转炉炉型设计

1、转炉炉型设计日本和欧盟区的在役炉座1990年和92座下降到28座和58座，下降幅度 分别为56.9%和3却15510m3上升到4157ms和2063ms，上升幅度为166.22%，这 基本代表了炉大的发展状况。高冶炼、比命化炉操的要势受到大家越高的注和青睐但是炉大型化作为一项 系统程，它立足自身条仍须匹配的炼钢、结和炼焦国近年推出的产业发展中规 定炉炉容在300m以归为淘汰落后能项目，在扩炉容积的淘汰范围的趋势时国内 钢产业的快速发界和高大化的发展进程。由于炉具备的单位投资省、效能高和成 本低等特点，从而有效地增强了其竞争力。20世纪炉容积增长非世纪初，炉炉缸直径4-5m，年产铁水约10000

2、0吨左右， 原料主要。20世纪末，最大炉的炉缸直径达到14-15m，年产铁水300-400万吨。 目前，特达到甚至超过100如，大分厂2号炉（日本新日铁）炉缸直径15.6m， 生产能力为1/天。蒂森-克尔格恩2号炉炉缸直径14.9m，生产能力为12000末 全世界2000立方0座，其中日本占1/3，中国有四座。全世界4000立方以上炉 已超过2其中日本15座，中国有1座在建设中。我国炉大型化与国外基本相是采取新建大型座旧小成大型炉和炉大修扩容 等形式来推动着化发不完全统计，我以来相继建成投产的3200m3级15座，4000m3 级0m3级3座有越来越势。目前，河北迁钢和山东企业也正在建设400

3、0m3级炉， 近来宝钢湛江和武钢防城港项目也在规划筹建5500m3级超大型炉。我国炉大型化的标依据炉容积的大小来划分的，且衡量标准也由过去的 1000m3提高到2000m3，甚至更大。虽然大炉相对炉存产率高、生产稳定、指标先 进和成本低等显著点于我国的发展状况，我们仍然需要科学客观地看待炉是，炉内部工作空间剖面的形状称为炉炉型或炉内型。炉冶炼的实质是上 升的的炉料之间进行传热传质因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流与 炉料进行传热传质的空问。炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺 利。1.1炉型的发展过程炉展过程主术条件和原燃料条件的限制。随着原燃料条件的改善以及鼓风能 力的提型

4、也在不断发展，炉型演变过程大体可分为3个阶段。（1法。在土坡挖洞，四周砌行块，以木炭冶炼，这是原始的方法。（一寸过大出于当工业不发达，炉冶炼以人力、蓄力、风，鼓风能力很弱， 为缸截面获得高温，炉缸直冶炼以木炭或无烟煤为燃料，机械强度很低炉被压碎， 从而影响料柱度很低；为了人工装够将炉料装到炉喉直径也很小，而大的炉腰， 延长了烟气在炉内停留时间，起到焖住炉内热量的作用。因此，炉缸和炉喉直径 小，有效高度低，而炉腰直径很大。这类炉生产率很低，一座28m3炉日产量只 有1.5 t左右。近一由于能力进一步提高.原燃料处理更加精细，炉炉型向着“大型 横向”发展。炉内型合理与否对炉冶炼过程有很大影响。炉型

5、设计合理是获得 良好技术经济指标，保证炉操作顺行的基础。1.2五段式炉有效客积和高度 炉大钟下降位置的下沿到铁口中心线间的距离称为炉有效 高度，对于无钟炉顶为旋转溜槽最低位置的下缘到铁口中心线之间的趴离。在有 效高度，炉型所包括的容炉高度，对炉内煤气与炉料之间传热传质过程行很大影 响。在相同炉窖和冶炼强度条件下，增大有效高度，炉料接触机会增多，有利于 改善传热传质过程、降低燃加有效高度，料校对煤气的阻力增大.容易形成料供， 对炉科下降不利。炉有效高度应适应原燃料条件，如原燃料强度、粒度及均匀性 等。生产实践证明，炉有效高度与有效容积有一定关系，但不是直线关系，当有 效容积增加到一定值后，有效高

6、度的增加则不显著。炉缸 炉炉型下部的圆筒部分为炉缸，炉缸的上、中、下部位分别没有风 口、渣口与铁口，现代大型炉多不设渣口。炉缸下部容积盛装液态渣铁，上部空 间为风口的燃烧带。炉缸直径 炉缸直径过大和过小都直接影响炉生产。直径过大将导致 炉腹角过大，边缘气流过分发展，中跃而引起炉缸堆积，同时加速对炉衬的侵蚀； 炉缸直径过小限制焦炭的燃烧.影响产员的提高。炉缸截面积应保证一定数量的 焦炭和喷吹燃料的燃面燃烧强度是炉冶炼的一个重要指标，它是指每1h每1m3 炉缸截面积所烧侥的焦炭的数量，一般为1.001.25t/(m2h)。炉缸截面燃烧 强度的选择，应与风机能力和原燃料条件相适应，风机能力大、原料透

7、气性好、 燃料可燃性好的燃烧强度可选大些，否则选低值。炉缸高度炉缸高度的确定，包括渣口高度、风口高度以及风口安装尺寸的确定。铁口位于炉缸下水平面，铁口数目根据炉炉容或炉产量而定， 一般1000m3以下炉设一个铁口，15003000m3炉设23个铁口，3000m3以上炉 设34个铁口，或以每个铁口日出铁量15003000t设铁口数目。原则上出铁 口数目取上限，有利于强化炉冶炼。渣口中心线与铁口中心线间距离称为渣口 高度，它取决于原料条件，即渣量的大小。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，从而损坏渣口，大、中型炉渣口高度 多为1.51.7m。炉腹炉腹在炉缸上部，

8、呈倒截圆锥形。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。同时，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，对上部料柱而言，使燃烧带处于炉喉边缘的下方， 有利于松动炉料，促进冶炼顺行。燃烧带产生的煤气量为鼓风量的1.4倍左右， 理论燃烧温度18002000C，气体体积剧烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。炉 腹的结构尺寸是炉腹高度气和炉腹角a。炉腹过高，有可能炉料尚未熔融就进 人收缩段，易造成难行和悬料；炉腹过低则减弱炉腹的作用。炉身炉身呈正截圆锥形，其形状炉料受热后体积的膨胀和煤气流冷却后的收缩，有利于减少炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身角对炉煤 气流的合理分布和

9、炉料顺行影响较大。炉身角小，有利于炉料下降，但易于发展 边缘煤气流，过小时但只边缘煤气流过分发展。炉身角大，有利于抑制边缘煤气 流发展，但不利于炉料下行，对炉顺行不利。设计炉身角时要考虑。炉冶炼强度 大，喷煤量大，炉身角取小值。同时要适应炉容积，一般大炉由于径向尺寸大， 径向膨胀量也大，就要求小些，中小型炉大些。炉腰 炉腹上部的圆柱形空间为炉腰，是炉炉型中直径最大的部位。 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。在炉型结构上，炉腰起着承上启下的作用，使炉腹向炉身的 过渡变得平缓，减小死角。炉腰直径与炉缸直径和炉腹角和炉腹高度几何相关，并决定了炉型

10、的下部结 构特点。一般炉腰直径与炉缸直径有一定比例关系，大型炉D/d取值1.091.15, 中型炉1.151.25，小型炉1.251.5。炉喉炉喉吴圆柱形，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。炉喉直径与炉腰根据任务要求，可得出以下条件：Hu/D=2.53.1Vu=15003000m3 设置 2 个铁口 炉腹 3.03.6m炉腰直径D/炉缸直径d=1.09-1.15炉腹角取78o-83o炉渣口高度1选定炉座数为1座，炉利用系数为nv=2.0t/(m3 .d),炉容积Vu=2000m32.2确定年工作日和日产量年工作日为355天，日产量P总=Vu-nv=4000t2.3炉缸尺寸1炉缸直

11、径它是决定焦炭燃烧量和出铁能力的重要参数，大型炉一般采用经验公式： 炉缸直径 d = 0.4087 V。.42。5 = 0.4087 x 20000.4205 = 10.0mn =心 261.22.4炉腰尺寸(1)炉腰高度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 炉腹的高度应与炉容相适应。炉腹过高，可能是炉料还未熔化就过早的进入 此，炉腰高度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 炉腹的高度应与炉容相适应。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：炉腹过低就无法1)炉喉直径 d = 0.4317V0.3777 = 0.43

12、17 X 20000.3777 = 7.6m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，所 以在冶炼铸造生铁和使用难还原的矿石的时候，炉腰要高一些好。炉腹高度h =(.681W + 63.5879V。7848 + 0.719V 0.8129 + 0.517V。网)=3.2m(5)有效高度炉有效高度直接影响到炉的还原能力和热交换能力，并对料柱的透气性带来 影响有效高度h = h + h + h + h + h = 4.7 + 3.2 +15 +1.8 + 2.3 = 27mu 12345死铁层高度炉腹体积 V = %h(D2 + Dd + d2)= 0.262x3.2(127

13、.69 +113 +100)= 285.27m3所以，设计合理。具体设计参数见表2.1。表2.1炉内型参数第三章结论经过3周的努力，通过查阅文献和老师的指导，我终于完成了本次设计任务。 本次设计以2000m3炉本体设计为课题，遵循现代炉实用、先进、优质、低耗、 长寿、环保的设计思想。首先通过确定高径比、利用系数等参数，规划并设计 出合理的炉型尺寸，炉寿命与炉设计密不可分，合理的炉设计，对延长炉寿命 至关重要。2000m3炉设计为适当矮胖型，并加深死铁层厚度。这有利于开通死 料柱下部通道，从而减少出铁时铁水环流对炉衬的侵蚀，同时较深的死铁层可贮存 较多的铁水，保证炉缸有充足的热量储备,稳定铁水温

14、度和铁水成分。这次设计让 我再次系统的回顾了大学三年以来所学习的相关知识，并对其进行了系统性的运 用，从中获益匪浅。炉长寿是现代炉追求的目标，炉长寿就意味着经济效益的提高。近几年，随 着我国钢铁工量迅速增加，炉容积向大型化发展，炉的设计水平、炉寿命都有了 较大较高，一代炉役寿命20年以上公司千叶6号炉（4500m3）和水岛2号、4 号炉都取得了 20年以上的的部分炉已将长。相比而言，我国炉装备的长寿水平 则较低，一般一代炉役无中修寿命低于10炉可实现1015年的长寿目标，其长 寿总体水平与国外先进水平相差甚大。炉长寿的影响因素炉能否长寿主效果时采用的长寿技术，如的炉操作工艺管理和优质的原燃料

15、条件。四是有效的炉体维护技术。这四者缺一不可，但第一项是炉能否实现长寿 的改善施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失 产量为代价。因此，提高炉的设计和建设水平，是实现炉长寿的根本所在。影响一代炉龄的关键部位大量事实表明，影响现代炉一代炉役寿命的薄弱环节主要集中在两个区域： 一是炉腹、炉腰至口、渣口）现代长寿炉的设计思想从国内外近年大备技思想有以下方面：（1）注重炉整体寿命的优化设计，精心施工，确保炉各部位同步长寿。（2）强调高效冷却设配，从炉底至炉喉全部采用冷却器，无冷却盲区，并 针对炉不同部位的破损特点，选用不同材质的冷却设备和耐火材料。（3）增加死铁层对炉缸侧壁的

16、（4）在追求炉长寿（炉容产铁量1.0万1.5万t/m3）的同时，也追求高 利用系数（有效容积利用系数最高达2.5 t/（m3.d）、高喷煤比（喷煤量达200kg/t 以上）等。（5）采用有效的技术监测、炉体使用成分稳定的优质原燃料。现代炉长寿装备发展趋势（1）采用全炉冷却设备我国近年来新建或大修后的炉，都采用全炉体冷却技术装备，从炉底至炉喉 全部采用冷却器，无冷却盲区，可实现炉各部位的同步长寿。例如宝钢4号炉、 武钢6号炉、鞍钢新1号炉均采用全炉体冷却技术。炉效果，有一些炉在铁口 四周采用铜冷却壁（如武钢）。同时，在炉衬耐材方面，采用以下两种方法来获 得炉缸长寿保护层：一是强化冷却理论或热解决

17、论，即采用全碳质材料炉底炉缸 结构；二是碳质一陶瓷材料复合炉底炉缸结构。1）全碳质材料炉底炉缸结构。主张高导热设计的薄壁炉衬结构，强调通过 高导热系数的半石而实现热平衡。同时利用良好的导热性，在炉缸内侧壁部位降 低工作面（热面）温度，并形成渣皮状附着物，将800C等温线推至碳砖以外， 保护炉缸内壁，实现炉缸系统的安全高效长寿。此类炉缸侧壁耐材使用具有高导 热系数（600C18.4W/m.K，20C6080W/m.K）的热等静压小块碳砖或超微孔碳 砖，其透气度比度能阻止铁水和熔渣的渗透，具有高抗碱性能，可吸收部分热应 力。配以高效的的温度梯度，从而在炉缸侧壁炉衬耐材的热面形成一层稳定的凝 结保护

18、层，抵抗炉缸侧壁的“象脚形”侵蚀，使炉缸长寿。小块碳砖还能缓冲缸 壁的径向热膨胀，能调节缸壁厚度上的差热膨胀，使大块碳砖常发生的环形裂纹 大大减少。热压碳砖已在世界上300余座炉的炉缸内衬上成功应用，炉缸的寿命 都在10年以上。2）碳质一陶瓷材料复合炉底炉缸结构。是采用绝热原理设计的厚壁结构， 强调在采用高系统的同时，通过在碳质炉衬内侧砌筑一层具有耐高温震杯，将炉 缸内的碳质材料与铁水及其它混合物分的安全高效用了这种炉底炉缸结构。高质 量的微孔和超微孔碳用后，又研制成的高质量的碳砖，其主要特更高，适合大型、 高强度生产炉的炉热压小块碳砖NMA、NMD （70%石墨质）和德国SGL碳素 公司生产

19、的微孔碳砖（3RD-N）及超微孔碳砖（7RD-N）炉腹、炉腰至炉身下 部区域长寿技术炉腹、炉腰至炉身下部区域是整个炉工况条件最恶劣的区域之 一，炉料磨损冲刷复上下移动产生的热震等破坏机制同时存在，特别是热震作用 使任何耐材在此区域都难以长期维持存在，最终只实现长寿最有效。因此，能否快速形成稳定渣皮是此区域选 择冷却设备的关键条件。在此部位，我国近年新建和大修的炉主要采用两种冷却 设备，即铜冷却壁和区域应用铜冷却壁能满足快速形成稳定渣皮的要求。铜冷却 壁导热性好、冷却强条件面工作温度一般在40C以下，并且能在其热面形成非 常稳定的渣皮。即使炉操作过程中发生渣皮脱落，也能在短时间(15min)内形

20、 成壁一般不必外砌耐火砖，仅需在开炉前喷涂一层抗冷却板相当。自20世0多 座炉采用了铜冷却壁，尚未发现有一根水管烧坏。铜冷却壁是迄今为止最彻底地 贯彻自我造衬、自我保护建或大修的炉绝大多数都采用这种方式。2)铜冷却板。 基于“高导热、抗热震”理论的密集铜冷却板加石墨耐材炉衬结构是另一类在此区 域应用比较成功的冷却系统。我国宝钢采用该冷10年以上，其炉腰部位的炉壳 温度仍控制在3040C。铜冷却板特点为：一是使用“高导热、抗热震使用密集 布置的多通道冷却板结构，铜冷却板的间距为250mm和312mm，在不同高度上 铜冷却板的长度有所差异不均匀，效果差的地方，耐材易被迅速侵蚀。随着耐材 的侵蚀，铜

21、冷却板的前端大部分裸露在炉内，熔融的渣铁很容易滴落到裸露的冷 却板前端，极易造成冷却板熔损内不能形成平滑的操作炉型，冷却板将受磨损而 损伤，特别在滑料、崩料时，这种损伤更为严重。冷却板的优点是可更换，但设 备维护工作量大，增加生产成本。目前，采用冷却板形式的炉数量不多。炉身中 上部的冷却系统与炉衬耐材 软熔带以上的炉身中部，炉料温度达7001000C。 随着喷煤量的提高，该区域的热采用第四代镶砖冷却壁结构，使砖壁合一，取消 凸台，可以保证光滑的炉型。冷却壁主要选用球墨铸铁材质，镶嵌的耐火材料主 要为碳化硅砖或氮化硅结合碳化硅砖，炉身上部采用磷酸浸渍粘土砖。炉喉部位 炉喉区温度的升高，造成钢砖出现龟裂、断裂等现象。为解决这 一问题，近年来新建和大修的大型炉都采用水冷钢砖，有效地解决了炉喉部位破