第三章高炉本体设计(炉型)1

1、3 高炉本体设计高炉本体高炉本体包括炉型（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目前高炉本体发展方向F1）炉型向大型横向发展F2）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F3）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 高炉炉型高炉炉型v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

2、冷却设备保护。3 高炉本体设计3 高炉本体设计一、炉型的发展过程一、炉型的发展过程v高炉炉型是指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）1.1.无型阶段无型阶段 2.2.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，而炉腰直径很大。炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大。 3.3.近代高炉近代高炉 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505

3、0m3，H有/D=1.95(P75)高炉容积/m3Hu/D20世纪7080年代20世纪90年代以后100020002.92.52.730010002.93.52.73.23003.53.2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、炉身炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积有效容积，反映高炉所具备的生产能力。 五段炉型是适应炉料变化，TV，T煤气 V我国高炉内型尺寸的表示方法(P76)

4、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3 高炉本体设计3.1 炉型3.1.2 炉型尺寸的确定1）Vu、Hu Vu:根据任务确定， 现在：大型1000m3，中小型1500m3按23个铁口 巨型设4个铁口，60,120 风口

5、数=2(d+1）；保证风口间距s=1.11.5m =2(d+2)大型； =3d巨型（4000m3）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。 3 高炉本体设计3.1 炉型3.1.2 炉型尺寸的确定h0 h0铁口中心线到炉底砌砖表面表面之间的距离。 h0有加厚的趋势。新设计高炉的死铁层厚度新设计高炉的死铁层厚度h0=0.2d。作用：v（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；v（2）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除热应力的影响；v（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

6、部，呈倒截圆锥形。炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。v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。v炉腹高度由下式计算炉腹高度由下式计算 ：vh2=3.03.6m 炉腹安一段冷却壁v炉腹角炉腹角一般为一般为7983，v过大过大阻损小，风口煤气上炉墙,不利于煤气分布并破坏稳定的不利于煤气分布并破坏稳定的渣皮保护层；渣皮保护层；v过小则增大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行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。tgdDh22（1）炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体积的收缩，）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。稳定下料速度。（2）可使高温煤气

7、流离开炉墙，既不烧坏炉墙又有）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。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，）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。炉腹的存在适应这一变化。炉腹作用：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 DD/dd 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1.251.5 h3一般取值13m，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

8、，）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，改善了透炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了透气条件。气条件。 （2）在炉型结构上，起承上启下的作用，使炉）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。腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。 作用：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。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 3.12.0巨型（矮胖）中型：2.9 3.5小型：3

9、.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v炉身呈正截圆锥形。作用： v（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。v（2）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证一定的煤气流速。v（3）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进行。 一般取值为一般取值为81.585.5之间。大高炉取小值，之间。大高炉取小值，中小型高炉取大值。中小型高炉取大值。例如：小高炉例如：小高炉 =8485巨型强调顺

10、行，巨型强调顺行， 小，例如，小，例如，40005000m3高炉高炉角取值为角取值为81.5左右，前苏联左右，前苏联5580m3高炉高炉角取值角取值 根据炉料情况，粉末多或炉料膨胀大；取小些。 174279 炉身角：炉身角：炉身高度炉身高度 ：tgdDh2143 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v炉喉呈圆柱形。作用：承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。v炉喉直径与炉腰直径比值 d1/D取值在0.640.73之间。 vd1d1/D=0.64(中小型) 0.73（大型） h5： 大型2.0 3.0m,满足布料； 中型1.52.0m； 小型： 0.61.5m；3

11、.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，具有时间性和相对性。和相对性。 名词概念：名词概念： 由给定的产量确定炉容，根据建厂的冶炼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，各项生产技条件，寻找条

12、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，确定较为合理的炉型。几次修订参数和计算，确定较为合理的炉型。目前，设计高炉多采用这种方法。目前，设计高炉多采用这种方法。 1. 比较法：比较法：计算法即经验数据的统计法。计算法即经验数据的统计法。 计算时可选定某一关系式，算出某一主计算时可选定某一关系式，算出某一主要尺寸，再根据炉型中各部位尺寸间的关系要尺寸，再根据炉型中各部位尺寸间的关系式作炉型计算，最后校核炉容，修定后确定式作炉型计算，最后校核炉容，修定后确定设计炉型。设计炉型。 2. 计算法：计算法：大型高炉：

13、大型高炉： 2 . 044. 6uuVH45. 032. 0uVd 适应于我国适应于我国5070年代年代10002000m3高高炉的基本情况，炉型为瘦长型。炉的基本情况，炉型为瘦长型。 经验公式经验公式 ：中小型高炉：中小型高炉： 256. 005. 4uuVH37. 0564. 0uVd 这两个公式基本适应于我国这两个公式基本适应于我国5060年年代中小型高炉状况。代中小型高炉状况。 高炉炉型高炉炉型计算计算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：（

14、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22 228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.

15、 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

16、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 选取：选取： 68. 01Dd48. 71168. 01dmd5 . 71mh0 . 25则：则： 取取选取：选取：（7）炉身角、炉身高度、炉腰高度）炉身角、炉身高度、炉腰高度选取：选取： 8465.168425 . 711214tgtgdDh则：则：mh174取取71. 95 . 711172214dDhtg校核校核 21 784选取：选取： 56. 2DHumHu16.281156. 2mHu2 .28取取mhhhhHhu2 . 20 . 2175 . 35 . 32 .2854213求得：求得： 则：则：校核炉容：校核炉容：3212101.2645 . 38 . 944mhdV炉腹体积：炉腹体积： 322222265.297)8 . 98 . 91111(5 . 312)(12mdDdDhV炉缸体积：炉缸体积：炉腰体积：炉腰体积： 3222308.2092 . 21144mhDV炉身体积：炉身体积： 32221124404.1156)5 . 75 . 71111(171