第3章 高爐本體設(shè)計(jì)(1)

1、3 高爐本體設(shè)計(jì)高爐本體設(shè)計(jì)內(nèi)容n高爐本體n高爐爐襯n高爐冷卻n高爐基礎(chǔ)n高爐鋼結(jié)構(gòu)高爐本體發(fā)展方向高爐本體發(fā)展方向n爐型向爐型向“大型橫向大型橫向”發(fā)展；發(fā)展；n爐襯使用耐火材料變化：爐襯使用耐火材料變化： 單一陶瓷質(zhì)單一陶瓷質(zhì)陶瓷質(zhì)和碳質(zhì)相結(jié)合陶瓷質(zhì)和碳質(zhì)相結(jié)合n冷卻裝置不斷改進(jìn)冷卻裝置不斷改進(jìn) 貫流式風(fēng)口、軟水閉路循環(huán)廣泛使用貫流式風(fēng)口、軟水閉路循環(huán)廣泛使用概念概念：高爐內(nèi)部工作空間剖面的形：高爐內(nèi)部工作空間剖面的形 狀稱為高爐爐型或高爐內(nèi)型。狀稱為高爐爐型或高爐內(nèi)型。重要性重要性：合理的爐型對獲得良好的：合理的爐型對獲得良好的 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和延長高爐壽命具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和延長高爐壽命具

2、有重要意義。重要意義。 3.1 高爐爐型設(shè)計(jì)高爐爐型設(shè)計(jì)3.1.1 爐型的發(fā)展過程爐型的發(fā)展過程1.無型階段無型階段 2.大腰階段大腰階段爐腰尺寸過大的爐型。爐腰尺寸過大的爐型。 爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，而爐腰直徑很大。而爐腰直徑很大。 3. 五段式高爐：瘦長型、肥胖型五段式高爐：瘦長型、肥胖型原始高爐爐型原始高爐爐型1-中國；中國；2-德國；德國；3-英國英國(P75)近代高爐爐型（近代高爐爐型（1：500）1-攀鋼高爐，攀鋼高爐，V有有1000m3，H有有/D=3.05；2-本鋼高爐，本鋼高爐，V有有2000m3，H有有/D=2.68；3-日本鹿島，日本

3、鹿島，V有有5050m3，H有有/D=1.953.1.2 五段式高爐爐型五段式高爐爐型Dd風(fēng)口中心線渣口中心線鐵口中心線Hufzhh012345hhhhhhd1Hu有效高度；有效高度；h0死鐵層厚度；死鐵層厚度；h1爐缸高度；爐缸高度；h2爐腹高度；爐腹高度；h3爐腰高度；爐腰高度；h4爐身高度；爐身高度；h5爐喉高度；爐喉高度；hf風(fēng)口高度；風(fēng)口高度；hz渣口高度；渣口高度；d爐缸直徑；爐缸直徑；D爐腰直徑；爐腰直徑；d1爐喉直徑；爐喉直徑；爐腹角；爐腹角；爐身角；爐身角；圖31 五段式高爐內(nèi)型圖 1）有效高度（）有效高度（Hu） ：料線零位到鐵口中：料線零位到鐵口中 心線之間的高度。心線之

4、間的高度。 料線零位：料線零位： 鐘式鐘式高爐：大鐘下降位置的下緣線標(biāo)高；高爐：大鐘下降位置的下緣線標(biāo)高；無鐘高爐：無鐘爐頂為旋轉(zhuǎn)溜槽最低位置無鐘高爐：無鐘爐頂為旋轉(zhuǎn)溜槽最低位置的下緣線標(biāo)高。的下緣線標(biāo)高。 有效高度的意義：有效高度的意義： Hu和煤氣利用及高爐順行有關(guān)和煤氣利用及高爐順行有關(guān)1. 高爐有效容積和有效高度高爐有效容積和有效高度 2）高爐有效容積）高爐有效容積 ： 在有效高度范圍內(nèi)，爐型所包括在有效高度范圍內(nèi)，爐型所包括的容積稱為高爐有效容積（的容積稱為高爐有效容積（Vu）。）。 4000m3 巨型高爐巨型高爐Vu3）高徑比）高徑比Hu/D：定義：有效高度與爐腰直徑的比值定義：有

5、效高度與爐腰直徑的比值意義：意義：是表示高爐爐型形狀，是表示高爐爐型形狀，“矮胖矮胖”或或“細(xì)長細(xì)長”的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)；的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)；與煤氣利用與煤氣利用和爐況順行有關(guān)。高徑比大，利于煤氣利用不和爐況順行有關(guān)。高徑比大，利于煤氣利用不利于爐況順行。利于爐況順行。不同爐型的高爐，其比值的范圍是：不同爐型的高爐，其比值的范圍是： 巨型高爐巨型高爐 大型高爐大型高爐 中型高爐中型高爐 小型高爐小型高爐 2.0 2.53.1 2.93.5 3.74.5Vu與Hu關(guān)系有效高度的確定nd(爐缸直徑爐缸直徑) 選定選定D/d 選定選定Hu/D Hun統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算：統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算：2 . 044. 6u

6、uVH 大型高爐大型高爐中型高爐中型高爐265. 005. 4uuVH 作用作用：n燃燒焦炭、燃燒焦炭、n盛放渣鐵、盛放渣鐵、n爐缸的爐缸的 上、中、下部位分別設(shè)置有上、中、下部位分別設(shè)置有風(fēng)口、渣口與鐵口。風(fēng)口、渣口與鐵口。 2. 爐缸爐缸（1）爐缸直徑）爐缸直徑d爐缸截面燃燒強(qiáng)度：指每小時(shí)每平方爐缸截面燃燒強(qiáng)度：指每小時(shí)每平方米爐缸截面積所燃燒的焦炭的數(shù)量，米爐缸截面積所燃燒的焦炭的數(shù)量，一般為一般為1.01.25t/m2h。 燃iVIdu23. 0式中：式中： I冶煉強(qiáng)度，冶煉強(qiáng)度， t/m3d，（，（1.0-1.25） 燃燃燃燒強(qiáng)度，燃燒強(qiáng)度，t/m2h，（，（1.0-1.5） Vu高

7、爐有效容積，高爐有效容積，m3 d高爐爐缸直徑，高爐爐缸直徑，mi 計(jì)算得到的爐缸直徑再用計(jì)算得到的爐缸直徑再用Vu/A進(jìn)進(jìn)行校核，不同爐容的行校核，不同爐容的Vu/A取值為：取值為： 大型高爐：大型高爐：2227 中型高爐：中型高爐：1522 小型高爐：小型高爐：1115（2）鐵口高度）鐵口高度h鐵鐵AnPh鐵鐵式中：式中： p日產(chǎn)生鐵量，日產(chǎn)生鐵量，t； n 晝夜出鐵次數(shù)，一般晝夜出鐵次數(shù)，一般2h出一次鐵；出一次鐵； r鐵鐵鐵水密度，鐵水密度，7.1t/m3； A爐缸面積，爐缸面積，m2； （3）渣口高度：）渣口高度： 渣口中心線與鐵口中心線間距離。渣口中心線與鐵口中心線間距離。渣口過高

8、，下渣量增加，對鐵口的維護(hù)渣口過高，下渣量增加，對鐵口的維護(hù)不利；渣口過低，易出現(xiàn)渣中帶鐵事故，不利；渣口過低，易出現(xiàn)渣中帶鐵事故，從而損壞渣口；大、中型高爐渣口高度從而損壞渣口；大、中型高爐渣口高度多為多為1.51.7m。也可以參照下式計(jì)算：。也可以參照下式計(jì)算： 24dcnbPhz鐵式中：式中： p日產(chǎn)生鐵量，日產(chǎn)生鐵量，t； b 生鐵產(chǎn)量波動系數(shù)，一般取生鐵產(chǎn)量波動系數(shù)，一般取1.2； n 晝夜出鐵次數(shù)，一般晝夜出鐵次數(shù)，一般2h出一次鐵；出一次鐵； r鐵鐵鐵水密度，鐵水密度，7.1t/m3； c渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，一般取渣口以下爐缸容積利用系數(shù)，一般取0.550.60， 爐容大、

9、渣量大時(shí)取低值；爐容大、渣量大時(shí)取低值； d 爐缸直徑爐缸直徑，m； cbhhz鐵（4）風(fēng)口高度：）風(fēng)口高度： 風(fēng)口中心線與鐵口中心線間距離稱風(fēng)口中心線與鐵口中心線間距離稱為風(fēng)口高度（為風(fēng)口高度（hf）。）。 風(fēng)口高度可參照下式計(jì)算：風(fēng)口高度可參照下式計(jì)算： khhZf式中：式中： 渣口高度與風(fēng)口高度之比，一般渣口高度與風(fēng)口高度之比，一般 取取0.5 0.6，渣量大取低值。，渣量大取低值。k（5）風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸（）風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸（a）：）：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選定，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選定，一般0.350.5m（6）爐缸高度：）爐缸高度：ahhf1（7）風(fēng)口數(shù)目（）風(fēng)口數(shù)目（n）：）： 主要取決于爐容大小，與

10、爐缸直徑主要取決于爐容大小，與爐缸直徑成正比，還與冶煉強(qiáng)度有關(guān)。成正比，還與冶煉強(qiáng)度有關(guān)。 風(fēng)口數(shù)目可以按下式計(jì)算：風(fēng)口數(shù)目可以按下式計(jì)算： 中小型高爐：中小型高爐： ) 1(2dn大型高爐：大型高爐： 4000m3左右的巨型高爐：左右的巨型高爐： )2(2dndn3式中：式中： d 爐缸直徑，爐缸直徑，m 風(fēng)口數(shù)目也可以根據(jù)風(fēng)口中心線在爐缸圓周上的距離風(fēng)口數(shù)目也可以根據(jù)風(fēng)口中心線在爐缸圓周上的距離進(jìn)行計(jì)算：進(jìn)行計(jì)算： sdnS 取值在取值在1.11.6m之間之間, 風(fēng)口數(shù)目一般取偶數(shù)。風(fēng)口數(shù)目一般取偶數(shù)。 爐腹在爐缸上部，呈倒截圓錐形。爐腹在爐缸上部，呈倒截圓錐形。3. 爐腹?fàn)t腹（1）爐腹的

11、形狀適應(yīng)了爐料熔化滴落后體積）爐腹的形狀適應(yīng)了爐料熔化滴落后體積的收縮，穩(wěn)定下料速度。的收縮，穩(wěn)定下料速度。（2）可使高溫煤氣流離開爐墻，既不燒壞爐）可使高溫煤氣流離開爐墻，既不燒壞爐墻又有利于渣皮的穩(wěn)定。墻又有利于渣皮的穩(wěn)定。（3）燃燒帶產(chǎn)生大量高溫煤氣，氣體體積激）燃燒帶產(chǎn)生大量高溫煤氣，氣體體積激烈膨脹，爐腹的存在適應(yīng)這一變化。烈膨脹，爐腹的存在適應(yīng)這一變化。作用：作用：爐腹的結(jié)構(gòu)尺寸是爐腹高度和爐腹角。爐腹的結(jié)構(gòu)尺寸是爐腹高度和爐腹角。爐腹高度由下式計(jì)算爐腹高度由下式計(jì)算 ：tgdDh22爐腹角一般為爐腹角一般為7983，過大不利于煤氣，過大不利于煤氣分布并破壞穩(wěn)定的渣皮保護(hù)層，過小則

12、增分布并破壞穩(wěn)定的渣皮保護(hù)層，過小則增大對爐料下降的阻力，不利于高爐順行。大對爐料下降的阻力，不利于高爐順行。 爐身呈正截圓錐形。爐身呈正截圓錐形。 4. 爐身：爐身：（1）適應(yīng)爐料受熱后體積的膨脹，有利于）適應(yīng)爐料受熱后體積的膨脹，有利于減小爐料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。減小爐料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。（2）適應(yīng)煤氣流冷卻后體積的收縮，保證）適應(yīng)煤氣流冷卻后體積的收縮，保證一定的煤氣流速。一定的煤氣流速。（3）爐身高度占高爐有效高度的）爐身高度占高爐有效高度的5060，保障了煤氣與爐料之間傳熱和傳質(zhì)過程的保障了煤氣與爐料之間傳熱和傳質(zhì)過程的進(jìn)行。進(jìn)行。 作用：作用： 一般取值為一般

13、取值為81.585.5之間。大高之間。大高爐取小值，中小型高爐取大值。爐取小值，中小型高爐取大值。40005000m3高爐高爐角取值為角取值為81.5左右，左右，前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)5580m3高爐高爐角取值角取值 174279 爐身角：爐身角：爐身高度爐身高度 ：tgdDh214d1（爐喉直徑），由（爐喉直徑），由d1/D確定。確定。 爐腹上部的圓柱形空間為爐腰，爐腹上部的圓柱形空間為爐腰，是高爐爐型中直徑最大的部位。是高爐爐型中直徑最大的部位。5. 爐腰：爐腰： （1）爐腰處恰是冶煉的軟熔帶，透氣性）爐腰處恰是冶煉的軟熔帶，透氣性變差，爐腰的存在擴(kuò)大了該部位的橫向空變差，爐腰的存在擴(kuò)大了該部位的橫

14、向空間，改善了透氣條件。間，改善了透氣條件。 （2）在爐型結(jié)構(gòu)上，起承上啟下的作用，）在爐型結(jié)構(gòu)上，起承上啟下的作用，使?fàn)t腹向爐身的過渡變得平緩，減小死角。使?fàn)t腹向爐身的過渡變得平緩，減小死角。 作用：作用： 一般取值一般取值13m，爐容大取上限，設(shè)計(jì)，爐容大取上限，設(shè)計(jì)時(shí)可通過調(diào)整爐腰高度修定爐容。時(shí)可通過調(diào)整爐腰高度修定爐容。 一般爐腰直徑（一般爐腰直徑（D）與爐缸直徑（）與爐缸直徑（d）有一定比例關(guān)系，有一定比例關(guān)系，D/d取值：取值： 大型高爐大型高爐1.101.15 中型高爐中型高爐1.151.25 小型高爐小型高爐1.251.50 爐腰高度（爐腰高度（h3）：）：作用：作用：承接爐

15、料，穩(wěn)定料面，保證爐料合理分布。承接爐料，穩(wěn)定料面，保證爐料合理分布。 爐喉直徑與爐腰直徑比值爐喉直徑與爐腰直徑比值 d1/D取值在取值在0.640.73之間。之間。 爐喉呈圓柱形。爐喉呈圓柱形。6. 爐喉（爐喉（d1、h5）：）： 鐵口中心線到爐底砌磚表面之間的鐵口中心線到爐底砌磚表面之間的距離稱為死鐵層厚度。距離稱為死鐵層厚度。 7. 死鐵層厚度（死鐵層厚度（h0）（1）殘留的鐵水可隔絕鐵水和煤氣對爐底）殘留的鐵水可隔絕鐵水和煤氣對爐底的沖刷侵蝕，保護(hù)爐底；的沖刷侵蝕，保護(hù)爐底；（2）熱容量可使?fàn)t底溫度均勻穩(wěn)定，消除）熱容量可使?fàn)t底溫度均勻穩(wěn)定，消除熱應(yīng)力的影響；熱應(yīng)力的影響；（3）穩(wěn)定渣

16、鐵溫度。）穩(wěn)定渣鐵溫度。作用：作用： 新設(shè)計(jì)高爐的死鐵層厚度新設(shè)計(jì)高爐的死鐵層厚度h0=0.2d。 死鐵層厚度：死鐵層厚度：包鋼設(shè)計(jì)院：包鋼設(shè)計(jì)院：200937. 0dVhu3.1.3 爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算 （1）設(shè)計(jì)爐型：按照設(shè)計(jì)尺寸砌筑的爐型；）設(shè)計(jì)爐型：按照設(shè)計(jì)尺寸砌筑的爐型；（2）操作爐型：指高爐投產(chǎn)后，工作一段時(shí)）操作爐型：指高爐投產(chǎn)后，工作一段時(shí)間，爐襯被侵蝕，高爐內(nèi)型發(fā)生變化后的爐型；間，爐襯被侵蝕，高爐內(nèi)型發(fā)生變化后的爐型；（3）合理爐型：指冶煉效果較好，可以獲得）合理爐型：指冶煉效果較好，可以獲得優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和長壽的爐型，具有時(shí)間性優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和長壽的爐型，具

17、有時(shí)間性和相對性。和相對性。 名詞概念：名詞概念：爐型的設(shè)計(jì)方法爐型的設(shè)計(jì)方法n經(jīng)驗(yàn)法：以爐建爐。經(jīng)驗(yàn)法：以爐建爐。n計(jì)算法：計(jì)算法： 統(tǒng)計(jì)公式法（拉姆、項(xiàng)鐘庸、高清志）統(tǒng)計(jì)公式法（拉姆、項(xiàng)鐘庸、高清志） 經(jīng)驗(yàn)法與統(tǒng)計(jì)公式相結(jié)合經(jīng)驗(yàn)法與統(tǒng)計(jì)公式相結(jié)合目標(biāo)目標(biāo)：設(shè)計(jì)爐型接近合理爐型：設(shè)計(jì)爐型接近合理爐型設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程參考已有爐型計(jì)算方法，初步確定內(nèi)型各部尺參考已有爐型計(jì)算方法，初步確定內(nèi)型各部尺寸及基本比例關(guān)系；寸及基本比例關(guān)系；研究國內(nèi)外爐型發(fā)展的趨勢，重點(diǎn)調(diào)整局部尺研究國內(nèi)外爐型發(fā)展的趨勢，重點(diǎn)調(diào)整局部尺寸；寸；收集國內(nèi)外爐型資料，以爐容相近、原燃料條收集國內(nèi)外爐型資料，以爐容相近、原燃料

18、條件相似、指標(biāo)先進(jìn)的爐型為參考，對爐型尺寸件相似、指標(biāo)先進(jìn)的爐型為參考，對爐型尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。我國部分高爐爐型尺寸我國部分高爐爐型尺寸國外部分高爐爐型尺寸國外部分高爐爐型尺寸 爐型設(shè)計(jì)例題爐型設(shè)計(jì)例題設(shè)計(jì)年產(chǎn)制鋼生鐵設(shè)計(jì)年產(chǎn)制鋼生鐵280萬噸的高爐車間萬噸的高爐車間（1）確定年工作日：）確定年工作日： )(2.8069347102804tP總)(347%95365天日產(chǎn)量：日產(chǎn)量：（2）定容積：）定容積：dmtV30.2)(40352tPP總)(20180 .240353mPVVu每座高爐容積：每座高爐容積：每座高爐日產(chǎn)量：每座高爐日產(chǎn)量：選定高爐座數(shù)為選定高爐座數(shù)為2座，利用

19、系數(shù)座，利用系數(shù)（3）爐缸尺寸：）爐缸尺寸：dmtI395.0hmti205.1燃)(83. 905. 1201895. 023. 023. 0miVIdu燃md8 . 975.268.9420182AVu合理合理校核：校核：取：?。簞t：則：燃燒強(qiáng)度：燃燒強(qiáng)度：選定冶煉強(qiáng)度：選定冶煉強(qiáng)度：爐缸直徑：爐缸直徑：渣口高度：渣口高度： 64. 18 . 91 . 755. 010403520. 127. 127. 122dNCbPhz鐵mhz7 . 1取取爐缸高度：爐缸高度：風(fēng)口高度：風(fēng)口高度： 03. 356. 07 . 1khhzfmhf0 . 3取取風(fēng)口數(shù)目：風(fēng)口數(shù)目： 6 .23) 28 . 9 (2) 2( 2dn個(gè)24n取取風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸：風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸：選取：選?。?a=0.5m)( 5 . 35 . 00 . 31mahhf則爐缸高度：則爐缸高度：（4）死鐵層厚度）死鐵層厚度mh5 . 10選取：選?。海?）爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度）爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度13.1dD則：則： 07.118 . 913. 1DmD11取取選取：選?。?8. 3308022tgdDh選取：選?。?080則：則：mh5 . 32校核校核取取83. 58 . 9115 . 3222dDhtg 1 1680：（6）爐喉直徑、爐喉高度）爐喉直徑、爐喉高度