【文章內(nèi)容簡介】 ， kJ/ kg。 11 （ 9）爐塵帶走熱 Q 塵 =G 塵 200=20 200= kJ 式中 —— 爐塵比熱容， kJ /(m3℃ )。 所以 Q 支出 = Q 氧化物分解 ＋ Q 脫硫 ＋ Q 汽 ＋ Q 鐵水 ＋ Q 渣 ＋ Q 噴分 ＋ Q 煤氣 ＋ Q 水分 ＋ Q 塵 =＋ ＋ ＋ 1214000＋ ＋ 261294＋＋ ＋ = kJ 于是，冷卻水帶走的熱及爐殼散發(fā)熱損失 Q 損失 為 Q 損失 =Q 收 － Q 支出 =－ = kJ 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，列出熱平衡表，見表 211。 表 211 熱平衡表 熱收入 kJ % 熱支出 kJ % 碳素氧化熱 氧化物分解 熱風(fēng)帶的熱 脫硫 氫氧化放熱 水分解 甲烷生成熱 游離水蒸發(fā) 物料物理熱 鐵水帶熱 1214000 總計(jì) 爐渣帶熱 噴吹物分解 261294 煤氣帶走熱 爐塵帶熱 熱損失 總計(jì) 熱利用系數(shù) KT: KT=總收入量 － （煤氣帶走熱 ＋ 熱損失 ＋ 爐塵帶熱） =100％－ （ ％＋ ＋ ％ ） =％ 12 對于一般中小型高爐， KT 值為 80％－ 85％ ；近代高爐，由于大型化和原料條件的改善，可以達(dá)到近 90％ 。 碳利用系數(shù) KC 放熱燃燒生成除進(jìn)入生鐵外的碳全部 放熱）和碳氧化熱（燃燒生成 22COCOCOK C ? 100％ = 6)( 003 ?? 100％ =％ 對于中小型高爐， KC值為 50％－ 60％ ，大型高爐且原料比較好的可達(dá)到 65％ 以上。 13 3 高爐本體 高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以及高爐爐型設(shè)計(jì)等。高爐的大小 以高爐有效容積和高爐座數(shù)表明高爐車間的規(guī)模，高爐爐型設(shè)計(jì)是高爐本體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。高爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)、合理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽的先決條件，也是高爐輔佐系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇的依據(jù)。 高爐爐型 高爐是豎爐，高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐爐型或 高爐內(nèi)型。高爐冶煉的實(shí)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)的空間。高爐爐型要適應(yīng)原燃料條件的要求，保證冶煉過程的順利。 高爐座數(shù) 選擇高爐座數(shù)時(shí)，必須考慮全廠平衡和煤氣平衡，一般選 2－ 4座，本設(shè)計(jì)選 3 座。 高爐有效容積的確定 設(shè)計(jì)年產(chǎn)煉鋼生鐵 480 萬噸的高爐車間。 （ 1） 確定年工作日： 年工作日： 365 95％ =347 日產(chǎn)量 P=4800000／ 347=13833 t 每座高爐日產(chǎn)生鐵 P=13833／ 3=4611 t （ 2） 確定高爐容積： 選取高爐利用系數(shù) η V= t/(m3 d),高爐有效容積為 ??? vUpV ? m3 爐型設(shè)計(jì)及各部分尺寸的確定 （ 1）爐缸尺寸： 1）爐缸直徑 選定冶煉強(qiáng)度 I= t/(m3 d)，燃燒強(qiáng)度 JA= t/(m3 d) 則 ???? AUJIVd m 校核 3 0 52 ?? ??AA U 合理 風(fēng)口數(shù)目 n=2(d+2)=2 (＋ 2)= 取 n=26 個(gè) 14 2) 爐缸高度 選取 e=， C=， γ =,nc=10,則渣口高度 22 ???? ???? dCn ePh rz ?m 取 ?zh m 取風(fēng)口、渣口中心線的高度差為 a= m,安裝風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸 b= m,則 爐缸高度 h1=hf＋ b=hz＋ a＋ b=＋ ＋ = m (3) 死鐵層厚度 選取 h0= m (4) 爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度 選取 D/d=,則 D= = m 選取 α =80176。 ，則 a n2 a n2 02 ??? ?? ?dDh m 取 h2= m (5) 爐喉直徑、爐喉高度 選取 d1/D=, 則 d1== = m 取 d1= m 選取 h5= m (6) 爐身角、爐身高度、爐腰高度 選取 β =84176。 ，則 a n2 a n2 014 ??? ?? ?dDh m 取 h4= m 選取 HU/D=，則 HU== = m 取 HU= m 則 h3=HU－ h1－ h2－ h4－ h5=－ － － － = m (7) 校核內(nèi)容 1）爐缸體積 2121 ????? ?? hdV m3 2) 爐腹體積 3222222)()(12mdDdDhV?????????? ?? 3）爐腰體積 2323 ????? ?? hDV m3 4）爐身體積 322211244)()(12mdDdDhV?????????? ?? 5）爐喉體積 25215 ????? ?? hdV m3 高爐容積 VU=V1＋ V2＋ V3＋ V4＋ V5=＋ ＋ ＋ ＋= 誤差 %1% ????? V 爐型設(shè)計(jì)計(jì)算符合要求。 15 高爐爐襯 優(yōu)化高爐爐型 我國煉鐵工作者歷來重視高爐爐型設(shè)計(jì)，通過研究總結(jié)高爐破損機(jī)理和高爐反應(yīng)機(jī)理，優(yōu)化高爐爐型設(shè)計(jì)的基本理念已經(jīng)形成。 （ 1） 加深死鐵層深度 實(shí) 踐證實(shí)，高爐爐缸爐底“象腳狀”的異常侵蝕，主要是由于鐵水滲透到碳磚中 ，使碳磚 脆化變質(zhì)，再加之爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流的沖刷作用而形成的。加深死鐵層深度，是抑制爐缸“象腳狀”異常侵蝕的有效措施。死鐵層加深以后，避免了死料柱直接沉降在爐底 上，加大了死料柱與爐底之間的鐵流通道，提高了爐缸透液性，減免了鐵水環(huán)流，延長了爐缸底部壽命。理論研究和實(shí)踐表明，死鐵層深度一般為爐缸直徑的 15%~20%。 （ 2） 適當(dāng)加高爐缸高度 高爐在大噴煤操作條件下，爐缸風(fēng)口回旋區(qū)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。適當(dāng)加高爐缸高度，不僅有利于煤粉在風(fēng)口前的燃燒，而且還可以增加爐缸容積，以滿足高效化生產(chǎn)條件下的渣鐵存儲，減少在強(qiáng)化冶煉條件下出現(xiàn)爐缸“憋風(fēng)”的可能性。近年我國已建成或在建的大型高爐都有爐缸高度增加的趨勢，高爐爐缸容積為有效容積的 16%~18%。 （ 3）加深鐵口深度 鐵口是高爐 渣鐵排放的通道，鐵口區(qū)的維護(hù)十分重要。研究表明，適當(dāng)加深鐵口深度，對于抑制鐵口區(qū)周圍爐缸內(nèi)襯的侵蝕具有顯著作用，鐵口深度一般為爐缸半徑的 45%左右。這樣可以減輕出鐵時(shí)在鐵口區(qū)附近形成的鐵水渦流，延長鐵口區(qū)爐缸內(nèi)襯的壽命。 （ 5） 降低爐腹角 降低爐腹角有利于爐腹煤氣的順暢排升，從而減少爐腹熱流沖擊，而且還有助于在爐腹區(qū)域形成比較穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮，保護(hù)冷卻器長期工作?，F(xiàn)代大型高爐的爐腹角一般在 800以，本鋼 1號高爐 2600（上標(biāo)）爐腹角已降低到 。 爐體冷卻方式 長壽爐缸爐底的關(guān)鍵是必須采用高質(zhì)量的 碳磚并輔之合理的冷卻。通過技術(shù)引進(jìn)和消化吸收，我國大型高爐爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和耐火材料應(yīng)用已達(dá)到國際先進(jìn)水平。以美國 UCAR 公司為代表的“導(dǎo)熱法”（ 熱壓炭 磚法）爐缸設(shè)計(jì)體系已在本鋼、首鋼、寶鋼、包鋼、湘鋼等企業(yè)的大型高爐上得到成功應(yīng)用；以法國SAVOIE 公司為代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）爐缸設(shè)計(jì)體系在首鋼、梅山、寶鋼、鞍鋼等企業(yè) 的大型高爐上也得到了推廣應(yīng)用。日本大塊炭磚 —— 綜合爐底技術(shù)在寶鋼、武鋼等企業(yè)的大型高爐上也取得了長壽實(shí)績。“導(dǎo)熱法”和“耐火材料法”這兩種看來似乎截然不同的設(shè)計(jì)體系其技術(shù)原理的 實(shí)質(zhì)卻是一致的。即通過控制 1150℃ 等溫線在爐缸爐底的分布，使炭磚盡量避開 800~1100℃ 脆變溫度區(qū)間。導(dǎo)熱法采用高導(dǎo)熱、抗鐵水滲透性能優(yōu)異的熱壓小塊炭磚，通過合理的冷卻，使炭磚熱面能夠形成一層保護(hù)性渣皮或鐵殼，并將 1150℃ 等溫線阻滯在其中，使炭磚得到有效的保護(hù)，免受鐵水滲透 、沖刷等破壞。陶瓷杯法則是在大 塊炭磚的熱面采用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，形成一個(gè)杯狀的陶瓷內(nèi)襯，即所謂“陶瓷杯”，其目的是將 1150℃ 等溫線控制在陶瓷層中。這兩種技術(shù)體系都必須采用 16 具有高導(dǎo)熱性且抗鐵水滲透性能優(yōu)異的炭磚。 將兩種設(shè)計(jì) 組合在一起不失為一種合理的選擇，首鋼 1 號高爐 2536（上標(biāo)）采用熱壓炭磚 —— 陶瓷杯組合爐缸內(nèi)襯技術(shù)，至今已安全運(yùn)行 10 年，預(yù)計(jì) 高爐爐缸爐底壽命可以達(dá)到 15年。隨著微孔炭磚、超微孔炭磚的相繼問世，大塊炭磚綜合爐底技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，但采用此種結(jié)構(gòu)的爐缸爐底須長期進(jìn)行護(hù)爐操作。另一種值得關(guān)注的現(xiàn)象是高爐爐底和爐缸壁厚度都呈減薄趨勢，個(gè)別大型高爐的爐底厚度已經(jīng)減薄到 2400mm，首鋼首秦公司 1 號高爐 1200（上標(biāo)）爐缸采用熱壓炭磚，其爐缸厚度僅為 800mm。 銅冷卻壁 20 世紀(jì) 70 年代末期，德國 GHH公司和蒂 森公司合作率先在高爐上應(yīng)用了銅冷卻壁，取得令人滿意的效果。高爐銅冷卻壁具有高導(dǎo)熱、抗熱震、耐高熱流沖擊和長壽命等優(yōu)越性能，越來越多的應(yīng)用于國內(nèi)外大型高爐的關(guān)鍵部位，為高爐高效長壽起到了重要作用。 我國對銅冷卻壁的研究始于 20世紀(jì) 90年代中期。廣東汕頭華興冶金備件有限公司和首鋼合作，于 2020 年 1 月設(shè)計(jì)研制出 2塊銅，應(yīng)用了該公司提供的 120塊銅冷卻壁 ，這是我國高爐正式使用銅冷卻壁，并安裝冷卻壁技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國用國產(chǎn)銅冷卻已在首鋼 2 號高爐 1726（上標(biāo)）上試用，取得了顯著的應(yīng)用效果。 2020 年 3 月首鋼 2 號高爐技術(shù)壁，標(biāo)志著銅冷卻有 20 余座大型高爐采用了國產(chǎn)銅冷卻壁。 采用銅冷卻壁的技術(shù)原理是依靠銅冷卻壁優(yōu)異的導(dǎo)熱性、抗熱震性和耐高熱流沖擊性，在其熱面能夠形成比較穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮。 即使 渣皮瞬間脫落，也能在其熱面迅速地形成新的渣皮保護(hù) 冷卻壁，這種特性是其他常規(guī)冷卻器所不能比擬的。實(shí)踐證明，銅冷卻壁是一種無過熱冷卻器，使用壽命可以達(dá)到 20~30 年。銅冷卻壁在首鋼、武鋼、本鋼、鞍鋼、攀鋼、湘鋼等企業(yè)的大型高爐上已經(jīng)得到了應(yīng)用。 目前， 我國已經(jīng)研制出多種不同形式的銅冷卻壁，有軋制銅板鉆孔銅冷卻壁、銅管鑄造銅冷卻壁、 NiCu 合金管鑄造銅冷卻壁、鑄造坯鍛壓鉆孔銅冷卻壁和連鑄銅冷卻壁等。軋制銅板鉆孔銅冷卻壁由于結(jié)構(gòu)致密、組織缺陷少、冷卻效率高，其應(yīng)用 范圍最為廣泛。 銅冷卻壁是高爐長壽的關(guān)鍵技術(shù)之一，銅冷卻壁的應(yīng)用使高爐在不中修的條件下，壽命達(dá)到 15~20 年成為可能。銅冷卻壁應(yīng)使用在高爐熱負(fù)荷最大的區(qū)域，即爐腹、爐腰和爐身下部，該區(qū)域是高爐異常破損嚴(yán)重且造成高爐短壽的關(guān)鍵部位，在此區(qū)域使用銅冷卻壁對于延長高爐壽命具有重要作用。此外，在高爐爐缸（特別是鐵口區(qū)）使用銅冷卻壁也將會(huì)取得良好的應(yīng)用效果。進(jìn)一步優(yōu)化 銅冷卻壁結(jié)構(gòu)，降低造價(jià)是我國銅冷卻壁技術(shù)發(fā)展的重要課題。 軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù) 高爐冷卻系統(tǒng)對于高爐正常生產(chǎn)和長壽至關(guān)重要。 20世紀(jì) 80 年代末期，我國高爐開始采用軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)，經(jīng)過不斷地改進(jìn)和完善，軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)已日趨完善，并成為我國大型高爐冷卻系統(tǒng)的主流發(fā)展模式。 軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)使冷卻水質(zhì)得到極大改善，解決了冷卻水管結(jié)垢的致命問題，為高效冷卻器充分發(fā)揮作用提供了技術(shù)保障。該系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，動(dòng) 力消耗低，補(bǔ)水量小，維護(hù)簡便。 17 近年來，我國高爐軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)進(jìn)行了許多優(yōu)化 和改進(jìn)：①根據(jù)冷卻器的工作特點(diǎn)，分系統(tǒng)強(qiáng)化冷卻，單獨(dú)供水；②根據(jù)高爐不同部位的熱負(fù)荷情況，在垂直方向上分段冷卻，如爐缸、爐底設(shè)計(jì)為一個(gè)冷卻單元，爐腹、爐腰和爐身下部設(shè)為一個(gè)冷卻單元；③ 為便于系統(tǒng)操作和檢漏，采用圓周分區(qū)冷卻方式，在高爐圓周方向分為 4 個(gè)冷卻區(qū)間；④軟水串聯(lián)冷卻，軟水經(jīng)爐底、冷卻壁后，分流一部分升壓在冷卻風(fēng)口、熱水閥等。這種串聯(lián)冷卻系統(tǒng)具有占地小、投資抵、動(dòng)力消耗低的特點(diǎn)，在武鋼 1號高爐 2200（上標(biāo)）上已經(jīng)得到應(yīng)用。 薄壁內(nèi)襯，磚壁一體化 高爐爐體破損機(jī)理的研究，使人們更加清楚地了解了高爐 內(nèi)陳和冷卻器的工作條件?，F(xiàn)代傳熱學(xué)理論的研究和運(yùn)用，已將人們從傳統(tǒng)的思維困惑中解脫出來，形成現(xiàn)代高爐長壽設(shè)計(jì)的基本理念，薄壁內(nèi)襯技術(shù)就是在此條件下應(yīng)運(yùn)而生。所謂薄壁內(nèi)襯就是對高爐內(nèi)襯和 冷卻壁進(jìn)行優(yōu)化組合，形成磚壁一體化結(jié)構(gòu)，解決爐腹、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)的短壽問題，使其壽命與高爐爐缸、爐底的壽命同步。 我國已有數(shù)座大型高爐采用了磚壁一體化的薄壁內(nèi)襯技術(shù)。冷卻壁取消了凸臺，消除了冷卻壁最薄弱的部位，而且冷卻壁熱面全部采用耐火材料保護(hù)，即所謂全覆蓋鑲磚冷卻壁 。這種磚壁一體化的冷卻壁是