第三章 高爐本體設(shè)計(jì)(爐型)1

3高爐本體設(shè)計(jì)高爐本體包括爐型（形）--工作空間；爐襯（耐火材料）；冷卻；金屬結(jié)構(gòu)（爐殼、支柱）；高爐基礎(chǔ)。目前高爐本體發(fā)展方向1）爐型向大型橫向發(fā)展2）爐襯由單一陶瓷質(zhì)向陶瓷質(zhì)和碳質(zhì)耐火材料綜合結(jié)構(gòu)發(fā)展3）高爐冷卻設(shè)備不斷改進(jìn)，貫流式風(fēng)口，軟水密閉循環(huán)廣泛使用1一爐底耐火材料：2一爐殼；3一爐內(nèi)磚襯生產(chǎn)后的侵蝕線；4一爐喉鋼磚，5一爐頂封蓋；6一爐體磚襯；7一帶凸臺(tái)鑲磚冷卻壁；8一鑲磚冷卻壁；9一爐底碳磚；10一爐底水冷管；11一光面冷卻壁3.1高爐爐型密閉的高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備。它是由耐火材料砌筑成豎式圓筒形，外有鋼板爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護(hù)。3高爐本體設(shè)計(jì)3高爐本體設(shè)計(jì)一、爐型的發(fā)展過程高爐爐型是指高爐內(nèi)部工作空間剖面的形狀。（即通過高爐中心線的剖面輪廓）1.無型階段2.大腰階段——爐腰尺寸過大的爐型。

爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，而爐腰直徑很大。

3.近代高爐

3高爐本體設(shè)計(jì)原始高爐爐型1-中國；2-德國；3-英國(P75)近代高爐爐型（1：500）

1-攀鋼高爐，V有1000m3，H有/D=3.05；2-本鋼高爐，V有2000m3，H有/D=2.68；3-日本鹿島，V有5050m3，H有/D=1.95(P75)高爐容積/m3Hu/D20世紀(jì)70～80年代20世紀(jì)90年代以后1000～2000＜2.92.5～2.7300～10002.9～3.52.7～3.2＜300＞3.5＞3.2高爐內(nèi)型變化情況表3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.1高爐五段爐型1）爐型及其意義：牽涉到高爐冶煉順行，還與高爐冶煉能量消耗有關(guān)，高爐壽命的長短。2）五段爐型(尺寸要素是約定俗成)高爐內(nèi)型從下往上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五個(gè)部分，該容積總和為它的有效容積，反映高爐所具備的生產(chǎn)能力。五段爐型是適應(yīng)爐料變化，T↑―V↑，T煤氣↓―V↓我國高爐內(nèi)型尺寸的表示方法(P76)Hu——有效高度；h0——死鐵層厚度；h1——爐缸高度；h2——爐腹高度；h3——爐腰高度；h4——爐身高度；h5——爐喉高度；hf——風(fēng)口高度；hz——渣口高度；d——爐缸直徑；D——爐腰直徑；d1——爐喉直徑；α——爐腹角；β——爐身角；圖3－1五段式高爐內(nèi)型圖3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定1）Vu、HuVu:根據(jù)任務(wù)確定，現(xiàn)在：大型>1000m3，中小型<1000m3Vu：在有效高度范圍內(nèi)，爐型（爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉）所包括的容積。

Hu:大料鐘下降位置的下緣到鐵口中心線之間的距離。對(duì)于無鐘爐頂，旋轉(zhuǎn)溜槽的最低位置到鐵口中心線之間的距離。Hu=h1+h2+h3+h4+h5，H=Hu+h6,裝料裝置高度3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定1）Vu、Hu

內(nèi)容積：料線到鐵口中心線之間的距離。工作容積：料線到風(fēng)口中心線之間的距離。

Hu大，可以延長煤氣與爐料的接觸時(shí)間，有利于煤氣的熱能和化學(xué)能的充分利用；煤氣流穿過料柱的阻力大，不利于高爐順行。Hu過大，可增大煤氣流穿過料柱的阻力，不利于高爐順行。3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定1）Vu、Hu有效高度的確定：①d→選定D/d→選定Hu/d→Hu②根據(jù)統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算Hu：大型中小型Vu與Hu關(guān)系(P76)Hu/D：有效高度與爐腰直徑的比值。意義：（Hu/D）是表示高爐“矮胖”或“細(xì)長”的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)；與煤氣利用和爐況順行有關(guān)。不同爐型的高爐，其比值的范圍是：巨型高爐大型高爐中型高爐小型高爐～2.02.5～3.12.9～3.53.7～4.5我國部分高爐爐型尺寸（P84）

國外部分高爐爐型尺寸（P85）

3高爐本體設(shè)計(jì)3.1.2爐型尺寸的確定2）d、h1①爐缸作用：②d的確定J-燃燒強(qiáng)度；J=24～28t/(m2·d)法一：J=1.0～1.20t/(m2·h)設(shè)計(jì)時(shí)往小取，高爐強(qiáng)化留有余地，J↓→d↑i燃：30～50t/(m2·h)3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定2）d、h1法二：大高爐d=0.32Vu0.45中小高爐d=0.564Vu0.37d=0.405Vu0.4205用的不多常用；拉姆統(tǒng)計(jì)，不用太嚴(yán)格，取整計(jì)算得到的爐缸直徑再用Vu/A進(jìn)行校核，不同爐容的Vu/A取值為：大型高爐：22～28中型高爐：15～22小型高爐：11～153高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定2）d、h1③h1的確定可分三步，式中：p—日產(chǎn)生鐵量，t/d；b—生鐵產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)，一般取1.2；N—晝夜出鐵次數(shù)，一般2h出一次鐵；r鐵—鐵水密度，7.1t/m3；爐容大、渣量大時(shí)取低值；d—爐缸直徑，m；

3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定2）d、h1③爐缸高度h1

K渣口高度與風(fēng)口高度之比，一般取0.5-0.6， 渣量大時(shí)取低值④風(fēng)口、渣口、鐵口數(shù)目的確定400～500Kg/tFe設(shè)渣口；C=0.55～0.6渣量大取小值，安全容鐵系數(shù)；鐵水離渣口有距離，渣口4個(gè)銅套a結(jié)構(gòu)尺寸0.35～0.5m3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定如不設(shè)渣口，按批料算高度，注意留有余地。鐵口1500m3按1個(gè)鐵口設(shè)>1500m3按2～3個(gè)鐵口巨型設(shè)4個(gè)鐵口，60°,120°風(fēng)口數(shù)=2(d+1）；保證風(fēng)口間距s=1.1～1.5m=2(d+2)大型；=3d巨型（4000m3）S取值在1.1～1.6m之間,風(fēng)口數(shù)目一般取偶數(shù)。

3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定⑤h0h0鐵口中心線到爐底砌磚表面之間的距離。h0有加厚的趨勢(shì)。新設(shè)計(jì)高爐的死鐵層厚度h0=0.2d。作用：（1）殘留的鐵水可隔絕鐵水和煤氣對(duì)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，消除熱應(yīng)力的影響；（3）穩(wěn)定渣鐵溫度。3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定3）爐腹、爐腰尺寸爐腹在爐缸上部，呈倒截圓錐形。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：h2=3.0～3.6m爐腹安一段冷卻壁爐腹角α一般為79o～83o，過大阻損小，風(fēng)口煤氣上爐墻,不利于煤氣分布并破壞穩(wěn)定的渣皮保護(hù)層；過小則增大對(duì)爐料下降的阻力，不利于高爐順行,煤氣離爐墻遠(yuǎn)。（1）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。（2）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。（3）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。爐腹作用：3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定3）爐腹、爐腰尺寸D←D/d←d一般爐腰直徑（D）與爐缸直徑（d）有一定比例關(guān)系，D/d取值：大型：1.10～1.15；中型1.15～1.25；小型高爐1.25～1.5h3一般取值1～3m，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。

（1）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，使?fàn)t腹向爐身的過渡變得平緩，減小死角。作用：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。3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定3）爐腹、爐腰尺寸Hu/D:指高爐有效高度與高爐爐腰直徑之比值。大型：2.5～3.1→2.0巨型（矮胖）中型：2.9～3.5小型：3.7～4.5（過去細(xì)長）Hu/D大，煤氣利用好，K↓不利于順行，小高爐Hu/D小，煤氣利用不好，K↑有利于順行，大高爐3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定4）爐身、爐喉尺寸爐身呈正截圓錐形。作用：（1）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。（2）適應(yīng)煤氣流冷卻后體積的收縮，保證一定的煤氣流速。（3）爐身高度占高爐有效高度的50～60％，保障了煤氣與爐料之間傳熱和傳質(zhì)過程的進(jìn)行。

一般取值為81.5o～85.5o之間。大高爐取小值，中小型高爐取大值。例如：小高爐β=84°～85°巨型強(qiáng)調(diào)順行，β小，例如，4000～5000m3高爐β角取值為81.5o左右，前蘇聯(lián)5580m3高爐β角取值

根據(jù)爐料情況，粉末多或爐料膨脹大；β取小些。爐身角：爐身高度：3高爐本體設(shè)計(jì)3.1爐型3.1.2爐型尺寸的確定4）爐身、爐喉尺寸爐喉呈圓柱形。作用：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d1/D取值在0.64～0.73之間。d1←d1/D=0.64(中小型)～0.73（大型）h5：

大型2.0～3.0m,滿足布料；中型1.5～2.0m；小型：0.6～1.5m；3.1.3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；（2）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；（3）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)間性和相對(duì)性。名詞概念：由給定的產(chǎn)量確定爐容，根據(jù)建廠的冶煉條件，尋找條件相似，爐容相近，各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)較好的合理爐型作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。經(jīng)過幾次修訂參數(shù)和計(jì)算，