【正文】 銅冷卻板 ,加強了對磚襯的冷卻 , 延長了爐體的壽命。目前 , 高爐爐體冷卻技術有了長足的進步 , 特別是冷卻壁技術有大幅度的提高。必須從設計、制內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 16 造、施工、操作到維護進行綜合治理 , 從裝備水平、技術、組織到管理全面提高。全部豎水管只損壞了 6 根 , 高爐由于爐缸側壁碳磚僅剩 500mm左右而被迫停爐大修 [6]。從 1979 年 8 月開爐至 1993 年 1月停爐 , 工作了 13 年 5 個月 ,損壞水 73 管根 , 約占冷卻壁總水管量的 %, 爐腹上部、爐腰和爐身下部高熱負荷區(qū)域被損壞 。用這種冷卻壁高爐內(nèi)不必砌磚。新日鐵第三代冷卻壁 1977 年在廣煙 4 號高滬上開始采用 , 于 1993 年 6 月停爐 , 高爐壽命為 16年。日本是在 1967 年引進 , 使用在新日鐵名古屋 3號高爐 , 爐壽為 , 新日鐵稱為第一代 , 相當于我國的第二代冷卻壁。它既實現(xiàn)了冷卻壁對整個爐殼的覆蓋冷卻作用，又實現(xiàn)了沖卻板對爐襯的深度方向的冷卻，并對冷卻壁上下層接縫冷卻的薄弱部位起到了保護作用，因而有良好的適應性 [5]。從而起到延長耐火材料使用壽命和保護爐殼的作用。 ④板壁結合冷卻結構 冷卻板的冷鄰原理是通過分散的冷卻元件伸進爐內(nèi)的長度來冷卻周圍的耐火材料，并通過耐火材料的熱傳導作用來冷卻爐殼、從而起到延長耐火材料使用壽命和保護爐殼的作用。 (6)能維護較厚的爐襯．便于更換，重量輕、節(jié)省金屬。 (2)冷卻板前端冷卻強度大，不易產(chǎn)大局部沸騰現(xiàn)象； (3)當冷卻板前端損壞后可繼續(xù)維持生產(chǎn)； (4)雙通道的冷卻水量可根據(jù)高爐牛產(chǎn)狀況分別進行調(diào)整。它是采用隔板將冷卻板腔體分隔成 6 個室，即把冷卻板斷面分成 6 個流體區(qū)域，并采用兩個進出水通道進行冷卻。 由于銅冷卻板具方導熱件好、鑄造工藝較簡單的特點，所以從 18 世紀末期就開始用于高爐冷卻。冷卻板前端距爐襯設計工作表面一磚距離 230mm 或 345mm，冷卻水進出管與爐殼焊接。冷卻板厚度 70— 110mm，內(nèi)部持有別Φ 6mm無縫鋼管，常用在爐腰和爐身部位，呈棋盤式布置， — 般上下層間距 500—900mm，同層間距 150— 300mm。它的缺點是消費金屬多、笨重、冷卻壁損壞后不能更換。 (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。 (3)加強凸臺部位的冷卻強度，采用雙排冷卻水管冷卻。通過研究冷卻壁的損壞機理和考慮它的結構合理性后，新日鐵開發(fā)了第三代和第四代冷卻壁，第三代和第四代冷卻壁的主要特點是： (1)設置邊角冷卻水管，以防止冷卻壁邊角部位母材開裂。 噴木冷卻裝置適用于小型高爐，對于大型高爐，只有在爐齡晚期冷印設備燒壞的情況下使用，作為一種輔助性的冷卻嚴段，防止爐殼變形和燒穿。為了防止噴濺，在爐殼上裝有防濺板，防濺板與爐殼間團有 8— 10mm 縫隙．冷印水沿爐殼流下至集水槽再返凹水池。 ① 外部噴水冷卻 在爐身和爐腹部位裝設有環(huán)形冷卻水管，水管直Φ 50Φ 150mm，距爐殼約內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 14 100mm．水管上朝爐殼的斜廣力鉆有若干Φ 5— Φ 8mm 小兒，小孔間距 100mm?，F(xiàn)代高爐冷卻方式有外部沖卻和內(nèi)部冷卻兩種。 （ 4） 當耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn)。 （ 3） 維持合理的操作爐型。通過冷卻設備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。 （ 2） 對耐火材料的冷卻和支承。 高爐冷卻設備的作用 高爐冷卻設備是高爐爐體結構的重要組成部分，對爐體壽命可起到如下作用： （ 1） 保護爐殼。該高爐自九十年代初投產(chǎn)并連續(xù)運轉 10 年。所有這種研究和試驗都將繼續(xù)加強含有賽隆的氮化硅結合的基本概念。它的耐氧化性和耐堿侵蝕性要比 Si3N4結合 SiC 磚有所提高。 SiC 磚在高爐上使用對延長高爐一代爐齡發(fā)揮了重要作用。 Si3N4 結合 SiC磚在鞍鋼 6高爐使用成功，對 SiC 磚在我國 高爐上的應用起了推動作用，自 1985年來，先后在太鋼、本鋼、唐鋼、攀鋼、武鋼、酒鋼、首鋼、寶鋼等國內(nèi)大中型內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 13 高爐上得到普遍使用。 我國耐火材料的發(fā)展 在中國，第一座砌筑 Si3N4 結合 SiC 耐火材料的鞍鋼 6高爐于 85 年 11 月 1日投產(chǎn)，不中修使用壽命達到 7 年，比鞍鋼八十年代高爐爐身平均壽命 年延長了 80%。自砌筑以來到目前為止，還未有一座高爐重新?lián)Q襯。表 4 是砌筑了微孔碳磚的各廠家情況。d 出鐵溝 。b 爐底邊緣 。在工藝設計中必須要考慮這種熱力學性能，這一點在后面還要繼續(xù)討論 [4]。 圖 1— 3 不同碳磚的熱傳導性 4）熱力學性能 加入添加劑可以提高碳磚的常溫耐壓強度。 — 不同氣孔率的半石墨質材料 。同樣盡管滲透比較劇烈，但對滲透性，它們也是最理想的。 不同種類磚的氣孔率取決于添加劑的種類。在八十年代， VAW, DIDIER 及后來的 DME 公司先后開發(fā)了具有上述特性的新一代碳磚品種。這項開發(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性能， Wilkening 等人進行了這項研究。同時也被應用在爐腹部位。 高爐的操作數(shù)據(jù)及其爐襯材料的侵蝕機理是完成昂貴的高爐的長爐役所有工作的礎。要進行爐襯計算及改進設計需要有大量的有關耐火材料的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)在過去耐火材料中都是未知的，它們類似或等同于煉鋼工藝中所熟悉的數(shù)據(jù)。在這篇文章中，我們將主要針對高爐爐底爐缸的設計進行敘述。在高爐重新?lián)Q襯之前，人們就開始進行了對所有耐火材料及護襯設 計的研究工作。 上述兩種提高高爐使用壽命的策略有若干種可能性。為普遍延長高爐的爐役的年限和提高生產(chǎn)效率，新開發(fā)出的各種耐火材料是十分必要的。 高爐爐襯新材料 爐襯用耐火材料的壽命決定著高護的爐役年限。從此以后，德國、法國、南非、瑞典、比利時、中國、南韓、印度等國家高爐廣泛采用“陶瓷杯”技術。所以，對復風后恢復正常操作帶來困難。在中國， 1958 年以后才采用炭磚砌筑爐底，解決了爐底爐缸燒穿的技術難題。 內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 10 高 爐爐底和爐缸耐火材料，在 50 年代以前，基本上以鋁硅質耐火材料為主，但使用壽命不長，經(jīng)常出現(xiàn)爐缸、爐底燒穿事故。 1971 年美國在高爐的風口區(qū)試用過， 1974年日本 Muroran 于爐身下部試用， 1976 年美國 ,1977 年法國Dunkerque 用于爐腰。優(yōu)質 SiC 制品被人們重視和大量采用是從七十年代中后期才開始，而且后來居上。幾個主要化學反式如下： Al2O3?2SiO2+K2CO3→ K2O?Al2O3?2SiO2+CO2 Al2O3?2SiO2+2SiO2+ K2CO3→ K2O?Al2O3?4SiO2+ CO 3Al2O3?2SiO2+K2CO3→ K2O?Al2O3?2SiO2+2Al2O3+CO2 Al2O3?2SiO2+K2O?SiO2→ K2O?Al2O3?2SiO2+SiO2 3Al2O3?2SiO2+K2O?SiO2→ K2O?Al2O3?2SiO2+ Al2O3 另一條途徑是從金屬非氧化物入手。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，從而導致材料損毀。然而，十幾年的實踐說明，采用優(yōu)質高純高鋁制品在提高中段壽命效果不夠顯著，一般只能提高 12年，未能達到滿意的技術經(jīng)濟效益。這些制品氣孔率低，高溫強度較 高，耐磨性強，抗 CO 和抗堿侵蝕性能也有一定提高。構思淵源是在傳統(tǒng)粘土磚和高鋁磚的基礎上提高純度和密度。進入 80 年代中期至今，研究開發(fā)了 Sialon 結合碳化硅磚和 Sialon 結合剛玉磚。 高爐中段用耐火材料，在 50 年代以前，全世界的高爐基本上都是 Al2O3SiO2系耐火制品。在爐身上部這個區(qū)域溫度較低，目前用耐火材料有：高鋁磚、粘土磚、浸漬磷酸鹽粘土磚、最上部緊靠鋼磚部位國外也有用 SiC 磚的。不過高爐爐襯的更新?lián)Q代是十分緩慢的。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，而且未降低鼓風壓力，并消除了 出鐵水時夾帶焦炭的現(xiàn)象 [2]。 min)。被鐵水沖刷速度低〔 ( cm2該炮泥由焦炭、煤焦油、煤瀝青、生粘土及粘土熟料組成，其性能如下 :體積膨脹率 2. 5 %—— 3 %。此類炮泥的 使用壽命較低，收縮率較高及附著強度低。 K)的碳素泥料便能滿足此類要求。熱導率為 10w/(m.在操作過程中出現(xiàn)的熱應力應使之分散。內(nèi)襯使用的持續(xù)時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量的高低等因素制約。碳化硅質耐火材料應用于爐身下部、爐腰、爐腹和爐缸上部。此類耐火材料中的結合劑為氮化硅、氧氮化硅及賽隆。含有氮化物結合劑的剛玉耐火材料對熔融爐渣及金屬液的作用具有較高的抵抗性。此種耐火材料由電熔剛玉及共同細粉碎混合物組成。風口區(qū)下部的爐襯則推薦采用 ILI17 八 42 粘土質耐火材料和剛玉碳化硅質耐火材料砌筑。推薦的復合爐襯可以保證達到更強化而均勻的冷卻。 內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 8 對于爐身的冷卻部分來說，近 10 年來國外廣泛采用氮化硅結合、氧氮化硅結合和自結 合碳化硅質耐火材料，其使用效果良好。該纖維板是由含50 % A1203 的莫來石硅質纖維制造的。 爐襯的個別區(qū)段過早損毀。目前這些小區(qū)段均采用牌號 IUII 139 及 IuII141 的粘土質耐火 材料砌筑。下部 — 風口區(qū)以下部分。高爐每個部位使用條件的不同，要求區(qū)別對待爐襯每個區(qū)段用相應耐火材料的選擇。爐型設計合理是獲得良好技術經(jīng)濟指標，保證高爐操作順行的基礎 [1]。 (3) 近代高爐 ，由于鼓風機能力進一步提高．原燃料處理更加精細， 高爐爐型向著 “大型橫向”發(fā)展。 19 世紀末，由于蒸汽鼓風機和焦炭的使用、爐頂裝料設備逐步實現(xiàn)機械化，高爐內(nèi)型趨向于擴大爐缸和爐喉直徑，并向高度方向發(fā)展，逐漸形成近代五段式高爐爐型。因此，爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，而爐腰直徑很大。 (2)大腰階段 —— 爐腰尺寸過大的爐型。 (1)無型階段 —— 又稱生吹法。 圖 1— 1 現(xiàn)代高爐剖面圖 內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 7 主要受當時的技術條件和原燃料條件的限制。高爐冶煉的質是上升的煤氣流和下降的爐料之間進行傳熱傳質的過程，因此必須提供燃料燃燒的空間，提供高溫煤氣流與爐料進行傳熱傳質的空問。 20 世紀后，現(xiàn)代鋼鐵業(yè)就蓬勃發(fā)展起來。全部高爐都設有兩只以上的風嘴。 19 世紀末，平滑的爐襯公認為標準的爐襯，這基本上已經(jīng)是 現(xiàn)在的爐型。因為焦炭的強度大，足以承擔加入的爐料的重量。 高爐的尺寸在 18 世紀內(nèi)一直在增大。估計，每生產(chǎn)一噸焦炭需煤 噸左右。因此，對于人口密度高的國家，要靠木炭來增加鐵的產(chǎn)量是不易的。在燃燒上用焦炭代替木炭，這種轉變使煉鐵業(yè)突破了束縛，不再為木炭的短缺而陷入困境。 高爐發(fā)展史 兩 種基本爐型相互競爭，一種是矮爐腹型高爐，和一種是高陡面爐腹型高爐。高徑 比 左右。高爐的大小以高爐有效容積表示，高爐有效容積和高爐座數(shù)表明高爐車間在歐洲高爐的發(fā)展過程中，有兩的規(guī)模，高爐爐型設計是高爐本體設計的基礎。 關鍵詞： 高爐； 爐襯 ； 冷卻； 設計計算 ； 內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 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。煉鐵高爐。內(nèi)蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 1 摘 要 高爐煉鐵是獲得生鐵的主要手段，是鋼鐵冶金過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，在國民經(jīng)濟建設中起著舉足輕重的作用。高爐是煉鐵的主要設備，本著優(yōu)質、高產(chǎn)、低耗和對環(huán)境污染小的方針，本設計要求建 1500m179。設計主要內(nèi)容包括高爐爐型設計計算、高爐爐襯選擇計算、高爐冷卻系統(tǒng)設計、高爐鋼結構及基礎設計，同時，對所設計高爐一些設備特點進行簡述。The main contents include blast furnace design type design calculation, blast furnace lining choose calculation, furnace cooling syst