【正文】 比K=400kg／t，煤比M=120kg。表21 礦石成分表（％）TFeMnPSFFeOCaO燒結(jié)礦球團(tuán)礦生礦硅石石灰石續(xù)表21 礦石成分表（％）SiO2MgOAl2O3RexOyK2ONa2OCO2燒結(jié)礦球團(tuán)礦生礦硅石石灰石高爐使用的焦炭及噴吹的煤粉，其成分如表2表23所示。⑸爐體各部位結(jié)合工況及冷卻結(jié)構(gòu)選用優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的耐材。爐喉采用復(fù)合鋼磚。⑵爐底爐缸采用“陶瓷杯”技術(shù)，加深爐缸爐底及死鐵層深度。以適應(yīng)原料條件為前提，以冶煉過(guò)程能夠順行為保障，以日產(chǎn)量最大，質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本高爐本體以五段爐型為標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)型設(shè)計(jì)也予以足夠的重視。而鐵銹Fe(OH)3的生成需要有OH—離子存在,所以高爐爐殼上部腐蝕輕微。電化學(xué)腐蝕的必要條件：含溶解氧的水或含有水分的潮濕空氣[25]。 一般的爐喉、爐身、爐腰、爐腹部分腐蝕較輕微，是因?yàn)楦郀t表面溫度較高，實(shí)測(cè)平均溫度70℃以上?？刂脐帢O反應(yīng)或增大陰陽(yáng)極間的電阻，利用含鈍化性料底漆，使鐵表面鈍化。變徑爐喉護(hù)板還起著調(diào)節(jié)爐料和煤氣流分布的作用[24]。小高爐的爐喉保護(hù)板可以用鑄鐵做成開(kāi)口的匣子形狀；大高爐的爐喉護(hù)板則用100～150mm厚的鑄鋼做成。 爐喉護(hù)板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十分惡劣，維護(hù)其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調(diào)節(jié)的先決條件。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。實(shí)踐證明采用在爐底耐火層與爐基鋼筋之間的素墊層內(nèi)鉆孔布設(shè)水放射狀的雙層冷卻管，向內(nèi)管注入冷水、經(jīng)外管和內(nèi)管之間的環(huán)狀間隙流出并帶出熱量的循環(huán)水冷卻方案，對(duì)降低高爐爐基及爐底溫度并將其控制在一個(gè)確保高爐正常工作的允許溫度范圍、維持爐基安全并減緩爐底熔蝕、延長(zhǎng)一代爐齡、節(jié)省巨額的高爐翻修費(fèi)用切實(shí)可行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。由于基礎(chǔ)長(zhǎng)期在高溫作用下，不僅產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力和變形，并改變了材料的物理學(xué)性能，使鋼筋混凝土失去了它的承載能力。爐基常做成圓形或多邊形，以減少熱應(yīng)力的不均勻分布。爐基不許有不均勻的下沉，％～％。 爐基：它的作用是將所集中承擔(dān)的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層，因而其形狀都是向下擴(kuò)大的。通常采用風(fēng)冷或水冷。 爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受到1400～4600℃的高溫、機(jī)械和化學(xué)侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。一般而言，爐容越大、品位越高、熟料率越高、球團(tuán)比越大、內(nèi)襯越薄、爐型相對(duì)越矮胖，反之爐型越瘦長(zhǎng)。高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎(chǔ)，爐型的好壞不但關(guān)系到高爐是否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，也關(guān)系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小，同時(shí)，也對(duì)高爐壽命的長(zhǎng)短起著重要作用。出鐵口、渣口和風(fēng)口都設(shè)在爐缸部位，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學(xué)侵蝕最劇烈的部位，對(duì)高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質(zhì)量和品種都有極重要的影響。；過(guò)大，不利于煤氣分布；過(guò)小，則不利于爐料順行。爐腹角一般為79176。爐腹的存在，使燃燒帶處于合適的位置，有利于氣流均勻分布。 爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺(tái)形。由于在爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會(huì)使?fàn)t料透氣性惡化，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大爐腰直徑，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關(guān)系，比值以取上限為宜。 爐腰：高爐直徑最大的部位。 爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺(tái)簡(jiǎn)稱圓臺(tái)形，由上向下逐漸擴(kuò)大，用以使?fàn)t料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并減小爐料下降阻力。爐喉直徑應(yīng)和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當(dāng)。爐喉既是爐料的加入口，也是煤氣的導(dǎo)出口。在爐喉上部還有爐頂平臺(tái)和爐頂鋼圈[21]。高爐爐型，高爐爐型指的是高爐工作空間的形狀。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應(yīng)力和內(nèi)部的煤氣壓力，有時(shí)要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強(qiáng)度。高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼。所以,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步遲緩。⑶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)。⑵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。⑶中小冶金設(shè)計(jì)單位基本屬于第三層次，主要停留在小型高爐設(shè)計(jì)上，在未搞清結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和傳力順序的條件下，沿用已有的經(jīng)驗(yàn)或圖紙，較少考慮設(shè)計(jì)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。按60年代《高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》指導(dǎo)設(shè)計(jì)，并參考已有經(jīng)驗(yàn)。在計(jì)算中,將綜合系統(tǒng)用空間桿系模型代替，高爐本體簡(jiǎn)化為空間多質(zhì)點(diǎn)懸壁桿，整體分析后，再將懸壁桿還原為殼體，用有限元分析。高爐就目前已投產(chǎn)的，劃分為五種類型⑴帶爐身支柱、托圈和爐缸支柱的⑵設(shè)在塔式大框架內(nèi)的自立式高爐⑶全自立式高爐⑷帶托圈和爐缸支柱的⑸其它類型高爐[19]我國(guó)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的水平很不平衡，大致分為3個(gè)層次：⑴北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院、重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院是我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)入電算階段的代表，示我國(guó)相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)水準(zhǔn)。因此，爐殼設(shè)計(jì)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度為據(jù)。所以，高爐結(jié)構(gòu)的最終壽命，就是正常條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抵御低周疲勞脆斷的時(shí)限。據(jù)前蘇聯(lián)對(duì)高爐實(shí)際工作狀態(tài)的研究，爐殼是在不同循環(huán)特征和不同變化幅度的周期荷載作用下工作的，爐殼10年中荷載變化的循環(huán)次數(shù)為2104，～。服役后期，內(nèi)襯及冷卻器的損傷，可導(dǎo)致局部過(guò)熱或大面積燒紅，將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，加速爐殼開(kāi)裂、美國(guó)內(nèi)陸公司證明，沿爐殼厚度的溫度梯度是大應(yīng)力的主要原因，當(dāng)最大熱應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力，爐殼就會(huì)開(kāi)裂。⑴煤氣壓力、爐襯和冷卻系統(tǒng)的熱膨脹(力)、爐料和鐵水壓力，決定了正常操作條件下?tīng)t殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。高爐結(jié)構(gòu)荷載認(rèn)識(shí)的深入高爐綜合體結(jié)構(gòu)承受多種作用，荷載相當(dāng)復(fù)雜，但不外乎兩類：一類決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一類與結(jié)構(gòu)耐久性相關(guān)。這些原料是鐵礦石、石灰石及焦炭。高爐：煉鐵一般是在高爐里連續(xù)進(jìn)行的。高爐設(shè)備大多數(shù)處于腐蝕介質(zhì)環(huán)境中，一些設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)處于80～200℃高溫環(huán)境，有較強(qiáng)的腐蝕作用，是鋼鐵廠腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少爐殼折點(diǎn)，制造時(shí)折點(diǎn)要平緩過(guò)渡，其他結(jié)構(gòu)應(yīng)不約束爐殼受熱膨脹，減少熱應(yīng)力；冶煉時(shí)加強(qiáng)爐殼冷卻。⑸自主式：全部載荷由爐殼承受并傳遞至基礎(chǔ)。由于取消了爐缸支柱，風(fēng)口平臺(tái)寬敞，爐前操作方便。⑷爐體框架式：爐頂框架、大小鐘載荷、作用在爐體框架上，傳遞至基礎(chǔ)；裝料設(shè)備和煤氣上升管等載荷，由爐殼傳遞至基礎(chǔ)。煤氣上升管和爐頂平臺(tái)分別裝設(shè)有座圈和托座，大修更換爐殼時(shí)爐頂煤氣導(dǎo)出管和裝料設(shè)備等載荷可作用在平臺(tái)上。我國(guó)中小型高爐曾采用這種結(jié)構(gòu)。⑵爐缸支柱式：爐頂載荷由爐身爐殼傳至爐腰托圈和爐缸支柱再傳至基礎(chǔ)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是爐殼不承受載荷，工作可靠，但高爐風(fēng)口平臺(tái)擁劑，操作不方便。⑴大框架和爐缸支柱式：爐頂載荷由四根支柱組成的爐體框架傳至基礎(chǔ)；爐身載荷由爐腰托圈、爐缸支柱傳至基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)高爐本體鋼結(jié)構(gòu)，主要是解決爐頂載荷、爐身載荷傳遞到爐基的方式方法，并且要解決爐殼密封等。例如西德狄林根4號(hào)高爐（內(nèi)容積2065m3）[16]，相當(dāng)于循環(huán)水量的百分之四。⑶補(bǔ)充水量低 工業(yè)水敞環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)水量包括：蒸發(fā)損失、排污損失和水泵密封處的泄漏量，大約占循環(huán)水量的4～5%。因?yàn)楦郀t各部位特別是中部熱流強(qiáng)度極不穩(wěn)定，一旦某處熱流強(qiáng)度超過(guò)允許值，水溫驟然升高,產(chǎn)汽量增多，極易造成局部汽塞,即使時(shí)間不長(zhǎng)，亦會(huì)造成冷卻件局部過(guò)熱而燒損。特別是各循環(huán)系統(tǒng)回水進(jìn)入膨脹罐之前通過(guò)了脫氣罐，及時(shí)脫去了水中氣泡，避免產(chǎn)生兩相流和膜態(tài)沸騰、消除汽塞,使循環(huán)水流穩(wěn)定運(yùn)行。一旦事故停電，本系統(tǒng)可以在短期內(nèi)轉(zhuǎn)為無(wú)壓汽化冷卻，為高爐冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行創(chuàng)造了條件。這就從根本上消除了系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行的潛在因素，并具有足夠的冷卻后備能力，保證冷卻部件不致因局部過(guò)熱而燒毀。⑵運(yùn)行穩(wěn)定，靈活可靠首先在本系統(tǒng)中設(shè)置了氮?dú)獬鋲喝萜?，可以控制冷卻部件內(nèi)的水溫遠(yuǎn)低于相應(yīng)壓力下水的沸騰溫度，即具有較高的欠熱度，使系統(tǒng)中的水不汽化，不存在兩相流。盡管熱的軟環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)溫度比工業(yè)水冷卻時(shí)高30～40℃，但由于后者冷卻管內(nèi)不可避免地要結(jié)垢，使冷卻壁體的工作溫度可能比汽冷條件下還高。另外它的工程造價(jià)相對(duì)于開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要大許多，所以選擇時(shí)要全面地權(quán)衡利弊得失，謹(jǐn)慎選用。軟水密閉強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式的缺點(diǎn)是：對(duì)每一個(gè)冷卻設(shè)備的運(yùn)行工況不能通過(guò)直觀的觀察來(lái)判斷是否運(yùn)行正常，檢修時(shí)比較困難，需逐一排查。軟水閉路循環(huán)冷卻。汽化的缺點(diǎn)是對(duì)高爐熱流大波動(dòng)的適應(yīng)性差，在突發(fā)性尖峰熱流時(shí)，容易在冷卻器水管中形成汽塞，阻礙循環(huán)，甚至造成停止循環(huán)而將冷卻器燒壞。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有脫氣罐。一般在冷卻器內(nèi)軟水的溫升為8～10176。它是將欠熱度大的軟水（水溫在45～55176。當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，在汽包中還貯備有約1h的循環(huán)水量可以維持正常的系統(tǒng)自然循環(huán)，故仍可安全運(yùn)行。如采用自然循環(huán)方式時(shí)因用水量少，可將大水泵改為小水泵，大管道改為小管道，節(jié)省基建投資。 水冷和汽冷的熱承載能力比較1熱水冷卻區(qū)；2過(guò)渡區(qū)；3穩(wěn)定泡核過(guò)渡區(qū)；4燒毀區(qū)；QC燒毀熱流采用汽化冷卻作為高爐的冷卻方式時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴由于汽化冷卻介質(zhì)為軟化水或純水，水質(zhì)指標(biāo)較高，可有效防止系統(tǒng)內(nèi)的水垢形成，延長(zhǎng)了冷卻設(shè)備的使用壽命。分離出的水作為冷卻介質(zhì)繼續(xù)循環(huán)使用。汽水混合物的密度比軟化水的小，因此在密度差的驅(qū)動(dòng)下，汽水混合物上升進(jìn)入汽包。大部分高爐（包括前蘇聯(lián)的高爐和我國(guó)的高爐）的汽化冷卻方式已被軟水閉路循環(huán)冷卻或工業(yè)水冷卻所替代。在20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)的冶金熱工專家將加熱爐上成功的汽化冷卻移到高爐冷卻系統(tǒng)，高爐汽化冷卻技術(shù)在蘇聯(lián)試驗(yàn)和應(yīng)用之后，西歐、日本、北美等國(guó)也相繼引進(jìn)在一些高爐上采用，我國(guó)在60～70年代也曾有10余座大中小型高爐使用過(guò)。C[11]。水垢積物通常是指水中成垢鹽類結(jié)晶或沉淀所產(chǎn)生的沉淀物，對(duì)于水質(zhì)而言（南方是懸浮物，北方是水硬度），會(huì)在冷卻器內(nèi)結(jié)垢而影響冷卻(5mm的水垢在200000kJ/(m2?h)的熱流下能使冷卻器表面溫度比無(wú)垢時(shí)提高500)，這是造成冷卻器燒壞的重要原因?？傊?，高爐采用工業(yè)水作冷卻介質(zhì)時(shí)，無(wú)論是直流式還是敞環(huán)式，都存在冷卻水質(zhì)差、水質(zhì)不易穩(wěn)定、水的循環(huán)損失大、允許水溫升小、循環(huán)水量大等缺點(diǎn)。另外由于密閉循環(huán)可以充分利用系統(tǒng)管路的靜壓頭，減少管路系統(tǒng)的水頭損失，便于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工作壓力，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠，降低動(dòng)力消耗，據(jù)測(cè)算可節(jié)電耗30%左右。采用開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)時(shí)需要引起注意的是當(dāng)供水流速及流量太大時(shí)，由于回水系統(tǒng)靠重力回水流速較低，風(fēng)口平臺(tái)上的集水槽容易發(fā)生回水溢流(俗稱吐水)事故。采用開(kāi)式循環(huán)冷卻方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在風(fēng)口平臺(tái)上及高爐各層平臺(tái)的集水槽前可以直觀地看到每一塊水冷壁和每一個(gè)風(fēng)渣口冷卻水運(yùn)行情況，同時(shí)也便于爐前工測(cè)量水溫，從而直觀地觀察每一個(gè)冷卻設(shè)備的運(yùn)行工況。另外采用開(kāi)式循環(huán)方式時(shí)集水槽內(nèi)的回水容易受到外界因素干擾，導(dǎo)致水質(zhì)變差，且回水回流到熱水井后需用揚(yáng)水泵將其輸送至晾水塔進(jìn)行降溫冷卻后回流至冷水吸水井。由于高爐采用普通工業(yè)凈化水作為冷卻介質(zhì)時(shí)，溶解于水中的可溶性雜質(zhì)并未得到處理,所以在使用一段時(shí)間后，輸送介質(zhì)的管道及爐內(nèi)冷卻設(shè)備的通道上容易產(chǎn)生沉積物及水垢，從而導(dǎo)致傳熱效率降低，使得爐體內(nèi)的冷卻設(shè)備因過(guò)熱而燒損。該系統(tǒng)由泵站、管道、冷卻器、噴水池等組成。系統(tǒng)工作壓力由膨脹罐內(nèi)的N2壓力控制，使得冷卻介質(zhì)具有較大的熱度而控制水在冷卻設(shè)備中的汽化。 ③軟水密閉循環(huán)冷卻工作原理：它是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，用軟水（采用低壓鍋爐軟水即可）作為冷卻介質(zhì)，其工作溫度50～60℃（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)40～45℃）由循環(huán)泵帶動(dòng)循環(huán)，以冷卻設(shè)備中帶出來(lái)的熱量經(jīng)過(guò)熱交換器散發(fā)于大氣。系統(tǒng)壓力由水泵供水能力大小控制。冷卻的方式就目前而言國(guó)內(nèi)高爐采用的冷卻方式有三種：工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)冷卻系統(tǒng)；汽化冷卻系統(tǒng)；軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻原理如下：冷卻水通過(guò)被冷卻的部件空腔，并從其表面將熱量帶走，從而使冷卻水的自身溫度提高。而爐身冷卻的目的是為了保持合理的操作爐型和保護(hù)爐殼。高爐常用的冷卻介質(zhì)有:水、風(fēng)、汽水混合物。使?fàn)t襯凝成渣皮，保護(hù)甚至代替爐襯工作，從而獲得合理爐型，延長(zhǎng)爐襯工作能力和高爐使用壽命。很顯然這樣的后果大家都不愿看到，所以對(duì)一座高爐來(lái)說(shuō)選擇一種行之有效的高爐冷卻方式就顯得非常必要。全國(guó)各地的煉鐵高爐如雨后春筍蓬勃發(fā)展，增長(zhǎng)勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。所以繼爐襯以后另一個(gè)高爐的重要體系不得不被提起那就是高爐的冷卻系統(tǒng)。在高爐煉鐵界，為了提高煉鐵綜合經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)內(nèi)外煉鐵工作者都把延長(zhǎng)高爐壽命作為一個(gè)非常重要的課題進(jìn)行研究，高爐壽命與爐體冷卻結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)操作有著非常密切的關(guān)系，高爐后期的修補(bǔ)等技術(shù)也起到了重要的作用。高爐用的半石墨碳磚主要是提高熱導(dǎo)率達(dá)到20w/m還要提高抗氧化性和抗鐵水溶蝕性。K以上。方案三采用了與方案二相同的爐底結(jié)構(gòu)，但在爐腹、爐腰、爐身下部直至中部大量采用燒成鋁碳磚代替Si3N4結(jié)合SiC磚，進(jìn)一步降低高爐造價(jià)。這種結(jié)構(gòu)選擇的材料等級(jí)較高，造價(jià)較貴。我們就國(guó)內(nèi)目前