【正文】 3——爐腰高度；h 4—爐身高度；h 5—爐喉高度h1h2h3h4h534 爐型設(shè)計(jì)要求高爐爐型的合理性，是高爐能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽的重要條件。合理爐型應(yīng)該是使?fàn)t型能夠很好地適應(yīng)于爐料的順利下降和煤氣流的上升運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)爐型時(shí)，盡可能地使設(shè)計(jì)爐型接近于合理爐型是設(shè)計(jì)工作者的重要任務(wù)和努力方向。爐型設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足下列要求：（1） 與原燃料條件和送風(fēng)制度等操作條件相適應(yīng)，有利于爐況的順行；（2） 能夠燃燒較多數(shù)量的燃料，提高冶煉強(qiáng)度，增加生鐵產(chǎn)量；（3） 有利于煤氣的熱能和化學(xué)能的充分利用降低焦比；（4） 適應(yīng)于采用噴吹等強(qiáng)化操作的新技術(shù)。（5） 能與爐襯結(jié)構(gòu)及冷卻方式配合，易于生成保護(hù)性渣皮，防止?fàn)t襯的迅速燒壞和侵蝕，有較長的一代壽命。爐型設(shè)計(jì)的總原則是合理確定爐型各部分尺寸之間的比例。高爐的合理爐型應(yīng)該滿足冶煉強(qiáng)度，降低焦比，有利于爐況順行和長壽的要求，隨著冶煉條件的改善，裝備水平和操作水平的提高，高爐內(nèi)型尺寸逐步向矮胖型發(fā)展。 另外，高爐鼓風(fēng)機(jī)能夠提供高爐冶煉足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓，高爐爐頂設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展，能夠滿足高爐爐頂高壓操作和各種布料方式的要求，高爐富氧噴吹煤粉，高風(fēng)濕的使用等等。為高爐大型化和爐型向矮胖型方向發(fā)展提供了有利條件。因此，在設(shè)計(jì)合理爐型，必須綜合考慮，保證高爐爐型合理的情況下，更好地適應(yīng)于爐料順行和煤氣運(yùn)動(dòng)。 爐型設(shè)計(jì)方法由于高爐冶煉過程和工作條件十分復(fù)雜，用理論計(jì)算方法設(shè)計(jì)出來的爐型難以滿足生產(chǎn)條件。 因此，迄今為止?fàn)t型設(shè)計(jì)仍然是采用分析比較和經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算的，即根據(jù)同類型高爐的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，對(duì)所設(shè)計(jì)的高爐具體原料和操作條件，進(jìn)行分析和比較，確定高爐各部分尺寸之間的比例值，進(jìn)而設(shè)計(jì)出高爐的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行初步計(jì)算取值，最后確定出爐型尺寸。 爐型設(shè)計(jì)的總規(guī)則是合理確定爐型各部分尺寸之間比例。這是因?yàn)闋t型各部分尺寸之間的比例是相互影響，相互制約的。片面過分強(qiáng)調(diào)擴(kuò)大或縮小某部分尺寸，都會(huì)給高爐生產(chǎn)帶來不利影響，并且這些比例關(guān)系中的合適比值，是隨著爐子有效容積，爐襯結(jié)構(gòu)，原燃料及操作條件的變化而改變的。35 爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)公式，其它參考現(xiàn)有高爐爐形確定。爐型設(shè)計(jì)計(jì)算如下。 高爐有效容積計(jì)算（1）確定高爐全年的生鐵任務(wù) 已知本設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為 380 萬噸煉鋼生鐵，即全年生鐵任務(wù)為： t/a380?P（2）計(jì)算高爐日產(chǎn)量 p5?M式中 ——高爐座數(shù)，座，本設(shè)計(jì)為 2；M 355——高爐年工作日。則高爐日產(chǎn)量為：??Pp（3）計(jì)算高爐有效容積 uVpKnI?式中 ——每噸生鐵的焦比，t/t，本設(shè)計(jì)取 ；K——冶煉強(qiáng)度，t/(m 3d)，本設(shè)計(jì)取 。I則高爐的有效有效容積為 ????pV取 2900 m3 高爐內(nèi)型尺寸計(jì)算（1）爐缸直徑：它是決定焦碳燃燒量和出鐵能力的重要參數(shù)，大型高爐一般采用經(jīng)驗(yàn)公式：d= = = ?取 d=（2）爐腰直徑：決定于爐缸直徑，爐腰高爐和角度，爐腰直徑稍大些好，它有利于改善初成渣的透氣性。可 D/d 來確定，可用經(jīng)驗(yàn)公式：36D= = =?取 D= m（3） 爐喉直徑= = = 取 （4） 爐缸高度要求能儲(chǔ)存一次鐵水量和下渣量，加上出鐵量波動(dòng)系數(shù)。一般應(yīng)使?fàn)t缸的容積占高爐有效容積的一個(gè)比例范圍，現(xiàn)代大型高爐一般在 17% 18%左右。= － = ?取 =（5） 爐腹高度在爐腹部位爐料下降緩慢，未還原的礦石在此經(jīng)過充分還原后進(jìn)入爐缸，所以在冶煉鑄造生鐵和使用難還原的礦石的時(shí)候，爐腹要高一些好。=(+)( + + = )?取 = m（6） 爐身高度主要爐料粒度和焦炭強(qiáng)度等對(duì)煤氣流分布的影響，也要考慮和其他比為的相互關(guān)系。=(）( = m )VuuVu???取 = m（7） 爐喉高度爐喉起到控制爐料和煤氣流分布的作用。爐喉過高使?fàn)t料擠緊，影響下降速度；過低，不便于改變裝料制度調(diào)節(jié)煤氣流分布。一般在 3~1。= = ??取 =（8） 爐腰高度 在爐腹部位爐料下降緩慢，未還原的礦石在此經(jīng)過充分還原后進(jìn)入爐缸。因此，爐腹的高度應(yīng)與爐容向適應(yīng)。爐腹過高，可能是爐料還未熔化就過早的進(jìn)入爐腹，容易導(dǎo)致懸料；爐腹過低有無法發(fā)揮作用。37= = ?取 = m3h（9） 有效高度高爐有效高度直接影響到高爐的還原能力和熱交換能力，并對(duì)料柱的透氣性帶來影響。= =?（10） 死鐵層高度≥ = 2900 210.?m= ?? 取 = m h（11） 風(fēng)口數(shù)目：風(fēng)口數(shù)目用相鄰風(fēng)口之間的中心距計(jì)算。n= d/=?本設(shè)計(jì)取 28（13） 爐腰角 ?????dDh=??.79（14） 爐身角 ?????dDh?= ?（15） 校核爐容爐缸體積 2114VDh??=?3m爐腹體積 222()hd?=）（ .?3m爐腰體積 334Vh??=?338爐身體積 2241()1VhDd????）（ .????= 3m爐腹體積 3高爐容積 uV= 123V?=++++ =相對(duì)誤差：?= 39。39。uV?= ，計(jì)算符合要求。1%.???經(jīng)計(jì)算得到高爐尺寸見表 51。表 51 高爐尺寸表項(xiàng)目 參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù)爐缸直徑/m 爐身高度/m 爐腰直徑/m 爐喉高度/m 爐喉直徑/m 爐腹角 /m ?.579死鐵層高度/m 爐身角 /m 268爐缸高度/m 高徑比 /m 爐腹高度/m 風(fēng)口數(shù)目/m 28有效高度/m 鐵口數(shù)目/m 4爐腰高度/m 有效容積/m 3 高爐爐體設(shè)計(jì) 高爐爐襯結(jié)構(gòu)高爐爐襯是用能夠抵抗高溫和化學(xué)侵蝕作用的耐火材料砌筑而成的，爐襯的主要作用是構(gòu)成工作空間，減少損失，以及保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)免遭熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕作用。延長爐襯壽命是高爐設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，也是高爐操作的重要任務(wù)。高爐耐火材料的選取主要考慮其抵抗煉鐵過程中的 6 種主要物理熱，化學(xué)侵蝕的性能，即抗堿金屬性，導(dǎo)熱性，抗爆裂性，碳素氧化性，抗熱振性和抗渣鐵侵蝕性。39 高爐爐襯耐火材料隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，砌筑高爐用的耐火材料品種不斷增加，質(zhì)量要求也不斷提高。目前，高爐內(nèi)的耐火材料主要有硅酸鋁質(zhì)材料和炭質(zhì)材料兩類。（1）硅酸鋁質(zhì)耐火材料高爐用的硅酸鋁質(zhì)耐火材料主要包括粘土磚和高鋁磚，兩者比較，高鋁磚比粘土磚含的 Al2O3 成分高（Al 2O3﹥48%） 。其中耐火材料度及負(fù)荷重軟化開始溫度均比粘土磚高，其抗渣性能及抗腐蝕性能，特別是靠磨性能更加好，并隨著高鋁磚 Al2O3 含量增加，這些性能也隨之提高。高鋁磚的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性不如粘土磚的好，成本也高，總之，粘土磚和高鋁磚都具有理化性能良好，化學(xué)成分與高爐渣相似，不易被渣化及成本較底等優(yōu)點(diǎn)。高鋁磚和粘土磚應(yīng)該滿足下列要求：1）Al 2O3 含量要高，以保證有足夠高的耐火度，使磚在高溫下工作強(qiáng)。2）Fe 2O3 要求低，主要是為立刻限制碳黑的沉積和防止它由于 SiO2 生成低熔點(diǎn)物質(zhì)而降低耐火度。3）荷重軟化開始溫度要高，因?yàn)楦郀t砌體是在高溫和很大壓力條件下工作的。4）重?zé)€收縮要小，使砌體在高溫下產(chǎn)生裂縫的可能性減少，避免渣，鐵及其他沉積物滲入磚縫侵蝕耐火砌體。5風(fēng)氣孔率，特別是顯氣孔率要低，防止碳黑等沉積和增加抗磨性。（2）碳質(zhì)耐火材料碳質(zhì)耐火材料主要包括碳磚石墨，碳化硅和碳搗料泥其特點(diǎn)是：1） 耐火度高，碳實(shí)際上是不熔化的物質(zhì)，在 3500℃升華，所以用在高爐不熔化也不軟化。2） 碳質(zhì)耐火材料具有很好的抗渣性。3） 有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。4） 熱膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好，不易發(fā)生開裂，防止渣鐵滲透5） 碳和石墨在氧化氣氛中氧化成氣態(tài)，400℃能被氧化，500℃ 時(shí)和水氣作用，700℃開始和 CO2 作用，均生成 CO 氣體被損壞。碳化硅在高溫下也緩慢發(fā)生氧化作用。這些都是碳質(zhì)耐火材料的主要缺點(diǎn)。碳硅的優(yōu)點(diǎn)多，所以目前已廣泛用于高爐爐底和爐缸的砌筑，有部分高爐在爐腹及其以上部位也采用碳質(zhì)耐火材料。40 高爐爐底及爐缸耐火材料隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉、降低焦比，廣泛采用精料、大風(fēng)量、高風(fēng)溫、大噴吹的操作方法，高爐爐體特別是爐缸爐底工作條件日趨惡劣，不適應(yīng)性與日俱增。爐缸爐底是高爐最關(guān)鍵的部位，同時(shí)高爐爐齡長短主要取決于爐缸爐底耐材的損耗狀況。為了延長爐役壽命，必須了解爐缸爐底耐材的損耗機(jī)理，并設(shè)法檢測其侵蝕過程。從而找到更為適合現(xiàn)代高爐爐底爐缸結(jié)構(gòu)的炭磚結(jié)構(gòu)，延長高爐壽命。 高爐內(nèi)壁侵蝕原理為了設(shè)計(jì)出合理的爐底爐缸結(jié)構(gòu)，有必要了解爐底、爐缸的侵蝕機(jī)理。主要有以下幾種原因：(1) 化學(xué)侵蝕，包括堿金屬侵蝕和鐵水對(duì)炭磚的滲透以及炭磚中的碳向鐵水中的溶解所導(dǎo)致的侵蝕；(2) 鐵水流動(dòng)對(duì)炭磚的沖刷；(3) 炭磚的氧化；(4) 熱膨脹和熱應(yīng)力造成裂紋。這幾種侵蝕在爐缸區(qū)同時(shí)發(fā)生，特別是爐底、爐缸過渡區(qū)域，鐵水對(duì)炭磚的侵蝕和沖刷尤為嚴(yán)重。對(duì)于普通無煙煤基炭磚，其抗鐵水爐渣侵蝕性能差、熱膨脹系數(shù)大、抗壓強(qiáng)度低。因此，很容易被侵蝕而形成所謂的“象腳狀”或“蒜頭狀”侵蝕，威脅高爐安全生產(chǎn)。針對(duì)上述侵蝕機(jī)理，從20世紀(jì)80年代開始，炭磚制造商們開始致力于抗侵蝕炭磚的研制開發(fā)(如微孔炭磚的研究)，從而彌補(bǔ)了無煙煤基普通炭磚的缺陷。同時(shí)，人們也開始不斷對(duì)爐缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，通過改進(jìn)爐底、爐缸結(jié)構(gòu)或采取有效控制措施來減輕上述各種侵蝕的程度。爐底及爐缸不同區(qū)域侵蝕程度見表52。表 52 爐底及爐缸不同區(qū)域侵蝕程度侵蝕機(jī)理 爐底 底/墻界面 鐵口爐缸（墻體）風(fēng)口熱負(fù)荷 高 高 中等 中等 最高熱震 低 低 中等高 高最高 高機(jī)械應(yīng)力 低 最高 高 中等高 中等堿/鋅侵蝕 中等 中等高 中等高 高 低中等爐渣侵蝕 低 低 中等高 高 中等磨損 低中等 中等高 高 中等 高41氧化 低 低 中等高 高 高鐵水靜壓力 最高 最高 高 低中等 低 高爐內(nèi)壁襯磚設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為了延長爐底爐缸部位的壽命，必須使用優(yōu)質(zhì)耐火材料和保證良好的冷卻即應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)耐火材料和良好的冷卻設(shè)備。本次設(shè)計(jì)采用國產(chǎn)大塊碳磚加熱壓小炭塊加陶瓷杯墊綜合的爐底爐缸結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)是利用陶瓷質(zhì)材料的低導(dǎo)熱性能，防止大塊碳磚產(chǎn)生環(huán)裂。此外由于陶瓷質(zhì)材料熱阻大有利于降低鐵水的熱損失，對(duì)高爐正常生產(chǎn)十分有利。同時(shí)，熱壓小塊碳磚具有很強(qiáng)的耐鐵水滲透性和耐爐渣侵蝕性，并具有較高導(dǎo)熱性，在爐缸、爐底容易形成穩(wěn)定的渣鐵凝固層，保護(hù)砌體不被侵蝕。熱壓小塊碳磚與冷卻設(shè)備之間無需搗料層，避免了形成間隙而減小砌體熱阻，同時(shí)也減少了維護(hù)工作量。熱壓小塊碳磚單塊體積小，在爐缸形成多層環(huán)狀配置，在特制膠泥配合下，有效吸收碳磚自身的熱膨脹，使作用于每塊碳磚上的溫度應(yīng)力大大減小，有效避免了爐缸砌體環(huán)裂現(xiàn)象的發(fā)生，有利于提高爐缸壽命。對(duì)于本設(shè)計(jì)高爐爐缸直徑11700 mm，死鐵層深度2022 mm，2個(gè)鐵口，鐵口水平深度1800 mm。爐底采用水冷爐底結(jié)構(gòu)，爐缸、爐底內(nèi)襯主要由6部分組成 ：（1） 爐底4層國產(chǎn)滿鋪大塊炭磚；（2） 爐底3層陶瓷墊(第1層為國產(chǎn)奠來石磚，第3層為SAVOIE 公司的莫來石磚MS4)；（3） 爐缸壁內(nèi)側(cè)5層陶瓷壁（全為SAVOIE公司的棕剛玉制塊）；（4） 爐缸壁外側(cè)鐵口中心線以下、爐缸爐底交界處(即“象腳狀” 異常侵蝕區(qū))，緊貼冷卻壁共砌筑26層UCAR公司的熱壓炭磚NMA；（5） 爐缸壁外側(cè)鐵口中心線以上，共砌筑6層國產(chǎn)環(huán)形大塊炭磚；（6） 爐缸環(huán)形炭磚和陶瓷壁以上，風(fēng)口組合磚以下，砌筑高鋁磚(三氧化二鋁≥80% )。對(duì)于本設(shè)計(jì)高爐熱壓炭磚陶瓷杯組合爐缸爐底結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：（1） 防止鐵水滲透。由于采用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)耐火材料，加之陶瓷杯特殊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料的熱膨脹，使磚縫緊縮，最大限度減少了鐵水對(duì)炭磚的滲透侵蝕；（2） 減輕鐵水的流動(dòng)沖刷。采用陶瓷杯應(yīng)有合理的死鐵層深度，一般約為爐缸直徑的20%，使鐵水在爐缸內(nèi)的流動(dòng)方向有所改變，而且在鐵口區(qū)和爐缸爐底交界處均增加了陶瓷壁的厚度，因而可減輕鐵水流動(dòng)對(duì)爐底和爐缸壁的機(jī)械42磨損；（3） 提高爐缸熱穩(wěn)定性，減少爐缸熱損失。采用陶瓷杯后，能夠提高鐵水溫度，改善鐵水質(zhì)量，可降低工序能耗，并為煉鋼生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件；（4） 有利于高爐操作。由于爐缸熱儲(chǔ)備量增加，使高爐易于操作．為高爐穩(wěn)定順行、活躍爐缸、冶煉低硅低硫生鐵、復(fù)風(fēng)操作等提供了良好的條件，并可減少爐缸堆積、風(fēng)口灌渣等操作事故；（5） 大幅度延長爐缸、爐底壽命。高爐開爐以后，陶瓷杯對(duì)炭磚起到保護(hù)作用，使其不直接和鐵水接觸，從而使炭磚免受鐵水的滲透、機(jī)械沖刷以及堿金屬的化學(xué)侵蝕等破壞。而且熱壓小炭磚的優(yōu)良配方和特殊的成型工藝及構(gòu)型，使它具有優(yōu)異的的導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性和優(yōu)良的抗堿性，可為陶瓷杯提供有效的冷卻，從而延長陶瓷杯的壽命，即使在陶瓷杯出現(xiàn)破損，熱壓炭磚直接同鐵水接觸時(shí)，仍可依靠有效的冷卻作用，使炭磚熱面生成保護(hù)性渣皮或鐵殼，最大限度地延長高爐壽命。表53 高爐內(nèi)襯材質(zhì)與厚度 爐底 爐缸鐵口處 爐腹材質(zhì) 厚度 /mm 材質(zhì) 厚度/mm 材質(zhì) 厚度/mm炭磚 2560 炭磚 940 高鋁磚 375表 53 續(xù)表