年产量500万吨高炉炼铁车间设计毕业论文

年产量500万吨高炉炼铁车间设计毕业论文
目录
1 绪论
1.1 高炉炼铁的任务及工艺流程 (8)
1.2 高炉生产的特点及优点 (9)
1.3 设计原则和指导思想 (9)
2炼铁工艺计算
2.1 配料计算 (10)
2.2 物料平衡计算 (12)
2.3 热平衡计算 (15)
3高炉本体
3.1 高炉炉型 (19)
3.2 高炉炉衬 (20)
3.3 炉体冷却方式 (21)
3.4 冷却系统 (24)
3.5 高炉钢结构及高炉基础 (25)
4 炉顶装料制度
4.1 并罐式无钟炉顶装料设备 (29)
4.2 均压装置 (31)
4.3 探料尺 (32)
5 供料系统
5.1 矿槽、焦槽容积与数量的确定 (33)
5.2 筛分 (33)
5.3上料系统 (33)
5.4 贮矿槽下运输称量 (34)
6送风系统
6.1 鼓风机的选择 (35)
6.2 热风炉的结构 (35)
6.3 热风炉常用耐火材料 (37)
6.4 燃烧器及送风制度的选择 (37)
6.5 热风炉主要管道直径的选定 (37)
7.渣铁处理系统
7.1 风口平台及出铁场 (39)
7.2 炉前设备 (39)
7.3 炉渣处理 (41)
8 煤气除尘系统
8.1 除尘设备及原理 (44)
8.2 有关设备 (45)
8.3 重力除尘器 (45)
9 喷吹设备
9.1 设计为喷吹煤粉 (47)
9.2 高炉喷煤设备 (48)
10车间布置形式
10.1 车间布置 (50)
10.2 本设计车间平面布置形式 (50)
结束语 (52)
参考文献 (53)
1 绪论
1.1 高炉炼铁的任务及工艺流程
高炉炼铁的任务是用还原剂（焦炭、煤粉）在高温条件下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程。

高炉生产要求以最小的投入获得最大的产出，即做到高产、优质、低耗、有良好的经济效益。

高炉生产时借助高炉本体和其辅助设备来完成的。

高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。

要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其他附属系统的配合，其生产工艺流程如图1-1所示。

图1-1 高炉炼铁生产工艺流程
1—矿石输送皮带机；2—称量漏斗；3—贮矿槽；4—焦炭输送皮带机；5—给料机； 6—焦粉输带机；7—焦粉仓；8—贮焦槽；9—电除尘器；10—调节阀；11—文氏管除尘器；12—净煤气放散管；13—下降管；14—重力除尘器；15—上料皮带机；16—焦炭称量漏斗；17—矿石称量漏斗；18—冷风管；19—烟道；20—蓄热室；21—热风主管；22—燃烧室； 23—煤气主管；24—混风管；25—烟筒。

（1）供料系统。

包括贮矿槽、贮焦、称量与筛分等一系列设备，其任务是将
高炉冶炼所需要原燃料通过上料系统装入高炉。

（2）送风系统。

包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，其任务是连续可靠的供给高炉冶炼所需要的热风。

（3）煤气除尘系统。

包括煤气管道、重力除尘器、洗绦塔、文氏管、脱水器等，其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经过一系列的净化使其含尘量降至10mg/m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。

（4）渣铁处理系统。

包括出铁场、开铁口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，其任务是及时处理高炉排放出来的渣铁，保证高炉生产正常进行。

（5）喷煤燃料系统。

包括原煤的储存、运输，煤粉的制备、收集以及煤粉喷吹大量的煤粉以煤带代焦，降低焦炭消耗。

1.2 高炉生产的特点及优点
特点：（1）高炉是一个多相复杂的巨型高温化学反应器；
（2）炉两股逆向流动物流是一切反应的基础；
（3）高炉寿命长；
（4）连续作业率高；
（5）热效率高，生产率高；
（6）生铁质量稳定。

优点：采用高炉冶炼，是因为这种方法既能利用多种的原料，产能性质又能满足广泛的质量要求，，又具有大规模生产的能力。

1.3 设计原则和指导思想
设计的总要求是技术上先行，工艺上可行，经济上合理。

（1）应积极采用成熟的生产工艺，设备和结构；
（2）学习总结生产经验，移植适用可行的先进技术；
（3）在现有条件的情况下，留有足够的发展余地；
（4）充分考虑节约能源，资源的综合利用，改善劳动条件和环境保护。

2 炼铁工艺计算
2.1 配料计算
2.1.1原料成分
铁矿石成分，焦炭成分，煤粉成分分别见表2-2，表2-3，表2-4。

预定生
铁成分见表2-5。

冶炼条件的确定：
焦比：345kg/t 煤比：180kg/t 利用系数：2.5[t/(m³·d)] 置换比：0.85 相对湿度：1.493% 鼓风湿度：12g/ m³
炉尘量：20kg/t 风温：1250℃
炉顶煤气温度：℃ 入炉熟料温度：80℃ 综合冶炼强度：1.38[t/(m³·d)] 焦炭冶炼强度：0.952[t/(m³·d)]
表2-1 常见元素分配表
表2-2 铁矿石成分 %
表2-3 焦炭成分 %
表2-4 煤粉成分 %
表2-5 预定生铁成分 % 2.1.2 根据碱度平衡计算铁矿石配比
根据原料条件，假设烧结矿的配比为x ，则球团矿的配比为1-x 。

再按照生产经验确定炉渣碱度R 渣，然后根据碱度平衡求出x 。

R
渣
=]
[Q 14.2)1(75.185.0)1(2222Si SiO QK SiO QK SiO x xSiO S CaO QK CaO QK CaO x xCaO -++-+⨯-++-+煤煤焦焦球烧料
煤煤焦焦球烧
Q=
]
[)1Fe Fe x xFe 球
烧（-+
取R 渣=1.20，得到烧结矿和球团矿的比例为80:20，按此比例得到混合矿的成分，见表2-2。

2.1.3 根据铁平衡求铁矿石需要量
（1）燃料带入的铁量 进入炉尘的焦炭量
G 尘C 尘/C 焦=20×11.95/84.74=2.82(Kg)
其中11.95%为炉尘中碳的烧损量
高炉参加反应的焦炭量为G 焦=345-2.82=342.18(Kg) 故焦、煤带入的铁
GFe 燃=(342.18×0.68%+180×0.93%)×56/72=3.112(Kg)
（2）进入炉渣中的铁量
GFe 渣=95.50%×1000×0.30%/99.7%=2.874（Kg ）
（3）需要由铁矿石带入的铁量
G 矿=1000[Fe]+GFe 渣-GFe 烧=955+2.874-3.112=954.76(Kg) （4）冶炼1t 生铁的矿石需要量
G 矿=G 矿/Fe 矿=954.76/60.71%=1572.66(Kg) 考虑到炉尘吹出量，入炉矿石量为:
G 矿入=1572.66+20-2.82=1589.84（Kg ）
2.1.4渣量及炉渣成分计算
∑CaO=345×0.0052+180×0.0069+1589.84×7.04%=114.96（Kg ）
∑SiO 2=345×0.0781+180×0.0715+1589.84×3.812%=100.42（Kg ） ∑Al 2O 3=345×0.0458+180×0.0683+1589.84×1.28%=48.44（Kg ） ∑MgO=345×0.0012+180×0.003+1589.84×1.88%=30.84（Kg ） 渣中MnO 量=0.5×1589.84×0.04%=0.32（Kg ） 渣中FeO 量=95.50×0.30%/99.7%×72/56=3.69（Kg ）
每吨生铁含硫量=345×0.0077+180×0.003+1589.84×0.0003=3.67（Kg ） 进入生铁中的S=1000×0.0002=0.2（Kg ） 进入煤气的S=0.05×3.67=0.184（Kg ）
进入渣中的S=3.67-0.2-0.184=3.286（Kg ）
计算结果列入表2-6。

表2-6 炉渣成分
以上碱度的计算需要考虑脱硫消耗的CaO,即 脱硫所耗CaO=3.286×56/32=5.75(Kg)
R=CaO/SiO 2=23
.9063
.596.114-=1.212 校核生铁成分：[S]=0.02%,L S =02.055
.02⨯=55.00
[Si]=0.45% [P]=1589×0.03%/1000=0.% [Fe]=95.50% [Mn]=0.32×55/71×1/1000=0.025% [C]=100-95.5-0.02-0.45-0.-0.025=3.957%
计算结果列入表2-7。

表2-7 校核生铁成分 %
效验结果与预定生铁成分相符合，计算正确。

2.2物料平衡计算
2.2.1 风量计算
（1）燃料带入总C量
GC生铁=342.18×84.74%+180×77.83%=430.06(Kg)
（2）溶入生铁中的C量
GC生铁=1000×3.957%=39.57(Kg)
（3）生铁CH4的C量
GC甲烷=1.1%×430.06=4.731(Kg)
（4）直接还原消耗的C量
a.锰还原消耗的C量GC锰=1000×0.025%×12/55=0.（Kg）
b.磷还原消耗的C量GC磷=1000×0.%×60/62=0.465Kg）
c.铁还原消耗的C量GC铁=1000×95.50%×12/56×0.38=77.76（Kg）
d.硅还原消耗的C量GC硅=1000×0.45%×24/28=3.86（Kg）
故直接还原消耗的C量：
GC直=0.+0.465+3.86+77.76=82.14（Kg）
（5）炉渣脱硫用C量：GC S=3.286×12/32=1.23（Kg）
（6）计算鼓风量V
：
风
风口前燃烧的C量为430.06-39.57-4.731-82.14=303.62（Kg）
a.鼓风中氧的浓度=21%×(1-1.493%)+0.5×1.493%=21.43%
b.GC燃燃烧所需要的体积VO2=303.62×22.4/24=283.38(m3)
c.煤粉带入氧体积VO2=180×（2.33%+0.83%×16/18）×22.4/32=3.87(m3)
所以鼓风需要氧气量为283.38-3.87=279.51（m3）
=279.51/21.43%=1304.29(m3)
故V
风
2.2.2煤气及其体积的计算
（1）甲烷的体积VCH4;
a.燃料碳素生成的CH4量VCH4=4.731×22.4/12=8.83(m3)
b.碳挥分中的CH4量VCH4=342.18×0.017%×22.4/16=0.08（m3）
故VCH4=8.83+0.08=8.91(m3)
（2）氢气的体积为VCH4
a.由鼓风中水分分解产生的H2量为1304.29×1.493%=19.47（m3）
b.焦炭挥发及其有机物中H2量为342.18×（0.026%+0.3%）×22.4/2
=12.49（m3）
c.煤粉分解产生的H2的总量为180×（2.35%+0.83%×2/18）×22.4/2=49.24（m3）
d.炉缸煤气中H2的总量为19.47+12.49+49.24=81.20（m3）
e.生成甲烷消耗的氢量为2×8.83=17.66（m3）
f.参加间接还原消耗的氢气量81.20×0.4=32.48（m3）
故VH2=81.20-17.66-32.48=31.06(m3)
（3）二氧化碳的体积VCO2
a.由矿石带入的Fe2O3的量为1589.84×76.36%=1214.00（Kg）
还原的FeO耗H2量为1000×95.50%×0.07×22.4/56=26.74（m3）(rH2=0.07) 还原的Fe2O3耗H2量为32.48-26.74=5.74（m3）
由H2还原的Fe2O3量为5.74/22.4×160=41.00（Kg）
由CO还原的Fe2O3量为1214.00-41.00=1173.00（Kg）
故CO2还=1173.00×22.4/160=164.22（m3）
b.CO还原的FeO生成CO2的量为1000×95.50%×（1-0.38-0.07）×22.4/56=210.10（m3）
c.碳挥发中CO2量为342.18×0.15%×22.4/44=0.26（m3）
故VCO2为164.22+210.10+0.26=374.58（m3）
（4）一氧化碳的体积VCO
a.风口前碳燃烧生成CO量为303.62×22.4/12=566.76（m3）
b.直接还原生成CO量为82.14×22.4/12=153.33（m3）
c.焦炭挥发分中CO量为342.18×0.16%×22.4/28=0.44（m3）
d．间接还原消耗的CO量为210.10+164.22=374.32（m3）
e.脱硫生成CO量为1.23×22.4/12=2.30（m3）
故VCO=566.76+153.33+0.44+2.30-374.32=348.51（m3）
（5）氮气的体积VH2
a.鼓风带入N2量为1304.29×（1-1.493%）×79%=1015.01（m3）
b.焦炭带入的N2量为342.18×（0.%+0.25%）×22.4/28=0.90（m3）
c.煤粉带入的N2量为180×0.46%×22.4/28=0.66（m3）
故N2=1015.01+0.90+0.66=1016.57（m3）
计算结果列入下表2-8。

2.2.3 编制物料平衡表
（1）鼓风的质量计算
1m3鼓风的质量:r风=（0.21×0.985×32+0.79×0.985×28+18×0.01493）/22.4=1.28（kg/m3)
鼓风质量为G风=1304.29×1.28=1669.49（Kg）
（2）煤气质量的计算
1m3煤气的质量为
r气=(44×0.2134+28×0.1949+28×0.5686+2×0.018+16×0.002)/22.4
=1.38(kg/ m3)
=1779.63×1.38=2455.89（m3）
故煤气的质量为G
气
（3）煤气中的水分
a.焦炭带入的水分量为345×4%=13.80（Kg）
b.氢气参加还原生成的水分为32.40×2/22.4×18/2=26.04（Kg）
故GH2O=13.80+26.04=39.84(Kg)
计算结果列入表2-9。

表2-9 物料平衡表
注：相对误差=[(3798.13-3816.04)/ 3798.13]×100%=0.27%＜0.30%
2.3热平衡计算
2.3.1热量收入Q收
（1）碳素氧化放热QC
1）碳素氧化成CO2的体积=374.58-0.26=374.32（m3）
碳素氧化成CO2产生的热量=374.32×12/22.4×33436.2=6704913.42(KJ) 2）碳素氧化产生CO的体积=348.51-0.44=348.07(m3)
Q CO=348.07×12/22.4×9804.6=1828225.24（KJ）
故QC=6704913.42+1828225.24=8533138.66(KJ)
（2）鼓风带入的热量
Q风=1304.29×（1-1.493%）×1643.11+1304.29×1.493%×2120.4
=2152386.23（KJ）
（3）氢氧化为水放热
26.04×1345.09=35026.14（KJ）
（4）甲烷生成热
8.83×16/22.4×4709.56=29703.87（KJ）
（5）炉料的物理热
1589.84×0.6704×80=85266.30（KJ）
Q收入=8533138.66+2152386.23+35026.14+29703.87+85266.30
=10835521.20（KJ）
2.3.2 热量支出Q支
（1）氧化分解热吸热
a.假设焦炭和煤粉中的FeO全以硅酸铁形态存在，烧结矿和球团矿其中有20%FeO以硅酸铁形式存在,其它以Fe2O3形式存在。

故有：
GFeOFe2(SiO3)3=1589.84×9.486%×20%+345×0.48%+180×0.93%=33.49(Kg)
GFeOFe3O4=1589.84×9.486%×80%=120.65（Kg）
GFe2O3 Fe3O4=120.65×160/72=268.11（Kg）
GFe2O3自由=1589.84×76.362%-268.11=945.92（Kg）
故 GFe3O4=120.65+268.11=388.76(kg)
依据每千克铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。

QFeOFe2(SiO3)3=33.49×4078.52=136589.63(KJ)
QFe3O4=(120.65+268.11)×4803.33=1867342.57（KJ）
QFe2O3=945.92×5156.59=4877721.61（KJ）
Q铁氧化物总解热=136589.63+1867342.57+4877721.61=6881653.81（KJ）
b.锰氧化物分解热=0.025%×1000×7366.02=1841.51（KJ）
c.硅氧化物分解热=0.45%×1000×31102.37=139960.67（KJ）
d.磷氧化物分解热=0.047%×1000×35782.6=16817.82（KJ）
Q.氧化物总分解=6881653.81+1841.51+139960.67+16817.82=7040273.81（KJ）（2）脱S吸热
由于CaO脱硫耗热为5400.97KJ/KgS,MgO脱硫耗热为8038.66KJ/KgS，二者差别很大，故取其渣中成分比例为38.28：10.27≈4：1来计算平均脱硫耗热。

1Kg硫的平均耗热=5400.97×0.8+8038.66×0.2=5928.5（KJ）
Q脱硫=3.286×5928.5=19481.05（KJ）
（3）炉料游离水蒸发吸热=13.80×2862=39495.6（KJ）
（4）铁水带走的热=1000×1214=1214000（KJ）
（5）炉渣带走的热=300.31×1800=540558（KJ）
（6）喷吹物分解吸热=180×1172.3=211014（KJ）
（7）炉顶煤气带走的热量Q
煤气
按200℃计算，各种气体的平均比热容为200cP[KJ/( m3·℃)]，如表2-10。

Q煤气=262.8×1016.57+364.8×374.58+263.9×348.51+257.7×31.06
+356.9×8.91 =506957.31（KJ）
Q水=1.065×39.84×22.4/18×100=5280.13（KJ）
Q煤气=506957.31+5280.13=512237.44（KJ）
（8）水分分解吸热
（1304.29×1.493%×18/24+180×0.83%）×13454.13=216595.18（KJ）
（9）炉尘带走的热
20×0.7524×=3016.8（KJ）
故Q=7040273.81+19481.05+39495.6+1214000+540558+211014+512237.44+ 216595.18+3016.8=9796671.88（KJ）
（10）冷却水带走的热及炉壳散发热损失
10835521.20-9796671.88=1038849.32（KJ）
计算结果列入下表2-11。

表2-11 热平衡表
热利用系数KT=100%-(4.73%+9.59%)=85.68%
KC={8357422.19 /[(430.06-39.57)×33436.2]}×100%=64.73%
从上述指标可以看出，本例的碳素热能利用情况较好，约为65%。

保证冶炼必需的热量为支出项的钱七项，后三项（煤气带走热、炉尘带热、热损失）是无效热量。

要进一步提高热量有效利用系数，需降低炉顶煤气温度和外部热损失，如增加产量等措施是积极有效的。

3 高炉本体
高炉本体包括基础、钢结构、炉寸、冷却设备以及高炉炉型设计等。

高炉的大小以高炉有效容积和高炉坐数表明高炉车间的规模，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。

高炉本体设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统设计和选择的依据。

3.1高炉炉型
高炉是竖炉，高炉部工作空间的形状称为高炉炉型和高炉內型。

高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的过程，因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流和炉料进行传热传质的空间。

高炉炉型要适应原燃
料条件的要求，保证冶炼过程的顺行。

3.1.1高炉座数
选择高炉座数时，必须考虑全厂平衡和煤气平衡，一般选2~4座，本设计选2座。

3.1.2高炉有效容积的确定
设计年产炼钢生铁量Q=500万吨的高炉车间。

每昼夜出铁次数nr=8次 取高炉座数2座，利用系数=2.5[t/( m 3·d)] 每座高炉日产量P=5000000/（355×2）=7042(t)
每座高炉容积Vu =5.22355⨯⨯Q
=2817(m 3)
3.1.3高炉炉型设计和各部分尺寸的确定
现代高炉炉型的发展趋势是矮胖型、扩大炉缸体积、缩短炉身长度，降低HU/D 值，缩小炉身角。

（1）炉缸尺寸：
1）炉缸直径：d=0.4087×28170.4205=11.535(m), 取11.5m
2）炉缸高度：取e=1.20, c=0.55, r=7.1t/ m 3
h Z =227.1rcd n eP r =25.111.755.087042
2.127.1⨯⨯⨯⨯⨯=2.（m ） 取hz=2.0m, 取上口渣高度为2.2m 。

取风口与渣口中心线的高度差为a=1.25m.. 安装风口的结构尺寸b=0.45m.则炉缸高度h1=hz+a+b=2.00+1.25+0.45=3.70m
取死铁层厚度为h 0=1.10m 取风口中心线之间弧长为1.3m..
则风口数f=3.1d
π=27.8（个）取28个
（2）炉腰直径：取D/d=1.12 则D=12.88（m ）
（3）炉腹高度:取α=80.°则h 2=0.5(D-d)tanα=0.5(12.88-11.5)tan80.5°=3.9(m)
（4）炉喉直径取d 1/D=0.7则d 1=0.7×12.88=9.02（m ）取d 1=9.0(m)
取炉喉高度h 5=2.20m.
（5）炉身高度：取β=84.1°则炉身高度h 4=0.5(D-d 1)tanβ=18.46（m ） 取18.5m
（6）高炉有效高度H U : H U /D=2.4 则H U =2.4×12.88=30.91(m)取H U =31m
（7）炉腰高度：h 3=H U -h 1-h 2-h 4-h 5=31-3.7-3.9-18.5-2.2=2.7(m)
（8）高炉有效容积校核 炉缸体积：V 1=41
πd 2h 1=0.785×11.52×3.7=384.12（m 3）
炉腹体积:V 2=(π/12)h 2(D 2+Dd+d 2)=455.41(m 3)
炉腰体积：V 3=（π/4）D 2h 3=0.785×12.882×2.7=351.61（m 3）
炉身体积：V 4=（π/12）h 4(D 2+Dd 1+d 1)=1756.32(m 3)
炉喉体积：V 5=（π/4）d 1h 5=0.785×92×2.2=.89（m 3）
则V U =V 1+V 2+V 3+V 4+V 5
=384.12+455.41+351.61+1756.32+.89
=3087.36(m 3)
与规划的炉容2817 m 3误差为0.096%，小于1%.计算符合要求。

3.2 高炉炉衬
（1）优化高炉型
我国炼铁工作者历来重视高炉炉型设计，通过研究总结高炉破损机理和高炉反应机理，优化高炉炉型设计的基本理验已经形成。

1）加深死铁层深度实践证实，高炉炉缸底“象脚状”的异常侵蚀，主要是由于铁水渗透到碳砖中，使碳砖脆化变质，再加之炉缸铁水环流的冲刷作用而形成的。

加深死铁层深度，是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。

死铁层加深以后，避免了死料柱直接沉降在炉底上，加大了死料柱与炉底之间的铁流通道，提高厂炉缸透液性，减轻了铁水环流，延长厂炉缸炉底寿命。

理论研究和实践表明，死铁层深度一般为炉缸直径的15%~20%。

2）适当加高炉缸在大喷煤操作条件下，炉缸风口回旋区结构将发生变化。

适当加高炉缸高度，不仅有利于煤粉在风口前的燃烧，而且还可以增加炉缸容积，以满足高效化生产条件下的渣铁存储，减少在强化冶炼条件下出现的炉缸“憋疯”的可能性。

近年我国已建成或在建的大型高炉都有炉缸高度增加的趋势，高炉炉缸容积为有效容积的16%~18%。

3）加深铁口深度是高炉渣铁排放的通道，铁口区的维护十分重要。

研究表明，适当加深铁口深度，对于抑制铁口区周围炉缸衬的侵蚀具有显著作用，铁口深度一般为炉缸半径的45%左右。

这样可以减轻出铁时在铁口区附近形成的铁水涡流，延长铁口区炉缸衬的寿命。

4）降低炉腹角降低炉腹角有利于炉腹煤气的顺畅排升，从而减少炉腹热流冲击，而且还有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮，保护冷却器长期工作。

现代大型高炉炉腹角一般在800度以，本钢号高炉2600m3炉腹角已降低到75.370。

3.3炉体冷却方式
（1）长寿炉缸炉底的关键是必须采用高质量的碳砖并辅之合理的冷却。

通过技术引进和消化吸收，我国大型高炉炉缸炉底衬设计结构和耐火材料应用已达到国际先进水平。

（2）以美国UCAR公司为代表的“导热法”（热压碳砖法）炉缸设计体系已在本钢、首钢、宝钢、包钢、湘钢等企业的大型高炉上得到成功应用；以法国SAVOIE公司为代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）炉缸设计体系在首钢、梅山、宝钢、鞍钢等企业的大型高炉上也得到了推广应用。

日本大块碳砖法-综合炉底技术在宝钢、武钢等企业的大型高炉上也取得厂长寿实绩。

“导热法”和“耐火材料法”这两种看来似乎截然不同的设计体系，其技术原理的实质却是一致的。

即通过控制11500C等温线在炉缸炉底的分布，使碳砖尽量避开800~11000C脆变温度区间。

导热法采用高导热、抗铁水渗透性能优异的热压小块碳砖，通过合理的冷却，使碳砖热面能够形成一层保护性渣皮或铁壳，并将11500C等温线阻滞在其中，使碳砖得到有效的保护，免受铁水渗透，冲刷等破坏。

陶瓷杯法则是在大块碳砖的热面采用低导热的陶瓷质材料，形成一个杯状的陶瓷衬，即所谓“陶瓷杯”，其目的是将11500C等温线控制在陶瓷层中。

这两种技术体系都必须采用具有高导热性且抗铁水渗透性能优异的碳砖。

这两种设计体系组合在一起也不失为一种合理的选择。

首钢1号高炉2536m3采用热压碳砖-陶瓷杯组合炉缸炉衬衬技术，至今已安全运行10年，预计高炉炉缸炉衬炉底寿命可达15年。

随着微孔碳砖、超微孔碳砖的相继问世，大块碳砖-综合炉底技术得到进一步发展，但采用此种结构的炉缸炉底须长期进行维护操作。

另一种值得关注的现象是高炉炉底和炉缸厚度都呈减薄趋势，个别大型高炉的炉底厚度已经减薄到2400nun，首钢首秦公司1号高炉1200m3炉缸采用热压碳砖，其炉缸壁厚度仅为800Inln。

（3）铜冷却壁
20世纪70年代末期，德国GHH公司和蒂森公司合作率先在高炉上应用了铜冷却壁，取得了令人满意的效果。

高炉铜冷却壁具有高导热、抗热震、耐高热流冲击和长寿命等优越性能，越来越多地应用于国外大型高炉的关键部位，为高炉
高效长寿起到了重要的作用。

我国对铜冷却壁的研究始于20世纪90年代中期。

华兴冶金备件和首钢合作，于2001年1月设计研制出2块铜，应用了该公司提供的120块铜冷却壁，这是我国高炉正式使用冷却壁，并安装冷却壁技术已经完全实现国产化。

据不完全统计，目前我国用国产铜冷却已改造中在首钢2号高炉1726m3上试用，取得了显著的应用效果。

2002年3月首钢2号高炉技术壁，标志着铜冷却有20余座大型高炉采用了国产铜冷却壁。

采用铜冷却壁的技术原理是依靠铜冷却壁优异的导热性、抗热震性和耐高热流冲击性，在其热面能够形成比较稳定的保护性渣皮。

即使渣皮瞬间脱落，也能在其热面迅速形成新的渣皮冷却壁，这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。

实践证明，铜冷却壁是一种无过热冷却器，使用寿命可达20~30年。

铜冷却壁在首钢、武钢、本钢、马钢、攀钢、湘钢等企业在大型高炉上已经得到了应用。

目前我国已经研制出多种不同形式的铜冷却壁，有轧制铜板钻孔铜冷却壁、铜管铸造铜冷却壁、Ni-Cu合金管铸造铜冷却壁、铸造坯锻压钻孔铜冷却壁和连铸铜冷却壁等。

轧制铜板钻孔铜冷却壁由于结构致密、组织缺陷少、冷却效率高，其应用围最为广泛。

铜冷却壁是高炉长寿的关键技术之一，铜冷却壁的应用使高炉在不中修的条件下，寿命可达15~20年成为可能。

铜冷却壁应使用在高炉热负荷最大的区域，即炉腹、炉腰和炉身下部，该区域是高炉异常破损严重且造成高炉短寿的关键部位，在此区域使用铜冷却壁对于延长高炉寿命具有重要的作用。

此外，在高炉炉缸（特别是铁口区）使用铜冷却壁也将会取得良好的应用效果。

进一步优化铜冷却壁结构，降低造价是我国铜冷却壁技术发展的重要课题。

（4）软水密闭循环冷却技术
高炉冷却系统对于高炉正常生产和长寿至关重要。

20世纪80年代末期，我国高炉开始采用软水密闭循环冷却技术，经过不断地改进和完善，软水密闭循环冷却技术已日趋完善，并成为我国大型高炉冷却系统的主流发展模式。

软水密闭循环冷却技术使冷却水质得到了极大改善，解决了冷却水管结垢的致命问题，为高效冷却器充分发挥作用提供了技术保障。

该系统运行安全可靠，动力消耗低，补水量小，维护简便。

近年来，我国高炉软水密闭循环冷却技术进行了许多优化和改进：①根据冷却器的工作特点，分系统强化冷却，单独供水；②根据高炉不同部位的热负荷情
况，在垂直方向上分段冷却，如炉缸、炉底设为一个冷却单元，炉腰、炉腹和炉身下部设为一个冷却单元；③为便于系统操作和检漏，采用圆周分区冷却方式，在高炉圆周方向分为4个冷却区间；④软水串联冷却，软水经炉底、冷却壁后，分流一部分升压再冷却风口、热风阀等。

这种串联冷却系统具有占地省、投资低、动力消耗低的特点，在武钢1号高炉2200m3上已经得到应用。

（5）薄壁衬，砖壁一体化
高炉炉体破损机理的研究，使人们更加清楚地了解了高炉衬和冷却器的工作条件；现代传热学理论的研究和运用，已将人们从传统的思维困惑中解脱出来，形成现代高炉长寿设计的基本理验，薄壁衬技术就是在此条件下应运而生。

所谓薄壁就是对高炉衬和冷却壁衬进行优化组合，形成砖壁一体化结构，解决炉腹、炉腰和炉身下部高热负荷区的短寿问题，使其寿命与高炉炉缸、炉底的寿命同步。

我国已有数座大型高炉采用了砖壁一体化的薄壁衬技术。

冷却器取消了凸台，消除了冷却壁破损最薄弱的部位，而且冷却壁热面全部采用耐火材料保护，即所谓全覆盖镶砖冷却壁。

这种砖壁一体化的冷却器是在第四代冷却壁的基础上优化演变而来的，其衬厚度仅为150~250Inln。

大型高炉炉腹、炉腰、炉身下部采用铜冷却壁，炉身中部采用此种结构，炉身上部设2—3段C型光面水冷壁，这应是一种配置合理的长寿炉体结构。

（6）耐火材料
高炉各个部位由于所处环境不同，选择的耐火材料也不同。

炉底和炉缸受高温、化学侵蚀，静压和冲刷作用选用陶瓷杯炉底炉缸，本实用新型涉及一种高炉炉缸炉底衬结构，特别适用于1000m3级以上高炉炉缸炉底衬。

本实用新型将导热法和耐火材料法融为一体，采用热压碳砖—陶瓷杯组合炉缸炉底衬结构，炉底满铺大块碳砖，其上部中心区域砌筑莫名砖，周边区域砌筑热压碳砖；炉缸壁侧由棕刚玉预制块，外侧由热压碳砖及大块碳砖构成，该炉缸炉底组合侧能够满足高炉长寿的要求，其寿命达到或超过15年，经济效益显著陶瓷杯炉底炉缸有高的荷重软化温度和较强的抗侵蚀性能和低导热性，使其温度等温线集中在刚玉和莫来石炉衬中，碳砖的高导热性又可将热量很快传出去，达到保护炉底的目的。

炉缸受强烈的热力作用，还有料柱压力和崩料和坐料时的冲击力，采用了炭质衬。

炉腰和炉身中下部受高温煤气流冲刷和热冲击，化学侵蚀，要采用导热性好，高温耐磨，抗侵蚀性能好的耐火材料，选用烧成铝碳砖并加强冷却。

炉身上部受炉料的冲击磨损，粉尘的冲刷和金属蒸汽侵蚀，采用高铝砖。

炉喉采用炉喉钢砖。

（7）自动化检测与控制
自动化检测是高炉寿命不可缺少的技术措施。

炉缸炉底温度在线监控已成为监控炉缸炉底侵蚀状态的重要手段，也是建立炉缸炉底衬侵蚀数学模型所必要的条件。

炉腰、炉腹、炉身下部区域，温度、压力的检测为高炉操作者随时掌握炉况提供了有效的参考。

通过对冷却水流量、温度、压力的检测，可以计算得出热流强度、热负荷等参数，而且还可以监控冷却系统的运行状况。

炉喉固定测温、炉顶摄像、煤气在线自动分析、炉衬测厚等技术的应用使高炉长寿又得到了进一步的保障、我国宝钢、武钢、首钢、本钢、湘钢的大型高炉还引用了人工智能高炉冶炼专家系统，为延长高炉寿命创造了有力条件。

（8）炉体维护技术
用含软物料护炉，是由于在高温条件下还原生成的TIC、TIN或Ti（C、N）等高熔点化合物，沉积在炉缸炉底，对其形成保护层。

我国高炉已成功应用了含软物料护炉技术，钒软矿、含软球团等护炉剂在高炉长寿实践中都取得了很好的效果，采用分口喷吹含软物料、含软精粉炮泥护炉也正在研究试验。

应该指出，高炉炉役末期，采用含软物料护炉是延长高炉寿命的主要技术措施，但由于采用炉缸炉底衬结构的不同，开始护炉的时间也存在差异。

首钢3号高炉连续工作10年尚未进行护炉操作，这也从某种程度上证实了热压碳砖技术体系的合理性。

我国高炉炉体快速修补技术已经得到推广应用。

炉衬遥控喷补、压浆等炉衬修补技术已成为现阶段延长高炉分口以上区域寿命的重要技术措施。

微型冷却器、冷却壁水管再造等冷却壁修复技术也日渐成熟。

3.4冷却系统
3.4.1高炉供水量，水压计算
1）高炉炉体冷却水带出热量估算
Q=（0.12n+0.0045V U）×1000000
=（0.12×24+0.0045×1478）×1000000
=953100Kcal/hj
——风口数目28个——高炉有效容积2817m3
2）高炉热负荷计算
取平均水温差△T=7O C
表3-1炉体各部分水温允许围（O
3）水温确定
表3-2各部分给水压
4）炉体供水的水质和水温见表3—3
表3-3
5）冷却壁配管直径与流速
表3-4
3.4.2炉体监控
为确保高炉生产稳定、顺行、安全、长寿，必须设置可靠的监控装置，包括炉体温度监控，炉衬耐材厚度监控，冷却元件、冷却介质的温度监测；冷却水流量、压力监测；炉身压力与压差监测；炉料面监测系统。

3.5高炉钢结构及高炉基础
3.5.1 高炉钢结构
高炉钢结构包括：炉壳，支柱和框架，炉腰托盘，炉顶平台，斜桥，热风炉及其送风系统管道，除尘器及其煤气系统管道，以及走梯、过桥、平台等。

高炉钢结构是保证高炉正常冶炼的重要设施。

设计高炉钢结构应考虑的主要因素是：（1）高炉是庞大的竖炉，设备层层叠叠，钢结构设计必须考虑各种设备安装、检修、更换的可能性；要考虑到大型设备的运进运出，吊上吊下，临时停放等可能性和方便。

（2）高炉亦是高温高压发应器，某些钢结构构件应具有高温强度、耐磨性和可靠密封性。

（3）运动装置运动轨迹周围，应留下有足够的净空尺寸，并且要考虑到安。