高炉本体和附属设备介绍

1、高炉本体和附属设备介绍学习目的：高炉结构高炉附属设备高炉本体结构1、高炉本体介绍高炉炉型冷却设施风口装置铁口装置炉顶装料装置炉型：高炉的内部工作空间是由炉墙砖砌成的，这个空间的几何形状就是炉型或内型。设计炉型：设计时通过高炉中心线绘在图纸上的炉型；操作炉型：投产后，炉墙内表面受损所形成的炉型；合理炉型：促进改善高炉冶炼指标，并利于长寿的炉型。 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；炉腹角；炉身角；高炉大小用“有效容积”表示，在我国有1000m3以中小型高炉，也有200

2、0m3以上大型高炉。目前我同最大的高炉是上海宝山钢铁总厂的4号高炉，容积为4063m3。在国外已有5000m3以上的巨型高炉。为提高生铁产量和降低生产每吨生铁的建设费和能耗，高炉容积向着大型化发展。 五段式高炉内型是经过长期生产实践总结出来的，完全适应冶炼工艺的要求。它与炉料相煤气两大流体在炉内运动规律相适应，竖立的炉体使炉料可借重力而自动下降，在与上升的煤气流接触中进行热交换和一系列的物理化学反应，既利于煤气的能量利用又利于渣铁液的形成。 两头小，中间粗略带锥度的圆柱形空间，既保证了炉料下降过程受热膨胀、松动软溶和最后形成液态而体积收缩的需要，又符合煤气上升过程中冷却收缩和高温煤气上升不至烧

3、坏炉腹砖衬的特点。2、高炉炉衬热力作用 温度升高，耐火材料可能发生膨胀，个别情况也会因晶体组织改变而发生体积收缩；温度波动超过一定限度，热应力超过砖衬的强度极限, 引起耐火砖的破裂； 温度高，也会引起耐火砖软化甚至熔化； 化学作用 高温下液态渣铁的渗透和化学侵蚀； 碱金属及其化合物对炉衬的化学侵蚀；锌和氟的破坏及适宜温度下发生的碳素沉积等破坏作用； 物理作用 装料时炉料对内衬的冲击,炉料下降时对内衬的磨擦 ; 高温含尘煤气流和高温液态渣铁的机械冲刷； 渗入砖缝的液态物质对砖的浮力; 液态渣铁和高压煤气的压力等作用； 工作条件在高温下，不熔化、不软化、不挥发； 在高温、高压下能保持炉体结构的强度

4、；耐热冲击、耐腐蚀；具有对于铁水、炉渣和炉内煤气的化学稳定性；具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果； 质量要求：价格因素粘土砖、高铝砖、刚玉砖和不定型耐火材料等； 陶瓷质材料：碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等； 碳质材料 ：高炉常用耐火材料主要成分：SiO2 55%, Al2O3 42%;基本特性：（1）良好的物理机械性能；（2）抗渣性好；（3）成本较低； 使用部位：炉身温度较低1. 粘土砖：主要成分：SiO2 36%, Al2O3 60%;基本特性：（1）比粘土砖有更高的耐火度和荷重软化点；（2）由于Al2O3为中性，故抗渣性较好；（3）加工困难，成本较高；使用部位：炉身下部

5、温度较高；2. 高铝砖：主要特性：（1）耐火度高，不熔化也不软化，在3500升华；（2）抗渣性能好；（3）高导热性；（4）热膨胀系数小，体积稳定性好；（5）致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。3. 碳质耐火材料：内衬破损机理 机械作用：铁水和炉渣的冲刷、对流、环流，铁水和其他液态金属（如铅）渗入砖缝，使砖飘浮。 化学作用： SiO2 +Fe+2C铁水 =FeSi+2CO 碱金属的破坏作用，生成钾霞石，体积膨胀，破裂。 CO2 、H2O及铁氧化物对碳砖氧化作用。 热力作用 ： 铁水对流（由温差引起）温度波动；炉底耐火砖炉底破损情况，国内外大体一致，呈大蒜头形状：选用碳砖破损机理： 机械撞击

6、、摩擦、气流冲刷。对策： 安装金属保护钢砖。炉喉高炉冷却设施高炉炉体的合理冷却，对保护砖衬和金属构件、维护合理的炉型有决定性的作用。其主要作用是：1)降低炉衬温度，使砖衬保持一定的强度，维护炉型，延长寿命。 2)形成保护性渣皮，保护炉衬。3)保护炉壳、支柱等金属结构，免受高温影响。4)有些冷却设备还可以起到支撑部分砖衬的作用。 目前，高炉冷却介质常用水、空气、气水混合物。即水冷、风冷和气化冷却三种。水冷：水的热容量大，导热能力好，且价廉，易得。故首先被广泛用于高炉冷却，尤其工业水冷却。但工业水容易结垢，降低冷却强度，导致冷却设备烧坏；同时水量和能耗均大；风冷：由于空气热容量较小，所以风冷一般用

7、于冷却强度要求不大的部位如炉底；气化冷却：气化冷却能克服上述水质上的缺点，但不能对热流过大的区域如风口进行有效的冷却且不易检漏。所以尽管用水量仅为常规水冷的1左右、没有水垢且可不靠外界能源工作，现在气冷应用仍不广泛。 冷却方式和介质 目前趋势是发展软水密闭循环冷却。冷却介质是软水。软水含有害杂质很少，硬度也很低，对设备的腐蚀速率和结垢速率都远低于工业水，从根本上解决了结垢问题。利于延长冷却设备寿命，并提高冷却效果。该系统由于完全密闭，没有蒸发损失。补充水仅用于泵密封处泄漏和因检修而排外的水，所以补充水量很少。 指每m3水中钙、镁离子的摩尔数。根据硬度不同，水可分为三类： 软 水：硬度9mol/

8、m3 水的软化处理： 就是将Ca2+、Mg2+ 离子除去，通常用Na+ 阳离子置换。3. 水的硬度：两种：外部冷却：向炉壳外部喷水冷却； 这种装置简单、易于检修，但冷却不能深入，只限于炉皮或碳质炉衬的冷却。我国小型高炉炉身和炉腹多采用喷水冷却，国外也有大型高炉炉身和炉缸用碳砖结构配以炉皮喷水冷却的。高炉冷却结构形式 内部冷却：将冷却介质通入冷却设备内部进行冷却。包括冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构、炉身冷却模块及炉底冷却等。 冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种 。光面冷却壁用于炉底和炉缸，镶砖冷却壁用于炉腹、炉腰和炉身下部。冷却壁基本结构a渣铁口区光面冷却壁；b镶砖冷却壁

9、；c上部带凸台镶砖冷却壁；d中间带凸台镶砖冷却壁 3)冷却水箱(冷却板)：这是埋设在高炉砖衬中的冷却器。其材质以铸铁为主，也有用铸钢和钢板焊接的。从外形上可分为扁平卧式和支梁式风口装置：从热风炉来的热风先通过呈环状围绕着高炉的围管中，再经风口装置进入高炉。风口装置由热风围管以下的送风支管、弯管、直吹管、风口水套等组成。1、热风围管；2、送风支管；3、弯管；4、直吹管；5、风口水套；6、风口；7、炉内；8、炉衬；9、冷却壁；10、炉壳；11、煤枪；铁口装置：铁门是在炉缸耐火砖墙上砌筑的孔道内填以耐火泥浆做成的，每次出铁后要用培口泥堵塞。高炉基础高炉基础是高炉最底层的承载建筑结构；将所承受的全部荷

10、重均匀地传给地层；必须稳定，不允许发生较大的不均匀下沉；埋入地下的深度必须超过地下水位和冰冻线；高炉金属结构：高炉本体的外部结构；炉壳：承受载荷； 固定冷却设备； 保证砌体牢固；防止煤气逸出；便于喷水冷却；高炉结构形式：高炉本体钢结构a炉缸支柱式；b炉缸、炉身支柱式；c炉体框架式；d自立式 炉缸支柱式 曾用于中小型高炉 1. 特点： 炉顶荷载及炉身荷载由炉身外壳通过炉缸支柱传到基础上;2. 优点： 节省钢材;3. 缺点： 风口平台拥挤，炉前操作不方便;4. 应用：目前小高炉多用这种结构; 二. 炉缸、炉身支柱式五、六十年代大型高炉1. 特点：炉顶装料设备和煤气导出管、上升管等的重量经过炉身传递

11、到炉腰托圈；炉顶框架、大小钟荷载则通过炉身支柱传递到炉腰托圈；传递到炉腰托圈的重量再通过炉缸支柱传递到基础上。 降低了炉壳负荷，安全可靠;3. 缺点： 耗费钢材较多、投资高;2. 优点：三. 炉体框架式大型高炉多用 1. 特点：由四根支柱连结成一个大框架；框架下部固定在高炉基础上，顶端支撑在炉顶平台上;因此除装料设备重量经炉壳传给基础外，其余所有重量均由大框架直接传给基础;2. 优点： 风口平台宽敞，炉前操作方便;四. 自立式 小型高炉多用1. 特点： 不设任何支柱，全部荷载均由炉壳承受，并传递到基础上;2. 优点： 钢材消耗少，结构简单，炉前宽敞。3. 注意： 设计时应尽量减少炉壳转折点；高

12、炉生产过程中应加强炉壳冷却；高炉大修时炉顶设备需要另设支架。煤气取样设备炉顶装料装置：炉顶是炉料的入口也是煤气的出口，又是高炉的咽喉。炉顶装料设备是把运送到炉顶的炉料装入炉内，并能得到合理的分布。现代高炉随着高压操作的广泛应用，炉顶设备已成为高炉设备中的薄弱环节，其寿命、结构和制造质量等不但影响高炉的作业率，也影响高压作业和布料调剂，还决定着高炉中修甚至大修的期限。对炉顶装料设备的基本要求：要适应高炉生产能力；布料均匀，能够调节炉料堆尖位置；保证炉顶可靠密封；设备结构简单和坚固；操作方便，尽可能实现自动化；(1)双钟式炉顶(马基式炉顶)双钟式炉顶：1、旋转布料器；2、煤气封盖；3、均压室；4、

13、大料钟；5、大料斗；6、小料钟；7、小料斗；它是由下列部分组成的：两个料钟既要起入炉布料的作用，还要起密封作用。炉料通过卷扬机送到炉顶，首先装入小料斗，小抖钟下降时便路入大料斗内。当小料钟几次下降后，在小料钟关闭的情况下，大料钟下降，将炉料装入炉内。大小料斗之间用钢板制成的煤气封盖密闭，故在大料钟打开时，小料钟便阻止了煤气的逸出。(2)无钟炉顶：随着高炉炉容增大，大钟体积越来越庞大，重量也相应增大，难以制造、运输、安装和维修，寿命短，而且大钟直径越大，径向布料越不均匀；卢森堡保尔乌斯公司在1970年提出的无钟炉顶，称为PW型炉顶。这种炉顶完全取消了大小料钟，采用一个旋转溜槽代替大料钟，溜槽可以

14、绕高炉中心线旋转，也可以在径向上摆动。溜槽正上方有一个控制溜槽旋转与摆动的气密齿轮箱。溜槽上面有个料仓，轮换装料与卸料，每个料仓的上下各有一个密封阀。当料仓的上密封阀开启、下密封闭关闭时，处在装料状态，反之则为卸料。优点：取消了笨重的大小料钟，而且布料上有很大的灵活性；缺点：控制和传动系统较复杂，要求有较高的监测和自动化水平；对原燃料的粒度上限要求严格，否则容易卡料；2、高炉附属系统原料供应系统；送风系统；煤气净化除尘系统；渣铁处理系统；高炉喷吹设备；原料供应系统是指原料运入高炉车间到装入高炉的一系列过程，由两部分组成。从原料进厂到高炉矿槽 完成卸、堆、取、运输作业，根据需要进行破碎、筛分、混

15、均等过程。 作用：贮存、处理、供应作用从高炉矿槽到高炉炉顶 按规定原料品种、数量分批向高炉及时供料，根据需要进行筛分。 有料车斜桥上料和皮带上料。现代高炉对原料供应系统的要求： 保证连续地、均衡地供应高炉冶炼所需的原料，并为进一步强化冶炼留有余地；在贮运过程中应考虑为改善高炉冶炼所必需的处理环节，如混匀、破碎、筛分等。焦炭在运输过程中应尽量减少破碎率;应该尽可能实现机械化和自动化，提高配料、称量的准确度;在各转运环节和落料点，应有通风除尘设施; 送风系统 风是高炉冶炼过程的物质基础之一，同时又是高炉行程的运动因素，故高炉的发展史与鼓风系统的改进有着密切关系； 热风带入高炉的热量约占总热量的四分

16、之一，目前鼓风温度一般为10001200，最高可达1400 ； 提高风温是降低焦比的重要手段，也有利于增大喷煤量； 鼓风机、冷风管道、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等；鼓风机： 是向高炉供给必要空气的设备；发展方向：大流量、高压力、热风炉：为了向高炉鼓入热风，使用了热风炉。鉴于蓄热式热风炉只能交替加热和送风，所以每座高炉通常配备34座蓄热式热风炉。燃烧期：煤气在燃烧室燃烧产生高温热气，至蓄热室加热格子砖，将热量蓄积起来；送风期：打开冷风小阀，热风阀、冷风阀，使鼓风通过蓄热室格子砖，将其加热至所需高温送给高炉；提高风温的主要措施：设计结构合理的热风 炉；提高煤气燃烧温度；合理的操作制度；煤

17、气除尘系统回收物理能（余热、余压）和化学能； 每吨生铁约产生1800m3煤气，CO2:20%、 CO:2025%、 H22%、发热值30003500kJ /m3。煤气含尘量高；约40100g/m3，影响热风温度，缩短热风炉寿命，一般工业燃烧器要求煤气含有粉尘要小于510mg/ m3 。环境保护，必须除尘；炉尘中含有铁和碳，可回收为原料； 举例：日产10000吨生铁，炉尘100吨/日，价100元/吨， 每日10000元，一年360万元。除尘原因： (1)除尘的基本原理：m/s2而不断加大的，故粒径越小比重越轻的颗粒，具有较大的表面积，受空气粘度产生的阻力作用愈大，所达到的沉降速度愈低，愈不易沉积

18、。实际除尘过程是逐级进行的，一般100微米以上的颗粒是较易除去的，称其为粗除尘。常用的除尘设备有重力除尘器、离心除尘器等。除去更小的尘粒则称为精除尘，除尘设备有文氏管、电除尘器和布袋除尘器等。 1)重力除尘器：重力除尘器是粗除尘设备，煤气从顶部中心管进入重力除尘器内，由于中心管下端出口处气流突然减速和方向改变，使粉尘在重力和惯性力的作用下，与煤气流分离沉降于底部，煤气流则转向180o上升排到下一级除尘器。这类除尘器的除尘效率可达80一85，除尘后的煤气含尘量可降低到14 gm3 2)洗涤塔：用于粗除尘不能除掉的细颗粒灰尘，要靠清洗的办法进一步除去，目前泛应用的半精细除尘设备是洗涤塔，常设在重力除尘器之后；洗涤塔的工作原理：煤气从洗涤塔的下部进入后向上流动，与向下喷洒的水相遇，煤气和水进行热交换，使煤气温度降低，同时煤气中的灰尘被水滴所湿润，被此凝聚成大颗粒，由重力作用离开煤气流，随水一起流向洗涤塔底部，与污水一起经塔底水封排走，经冷却和洗涤后的煤气由塔顶管道导出。经洗涤后煤气1 gm3以下； 3)文氏管：煤气经洗涤塔初洗之后，仍有一部分灰尘悬浮于煤气中