毕业设计高炉炉型设计2200 m3砖壁合一薄壁高炉炉型设计

1、3 高炉炉型设计3.1 炉型设计要求高炉炉型的合理性，是高炉能实现高产、优质、低耗、长寿的重要条件。合理炉型应该是使炉型能够很好地适应于炉料的顺利下降和煤气流的上升运动。在设计炉型时，尽可能地使设计炉型接近于合理炉型是设计工作者的重要任务和努力方向。炉型设计应当满足下列要求：与原燃料条件和送风制度等操作条件相适应，有利于炉况的顺行；能够燃烧较多数量的燃料，提高冶炼强度，增加生铁产量；有利于煤气的热能和化学能的充分利用降低焦比；适应于采用喷吹等强化操作的新技术。能与炉衬结构及冷却方式配合，易于生成保护性渣皮，防止炉衬的迅速烧坏和侵蚀，有较长的一代寿命。炉型设计的总原则是合理确定炉型各部分尺寸之间

2、的比例。高炉的合理炉型应该满足冶炼强度，降低焦比，有利于炉况顺行和长寿的要求，随着冶炼条件的改善，装备水平和操作水平的提高，高炉内型尺寸逐步向矮胖型发展。 另外，高炉鼓风机能够提供高炉冶炼足够的风量和风压，高炉炉顶设备的改进和发展，能够满足高炉炉顶高压操作和各种布料方式的要求，高炉富氧喷吹煤粉，高风湿的使用等等。为高炉大型化和炉型向矮胖型方向发展提供了有利条件。 因此，在设计合理炉型，必须综合考虑，保证高炉炉型合理的情况下，更好地适应于炉料顺行和煤气运动。3.2 炉型设计方法 由于高炉冶炼过程和工作条件十分复杂，用理论计算方法设计出来的炉型难以满足生产条件。 因此，迄今为止炉型设计仍然是采用分

3、析比较和经验公式来计算的，即根据同类型高炉的生产实践数据，对所设计的高炉具体原料和操作条件，进行分析和比较，确定高炉各部分尺寸之间的比例值，进而设计出高炉的经验公式，进行初步计算取值，最后确定出炉型尺寸。 炉型设计的总规则是合理确定炉型各部分尺寸之间比例。这是因为炉型各部分尺寸之间的比例是相互影响，相互制约的。片面过分强调扩大或缩小某部分尺寸，都会给高炉生产带来不利影响，并且这些比例关系中的合适比值，是随着炉子有效容积，炉衬结构，原燃料及操作条件的变化而改变的。3.3 炉型设计本设计高炉容积，高炉有效利用系数 采用我国总结的炉型设计经验公式进行计算，然后调整计算出的炉型尺寸数据，最后确定出高炉

4、内型尺寸。（1）确定高炉日产量（2）炉缸尺寸炉缸直径：它是决定焦炭燃烧量和出铁能力的重要参数，大型高炉一般采用经验公式：，取校核 合理炉缸高度和死铁层深度 炉缸高度应能在炉缸内容纳两次出铁间隔时间内所生成的铁水和一定数量的炉渣，并应该考虑因故而不能按时放渣放铁因素和留有足够安装风口所需要的结构尺寸。一般现代大型高炉炉缸容积占高炉有效容积的。渣口高度可参考经验公式：式中 b-生铁产量波动系数，一般取1.2； N-昼夜出铁数，一般2h出一次铁； 铁水密度，； C渣口以下炉缸容积利用系数，一般取，炉容大、渣量大时取低值；则 取风口高度 式中 渣口高度与风口高度之比，一般取。则 取 取风口中心线之间弧

5、长为1.35m，则风口数目为：， 取个风口结构尺寸选取 炉缸高度： 死铁层深度为： ，取设置出铁口2个，出渣口1个。（3）炉腰直径炉腰直径决定于炉缸直径，炉腹高度和角度。炉腰直径大些好，有利于改善初成渣的透气性。可用经验公式：，取校核 合理（4）炉喉尺寸炉喉直径，取校核 合理炉喉高度 炉喉起到控制炉料和煤气流分布的作用。炉喉过高使炉料挤紧，影响下降速度；过低，不便于改变装料制度调节煤气流分布。一般在。取（5）炉腹高度、炉腹角在炉腹部位炉料下降缓慢，未还原的矿石在此经过充分还原后进入炉缸。因此，炉腹的高度应与炉容向适应。炉腹过高，可能是炉料还未熔化就过早的进入炉腹，容易导致悬料；炉腹过低有无法发

6、挥作用。取炉腹角 ，=80.8°（6）炉身高度、炉身角 取炉身角 ，83.8°（7）高炉有效高度 高炉有效高度直接影响到高炉的还原能力和热交换能力，并对料柱的透气性带来影响。选取，则高炉有效高度为（8）炉腰高度高炉有效高度就是高炉五段高度之和。则炉腰高度为（9）高炉有效容积校核炉缸体积 炉腹体积 炉腰体积 炉身体积炉腹体积 高炉容积与规划炉容误差为，小于，计算符合要求。高炉内型尺寸见下表。表3-1 高炉各部分尺寸及参数项目参数项目参数炉缸直径8.5炉身高度13.8炉腰直径9.5炉喉高度2.5炉喉直径6.5炉腹角80.8°死铁层厚度1.8炉身角83.8°炉

7、缸高度3.5高径比2.66炉腹高度3.1风口数目20高炉有效高度25.3铁口数目2炉腰高度2.4高炉有效容积1350.224 高炉炉体结构4.1 高炉炉衬结构高炉炉衬是用能够抵抗高温和化学侵蚀作用的耐火材料砌筑而成的，炉衬的主要作用是构成工作空间，减少损失，以及保护金属结构免遭热应力和化学侵蚀作用。延长炉衬寿命是高炉设计的重要任务，也是高炉操作的重要任务。高炉耐火材料的选取主要考虑其抵抗炼铁过程中的6种主要物理热，化学侵蚀的性能，即抗碱金属性，导热性，抗爆裂性，碳素氧化性，抗热振性和抗渣铁侵蚀性。4.1.1 高炉用耐火材料选择随着炼铁技术的发展，砌筑高炉用的耐火材料品种不断增加，质量要求也不断

8、提高。目前，高炉内的耐火材料主要有硅酸铝质材料和炭质材料两类。4.1.1.1 硅酸铝质耐火材料高炉用的硅酸铝质耐火材料主要包括粘土砖和高铝砖，两者比较，高铝砖比粘土砖含的Al2O3成分高（Al2O348%）。其中耐火材料度及负荷重软化开始温度均比粘土砖高，其抗渣性能及抗腐蚀性能，特别是靠磨性能更加好，并随着高铝砖Al2O3含量增加，这些性能也随之提高。高铝砖的缺点是热稳定性不如粘土砖的好，成本也高，总之，粘土砖和高铝砖都具有理化性能良好，化学成分与高炉渣相似，不易被渣化及成本较底等优点。高铝砖和粘土砖应该满足下列要求： Al2O3含量要高，以保证有足够高的耐火度，使砖在高温下工作强。 Fe2O

9、3要求低，主要是为立刻限制碳黑的沉积和防止它由于SiO2生成低熔点物质而降低耐火度。 荷重软化开始温度要高，因为高炉砌体是在高温和很大压力条件下工作的。 重烧线收缩要小，使砌体在高温下产生裂缝的可能性减少，避免渣，铁及其他沉积物渗入砖缝侵蚀耐火砌体。 气孔率，特别是显气孔率要低，防止碳黑等沉积和增加 抗磨性。4.1.1.2 碳质耐火材料碳质耐火材料主要包括碳砖石墨，碳化硅和碳捣料大呢感其特点是： 耐火度高，碳实际上是不熔化的物质，在3500升华，所以用在高炉上既不熔化也不软化。 碳质耐火材料具有很好的抗渣性。 有良好的导热性和导电性。 热膨胀系数小，热稳定性好，不易发生开裂，防止渣铁渗透 碳和

10、石墨在氧化气氛中氧化成气态，400能被氧化，500时和水气作用，700开始和CO2作用，均生成CO气体被损坏。碳化硅在高温下也缓慢发生氧化作用。这些都是碳质耐火材料的主要缺点。碳硅的优点多，所以目前已广泛用于高炉炉底和炉缸的砌筑，有部分高炉在炉腹及其以上部位也采用碳质耐火材料。4.1.2 高炉炉衬结构设计4.1.2.1炉底和炉缸 炉底和炉缸是高炉积存铁水和炉渣的部位，燃料在风口前燃烧。因此，炉底和炉钢不仅长期经受着渣，铁的侵蚀，而且长期经受着高温的热负荷作用，工作条件十分恶劣，是影响高炉寿命的最关键的部分，国内外在提高耐火砖质量和改造炉底结构形式等方面，都作了大量的探讨和研究。对于本设计，炉底

11、采用综合炉底结构。在炉底最下层满铺国产大碳砖，其上面的四周仍砌环形碳砖，中央砌筑黏土砖或高铝砖。环形碳砖可一直砌到渣口中心线或风口区域以下，从而炉底厚度较薄。同时，炉缸外侧铁口中心线以下、炉缸炉底交界处紧贴冷却壁砌筑一定厚度的热压小炭块砖NMA，炉缸壁外侧铁口中心线以上，砌筑国产环形大块炭砖。最后在炉底炉缸内缘砌筑陶瓷垫。4.1.2.2 炉腹 由于炉腹部位工作条件十分恶劣，开炉后不久耐火砖衬即被侵蚀掉而靠形成的渣皮来维持工作，因此，炉腹部分主要是靠加强冷却而不是靠增加衬砖的厚度来维持一代炉龄寿命，国内部分高炉的炉腹部分一般采用一层厚度为的粘土砖或高铝砖，周围采用镶砖冷却壁，只有少数高炉在炉腹砌

12、碳质耐火材料。高炉炉腹以上区域采用砖壁合一、薄内衬结构形式，耐火砖衬采用冷镶方式直接与冷却壁砌成整体，砖与冷却壁采用燕尾槽连接，铸铁冷却壁燕尾槽深，耐火砖凸出壁体表面。冷却壁上耐火砖在炉外砌筑，砌筑完毕并固结好后再进行安装。冷却壁与冷却壁之间的水平缝和竖缝分区域采用不同材质的填料填充捣实。4.1.2.3炉腰和炉身炉腰和炉腹是炉身的过渡段，炉身和炉腰的炉衬结构在设计时，主要考虑能形成合理的，较为稳定的操作炉型。为此，炉衬的砌砖厚度有厚墙和薄墙两种，厚墙一般为805mm-1035mm厚的粘土砖或高铝砖，并且配置冷却板或支梁式水箱冷却：薄墙为345mm-575mm或690mm活的粘土砖，高铝砖及碳砖

13、等，并配置镶砖冷却壁冷却。4.1.2.4 炉喉 炉喉是处于高炉最上部位，主要是受炉料的冲击和煤气流的冲刷。炉喉内侧一般都是采用吊挂式金属板结构，国外部分采用钟阀式高炉的炉喉也有设计成可调径活动炉喉板结构。在炉喉上面的炉头部分，一般都采用紧靠炉壳砌筑一层粘土砖或高铝砖，有的高炉炉头采用耐火泥料浇注，其作用是为隔热和保护金属炉壳。4.2 炉体冷却4.2.1概述高炉炉衬必须经过冷却，其冷却介质通常为水，汽水混合物及空气。高炉各部位由于工作条件不同，冷却的作用不完全相同，总起来说高炉冷却有以下几方面的作用： 降低耐火砖衬温度，使其能保持足够的强度，维持高炉合理工作空间。 使衬表面形成保护性渣皮，并依靠

14、渣皮保护或代替炉衬工作，维持合理的操作炉型。 保护炉壳及金属构件，使其不致于在热负荷作用下遭到损坏。4.2.2冷却结构根据国归内外高炉大中修调查情况及高炉长寿生产的需要炉体采用全冷却壁形式，高炉采用全冷却壁冷却元件，取消冷却壁凸台。为确保高炉长寿，冷却设备采用如下技术措施：在炉腹（第5段）、炉腰（第6段）和炉身下部（第7段）采用铜冷却壁。适当增加冷却壁水冷管直径和每段冷却壁块数，提高水冷管比表面积。双层水冷管冷却壁安装部位延伸至炉身中部。从炉底到炉身上部共设16段冷却壁。第段为光面冷却壁（炉底和炉缸区域），壁厚为，材质为灰口铸铁；从炉腹第6段到炉身中上部第13段为全覆盖或镶砖冷却壁，镶砖冷却壁

15、设计厚度为，其中冷却壁本体（材质为铁素体基球墨铸铁）厚度为；炉身上部第14段到炉喉下沿第16段冷却壁为倒“C”型冷却壁，壁厚为，材质为铁素体基球墨铸铁。4.2.3冷却设备为适应大高炉高冶强生产需要，冷却介质通常为水、空气或汽水混合物。冷却设备采用软水闭循环冷却系统全。它具有不接逅，冷却强度高，冷却效果好以及补充水量少等许多优点。本次设计考虑到高炉各个部分的工作条件和薄壁炉衬结构。选择相应的冷却系统，即软水闭循环冷却系统和工业水开路冷却系统。4.3 炉体钢结构炉体钢结构主要包括炉体支柱、炉顶框架、炉壳及平台结构等。本设计采用自立式大框架结构，上下部采用间距的正方形框架；平台宽敞，炉壳负荷轻，两个

16、铁口间夹角180°。4.3.1 炉体支撑结构炉体支柱是支承炉体及炉顶的结构件。根据工艺要求最好是承重部分不受热，受热不承重，以延长钢结构寿命，同时也便于检修和布置有关设备。4.3.2 炉顶框架炉顶框架是设置在炉顶平台上面的钢结构支承受料漏斗、大小料钟平衡杆机构及安装大梁等，因此，炉顶框架必须有足够高的强度及刚性，以避免歪斜和因过度摇摆而引起装料设备工作失常。4.3.3炉壳炉壳是高炉的外壳，里面有冷却设备和炉衬，顶部有装料设备和煤气上开管，下部坐落在高炉基础上，是不等截面的圆筒体。高炉下部钢壳较厚，是因为这个部位经常受到高温的作用，以及安装渣口、铁口和风口，开孔较多的缘故。4.4风口、

17、渣口及铁口设计4.4.1风口 风口装置是向高炉送风的设备，封口装置包括：热风围管以下的鹅颈管弯管，直吹管和风口各水套及吊挂装置等。均为铸钢制成，内部砌筑耐火砖或捣打不定形耐火材料，以隔热和体温，采用常压操作高炉的弯头，直吹管及风口小套之间的联络均为球面接触压紧连接，球面接触是为了适应热变形，防止漏风。风口是有风口大套，二套和三套组成，风口大套一般用铸铁或铸钢制成，内有蛇形无缝钢管通水冷却。用法兰盘与炉壳连接。风口三个水套之间均为以磨檫接触压紧固定，因此接触面必须精加工，避免漏气。风口小套的通风道一般为锥状，其通风道前端内径应该根据高炉操作对风速的要求来确定。风口装置不仅要求封闭性好，耐高温和隔

18、热而要求拆换风口水套应该方便迅速，以免影响高炉操作。4.4.2渣口 渣口装置由大套，二套，三套和渣口等四个部分组成。渣口各套的材质，结构及固定方式均于风口基本相同，只是渣口二套和渣口小套，由于热负荷不如风口大，均为空腔式结构。渣口小套内直径，一般常压为50-60mm，高压高炉为30-45mm。4.4.3铁口铁口装主要是指铁口套，铁口套的作用是保护铁口处的炉壳，铁口套一般用铸钢制成的，并于炉壳馏结或焊接，理论不使应力集中，铁口套的形状，一般作成椭圆形或回角大圆弧半径方形。4.5 炉体附属设备 炉体附属设备包括炉喉十字测温装置、炉喉钢砖、炉喉洒水装置和送风装置。 (1)炉喉十字测温采用有水冷炉喉十

19、字测温装置，共4台，呈十字布置。沿半径方向各有5点和中间一点共21点测温。(2) 炉喉钢砖炉喉钢砖采用长条形铸钢砖。(3) 炉喉洒水装置在炉顶温度异常升高超过350时，炉喉洒水装置自动喷水以保护炉顶设备，共6套。(4) 送风装置送风支管采用万向带膨胀器的高温高压迷宫式的结构型式。除小套和直吹管采用球面密封外，其它部位均采用法兰联接。小套、中套和直吹管端部采用水冷，大套为铸钢件，不冷却。5 高炉炉缸、炉底设计 随着高炉炼铁技术的发展，进一步强化冶炼、降低焦比，广泛采用精料、大风量、高风温、大喷吹的操作方法，高炉炉体特别是炉缸炉底工作条件日趋恶劣，不适应性与日俱增。炉缸炉底是高炉最关键的部位，同时

20、高炉炉龄长短主要取决于炉缸炉底耐材的损耗状况。为了延长炉役寿命，必须了解炉缸炉底耐材的损耗机理，并设法检测其侵蚀过程。从而找到更为适合现代高炉炉底炉缸结构的炭砖结构，延长高炉寿命。5.1 高炉炉缸炉底侵蚀机理为了设计出合理的炉底炉缸结构，有必要了解炉底、炉缸的侵蚀机理。主要有以下几种原因：(1)化学侵蚀，包括碱金属侵蚀和铁水对炭砖的渗透以及炭砖中的碳向铁水中的溶解所导致的侵蚀；(2)铁水流动对炭砖的冲刷；(3)炭砖的氧化；(4)热膨胀和热应力造成裂纹。这几种侵蚀在炉缸区同时发生，特别是炉底、炉缸过渡区域，铁水对炭砖的侵蚀和冲刷尤为严重。对于普通无烟煤基炭砖，其抗铁水炉渣侵蚀性能差、热膨胀系数大

21、、抗压强度低。因此，很容易被侵蚀而形成所谓的“象脚状”或“蒜头状”侵蚀，威胁高炉安全生产。针对上述侵蚀机理，从20世纪80年代开始，炭砖制造商们开始致力于抗侵蚀炭砖的研制开发(如微孔炭砖的研究)，从而弥补了无烟煤基普通炭砖的缺陷。同时，人们也开始不断对炉缸结构进行探讨，通过改进炉底、炉缸结构或采取有效控制措施来减轻上述各种侵蚀的程度。炉底及炉缸不同区域侵蚀程度见表3表3 炉底及炉缸不同区域侵蚀程度侵蚀程度侵蚀机理炉底底/墙界面铁口炉缸（墙体）风口热负荷高高中等中等最高热震低低中等-高高-最高高机械应力低最高高中等-高中等碱/锌侵蚀中等中等-高中等-高高低-中等炉渣侵蚀低低中等-高高中等磨损低-

22、中等中等-高高中等高氧化低低中等-高高高铁水静压力最高最高高低-中等低5.2 热压小炭砖NMA砖的性能优势由美国UCAR公司研制的热压小炭砖有NMA、NMD、NMG、NMS四种。NMA砖主要用于砌筑高炉的炉缸、炉底，NMD砖用于砌筑出铁口及高炉的炉腹和炉身，而NMS砖比NMA及NMD更耐磨，耐热冲击性更好，可用于砌筑高炉的炉腹和炉身。NMA砖骨料主要是普通无烟煤，再加入99.5的石英和二氧化硅，还有若干种添加剂，粘结剂为165的高软化点煤沥青。NMA砖与其他砖的性能对比见表1。NMA砖的主要特点是：（1） 热导率高(减少了炭砖的温度梯度)， 促使物料在炉缸砖村热面凝固，形成保护性结壳。一方面，

23、 此保护层可防止气体或熔融物料在NMA砖热面流动，从而避免对耐火材料的侵蚀；另一方面，结壳使NMA砖热面媪度低于铁和炉渣的固化温度(典型的热面温度<800)。（2） NMA砖块小及高热导性， 降低了炭砖冷热面温差， 减少了砖的内应力。与NMA砖配套使用的粘结剂如热固性C一34专用树脂胶又能为NMA砖的膨胀给予补偿， 从而阻止了热应力裂纹和收缩剥落。(3) 热压NMA砖具有极低的渗透性，NMA砖热面结壳进一步提高了耐碱性。特别是NMA砖中加入的二氧化硅和石英材料亦可优先与碱反应生成安全而无破坏性的化合物， 因此抗碱蚀性好。(4) 在砌筑方法上取消炭砖与冷却壁之间的捣料，使NMA砖与冷却壁直

24、接接触，有利于整体热量的导出。 表1 NMA炭砖与其他炭砖的性能对比 名称性能NMANMD 法国AG102法国AM101法国AM102日本G11吉碳体积密度/k1.561.621.851.581.521.581.571.58真密度/k2.082.191.941.821.891.931.92抗压强度/Mpa29.2541.5534.1948.5132.3448.9035.4827.16电阻系数/10QM66.821.825.044.637.626.135.9灰分含量/%15.2012.788.363.094.8512.984.806.02热膨胀系数/4.572.852.942.702.392.7

25、22.6总气孔/%25.7122.1215.5318.615.616.418.6518.0显气孔/%22.1213.0516.2015.4613.5615.1615.78透气率910.068/19.7196.26532500碱阻（ASTM法）U-LCULC-CLCLCLCC5.3 高炉炉缸炉底砖衬5.3.1 高炉炉缸炉底砖衬设计及结构特点为了延长炉底炉缸部位的寿命，必须使用优质耐火材料和保证良好的冷却即应采用优质耐火材料和良好的冷却设备。本次设计采用国产大块碳砖加热压小炭块加陶瓷杯垫综合的炉底炉缸结构。这一结构的出发点是利用陶瓷质材料的低导热性能，防止大块碳砖产生环裂。此外由于陶瓷质材料热阻大

26、有利于降低铁水的热损失，对高炉正常生产十分有利。同时，热压小块碳砖具有很强的耐铁水渗透性和耐炉渣侵蚀性，并具有较高导热性，在炉缸、炉底容易形成稳定的渣铁凝固层，保护砌体不被侵蚀。热压小块碳砖与冷却设备之间无需捣料层，避免了形成间隙而减小砌体热阻，同时也减少了维护工作量。热压小块碳砖单块体积小，在炉缸形成多层环状配置，在特制胶泥配合下，有效吸收碳砖自身的热膨胀，使作用于每块碳砖上的温度应力大大减小，有效避免了炉缸砌体环裂现象的发生，有利于提高炉缸寿命。对于本设计高炉炉缸直径8500mm，死铁层深度1800mm，2个铁口，铁口水平深度1800mm。炉底采用水冷炉底结构，炉缸、炉底内衬主要由6部分组

27、成 ： 炉底4层国产满铺大块炭砖；炉底3层陶瓷垫(第1层为国产奠来石砖，第2、3层为SAVOIE公司的莫来石砖MS4)；炉缸壁内侧5层陶瓷壁（全为SAVOIE公司的棕刚玉制块）；炉缸壁外侧铁口中心线以下、炉缸炉底交界处(即“象脚状”异常侵蚀区)，紧贴冷却壁共砌筑26层UCAR公司的热压炭砖NMA；炉缸壁外侧铁口中心线以上，共砌筑6层国产环形大块炭砖；炉缸环形炭砖和陶瓷壁以上，风口组合砖以下，砌筑高铝砖(三氧化二铝80% )。对于本设计高炉热压炭砖-陶瓷杯组合炉缸炉底结构的特点如下：防止铁水渗透。由于采用低导热的陶瓷质耐火材料，加之陶瓷杯特殊的设计结构和材料的热膨胀，使砖缝紧缩，最大限度减少了铁

28、水对炭砖的渗透侵蚀；减轻铁水的流动冲刷。采用陶瓷杯应有合理的死铁层深度，一般约为炉缸直径的20%，使铁水在炉缸内的流动方向有所改变，而且在铁口区和炉缸炉底交界处均增加了陶瓷壁的厚度，因而可减轻铁水流动对炉底和炉缸壁的机械磨损；提高炉缸热稳定性，减少炉缸热损失。采用陶瓷杯后，能够提高铁水温度，改善铁水质量，可降低工序能耗，并为炼钢生产创造有利条件；有利于高炉操作。由于炉缸热储备量增加，使高炉易于操作为高炉稳定顺行、活跃炉缸、冶炼低硅低硫生铁、复风操作等提供了良好的条件，并可减少炉缸堆积、风口灌渣等操作事故；大幅度延长炉缸、炉底寿命。高炉开炉以后，陶瓷杯对炭砖起到保护作用，使其不直接和铁水接触，从

29、而使炭砖免受铁水的渗透、机械冲刷以及碱金属的化学侵蚀等破坏。而且热压小炭砖的优良配方和特殊的成型工艺及构型，使它具有优异的的导热性、抗铁水渗透性和优良的抗碱性，可为陶瓷杯提供有效的冷却，从而延长陶瓷杯的寿命，即使在陶瓷杯出现破损，热压炭砖直接同铁水接触时，仍可依靠有效的冷却作用，使炭砖热面生成保护性渣皮或铁壳，最大限度地延长高炉寿命。5.3.2 炉底炉缸的砌筑方法高炉炉底炉缸砖衬的砌筑质量与砖衬材质具有同等的重要性，因此，对砌筑砖缝的厚度、砖缝的分布都有严格的要求。对于本设计炉缸炉底均采用光面冷却壁。5.3.2.1 满铺国产炭砖炉底砌筑 满铺炭砖炉底的结构见图3-1，炭砖砌在水冷管的炭捣层上。

30、有厚缝和薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列砖缝不大于1.5，各列间的垂直缝和两层间的水平缝不大于2.5。厚缝连接时，砖缝为，缝中以炭素料捣固。目前的砌法是炭砖两端的短缝用薄缝连接，而两侧的长缝用厚缝连接。相邻两行炭砖必须错缝以上。两层炭砖的砖缝成，最上层炭砖砖缝与铁口中心线成。5.3.2.2 炉缸砌筑高铝砖砌筑。炉缸砌砖从铁口开始向两侧进行，出铁口通道上下部侧砌。风口和渣口部位砌砖前先安装好水管，靠水管的砖应做精加工，砌砖的水管之间保持的缝隙，填充泥浆。铁口、渣口和风口砌砖紧靠冷却壁，缝隙为，缝内填充浓泥浆。炉缸各层皆平砌；同层相邻砖环的放射缝应错开；上下砖层的垂直缝与环缝应错开；砖缝小于，环

31、缝。热压小炭砖砌筑热压碳砖必须紧靠冷却壁砌筑，防止间隙热阻。若因炉壳或冷却设备不规整而不能顶砌时，缝隙应不大于，缝隙必须用RP-5捣实。在热压小炭砖与高铝砖复合使用的情况下，由于高铝砖的受热膨胀大于碳砖，所以砌筑时应在高铝砖与小炭砖之间放纸板和UCAR公司的C-34胶泥，受热后将其烧毁就成了膨胀缝。关于热压小炭砖缝宽度的设置，一般垂直缝小于；环缝小于；紧靠冷却壁砖缝大部分为。另外，风口、渣口和铁口砖衬应设计异型炭砖。6 高炉送风系统高炉送风系统是为高炉冶炼提供足够数量和高质量风的鼓风设施，送风系统的设备主要包括高炉鼓风机，热风炉，加湿或脱湿装置，送风管道和阀门等。6.1概述高炉鼓风机是高炉冶炼

32、的重要动力设备。它不仅直接为高炉冶炼提供所需的氧气,还为炉内煤气流的运动克服料柱主力提供必需的动力，高炉鼓风机是高炉的“心脏”。6.2 高炉鼓风机要求有足够的送风系统能力，即不仅能提供高炉冶炼所需要的风量，而且鼓风机的出口压力要能够足以克服送风系统的阻力损失，高炉料柱阻力损失以保证有足够高的炉顶煤气压力。风机的风量及风压要有较大宽的调节范围，即风机的风量和风压均应适应与炉况的顺行。冶炼强度的提高与降低，喷吹燃料与富氧操作以及其他的多种因数变化的影响。送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自动的产生大幅度变化。能够保证长时间连续，安全及高效率运行。6.3 高炉鼓风机的选择6.3.1鼓风机出口风量

33、的计算鼓风机出口风量包括入炉风量、送风系统漏风量和热风炉换炉时的充风量之和。计算时用标准状态下的风量表示.（1） 高炉入炉风量的计算 式中: 高炉入炉风量，；高炉有效容积，； 冶炼强度，一般取终合冶炼强度；每吨干焦的耗风量，。每吨干焦的耗风量与焦炭的灰分含量和风的湿度有关，焦炭灰分为时，每吨干焦的耗风量一般为。（2）送风系统漏风量损失计算 式中 送风系统漏风量损失，； 漏风系数，正常情况，大型高炉为，中小型高炉为左右。（3）热风炉换炉时的充风量计算热风炉换炉充风量，热风炉换炉时，若风机仍按照原来的风量送风，高炉风口的风压势必会降低，从而导致路内的煤气流动性，影响炉况稳定，这种情况虽然对于中小型

34、高炉影响并不重要，但是对于大型高炉来说，影响不可忽视，大型高炉热风炉操作时，为了维护高炉风口风压不变，风纪从定风量调节，即增加风纪的供风量，充入送风的热风及充风时间长短等有关，按标准计算充风量比较复杂，生产中是根据经验公式估算，或按经验取值确定。其经验公式如下： 式中 热风炉换炉时的充风量充风量占入炉风量的百分数,取c=（4）鼓风机出口风量计算 6.3.2 鼓风机出口风压的确定高炉鼓风机出口风压等于高炉料柱阻力损失,炉顶煤气压力和送风系统的管道阻力损失三者之和。 炉顶煤气压力，常压操作的高炉炉顶压力一般为0.02-0.03Mpa；高压操作时高炉炉顶煤气压力，大型高炉为0.15-0.25Mpa；

35、中型高炉为0.1-0.15Mpa；小型高炉为0.06-0.12Mpa。高压操作的高炉煤气压力选取=0.15MPa 高炉料柱阻力损失，高炉料柱阻力损失的大小与高炉有效容积,燃料条件和高炉操作者情况有关,根据生产实际情况选取=0.11MPa 送风系统的管道阻力损失，一般根据条件与经验取值。取=0.02MPa 要求的鼓风机出口风压表6-1 国内外一些高炉所需风压炉容/原料条件料柱阻力损失/Mpa送风系统阻力损失/Mpa炉顶压力/Mpa风机出口压力/Mpa5000自熔性烧结矿0.024000自熔性烧结矿0.022000自熔性烧结矿0.021500自熔性烧结矿0.021000自熔性烧结矿0.02620自

36、熔性烧结矿0.026.3.3风机选择大气状况对高炉鼓风机工作的影响,根据重庆地区的条件。由于重庆地区的大气温度，压力变化不同，风机的吸气条件发生了变化，必须用气象修正系数对风量和风压分别加以修正，我国主要地区的风量修整系数和风压修正系数见表6-1表6-2 各类地区风量修正系数k和风压修正系数k值季节一类地区二类地区三类地区四类地区五类地区KKKKK夏季0550.620.70.790.750.850.80.90.940.95冬季0.680.770.790.890.900.960.961.080.991.12全年平均0.630.710.730.830.830.910.881.00.921.04注:

37、地区分类是按海拔标高划分高原地区：一类海拔高度约在3000以上的地区，如昌都、西藏等； 二类海拔高度在的地区，如昆明、兰州、西宁等； 三类海拔高度在的地区，如贵阳、包头、太原等。平原地区：四类海拔高度在400以下的地区，如重庆、武汉、湘潭等； 五类海拔高度在100以下的地区，如鞍山、上海、广州等。6.3.4 鼓风机工况点风量与风压计算高炉鼓风机必须根据鼓风机的特性曲线来选择。不能直接用铭牌风量，风压来确定，因此，要对标准的风量和风压必须修正换算。按下式要求的鼓风机出口风量换算为鼓风机工况点容积风量。（1)风量及风压 式中 鼓风机特性曲线上工况点的容积风量，；要求鼓风机在标准状态下的容积风量，；

38、风量修正系数。将鼓风机特性曲线上工况点的风压（绝对大气压力）换算为某地区的鼓风机实际出口风压（绝对大气压力）。p= pc /k=0.28*1=0.28 MPa式中:p某地区要求鼓风机实际达到的出口风压，MPa;p鼓风机特性曲线上工况点的风压，绝对大气压力，MPa。 k 风量修正系数。（2)鼓风机工况区确定高炉鼓风机在不同季节和不同冶炼条件下操作时，要求鼓风机的风量和风压均能在较大的范围内变动，这个允许变化的范围称为鼓风机运行的工况区，鼓风机运行的工况区必须在鼓风机的安全范围内。确定鼓风机运行工况区的目的之一，是为了能更具现有鼓风机的特性曲线来选择高炉鼓风机。高压高炉鼓风机的工况示意图如图6-1

39、所示。常压高炉的只有一条特性曲线的电动离心鼓风机的工况示意图如图6-1所示。鼓风机运行在安全线上的风量称为临界工况。临界工况为经济工况的。图6-1 高压高炉鼓风机的工况示意图随着高炉向大型化发展，轴流式鼓风机日趋广泛应用。日本高炉自60年代末以来，几乎全都选用轴流式鼓风机。我国目前多采用离心式鼓风机。我国现有的某些高炉鼓风机其容量和驱动方式见表6-3表6-3 高炉容积与鼓风机配置炉容/鼓风机型号风量/风压/转速/功率/kW传动方式620AK-1300离心式15001.84500汽动AK-1300轴流式2000压缩比3.5调速汽轮机直接传动6000汽动1000Z-3250-46轴流式3250压缩

40、比4.2440012000电动1000K-3250-41-1离心式32503.012000汽动1500静叶可调轴流式4500压缩比4.0调速汽轮机直接传动汽动1500K-3250-41离心式42503.517300汽动2000静叶可调轴流式6000压缩比调速汽轮机直接传动汽动2500静叶可调轴流式60004.532000同步电动3200AG120/16RL6轴流式77104.8300039460同步电动4063全静叶可调轴流式88005.148000同步电动在选择高炉鼓风机时应当考虑使高炉容积和鼓风机的能力都同时发挥作用。对于本设计所选取的鼓风机型号与配置如表6-4表6-4 高炉鼓风机配置备用

41、情况鼓风机型号风量/风压/0.1MPa转速r/min功率传动方式共选2台鼓风机，1台备用静叶可调轴流式3500压缩比4.0调速气轮直接传动汽动7 热风炉设计及附属设备的选择7.1热风炉概况热风炉是将鼓风机送的冷风加热成热风的设备。热风炉的结构主体部分由炉墙、燃烧室、蓄热室、拱顶耐火砖砌体以及炉基、炉壳等组成。热风炉系统的主要附属设备包括肋燃见机、阀门、管道及空气预热器等。本次设计采用了蓄热式风炉。7.2蓄热式热风炉工作原理煤气和空气在燃烧室，燃烧的烟气通过蓄热室将热量传给格子砖蓄热，加热到一定时间后停止燃烧，由鼓风机送入冷风，格子砖将冷风加热，将风温加热到需要的温度，送入高炉这些循环交替进行。

42、7.3热风炉简易设计计算热风炉简易设计计算是热风炉设计的一种方法。在执风炉工艺设计时，一般只要求对热风炉作简易计算；确定出热风炉各部分的主要尺寸，而无须作更复杂的热工计算。7.4设计计算条件高炉有效容积为1350，配置四座内燃式热风炉，要求送风温度为，拱顶最高温度为，烟道废气温度为。7.4.1简易设计计算设单位炉容的热风炉蓄热室的加热面积为，蓄热室的总加热面积为：一座热风炉蓄热室的加热面积为：选取热风炉外径（中、上部段），钢壳厚度：中间段为，下部段为，上部段为，底板厚度为。热风炉钢壳内壁至热风炉墙内壁耐火衬砌体厚度依次为：喷涂料60+硅藻土砖15+耐火纤维毡40+轻质高铝砖230=675。则热

43、风炉炉墙的内直径为： 热风炉炉墙内空横断面积为： 一般热风炉的燃烧室（含火井墙）的横断面积占热风炉墙内室横断面积的，今取，则燃烧室（含火井墙）的横断面积为：蓄热室横断面积为:蓄热室格子砖与炉墙和隔墙之间留有膨胀缝,一般此膨胀缝面积占热风炉隔内空横断面积的。现取扣除膨胀缝面积后,格子砖所占横断面积为： 。蓄热室选用七孔高效格子砖填充，蓄热室格子砖的热工参数：格子砖当量直径（圆形孔），当量厚度为,格子砖的加热面积为；格子砖通气道面积（活面积）为；格子砖所占有的体积为。一块格子砖占有面积为：一块格子砖相当于占有12个完整格孔的面积，一个格孔平均占有面积为：蓄热室全部格孔数（个）为：个一个长圆形格孔数

44、加热面积为：长全部格孔的加热面积为：蓄热室整个高度的格孔尺寸相同（即一段式格孔），则蓄热室格子砖总高度为：采用复合形燃烧室，按经验取燃烧室半圆部分（含隔墙）面积占燃烧室（含井墙）断面积的，计算出大圆半径R为：解得取其燃烧室中1/4圆半径r为来校核燃烧室的断面积： 校核结果，经校核的燃烧室断面积与原来设计计算的燃烧室断面积十分接近，故取小圆半径r为合适。若校核的燃烧室断面积与原来设计计算的燃烧室断面积相差较大，即大或过小，均应调整小圆半径r的值，重新进行校核，直到与原来设计计算的燃烧室断面积接近为止。7.5热风炉其他尺寸的确定7.5.1底板、支柱及炉箅子 热风炉炉壳底板为普通碳素钢板,底板钢板厚

45、度为,底板与炉壳下部以圆弧形过渡焊接,并进行加强刚度处理。炉篦子支持底座落在炉壳底板上,炉篦子厚度加支柱高度总高度为,炉篦子孔的形状及大小与蓄热室格子砖格孔相适应,即为圆孔形,其篦子直径为。炉篦子支柱均用耐热铸铁。炉篦子及支柱安装完毕后,在热风炉底板上面灌注一层厚度为的矾土水泥耐热混凝土保护层。7.5.2热风炉下部段炉墙结构热风炉以上的中、上部段炉墙砌体从炉壳至内侧耐火材料厚度在前面设计计算时已确定。以下部位炉墙砌体从炉壳至内侧耐火材料厚度为:炉壳25+耐火纤维50+硅藻土砖65+轻质粘土砖114+粘土砖345=热风炉18m以下炉壳外径取7716.7.5.3拱顶结构 热风炉的拱顶结构形式有球形

46、、锥形、抛物线形、悬链形及锥球结合形等.本设计采用由两个球面结合的拱顶结构,拱顶钢壳厚度为。取上部球形拱顶钢壳内半径为,砌体内半径为,球顶中心角为,球顶砌体中心比球顶钢壳中心标高要低；取下部球形拱顶钢壳内半径为,砌体内半径为。取下部球形曲面起点水平面至上部球形砌体中心垂直高度为。拱顶耐火砌体从钢壳至内侧面厚度为:钢壳20+耐酸喷涂料50+硅酸铝耐火纤维50+硅藻土砖65+硅酸铝耐火纤维50+轻质粘土砖114+轻质高铝砖345=拱顶采取大帽子结构，大帽子直段部分高取,炉墙伸入大帽子, 大帽子直段部分砌体(不含炉墙)厚度（炉壳至侧面）为：炉壳20+喷涂料（）50+高炉水渣50+硅藻土砖65+硅酸铝耐火纤维毡40+轻质粘土硅114+轻质高铝硅114+高铝砖345拱顶曲面砌体空间高与下部砖体内直径之比为，此值一般在范围内比较合适。在炉壳变径部位均采用流线型曲面。蓄热室格子砖上沿至拱顶上段球形砌体中心距离取，格子转上沿比燃烧室隔墙上沿低，以有利于烟气进入蓄热室分布均匀。隔墙与炉墙上沿取平齐。炉墙伸入拱顶大帽部分，炉墙与大帽子之间的滑动缝采取迷宫式填料密封结构迷宫缝隙内充填陶瓷耐火纤维。7.5.4燃烧室隔墙及燃烧器 燃烧室火井墙砌筑两层耐火砖，耐火砖总厚度为。燃烧器采用磷酸盐耐热混凝土套筒式陶瓷杯燃烧器。燃烧器全高为，空气喷出口24个，一次进风口8个，空气喷出口中心角。7.5.5热风