【正文】 選擇耐火材料時(shí)既要考慮抗渣性、防震性，又要防高溫煤氣流的沖刷。項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值有效容積Vu /m31500高徑比Hu/D爐腰直徑與爐缸直徑比D/d爐喉直徑與爐腰直徑比d1/D爐缸直徑d/mm8700爐腰直徑D/mm9700爐喉直徑d1/mm6600有效高度Hu/mm26970死鐵層厚度ho/mm1700爐缸高度h1/mm3800爐腹高度h2/mm3300爐腰高度h3/mm2000爐身高度h4/mm15400爐喉高度h5/mm2500風(fēng)口高度hf/mm3300風(fēng)口安裝尺寸a/mm500爐腹傾斜角α176。風(fēng)口數(shù)目多有利于減少風(fēng)口間的“死料區(qū)”，改善煤氣分布。⑴碳素氧化熱 m3，相當(dāng)于氧化成CO2的碳量是CO（CO2）=12／= kg氧化成CO的碳量是CO（CO）=－=碳素氧化熱為：Qs1=（7980＋2340） = kJ⑵鼓風(fēng)帶入的熱量查表可知1100℃時(shí)， kcal／m3， kcal／m3。⑼元素在生鐵、爐渣與煤氣中的分配表，見(jiàn)表24。為達(dá)到以上目標(biāo)，本高爐設(shè)計(jì)方案如下：⑴爐型參照各大高爐在允許范圍計(jì)算，并與國(guó)內(nèi)外同級(jí)高爐分析比較后確定。為此，在爐喉設(shè)置保護(hù)板（鋼磚）。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度，并且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進(jìn)一步受到侵蝕，所以必需對(duì)爐底進(jìn)行冷卻。爐腰高度對(duì)高爐冶煉過(guò)程影響不很顯著，一般只在很小的范圍內(nèi)變動(dòng)范。爐殼的作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌體牢固，密封爐體，有的還承受爐頂載荷。一些較新的理論和成果，未被采用。正是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性綜合決定了高爐結(jié)構(gòu)的壽命。我國(guó)50年代大型高爐(V1053mVu l513m3)多采用這種結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中設(shè)置了脫氣罐，可以及時(shí)排去冷卻水中氣體，避免水中氣體過(guò)多造成汽塞[15]。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的熱量是通過(guò)熱交換器蒸發(fā)到大氣中的，開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)回水至吸水井再加壓上冷卻塔時(shí)水在冷卻塔中蒸發(fā)將熱量散失出去，在冷卻塔周?chē)纬伤F，容易污染環(huán)境，而采用軟水密閉循環(huán)冷卻可以節(jié)約占地面積50%左右。完全靠水與汽水混合物密度差運(yùn)行的系統(tǒng)叫自然循環(huán)汽化冷卻；在循環(huán)系統(tǒng)中加有熱水泵以幫助冷卻介質(zhì)克服運(yùn)行阻力的叫強(qiáng)迫循環(huán)汽化冷卻。故為防止此事故發(fā)生，建議盡量降低循環(huán)水泵房及吸水池的標(biāo)高，使其與風(fēng)口平臺(tái)的集水槽保證一定高差，充分利用回水系統(tǒng)的靜壓頭保持系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；另外一條是回水管徑宜大不宜小。①工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)冷卻工作原理：由動(dòng)力泵站將涼水池中的水輸送到冷卻設(shè)備后，自然流回涼水池或冷卻塔，把從冷卻設(shè)備中帶出的熱量散發(fā)于大氣。K以上，還要提高抗氧化性和抗鐵水溶蝕性[8]。材質(zhì)為高鋁磚、剛玉磚、碳化硅磚和鋁—碳—碳化硅磚等。這除了應(yīng)歸于高爐爐體結(jié)構(gòu)參數(shù)趨于合理、操作參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化外，還應(yīng)歸功于高爐爐襯耐火材料與施工技術(shù)的進(jìn)步[5]。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)今用于煉鐵的高爐爐喉直徑均偏小。其爐底和爐缸采用的先進(jìn)的“陶瓷杯”技術(shù)來(lái)砌筑，從而達(dá)到了隔熱保溫、減少熱損、保護(hù)炭磚的目的。爐腹部位用耐火度較高的鋁碳轉(zhuǎn)，爐腰和爐身下部用抗渣和防震較好的碳化硅磚，而爐身上部和爐喉用抗刷和抗侵蝕較好的高鋁磚。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，爐喉直徑偏小影響爐身的間接還原效率，致使高爐能耗較高，影響高爐經(jīng)濟(jì)效益，因此，為了提高高爐爐身的間接還原效率，改善高爐產(chǎn)生技術(shù)指標(biāo)和進(jìn)行節(jié)能減排，特別推出一種擴(kuò)大爐喉直徑的新?tīng)t型高爐。而高爐各個(gè)部分的耐火材料的選擇是不同的，粗略的有以下的幾個(gè)方面分布： 1 爐身上部和中部爐身的上部主要受固體爐料的機(jī)械磨順和高速煤氣流的沖刷作用、碳素沉淀、堿金屬和鋅的腐蝕，同時(shí)受到溫度變化的影響。我國(guó)大中型高爐的爐缸爐底自50年代末采用碳磚綜合爐底以來(lái)，在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，其壽命都在10年以上。在高爐煉鐵界，為了提高煉鐵綜合經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)內(nèi)外煉鐵工作者都把延長(zhǎng)高爐壽命作為一個(gè)非常重要的課題進(jìn)行研究，高爐壽命與爐體冷卻結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)操作有著非常密切的關(guān)系，高爐后期的修補(bǔ)等技術(shù)也起到了重要的作用。系統(tǒng)壓力由水泵供水能力大小控制。另外由于密閉循環(huán)可以充分利用系統(tǒng)管路的靜壓頭，減少管路系統(tǒng)的水頭損失，便于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工作壓力，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠，降低動(dòng)力消耗，據(jù)測(cè)算可節(jié)電耗30%左右。 水冷和汽冷的熱承載能力比較1熱水冷卻區(qū)；2過(guò)渡區(qū)；3穩(wěn)定泡核過(guò)渡區(qū)；4燒毀區(qū)；QC燒毀熱流采用汽化冷卻作為高爐的冷卻方式時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴由于汽化冷卻介質(zhì)為軟化水或純水，水質(zhì)指標(biāo)較高，可有效防止系統(tǒng)內(nèi)的水垢形成，延長(zhǎng)了冷卻設(shè)備的使用壽命。軟水密閉強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式的缺點(diǎn)是：對(duì)每一個(gè)冷卻設(shè)備的運(yùn)行工況不能通過(guò)直觀的觀察來(lái)判斷是否運(yùn)行正常，檢修時(shí)比較困難，需逐一排查。⑶補(bǔ)充水量低 工業(yè)水敞環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)水量包括：蒸發(fā)損失、排污損失和水泵密封處的泄漏量，大約占循環(huán)水量的4～5%。⑷爐體框架式：爐頂框架、大小鐘載荷、作用在爐體框架上，傳遞至基礎(chǔ)；裝料設(shè)備和煤氣上升管等載荷，由爐殼傳遞至基礎(chǔ)。⑴煤氣壓力、爐襯和冷卻系統(tǒng)的熱膨脹(力)、爐料和鐵水壓力，決定了正常操作條件下?tīng)t殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。⑶中小冶金設(shè)計(jì)單位基本屬于第三層次，主要停留在小型高爐設(shè)計(jì)上，在未搞清結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和傳力順序的條件下，沿用已有的經(jīng)驗(yàn)或圖紙，較少考慮設(shè)計(jì)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應(yīng)力和內(nèi)部的煤氣壓力，有時(shí)要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強(qiáng)度。 爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺(tái)形。通常采用風(fēng)冷或水冷。小高爐的爐喉保護(hù)板可以用鑄鐵做成開(kāi)口的匣子形狀；大高爐的爐喉護(hù)板則用100～150mm厚的鑄鋼做成。⑵爐底爐缸采用“陶瓷杯”技術(shù)，加深爐缸爐底及死鐵層深度。表24 元素在生鐵爐渣煤氣中的分配率項(xiàng)目FeMnPS生鐵爐渣0煤氣000在進(jìn)行煉鐵計(jì)算時(shí)，需要用到完整的物料化學(xué)成分，但是現(xiàn)場(chǎng)給出的成分往往不是完整的。噴吹煤粉用的壓縮空氣不計(jì)，鼓風(fēng)帶入的物理熱為Qs2=｛（1－）＋｝ = kJ⑶氫氧化熱及CH4生成熱氫參加還原生成的水量H2Or= kg，生成CH4耗碳CCH4= kg，這兩部分熱量為Qs3=（3211＋112416／12） = kJ⑷成渣熱Qs4=270｛（＋）＋（＋）｝ = kJ⑸因采用冷礦，爐料帶入物理熱可忽略不計(jì)以上各項(xiàng)收入總計(jì)為Qs=＋＋＋= kJ⑴氧化物分解耗熱①鐵氧化物分解耗熱：燒結(jié)礦和球團(tuán)礦中以硅酸鐵形態(tài)存在的FeO量為：FeO(硅)=（＋）=以Fe3O4形態(tài)存在的FeO量為：FeO（磁）=－ = kg以Fe3O4形態(tài)存在的Fe2O3量為：Fe2O3（磁）=160／72= kg礦石帶入的Fe3O4量為：Fe3O4=＋= kg礦石帶入的赤鐵礦量為：Fe2O3（赤）=－ = kg燃料帶入的FeO量為：FeO（燃）=400＋120 = kg進(jìn)入渣中的FeO量為 kg需分解的硅酸鐵中的FeO總量為：FeO(硅)=＋－ = kg因此，鐵氧化物分解耗熱 =（＋＋） = kJ②其它氧化物分解耗熱錳氧化物分解耗熱 Q分解（Mn）=（＋10+10+854010） =氧化物分解耗熱總量為 Qd1=＋= kJ⑵脫硫耗熱 Qd2=1995= KJ⑶水分解耗熱 Qd3=（2580＋3211120） = kJ⑷游離水蒸發(fā)耗熱 Qd4={620+(620+79) }= kJ⑸噴吹煤粉分解耗熱 Qd5=250120=125400kJ⑹鐵水帶走熱量 Qd6=2801000=1170400 kJ⑺爐渣帶走的熱量 Qd7=420= kJ⑻煤氣帶走熱量當(dāng)爐頂溫度為200℃時(shí)，查表可知各氣體組分熱焓（ kJ／m3）（見(jiàn)表212）表212 氣體熱焓表CO2COH2CH4N2H2O干煤氣帶走的熱量 =（＋＋＋） =煤氣中水蒸氣帶走熱量 =｛＋／18（－36）｝ = kJ爐塵帶走熱量 =200= kJ因此，煤氣帶走熱量為、Qd8=＋＋ = kJ⑼熱損失上列8項(xiàng)熱支出總和為Qd= Qd1＋Qd2＋Qd3＋…＋Qd8 =＋＋＋＋125400＋1170400＋＋ = kJ高爐熱損失 Q失=Qs－Qd=－ = kJ熱損失所占比例=／=％將上列計(jì)算結(jié)果列成熱平衡表（表213）表213 熱平衡表熱收入項(xiàng)目kcalkJ％總計(jì)續(xù)表 213 熱平衡表熱支出項(xiàng)目kcalkJ％1氧化物分解耗熱125400總計(jì)高爐有效利用系數(shù) KT=100－（＋）=％高爐碳素?zé)崮芾孟禂?shù)KC=／（7980）=％以950℃為高溫區(qū)界限溫度，進(jìn)行高溫區(qū)熱平衡計(jì)算。確定風(fēng)口數(shù)目有以下公式可供參考n=2(d+2)=2(+2)= 取風(fēng)口數(shù)為22個(gè)，鐵口中心線(xiàn)到爐底砌磚表面之距離稱(chēng)死鐵層厚度（ho），它的作用是防止渣鐵，煤氣對(duì)爐底的沖涮，穩(wěn)定渣鐵溫度，中小型高爐 ho取值450～600mm，大高爐為1000mm以上，由于冶煉不斷強(qiáng)化，增加死鐵層厚度，以便有效保護(hù)爐底至關(guān)重要。爐身傾斜角β176。而且這一部位正好是炭對(duì)CO2 、CO 、H2O等的反應(yīng)溫度區(qū)范圍，所以不宜使用碳磚。該部位內(nèi)襯破損的主要原因是：堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕，初成渣的侵蝕，熱震引起的剝落以及高溫煤氣流的沖刷等。兩個(gè)以上鐵口的高爐其出鐵場(chǎng)布置時(shí)要考慮鐵口間的夾角不能過(guò)小，盡可能均衡分布，還要考慮渣鐵溝不能太長(zhǎng)，以減輕爐前的勞動(dòng)量。風(fēng)口數(shù)目主要取決于爐容大小，與爐缸直徑成正比，還與預(yù)定的冶煉強(qiáng)度有關(guān)。表211 物料平衡表物料收入物料支出項(xiàng)目數(shù)量（kg）項(xiàng)目數(shù)量（kg）礦石生鐵焦炭爐渣煤粉120煤氣硅石煤氣中水鼓風(fēng)爐塵總計(jì)總計(jì)物料平衡誤差:絕對(duì)誤差==相對(duì)誤差=／=﹤％全爐熱平衡計(jì)算包括熱收入計(jì)算和熱支出計(jì)算。⑻高爐有效利用系數(shù) ηv=。以適應(yīng)原料條件為前提，以冶煉過(guò)程能夠順行為保障，以日產(chǎn)量最大，質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 爐喉護(hù)板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十分惡劣，維護(hù)其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調(diào)節(jié)的先決條件。 爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受到1400～4600℃的高溫、機(jī)械和化學(xué)侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。由于在爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會(huì)使?fàn)t料透氣性惡化，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大爐腰直徑，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關(guān)系，比值以取上限為宜。高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼。按60年代《高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》指導(dǎo)設(shè)計(jì)，并參考已有經(jīng)驗(yàn)。高爐結(jié)構(gòu)荷載認(rèn)識(shí)的深入高爐綜合體結(jié)構(gòu)承受多種作用，荷載相當(dāng)復(fù)雜，但不外乎兩類(lèi)：一類(lèi)決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一類(lèi)與結(jié)構(gòu)耐久性相關(guān)。煤氣上升管和爐頂平臺(tái)分別裝設(shè)有座圈和托座，大修更換爐殼時(shí)爐頂煤氣導(dǎo)出管和裝料設(shè)備等載荷可作用在平臺(tái)上。因?yàn)楦郀t各部位特別是中部熱流強(qiáng)度極不穩(wěn)定，一旦某處熱流強(qiáng)度超過(guò)允許值，水溫驟然升高,產(chǎn)汽量增多，極易造成局部汽塞,即使時(shí)間不長(zhǎng)，亦會(huì)造成冷卻件局部過(guò)熱而燒損。軟水閉路循環(huán)冷卻。分離出的水作為冷卻介質(zhì)繼續(xù)循環(huán)使用。采用開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)時(shí)需要引起注意的是當(dāng)供水流速及流量太大時(shí)，由于回水系統(tǒng)靠重力回水流速較低，風(fēng)口平臺(tái)上的集水槽容易發(fā)生回水溢流(俗稱(chēng)吐水)事故。冷卻的方式就目前而言國(guó)內(nèi)高爐采用的冷卻方式有三種：工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)冷卻系統(tǒng)；汽化冷卻系統(tǒng)；軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻原理如下：冷卻水通過(guò)被冷卻的部件空腔，并從其表面將熱量帶走，從而使冷卻水的自身溫度提高。高爐用的半石墨碳磚主要是提高熱導(dǎo)率達(dá)到20w/m一般采用大塊的組合磚砌體。對(duì)于爐襯而言，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，大大地促進(jìn)了我國(guó)高爐技術(shù)的進(jìn)步，高爐爐襯的侵蝕是影響高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵因素之一，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，利用數(shù)值模擬技術(shù)開(kāi)展有關(guān)高爐爐襯侵蝕的研究已成為主要的研究方法，高爐一代壽命大大提高。這些優(yōu)點(diǎn)，給高爐帶來(lái)了多產(chǎn)生鐵，改進(jìn)生鐵質(zhì)量，降低燃料消耗和延長(zhǎng)壽命的綜合效果。車(chē)間采用島式布置，出鐵場(chǎng)采用圓形出鐵場(chǎng)。高爐冷卻方法采用了爐殼噴水冷卻，和板壁結(jié)合的方式達(dá)到冷卻效果，其中板壁結(jié)合中用到的冷卻壁有光面冷卻壁、第三代和第四代冷卻壁。采用的技術(shù)方案是：它包含爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五部分，其中爐缸在爐腹的下面，爐缸上面連接爐腹，爐腹上面連接爐腰，爐腰上面連接爐身，爐身上面連接爐喉；由上述5部分組成的高爐內(nèi)型，5個(gè)部分的橫截面均