冶金设备课程设计

设计（论文）专用纸

目录

1.高炉本体设计 (1)

1.2.1炉缸结构尺寸 (6)

1.2.2炉腰结构尺寸 (9)

1.2.3炉腹结构尺寸 (9)

1.2.4炉喉结构尺寸 (10)

1.2.5炉身结构尺寸 (11)

1.2.6其余结构尺寸 (12)

1.2.7炉容校核 (12)

1.3高炉内型设计总结 (13)

1.3.1设计参数汇总 (13)

1.3.2本炉型设计特点 (15)

2.高炉耐火炉衬及冷却装置 (16)

2.1高炉耐火炉衬设计 (16)

2.1.1炉衬破损机理 (16)

2.1.2高炉用耐火材料 (16)

2.1.3高炉炉衬的设计与砌筑 (18)

2.2.6炉身冷却模块技术 (22)

2.4.7水冷炉底 (23)

3.参考文献 (24)

设计总结和感言 (25)

1.高炉本体设计

高炉是横断面为圆形的圆筒状炼铁竖炉。外部用钢结构做支撑，表面为钢板作

的炉壳，壳内砌耐火砖内衬。现代高炉被称为“五段式”高炉，其高炉本体自上而

下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。（“五段式”内型如图一所示。）高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔

剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经

预热的空气。在高温下焦炭（现代高炉也辅助性地喷

吹煤粉、重油、天然气等燃料代替焦炭）中的碳同鼓

入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上

升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出

的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石

等熔剂结合生成炉渣，与铁分离为两相，后从渣口排

出（有的从铁口与铁液一同排出）。产生的煤气从炉

顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅

炉等的燃料。

高炉冶炼的主要产品是生铁，另外还有副产高炉

渣和高炉煤气。高炉炼铁具有技术经济指标良好，工

艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优

点。目前这种方法生产的铁已占世界铁总产量的绝大

部分。

1.1高炉内型设计图一“五段式”高炉内型示意图

高炉内型是指高炉内部工作空间中心纵剖面的轮廓。合理的炉型应该满足高产、低耗、长寿的要求，能够很好的适应炉料的顺利下降和煤气的上升运动，以保证冶炼过程的顺利。

在长期生产实践过程中，高炉内型随着原料条件的改善、操作技术水平的提高、科学技术的进步而不断地发展变化。高炉内型的演变过程大体可以分为三个阶段：①无型阶段、②大腰阶段、③近代高炉阶段。

现代的高炉本体主要由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五部分组成，称为“五

4h

5h

f h

3h

01h h

2h

z h

H u

d 1/d 一般为 0.65~0.72，大高炉取值

段式”高炉。

本次设计以“五段式”高炉为基，设计高炉内型。（各部分尺寸符号见图二。）

d 1

β

α

风口中心线

渣口中心线

D

d

铁口中心线

图二

高炉内各部分尺寸及表示方法

高炉各部分尺寸有一定相关性，各个尺寸件的相对关系条件决定了高炉的整个 炉型。高炉各部分主要参数的相关性条件如表 3 所示。

表 3 高炉内型计算的主要参数

项目

厚壁高炉经验公式 薄壁高炉经验公式

D/d

1.10~1.20(V u 300~1000m 3)

1.14~1.20(V u 2000~5000m 3)

高

0.73~0.77(V u 2000~5000m 3)

H u /D 一般为 2.0~4.0 1.9~2.4(V u 2000~5000m 3) 炉缸高度 h 1

h 1=（0.12~0.15）H u ,或

h 1=（0.124~0.170）H u

渣性能好；高导热性； 热膨胀系数小，体积稳定性好；致命弱点是易氧化，对氧化 长度 ％ ±1.0 ±1.5 的化学成分与耐火砖的相近。填料 ：用来填充炉壳与冷却壁、冷却壁与砌砖之间的

炉底砖 打 大于 mm 1 1

部位 ，不大于 1.5 2mm 其它 用砖

砖。

（6）决定炉衬寿命的因素：炉衬质量，是关键因素。砌筑质量。操作因素。炉 型结构尺寸是否合理。 2.1.2 高炉用耐火材料

（1）对耐火材料的要求：根据高炉炉衬的工作条件和破损机理分析可知，高炉 炉衬的质量和性质是影响高炉寿命的重要因素之一，对高炉用耐火材料提出如下要 求：

1）对长期处于高温条件下工作的部位，要求耐火度高，高温下的结构强度 大，高温下的体积稳定性好。

2）组织致密，体积密度大，气孔率小，特别是显气孔率要小，提高抗渣性和 减少炭黑沉积的可能。

3）Fe 2O 3 含量低，防止与 CO 在炉衬内作用降低砖的耐火性能和在砖表面上形成

黑点、熔洞、熔疤、鼓胀等外观和尺寸方面的缺陷。

4）机械强度高，具有良好的耐磨性和抗冲击能力。

（2）高炉常用耐火材料：陶瓷质材料：粘土砖、高铝砖、刚玉砖和不定型耐火 材料等； 碳质材料 ：碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。

① 粘土砖：基本特性：良好的物理机械性能；抗渣性好；成本较低。

②高铝砖：AL 2O 3 含量大于 48%的耐火制品。基本特性：比粘土砖有更高的耐火 度和荷重软化点；由于 AL 2O 3 为中性，故抗渣性较好；加工困难，成本较高。

粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，对于制品的尺寸允许偏差及外形分级 规定见表 11 所示。

表 11 耐火材料尺寸允许偏差和外形规定 允许偏差 单位 一级

二级

③碳质耐火材料：主要特性：耐火度高，不熔化也不软化，在 3500

℃升华；抗 炉底砖长度 mm ±2 ±3

性气氛抵抗能力差。

宽度 ％ ±2 ±2

厚度 mm ±1 ±2

④不定形耐火材料：捣，不料：用于炉底炭砖与水冷管之间、风口、铁口、渣口 扭曲

周围及铁沟。喷涂料：炉壳。泥浆：把耐火砖粘结成为致密的整体炉衬。要求泥浆

缺角深度，不大于 mm 3 5 缺棱深度，不大于 mm 3 5 熔洞直径，不大于

mm

3 5