【正文】 為 ~ 。 ，爐腹角過(guò)小不利于爐料下降，影響順行 ；爐腹角過(guò)大不利于煤氣流分布，容易使邊緣煤氣流過(guò)分發(fā)展，同時(shí)不利于產(chǎn)生穩(wěn)定的渣皮保護(hù)爐襯。本設(shè)計(jì)選取h2=b 爐腹角 ( α )爐腹角一般為 80176。= 取22。S式中：d —— 爐缸的直徑；S —— 相鄰兩風(fēng)口中心線之間的弧長(zhǎng)，取 ；N= πd247。h1=hf+b=+=d 鐵口數(shù)目 大型高爐可設(shè) 2~4 個(gè)鐵口，一般中小型高爐設(shè)一個(gè)鐵口。ANVtf=3900247。 b——生鐵波動(dòng)系數(shù)，；A——爐缸截面積，m2；N —— 每晝夜出鐵次數(shù)(平均每?jī)尚r(shí)出一次)；VT ——鐵水密度， t/m3；f —— 渣口以下?tīng)t缸容積利用系數(shù),~ 。（3）爐缸高度爐缸高度設(shè)計(jì)分為三段考慮， 一般先求渣口高度 (hz) ， 然后求風(fēng)口高度 (hf) ，最后求出爐缸高度 (h1)。h)則： d= = （2）爐缸直徑(d)的校核：爐缸直徑確定的是否合適，可以由 VU /A 比值來(lái)校核，根據(jù)爐容大小，合適的 VU/A 比值為：大型高爐 22~28，中型高爐 15~22 ， A為爐缸截面積。有效高度可用下述統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算：620m3以下的中小型高爐： HU=對(duì)于大型高爐： HU=== H全=Hu+h0式中：H全——高爐全高，m；Hu——高爐有效高度，m；h0——死鐵層高度，m， ；則H全=Hu+h0=+=29m（1）爐缸直徑由式t/() 選定冶金強(qiáng)度I=（m3但有效高度過(guò)高，煤氣流通過(guò)料柱的阻力增大，不利于順行。ηv——高爐有效容積利用系數(shù)，t/()；Vv——高爐有效容積，m3；PQ =13551500=1384500 t(Hu)的確定 高爐的有效高度決定著煤氣熱能和化學(xué)能的利用，也影響著順行。d)高爐容積Vu=1500m3 年工作日為36595%=347天,日產(chǎn)量P總=Vu設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)可以利用基墩高度調(diào)節(jié)鐵口標(biāo)高[2]。采用水冷爐底及耐熱基墩后，可以保證高爐基礎(chǔ)很好工作?！慊炷林荒茉?50℃以下工作，250℃便有開(kāi)裂．400℃時(shí)失去強(qiáng)度，鋼筋混凝上700℃時(shí)失去強(qiáng)度。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。③熱應(yīng)力作用爐缸中貯存著高溫的鐵液和渣液，爐基處于一定的溫度下。就力的作用情況來(lái)看，前者是對(duì)稱(chēng)的，作用在爐基上，后者則常常是不對(duì)稱(chēng)的，是引起力矩的因素，可能產(chǎn)生不均勾下沉。高爐基礎(chǔ)承受的負(fù)荷包括靜負(fù)荷、動(dòng)負(fù)荷、熱應(yīng)力作用，其中溫度造成的熱應(yīng)力作用最危險(xiǎn)。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荷載均勻地傳遞到地基。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有一本有關(guān)的專(zhuān)著, 基本沿用蘇聯(lián)理論和規(guī)范, 以及日本的一些做法, 加上各設(shè)計(jì)單位缺乏相互交流, 在市場(chǎng)利益機(jī)制的驅(qū)使下, 必然大部分沿襲舊有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。斷裂力學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)壽命的估計(jì), 還未應(yīng)用于設(shè)計(jì)。因此, 不管擁有多么先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備和手段,校核的數(shù)據(jù)與使用總有一定距離。但我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度還不高, 落后于日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家。其根本原因, 就在于沒(méi)有明確掌握高爐內(nèi)三項(xiàng)材料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、爐內(nèi)化學(xué)變化對(duì)爐皮的真實(shí)壓力, 以及高溫作用、低周荷載對(duì)爐殼疲勞與脆斷的影響,不得不把經(jīng)驗(yàn)作為主要依據(jù)。（1）我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 還處在以經(jīng)驗(yàn)為主、計(jì)算分析為輔的階段。這些程序, 不僅能對(duì)高爐系統(tǒng)的熱風(fēng)爐、除塵器、爐體框架及爐殼等子系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的靜動(dòng)力分析, 也可考慮其相互作用, 進(jìn)行綜合動(dòng)力分析, 既可作整體彈性分析, 還可對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)部做靜力彈塑性分析。為搞好寶鋼2號(hào)高爐設(shè)計(jì), 重鋼院在消化移植1號(hào)高爐技術(shù)的同時(shí),引進(jìn)了日本川崎公司的大型程序KBSD。第二次飛躍, 以計(jì)算機(jī)和大型結(jié)構(gòu)分析通用程序, 引入整個(gè)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為標(biāo)志, 時(shí)間為寶鋼建設(shè)時(shí)期。該規(guī)定引入公式及邊緣效應(yīng)計(jì)算。據(jù)此, 我國(guó)相繼建成了5座高爐, 正是這些工程實(shí)際, 為我國(guó)技術(shù)人員學(xué)習(xí)、消化、掌握現(xiàn)代化大型高爐的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算理論、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)提供了契機(jī)。這時(shí)期, 我國(guó)設(shè)計(jì)人員在蘇聯(lián)專(zhuān)家指導(dǎo)下完成了鞍鋼、本鋼8座高爐施工圖設(shè)計(jì)。英國(guó)戴維公司對(duì)爐殼與冷卻器連接處的孔型及分布的研究取得進(jìn)展, 獲得減少應(yīng)力集中的最有效孔型布置, 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明孔邊緣必須磨光。并提出了改進(jìn)風(fēng)口, 出鐵口和高爐加料裝置的構(gòu)造措施, 從而改善高爐受力。（2）改進(jìn)爐殼與冷卻器的連接構(gòu)造, 減少爐殼開(kāi)孔的應(yīng)力集中。（1）采用爐身高度較低、薄壁、外形簡(jiǎn)單、爐型變化小的新?tīng)t型。以斷裂韌性為結(jié)構(gòu)抗裂性指標(biāo),記K=K1c作為防止脆斷的依據(jù), 當(dāng)K≤K1c ，時(shí)結(jié)構(gòu)安全反之亦然[11]。大量的實(shí)驗(yàn)、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。在每個(gè)支柱下面都有鑄鐵或型鋼做成的單片墊板，并是彼此州拉桿或整環(huán)連接起來(lái)，以防止支柱在推力作用下或基礎(chǔ)損壞時(shí)發(fā)生位移。在它與上下?tīng)t殼相接處，兩側(cè)都用角鋼加固，在外側(cè)邊緣也用角鋼加固．以加強(qiáng)其剛性。爐腰支圈的作用是把它承托的上部均布荷載變成幾個(gè)集中載荷傳給爐缸支柱，同時(shí)也起著密封作用。—般為6根，下端應(yīng)與爐缸支柱相對(duì)應(yīng)。左右，以便爐缸周?chē)鷮挸?。大中型高爐一般都是用24—40mm的鋼板，焊成工字形斷面的支柱，為了增加支柱的剛度，常加焊水平筋板。一般情況下應(yīng)保證支柱與熱鳳圍管有250mm間距、爐腰支圈和支柱座圈爐缸支柱是用來(lái)承擔(dān)護(hù)腹或爐腰以上，經(jīng)爐腰支因傳遞下來(lái)的全部荷載。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，要隊(duì)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)瑧?yīng)留有足夠的凈主尺。設(shè)計(jì)高爐鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的主要因素有；(1)高爐是龐大的豎爐，設(shè)備層層疊疊，鋼納構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮到各種設(shè)備安裝、檢修、更換則可行K．要考慮到大照設(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)包括爐殼、爐體框架、爐頂框架、平臺(tái)和梯子等。現(xiàn)在的設(shè)計(jì), 還只是停留在以經(jīng)驗(yàn)為主、計(jì)算為輔的較低層次, 其中內(nèi)在的技術(shù)含量和理論底蘊(yùn)與國(guó)外有明顯距離。相比之下, 我國(guó)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)有著較大的差距。因此,爐殼壽命的長(zhǎng)短便成為冶金工業(yè)效益重要的衡量尺度, 同時(shí)也促進(jìn)了世界特別是鋼鐵大國(guó)美、日、德、前蘇聯(lián)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。高爐在冶金工業(yè)中的重要地位, 決定了高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的理論和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。提出今后長(zhǎng)期合作的意向。新日鐵對(duì)寶鋼冷卻壁的質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查, 認(rèn)為質(zhì)量?jī)?yōu)良。寶鋼集團(tuán)公旬取得了在國(guó)內(nèi)制造和銷(xiāo)售新日鐵第三代和第四代冷卻壁的權(quán)利。%。我國(guó)目前第三代冷卻壁與新日鐵第三代冷卻壁差距甚大。根據(jù)梅山冶金公司的經(jīng)驗(yàn)和德國(guó)冷卻壁制造的要點(diǎn), 研究與設(shè)計(jì)了我國(guó)第三代冷卻壁, 并在1989年以后投產(chǎn)的一批高爐中使用。但現(xiàn)在也不采用了。但是它也與鑄鐵冷卻板一樣,冷卻強(qiáng)度低,承受不了熱沖擊而損壞。這是我國(guó)的第二代冷卻壁。我國(guó)在年代后期在少數(shù)高爐上采用了汽化冷卻,如1970年建成的武鋼4號(hào)高爐及鞍鋼和首鋼的高爐。目前國(guó)外主要發(fā)展方向是增加冷卻板內(nèi)的水通道數(shù)目,提高水流速度,增加冷卻強(qiáng)度。自1989年9月投產(chǎn)至1994年3月,銅冷卻板僅損壞了12塊, 并已全部更換。由此證明, 在搞好設(shè)計(jì)、制造、施工及操作維護(hù)等重要環(huán)節(jié)的情況下, 即使采用較低的材質(zhì)也能達(dá)到1000m3 級(jí)的高爐長(zhǎng)壽的目標(biāo)。在50年代末, 日本采用了密集式銅冷卻板,加強(qiáng)了對(duì)磚襯的冷卻, 延長(zhǎng)了爐體的壽命。目前, 高爐爐體冷卻技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 特別是冷卻壁技術(shù)有大幅度的提高。必須從設(shè)計(jì)、制造、施工、操作到維護(hù)進(jìn)行綜合治理, 從裝備水平、技術(shù)、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(cè)壁碳磚僅剩500mm左右而被迫停爐大修[6]。從1979年8月開(kāi)爐至1993年1月停爐, 工作了13年5個(gè)月,損壞水73管根, %, 爐腹上部、爐腰和爐身下部高熱負(fù)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(hào)高滬上開(kāi)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(jìn), 使用在新日鐵名古屋3號(hào)高爐, , 新日鐵稱(chēng)為第一代, 相當(dāng)于我國(guó)的第二代冷卻壁。它既實(shí)現(xiàn)了冷卻壁對(duì)整個(gè)爐殼的覆蓋冷卻作用，又實(shí)現(xiàn)了沖卻板對(duì)爐襯的深度方向的冷卻，并對(duì)冷卻壁上下層接縫冷卻的薄弱部位起到了保護(hù)作用，因而有良好的適應(yīng)性[5]。從而起到延長(zhǎng)耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。④板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)冷卻板的冷鄰原理是通過(guò)分散的冷卻元件伸進(jìn)爐內(nèi)的長(zhǎng)度來(lái)冷卻周?chē)哪突鸩牧希⑼ㄟ^(guò)耐火材料的熱傳導(dǎo)作用來(lái)冷卻爐殼、從而起到延長(zhǎng)耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。(6)能維護(hù)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(qiáng)度大，不易產(chǎn)大局部沸騰現(xiàn)象；(3)當(dāng)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(jìn)行調(diào)整。它是采用隔板將冷卻板腔體分隔成6個(gè)室，即把冷卻板斷面分成6個(gè)流體區(qū)域，并采用兩個(gè)進(jìn)出水通道進(jìn)行冷卻。由于銅冷卻板具方導(dǎo)熱件好、鑄造工藝較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以從18世紀(jì)末期就開(kāi)始用于高爐冷卻。冷卻板前端距爐襯設(shè)計(jì)工作表面一磚距離230mm或345mm，冷卻水進(jìn)出管與爐殼焊接。冷卻板厚度70—110mm，6mm無(wú)縫鋼管，常用在爐腰和爐身部位，呈棋盤(pán)式布置，—般上下層間距500—900mm，同層間距150—300mm。它的缺點(diǎn)是消費(fèi)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(jié)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(wèn)題，縮短丁施工工期。(3)加強(qiáng)凸臺(tái)部位的冷卻強(qiáng)度，采用雙排冷卻水管冷卻。通過(guò)研究冷卻壁的損壞機(jī)理和考慮它的結(jié)構(gòu)合理性后，新日鐵開(kāi)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(diǎn)是：(1)設(shè)置邊角冷卻水管，以防止冷卻壁邊角部位母材開(kāi)裂。 噴木冷卻裝置適用于小型高爐，對(duì)于大型高爐，只有在爐齡晚期冷印設(shè)備燒壞的情況下使用，作為一種輔助性的冷卻嚴(yán)段，防止?fàn)t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(tuán)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(shè)有環(huán)形冷卻水管，水管直Φ50Φ150mm，距爐殼約100mm．水管上朝爐殼的斜廣力鉆有若干Φ5—Φ8mm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(dāng)耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設(shè)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(guò)冷卻設(shè)備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。（2）對(duì)耐火材料的冷卻和支承。高爐冷卻設(shè)備是高爐爐體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)爐體壽命可起到如下作用：（1）保護(hù)爐殼。該高爐自九十年代初投產(chǎn)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10年。所有這種研究和試驗(yàn)都將繼續(xù)加強(qiáng)含有賽隆的氮化硅結(jié)合的基本概念。它的耐氧化性和耐堿侵蝕性要比Si3N4結(jié)合SiC磚有所提高。SiC磚在高爐上使用對(duì)延長(zhǎng)高爐一代爐齡發(fā)揮了重要作用。Si3N4結(jié)合SiC磚在鞍鋼6高爐使用成功，對(duì)SiC磚在我國(guó)高爐上的應(yīng)用起了推動(dòng)作用，自1985年來(lái)，先后在太鋼、本鋼、唐鋼、攀鋼、武鋼、酒鋼、首鋼、寶鋼等國(guó)內(nèi)大中型高爐上得到普遍使用。在中國(guó)，第一座砌筑Si3N4結(jié)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(dá)到7年，%。自砌筑以來(lái)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(shè)計(jì)中必須要考慮這種熱力學(xué)性能，這一點(diǎn)在后面還要繼續(xù)討論[4]。 圖1—3不同碳磚的熱傳導(dǎo)性4）熱力學(xué)性能加入添加劑可以提高碳磚的常溫耐壓強(qiáng)度?！煌瑲饪茁实陌胧|(zhì)材料。同樣盡管滲透比較劇烈，但對(duì)滲透性，它們也是最理想的。不同種類(lèi)磚的氣孔率取決于添加劑的種類(lèi)。在八十年代，VAW, DIDIER及后來(lái)的DME公司先后開(kāi)發(fā)了具有上述特性的新一代碳磚品種。這項(xiàng)開(kāi)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(xué)性能，Wilkening等人進(jìn)行了這項(xiàng)研究。同時(shí)也被應(yīng)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(jī)理是完成昂貴的高爐的長(zhǎng)爐役所有工作的礎(chǔ)。要進(jìn)行爐襯計(jì)算及改進(jìn)設(shè)計(jì)需要有大量的有關(guān)耐火材料的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)在過(guò)去耐火材料中都是未知的，它們類(lèi)似或等同于煉鋼