷P，按原料带入的磷全部进入生铁计算。铁矿石带入的磷量为： 2、生铁含锰Mn，按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.62kg，见表1.8。3、生铁含碳。4、生铁含硅Si=0.65%。5、生铁含硫S=0.025%。校核后的生铁成分（%）见表1.9。表1.9 校核后生铁成分成分FeSiMnPSC含量95.140.650.0240.0510.0254.111.3 物料平衡计算1.3.1 风量计算1、风口前燃烧的碳量GC燃。燃料带入的总碳量：溶入生铁中的碳量为：生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约有1%1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。直接还原消耗的GC直：锰还原消耗的碳量为：硅还原消耗的碳量为：磷还原消耗的碳量为：铁直接还原消耗的碳量为： rd一般为0.40.5，本计算取0.45。 rd0.450.060.39式中 氢在高炉内的利用率，一般为0.30.5，本计算取0.33； 被利用氢量中，参加还原FeO的半粉量，一般为0.851.0，本计算取0.9； V风设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3风口前燃烧的碳量为：2、计算鼓风量V风鼓风中氧的浓度为：GC燃燃烧需要氧的体积为：煤粉带入氧的体积为：需鼓风供给氧的体积为：1.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算1、甲烷的体积由燃料碳素生成的甲烷量为:焦炭挥发份中的甲烷量为：2、氢的体积VH2由鼓风中水分分解产生的氢量为：焦炭挥发份及有机物中的氢量为：煤粉分解产生的氢量为：炉缸煤气中氢的总生产量为：生成甲烷消耗的氢量为：参加间接还原消耗的氢量为：3、二氧化碳的体积VCO2由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2：VCO2还由矿石带入的Fe2O3的质量为：参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：由氢还原Fe2O3的质量为：由CO还原的质量为：由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：焦炭挥发份中的CO2量为：4、一氧化碳的体积VCO风口前碳素燃烧生成CO量为：直接还原生成CO量为：焦炭挥发份中CO量为：间接还原消耗的CO量为：5、氮气的体积N2鼓风带入的N2量为：焦炭带入的N2量为煤粉带入的N2量为煤气成分见表1.10。表1.10 煤气成分 CO2CON2H2CH4体积m3357.28318.29924.9530.957.681639.15%21.819.4256.431.890.47100.001.3.3 编制物料平衡表1、鼓风质量的计算1m3鼓风的质量为：鼓风的质量为：2、煤气质量计算1m3煤气的质量为：煤气的质量为：3、煤气中的水分 焦炭带入的水分为：氢气参加还原生成的水分为：物料平衡列入表中1.11。表1.11 物料平衡表入相kg%出相kg%综合矿1612.9044.31生铁100027.51焦炭（湿）358.809.86炉渣321.058.83鼓风（湿）1518.3441.71煤气（干）2260.3762.18煤粉150.004.12煤气中水33.720.93炉尘20.000.553640.041003635.14100%1.4 热平衡计算1.4.1 热量收入q收1、碳素氧化放热qC（1）碳素氧化为CO2放出的热量CO2：他素氧化产生CO2的体积为：式中 33436.2C氧化为CO2放热，kJ/kg（2）碳素氧化为CO放出的热量CO：碳素氧化生成CO的体积为：式中 9804.6C氧化为CO放热，kJ/kg2、鼓风带入的热量q风式中 q空气 在1150下空气的热容量，其值为1643.11kJ/m3 q水气 在1150下水气的热容量，其值为2030.26kJ/m33、氢氧化为水放热式中 13454.09H2氧化为水放热，kJ/kg4、甲烷生成热式中 4709.56甲烷生成热，kJ/kg5、炉料物理热q物80冷综合矿比热容为0.674 kJ/kg。热量总收入：1.4.2 热量支出q支1、氧化物分解吸热q氧化物分解（1）铁氧化物分解吸热q铁氧化：可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以Fe3O4形式存在，因此：GFeO磁G矿FeO%矿GFeO硅式中 4078.25、4803.33、5156.59分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg（2）锰氧化物分解吸热为:式中 7366.02由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ/kg（3）硅氧化物分解吸热为:式中 31102.37由SiO2分解产生1 kg硅吸收的热量，kJ/kg（4）磷酸盐分解吸热为:式中 35782.6Ca3（PO4）2分解产生1 kg磷吸收热量，kJ/kg2、脱硫吸热式中 8359.05假定矿中硫以FeS形式存在，脱出1kg硫吸热量值，kJ/kg3、水分分解吸热式中 13454.1水分解吸热，kJ/kg4、炉料游离水蒸发吸热式中 26821 kg水由0变为100水汽吸热，kJ/kg5、铁水带走的热q铁水式中 1173铁水热容量，kJ/kg6、炉渣带走的热式中 1760炉渣热容量，kJ/kg7、喷吹物分解吸热式中 1048煤粉分解热，kJ/kg8、炉顶煤气带走的热量q煤气从常温到200之间，各种气体的平均比热容CkJ/(kg)如下（表1.12）：表1.12 各种气体的平均比热容N2CO2COH2CH4H2O汽1.2841.7771.2841.2781.6101.605（1）干煤气带走的热量为（2）煤气中水汽带走的热为9、炉尘带走的热量式中 0.7542为炉尘的比热容，kJ/(kg)10、冷却水带走及炉壳散发热损失1.4.3 热平衡表见表1.13。表1.13 热平衡表热收入kJ%热支出kJ%碳素氧化放热8011601.9477.42氧化物分解6788136.0965.60热风带的热1955464.5018.90脱硫26219.830.25甲烷生成热25538.930.25游离水蒸发36709.030.35氢氧化放热269527.132.60铁水带热117300011.34物料物理热85581.640.83炉渣带热565048.705.46总计10347714.15100喷吹物分解1572001.52煤气带热460525.624.45水分分解208174.692.01炉尘带热3016.80.03热损失929683.388.98总计10347714.15100热量利用系数KT对于一般中小型高炉KT值为80%85%10，近代高炉由于大型化和原料条件的改善可达到近90%碳素利用系数KKC值对于中小型高炉为50%60%，大型而原料条件较好的高炉可达到65%以上。2 高炉本体设计高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，以及高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积表示；高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模，高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代高炉有效容积向大型化发展。目前，世界大型高炉有效容积已达到5000m3级，而炉型设计则向着大型横向发展，H/D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以及是否合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料，已由单一的陶瓷质耐火材料，普遍地过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构，也有采用高纯度Al2O3的刚玉砖和碳化硅砖；高炉冷却设备期间结构亦在不断改进，软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于高炉综合设计水平的提高，强化高炉炉龄已经可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间实际首要解决的关键所在，必须慎重对待。2.1 高炉炉型高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状成为高炉炉型或高炉内型。高炉问世二百多年来，随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程，因此必须提供燃料燃烧所必须的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。炉型要适应炉料燃烧条件，保证冶炼过程的顺行。2.2 炉型设计与计算高炉炉型设计的依据是单座高炉的生铁产量，由产量确定高炉有效容积。历史上曾有过将产量与有效高度直接联系起来，结果设计炉型都是依产量大小的相似形，这显然是不合理的；也曾有过以产量定炉缸截面积，在焦比一定的条件下，炉缸单位面积的燃烧强度，便可以确定某一合适的数值，这样做虽然有一定的道理，但并不全面。现在多数国家都是以产量和有效容积利用系数（v）来确定高炉有效容积，再以有效容积为基础，计算其他尺寸。有关炉型的名词概念：设计炉型按照设计尺寸砌筑的炉型；操作炉型高炉投产后，工作一段时间，炉衬侵蚀，形状发生变化后的炉型；合理炉型冶炼效果较好，获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，它具有时间性、相对性。高炉冶炼是复杂的物理化学过程，设计的炉型必须适应冶炼过程的需要，设计炉型应能保证高炉一代获得稳定的较高的产量，优质的产品，较低的能耗和一代长寿。高炉在一代冶炼过程中，其炉衬不断侵蚀，炉型不断发生变化，炉型变化的程度和趋势与冶炼原料条件、操作制度有关，与炉衬结构和耐火材料的性能有关，还与冷却装置及冷却制度有关。高炉冶炼实际上是长时间在操作炉型内进行。因此掌握冶炼过程中炉型的变化及其趋势，对设计合理炉型非常重要。高炉大修设计，应对前一代高炉炉型做详细地调查和分析。新建厂矿高炉设计，必须分析原料燃料条件、设备条件和操作条件。设计要求：设计一个年产炼钢生铁280万吨，铸造生铁40万吨的高炉车间。计算时铸造生铁按照炼钢生铁计算。1、确定年工作日：取年日期的95%2、铸造生铁换算炼钢生铁的折算系数为：1.05 40万吨1.05=42万吨年产炼钢生铁总量：280万吨+42万吨=322万吨日产量 ：3、定容积：选定高炉座数为2座，利用系数为v =2.3t/(dm3)每座高炉日产量 每座高炉容积为 4、炉缸尺寸炉缸直径炉缸高度渣口高度b生铁产量波动系数一般取1.2；P生铁日产量，t；N昼夜出铁次数，一般2h出一次铁，本计算取9；c渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.550.6，渣量大时取低值；铁水密度，可取值7.1t;d炉缸直径；风口高度：因为取消渣口，选定k=0.60,风口数目：选取风口的结构尺寸为：a=0.5m。炉缸高度：h1=hf+a=3.3+0.5=3.8m 取=3.8m铁口的数目 n铁=2。5、死铁层厚度h0选取h0=0.2d=0.29.8=1.96m。该值在同类高炉中偏大，目的是延长高炉寿命。6、炉腰直径、炉腹角、炉腹高度选取 D/d=1.13，则 D=1.13d=1.139.8=11.07 m 取D=11m。选取 =81，则 7、炉喉直径、炉喉高度选取d1/D=0.7，则 d1=110.7=7.7m。 选取 =2.0m。 8、炉身角、炉身高度选取=84，则9、炉腰高度选取 /D=2.5，则=2.511=27.5m ，取=27.5m。=27.53.83.815.72.0=2.2m10、校核炉容 炉缸体积：炉腹体积： 炉腰体积： 炉身体积： 炉喉体积：2002.01 m3误差：炉型设计合理，符合要求。11、绘制高炉炉型图。高炉炉型图见图2.1。图2.1 高炉炉型及尺寸2.3 高炉炉衬设计按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。2.3.1炉底的炉衬设计与砌筑1、破坏机理：炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而成锅底深坑；在14001600液态渣铁的高温热力作用下，由于炉底砌体温度分布不均匀,导致砌体开裂，特别是采用不同材质的耐火砖时，由于膨胀系数不同，更会导致砌体开裂，由于炉缸铁水温度不同，造成铁水对流，冲刷炉底；在高温下，渣铁碱金属会对砖衬产生化学侵蚀；铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用；炉料重量的1020%和液态渣铁、煤气的静压力作用；开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中的二氧化碳、水蒸气对碳砖的氧化。2、使用的耐火材料：采用满铺碳砖砌筑，用泥浆为黏土火泥水泥泥料填充料。3、砌筑方式：满铺碳砖炉底砌筑，碳砖砌筑在水冷管的碳捣层上，有厚缝和薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列赚砌缝不大于2.5mm，厚缝连接时，砖缝为3545mm，缝中以碳素捣料捣固。目前的砌法是碳砖的短缝用薄缝连接，两侧的长缝用厚缝连接。相邻两行碳砖砖缝必须错缝200mm以上。两成碳砖砖缝成90。4、计算：（1）所选炭砖型号：。（2）计算块数：由于d=9800m、h0=1960mm，要求薄缝不大于1.5mm、厚缝不大于2.5mm，所以：50块。厚层数=1960/4005层，总砖数。2.3.2炉缸设计的炉衬设计1、破坏机理：炉缸下部是盛渣铁夜的地方，周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温气体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素，特别是铁口、铁口附近的炉衬是冲刷最厉害的地方；高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素；风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受18002400的高温作用，发生蠕动，加上碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很容易损坏，砖缝增大。2、使用的耐火砖：采用热压碳砖，用炭质填料及热固性炭胶粘结。3、计算：（1）热压炭砖的型号：砖缝：2mm. 砌砖与冷却壁：100150mm（2）炉钢高度h1=3900mm纵层数：h1/c=3900/64=61层。横层数：1150/229=5层。第一内层所需砖数为：。即第二内层总数：同理：第三内层砖数为：154块第四内层砖数为：158块第五内层砖数为：161块所以最底层砖数为：，总砖块数为：。2.3.3炉腹、炉腰和炉身下部的炉衬设计1、炉腹部位内衬破损机理：炉腹距风口最近，受强烈热作用力，不仅炉衬内表面温度高，而且由温度波动引起的热冲击，或称热震破坏力很大；由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响；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，化学侵蚀和氧化作用。2、炉腹炉衬设计：耐火砖的选择：采用高铝砖砌筑。（1）砌筑方式：由于开炉后炉腹部位的砌砖很快被侵蚀掉，靠渣皮工作，一般砌一层高铝砖或黏土砖，厚度为345mm左右，炉腰有3种结构，采用薄壁式炉腰，炉身砌砖厚度通常为690805mm（选取690mm）用镶砖冷却壁冷却炉腹、炉腰及炉身下部，砌砖紧靠冷却壁，缝隙填浓泥浆。也有的后墙炉身，采用冷却水箱冷却，这时砌砖与冷却水箱之间侧面和上面缝隙为520mm，下面为1015mm，炉腹、炉腰砌砖砖缝应不大于1.5mm，上下层砌缝和环缝均匀错开，炉身倾斜部分按3层砖依次砌筑。（2）选用的高铝砖型号：（3）炉腹高度：h2=3400mm 厚度为345mm =804840纵层数：横层数：1层计算砖数：第一层：由于倾斜部分接三层砖错台砌筑.即向外延伸24.3mm，所以第二层与第三层均为（87+150）块砖。第四层为（87+151）块砖；同理：第45层为（87+164）块； 第46层为（87+165）块；即楔形砖总数为：。直形砖总数：。3、炉腰、炉身下部内衬破损机理：高温煤气冲刷和热冲击；碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀；初渣氧化亚铁、氧化锰的侵蚀，炉腰部比炉腹的更高。采用刚玉砖砌筑，刚玉型号：GAZ98 。取h3=2000mm ，D=11700mm，且采用薄壁式炉腰，厚度为345mm。2.3.4炉身上部和炉喉的炉衬设计1、砌筑方式：选用高铝砖砌筑，h5=2400mm，厚度690mm，按三层错台一次砌筑。炉身上部砌砖与炉壳间隙为100150mm，填以水渣-石棉隔热材料。2、耐材种类：高铝砖：G-2：G-4：3、计算（损耗5%）：纵层数：；截面横层数：；设每三层为一阶，则炉身总阶数为每阶减少内径：73.3mm。总层数。块楔形砖总块数：。直形砖总块数：。4、炉喉炉喉衬板以铸钢件制成，在炉喉的钢壳上装有吊挂座，座下装有横的挡板。其炉喉钢砖如图2.2所示。2.4 高炉冷却设备2.4.1 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，对炉体寿命可起到如下作用：图2.2 炉喉钢砖1炉喉钢砖；2钢轨形吊挂；3炉壳1、保护炉壳。在正常生产时，高炉炉壳只能在低于80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15%的热量通过炉壳散失。2、对耐火材料的冷却和支撑。3、维持合理的操作炉型。4、当耐火材料大部分侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。2.4.2 冷却介质及水的软化高炉冷却用冷却介质是水，因为水的热容量大、热导率大、便于输送，成本低廉。水的软化主要是将钠离子经过离子交换剂与水中的钙、镁离子进行交换，而水中其它的阴离子没有改变，软化后水中的碱度未发生变化，而水中含盐量比原来略有增加。2.4.3 冷却方式1、炉缸、炉腹及炉腰的冷却本设计采用炉体砌砖与冷却壁（铜冷却壁）一体化，即将氮化物结合的碳化硅砖（相当于炉体砌砖）与冷却壁合注在一起，这样较好的解决了砖衬的支承问题，缩短了施工工期。其优点是：冷却壁安装在炉壳内部，炉壳不开口，所以密封性好；由于均布于炉衬之外，所以冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。2、炉身冷却为了提高高炉炉身寿命，本设计采用炉身冷却模块技术，将冷却水管直接焊接在炉壳上，并浇铸耐热混凝土，是由炉壳厚壁钢管耐热混凝土构成的大型冷却模块组成。冷却模块将炉身部位的炉壳沿径向分成数块，块数取决于炉前的起重能力。将厚壁（15mm）把手型无缝钢管作为冷却元件直接焊在炉壳钢甲上，在炉壳及钢管见浇注耐热混凝土，混凝土层高出水管110130mm，构成大型预制冷却模块。通过炉顶托圈吊装与炉腰钢甲对接，经两面焊接后即形成新炉身。主要技术优点如下：与传统的“炉壳铸铁冷却壁炉衬”相比，炉身寿命提高近1倍。明显降低炉身造价。新型冷却模块结构以钢管代替铸铁冷却壁使冷却设备重量大大降低，而以耐热混凝土代替耐火砖，不论价格或数量都大为减少，使高炉炉身造价成倍降低。缩短大修时间，大型模块的制造可在停炉前预先进行，停炉后只进行吊装、焊接、浇注对接缝等，相当于在高炉上整体组装炉身，大大缩短大修工期。高炉大修初始即形成操作炉型，有力高炉顺行，同时由于炉衬减薄，也扩大了炉容，在供排水方面无特殊要求，利用原有系统即可正常进行。3、炉底冷却本设计高炉炉缸直径较大，周围径向冷却壁的冷却，已不足以将炉底中心部位的热量散发出去，如不进行冷却则炉体底部侵蚀严重，因此，高炉炉底中心部位要冷却，高炉水冷炉底结构如图2.5所示。图2.5水冷炉底结构图水冷管中心线一下埋置在炉基耐火混凝土基墩上表面中，中心线以上为碳素捣固层，水冷管为40mm10mm，炉底中心部位水冷管间距200300mm边缘水冷管间距为350500mm，水冷管两端伸出炉壳外50100mm.炉壳开孔后加垫板加固，开孔处应避开炉壳折点150mm以上。水冷炉底结构应保证切断给水后，可排出管内积水，工作时排水口要高于水冷管水平面，保证管内充满水。2.4.4 高炉冷却系统采用软（纯）水密闭循环冷却系统，工作原理见图2.6所示，这是一个完全密闭的系统，用软水作为冷却介质。软水由循环泵送往冷却设备，冷却设备排出的冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经空气冷却器散发于大气中，然后再经循环泵送往冷却设备。图2.6 软（纯）水密闭循环冷却系统1冷却设备；2膨胀罐；3空气冷却器；4循环泵；5补水；6加药；7充氮膨胀罐为一圆柱形密闭容器，其中充以氮气，用以提高冷却介质压力，提高饱和蒸汽的温度，进而提高饱和蒸汽与冷却设备内冷却水实际温度之差，即提高冷却水的欠冷度。膨胀罐具有补偿由于温度的变化和水的泄露而引起的系统冷却水体积的变化，稳定冷却系统的运转，并且通过罐内水位的变化，判断系统泄露情况和合理补充软水。空气冷却设备由风机和散热器组成，用来散发热量，降低冷却水温度。软水密闭循环系统的特点有：1、工作稳定可靠：由于冷却系统内具有一定的压力，所以冷却介质具有较大的欠冷度。2、冷却效果好，高炉寿命长。它使用的冷却介质是软（纯）水，是经过化学处理即除去水中硬度和部分盐类的水。这就从根本上解决了在冷却水管或冷却设备内壁结垢的问题，保证有效冷却并能延长冷却设备的寿命。3、节水。因为整个系统完全处于密闭状态，所以没有水的蒸发损失，而流失也很少。4、电能耗量低。闭路系统循环水泵的扬程仅取决于系统的阻力损失。2.5 高炉送风管路高炉送风管路由热风总管、热风围管、与各风口相连的送风支管（包括直吹管）及风口（包括风口中套、风口大套）等组成3。2.5.1 热风围管热风围管的作用是将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中去。热风总管和热风围管都由钢板焊成，管中由耐火材料筑成的内衬。为了不影响炉前作业，热风围管都采用吊挂式，大框架热风围管吊挂在横梁上，热风总管与热风围管的直径相同，其直径由下式计算：D=1.4m式中 D热风总管或热风围管内径，m Q气体实际状态下的体积流量，m3/s v气体实际状态下的流速，m/s。 本计算取30m/s2.5.2 送风支管送风支管的作用是将热风围管供来的热风通过风口送入高炉炉缸，还可通过它向高炉喷吹燃料。送风支管长期处于高温、多尘的环境中，工作条件很恶劣，所以要求送风支管密封性好，压损小，热量损失小，在热胀冷缩的条件下由自动调节位移的功能。送风支管由送风支管本体、送风支管张紧装置、送风支管附件等组成。2.5.3 直吹管直吹管是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连，端头与风口紧密相连。热风经热风围管、弯管传到直吹管，通过风口进入高炉炉缸。直吹管由端头、管体喷吹管、尾部法兰和端头水冷管路五部分组成，如图2.8所示。图2.8 直吹管结构图1端头；2管体；3喷吹管；4冷却水管；5法兰2.5.4 风口装置1、风口风口也称风口小套或风口三套，是送风管路最前端的一个部件。它位于高炉炉缸上部，成一定角度探出炉壁。风口与风口中套、风口大套装配在一起，加上冷却水管等其他部件，形成高炉的风口设备，其结构见图2.9所示。图2.9 风口装置结构示意图1风口中套冷水管；2风口大套密封罩；3炉壳；4抽气孔；5风口大套；6灌泥浆孔；7风口小套冷水管；8风口小套；9风口小套压紧装置；10灌泥浆孔；11风口法兰；12风口中套压紧装置；13风口中套2、风口中套风口中套的作用是支撑风口小套，其前端内孔的锥面与风口小套的外锥面配合，上端的外锥面与大套配合，用铸造紫铜制作。3、风口大套风口导套的功能是支撑风口中套与小套，并将其与高炉炉体相连成为一体。风口大套的前端锥面与风口中套上端锥面配合，上端通过风口法兰与炉体装配连接在一起。风口导套为铸钢件。2.6 高炉钢结构高炉钢结构包括炉壳、炉体框架、炉顶框架、平台和梯子等。高炉钢结构是保证高炉正常生产的重要设施。2.6.1 高炉本体钢结构本设计采用炉体框架式，其结构如图2.10所示。其特点是由4根支柱连接成框架，而框架是一个与高炉本体不相连接的独立结构。框架下部固定在高炉基础上，顶端则支撑在炉顶平台。因此炉顶框架的重量、煤气上升管的重量、各层平台及水管重量，完全由大框架直接传给基础。只由装料设备重量经炉壳传给基础。 图2.10 高炉本体钢结构这种结构由于取消了炉缸支柱，框架离开高炉一定距离，所以风口平台宽敞，炉前操作方便，还有利于大修时高炉容积的扩大。2.6.2 炉壳炉壳是高炉的外壳，里面有冷却设备和炉衬，顶部是装料设备和煤气上升管，下部坐落在高炉基础上，是不等截面的圆筒体。炉壳的主要作用是固定冷却设备，保证高炉砌砖的牢固性、承受炉内压力和起到炉体密封作用，因此炉壳必须具有一定强度。炉壳厚度应与工作条件相适应，各部位厚度可由下式计算；=kD式中计算部位炉壳厚度，mm；D计算部位炉壳外弦带直径，m；K系数，mm/m；与弦带位置有关。图2.11高炉炉体各弦带分界示意图2.6.3 炉体框架炉体框架由四根支柱组成，上至炉顶平台，下至高炉基础，与高炉中心成对称布置，在风口平台以上部分用钢结构。风口平台以下是采用钢筋混凝土结构。保证支柱与热风围管的250mm间距。2.6.4 炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈炉缸支柱是用来承担炉腹或炉腰以上，经炉腰支圈传递下来的全部负荷。它的上端与炉腰支圈连接，下端则伸到高炉基座的坐圈上。大中型高炉一般都是用2440mm的钢板，焊成工字形断面的支柱，为了增加支柱的刚度，常加焊水平筋板。支柱外倾斜角6左右，以使炉缸周围宽敞。支柱的数目为12个（风口数目的一半），并且均匀地分布在炉缸周围，其位置不能影响风口、铁口、渣口的操作，其强度则应考虑到个别支柱损坏时，其它相邻支柱仍能承担全部负荷。为了防止发生炉缸烧穿时，渣铁水烧坏炉缸支柱，应从高炉基座的坐圈直到铁口以上1m处的支柱表面，用耐火砖衬保护。炉身支柱的作用是支撑炉顶框架及炉顶平台上的载荷、炉身部分的平台走梯、给排水管道等。炉腰支圈的作用是把它承托的上部均布荷载变成几个集中载荷传给炉缸支柱，同时也起着密封作用。其结构如图2.12所示：图2.12 炉腰支圈支柱坐圈是为了使支柱作用于炉基上的力比较均匀。在每个支柱下面都由铸铁或型钢做成的单片垫板，并且彼此用拉杆或整环连接起来，以防止支柱在推力作用下或基础损坏时发生位移。2.7 高炉基础高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到地基。高炉基础由埋在地下的基座部分和地面上的基顿部分组成。其结构如图