设计2000立方米热风炉的炼铁课程设计

附件一湖南工业大学课程设计资料袋冶金工程学院（系、部）2010 ~ 2011 学年第 2 学期课程名称炼铁课程设计指导教师刘竹林职称教授学生姓名夏雨专业班级冶金091 学号01234567题目设计向2000立方米高炉提供热风的热风炉成绩起止日期2011 年5月16 日～2011 年5 月29 日目录清单附件二湖南工业大学课程设计任务书2010 —2011 学年第 2学期冶金工程学院（系、部）冶金技术专业冶金091 班级课程名称：炼铁课程设计设计题目：设计向2000立方米高炉提供热风的热风炉完成期限：自2011 年 5 月16 日至2011 年 5 月29 日共 2 周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日（课程设计名称）设计说明书向2000立方米高炉提供热风的热风炉起止日期：2011 年 5 月16 日至2011 年5 月29 日学生姓名夏雨班级冶金091学号01234567成绩指导教师(签字)冶金工程学院（部）2011年月日湖南工业大学冶金工程学院课程设计答辩评价表湖南工业大学冶金工程学院课程设计评阅表前言从冶炼角度看，风是高炉冶炼的重要原料之一。

高炉发展史充分说明改进鼓风对高炉的发展有着极其重要的作用。

风也是强化高炉冶炼的最积极因素，就现在已采用的新技术来看，风的含义不仅与鼓风机有关，还和热风温度、喷吹、富氧、脱湿等技术的应用即风的质量有关。

热风炉为主的热风系统是综合鼓风系统的重要内容。

1828年美国开始使用热风。

实践和理论均证明：热风不仅是降焦、增产和提高生铁质量的重要措施之一，也为提高所喷吹燃料的燃烧率，为改善喷吹效果和加大喷吹量提供有利条件。

因此国内外高炉均致力于提高风温。

热风炉系统的重要作用就是加热冷风，降低焦比，提高生产效益。

现代高炉普遍采用蓄热式热风炉，由于热烧（即加热格子砖）和送风（即冷却格子砖）是交替工作的，为保证向高炉连续供风，故每座高炉至少配置两座热风炉，一般配置三座，大型高炉配置四座为宜。

目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内热式热风炉（含传统型和改进型）、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。

本设计指导书所设计的类型是内热式热风炉。

在设计过程中也可广泛地查阅各种参考资料，设计目前国内外比较先进的改进型和外燃式热风炉。

本次设计的主要目的是培养学生理论联系实际，分析问题、解决问题的能力。

本热风炉设计的重点在了解热工计算，其热工计算主要包括三个方面的内容，即燃烧计算，简易计算，砖量计算。

设计过程中尽可能应用较成熟技术，充分考虑合理性和先进性的要求。

目录1热风炉本体结构设计 (2)1.1炉基的设计 (3)1.2炉壳的设计 (3)1.3炉墙的设计 (4)1.4拱顶的设计 (5)1.5蓄热室的设计 (6)1.6燃烧室的设计 (6)1.7炉箅子与支柱的设计 (7)2燃烧器选择与设计 (8)2.1金属燃烧器 (8)2.2陶瓷燃烧器 (8)3格子砖的选择 (10)4管道与阀门的选择设计 (15)4.1管道 (15)4.2阀门 (16)5热风炉用耐火材料 (18)5.1硅砖 (18)5.2高铝砖 (18)5.3粘土砖 (18)5.4隔热砖 (18)5.5不定形材料 (19)6热风炉的热工计算 (22)6.1燃烧计算 (22)6.2简易计算 (29)6.3砖量计算 (31)7参考文献 (32)1热风炉本体结构设计热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。

冷风被加热并通过热风管道送往高炉。

目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。

传统内燃式热风炉（如图1-1所示）包括燃烧室和蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、炉箅子、支柱等构成。

热风炉主要尺寸（全高和外径）决定于高炉有效容积、冶炼强度要求的风温。

图1-1内燃式热风炉1-煤气管道；2-煤气阀；3-燃烧器；4-燃烧室；5-热风管道；6-热风阀；7-大墙；8-炉壳；9-拱顶；10-蓄热室；11-隔墙；12-热风管；13-冷风阀；14-烟道管；15-支柱；16-炉箅子我国实际的热风炉尺寸见表1-1。

表1-1我国设计的热风炉尺寸表1.1炉基的设计由于整个热风炉重量很大又经常震动，且荷重将随高炉炉容的扩大和风温的提高而增加，故对炉基要求严格。

地基的耐压力不小于2.0~2.5kg/cm2，为防止热风炉产生不均匀下沉而是管道变形或撕裂，将三座热风炉基础做成一个整体，高出地面200~400mm，以防水浸基础由A3F或16Mn钢筋和325号水泥浇灌成钢筋混泥土结构。

土壤承载力不足时，需打桩加固。

生产实践表明，不均匀下沉未超过允许值时，可将热风炉基础又做成单体分离形式，如武钢、鞍钢两座大型高炉，克节省大量钢材。

1.2炉壳的设计热风炉的炉壳由8~20mm厚的钢板焊成。

对一般部位可取：δ=1.4D（mm）。

开孔多的部位可取：δ=1.7D（mm）, δ为钢板厚度（mm），D为炉壳内径（m），钢板厚度主要根据炉壳直径、内压、外壳温度、外部负荷而定。

炉壳下部是圆柱体，顶部为半球体。

为确保密封炉壳连同封板焊成一个不漏气的整体。

由于炉内风压较高，加上炉壳耐火砖的膨胀，使热风炉底部承受到很大的压力，为防止底板向上抬起，热风炉炉壳用地脚螺栓固定在基础上，同时炉底封板与基础之间进行压力灌浆，保证板下密实，也可以把地脚螺栓改成锚固板，并在底封板上灌上混泥土。

将炉壳固定使其不变形，或把平底封板加工成蝶形底，使热风炉成为一个手内压的气罐，减弱操作应力的影响。

在施工过程中对焊接必须进行X光探伤检验，要求炉壳椭圆度不大于直径的千分之二，整个中心线的倾斜（炉顶中心与炉底中心差）不大于30mm。

为了保证炉壳和炉内砌砖的密封性，在砌砖前后要试漏、试压，检查砌砖前试验压力为0.3~1.5kg/cm2,砌砖后工作压力的1.5倍试压，每小时压力降<=1.5%.蓄热室、燃烧室的拱顶和连接管处采用（韧性耐龟裂钢板）含锰、铝的镇静钢。

高温区炉壳外侧用0.5mm铝板包覆，铝板与炉壳间填充后3mm保温毡，使炉壳温度控制在150~250℃，防止内表面结露，也防止突然降温（暴雨）使炉壳急冷而产生应力。

炉壳内表面涂硅氨基甲酸乙醋树脂保护层，防止NO X与炉壳接触。

1.3炉墙的设计炉墙一般由耐火层、绝热层和隔热层组成。

作用是保护炉壳和减少热损失。

各层厚度应根据炉壳温度和所用耐火材料的界面温度确定。

如图1-2所示。

因炉墙温度自上而下逐渐升高、所以不同高度耐火层和绝热层厚度不同。

一般下部区域温度低、荷重大，宜选用较厚耐火砖，减薄的绝热层，所留膨胀缝可小。

上部高温区，荷重小，但为了减少热损失，应增加绝热层的厚度，耐火层可较薄。

炉墙通常由345mm耐火砖砌筑，一般风温水平的热风炉和炉壳接触的是65mm 后的硅藻土砖绝热层，绝热层和耐火砖之间是60~145mm后的干水渣填料层，用以缓冲膨胀。

两层绝热砖之间填以50~90mm后的干水渣或硅藻土或石粉。

隔墙上部由于燃烧室位置在热风炉内的一侧，靠格子砖的隔墙为两面加热，而靠热风炉大墙一侧的隔墙为一面加热。

因此，前者的温度比后者高，产生的高温蠕变大，而耐火材料不适应高温时，就使燃烧室向格子砖方向倾斜，并进而使上部格砖严重错孔。

a -多用与燃烧室侧b -多用于蓄热室侧图1-2 炉墙的组成1.4拱顶的设计拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构，它长期处于高温状态工作，应选用优质的内火材料，并保证砌体结构的稳定性，燃烧时高温烟气流均匀地进入蓄热室。

内燃式热风炉拱顶有半球形，锥型，抛物线形和悬链形，目前国内传统内燃式热风炉一般多采用半球形。

它可使炉壳免受侧向推力，拱顶荷重通过拱脚正压在墙上，以保持结构稳定性。

应加强热风炉上部与拱顶的绝热保护，鉴于拱顶支在大墙上，大墙受热膨胀，受压易于破坏，故将拱顶与大墙分开，支在环形梁上，使拱顶砌成独立的支撑结构。

采用抛物线形拱顶和悬链形拱顶稳定性较好，悬链形拱顶的气流也较均匀，但结构较复杂。

图1—3 热风炉锥形拱顶结构在拱顶内衬的内火砖材质，决定拱顶温度水平，为了减少结构质量和提高拱顶的稳定性，应尽量缩小拱顶的直径，并适当减薄砌体的厚度。

拱顶砌体厚度减薄后，其内外温度差降低，热应力减少，可相当延长拱顶寿命。

中型热风炉砖厚以300~500mm为宜，大型高炉热风炉砖厚以350~400mm为宜。

但是砖型过多制造麻烦，过少则施工困难。

国内部颁标准以有了3组9种拱顶定型砖适用于砌筑内部半径为2100~3900mm的半球形拱顶。

拱顶的下部第一层砖为拱脚砖。

常用钢圈加固，使炉壳少受水平力作用。

在拱顶的正中为特制的炉顶盖砖，上有安装测拱顶温度的电热偶孔。

为了提高热效率，减少热损失好保护炉壳，拱顶的隔热是十分重要的。

高风温热风炉拱顶隔热砖的厚度为400~500mm,一般由2~3层隔热砖组成。

表1-2 热风炉拱顶耐火衬材质与炉顶温度的关系材质粘土砖高铝砖硅砖标号RN-38 RL-48 L2-65 DG-95炉顶温度1250 1350 1450 15501.5蓄热室的设计蓄热室是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。

砖的表面就是蓄热室的加热面，格子砖块作为贮热介质，所以蓄热室的工作既要传热快又要贮热多，而且要有尽可能高的温度。

格子砖的特性对热风炉的蓄热能力，换热能力以及热效率有直接影响。

蓄热室断面积，一般是从选定的热风炉直径扣除燃烧室断面积而得到的，它应该用填满格子砖的通道面积中的气流速度来核算。

为了保证传热速度，要求气流在紊流状态流动，即雷诺数大于2300。

由于气体在高温下粘度增大，而且格孔小不易引起紊流，故现代高风温热风炉要求有较高的流速以满足传热的要求，在生产中常有这样的情况，蓄热面积不少，顶温很高，但风温上不去，烟道温度却上升很快，其原因主要是流速低造成的。

蓄热室工作的好坏，风温和传热效率如何，与格孔大小、形状、砖量等也有很大的关系。

但在燃烧室两侧蓄热室狭窄处存在死角，烟气在蓄热室断面上分布不均，相对的减少了蓄热室面积。

眼镜形燃烧室结构稳定性差，热应力小，当量直径小，不利于煤气燃烧：但蓄热室死角小，烟气流分布均匀，有效面积利用较好。

复合型兼备上述两种形状的优点，设计上采用多。

1.6燃烧室的设计燃烧室是煤气燃烧的空间，位于颅内的一侧，它的断面形状有三种，即圆形、眼睛形、复合型。

圆形燃烧室形状简单，稳定性好，热应力小，当量直径大有利于煤气燃烧：1-燃烧室 2-蓄热室图1-4 燃烧室断面形状燃烧室隔墙一般由两层互不错缝的高铝砖砌筑，大型高炉用一层345mm和一层230mm高铝砖砌成，中小高炉用两层230mm高铝砖砌成。

两层之间彼此无约束，在受热膨胀时互不受阻碍。

燃烧室比蓄热室要高出300~~500mm，目的是使烟气流在蓄热室内分布均匀一些。