【正文】 列如表26表26 生鐵成分表(%)FeSiMnPSC∑（3）石灰石用量計(jì)算礦石、燃料帶入的CaO量 =+400+120=（kg）礦石、燃料帶入的SiO2量（要扣除還原Si消耗的） =+400+12060/28=（kg）SiO2用量 φ=（）/=（kg）（4）渣量及爐渣成分計(jì)算 爐料帶入的各種爐渣組分的數(shù)量為:∑CaO=+=（kg）∑SiO2=+=（kg）∑MgO=+400+120+ =（kg）∑Al2O3 =+400+120+=（kg）渣中MnO量=71/55=(kg)渣中FeO量=1072/(56)=（kg）渣中CaF2量=78/38=（kg）渣中K2O量==（kg）渣中Na2O量==（kg）渣中RexOy量==（kg）每噸生鐵爐料帶入的硫量（硫負(fù)荷） ∑S=+400+120+=（kg）進(jìn)入生鐵的硫量=10=（kg）進(jìn)入煤氣的硫量==（kg）進(jìn)入渣中的硫量==（kg）爐渣組成列入表27表27 爐渣組成項(xiàng) 目CaOMgOSiO2Al2O3MnOFeO數(shù)量kg成分 %項(xiàng)目K2ONa2ORexOyCaF2S/2∑數(shù)量kg 成分 % 爐渣性能校核： 爐渣實(shí)際堿度R=（與規(guī)定堿度相符）爐渣脫硫之硫的分配系數(shù)Ls=2（kg） 物料平衡計(jì)算假定入爐碳量的1%與氫反應(yīng)生成CH4 。按礦石在各組分均衡擴(kuò)大的方法將誤差分?jǐn)傇诟黜?xiàng)組分上，其計(jì)算式為：ni′=ni/n19100％ 由此求出平衡各項(xiàng)成分含量：n Fe2O3′=100％=n FeO′=100％=n CaO′=100％=n MgO′=100％=n SiO2′=100％=n Al2O3′=100％=n RexOy′=100％=n Na2O′=100％=n K2O′=100％=n P2O5′=100％=n MnO′=100％=n FeS′=100％=均衡成分后各化合物的成分和為：100％ 球團(tuán)礦成分補(bǔ)齊計(jì)算整理(1) 球團(tuán)礦成分計(jì)算由Mn計(jì)算MnO: MnO=Mn71/55=由P計(jì)算P2O5 : P2O5 =P142/62=由S計(jì)算FeS: FeS=S88/32=由FeO、FeS及Tfe計(jì)算Fe2O3 Fe(FeO)= FeO56/72=Fe(FeS)= FeS56/88=Fe2O3 中的含鐵量為：Fe(Fe2O3)= TFe（Fe(FeS)+ Fe(FeO)）=Fe2O3 含量為：Fe2O3= Fe(Fe2O3)160/112=(2) 球團(tuán)礦礦石成分的平衡計(jì)算燒結(jié)礦中幾種化合物的總含量為：n19= | 100 n19|＜3ni′=ni/n19100％ 由此求出平衡各項(xiàng)成分含量：n Fe2O3′=100％=n FeO′=100％=n CaO′=100％=n MgO′=100％=n SiO2′=100％=n RexOy′=100％=n Al2O3′=100％=n P2O5′=100％=n MnO′=100％=n FeS′=100％=均衡成分后各化合物的成分和為：100％ 澳礦成分補(bǔ)齊計(jì)算整理(1) 澳礦成分計(jì)算由Mn計(jì)算MnO2: MnO2=Mn87/55=由P計(jì)算P2O5 : P2O5 =P142/62=由S計(jì)算FeS2: FeS2=S120/64=由FeO、FeS及Tfe計(jì)算Fe2O3Fe(FeO)= FeO56/72=Fe(FeS2)= FeS256/120=Fe2O3 中的含鐵量為：Fe(Fe2O3)= TFe（Fe(FeS)+ Fe(FeO)）=Fe2O3 含量為：Fe2O3= Fe(Fe2O3)160/112=(2) 澳礦礦石成分的平衡計(jì)算燒結(jié)礦中幾種化合物的總含量為：n19= | 100 n19|＜3表明偏差較小，在允許范圍內(nèi)可以礦石成分的平衡計(jì)算。第二章 煉鐵工藝計(jì)算 高爐冶煉條件已知設(shè)計(jì)高爐的冶煉條件是1) 原料成分 高爐采用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、生礦三種礦石冶煉，礦石、硅礦、石灰石成分已經(jīng)過(guò)整理計(jì)算，如表1所列，采用包頭地區(qū)礦石，其混合礦是按三種礦石燒結(jié)礦：球團(tuán)礦：生礦=80：10：10配成?；諗嗝鏋閳A形，直徑與爐底相同，高度一般為 —。過(guò)去由于沒(méi)有的熱混凝土基墩和爐底冷卻設(shè)施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎(chǔ)破壞，甚至爆炸。—般混凝土只能在150℃以下工作，250℃便有開(kāi)裂。不均勻下沉將引起高爐傾斜，破壞爐頂正常布料，嚴(yán)重時(shí)不能正常生產(chǎn)。 對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求 對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求如下： (1)高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部荷載均勻地傳給地基，不允許發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。由于高爐基礎(chǔ)內(nèi)溫度分布不均勻，一般是里向外低，上高下低。② 動(dòng)負(fù)荷 生產(chǎn)中常有崩料、坐料等，加給爐基的功負(fù)荷是相當(dāng)大的，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮。① 靜負(fù)荷高爐基礎(chǔ)承受的靜負(fù)荷包括高爐內(nèi)部的爐料重量、渣、鐵液重量、爐體本身的砌磚重量、金屬結(jié)構(gòu)重量、冷卻設(shè)備及冷卻水重量、爐頂設(shè)備重量等，還有爐下建筑物、斜橋、卷?yè)P(yáng)機(jī)等分布在爐身周?chē)脑O(shè)備重量。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座部分和地上的基墩部分組成。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步遲緩［16］。 （3） 我國(guó)還沒(méi)有統(tǒng)一的高爐設(shè)計(jì)概念，沒(méi)有編制自己的設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算程序，缺乏明確的爐殼設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。而且，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們只考慮了爐役前期，統(tǒng)計(jì)正常操作下的荷載，盡管我們已經(jīng)考慮內(nèi)襯膨脹對(duì)爐殼的壓力，但對(duì)熱疲勞、低周荷載在爐役后期，對(duì)高爐壽命減少的影響沒(méi)有考慮。由于我們?nèi)狈?duì)高爐，特別是爐體內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)和研究，很難對(duì)荷載做進(jìn)一步的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。 （2）我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入電算時(shí)代，已有較為完備、符合高爐工況的計(jì)算軟件和細(xì)部分析能力，能夠在彈性薄膜理論和板殼有矩理論指導(dǎo)下對(duì)整體進(jìn)行分析，也可對(duì)局部進(jìn)行彈塑性分析。設(shè)計(jì)新建高爐時(shí)，技術(shù)人員往往參照已建的高爐或已往的經(jīng)驗(yàn), 確定爐殼厚度和用鋼量，決定爐殼的主體結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析只是參考。以斷裂韌性為結(jié)構(gòu)抗裂性指標(biāo)，記K=Klc作為防止脆斷的依據(jù)，當(dāng)K≤Klc時(shí)，結(jié)構(gòu)安全，反之亦然。分析、實(shí)踐證實(shí)爐殼損壞有兩種原因一是由于疲勞，特別是局部過(guò)熱引起的疲勞損傷另一種是突然的脆性斷裂。這表明國(guó)外爐殼設(shè)計(jì)不僅考慮了正常操作下的狀況，而且已將服役后期溫度應(yīng)力對(duì)壽命的降低計(jì)入在內(nèi)。在這種周期荷載作用下，爐殼的應(yīng)力集中區(qū)和焊縫缺陷處出現(xiàn)局部塑性變形，從而產(chǎn)生低周疲勞破壞。 （3）低周疲勞是影響高爐壽命的主要因素。 （2）爐內(nèi)高溫的周期作用或突然作用，能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱疲勞或沖擊應(yīng)力，降低鋼材塑性并導(dǎo)致脆性破壞。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。一般情況下應(yīng)保證支柱與熱風(fēng)圍管有 250mm間距。 爐體框架爐體框架由四根支柱組成，上至爐頂平臺(tái)，下至高爐基礎(chǔ)，宅高爐中心成對(duì)稱(chēng)布置，在風(fēng)口平臺(tái)以上部分采用鋼結(jié)構(gòu)，有“工”字?jǐn)嗝?，也有圓形斷面，圓筒內(nèi)灌以混凝土。爐殼折點(diǎn)和開(kāi)孔應(yīng)避開(kāi)在同一個(gè)截面。存在著轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)減弱爐殼的強(qiáng)度。因此，爐殼必須具有一定強(qiáng)度。 爐殼 爐殼是高爐的外殼，里面有冷卻設(shè)備和爐襯，頂部有裝料設(shè)備和煤氣上升管，下部坐落在高爐基礎(chǔ)上，是不等截面的圓簡(jiǎn)體。(5)露天鋼結(jié)構(gòu)和揚(yáng)塵點(diǎn)附近鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)避免積塵積水。(4)對(duì)于支撐構(gòu)件，要認(rèn)真分析荷載條件，做強(qiáng)度計(jì)算。 (3)運(yùn)動(dòng)裝量運(yùn)動(dòng)軌跡周?chē)?，?yīng)留有足夠的凈主尺。要考慮到大設(shè)備的運(yùn)進(jìn)運(yùn)出，吊上吊下，臨時(shí)停放等可能性。高爐鋼結(jié)構(gòu)是保證高爐止常生產(chǎn)的重要設(shè)施。這就要求我國(guó)有關(guān)部門(mén)及科研設(shè)計(jì)人員在此方面多做一些工作,盡快提高我國(guó)億噸鋼鐵大國(guó)相關(guān)的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)［13］。雖然歷經(jīng)幾十年的發(fā)展, 已能獨(dú)立完成像寶鋼3號(hào)高爐這樣的設(shè)計(jì), 但目前, 我國(guó)還沒(méi)有能代表國(guó)家水平的、有關(guān)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算方法、計(jì)算程序和國(guó)家規(guī)范。這些成果，對(duì)我國(guó)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步具有較好的借鑒和吸收價(jià)值。近十幾年來(lái)，隨著高爐結(jié)構(gòu)向現(xiàn)代化、大型化的發(fā)展, 高爐冶煉技術(shù)和冶煉強(qiáng)度不斷提高，要求越來(lái)越精細(xì)的爐殼結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)。d1/。 爐喉爐喉呈圓柱形，它的作用是承接爐料，穩(wěn)定料面，保證爐料分布告理。高爐犀角取值為81′30″左右，前蘇聯(lián)Vu5580m179。一般大高爐爐身角取小值，小高爐去大值。間。176。爐身高度（h4）占高爐有效高度的5060%，保障了煤氣與爐料之間傳熱和傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行。大型高爐D/。設(shè)計(jì)一般取值于13m之間，爐容大向上取值；設(shè)計(jì)中亦可調(diào)整h3修定爐容。在爐型結(jié)構(gòu)上，爐腰起著承上啟下的作用，使得爐腹向爐身過(guò)渡來(lái)得平緩，減小死鐵角。爐腰處恰是冶煉的軟熔帶，爐料透氣性在此處變壞，有爐腰存在擴(kuò)大了該部位的橫向空間，改善了通氣條件。爐腹角一般取值為7983度，過(guò)大不利于煤氣分布，過(guò)小使得爐腹部位對(duì)下降爐料阻力增加，不利于順行。以上大型高爐。爐腹的結(jié)構(gòu)尺寸是爐腹高度（h2）和爐腹角（α）。爐腹的存在對(duì)上部料柱而言，燃燒帶向中心移動(dòng)，可減弱煤氣流的邊緣效應(yīng)，并使燃燒帶出于爐喉邊緣的下方，有利于松動(dòng)爐料，促進(jìn)冶煉順行。 爐腹?fàn)t腹在爐缸上部，呈倒截圓錐形。爐缸下部容積盛裝液態(tài)渣鐵，上部空間為風(fēng)口的燃燒帶。梅山冶金公司1號(hào)高爐采用冷卻箱和冷卻壁結(jié)合的形式，自1986年一月以來(lái)，無(wú)中修至1993年9月底，高爐壽命達(dá)七年九個(gè)月，單位爐容產(chǎn)鐵達(dá)5446 t. m3，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)及制造冷卻設(shè)備高爐無(wú)中修的長(zhǎng)壽記錄。 綜合來(lái)看，冷卻板與冷卻壁結(jié)合的形式有以下優(yōu)點(diǎn)： ①在對(duì)整個(gè)爐殼提供冷卻的同時(shí)又能對(duì)爐襯提供深冷； ②由冷卻板對(duì)爐襯提供良好支撐，彌補(bǔ)了冷卻壁對(duì)爐襯支撐不足的缺點(diǎn)； ③冷卻板與冷卻壁呈“棋盤(pán)”式布置，當(dāng)冷卻壁前的耐火材料侵蝕到一定程度時(shí)，在冷卻壁上下伸入爐內(nèi)較深的冷卻板之間形成凹陷區(qū)，此區(qū)域內(nèi)易于形成渣皮或堆積渣、鐵、爐料的混合物，形成“自襯”作用，保護(hù)冷卻壁前的爐襯，減輕冷卻壁的熱負(fù)荷； ④冷卻壁上、下、左、右的四塊冷卻板以其較強(qiáng)的冷卻能力對(duì)冷卻壁前的耐火材料提供較好的冷卻作用，降低爐襯的溫度，減緩各種侵蝕作用產(chǎn)生的危害，從而延長(zhǎng)爐襯——冷卻系統(tǒng)的壽命。一是在提高其冷卻能力的同時(shí)改善冷卻壁溫度分布的均勻性，以增強(qiáng)冷卻壁自身抵抗熱流的能力，這方面的措施有：增加角部冷卻水管、增加背部蛇形管等；另外非常重要的一方面是盡量改善對(duì)磚襯的支撐，以延長(zhǎng)磚襯的壽命，靠磚襯來(lái)保護(hù)冷卻壁。在冷卻壁的結(jié)構(gòu)改進(jìn)過(guò)程中主要做了如下幾方面的工作：①通過(guò)改變冷卻水管的布置，提高冷卻壁的冷卻能力，同時(shí)增強(qiáng)冷卻壁內(nèi)部溫度分布的均勻性，以降低熱應(yīng)力對(duì)冷卻壁的損壞：②增加凸臺(tái)以加強(qiáng)對(duì)磚襯的支撐，延長(zhǎng)磚襯的壽命；③通過(guò)改進(jìn)鑲磚材質(zhì)，降低冷卻壁肋區(qū)溫度，增強(qiáng)其掛渣能力；④通過(guò)減薄凸臺(tái)厚度，提高凸臺(tái)內(nèi)部冷卻的均勻性，以利于保護(hù)凸臺(tái)；⑤通過(guò)將磚襯和冷卻壁本體鑄造在一起，加強(qiáng)對(duì)磚襯的支撐，延長(zhǎng)磚襯的壽命。目前制造冷卻壁的鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度一般要求)400N/mm2；延伸率一般為20%以上：②球墨鑄鐵具有優(yōu)良的抗熱疲勞性能，800℃水冷次數(shù)可達(dá)400次以上方出現(xiàn)裂紋，而灰鑄鐵一般小于50次。目前，高爐冷卻壁大都采用鐵素體球墨鑄鐵。在如此惡劣的環(huán)境中工作的冷卻壁要想獲得較長(zhǎng)的壽命，必須對(duì)冷卻壁本體材料的抗拉強(qiáng)度、抗熱沖擊性能、抗裂性能、韌性等提出更高的要求。 冷卻壁材質(zhì)的優(yōu)化經(jīng)歷了從普通灰口鑄鐵、低鉻耐熱鑄鐵到鐵素體球墨鑄鐵的演變過(guò)程。隨著銅冷卻壁的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快，成本的不斷降低和技術(shù)的不斷成熟，可以預(yù)見(jiàn)，銅冷卻壁在我國(guó)的使用，特別是在大型高爐上的使用將會(huì)不斷加快。由于銅冷卻壁的成本太高，與中小企業(yè)現(xiàn)有的承受能力不相適應(yīng)，推廣應(yīng)用鑄鋼冷卻壁，將會(huì)取得了較好的效果。這些情況說(shuō)明了銅冷卻壁已進(jìn)入普遍推廣階段，使用范圍也在擴(kuò)大，更令人們振奮的是它可以用到第2代爐役上，是一種長(zhǎng)壽的冷卻設(shè)備。)，在大修時(shí)使用了8段銅冷卻壁，除了爐腹、爐腰、爐身各兩段外，爐缸還用了兩段。在高爐上試用成功使人們對(duì)銅冷卻壁有了新的認(rèn)識(shí)，在高爐上的 使用也從開(kāi)始時(shí)的一段逐步擴(kuò)大到3段、5段，甚至更多，從爐身下部擴(kuò)大到爐腹、爐腰。國(guó)外高爐冷卻壁的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)發(fā)展較快，尤其以日本新日鐵為代表在引進(jìn)前蘇聯(lián)冷卻壁制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)不斷完善和開(kāi)發(fā)，已把高爐一代爐役壽命提高到15年以上。但由于鋼液溫度高，在澆注、凝固過(guò)程中，冷卻水管很容易發(fā)生變形和熔化穿透，這一難題一直沒(méi)有得到有效解決，使鑄鋼冷卻壁工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用受到一定的影響 近年來(lái)盡管?chē)?guó)內(nèi)有不少單位在冷卻壁的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造方法及提高冷卻效果上作了不少有益的探索。國(guó)內(nèi)武鋼設(shè)計(jì)院，鋼鐵研究總院等單位在“八五”、“九五”期間對(duì)鋼冷卻壁進(jìn)行了大量的研究開(kāi)發(fā)工作。高導(dǎo)熱性的紫銅冷卻壁的國(guó)產(chǎn)化及應(yīng)用也得到很快的發(fā)展。隨著高爐強(qiáng)化熔煉水平的提高，球墨鑄鐵冷卻壁越來(lái)越難以滿足要求。目前，國(guó)內(nèi)外高爐冷卻設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)是以冷卻壁和板壁結(jié)合為主。目前最新設(shè)計(jì)的冷卻板是單室六通道銅冷卻板，冷卻強(qiáng)度極高，常用于風(fēng)口至爐身下部之間的高熱負(fù)荷區(qū)域。為解決因冷卻板前端破損導(dǎo)致的冷卻板失效問(wèn)題，又設(shè)計(jì)出了雙室多通道冷卻板(即兩路進(jìn)水，兩路出水)。為保證銅冷卻板的機(jī)械強(qiáng)度，必需使冷卻板溫度低于130℃。寶鋼1號(hào)和攀鋼4號(hào)高爐也引進(jìn)了新日鐵密集式冷卻板，使用情況良好［12］。盡管有這些缺點(diǎn)，全冷卻板高爐也取得了較好的爐齡指標(biāo)，如日本君津3號(hào)高爐壽命為10年零8個(gè)月，單位產(chǎn)鐵量達(dá)7906 179。②爐役后期爐襯失去后，冷卻板突出，侵占爐容，阻礙爐料運(yùn)動(dòng)；③銅的機(jī)械強(qiáng)度在溫度超過(guò)130℃時(shí)很快降低，破