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3200m3高炉本体及渣铁处理系统设计
内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）中文摘要目前我国钢铁企业蓬勃发展，许多钢铁厂都在新建或扩建高炉，高炉逐渐向 大型化发展， 因此在原有高炉的基础上引进新技术对高炉适当的改造设计是必要 的。由于设计的需要，某些数据采自施工现场工长、炉长和工人的经验数据，许 多参数的设计以理论数据为参照、以实际地区实际原料条件下的情况进行选定、 以实际应用参数为基准。 本说明书采用包头地区原料条件下，对 3200ｍ?高炉本体进行设计，其设计 内容主要包括：高炉炉型设计计算、高炉炉衬选择计算、高炉冷却系统设计、高 炉钢结构及基础设计、出铁场设计、炉前设备的选择确定、铁水处理系统设计、 炉渣处理系统设计、 绘制高炉本体立剖图和高炉出铁场平面布置图。高炉设计主 要参数如下：利用系数－2.3；焦比－370 K；煤比－170 K；炉渣碱度－1.03； 高炉高颈比－2.19；高炉有效高度－29.98m；日产铁－7360 吨。 本高炉本体以五段炉型为标准，以适应原料条件为前提，冶炼过程能够顺行 为保障，日产量最大，质量最优，能耗最低，寿命最长为目标进行设计。为达到 以上目标，与传统高炉相比，本高炉炉型驱于矮胖型。为进一步提高高炉寿命， 炉底炉缸采用全碳砖结构，这是因为包头矿含有高氟，对炉缸炉底的侵蚀严重。 炉底采用了 5 段低络铸铁光面冷却壁， 炉腹、 炉腰及炉身下部采用铜冷却壁冷却， 它的冷却强度大、对砖衬支撑作用强、损坏后可更换。高炉钢结构采用炉体框架 式结构, 它的优点在于取消了炉缸支柱，风口平台宽敞，炉前操作方便。出铁场 为环形出铁场，设置四个铁口连续出铁，它的优点在于布置紧凑,占地面积少, 场地有效利用率高,自然通风条件好。渣的处理采用目前我国大高炉都使用的热 法 INBA 渣处理系统，其工作效率高，对环境污染少。关键字：高炉本体渣铁处理系统设计内容--1-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）AbstractAt present, China's iron and steel industry is flourish, and many iron and steel plant is building or expansion of blast furnace, blast furnace is gradualateing developed to large-scale, and therefore the basis of the original blast furnace to introduce new technology on the blast transformation and the appropriate design is necessary. As the design needs of some of the datas collected from the plant and theworks , a long furnace empirical data, many of the design parameters to the theoretical data for the reference to the actual areas of raw materials under the conditions of the actual situation in selected parameters in the practical application of basement. Baotou region of the specification of raw materials used under the conditions of the blast furnace of 3200m ?to design, its design includes ： Design and calculation of blast furnace、 Calculation and option of blast furnace lining、 Design of blast furnace cooling system、 Blast furnace and basic steel structure design、 Design of cast house、Determine the choice of steel equipment、 Iron water treatment system design、 Slag handling system design、 Draw essence of blast furnace autopsy charts and blast furnace Layout field. The main blast furnace design parameters are as follows: use of coefficient of －2.3; coke ratio －370 K; coal than －170 K; slag basicity －1.03; blast high neck than －2.19; of iron production －7360t. The blast furnace ia design as five as the standard to meet the prerequisite conditions for raw materials, smelting process to shun acts of protection, the largest output, the quality of the optimal energy consumption and the lowest life expectancy of up to design goals. To achieve these objectives, as compared with the traditional blast furnace, the blast furnace to reduce the ratio of height to diameter, or blast furnace in the squat-type flooding. To further enhance the life of a blast furnace, hearth to adopt advanced technology ceramic cup with hot bricks small carbon composite structure, which is refractory hearth with an important progress. Bottom using a 5-walled gray cast iron cooling smooth, belly stove, stove and furnace are lower lumbar copper cooling stave, and its cooling intensity, supporting the role of the-2-highly effective －29.98; Day total内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）brick lining, and damage can be replaced. Market for the iron ring of iron field, set up four consecutive iron taphole, it is the layout of the advantages of compact, small area, high space utilization, natural ventilation conditions. The use of slag handling large blast furnace in China are used Hing Hong - INBA slag thermal processing system, its high efficiency and less environmental pollutionKey word: blast furnacebody slag handling system designcontents--3-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）目中 文 目1.1 1.2 1.3 1.4 1.5录摘要............................................................................................................ 1 录 ........................................................................................................... 4Abstract .......................................................................................................................... 2 第一章 文 献 综 述.................................................................................................... 7我国钢铁行业发展现状.................................................................................................... 7 高炉炉型发展史................................................................................................................ 7 国外高炉发展现状............................................................................................................ 8 我国高炉发展现状............................................................................................................ 9 高炉炉体系统.................................................................................................................. 11 1.5.1 炉喉....................................................................................................................... 12 1.5.2 炉身....................................................................................................................... 12 1.5.3 炉腰....................................................................................................................... 13 1.5.4 炉腹....................................................................................................................... 13 1.5.5 炉底、炉缸 ........................................................................................................... 13 1.6 高炉内衬.......................................................................................................................... 14 1.6.1 我国高炉内衬发展过程 ....................................................................................... 14 1.6.2 高炉炉体内衬结构基本形式和发展现状 ........................................................... 15 1.6.3 高炉各部位内衬发展趋势 ................................................................................... 18 1.6.4 高炉用各种耐材的介绍 ....................................................................................... 19 1.7 高炉的冷却...................................................................................................................... 21 1.7.1 冷却设备................................................................................................................ 21 1.7.2 冷却介质............................................................................................................... 24 1.7.3 冷却方式介绍 ....................................................................................................... 26 1.8 高炉钢结构及基础.......................................................................................................... 27 1.8.1 高炉本体钢结构类型 ........................................................................................... 27 1.8.2 炉壳....................................................................................................................... 28 1.8.3 高炉基础................................................................................................................ 29 1.9 渣铁处理系统.................................................................................................................. 30 1.9.1 风口平台类型的介绍 ........................................................................................... 30 1.9.2 出铁场类型及发展趋势 ....................................................................................... 30 1.9.3 渣铁处理方法的介绍 ........................................................................................... 31 1.9.4 几种常用炉渣粒化工艺的比较 ........................................................................... 32 1.10 本高炉本体设计思想.................................................................................................... 33第二章 工艺计算........................................................................................................ 342.1 原料条件.......................................................................................................................... 34 2.1.1 矿石成分............................................................................................................... 34 2.1.2 燃料成分............................................................................................................... 35 2.1.3 其它条件............................................................................................................... 36 2.2 配料计算.......................................................................................................................... 36 2.2.1 吨铁矿石用量计算 ............................................................................................... 36 2.2.2 石灰石的用量计算 ............................................................................................... 37-4-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）2.2.3 渣量及炉渣成分的计算 ....................................................................................... 38 2.3 物料平衡计算.................................................................................................................. 39 2.3.1 鼓风量的计算 ....................................................................................................... 39 2.3.2 煤气组成及煤气量计算 ....................................................................................... 40 2.3.3 考虑炉料的机械损失，实际入炉量 ................................................................... 42 2.3.4 物料平衡表 ........................................................................................................... 42 2.4 全炉热平衡计算.............................................................................................................. 43 2.4.1 热收入................................................................................................................... 43 2.4.2 热支出................................................................................................................... 43 2.4.3 列热平衡表 ........................................................................................................... 46 2.5 理论焦比的计算.............................................................................................................. 46第三章 高炉炉型设计计算........................................................................................ 493.1 炉型的计算...................................................................................................................... 49 3.1.1 铁口....................................................................................................................... 49 3.1.2 渣口....................................................................................................................... 49 3.1.3 风口....................................................................................................................... 50 3.1.4 日产铁量的计算 ................................................................................................... 50 3.1.5 死铁层厚度 ........................................................................................................... 50 3.1.6 炉缸尺寸计算 ....................................................................................................... 51 3.1.7 炉腰直径 炉腹角 炉腹高度 ................................................................................. 51 3.1.8 炉喉直径 炉喉高度 炉身高度 炉腰高度 ............................................................ 51 3.2 炉容的校核...................................................................................................................... 52第四章 高炉各部位耐火材料的选择及计算............................................................ 544.1. 各部位砖衬的选择......................................................................................................... 54 4.1.1 炉底、炉缸部位的选择 ....................................................................................... 54 4.1.2 炉腹部位的选择 ................................................................................................... 54 4.1.3 炉腰部位的选择 ................................................................................................... 54 4.1.4 炉身及炉喉部位的选择 ....................................................................................... 55 4.2 各部位砖量计算.............................................................................................................. 55 4.2.1 炉腹的计算 ........................................................................................................... 56 4.2.2 炉腰的计算 ........................................................................................................... 57 4.2.3 炉身的计算 ........................................................................................................... 57 4.3 砖衬的砌筑...................................................................................................................... 58 4.4 高炉炉体用耐火材料性质及参数表.............................................................................. 59第五章 冷却介质及冷却设备的选择........................................................................ 675.1 各部位冷却器的配置...................................................................................................... 67 5.2 软水密闭循环系统.......................................................................................................... 67 5.2.1 高炉软水闭路冷却系统工作原理 ....................................................................... 68 5.2.2 软水闭路冷却的特点 ........................................................................................... 68 5.2.3 硬水的软化过程 ................................................................................................... 69第六章 高炉钢结构及高炉基础................................................................................ 70 第七章 渣铁处理系统................................................................................................ 717.1 风口平台及出铁厂.......................................................................................................... 71-5-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）7.1.1 风口平台的选择 ................................................................................................... 71 7.1.2 出铁场的选择 ....................................................................................................... 71 7.1.3 圆形出铁厂与矩形出铁厂的比较 ....................................................................... 71 7.1.4 环形出铁场的优点 ............................................................................................... 72 7.2 炉前设备.......................................................................................................................... 73 7.2.1 开铁口机............................................................................................................... 73 7.2.2 液压泥炮............................................................................................................... 73 7.2.3 摆动流嘴............................................................................................................... 73 7.2.4 炉前运输工具 ....................................................................................................... 73 7.2.5 铁水罐对位 ........................................................................................................... 74 7.3 铁水的处理...................................................................................................................... 74 7.4 炉渣的处理...................................................................................................................... 75 7.4.1 炉渣处理方法的选择 ........................................................................................... 75 7.4.2 冷热 INBA 法比较 ............................................................................................... 75 7.4.3 因巴（NIBA)法炉渣粒化装置工艺流程 ............................................................ 76参 致考文献.................................................................................................... 77专题论述―高炉长寿的探讨...................................................................................... 79 谢.................................................................................................................... 85--6-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）第一章 文 献 综 述1.1 我国钢铁行业发展现状对任何国家而言， 钢铁行业都是一个非常重要的基础行业，一个国家的经济 要腾飞，社会的进步都直接地依赖钢铁行业的发展。建国初期，百废待兴，面对 薄弱的钢铁工业，当时党和国家领导人对钢铁工业非常重视。时至今日，我国钢 铁行业经过数代人的艰苦努力，发生了翻天覆地的变化，其产量从 1950 年的 14 万吨发展到 2005 年的 3.49 亿吨以上，55 年增加 2000 多倍。现在我国钢铁产量 占世界总产量的三分之一以上，成了名副其实的钢铁大国。 然而，我国虽然是钢铁大国，但却不是钢铁强国，其主要表现在以下几个方 面： (1)虽然年人均产量达到甚至超过世界人均产量， 但按人均历史累积拥有量 计算，仍然处于世界较低的水平。 (2)钢材的品质较差，大部分产品集中在较低档次，很多高品质的、特种的 钢材欠缺，仍需大量进口。 (3)品种少，档次低。普通的棒线材品种多、产量大，而国家急需的板材等 品种少。 (4)工艺技术落后。目前我国大高炉少，小高炉多，1000m3 以下高炉占大多 数；炼钢 100t 以下转炉炼钢所占的比例同样很大。这些小高炉、小转炉技术落 后，能耗高，污染大，使得我国钢铁工业整体技术水平偏低，环境污染严重、能 源消耗大、经济效益低，缺乏国际竞争力。 因此，我国还不是钢铁强国，今后的主要发展方向不是增加产能，而是加强 技术投入，淘汰落后的小高炉、小转炉，建设技术水平高的大高炉、大转炉，增 加钢材品种，改善钢种质量，采用新技术、新工艺、新设备、新材料，减少环境【 污染，降低能源消耗，提高经济效益，增强国际竞争能力。1】1.2 高炉炉型发展史原始型高炉,呈契形，由于当时工业不发达，高炉冶炼以人力、蓄力、风力、-7-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）水力鼓风，鼓风能力很弱，为了保证整个炉缸截面获得高温，炉缸直径很小，冶 炼以木炭或无烟煤为燃料， 机械强度很低，为了避免在高炉下部压碎而影响料柱 透气性，故原始高炉高度很小，为了人力装料方便并能够将炉料装倒炉喉中心， 炉喉直径很小， 而大的炉腰直径减小了烟气外流速度，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， 炉身下部直径大等等， 是原始高炉炉型的共同特点。 19 世纪末叶，由于蒸汽鼓风机和焦碳的作用，炉顶装料装置逐步实现机械 化，高炉内型趋向于扩大炉缸炉喉直径，并向高度方向发展，逐渐形成近代五段 式高炉炉型。最初的五段式炉型，由于受德国的 L．格留涅尔思想影响，基本上 是瘦长型，德国、美国高炉有段时间炉型都是瘦长型，由于冶炼效果并不理想， 相对高瘦又逐渐有所降低。 近代高炉，由于鼓风机能力进一步提高，原料燃料处理更加精细，高炉炉型［2］ 向着“大型横向”发展 。1.3 国外高炉发展现状为了进一步提高劳动生产率，降低成本，增加生铁产量，从 60 年代初世界 出现容积为 2000m3 级的高炉以来， 国外新建高炉的容积迅速增大。 进入 70 年代 后，日本建造了 4000 m3 级的高炉，使高炉大型化的发展速度更迅速。继日本之 后， 前苏联于 1974 年建起 5026m3 的巨型高炉， 从而出现了日苏两国相争巨型高 炉之冠的局面。迄今为止前苏联 5580m3 高炉仍为世界最大的高炉。 欧洲高炉委员会（简称 E.B.F.C）12 国的高炉座数从 1987 年的 95 座减少到 1992 年的 72 座， 生铁产量从 8810 万吨增加到 8860 万吨， 平均单炉年产量从 92.7 万吨上升为 123 万吨，预计到 2010 年高炉座数将进一步减少到 50 座左右。北 美（美国和加拿大）高炉座数从 1973 年的 170 座减少到 1993 年的 49 座，同时 生铁产量从 10100 万吨减少到 5900 万吨，但平均单炉年产铁量却从 59.4 万吨增 加到 120.4 万吨。其中美国生产高炉座数近 10 年来又减少了八座，而生铁产量 却增加了 27%。 日本高炉座数从 1973 年的 60 余座减少到 1993 年的 33 座， 同时 生铁产量却从 9000 万吨减少到 7374 万吨，但平均单炉年产生产铁量却从 180 万吨增加至 223.5 万吨。近 10 年来日本高炉座数又进一步增加。以上各地区高-8-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）炉单炉产量的提高。除高炉大型化以外，固然还有提高利用系数的因素，但显然 大型化是主要的。 高炉向大型化发展，是不是高炉越大越好，多大容积的高炉最为合适，目前 仍尚无定论。据日本的分析指出，炉容越大，单位容积的设备费用越便宜。但这 种倾向随着炉容的增大而逐步减缓。如果综合作业费和设备在一起加以比较，以 2000m3 的高炉为基准，炉容增大到 2500m3 范围时，随着炉容的增大，其经济效 益是显著的。如果再继续增大，其经济性就逐步减缓。当增大到 4000m3 以上时， 随着炉容的增大，其经济性就不明显了。且高炉越大，要求炉料的强度越高，需 要配置的设备越大，这给高炉的建设、生产和维修等都带来困难。另外，当高炉 需要停炉或大修时，牵扯到其他厂矿的生产平衡问题也越严重。目前，特大型、 巨型高炉以 4000m3 左右的居多。世界各国对建造 6000m3 级高炉的可能性不大， 且对建造 5000m3 级高炉的积极性也不大。1.4 我国高炉发展现状目前， 我国高炉特点是大中小型高炉并存。炉顶设备在我国目前已都采用无 钟炉顶旋转布料器。 我国钢铁工业底子薄。刚解放时，全国只有 7 座高炉，1949 年的钢产量仅 为 15.8 万吨，居世界第 26 位，设备水平极为落后。改革开放以前，由于种种原 因，高炉大型化发展速度一直比较缓慢。改革开放以后，我国花大力气投资建造 了一大批高炉，其中也有一些总体装备较高的大型、特大型高炉。然而虽然新建 的高炉星罗密布，但 1000 m3 以下的中小型高炉座数相比却很少。且这些中、小 型高炉的装备水平大多数都比较落后。 根据《钢铁工业统计年报》 （2001）和有关资料显示，全国大中型钢铁联合 企业高炉 265 座，生产能力 12508 万吨/年，其中大于 1000 m3 的高炉 51 座，生 产能力 6542 万吨/年，占生产能力的 52.3% m3 高炉 4 座，2001 年生 铁产量 1674 万吨，宝钢 1 号高炉（4063 m3）和 3 号高炉（4350 m3）利用系数 2.29，1 号高炉焦比 269kg/t，风温 1253℃。武钢 5 号高炉以运行 15 年，这批特 大型高炉工艺设备、自动化水平和技术经济指标属于国际先进水平。
m3 高炉 21 座，生产能力 2876 万吨，平均利用系数不小于焦比-9-内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）390kg 左右，大多数高炉风温在 1200 ℃以上。这批高炉为国内先进水平，某些 技术经济指标达到国际先进水平。 m3 高炉 27 座，生产能力 2358 万 吨，平均利用系数大于 2，焦比 450 K，邯钢 5 号高炉达 375 K。这批高炉普及 及无料钟炉顶、软水密封冷却、钢或铜质冷却壁、智能控制专家系统等。300～ 999 m3 高炉 134 座，生产能力 4923 万吨，大多数高炉利用系数在 2 以上，达到 3 的有 26 座，三座高炉利用系数达 3.72，入炉焦比 395kkg，风温 1075OC。这批 高炉在一定时期内是有生命力的。100～299 m3 高炉 54 座，生产能力 673.64 万 吨，100 m3 以下的小高炉 15 座，生产能力 122.3 万吨。多数小高炉能耗高，污 染严重，应逐步淘汰。 可见，我国高炉大型化虽有发展，但总体看，高炉技术装备水平较低。其特 点是大、中、小高炉并存，炉子多，分布广，平均炉容小，生产效益低，能耗高， 经济技术指标差，产品质量较低，环境污染较严重。在适当时机，各企业应扩容 改造，提高现代化水平。 送风系统方面除少数大型高炉采用了出口风压高的轴流式鼓风机， 外燃式热 风炉，大多数高炉仍采用的是出口风压较低的离心式鼓风机和普通内燃式热风 炉，风温一般都在 ℃范围，我国高炉采用顶燃式热风炉正在试用中。 上料系统普遍采用斜桥料车及卷扬机上料， 大部分新建高炉采用了胶带运输 机上料，炉后一般都采用了槽下筛，胶带运输机和称量漏斗供料。基本实现了炉 后供料机械化和自动化。 炉前机械设备已由过去普通采用的电动泥炮，逐步推广到采用矮身液压泥 炮。 冲钻式开铁口机在部分高炉上采用， 通过压缩空气的堵渣口机得到普遍应用。 在新建和改建的部分大型高炉上还设置了换风口机和炉前烟气除尘设备。 但大多 数高炉仍采取人工拆换风口，炉前工作条件仍然很差。 炉前熔渣水淬新技术，铁水摆动流嘴。插棒法开铁口，大型鱼类罐铁水车等 在新建和改建的大型高炉上被采用。 热风炉余热回收利用，煤气余压发电回收能源等新技术已逐步得到推广使 用。并已获得良好的经济效益。 我国高炉采用喷煤粉技术较早推广，其特点是煤、油联合喷吹，喷吹量大。 但是近些年来喷煤技术进展不大，在自动化等新技术方面落后于日本等发达国- 10 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）家。我国由于制氧机的生产满足不了高炉生产的需要，鼓风富氧率很低。富氧鼓 风在国外发展很快。 我国高炉一般只用几台微型计算机控制炉后上料，热风炉燃烧与换炉等。而 没有炉况判断与预报悬料等过称控制的大型计算机。 合理的炉型设计是高炉长寿的基础， 但其合理性最终还要视日后操作内型的 适应性而定。 冶炼包头矿的包钢高炉炉型逐步趋于矮胖，炉身有效高度与炉腰直 径的比值，比以前降低了很多，包钢四号高炉的生产实践表明，高炉的内型趋于 矮胖，对炉况的适应性强，有利于强化冶炼，生产指标不断优化，此外，炉型方 面表现出的的另一个特点为：死铁层深度不断加深。 为了克服铁水渗透侵蚀， 铁水环流冲刷对炉腹p炉缸造成的破坏，进一步满 足强化冶炼的需要和实现更高的长寿目标，适当加深死铁层深度，从而降低炉缸 壁的铁水流速， 减轻铁水环流造成的强烈冲刷是必要的。炉腹高度的设计上也呈 现出一些变化， 主要是对炉腹的高度增加了。这主要是考虑包头矿的结构缜密较 难熔化， 加高炉腹后可以使炉料在炉腹区域停留时间延长，即减轻了炉缸的融化 滴落，而且还有利于扩大渣皮保护区域。 另外一套成熟的技术如矮胖炉型， 优质耐材 （氮化硅结合碳化硅砖、 铝碳砖） 、 球墨铸铁冷却壁，关键部位软水密封循环冷却，合理的上下部调剂、喷补、压入 造衬、无料钟炉顶、外燃式热风炉等。 还有一些高炉长寿新技术如全炉体冷却，铜冷却壁的应用。软水密封循环冷 却等的应用。 作为高炉冷却系统主流发展模式的软水密封循环冷却技术可以使冷 却水质得到极大改善， 解决冷却水管结垢的致命问题，高效冷却器充分发挥重作 用提供技术保障。 高炉长寿是系统流程，在大喷煤，高利用系数强化冶炼条件下，应坚持精料 方针，不断提高原料质量稳对成分，减少入炉粉末，进一步优化炉料结构，控制 煤气流的分布，减少对炉墙的侵蚀。提高鼓风动能，活跃炉缸，稳定炉温，不但［3］ 是包头矿冶炼顺行的基础，也是高炉长寿的必要措施。1.5 高炉炉体系统炉体系统是整个高炉炼铁系统的心脏部位， 其他所有系统最终都是为炉体系- 11 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）统服务的， 高炉炼铁几乎所有的化学反应都在炉体完成，炉体系统的好坏直接决 定了整个高炉炼铁系统的成功与否， 高炉一代炉役寿命实际上就是炉体系统的一 代寿命，所以说炉体系统是整个高炉炼铁最为重要的系统。 炉体系统除了最为重要的炉型外， 还包括炉壳、 内衬、 冷却元件、 冷却介质、 等附属设备。 高炉炉型。 高炉炉型指的是高炉工作空间的形状。现代高炉的炉型为五段式 炉型，自上而下由以下五部分组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸。在炉喉上 部还有炉顶平台和炉顶钢圈。[5] 五段式的炉型既满足了炉料下降时受热膨胀和还原熔化以及造渣过程的需 要，也适应了煤气上升过程中冷却收缩的情况。实践已经证明，五段式作为一个 现代炉型结构满足了炼铁生产的需要，并已取得明显效果。高炉炉型作为一个外 部条件对冶炼过程有很大影响，炉型各段在冶炼过程中的特征表现及作用如下： 1.5.1 炉喉 炉喉主要起着保护炉衬、 合理布料和限制煤气灰被气体大量带出的作用。在 这里形成煤气流的 3 次分布， 由炉喉煤气曲线可以从另一侧面看出高炉的冶炼行 为。 其炉喉形状大小随高炉使用原料条件的变化而变化。一般炉喉直径与炉腰直 径之比(dl／D)为 0.69～0.72， 其高度在 3m 以内。 正常生产时， 炉喉温度为 200～ 500℃。由于炉料的撞击和摩擦比较剧烈，钢砖一般选用铸钢件。 1.5.2 炉身 炉身主要起着炉料的预热、加热、还原和造渣的作用。在这里发生了一系列 的物理化学变化。 为了使炉料顺利下降和煤气不断上升，炉身要有一定的倾斜度 (通常用炉身角 ? 表示)，以利于边缘煤气有适当发展。当炉身角太大时，边缘煤 气不发展，便会发生悬料事故，造成高炉不顺行；反之，炉身角太小，大量的煤 气会从边缘跑掉，煤气能量利用变差，矿石就得不到充分的加热和还原，以至焦 比上升。因此，合适的炉身角很重要，一般以 80°～85°30′为宜。小高炉的 料柱低，为了充分利用煤气的热能和化学能，炉身角应稍大些；反之，炉身角应 稍小些。- 12 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）1.5.3 炉腰 炉腰起着缓冲上升煤气流的作用。 炉料在这里已部分还原造渣， 透气性较差， 故炉腰直径有扩大之势，炉腰高度则不宜过高，大高炉一般为 2m 左右，如某厂 1000m3 高炉，其炉腰高度仅 6160mm。另外，因为炉腰部位的物料冲刷严重，所 以炉腰是高炉的一个薄弱环节。 1.5.4 炉腹 炉腹连接着炉缸和炉腰。 其上大下小，为适应气体体积增加和炉料变成渣铁 后体积缩小的需要而设置， 炉腹的倾斜区(用 ? 角)表示。 为了改善此处炉料的透 气性(该部位既有液态的渣铁，又有固态的焦炭)，炉腹角也有扩大的趋势，一般 大中型高炉炉腹角在 76°～82°之间。另外，炉腹部位温度很高，并有大量熔 渣形成，所以渣蚀严重，又是高炉部位的一个薄弱环节。[5] 1.5.5 炉底、炉缸 炉底、炉缸主要起着燃烧焦炭和储存渣铁的作用。随着冶炼强度提高，炉缸 直径也在扩大。 炉缸部位工作环境最为恶劣。特别是风口区温度是高炉内温度最 高的地方，内衬除受高温作用外，还受渣铁的化学侵蚀和冲刷。炉底主要受到渣 铁特别是铁水的侵蚀，侵蚀形成一般为蒜头状炉底。由于炉缸、炉底内衬的侵蚀 不易修补，所以炉缸、炉底寿命的长短往往决定着一代高炉寿命的长短。炉缸部 位分上 、中、 下，炉缸分别装有风口p铁口。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 截面积应保证一定数量的焦碳和喷吹燃料的 燃烧， 炉缸截面燃烧强度 I (t/m3.h)是高炉冶炼一个重要指标。 燃料的燃烧强度， 我国强化高炉曾达到过 1.5t/m3.h，目前为 1.0～1.25t/m3.h，国外高炉一般为 1.0t/m3.h 左右。 炉缸高度的确定包括渣口的高度p 风口高度的确定以及风口安装尺寸的确 定。 高炉炉型是炉体系统的基础，炉型的好坏不但关系到高炉是否高产稳产， 也关系到高炉煤气利用的好坏和燃料比的大小，同时，也对高炉寿命的长短起着- 13 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）重要作用。 高炉炉型应该根据炉容大小、矿石品种、品位、熟料率、球团率、焦炭质 量以及内衬和冷却壁的形式等多种因素共同确定。一般而言，炉容越大、品位越 高、熟料率越高、球团比越大、内衬越薄、炉型相对越矮胖，反之炉型越瘦长。 在我国， 随着各钢铁企业大力提高矿石品位、提高熟料率及球团比以及薄壁内衬 的盛行，高炉有逐渐矮胖的趋势。【3】本设计以五段式的高炉为标准进行设计。1.6 高炉内衬内衬是指高炉内砌筑的耐火材料。 高炉炉内不同部位的耐火材料所接触的物 质和温度是不同的，在设计高炉时，应根据高炉的部位破损及蚀损机理，合理选 择砌筑内衬的耐火材料。 高炉常用的耐火材料主要有教土质类、高铝质类、铝碳质类、碳化硅质类、 刚玉质类、炭质和石墨质类。 随着对高炉炉体寿命要求越来越高， 人们对炉腹及其以上区域和炉缸区域的 内衬要求有了更深的认识。 在炉腹及其以上区域，再好的内衬对延长炉体寿命的 作用也是有限的，提高寿命主要靠可靠的冷却元件和有效的冷却系统，因此，现 代高炉对在炉腹及其以上区域的内衬材质不作过分高的要求， 且内衬厚度趋势是 越来越薄。在炉缸区域，内衬材质和结构对炉体寿命有极大影响，所以炉缸部位 的内衬材质越来越高档，陶瓷杯、各种高品质炭砖、石墨质砖已普遍在现代高炉 炉缸中应用。[5] 1.6.1 我国高炉内衬发展过程 我国高炉炉型， 由于原燃料条件和操作的改善，由 20 世纪 50 年代的较细长 型高炉逐步演化成符合原料条件和操作制度的较矮胖炉型发展。 随着原料条件和 操作水平的进一步改善，高炉炉型继续向矮胖、横向扩大的趋势。 随着高炉炉膛型的演化，高炉本体结构也有了很大演变。高炉炉体结构的 演变，可分为四阶段： 第一阶段：20 世纪 50～60 年代，渣口以下用光板冷却壁，渣口以上用冷却- 14 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）板。内衬以粘土砖为主，炉底厚度达 mm，炉腰以上内衬厚度为 900～ 1150mm。 第二阶段：60～70 年代，渣口以下来用高铝砖，炉底用炭砖或炭捣加高铝 砖加风冷的综合炉底，炉腹砖衬厚为 345mm，炉身为 920mm。风口以下采用光板 冷却壁，炉腹采用镶砖冷却壁，炉腰、炉身采用镶砖冷却壁，结合支梁式水箱或 扁水箱结合支梁式水箱等。 第三阶段：70～80 年代，由于高效耐火材料的出现，炉体结构更加符合强 化和长寿。 但是这一阶段出现了一种盲目采用高级耐火材料的倾向， 结果投资大， 效果不明显。国外冷却壁虽然出现第二代、第三代，但是国内高炉没有多大的变 化。高炉内衬采用了硅线石砖、石墨化或半石墨化炭砖、氮化硅结合的碳化硅砖 等。炉底由水冷代替了风冷。 第四阶段：80 年代以后，高炉长寿的矛盾由炉底转移到炉身下部，开始重 视炉身下部的寿命。 由于炉底采用了石墨化、半石墨化炭砖和高铝砖或铝炭砖配 合水冷炉底能够保持一代炉龄甚至更长。 所以一代寿命突出的问题出现在炉身下 部，因此，为了延长炉身下部寿命，出现了第四代冷却壁、铜冷却壁和冷却板， 软水闭路循环冷却等新设备、新工艺等新技术。高炉内衬发生了很大的变化，炉 底采用水冷薄炉底；炉底、炉缸采用炭砖、热压炭砖或陶瓷杯砖等；铁口、风口、 渣口区域采用组合砖；炉腰、炉身采用碳化硅砖、铝炭砖、Si3N4 结合的碳化硅 砖等不同部位采用不同材质的耐火材料。镶砖冷却壁由镶高铝砖、粘土砖发展到 镶铝炭砖、 碳化硅砖或高效捣打料等， 不少高炉采用了第三代冷却壁或铜冷却壁， 从而进一步提高了一代炉龄寿命。[6] 1.6.2 高炉炉体内衬结构基本形式和发展现状 1.6.2.1 炉底、炉缸部位 炉底、炉缸主要有 3 种形式：水冷炭砖综合炉底、陶瓷杯结构形式、UCAR 热压小炭砖结构形式。近几年，也有采用陶瓷杯十热压小炭砖的结构形式。 (1)水冷炭砖综合炉底、炉缸形式是我国高炉的传统形式，其炉底一般采用 多层大块炭砖， 炉缸侧壁环砌大块炭砖，在炉底炭砖上部和环砌炭砖内侧砌筑一 至多层教土和高铝保护砖。由于普通融土和高铝砖抗渣铁侵蚀和冲刷能力较差，-- 15 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）现代高炉已很少采用这种形式，即使个别高炉采用水冷炭砖综合炉底炉缸形式， 一般也采用含 Al2O3：70％～75％的高档高铝砖，以达到类似陶瓷材料的效果。 (2)陶瓷杯结构形式， 陶瓷杯结构形式是我国高炉目前采用最为广泛的炉底、 炉缸结构形式，其炭砖部分与综合炉底、炉缸结构形式基本相同，但炉底炭砖上 部和炉缸炭砖内侧砌筑有专门设计的陶瓷材料， 整个陶瓷材料在炉缸形成一个杯 形结构，称陶瓷杯。此种结构炉底一般为普通炭砖、石墨炭砖、半石墨炭砖，微 孔炭砖中的 2～3 种分层砌筑，炉缸侧壁采用半石墨炭砖、微孔炭砖、超微孔炭 砖 1～2 种分区砌筑，而整个炭砖内侧为优质陶瓷材料。在生产过程中，陶瓷材 料由于具有高的抗压、 抗折强度，能够有效地缓解渣铁对内衬造成的化学侵蚀和 机械冲刷，从而减轻和杜绝“蒜头状”侵蚀的形成。另外，陶瓷材料具有较好的 隔热能力，而半石墨化、微孔炭砖、超微孔炭砖又具有较高的导热性能，两者相 互作用能有效地将 1150℃等温线维持在陶瓷材料保护层内，从而较好地解决了 炉底、炉缸的长寿问题。陶瓷杯主要有两种结构形式：一种是法国陶瓷杯结构， 一种是国产陶瓷杯结构。 法国陶瓷杯采用的是大块结构形式， 采用浇注预制块(现 在也有小块机压砖)，块与块之间相互咬砌，其优点是结构稳定性好，不会产生 倒塌和漂浮，其缺点是施工困难，投资较高。国产陶瓷杯结构一般采用小块砖， 多数采用机压，其优点是结构致密、施工方便、价格便宜。 (3)UCAR 热压小炭砖结构形式，炉底结构形式与陶瓷杯结构形式基本相同， 采用大块炭砖， 一般在炭砖上面砌筑 1―2 层陶瓷垫；侧壁采用 UCAR 热压小炭砖 砌筑外加教土保护砖。热压小炭砖气孔率低、孔径小、导热性能优异，具有良好 的抗渣铁侵蚀性能。在实际工作中，主要是利用其优异的导热性能，在生产过程 中其热面形成一层非常稳定的渣铁混合物保护层， 即使在极端情况下这层保护层 遭到破坏，仍具有自修复能力。这种结构形式在我国已有多座高炉采用，实践证 明同样能够满足高炉长寿的要求。 以往，人们对风口区域的内衬材料和结构形式的重要性认识不足。而实际 上，从整个高炉内衬结构看，风口区域内衬起着承上启下的作用。风口区域的材 质选择和结构设计的合理， 既是对下部砖衬的有效保护，又是对上部砖衬的有效 支撑。因此，现代高炉风口区域一般选用刚玉质、刚玉莫来石质、硅线石质和碳 化硅质等材料，其结构上大部分采用组合砖形式，以增强其结构稳定性。另外，-- 16 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）从高炉长寿的观点出发，渣、铁口区域一般也采用组合砖。 1.6.2.2 炉腹及其以上部位 炉腹及其以上部位， 由于采用不同的冷却设备和建设单位的不同需求，炉衬 结构有较大差别，主要有以下几种： (1)全冷却壁炉衬结构，内衬砌砖。 这种结构不但影响高炉内煤气的正常分布， 其本身也是高炉长寿的一大障 碍。悬台及水箱由于所处位置特殊，承受的热负荷大，特别是现代高炉实现大喷 煤后，由于软熔带的大幅反翘上移，边缘气流更为严重，它们所承受的热负荷也 更为巨大，因此很容易损坏，而其一旦损坏，不但内衬失去了支撑，成片脱落， 而且还打乱了整个水系统的平衡，导致其他冷却元件的连锁破坏。凸台的损坏将 对其冷却壁母体产生极大的连带破坏作用。然而，由于这种结构可以冷却全部炉 壳，热损失少，冷却均匀等优点，故在中小型高炉中还较多采用。 (2)砖壁合一(即镶砖冷却壁)炉衬结构，内衬不再砌砖。 砖壁合一、薄壁内衬高炉由于内衬很薄，在实际生产中，不管内衬的侵蚀与 否，其内型变化不大，设计内型就是高炉一代炉役的操作内型，也就是说，高炉 在一代炉役里，其内型是基本不变的。正因为如此，砖壁合一、薄壁内衬结构高 炉的内型设计与传统内衬结构高炉的内型有很大不同。对传统高炉而言，由于内 衬厚，在实际生产中，内衬侵蚀后其实际工作内型与设计内型有很大差别，设计 时炉腹及炉身角相对较大，而真正的最佳内型是在生产后 2～4 年的实际内型， 这时高炉内型的特点是：炉腰扩大、炉身及炉腹角变小、实际高径比相对降低， 在这个期间，高炉生产顺行稳定，容易接受风量，喷煤效果好，焦比低，产量高。 因此，砖壁合一、薄壁内衬高炉内型炉腰直径较大，炉腹及炉身角较小，炉身角 一般控制在 80°～85°30′，炉腹角一般控制在 76°～82°。国外个别高炉其 炉腹角仅为约 73°左右。这种结构形式，目前国内 1000m 以上高炉普遍采用。 砖壁合一、薄壁内衬结构的砖型一般为非标，直接镶嵌在冷却壁上，镶嵌既 可采用冷镶，也可采用热镶，视具体情况而定。砖高的尺寸一般在 150～200mm，【5】 砖厚一般在 100～200mm，砖宽一般在 100～150mm。 3(3) 冷却板为主的炉衬结构 这种结构形式的优点是，对砖衬提供高效的冷却，有利于支撑砖衬，更换简-- 17 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）便、快捷，当设计成多通道结构可提高冷却效率，采用密集式布置可以增强冷却 效果；缺点是热损失大，不能对炉壳提供均匀、全部冷却，高温状态下易弯曲变 形，炉壳开孔多、设计复杂，不利于形成稳定的操作炉型，要求匹配高级耐火材 料。目前，国内用于 3200m3 少数高炉和大多数 4000m3 级特大型高 1.6.3 高炉各部位内衬发展趋势 1.6.3.1 炉底、炉缸衬结构发展趋势 水冷炭砖综合炉底、 炉缸结构形式难以满足现代大高炉的长寿要求，已经逐 步淘汰。新建大中型高炉几乎全部采用陶瓷杯结构形式和 UCAR 热压小炭块结构 形式，其中又以采用陶瓷杯结构形式为主。UCAR 热压小炭块结构形式，在这些 年其结构形式变化不大， 仅在炉底炭砖表面增加了类似陶瓷杯结构的陶瓷垫。陶 瓷杯结构形式， 其整体结构形式变化也不是很大， 仅在砖型上有一定变化。 另外， 法国陶瓷杯采用大块砖， 且一般为自由式， 陶瓷杯与炭砖之间存在比较宽的环缝， 容易引起渗铁， 国产陶瓷杯采用小块砖为主， 不存在宽缝， 而且一般设计有杯沿， 避免了铁水的渗透。陶瓷杯结构形式，虽然近年来在结构上变化不大，但在材质 上却一直在不断改进，在陶瓷杯应用初期，主要以黄刚玉、棕刚玉为主，而现在 则发展到主要以致密刚玉、微孔刚玉、刚玉莫来石、塑性相复合刚玉等为主，其 产品质量大大提高。 炉底、炉缸炭砖发展也很快，以前的高炉主要采用普通炭砖和半石墨炭砖， 现在的高炉已普遍采用微孔、超微孔、 、石墨炭砖等，其导热性能、抗渣铁侵蚀 等性能大大提高。 另外，铁口和风口区域内衬结构也发生了很大变化，以前一般采用小块标 砖砌筑， 而现在普遍采用组合砖结构形式。铁口组合砖一般有大块组合砖(全炭) 和小块组合砖两种，其中小块组合砖应用的较为普遍，材质一般为刚玉类。风口 组合砖也分大块和小块两种， 大块一般采用浇注预制块，小块有离心浇注和机制 浇注两种，材质一般均为刚玉类。目前，几种形式的铁口组合砖和风口组合砖， 在现代高炉中越来越多的广泛采用。[7] 1.6.3.2 炉腹及其以上区域内衬结构发展趋势 现代高炉在内衬结构上最大的技术进步是，砖壁合一薄内衬技术的发展。传[6]-- 18 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）统高炉过分倚重内衬，内衬厚度一般在 575～805mm，个别高炉内衬厚度达到 900mm 以上，而实际长寿效果并不理想。事实上，厚内衬侵蚀分为两个阶段，在 高炉生产的初期，内衬热面温度很高，即使导热性很好的砖，由于内衬过厚，冷 却元件冷却能力不足，热面温度仍很高，不易形成牢固的渣皮，加上不管是采用 凸台，还是密集式冷却板，内衬热面相当厚的一部分内衬仍得不到有效支撑，内 衬侵蚀脱落很快，我们称为快速侵蚀阶段；当内衬侵蚀到 100～200mm 时，由于 冷却作用的逐步加强， 结渣挂渣条件得到改善，且这部分的内衬支撑条件相对较 好，内衬侵蚀速度减缓，我们称为相对稳定阶段。内衬的寿命，实际上主要是由 相对稳定阶段所决定的。再好再厚的内衬，其对高炉长寿的贡献也是有限的，国 外高炉在原料条件、操作条件都非常稳定的情况下，内衬寿命一般也只有 3～4 年；国内的高炉，由于种种原因，原料条件、操作条件及内衬材质和国外还有相 当差距，其内衬的实际寿命更短。[7] 因此，增加内衬厚度并不能取得明显的长寿效果。事实上，在高炉一代炉役 里， 炉墙绝大部分时间要靠渣皮来保护，如何形成稳定坚固的渣皮和提高渣皮脱 落后快速恢复的能力，才是解决高炉长寿的关键所在。砖壁合一、薄壁内衬技术 正是抓住这一核心问题，从热平衡原理人手，通过提高冷却壁本身的换热能力， 改进冷却壁结构及材质，减薄内衬，提高炉墙的结渣、挂渣能力，从而达到延长 高炉寿命的目的。 在欧洲等许多国家，由于原料条件好、操作管理水平高，把砖壁合一、薄壁 内衬结构高炉舶内衬材料看得并不重，不少砖壁合一、薄壁内衬高炉的内衬仅仅 是一层 50～100mm 厚的喷涂材料。但在国内，由于原料条件相对较差，操作管理 水平不高，特别在开炉初期，炉况波动大，渣皮不稳定，这时若有一定厚度的砖 衬对冷却壁的初期保护有利， 砖衬虽然寿命不长，但砖衬的材质和结构若选择合 理，仍能维持 2～3 年的寿命，因此国内砖壁合一、薄壁内衬结构高炉一般仍然 采用有一定厚度的砖衬。另外，对于采用部分铜冷却壁的高炉，在铜冷却壁区域 也可采用直接喷涂形式。[7] 1.6.4 高炉用各种耐材的介绍 高炉用耐火材料应符合下列要求-- 19 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）1）在长期高温的作用下体积稳定性好 2）机械强度高，具有良好的耐磨性 3）高温结构强度高 4）氧化铁含量低 5）组织致密，气孔率低，抗渣性好 高炉用耐火材料有陶瓷质材料和碳质材料两大类。陶瓷质材料有黏土砖、高 铝砖、刚玉砖和不定型耐火材料等；碳质材料有炭砖、石墨砖、石墨碳化硅砖、 氮结合碳化硅砖、黏土结合硅砖等。 （1）陶瓷质耐火材料 黏土砖和高铝砖亦称陶瓷质或黏土质耐火材料， 在高炉上使用已有较长久的 历史，现在也广泛应用于高炉各个部位。黏土砖、高铝砖具有良好的机械强度、 耐磨性和抗渣性均较好， 成本较低。但对黏土砖和高铝砖的化学组成及其性能有 一定的要求：A 化学成分 Al2O3 含量要高，Fe2O3 含量要低。B 耐火度要高。C 荷重 软化点要高。D 重烧收缩要小。E 气孔率要低。 （2）碳质耐火材料 在高炉上使用碳质耐火材料是黏土砖质耐火材料之后。近代高炉逐渐大型 化，冶炼强度也有所提高，炉衬热负荷加重，碳质耐火材料具有独特的性能，逐 渐应用到高炉上来。 尤其是炉缸底部几乎普遍采用碳质材料，其他部位炉衬的使 用量也日趋增加。碳质耐火材料的主要性能有：A.耐火度高，碳是不熔化物质， 在 3500℃碳质耐火材料具有良好的抗渣性，对酸性与碱性炉渣有很好的抗蚀能 力。B.具有高的导热性、抗抵热震性好，可以很好地发挥砖衬冷却器的功效，有 利于延长炉衬寿命。 C.热膨胀系数小， 热稳定性好。 D.对氧化性气体抵抗能力差， 易氧化。一般碳质耐火材料在 400℃能被气体中氧氧化，500℃开始和水蒸气作 用，700℃时开始和二氧化碳作用。碳化硅质材料发生上述反应温度要高一些。 （3）不定型耐火材料 不定型耐火材料主要有捣打料、喷涂料、浇注料、泥浆和填料等。按成分可 分碳质不定型耐火材料和黏土质不定型耐火材料。捣打料、喷涂料、浇注料可根 据需要和部位的不同，形成各种形状。泥浆是砌体不可缺少的填缝黏结剂质。不 定型耐火材料与成型耐火材料相比具有成型工艺简单、能耗低、整体性好、抗热 震性好、 耐剥落等优点， 还可以减少炉衬厚度， 改善热导率等， 近年来使用较多。- 20 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）高炉砌砖用泥浆、填料，它们的使用技术也不断的在改进。[7] 近代高炉逐渐大型化，冶炼强度也有所提高，炉衬热负荷加重，碳质耐火材 料具有独特的性能， 逐渐应用到高炉上来。由其是炉缸底部几乎普遍采用碳质材 料，其他部位炉衬的使用量也日趋增加。 国内高炉一般都采用高铝砖、粘土砖和普通碳砖砌筑,高炉一代寿命普遍较 短,而且一代炉龄中还需进行 1-2 次中修。80 年代以来,随着耐火材料技术的发 展,出现了不少适合高炉各部位不同条件下的新型耐火材料,使高炉寿命大大延 长。从这些新型耐火材料的性能比较来看,碳化硅砖、半石墨化砖等材料的性能 较好,但价格较贵。而铝碳砖从 1989 年陆续在小、中、大高炉上使用,从其使用 的效果来看,具有一定的优越性,而且价格较便宜。铝碳砖的导热性好,从而可使［8］ 砖的热面温度下降,提高了它的抗碱性和抗氧化性,可用于高炉炉身部位。1.7 高炉的冷却在高炉中设计冷却系统的主要目的是维护炉衬在一定的温度下工作， 使其不 失去强度， 保护炉型， 形成渣皮保护炉衬代替炉衬工作， 保护炉壳及各种钢结构， 使其不因受热而变形或破坏。 高炉炉衬的冷却是由插入砌体或置于砌体外缘表面 金属冷却器件的内部通过冷却介质完成的。 1.7.1 冷却设备 由于高炉内的工况非常恶劣，仅靠内衬是不能保证高炉长期正常工作的，必 须设置合理的冷却设备，方能达到此目的。 高炉使用的冷却设备有冷却壁、冷却板和冷却箱。冷却箱现已被淘汰。根据 高炉炉腹及以上区域冷却元件使用方式的不同，高炉冷却设备主要有三大类别： 冷却壁形式、 冷却板形式、 板壁结合形式。 其中冷却壁使用最广泛， 冷却板次之， 只有很少的高炉使用板壁结合形式。冷却壁、冷却板的材质一般为铸铁、铸钢和 铜。 高炉依据炉腹及其以上区域冷却元件的不同分为 3 个流派：纯冷却壁高炉、 冷却板高炉、板壁结合高炉。三者的出发点及其结构有着明显的区别。冷却壁强 调的是对高炉炉壳进行全面保护，其结构形式非常适合流行的薄内衬结构。而冷- 21 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）却板所强调的是对内衬的支撑及冷却以及本身的更换，对炉壳的保护是点的保 护，且炉壳上开孔多而大，降低了炉壳强度，易导致应力集中，引起炉壳变形开 裂。另外，冷却板的结构形式决定了其内衬必然是厚内衬结构形式。冷却板结构 形式由于其自身存在诸多缺点， 目前高炉新建或大修中已很少采用。板壁结合形 式与冷却板形式相比，虽然其冷却强度、冷却均匀性有很大提高,但同样存在着 冷却板的诸多缺点， 目前也仅在个别高炉采用。 当然， 对于新建或大修高炉而言， 若球团矿运用比例较高， 边缘气流发展较严重，也可考虑采用冷却板或板壁结合 形式。与冷却板、板壁结合的形式相比，冷却壁具有冷却均匀、制造简单、成本 低、炉壳开孔少、操作炉型与设计炉型始终保持一致的优点，虽然存在损坏后不 易更换、 对砖衬的支承作用稍差等不足之处，但随着冷却壁的材质及结构形式的 不断改进，其不足之处已得到很大程度的弥补。当前，高炉本体两大最主要的技 术是软水密闭循环冷却技术和砖壁合一薄内衬技术， 而与这两大技术联系最为紧 密、结构最为匹配的是冷却壁结构。因此，在目前大中型高炉的新建或大修中， 绝大多数高炉选择全冷却壁结构形式。[9] 目前，冷却元件的材质主要有灰铸铁、低铬灰铸铁、球墨铸铁、铜及钢。由 于灰铸铁及低铬灰铸铁其延展性能差，在高温及温度变化频繁的状态下，极易损 坏，不能满足大中型高炉的长寿要求。球墨铸铁与灰铸铁和低铬灰铸铁相比，具 有较好的延展性能，目前在高炉中用得最为广泛。但是，球墨铸铁的导热性能比 灰铸铁和低铬灰铸铁差，因此要求适当提高冷却强度。由于球墨铸铁相对较贵， 从经济角度考虑， 在热流强度相对不高的炉缸和炉身上部区域采用低铬灰铸铁是 可以的。 铜同时具有很高的导热性能和很好的延展性能，是冷却壁最为理想的材 质，虽然价格昂贵，制造工艺复杂，不能大量推广，但从进一步提高高炉寿命出 发， 最好在炉腹等工况最为复杂的区域采用铜冷却元件。铸钢冷却元件既具有灰 铸铁、 低铬铸铁和球墨铸铁的价格优势，又具有铜冷却壁高导热和高延展率的特 点， 是很有发展前途的冷却元件。铸钢冷却板已在冷却板形式高炉中得到较为广 泛的应用，但由于铸钢冷却壁制造难度大，目前应用极少，国内外已有部分厂家 及单位在做这方面的工作， 如果一旦攻克制造难关，会在大中型高炉冷却元件中 占有重要地位。[9] 1.7.1.1 冷却板的主要结构形式-- 22 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）冷却板的结构形式比较简单，为一扁平的长条形空腔乌构。根据空腔中隔板 数量的不同，一般分 2 通道、4 通道、6 通道、8 通道等多种通道外部水头一般 为 1 进 l 出或 2 进 2 出。现代高炉冷却板与炉壳一般采用法兰连接。 1.7.1.2 铸铁冷却壁的主要结构形式 铸铁冷却壁的结构形式多种多样。按外形分有光压冷却壁和镶砖冷却壁两 种。光面冷却壁热面不设燕尾槽，一般应用在炉缸部位。镶砖冷去壁在热面设置 有燕尾槽，用来镶砖或捣料。镶砖冷却壁又分为热镶和冷镶两种：所谓劳镶，就 是把耐火砖先固定，然后浇铸成型的冷却壁；所谓冷镶，是指冷却壁浇铸完后再 褪筑耐火砖。镶砖冷却壁又分带凸台和不带凸台两种，一般应用在炉腹、炉腰及 炉身中 T 部。另外，还有一种形状较为特殊的倒扣式冷却壁，主要用在炉身最上 部，也分光面和瓷砖两种。按冷却介质分有工业水铸铁冷却壁和软水冷却壁，主 要表现在冷却水管的布置[有明显区别，工业水冷却的冷却壁其冷却主水管一般 为蛇形，1 进 1 出；而软水冷却的蹈却壁冷却水管一般为 4 进 4 出，并列布置。 另外，还有许多其他形式的冷却壁。 1.7.1.3 铜冷却壁的主要结构形式 第一种为 PW 专利技术铜冷却壁，最大特点是采用连铸机连铸成型，冷却通 道呈长圆形，在相同冷却通道面积的情况下，换热面积最大，冷却效率最高，对 应于相同的炉壳面积，冷却壁重量最轻。此外，冷却壁在热面加工成一系列燕尾 槽，既便于镶嵌内衬或喷涂不定形材料，同时也加大了换热面积，有利于结渣和 挂渣。缺点是由于冷却壁采用连铸成型，因此易产生裂纹，成品率相对较低，且 冷却壁的制造工艺涉及专利技术，因此引进成本较高。 第二种为原荷兰霍戈文公司研制的铜冷却壁，采用铸造成型，其最大特点是 冷却水管采用了特殊的合金铜管， 这种特殊的合金铜管在铸造后能保证其表面与 冷却壁基体完全熔合， 铜管截面可根据用户要求做成长圆形、椭圆形及圆形等多 种形状，但一般为长圆形。合金铜管虽然其导热性能不如纯铜管，但仍大于 20W/(m?K)，因此仍可满足对高炉的冷却要求。这种冷却壁制造工艺简单，成品 率高，质量可靠，但合金铜管国内目前还不能生产，因此这种冷却壁仍需引进， 价格较高。至于采用普通钢管的铸造冷却壁，国内个别厂家制造进行攻关。还有 个别厂家采用普通钢管代替铜管，但由于不能发挥铜的高导热性能，推广的意义-- 23 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）不大。 第三种铜冷却壁是较早就已经开始使用的一种钻孔铜冷却壁， 其主要特点是 冷却通道采用钻孔加工成型，早期一般采用铸造铜板，材质质量难以保证，现在 一般采用轧制铜板，加上焊接技术和加工技术地不断进步，质量已相当可靠。这 种冷却壁热面一般设有燕尾槽， 便于支撑内衬和扩大换热面积。其早先通道为圆 形，因此冷却壁较厚，质量较重，现在国内个别厂家已掌握了扁孔钻孔及焊接技 术，完全可以在国内生产，价格也较国外产品便宜，因此在国内得到了广泛的使 用，是今后国内高炉铜冷却壁运用的主要形式。 以上 3 种铜冷却壁的冷却通道均采用 4 进 4 出，竖直排列方式，由于铜冷却 壁具有极高的抗热负荷冲击能力，因此不需要采用双层冷却方式。 1.7.1.4 钢冷却壁 钢冷却壁分焊接、钻孔、铸造 3 种形式。焊接钢冷却壁实际上是采用厚钢板 焊接而成的冷却水箱， 由于焊缝多、 应力大， 存在安全隐患， 所以实际很少采用。 钻孔钢冷却壁一般采用轧制厚钢坯进行钻孔，因为钻孔难度大、成本高，所以没 有得到推广。铸造钢冷却壁最大的难点是难以掌握钢管与冷却壁母体的熔合程 度，熔合过度，钢管会变形或烧穿。熔合不足，钢管和母体形成间隙，影响传热， 所以， 钢冷却壁在国内很少采用。 近年来， 已有个别厂家在制造技术上有所突破， 相信今后铸钢冷却壁的使用会逐步多起来。[9] 1.7.2 冷却介质 高炉的冷却设备还需使用好的冷却介质才能保证高炉长期正常工作， 冷却水 是影响高炉长寿的一个重要因素。 冷却元件的破损原因多为冷却水通道产生水垢 和汽膜，使冷却元件过热而烧损。 高炉冷却设备常用的冷却水有工业水及工业净化水、蒸汽、空气、纯水、软 水等。 使用工业水及工业净化水不能保证高炉长期正常工作，蒸汽冷却及空气冷 却目前已基本不再采用。为了能保证高炉长期正常工作，一般使用软水或纯水。 长期的实践证明， 在我国大部分地区，普通工业水或工业净化水难以满足高 炉长寿要求。 高炉要进一步长寿， 冷却水质必须有一个大的飞跃。 软水(或纯水)， 由于去掉了水中的 Ca2+、Mg2+离子及悬浮物，杜绝了水垢的形成，大大改善了冷-- 24 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）却效果，是冷却系统最理想的介质。软水密闭循环系统密封性好、泄漏少、水质 稳定、管道腐蚀率低、能源消耗少，对水资源不足或水质不好的地区，采用这一 系统是非常必要的。因此，软水密闭循环冷却是现代长寿高炉冷却的发展趋势。 采用软水密闭循环冷却应不仅仅局限冷却壁系统，事实上，风口及热风阀在采用 工、比水冷却时，同样经常因为结垢而损坏，频繁的休风更换风口及热风阀势必 影响高炉正常生产和长寿。 另外， 炉底冷却的可靠性对于整个高炉长寿非常重要， 炉底冷却效果差，势必降低整个炭砖陶瓷杯的寿命，因此，风口、热风阀及炉底 采用软水冷却也是非常必要的，已有武钢、涟钢、太钢、沙钢等厂的部分高炉采 用了全软水冷却。 软水密闭循环冷却技术作为一项行之有效的技术， 其本身也得到了不断地发 展和完善。 武钢 5 号高炉作为最早使用软水的高炉之一，其采用的软水系统为独 立软水系统，冷却壁系统、炉底系统、风口及热风阀系统均设置有各自独立的软 水系统，相对而言，水量大、投资高、运行费用高，有改进和提高的余地，而在 武钢 1 号、6 号、7 号，涟钢新 1 号，安钢新 1 号、新 2 号等高炉采用的是联合 软水系统， 设计采用串联加并联的方法，巧妙地将原来的 3 个独立的软水系统合 并成一个系统，大大节省了投资，降低了生产中的能源消耗。联合软水系统不是 对独立软水系统的否定， 而是对独立软水系统完善和提高， 虽然总水量大大减少， 但各系统的冷却能力却大大提高，其效果比独立软水系统更好。 外部管网。 高炉冷却设备均配置有复杂而庞大的外部管网，对于采用工业水 冷却的高炉，由于采用开路循环，冷却水具有可观性，相对而言对外部管网的要 求不是特别高。对于采用软水冷却的高炉而言，外部管网配置形式、布管走向、 控制设备、检测设备、检漏设施设置等对高炉冷却具有重大的影响。为了便于检 漏和水量均匀分配，软水一般采用分区形式，以冷却壁供水为例，沿圆周方向一 般采用 4 个分区，每区又分 4 个小区，对应于冷却壁的 4 根水管，总共形成 16 个小区。为了便于控制、检测、检漏，整个管网还需设置大量的压力、温度、流 量、检漏设施。另外，软水管网还必须遵循“步步高”的原则，不允许向下折返， 以利于系统排气。在总回水管还设置有脱气罐、膨胀罐，对整个系统进行脱气和 压力控制。 炉体附属设备。炉体附属设备包括炉喉十字测温装置、炉喉洒水装置、料面-- 25 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）监测装置、煤气取样分析仪、送风装置、风口装置、炉喉钢砖等。 炉体一般设有完善的检测系统，加强对高炉各系统的监测。软水冷却系统设 有温度、流量、压力、水位检测元件，以确保冷却系统的正常运行。 冷却器是高炉长寿的关键，目前国内外高炉使用的冷却器主要有铸铁冷却 壁、铜冷却壁、铜冷却板及铸钢冷却板等。不同的企业由于种种原因，在高炉各 部位配置了各种档次的冷却器， 其实际使用效果也有很大差别，本高炉冷却器作 了如下配置。 由于高炉各部位热负荷不同，加上结构上的要求，高炉冷却设备有：外部喷 水冷却，风口和渣口的冷却，冷却壁、冷却水箱及风冷或水冷炉底等。[10] 1.7.3 冷却方式介绍 （1） 喷水冷却装置在炉身和炉腹部位装设有环形冷却水管，水管直径 50～150mm，约距炉壳 100mm，水管上朝炉壳的斜上方钻有 5～8mm 小孔若干，小孔间距 100mm，冷却水 经由小孔喷射到炉壳上进行冷却。为了防止水的喷溅，在炉壳上有防溅板，防溅 板与炉壳间留有 8～10mm 缝隙， 冷却水沿炉壳下流至集水槽返回水池。喷水冷却 装置结构简单、检修方便、造价低廉。 （2）高炉汽化冷却 高炉汽化冷却是把接近饱和温度的软化水送入冷却器内， 通过水的汽化对热 进行冷却。在本设计中虽采用了这种方法但很少使用。 高炉软水闭路循环冷却： 由于汽化冷却效果并不理想， 首先是将其自然循环汽化冷却改为强制循环进 而将强制循环汽化发展为软水闭路强制循环冷却，其冷却效果甚好，高炉寿命延 长。 采用软水密封循环冷却系统， 软水密封循环系统只有长期不结垢， 很少腐蚀， 节约用水， 维护管理方便等优点。凡使用软水系统的高炉其冷却设备损坏现象大 都比使用工业水的少的多。 即使在水质较好的自然水源地区，为了满足高炉长寿 的要求也希望对冷却水采取软水密封循环方式。 （3）冷却壁 冷却壁设置于炉壳、炉衬之间，有光面冷却壁、镶砖冷却壁和铜冷却壁，其-- 26 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）基本结构是铸铁内铸有无缝钢管。光面冷却壁厚 80～120mm，镶砖冷却壁包括镶 砖在内厚 250～350mm，砖厚一般 113～230mm。铸入的无缝钢管为 34?5 或 44.5 ?6，管距 100～200mm。光面冷却壁用于炉底、炉缸，风口区冷却壁的块数为风 口数目的两倍；镶砖冷却壁用于炉腹、炉腰和炉身下部，镶砖的目的在于易结渣 皮代替炉衬工作。冷却壁宽度一般为 700～1500mm，圆周个数最好取偶数；冷却 壁高度视炉壳折点而定，一般小于 3000mm，为方便吊运和易送入炉壳内。冷却 壁用方头螺栓固定在炉壳上，每块四个螺栓，同段冷却壁间竖直缝 20mm，上下 段间水平缝 30mm，两段竖直缝相互错开。冷却壁的优点是不损坏炉壳强度、密 封 5.6 高炉铁口冷却1.8 高炉钢结构及基础高炉钢结构包括：炉壳，支柱和框架，炉腰托圈，炉顶平台，斜桥，热风炉 及其送风系统管道，除尘器及其煤气系统管道，以及走梯、过桥、平台等。高炉 钢结构是保证高炉正常冶炼的重要设施。设计高炉钢结构应考虑的主要因素是： 1)高炉是庞大的竖炉， 设备层层叠叠， 钢结构设计必须考虑到各种设备安装、 检修、更换的可行性；要考虑到大型设备的运进运出，吊上吊下，临时停放等可 能性和方便； 2)高炉亦是高温高压反应器，某些钢结构构件应具有高温强度、耐磨性和可 靠的密封性； 3)运动装置运动轨迹周围， 应留有足够的净空尺寸，并且要考虑到安装允许 的误差和受力变形等因素； 4)对于支撑构件，要认真分析载荷条件，做强度计算。主要载荷包括：工作 中的静载荷、动载荷、事故载荷(例如崩料、坐料引起的载荷等)，检修、安装时 的附加载荷，以及外载荷(风载、地震等)。 5)露天钢结构，扬尘点附近钢结构，应避免积尘积水； 6)合理设置走梯、过桥和平台，方便操作，安全可靠。 1.8.1 高炉本体钢结构类型 设计高炉本体钢结构， 主要是解决炉顶载荷、炉身载荷传递到炉基的方式方- 27 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）法，并且要解决炉壳密封等。多年实践的结果，目前高炉本体钢结构主要有以下 几种形式 1)大框架和炉缸支柱式： 炉顶载荷由四根支柱组成的炉体框架传至基础；炉 身载荷由炉腰托圈、炉缸支柱传至基础。炉顶法兰与炉顶平台刚性连接，载荷由 炉体框架传递， 炉喉处设膨胀缝缓冲炉顶和炉身之间热的和机械的变形量。这种 结构的特点是炉壳不承受载荷，工作可靠，但高炉风口平台拥剂，操作不方便。 这种结构适用于小型高炉。 2)炉缸支柱式： 炉顶载荷由炉身炉壳传至炉腰托圈和炉缸支柱再传至基础。 其特点是节省钢材，但大修时更换炉壳不方便，冶炼中应注意炉身部分冷却，特 别是炉龄后期， 短时间停水也会造成重大事故； 风口平台拥挤， 炉前操作不方便。 我国中小型高炉曾采用这种结构。 3)炉缸、炉身支柱式：炉顶装料设备和煤气导出管、上升管载荷由炉身炉 壳传递至炉腰托圈；炉顶框架，大小钟载荷由炉身支柱传递至炉腰托圈；所有载 荷通过炉腰托圈传递至炉缸支柱再至基础。 煤气上升管和炉顶平台分别装设有座 圈和托座，大修更换炉壳时炉顶煤气导出管和装料设备等载荷可作用在平台上。 我国 50 年代大型高炉(V“1053m2、Vul513m’)多采用这种结构。 4)炉体框架式：炉顶框架、大小钟载荷、作用在炉体框架上，传递至基础； 装料设备和煤气上升管等载荷， 由炉壳传递至基础。煤气上升管和炉顶平台亦装 有座圈和托座。由于取消了炉缸支柱，风口平台宽敞，炉前操作方便。目前大型 高炉多采用这种结构。 5)自主式：全部载荷由炉壳承受并传递至基础。结构简单，操作方便，耗 钢材少。设计时应尽量减少炉壳折点，制造时折点要平缓过渡，其他结构应不约 束炉壳受热膨胀，减少热应力；冶炼时加强炉壳冷却。我国中小型高炉曾采用这 种结构。[11]1.8.2 炉壳 炉壳一般由钢板制成，上至炉顶封板，下部座落在高炉基础之上，是不等截 面的圆筒体，它起着固定冷却设备，保证高炉砌体牢固的作用，还承受并传递上 部的载荷和高温高压。因此，炉壳必须具有一定强度。-- 28 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）炉壳外形与炉衬和冷却设备配置要相适应。存在着转折点，转折点有减弱强 度的作用。 由于固定冷却设备， 炉壳需要开孔。 折点和开孔应避开在同一个截面。 炉缸下部折点应在铁口框以下 100mm 以上， 炉腹折点应在风口大套法兰边缘以上 大于 100mm 处。炉壳开口处需补焊加强板，从这一点考虑，采用插入式冷却板对 炉壳强度损伤大，而冷却壁则小。[12] 1.8.3 高炉基础 高炉基础是高炉下部的承重结构， 它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到 地基。高炉基础由埋在地下的基座初地面上的基墩组成。 对高炉基础的要求： (1)高炉基础应把高炉全部载荷均匀地传给地基， 不发生沉陷和不均匀的沉 陷。高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形，管路破裂；不均匀下沉将引起高炉倾 斜，破坏炉顶正常布料，严重时不能正常生产。高炉总体设计，对基础的下沉量 和倾斜率都有严格要求。 (2)具有一定的耐热能力。一般混凝土只能在 150℃以下工作，250℃便有开 裂，400℃时失去强度，钢筋混凝土 700℃时失去强度。过去由于没有耐热混凝 土基墩和风冷炉底设施，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至爆炸。 采用风冷和水冷炉底及耐热基墩后，可以保证高炉基础很好工作。 基墩断面为圆形，直径与炉底相同，高度一般为 2.5～3．0m，设计上还可 以利用基墩高度调节铁口标高。 在本设计中炉体结构采用炉体框架式结构， 它的特点是炉顶框架作用在炉体 框架上，传递至基础，装料设备和煤气上升管等载荷，由炉壳传递至基础。煤气 上升管和炉顶平台亦装有座圈和托座。由于取消了炉缸支柱，风口平台宽敞，炉 前操作方便。[13]炉体框架由四根支柱组成，上至炉顶平台，下至高炉基础，与高炉中心成对 称布置，在风口平台以上部分采用钢结构，有“工”字断面、也有圆形断面，圆 筒内灌以混凝土。 风口平台以下部分可以是钢结构， 也可以采用钢筋混凝土结构。 炉体框架间距为 16～18m，支柱与热风围管有 250mm 间距。高炉基础是高炉下部 的承重结构， 它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到地基。高炉基础由埋在地-- 29 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）［14］ 下的基座和地面上的基墩组成。1.9 渣铁处理系统1.9.1 风口平台类型的介绍 风口平台的作用在于提供更换风口、观察炉况和检修的场所。风口平台一般 为钢结构， 也可以混凝土结构或钢结构与混凝土结构的组合。风口平台面层一般 敷设一层耐火砖，平台与炉壳之间的间隙用钢盖板盖住。 风口平台和出铁场的结构有两种：一种是实心的，两侧用石块砌筑挡土墙， 中间填充卵石和砂子， 以渗透表面积水， 防止铁水流到期湿地向上， 造成 “放炮” 现象，这种结构常用于炉前铸块的小高炉；另一种是架空的，它是支持在钢筋混 凝土柱子上的预制钢筋混凝土板或直接捣制成的钢筋混凝土平台。 其下面可做仓 库和存放沟泥、炮泥，其上面填充 1.0～1．5m 厚的砂子。渣铁沟底面与楼板之 间，为了绝热和防止渣铁沟下沉，一般要砌耐火砖和红砖基础层，最上面地坪立 砌一层红砖或废耐火砖。[15] 1.9.2 出铁场类型及发展趋势 出铁场的作用在于处理高炉产生的铁水和炉渣。 1)出铁场的主要设备，炉前吊车、泥炮、开口机、堵渣机，现代大高炉摆动流嘴 和揭盖机。铁水盛装设备主要有铁水罐及罐车、混铁车及罐车。 2)出铁场的形式，有矩形出铁场和环形出铁场两种形式：般还设有 ①矩形出铁场，此种出铁场适应几乎所有高炉，我国绝大多数高炉均采用 矩形出铁场。矩形出铁场形式多样，布置灵活，出铁场宽敞、作业面大、通风透 气效果好。不足之处是吊车不能互为备用，并存在作业盲区。 ②环形出铁场，此种出铁场适应 3 个以上多铁口的大高炉，优点是吊车能 360。 回转工作， 作业面大， “两台吊车可互为备用， 再加主吊和副吊的相互配合， 吊车在整个出铁场不存在作业盲区。缺点是吊车需进口，国产吊车不能满足全部 工艺要求。另外，出铁场面积受吊车跨距限制，不能做得很大，不如矩形出铁场 宽敞。另外，其内部通风透气效果不如矩形出铁场好。此种出铁场在我国部分大- 30 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）高炉有所采用。 3)出铁场的发展趋势 ①出铁场平坦化。整个出铁场坡度很小或没有坡度，出铁场显得宽敞整洁， 便于生产维护和管理。 ②设置出铁场栈桥， 汽车等多种车辆可直接上出铁场平台，方便各种物料的 运输和炉前设备的检修。③全面的通风除尘。[16] 1.9.3 渣铁处理方法的介绍 渣处理系统的作用在于把高炉产生的液态炉渣制成干渣和水渣。 干渣一般用 作建筑骨料， 有的干渣还有一些特殊用途。水渣可出售给水泥厂作生产水泥的原 料。 (1)干渣的生产方法。干渣有两种生产方法：渣罐车法和干渣坑法。 1)渣罐车法， 渣罐车把液态炉渣从出铁场下运至弃渣场，把盛有液态炉渣的 渣罐倾翻， 使液态炉渣倒在弃渣场上， 让其自然冷却成干渣后， 铲起破碎与筛分。 2)干渣坑法， 液态炉渣从出铁场的渣沟流入出铁场旁的干渣坑内，用水冷却 成干渣后，铲起破碎与筛分。 (2)水渣的生产方法。水渣有两种生产方法：泡渣法和炉前冲渣法。 1)泡渣法， 渣罐车把液态炉渣从出铁场下运至泡渣池旁，把盛有液态炉渣的 渣罐倾翻， 使液态炉渣倒在泡渣池内形成水渣， 用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。 2)炉前冲渣法， 液态炉渣在出铁场用高压水冲制成水渣后，把水渣和水的混 合物中的大部分水脱除，用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。 (3)水渣和水的混合物脱水的方法按渣水分离的方式分为 “过滤法” “沉淀法” 和 。 1)“沉淀法” ，水渣和水的混合物经水渣沟流人沉淀池，渣和水的混合物在 沉淀池中利用重力分离，水渣沉人池底，用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。 2)“过滤法” ，水渣和水的混合物流入过滤设施或设备内脱水后，把水渣装 车运出厂外。 “过滤法”中又有“底滤法”“侧滤法”“图拉法”(轮法)和“INBA 、 、 法”等。 ①“底滤法”“侧滤法” 、 ，属于传统的水冲渣工艺，工艺落后，水量消耗大， 环保效果差，新建大中型现代高炉已很少采用。-- 31 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）②“INBA 法”,炉前的红渣通过粒化槽粒化，粒化后的水渣进入脱水转鼓脱 水，脱水后的水渣由水渣皮带运送至水渣场。由于 INBA 法的可靠性高、水渣质 量好及工作业绩多，因此，大多数新建大中型高炉采用 INBA 法。INBA 法又分热 INBA 和冷 INBA， 其主要区别是粒化槽产生的蒸汽是否回收， 不回收的称热 INBA， 冷凝回收的称冷热 INBA 或者环保热 INBA。 ③“图拉法”(轮法)， “图拉法”最早应用于乌克兰，国内企业对其进行深 度改造而重新申请专利的称之为“轮法” ，其工作原理是在脱水转鼓前设置一快 速转动的粒化轮，红渣经粒化轮粒化后，紧接着经多组喷头喷水快速深度冷却， 再经脱水转鼓脱水，水渣经皮带运往水渣场。 “图拉法”或“轮法”相对较便宜， 国内大中小高炉均有所采用。另外，还有许多其他的炉渣处理方法。[17] 1.9.4 几种常用炉渣粒化工艺的比较 （1）平流沉淀法 该工艺采用喷嘴将高压水流喷向高炉熔渣,生成水淬渣,水渣经渣沟输送到 平流沉淀池,沉淀下来的炉渣用抓斗车定期抓出,冲渣水则溢流至泵站吸水井循 环使用。该工艺用水量大,耗电量高,成品渣含水在 15%-30%,且占地面积大。 （2）RASA 法(拉萨法) 该工艺是由英国 RASA 贸易公司和日本钢管公司共同开发,在日本等国家的 高炉使用过。RASA 法处理工艺是:熔渣水淬在冲渣沟内完成,渣水一起流进搅拌 槽内搅拌,渣水混合物用输渣泵打入脱水槽内脱水,脱水后的渣用汽车运出,从脱 水槽内分离出的水流入沉淀槽沉淀,再流入循环水槽循环使用该法的主要缺点为 设备管道磨损严重,耗电量高,投资高,占地面积也大。 （3）OCP 法(底滤法) OCP 法与平流沉淀法的冲渣系统基本相同,差别在水渣的脱水方法不同。OCP 法的沉淀池也是过滤池,过滤池的底部铺有滤石层,水经滤石层排出,达到水渣脱 水的目的,水渣由抓斗装车外运,过滤的水循环使用,滤石要定期清洗。OCP 法是 较成熟的炉渣处理工艺,过滤水中固体悬浮物较少,对设备和管道磨损少,但该工 艺也存在投资较大,占地面积大,用水用电量高等不足。 （4）图拉法-- 32 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）图拉法与冲渣水淬法的主要区别在于它是用机械化装置将熔渣分割、 打碎后 冷却,配之以轮式脱水器,用 INBA 法转鼓原理脱水。其主要优点有:工艺紧凑,占 地面积小,渣中带铁不爆炸,渣水较冲渣水淬法相对减小,成品渣含水量为 10%左 右。但也存在不足:工程投资高,粒化器拆卸、维修难度大、时间长,维护费用高, 成品渣含玻璃体较低,活性较差。[18]1.10 本高炉本体设计思想本高炉本体以五段炉型为标准，以适应原料条件为前提，以冶炼过程能够顺 行为保障，以日产量最大，质量最优，能耗最低，寿命最长为目标进行设计。 为达到以上目标，本高炉设计方案如下： 1. 炉型按经验公式及经验常数的范围计算， 并与国内同级高炉分析比较后确定。 2. 炉底炉缸采用全碳砖，碳砖热面增加保护层，加深炉缸炉底及死铁层深度。 3. 风口以下使用低络铸铁光面冷却壁，炉腹炉腰及炉身下部采用铜冷却壁，炉 身中上部采用镶砖冷却壁。炉喉采用复合钢砖，炉身冷却高度 100%。 4. 冷却系统采用软水密闭循环冷却系统。 5. 炉体各部位结合工况及冷却结构选用优质经济的耐材。 6. 本高炉仍采用环形出铁场 7. 炉渣的处理采用 INBA 法-- 33 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）第二章 工艺计算(包头地区原料条件下的物料平衡和热平衡计算)2.1 原料条件2.1.1 矿石成分 高炉采用烧结矿、球团矿、生矿三种矿石冶炼，矿石、石灰石成分以经过整 理计算，如表 1.2 所列。混合矿按 7∶2∶1 配比计算。表 2.1 矿石成分表成分 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅石 石灰石 成分 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅石 石灰石Tfe 56.620 64.200 65.350 59.009 1.083 0.000 SiO2 5.060 5.350 2.718 4.884 96.000 0.390Mn 0.780 0.040 0.165 0.571 0.000 0.000 K2O 0.120 0.110 0.013 0.107 0.000 0.000P 0.060 0.020 0.048 0.05 0.000 0.005 Na2O 0.220 0.130 0.000 0.180 0.000 0.000S 0.070 0.010 0.021 0.053 0.000 0.030 Al2O3 0.489 0.387 0.807 0.500 2.212 0.170F 0.180 0.060 0.029 0.000 0.000 6.718 FeO 7.840 5.220 1.860 6.718 0.000 0.000CaO 10.200 0.720 0.100 7.294 0.165 56.000 CO2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 43.283MgO 2.010 0.800 0.128 1.579 0.076 0.090 RexOY 0.980 0.030 0.000 0.692 0.000 0.000-- 34 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）表 2.2 补齐后的矿石成分表（%）成分 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅石 石灰石 成分 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅石 石灰石Fe2O3 71.998 85.873 91.228 76.696 0.000 0.000 MnO 1.007 0.052 0.213 0.737 0.000 5.624Na2O 0.220 0.130 0.000 0.180 0.000 0.000 P2O5 0.137 0.046 0.110 0.116 0.000 0.000K2O 0.120 0.110 0.013 0.107 0.000 0.000 FeS 0.193 0.028 0.058 0.147 0.000 0.000SiO2 5.060 5.350 2.718 4.884 96.000 0.390 Al2O3 0.489 0.387 0.807 0.500 2.212 0.170FeO 7.840 5.220 1.860 6.718 0.000 0.000 CaF 0.369 0.123 0.059 0.289 0.000 0.000CaO 10.200 0.720 0.100 7.294 0.165 56.000 CO2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 43.283MgO 2.010 0.800 0.128 1.579 0.076 0.090 RexOY 0.980 0.030 0.000 0.692 0.000 0.0002.1.2 燃料成分 高炉使用焦碳及喷吹的煤粉，其成分如表 1.3、1.4 所列。表 2.3 焦碳成分表(％) 固定炭 （%） SiO2 CaO Al2O3 MgO MnO P2O5 FeS FeO 灰分（12.360%）85.20047.0155.89539.7950.7370.0220.0740.3686.116有机物（1.410%） H N S合计合硫游离 水挥发分（1.030%） CH4 H2 N2 CO2 CO0.500 0.249 0.661 100.00 0.678 3.700 0.150 0.086 0.086 0.150 0.490-- 35 -内蒙古科技大学毕业设计说明（毕业论文）表 2.4 煤粉成分表(％) C H O N S H2O SiO2 78.990 2.390 4.030 0.740 0.580 0.900 5.586 灰分（12.370%） CaO 0.560 Al2O3 5.290 MgO 0.218 FeO 0.7102.1.3 其它条件 （1） 冶炼制钢用生铁，规定生铁成分 ［Si］＝ 0.7％ ;［S］＝0.03％ （2） 设计焦比 煤比 （3） 炉渣碱度 K＝370kg M＝170kg R＝ CaO/SiO2=1.03 Rd＝0.45 η H2＝35％（4） 选取铁的直接还原度 氢的利用率（5） 鼓风温度测定为 12.5g/m3(湿风) （6） 热风温度为 1250℃ （7） 高炉使用冷烧结矿，炉顶温度为 200℃ （8）元素在生铁、炉渣与煤气中