第三章 高炉本体设计(炉型)1

3高炉本体设计高炉本体包括炉型（形）--工作空间；炉衬（耐火材料）；冷却；金属结构（炉壳、支柱）；高炉基础。目前高炉本体发展方向1）炉型向大型横向发展2）炉衬由单一陶瓷质向陶瓷质和碳质耐火材料综合结构发展3）高炉冷却设备不断改进，贯流式风口，软水密闭循环广泛使用1一炉底耐火材料：2一炉壳；3一炉内砖衬生产后的侵蚀线；4一炉喉钢砖，5一炉顶封盖；6一炉体砖衬；7一带凸台镶砖冷却壁；8一镶砖冷却壁；9一炉底碳砖；10一炉底水冷管；11一光面冷却壁3.1高炉炉型密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护。3高炉本体设计3高炉本体设计一、炉型的发展过程高炉炉型是指高炉内部工作空间剖面的形状。（即通过高炉中心线的剖面轮廓）1.无型阶段2.大腰阶段——炉腰尺寸过大的炉型。

炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大。

3.近代高炉

3高炉本体设计原始高炉炉型1-中国；2-德国；3-英国(P75)近代高炉炉型（1：500）

1-攀钢高炉，V有1000m3，H有/D=3.05；2-本钢高炉，V有2000m3，H有/D=2.68；3-日本鹿岛，V有5050m3，H有/D=1.95(P75)高炉容积/m3Hu/D20世纪70～80年代20世纪90年代以后1000～2000＜2.92.5～2.7300～10002.9～3.52.7～3.2＜300＞3.5＞3.2高炉内型变化情况表3高炉本体设计3.1炉型3.1.1高炉五段炉型1）炉型及其意义：牵涉到高炉冶炼顺行，还与高炉冶炼能量消耗有关，高炉寿命的长短。2）五段炉型(尺寸要素是约定俗成)高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。五段炉型是适应炉料变化，T↑―V↑，T煤气↓―V↓我国高炉内型尺寸的表示方法(P76)Hu——有效高度；h0——死铁层厚度；h1——炉缸高度；h2——炉腹高度；h3——炉腰高度；h4——炉身高度；h5——炉喉高度；hf——风口高度；hz——渣口高度；d——炉缸直径；D——炉腰直径；d1——炉喉直径；α——炉腹角；β——炉身角；图3－1五段式高炉内型图3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定1）Vu、HuVu:根据任务确定，现在：大型>1000m3，中小型<1000m3Vu：在有效高度范围内，炉型（炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉）所包括的容积。

Hu:大料钟下降位置的下缘到铁口中心线之间的距离。对于无钟炉顶，旋转溜槽的最低位置到铁口中心线之间的距离。Hu=h1+h2+h3+h4+h5，H=Hu+h6,装料装置高度3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定1）Vu、Hu

内容积：料线到铁口中心线之间的距离。工作容积：料线到风口中心线之间的距离。

Hu大，可以延长煤气与炉料的接触时间，有利于煤气的热能和化学能的充分利用；煤气流穿过料柱的阻力大，不利于高炉顺行。Hu过大，可增大煤气流穿过料柱的阻力，不利于高炉顺行。3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定1）Vu、Hu有效高度的确定：①d→选定D/d→选定Hu/d→Hu②根据统计公式计算Hu：大型中小型Vu与Hu关系(P76)Hu/D：有效高度与炉腰直径的比值。意义：（Hu/D）是表示高炉“矮胖”或“细长”的一个重要设计指标；与煤气利用和炉况顺行有关。不同炉型的高炉，其比值的范围是：巨型高炉大型高炉中型高炉小型高炉～2.02.5～3.12.9～3.53.7～4.5我国部分高炉炉型尺寸（P84）

国外部分高炉炉型尺寸（P85）

3高炉本体设计3.1.2炉型尺寸的确定2）d、h1①炉缸作用：②d的确定J-燃烧强度；J=24～28t/(m2·d)法一：J=1.0～1.20t/(m2·h)设计时往小取，高炉强化留有余地，J↓→d↑i燃：30～50t/(m2·h)3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定2）d、h1法二：大高炉d=0.32Vu0.45中小高炉d=0.564Vu0.37d=0.405Vu0.4205用的不多常用；拉姆统计，不用太严格，取整计算得到的炉缸直径再用Vu/A进行校核，不同炉容的Vu/A取值为：大型高炉：22～28中型高炉：15～22小型高炉：11～153高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定2）d、h1③h1的确定可分三步，式中：p—日产生铁量，t/d；b—生铁产量波动系数，一般取1.2；N—昼夜出铁次数，一般2h出一次铁；r铁—铁水密度，7.1t/m3；炉容大、渣量大时取低值；d—炉缸直径，m；

3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定2）d、h1③炉缸高度h1

K渣口高度与风口高度之比，一般取0.5-0.6， 渣量大时取低值④风口、渣口、铁口数目的确定400～500Kg/tFe设渣口；C=0.55～0.6渣量大取小值，安全容铁系数；铁水离渣口有距离，渣口4个铜套a结构尺寸0.35～0.5m3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定如不设渣口，按批料算高度，注意留有余地。铁口1500m3按1个铁口设>1500m3按2～3个铁口巨型设4个铁口，60°,120°风口数=2(d+1）；保证风口间距s=1.1～1.5m=2(d+2)大型；=3d巨型（4000m3）S取值在1.1～1.6m之间,风口数目一般取偶数。

3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定⑤h0h0铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离。h0有加厚的趋势。新设计高炉的死铁层厚度h0=0.2d。作用：（1）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；（2）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除热应力的影响；（3）稳定渣铁温度。3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定3）炉腹、炉腰尺寸炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。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：h2=3.0～3.6m炉腹安一段冷却壁炉腹角α一般为79º～83º，过大阻损小，风口煤气上炉墙,不利于煤气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,煤气离炉墙远。（1）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。（2）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。（3）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。炉腹作用：3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定3）炉腹、炉腰尺寸D←D/d←d一般炉腰直径（D）与炉缸直径（d）有一定比例关系，D/d取值：大型：1.10～1.15；中型1.15～1.25；小型高炉1.25～1.5h3一般取值1～3m，炉容大取上限，设计时可通过调整炉腰高度修定炉容。

（1）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间，改善了透气条件。（2）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。作用：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。3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定3）炉腹、炉腰尺寸Hu/D:指高炉有效高度与高炉炉腰直径之比值。大型：2.5～3.1→2.0巨型（矮胖）中型：2.9～3.5小型：3.7～4.5（过去细长）Hu/D大，煤气利用好，K↓不利于顺行，小高炉Hu/D小，煤气利用不好，K↑有利于顺行，大高炉3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定4）炉身、炉喉尺寸炉身呈正截圆锥形。作用：（1）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。（2）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证一定的煤气流速。（3）炉身高度占高炉有效高度的50～60％，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行。

一般取值为81.5º～85.5º之间。大高炉取小值，中小型高炉取大值。例如：小高炉β=84°～85°巨型强调顺行，β小，例如，4000～5000m3高炉β角取值为81.5º左右，前苏联5580m3高炉β角取值

根据炉料情况，粉末多或炉料膨胀大；β取小些。炉身角：炉身高度：3高炉本体设计3.1炉型3.1.2炉型尺寸的确定4）炉身、炉喉尺寸炉喉呈圆柱形。作用：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d1/D取值在0.64～0.73之间。d1←d1/D=0.64(中小型)～0.73（大型）h5：

大型2.0～3.0m,满足布料；中型1.5～2.0m；小型：0.6～1.5m；3.1.3炉型设计与计算

（1）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，可以获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性和相对性。名词概念：由给定的产量确定炉容，根据建厂的冶炼条件，寻找条件相似，炉容相近，各项生产技术指标较好的合理炉型作为设计的基础。经过几次修订参数和计算，