【導(dǎo)讀】按照設(shè)計說明書的要求，設(shè)計一座年產(chǎn)300萬噸的煉鋼生鐵的煉鐵廠。的高爐車間由2座有效容積2163立方米的高爐，車間布置形式采用半島式布置。統(tǒng)、高爐送風系統(tǒng)、高爐噴煤系統(tǒng)、煤氣除塵系統(tǒng)渣鉄處理系統(tǒng)。爐缸和爐底采用光面冷卻壁和水冷爐底結(jié)構(gòu)。設(shè)計的熱風爐采用傳統(tǒng)改進型內(nèi)燃式熱風爐。蓄熱式和燃燒室在同一爐殼。這部分同時包括熱風爐各種設(shè)備和閥門的選取計算。爐頂裝料設(shè)備采用串罐式無料鐘爐頂裝料。量，采用了單管路串罐式直接噴吹。及熱風爐風機的選擇等。車間總剖面圖四張圖。

　　

【正文】 ??? = 爐喉體積 5V =5214 hd? = 2 ??? = 高爐容積 uV = 1V + 2V + 3V + 4V + 5V =++++ = 誤差 △ V=uuuVVV 39。? = 2163 ? =%1 在允許范圍內(nèi)，故爐型設(shè)計符合要求。 參數(shù) 18 表 9 高爐爐型尺 寸參數(shù)（ 1） Vu/m3 d/mm D/mm d1/mm Hu/mm h0/mm h1/mm h2/mm h3/mm h4/mm 2163 10000 11200 7600 28800 1500 3300 3800 2700 17000 （續(xù)） h5/mm hz/mm hf/mm α/176。 β/176。 風口 /個 渣口 /個 A/m2 Vu/A Hu/D 2021 1600 2800 24 爐襯設(shè)計及高爐基礎(chǔ) 高爐爐基 的形狀及材料 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載荷均勻地傳遞到地基。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。 1．對高爐基礎(chǔ)的要求： 1) 高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部載荷均勻地傳給地基，不發(fā)生沉陷和不均勻沉陷。高爐基礎(chǔ)下沉會引起高爐鋼結(jié)構(gòu)變形，管路破裂；不均勻下沉將引起高爐傾斜，破壞爐頂正常布料，嚴重時不能正常生產(chǎn)。高爐總體設(shè)計，對基礎(chǔ)的下沉量和傾斜率都有嚴格要求。 2) 具有一定的耐熱能力。一般混凝土只能在 150 C? 以下 工作， 250 C? 便有開裂， 400 C? 時失去強度，鋼筋混凝土 700 C? 時失去強度。過去由于沒有耐熱混凝土基墩和風冷爐底設(shè)施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎(chǔ)破壞，甚至爆炸。采用風冷和水冷爐底及耐火基墩后，可以保證高爐基礎(chǔ)很好工作。 2．高爐基礎(chǔ)的形狀、尺寸、材質(zhì)結(jié)構(gòu) 高爐基礎(chǔ)是由基墩和基座組成的。高爐基 礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)主要取決于地質(zhì)條件和高爐的容積。 高爐本體設(shè)計 19 耐火混凝土基墩 鋼筋混凝土基座高 爐 基 礎(chǔ) 圖 1 高爐基礎(chǔ) 基墩的作用是隔熱和調(diào)節(jié)鐵口標高?；沼媚蜔峄炷磷龀??；盏男螤顬閳A柱體，直徑尺寸與爐底相適應(yīng)，并要求高度一般為 ～ ，本設(shè)計為 。高爐基墩一般都澆注成整體結(jié)構(gòu)，并在周圍設(shè)置環(huán)行鋼筋以保證其強度?；障虏康臓t殼外面設(shè)有密封鋼環(huán)，上部與爐殼焊接，下部澆注在基座的混凝土內(nèi)。鋼環(huán)與爐殼之間留 100～ 150mm空隙，內(nèi)填充碳素材料?；张c基礎(chǔ)之間留有 10mm的水平溫度縫，其間填充石英砂，以抵抗形變損壞。 基座的主要作用是將上面?zhèn)鬟f來的載荷傳遞給地層?；牡酌娣e較大，以減小單位面積的地基所承受的壓力。基座的直徑與載荷和地基土質(zhì)有關(guān)，基座用普通鋼筋混凝土制成，其形狀一般為正多邊形，本設(shè)計選用正八邊形，其對角線長為 40m?；砻鏋閹露鹊乃嗌碀{層，以便于排出積水。 地表面積按下式計算： ?KSPA? ………………………………………………………………(3) 其中： P 總載荷， K 安全系數(shù)， S 允 地基土質(zhì)允許承載能力。 高爐爐底和各段爐襯的選擇、設(shè)計和砌筑 爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件非常惡劣。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程度是決定高爐大修的關(guān)鍵。 爐底 爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件十分惡劣。為了防止炭磚在烘爐和開爐時被氧化，在炭磚表面應(yīng)砌一層粘土磚保護層。為吸收砌 20 體膨脹，砌體與周圍冷卻壁之間應(yīng)留 100～ 150mm 縫隙，縫隙內(nèi)填滿碳素搗打料。爐殼的圓錐體部分的縫隙應(yīng)取較大值，以 便碳搗操作，保證質(zhì)量，同時防止磚襯膨脹產(chǎn)生對爐殼的推力，避免爐殼開裂而泄漏煤氣。本設(shè)計采用滿鋪炭磚爐底結(jié)構(gòu)，它是提高爐襯壽命的一項新技術(shù)，且能提高鐵水溫度。爐底磚襯厚度為2800mm（磚層為 7 層）。 炭磚砌筑在水冷管的炭搗層上。砌筑時，先以出鐵口中心線為基準線，向下逐層劃出每層碳磚的十字形中心線，并標注標高。每列先從該列的中心塊開始逐塊砌筑。同一列相鄰兩塊碳磚之間以斜接或垂直薄縫相接。每層炭磚砌筑從中心開始，逐步砌筑其余各列，直至砌到邊緣為止。砌磚有厚縫和薄縫兩種連接方式，薄縫連接時，各列磚砌縫不大于 (本設(shè)計取 )，各列間的垂直縫和兩層間的水平縫不大于 （本設(shè)計取 2mm）。厚縫連接時，磚縫為 35～ 45mm (本設(shè)計取 40mm)，縫中以炭素料搗固。爐底水冷管的安裝：安裝在基墩耐熱混凝土之上爐底炭搗層之中。 目前，一般砌法是炭磚兩端的短縫用薄縫相接；兩側(cè)的長縫用厚縫相接。也有兩端短縫用厚縫而兩側(cè)長縫用薄縫相接的，這種砌法可減少厚縫的炭搗工作量。 1. 爐缸 爐缸工作條件與爐底相似，而且裝有鐵口、風口。每天有大量的鐵水流過鐵口，開堵鐵口有劇烈的溫度波動和機械振動。風口前邊是燃燒帶，為高爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。 為此爐缸用炭磚砌筑，風口、渣口及鐵口處采用異形炭磚砌筑，炭磚砌筑為薄縫（ ），上下層碳磚磚縫均砌在中間。 爐缸炭磚砌筑以薄縫相連，上下層炭磚的磚縫均砌筑在中間。風口、渣口和鐵口采用異型炭磚砌筑。砌體與冷卻壁之間留有 100～ 150mm 縫隙，本設(shè)計為150mm，其中填以炭質(zhì)填料。第一層環(huán)砌炭磚最好能蓋上三塊半爐底滿鋪的炭磚，因此其長度一般大于（ 400+40） ＝ 1540mm。（本設(shè)計取 1760mm） 2. 爐腹 爐腹位于風口之上，此部位受強烈的熱應(yīng)力作用，不僅爐襯內(nèi)表面溫度高，而且由溫度波 動引起的熱沖擊、破壞力很大；同時還承受由上部落入爐缸的渣鐵水和高速向上運動的高溫煤氣的沖刷、化學(xué)侵蝕及氧化作用，再加上爐料的壓力和摩擦力及崩料時的巨大沖擊力。開爐后爐腹部位的砌磚很快被侵蝕掉，靠渣皮工作，一般 砌一層厚 345mm 高鋁磚，傾斜部分按每三層磚錯臺一次砌筑。砌磚磚縫應(yīng)不大于 1mm（本設(shè)計取 1mm），上下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯開。 3. 爐腰 高爐本體設(shè)計 21 爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設(shè)計采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌筑一層 345mm 厚的高鋁磚，砌磚緊靠冷卻壁，砌磚磚縫應(yīng)不大于 1mm（本設(shè)計取1mm），上下層磚縫和環(huán)縫均 應(yīng)錯開。 4. 爐身 爐身砌磚厚度通常為 690～ 805mm，目前趨于向薄的方向發(fā)展，本設(shè)計的爐襯厚度采用 575mm，即 230mm 高鋁磚 +345mm 高鋁磚 =575mm。爐身傾斜部位按 3 層磚錯臺一次砌筑。砌磚緊靠冷卻壁，縫隙用炭質(zhì)填料填充。 5. 爐喉 本設(shè)計采用長條式爐喉鋼磚，其優(yōu)點是生產(chǎn)中不易變形、脫落，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便。爐喉有幾十塊保護板，在爐喉的剛殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板，板之間留 20mm 的間隙，保證保護板受熱膨脹時不相互碰擠。 概述高爐冷卻及鋼結(jié)構(gòu) 爐底冷卻型式選擇 大型高爐爐缸直 徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中心部位的熱量散發(fā)出去，如不進行冷卻則向下侵蝕嚴重。目前，多數(shù)高爐爐底都采用水冷的方法，即水冷爐底。 水冷管中心線以下埋置在爐基耐火混凝土基墩上表面中，中心線以上為碳素搗固層，水冷管為 ? 40mm10mm，爐底中心部位水冷管間距 200～ 300mm（本設(shè)計取 200mm），邊緣水冷管間距為 300～ 500mm（本設(shè)計取 300mm），水冷管兩端伸出爐殼外 50～ 100mm。爐殼開孔后加墊板固定，開空處應(yīng) 避開爐殼折點150mm 以上。 水冷爐底結(jié)構(gòu)應(yīng)保證切斷給水后，可排出管內(nèi)積水，工作時排水口要高出水冷管水平面，保證管內(nèi)充滿水。 爐底冷卻型式選擇 1. 爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇 爐缸和爐底選用光面冷卻壁，砌與冷卻壁之間留 100～ 150mm（本設(shè)計取150mm）的縫隙，其中填以炭質(zhì)填料。光面冷卻壁與爐殼之間留 20mm 的縫隙，并用稀泥漿灌滿。 光面冷卻壁尺寸大小要考慮到制造與安裝的方便，冷卻壁寬度一般為 700～1500mm，厚度 80～ 120mm（本設(shè)計取 120mm），高度視爐殼折點而定，一般小 22 于 3000mm（本設(shè)計取 1300mm）。安裝時，同段冷卻壁間直縫為 20mm，上下段間水平縫為 30mm，上下兩段冷卻壁間垂直縫應(yīng)相互錯開，縫間用鐵質(zhì)銹接料銹接嚴密。 2. 爐腹、爐腰和爐身 這些部位采用鑲磚冷卻壁冷卻，冷卻壁緊靠爐襯。從外形看，鑲磚冷卻壁一般有三種結(jié)構(gòu)形式：普通型、上部帶凸臺型和中間帶凸臺型。鑲磚冷卻壁厚度為250～ 350mm（本設(shè)計取 350mm），高度小于 3000mm。爐腹和爐腰采用普通型鑲磚冷卻壁，爐腹部位冷卻壁高度取 1600mm，爐腰部位冷卻壁高度取 2021mm。爐身采用上部帶凸臺型鑲磚冷卻壁 ，高度 2021mm ，凸臺突出長度 200mm，肋高 200mm。凸臺冷卻壁的凸臺部分起到支撐上部砌磚的作用，可以取消最長層的支梁水箱，簡化了冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了爐殼開孔。 3. 爐頂：采用噴水冷卻。 高爐供水量、水壓的確定 1. 供水量 高爐冷卻水消耗量決定于爐體熱負荷，爐體熱負荷是指在單位時間內(nèi)爐體熱量的損失量。爐體總的熱負荷與爐體總的冷卻水用量之間的關(guān)系，按照熱平衡原理，可以用下面公式表示： 30 10)( ??? ttcMQ …………………………………………………(4) 式中 Q—爐體總熱損失， hKJ ； M—爐體總的冷卻水用量， ht ； c—冷卻水的比熱容，)( CKgKJ ??； tt,? —分別為冷卻水的進、出水溫度（平均值）， C? 。 求出爐體總的熱負荷后，即可求出高爐的冷卻水用量。在計算爐體熱負荷時，應(yīng)考慮爐役后期的 Q 值比中期增加 15%。 本設(shè)計要求冷卻水進水溫度小于 C?35 ，出水溫度 C?50 ～ C?60 ，各部分允許進出水溫度差為：爐身上部 C?12 ，爐身下部 C?12 ，爐 腰 C?10 ，爐腹 C?10 ，風口帶 C?5 ，爐缸 C?3 ，風、渣口大套 C?5 ，風、渣口二套 C?5 。 平均進、出水溫差高爐本體設(shè)計 23 為 10 C? ，冷卻水的比熱為 )/( CKgKJ ?? 。 1000)( totC QM ?? = 1000)4050( 11524500? = 2744 ht 本設(shè)計高爐總的冷卻水 用量為 2744 ht 。 2. 供水水壓 有足夠高的供水壓力是保證高爐冷卻器正常工作的基本條件。同時，為避免當冷卻器燒毀時高爐內(nèi)煤氣不至于進入冷卻系統(tǒng)，造成燒壞大量冷卻設(shè)備，也要求供水系統(tǒng)壓力必須大于爐內(nèi)煤氣壓力。對爐體供水壓力的要求是：供水主管在風口平臺處的水壓應(yīng)大于 ～ ；在風口區(qū)域冷卻水壓力應(yīng)比熱風壓力高 ，其余部位冷卻水壓應(yīng)比該處的爐內(nèi)煤氣靜壓大 。一些高爐爐體供水壓力見表 4： 表 10 高爐爐體供水壓力表 部位 單位 高爐容積， m3 100 255 620 1000 供水管（風口平臺處 濾水器以上） ～ ～ ～ ～ 爐體上部 ～ ～ ～ ～ 爐體下部 ～ ～ ～ ～ 本設(shè)計爐體給水壓力：供水主管 ，爐體下部 ，爐體上部 。 風口數(shù)目及直徑 由高爐爐型設(shè)計計算，取風口數(shù)目為 24 個。 風口裝置設(shè)計包括熱風圍管以下的短管法蘭盤、鵝頸管、直管、彎管、直吹管，以及風口水套等部分。 風口直徑按生產(chǎn)實踐經(jīng)驗而定，同相似爐容的高爐相比較，本設(shè)計風口直徑取 170mm。 風口由風口大套、二套和三套組成，是送風管路最前端的一個部件。它位于高爐爐缸上部，成一定角度探出爐壁。 24 鐵口 鐵口裝置主要指鐵口套。鐵口套的作用是保護鐵口處的爐殼。鐵口套一般用鑄鋼制成，并與爐殼鉚接 后焊接?？紤]不使應(yīng)力集中，鐵口套的形狀，一般做成橢圓形，或四角大圓弧半徑的方形。 爐殼及鋼結(jié)構(gòu)確定 1. 高爐鋼結(jié)構(gòu) 爐體鋼結(jié)構(gòu)主要包括爐體支柱、爐頂框架、爐殼及平臺結(jié)構(gòu)等。 1）爐體支柱：爐體支柱是支撐爐體及爐頂設(shè)備重要的鋼結(jié)構(gòu)件。爐體支柱的結(jié)構(gòu)形式取決于爐體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及爐頂設(shè)備的載荷傳遞到爐基的方式。 本設(shè)計采用大框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)特點是爐頂框架上的全部載荷由四根大支柱組成的大框架直接傳遞到爐基，爐頂法蘭盤上的載荷由爐殼傳遞到爐基，取消了爐腰托圈，爐缸支柱及爐身支柱。 2）爐頂框架：爐身支柱或大 框架支柱上的部頂端一般都用橫跨鋼梁將支柱連接成整體，并在橫跨鋼梁上面滿鋪花紋鋼板或普通鋼板作為爐頂平臺。爐頂平臺是爐頂最寬敞的工作平臺。 爐頂框架是設(shè)置在爐頂平臺上面的鋼結(jié)構(gòu)支撐架。它主要支撐受料漏斗、大小料鐘平衡桿機構(gòu)及安裝大梁等。爐頂框架結(jié)構(gòu)形式在 A 字型和門型兩種，本設(shè)計選用門型結(jié)構(gòu)。門型結(jié)構(gòu)鋼架一般為 2440mm 厚鋼板焊成或槽鋼制成。 3）平臺結(jié)構(gòu)：高爐爐體凡是在設(shè)置有人孔、探測孔、冷卻設(shè)施及機械設(shè)備的部位，均應(yīng)設(shè)置工作平臺，以便于檢修和操作。各層工作平臺之間用走梯連接。 2. 爐殼： 爐殼有鋼板制 成， 各部位爐殼厚度的計算公式 (5)如下： kD?? ………………………………………………………………(5) mm計