【正文】 。 爐缸爐底耐材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐底砌 3 層大塊炭磚，底部一層為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石墨磚，第二層為國(guó)產(chǎn)微孔炭磚，上部為德國(guó) SGL 公司的超微孔炭磚 7RDN，上砌兩層優(yōu)質(zhì)陶瓷材料。4d12h 5= Vu = V1 +V2 +V3 +V4 +V5 = 誤差Δ U= 1500 100%=%＜ 1% 所以，設(shè)計(jì)合理。 爐喉直徑 (d1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 爐喉直徑可用 d1/D 的比值確定，大中型高爐 d1/D 為 ~ ， D— 爐腰直徑 ，取 。本設(shè)計(jì)選取 h2= b 爐腹角 ( α ) 爐腹角一般為 80176。ANVtf=3900247。有效高度可用下述統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算： 620m3以下的中小型高爐： HU= 對(duì)于大型高爐： HU=== 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 高爐全高的確定 H 全 =Hu+h0 式中： H 全 —— 高爐全高， m； Hu—— 高爐有效高度， m； h0—— 死鐵層高度， m，選 ； 則 H 全 =Hu+h0=+=29m 爐缸尺寸 （ 1）爐缸直徑 由式 t/() 選定冶金強(qiáng)度 I=（ m3設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)可以利用基墩高度調(diào)節(jié)鐵口標(biāo)高 [2]。 對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求 對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求如下： (1)高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部荷載均勻地傳給地基，不允許發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。 高爐基礎(chǔ) 高爐基礎(chǔ)是高爐下部的承重結(jié)構(gòu)，它的作用是將高爐全部荷載均勻地傳遞到地基。但我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度還不高 , 落后于日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家。為搞好寶鋼 2 號(hào)高爐設(shè)計(jì) , 重鋼院在消化移植 1 號(hào)高爐技術(shù)的同時(shí) ,引進(jìn)了日本川崎公司的大型程序 KBSD。這時(shí)期 , 我國(guó)設(shè)計(jì)人員在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下完成了鞍鋼、本鋼 8 座高爐施工圖設(shè)計(jì)。 （ 1）采用爐身高度較低、薄壁、外形簡(jiǎn)單、爐型變化小的新爐型。在這種周期荷載作用下 , 爐殼的應(yīng)力集中區(qū)和焊縫缺陷處出現(xiàn)局部塑性變形 , 從而產(chǎn)生低周疲勞破壞。在每個(gè)支柱下面都有鑄鐵或型鋼做成的單片墊板，并是彼此州拉桿或整環(huán)連接起來(lái)，以防止支柱在推力作用下或基礎(chǔ)損壞時(shí)發(fā)生位移。左右，以便爐缸周圍寬敞。爐殼折點(diǎn)和開孔應(yīng)避開在同一個(gè)截面。 (5)露天鋼結(jié)構(gòu)和揚(yáng)塵點(diǎn)附近鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)避免積塵積水。 高爐鋼結(jié)構(gòu) 高爐鋼結(jié)構(gòu)包括爐殼、爐體框架、爐頂框架、平臺(tái)和梯子等。 國(guó)內(nèi)外高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù) 高爐在冶金工業(yè) 中的重要地位 , 決定了高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的理論和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。損壞水管 115 根約占總水管量的 %。但是它也與鑄鐵冷卻板一樣 ,冷卻強(qiáng)度低 ,承受不了熱沖擊而損壞。自 1989 年 9 月投產(chǎn)至 1994 年 3 月 ,銅冷卻板僅損壞了 12 塊 , 并已全部更換。必須從設(shè)計(jì)、制內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 造、施工、操作到維護(hù)進(jìn)行綜合治理 , 從裝備水平、技術(shù)、組織到管理全面提高。新日鐵第三代冷卻壁 1977 年在廣煙 4 號(hào)高滬上開始采用 , 于 1993 年 6 月停爐 , 高爐壽命為 16年。 ④板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu) 冷卻板的冷鄰原理是通過分散的冷卻元件伸進(jìn)爐內(nèi)的長(zhǎng)度來(lái)冷卻周圍的耐火材料，并通過耐火材料的熱傳導(dǎo)作用來(lái)冷卻爐殼、從而起到延長(zhǎng)耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。 由于銅冷卻板具方導(dǎo)熱件好、鑄造工藝較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以從 18 世紀(jì)末期就開始用于高爐冷卻。 (4)第四代冷卻壁的爐體砌磚與冷卻壁一體化，即將氮化物結(jié)合的碳化硅磚與冷卻壁合鑄在一起，這樣較好地解決了磚襯的支承問題，縮短丁施工工期。為了防止噴濺，在爐殼上裝有防濺板，防濺板與爐殼間團(tuán)有 8— 10mm 縫隙．冷印水沿爐殼流下至集水槽再返凹水池。 （ 3） 維持合理的操作爐型。該高爐自九十年代初投產(chǎn)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 10 年。 Si3N4 結(jié)合 SiC磚在鞍鋼 6高爐使用成功，對(duì) SiC 磚在我國(guó) 高爐上的應(yīng)用起了推動(dòng)作用，自 1985年來(lái)，先后在太鋼、本鋼、唐鋼、攀鋼、武鋼、酒鋼、首鋼、寶鋼等國(guó)內(nèi)大中型內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 高爐上得到普遍使用。d 出鐵溝 。 — 不同氣孔率的半石墨質(zhì)材料 。這項(xiàng)開發(fā)的目的是為了降低和避免高爐爐襯用碳磚受鐵水的侵蝕及改善爐襯用特種磚的熱化學(xué)性能， Wilkening 等人進(jìn)行了這項(xiàng)研究。在這篇文章中，我們將主要針對(duì)高爐爐底爐缸的設(shè)計(jì)進(jìn)行敘述。 高爐爐襯新材料 爐襯用耐火材料的壽命決定著高護(hù)的爐役年限。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 高 爐爐底和爐缸耐火材料，在 50 年代以前，基本上以鋁硅質(zhì)耐火材料為主，但使用壽命不長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)爐缸、爐底燒穿事故。它們?nèi)菀妆粔A蒸氣或堿凝聚物所分解，并伴隨有較大的體積膨脹，從而導(dǎo)致材料損毀。進(jìn)入 80 年代中期至今，研究開發(fā)了 Sialon 結(jié)合碳化硅磚和 Sialon 結(jié)合剛玉磚。采用此種炮泥后，保證出鐵口及出渣口封堵可靠，允許高爐每次出鐵水 1000 噸以上及出渣400 噸，而且未降低鼓風(fēng)壓力，并消除了 出鐵水時(shí)夾帶焦炭的現(xiàn)象 [2]。此類炮泥的 使用壽命較低，收縮率較高及附著強(qiáng)度低。內(nèi)襯使用的持續(xù)時(shí)間在很大程度上受到膨脹縫放置的位置正確與否及用于充填該類縫的碳素泥料質(zhì)量的高低等因素制約。此種耐火材料由電熔剛玉及共同細(xì)粉碎混合物組成。該纖維板是由含50 % A1203 的莫來(lái)石硅質(zhì)纖維制造的。高爐每個(gè)部位使用條件的不同，要求區(qū)別對(duì)待爐襯每個(gè)區(qū)段用相應(yīng)耐火材料的選擇。因此，爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，而爐腰直徑很大。高爐冶煉的質(zhì)是上升的煤氣流和下降的爐料之間進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的過程，因此必須提供燃料燃燒的空間，提供高溫煤氣流與爐料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的空問。因?yàn)榻固康膹?qiáng)度大，足以承擔(dān)加入的爐料的重量。在燃燒上用焦炭代替木炭，這種轉(zhuǎn)變使煉鐵業(yè)突破了束縛，不再為木炭的短缺而陷入困境。 關(guān)鍵詞： 高爐； 爐襯 ； 冷卻； 設(shè)計(jì)計(jì)算 ； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 ABSTRACT Pig iron is main from blast furnace， furnace ironmaking is also a important process in iron and steel making， and it‘s play an import ant role in the construction of national economy. based on the target of high productivity, high quality, lowconsump tion, long campaign and environment design requirement of blast furnace ironmaking build 2500 m179。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括高爐爐型設(shè)計(jì)計(jì)算、高爐爐襯選擇計(jì)算、高爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)所設(shè)計(jì)高爐一些設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述。 1750 年，英國(guó)的工業(yè)革命開始了。從公元 1650 年約 7 米，到 1794 年俄國(guó)的涅夫揚(yáng)斯克高爐已增高到 米。 高 爐爐型及展過程 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 高爐是豎爐，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。由于 工業(yè)不發(fā)達(dá)，高爐冶煉以人力、蓄力、風(fēng)力、水力鼓風(fēng)，鼓風(fēng)能力很弱，為了保證整個(gè)爐缸截面獲得高溫，爐缸直徑很小，冶煉以木炭或無(wú)煙煤為燃料，機(jī)械強(qiáng)度很低，為了避免高爐下部燃料被壓碎，從而影響料柱透氣性，故有效高度很低；為了人工裝料方便并能夠?qū)t料裝到爐喉中心．爐喉直徑也很小，而大的爐腰直徑減小了煙氣流速度，延長(zhǎng)了煙氣 在爐內(nèi)停留時(shí)間，起到燜住爐內(nèi)熱量的作用。 高爐用耐火材料 在侵蝕性因素聯(lián)合作用下引起高爐爐襯損毀，這些因素包括 :爐渣、堿類物質(zhì)、鐵水、氣體介質(zhì)、爐料磨損、熱應(yīng)力等。為了在爐子有節(jié)秦工作和最佳操作制度下組織其穩(wěn)定的作業(yè)，必須將非冷卻爐身的上部分砌為兩層爐襯 :第一層 (工作層 )由 VIII及 41 粘土質(zhì)耐火材料砌筑，第二層由 MKPII340 纖維板砌筑。 對(duì)于爐缸的上部來(lái)說(shuō)，推薦采用剛玉碳化硅質(zhì)耐火材料。爐缸下部及爐底內(nèi)襯的結(jié)構(gòu) .其左側(cè)為目前采用的結(jié)構(gòu)，右側(cè)為推薦的采用 新型耐火材料的結(jié)構(gòu)。在一些鋼鐵廠中到目前為止一直沿用以粘土熟料、生粘土、焦炭和瀝青為原料的水調(diào)的炮泥。因此，炮泥的耗量下降 50%一 65%,泥套用泥的耗量下降 90%以上。進(jìn)入六十年代中后期，工業(yè)先進(jìn)國(guó)家重點(diǎn)研究解決高爐中段用耐火材料重要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的工作： 1）優(yōu)質(zhì)高純高鋁制品，包括剛玉磚、剛玉 莫來(lái)石磚和鉻剛玉磚等； 2）優(yōu)質(zhì)碳化硅制品，主要為自結(jié)合和氮化硅結(jié)合的碳化硅磚。究其原因，關(guān)鍵在于 Al2O3SiO2系耐火材料無(wú)論是剛玉還是莫來(lái)石，其抗堿侵蝕性不夠理想。此后，它的優(yōu)越性很快被實(shí)踐所證明，因而得到迅速推廣應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1984～ 1990 年，有 11座高爐采用陶瓷杯技術(shù)； 1991～ 1994 年有 12 座高爐采用陶瓷杯； 1995 年至今至少有 11 座高爐采用陶瓷杯技術(shù) [3]。過去，通常購(gòu)買與上一個(gè)爐役中使用的耐火材料相類似的材料進(jìn)行砌襯，而使用得以改進(jìn)的材料卻是謹(jǐn)小慎微的。前些年，人們采用縮小氣孔的方法來(lái)提高碳及石墨的等級(jí)，對(duì)此人們做了大量的調(diào)查和研究。 圖 1— 2 抗鐵水侵蝕性 — 溶解值 內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 3）熱傳導(dǎo)性 不同類型的碳磚的熱傳導(dǎo)性示于圖 3 圖中出示三組材料： — 不同氣孔率的標(biāo)準(zhǔn)碳質(zhì)材料 。爐缸 。為我國(guó)一代爐身壽命 7 年不中修提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在我國(guó)，洛陽(yáng)耐火材料研究院自 1986 年 開始進(jìn)行了賽隆 Si3N4 結(jié)合 SiC 磚的開發(fā)研究，并和山東生建八三廠一起共同完成了 100T 這種產(chǎn)品砌筑到鞍鋼 4高爐上。冷卻設(shè)備還可對(duì)高爐內(nèi)襯起支承作用，增加砌體的穩(wěn)定性。冷卻水經(jīng)小孔噴射到爐殼上進(jìn)行冷卻。并在凸臺(tái)部位前端埋入耐火磚，防止強(qiáng)熱負(fù)荷作用 F 的損壞。密封性好。但是冷卻不均勻．侵蝕后高爐內(nèi)表面凸凹不平、不利丁爐料下降。經(jīng)過 12 年的使用 , 對(duì)其冷卻壁進(jìn)行了改進(jìn) , 與我國(guó)目前使用的第三代冷卻壁相當(dāng) , 但冷卻壁內(nèi)的冷卻水管盡量冷卻角部 , 鑲磚仍為鑄入磚。 我國(guó)冷 卻技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)高爐壽命較國(guó)外高爐短 , 特別是與日本高爐差距甚大。自寶鋼 1號(hào)高爐引進(jìn)新日鐵密集式銅冷卻板以來(lái) , 高爐已生產(chǎn) 9 年 , 1994 至年 4 月高爐累計(jì)產(chǎn)量已達(dá) 2707 萬(wàn) t, 單位爐容產(chǎn)量達(dá) 6663t/m3攀鋼 4 號(hào)高爐 ,容積 1350m3, 采用了相同冷卻板結(jié)構(gòu)形式。 在 50 年代后期由前蘇聯(lián)引進(jìn)的武鋼高爐及鞍鋼高爐的爐身部分采用了支梁式冷卻水箱 ,它與爐殼 設(shè)有法蘭聯(lián)接 ,能夠滿足高壓操作的要求 ,也是由普通鑄鐵制造的 ,水箱內(nèi)鑄冷卻水管 ,能夠很好地支承內(nèi)襯。我們?cè)侔研氯砧F大分 2 號(hào)高爐第一代從 1976 年 10 月開爐至 1988 年 8 月停爐 , 使用新日鐵第二代冷卻壁的損壞情況。但是這些高爐還未投產(chǎn) , 相信在全套由新冷卻壁專利、技術(shù)訣竅、工藝流程和裝備 , 以及通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)和專家指導(dǎo)下生產(chǎn)的冷卻壁 , 必將使高爐壽命上一個(gè)新臺(tái)階 [7]。這就要求我國(guó)有關(guān)部門及科研設(shè)計(jì)人員在此方面多做一些工作 , 盡快提高我國(guó)億噸鋼鐵大國(guó)相關(guān)的設(shè)計(jì)水準(zhǔn) [8]。主要荷載包括：工作中的靜荷載、動(dòng)荷載、事故荷載 (例如崩料、坐料引起的荷載等 )，檢修、安裝時(shí)的附加荷載，以及外荷載〔風(fēng)載、地震等 )。內(nèi)于固定冷卻設(shè)備，爐殼需要開孔。支柱向外傾斜 6176。 支柱座圈是為了使支柱作用于爐基上的力比較均習(xí)。據(jù)前蘇聯(lián)對(duì)高爐實(shí)際工作狀態(tài)的研究 ,爐殼是在不同循環(huán)特征和不同變化幅度的周期荷載作用下工作的 , 爐殼10 年中荷載變化的循環(huán)次數(shù)為 2*104, 荷載不對(duì)稱系數(shù) p=— 。 國(guó)外先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式 為使高爐長(zhǎng)壽 , 國(guó)外研究設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 , 改善爐殼受力 , 減少應(yīng)力集中。 國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展 將我國(guó)煉鐵設(shè)計(jì)的發(fā)展 , 有兩次飛躍 第一次飛躍時(shí)間為 50 和 60 年代。寶鋼 1 號(hào)高爐以日本君津廠 3 號(hào)高爐第一代原型為內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 樣板 , 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由日本新日鐵完成。 （ 2）我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) , 已經(jīng) 進(jìn)入電算時(shí)代 , 已有較為完備、符合高爐工況的計(jì)算軟件和細(xì)部分析能力 , 能夠在彈性薄膜理論和板殼有矩理論指導(dǎo)下 , 對(duì)整體進(jìn)行分析 , 也可對(duì)局部進(jìn)行彈塑性分析。所以 , 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步遲緩 [13]。由于高爐基礎(chǔ)內(nèi)溫度分布不均勻，一般是里向外低，上高下低．這就在高爐基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力?；諗嗝鏋閳A形，直徑與爐底相同，高度一般為 — 。所以，實(shí)際確定高爐有效高度時(shí)，首先應(yīng)考慮原燃料質(zhì)量，其次是爐容和鼓風(fēng)機(jī)性能。 hz=Pb247。 g 風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸： a= h1 = hf +a= 爐腹的計(jì)算 a 爐腹高度 (h2) 現(xiàn)代大中型高爐爐腹高度一般為 ~，小型高爐一般為 ~。本設(shè)計(jì)選 h5= 。12h4(d12+D2+Dd1)= 爐喉