第3章 高炉本体设计(1)

1、3 高炉本体设计高炉本体设计内容n高炉本体n高炉炉衬n高炉冷却n高炉基础n高炉钢结构高炉本体发展方向高炉本体发展方向n炉型向炉型向“大型横向大型横向”发展；发展；n炉衬使用耐火材料变化：炉衬使用耐火材料变化： 单一陶瓷质单一陶瓷质陶瓷质和碳质相结合陶瓷质和碳质相结合n冷却装置不断改进冷却装置不断改进 贯流式风口、软水闭路循环广泛使用贯流式风口、软水闭路循环广泛使用概念概念：高炉内部工作空间剖面的形：高炉内部工作空间剖面的形 状称为高炉炉型或高炉内型。状称为高炉炉型或高炉内型。重要性重要性：合理的炉型对获得良好的：合理的炉型对获得良好的 技术经济指标和延长高炉寿命具有技术经济指标和延长高炉寿命具

2、有重要意义。重要意义。 3.1 高炉炉型设计高炉炉型设计3.1.1 炉型的发展过程炉型的发展过程1.无型阶段无型阶段 2.大腰阶段大腰阶段炉腰尺寸过大的炉型。炉腰尺寸过大的炉型。 炉缸和炉喉直径小，有效高度低，炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大。而炉腰直径很大。 3. 五段式高炉：瘦长型、肥胖型五段式高炉：瘦长型、肥胖型原始高炉炉型原始高炉炉型1-中国；中国；2-德国；德国；3-英国英国(P75)近代高炉炉型（近代高炉炉型（1：500）1-攀钢高炉，攀钢高炉，V有有1000m3，H有有/D=3.05；2-本钢高炉，本钢高炉，V有有2000m3，H有有/D=2.68；3-日本鹿岛，日本

3、鹿岛，V有有5050m3，H有有/D=1.953.1.2 五段式高炉炉型五段式高炉炉型Dd风口中心线渣口中心线铁口中心线Hufzhh012345hhhhhhd1Hu有效高度；有效高度；h0死铁层厚度；死铁层厚度；h1炉缸高度；炉缸高度；h2炉腹高度；炉腹高度；h3炉腰高度；炉腰高度；h4炉身高度；炉身高度；h5炉喉高度；炉喉高度；hf风口高度；风口高度；hz渣口高度；渣口高度；d炉缸直径；炉缸直径；D炉腰直径；炉腰直径；d1炉喉直径；炉喉直径；炉腹角；炉腹角；炉身角；炉身角；图31 五段式高炉内型图 1）有效高度（）有效高度（Hu） ：料线零位到铁口中：料线零位到铁口中 心线之间的高度。心线之

4、间的高度。 料线零位：料线零位： 钟式钟式高炉：大钟下降位置的下缘线标高；高炉：大钟下降位置的下缘线标高；无钟高炉：无钟炉顶为旋转溜槽最低位置无钟高炉：无钟炉顶为旋转溜槽最低位置的下缘线标高。的下缘线标高。 有效高度的意义：有效高度的意义： Hu和煤气利用及高炉顺行有关和煤气利用及高炉顺行有关1. 高炉有效容积和有效高度高炉有效容积和有效高度 2）高炉有效容积）高炉有效容积 ： 在有效高度范围内，炉型所包括在有效高度范围内，炉型所包括的容积称为高炉有效容积（的容积称为高炉有效容积（Vu）。）。 4000m3 巨型高炉巨型高炉Vu3）高径比）高径比Hu/D：定义：有效高度与炉腰直径的比值定义：有

5、效高度与炉腰直径的比值意义：意义：是表示高炉炉型形状，是表示高炉炉型形状，“矮胖矮胖”或或“细长细长”的一个重要设计指标；的一个重要设计指标；与煤气利用与煤气利用和炉况顺行有关。高径比大，利于煤气利用不和炉况顺行有关。高径比大，利于煤气利用不利于炉况顺行。利于炉况顺行。不同炉型的高炉，其比值的范围是：不同炉型的高炉，其比值的范围是： 巨型高炉巨型高炉 大型高炉大型高炉 中型高炉中型高炉 小型高炉小型高炉 2.0 2.53.1 2.93.5 3.74.5Vu与Hu关系有效高度的确定nd(炉缸直径炉缸直径) 选定选定D/d 选定选定Hu/D Hun统计公式计算：统计公式计算：2 . 044. 6u

6、uVH 大型高炉大型高炉中型高炉中型高炉265. 005. 4uuVH 作用作用：n燃烧焦炭、燃烧焦炭、n盛放渣铁、盛放渣铁、n炉缸的炉缸的 上、中、下部位分别设置有上、中、下部位分别设置有风口、渣口与铁口。风口、渣口与铁口。 2. 炉缸炉缸（1）炉缸直径）炉缸直径d炉缸截面燃烧强度：指每小时每平方炉缸截面燃烧强度：指每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量，米炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量，一般为一般为1.01.25t/m2h。 燃iVIdu23. 0式中：式中： I冶炼強度，冶炼強度， t/m3d，（，（1.0-1.25） 燃燃燃烧強度，燃烧強度，t/m2h，（，（1.0-1.5） Vu高

7、炉有效容积，高炉有效容积，m3 d高炉炉缸直径，高炉炉缸直径，mi 计算得到的炉缸直径再用计算得到的炉缸直径再用Vu/A进进行校核，不同炉容的行校核，不同炉容的Vu/A取值为：取值为： 大型高炉：大型高炉：2227 中型高炉：中型高炉：1522 小型高炉：小型高炉：1115（2）铁口高度）铁口高度h铁铁AnPh铁铁式中：式中： p日产生铁量，日产生铁量，t； n 昼夜出铁次数，一般昼夜出铁次数，一般2h出一次铁；出一次铁； r铁铁铁水密度，铁水密度，7.1t/m3； A炉缸面积，炉缸面积，m2； （3）渣口高度：）渣口高度： 渣口中心线与铁口中心线间距离。渣口中心线与铁口中心线间距离。渣口过高

8、，下渣量增加，对铁口的维护渣口过高，下渣量增加，对铁口的维护不利；渣口过低，易出现渣中带铁事故，不利；渣口过低，易出现渣中带铁事故，从而损坏渣口；大、中型高炉渣口高度从而损坏渣口；大、中型高炉渣口高度多为多为1.51.7m。也可以参照下式计算：。也可以参照下式计算： 24dcnbPhz铁式中：式中： p日产生铁量，日产生铁量，t； b 生铁产量波动系数，一般取生铁产量波动系数，一般取1.2； n 昼夜出铁次数，一般昼夜出铁次数，一般2h出一次铁；出一次铁； r铁铁铁水密度，铁水密度，7.1t/m3； c渣口以下炉缸容积利用系数，一般取渣口以下炉缸容积利用系数，一般取0.550.60， 炉容大、

9、渣量大时取低值；炉容大、渣量大时取低值； d 炉缸直径炉缸直径，m； cbhhz铁（4）风口高度：）风口高度： 风口中心线与铁口中心线间距离称风口中心线与铁口中心线间距离称为风口高度（为风口高度（hf）。）。 风口高度可参照下式计算：风口高度可参照下式计算： khhZf式中：式中： 渣口高度与风口高度之比，一般渣口高度与风口高度之比，一般 取取0.5 0.6，渣量大取低值。，渣量大取低值。k（5）风口结构尺寸（）风口结构尺寸（a）：）：根据经验直接选定，一般根据经验直接选定，一般0.350.5m（6）炉缸高度：）炉缸高度：ahhf1（7）风口数目（）风口数目（n）：）： 主要取决于炉容大小，与

10、炉缸直径主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关。成正比，还与冶炼强度有关。 风口数目可以按下式计算：风口数目可以按下式计算： 中小型高炉：中小型高炉： ) 1(2dn大型高炉：大型高炉： 4000m3左右的巨型高炉：左右的巨型高炉： )2(2dndn3式中：式中： d 炉缸直径，炉缸直径，m 风口数目也可以根据风口中心线在炉缸圆周上的距离风口数目也可以根据风口中心线在炉缸圆周上的距离进行计算：进行计算： sdnS 取值在取值在1.11.6m之间之间, 风口数目一般取偶数。风口数目一般取偶数。 炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。3. 炉腹炉腹（1）炉腹的

11、形状适应了炉料熔化滴落后体积）炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体积的收缩，稳定下料速度。的收缩，稳定下料速度。（2）可使高温煤气流离开炉墙，既不烧坏炉）可使高温煤气流离开炉墙，既不烧坏炉墙又有利于渣皮的稳定。墙又有利于渣皮的稳定。（3）燃烧带产生大量高温煤气，气体体积激）燃烧带产生大量高温煤气，气体体积激烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。作用：作用：炉腹的结构尺寸是炉腹高度和炉腹角。炉腹的结构尺寸是炉腹高度和炉腹角。炉腹高度由下式计算炉腹高度由下式计算 ：tgdDh22炉腹角一般为炉腹角一般为7983，过大不利于煤气，过大不利于煤气分布并破坏稳定的渣皮保护层，过小则

12、增分布并破坏稳定的渣皮保护层，过小则增大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行。大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行。 炉身呈正截圆锥形。炉身呈正截圆锥形。 4. 炉身：炉身：（1）适应炉料受热后体积的膨胀，有利于）适应炉料受热后体积的膨胀，有利于减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。（2）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证一定的煤气流速。一定的煤气流速。（3）炉身高度占高炉有效高度的）炉身高度占高炉有效高度的5060，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行。进行。 作用：作用： 一般取值为一般

13、取值为81.585.5之间。大高之间。大高炉取小值，中小型高炉取大值。炉取小值，中小型高炉取大值。40005000m3高炉高炉角取值为角取值为81.5左右，左右，前苏联前苏联5580m3高炉高炉角取值角取值 174279 炉身角：炉身角：炉身高度炉身高度 ：tgdDh214d1（炉喉直径），由（炉喉直径），由d1/D确定。确定。 炉腹上部的圆柱形空间为炉腰，炉腹上部的圆柱形空间为炉腰，是高炉炉型中直径最大的部位。是高炉炉型中直径最大的部位。5. 炉腰：炉腰： （1）炉腰处恰是冶炼的软熔带，透气性）炉腰处恰是冶炼的软熔带，透气性变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空变差，炉腰的存在扩大了该部位的横

14、向空间，改善了透气条件。间，改善了透气条件。 （2）在炉型结构上，起承上启下的作用，）在炉型结构上，起承上启下的作用，使炉腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。使炉腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。 作用：作用： 一般取值一般取值13m，炉容大取上限，设计，炉容大取上限，设计时可通过调整炉腰高度修定炉容。时可通过调整炉腰高度修定炉容。 一般炉腰直径（一般炉腰直径（D）与炉缸直径（）与炉缸直径（d）有一定比例关系，有一定比例关系，D/d取值：取值： 大型高炉大型高炉1.101.15 中型高炉中型高炉1.151.25 小型高炉小型高炉1.251.50 炉腰高度（炉腰高度（h3）：）：作用：作用：承接炉

15、料，稳定料面，保证炉料合理分布。承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。 炉喉直径与炉腰直径比值炉喉直径与炉腰直径比值 d1/D取值在取值在0.640.73之间。之间。 炉喉呈圆柱形。炉喉呈圆柱形。6. 炉喉（炉喉（d1、h5）：）： 铁口中心线到炉底砌砖表面之间的铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离称为死铁层厚度。距离称为死铁层厚度。 7. 死铁层厚度（死铁层厚度（h0）（1）残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底）残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底的冲刷侵蚀，保护炉底；的冲刷侵蚀，保护炉底；（2）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除热应力的影响；热应力的影响；（3）稳定渣

16、铁温度。）稳定渣铁温度。作用：作用： 新设计高炉的死铁层厚度新设计高炉的死铁层厚度h0=0.2d。 死铁层厚度：死铁层厚度：包钢设计院：包钢设计院：200937. 0dVhu3.1.3 炉型设计与计算炉型设计与计算 （1）设计炉型：按照设计尺寸砌筑的炉型；）设计炉型：按照设计尺寸砌筑的炉型；（2）操作炉型：指高炉投产后，工作一段时）操作炉型：指高炉投产后，工作一段时间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型；间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型；（3）合理炉型：指冶炼效果较好，可以获得）合理炉型：指冶炼效果较好，可以获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性优质、低耗、高产和长寿的炉型，具

17、有时间性和相对性。和相对性。 名词概念：名词概念：炉型的设计方法炉型的设计方法n经验法：以炉建炉。经验法：以炉建炉。n计算法：计算法： 统计公式法（拉姆、项钟庸、高清志）统计公式法（拉姆、项钟庸、高清志） 经验法与统计公式相结合经验法与统计公式相结合目标目标：设计炉型接近合理炉型：设计炉型接近合理炉型设计过程设计过程参考已有炉型计算方法，初步确定内型各部尺参考已有炉型计算方法，初步确定内型各部尺寸及基本比例关系；寸及基本比例关系；研究国内外炉型发展的趋势，重点调整局部尺研究国内外炉型发展的趋势，重点调整局部尺寸；寸；收集国内外炉型资料，以炉容相近、原燃料条收集国内外炉型资料，以炉容相近、原燃料

18、条件相似、指标先进的炉型为参考，对炉型尺寸件相似、指标先进的炉型为参考，对炉型尺寸进行适当调整。进行适当调整。我国部分高炉炉型尺寸我国部分高炉炉型尺寸国外部分高炉炉型尺寸国外部分高炉炉型尺寸 炉型设计例题炉型设计例题设计年产制钢生铁设计年产制钢生铁280万吨的高炉车间万吨的高炉车间（1）确定年工作日：）确定年工作日： )(2.8069347102804tP总)(347%95365天日产量：日产量：（2）定容积：）定容积：dmtV30.2)(40352tPP总)(20180 .240353mPVVu每座高炉容积：每座高炉容积：每座高炉日产量：每座高炉日产量：选定高炉座数为选定高炉座数为2座，利用

19、系数座，利用系数（3）炉缸尺寸：）炉缸尺寸：dmtI395.0hmti205.1燃)(83. 905. 1201895. 023. 023. 0miVIdu燃md8 . 975.268.9420182AVu合理合理校核：校核：取：取：则：则：燃烧强度：燃烧强度：选定冶炼强度：选定冶炼强度：炉缸直径：炉缸直径：渣口高度：渣口高度： 64. 18 . 91 . 755. 010403520. 127. 127. 122dNCbPhz铁mhz7 . 1取取炉缸高度：炉缸高度：风口高度：风口高度： 03. 356. 07 . 1khhzfmhf0 . 3取取风口数目：风口数目： 6 .23) 28 . 9 (2) 2( 2dn个24n取取风口结构尺寸：风口结构尺寸：选取：选取： a=0.5m)( 5 . 35 . 00 . 31mahhf则炉缸高度：则炉缸高度：（4）死铁层厚度）死铁层厚度mh5 . 10选取：选取：（5）炉腰直径、炉腹角、炉腹高度）炉腰直径、炉腹角、炉腹高度13.1dD则：则： 07.118 . 913. 1DmD11取取选取：选取：58. 3308022tgdDh选取：选取：3080则：则：mh5 . 32校核校核取取83. 58 . 9115 . 3222dDhtg 1 1680：（6）炉喉直径、炉喉高度）炉喉直径、炉喉高度