高炉设计

序言
高炉炉型设计是钢铁联合企业进行生产的重要一步，它关系到高炉年产生铁的数量及质量，以及转炉或者电炉炼钢的生产规模
及效益。

现代化高炉的机械化与自动化水平都比较高，在操作方面以精料为基础，强化冶炼为手段，适应大风量，高风温，大喷吹量，现代高炉炉型的发展趋势应能满足和适应上述发展。

整个设计过程应根据实际情况做出适合本地区条件的高炉炉型，为后续的生产做好准备，为祖国的钢铁事业锦上添花。

由于时间紧迫，加之设计者水平有限，本设计存在的缺点和不足之处，敬请批评指正。

1700m3高炉炉型设计
1 高炉座数及有效容积的确定
1.1 高炉座数
从投资、生产效率、经营管理方面考虑，高炉座数少些为好，如从供应炼钢车间铁水及轧钢、烧结等用户所需的高炉煤气来看，则高炉座数宜多一些。

由公式：P Q=M×T ×ηv×V v
式中：P Q——高炉车间年生铁产量，吨；M——高炉座数；T——年平均工作日，我国采用355天。

ηv——高炉有效容积利用系数，t/(m3.d)；V v——高炉有效容积，m3；
1.2 高炉有效容积
根据各方面的考察研究，决定本地区适合建设一个年产量为185万吨的钢铁厂。

为了满足生产上的需要，特此计算本设计的高炉有效容积为：
V v= 1700m3
高炉有效容积的利用系数：ηv=2.6t/(m3.d) 。

已知Vu=1700m3，ηv =2.6t/(m3.d)，T=355天，则：M=1座
综上所述，根据本地区的条件，设计一个年产量为185万吨生产，有效容积为1700m3，有效容积利用系数为ηv=2.6t/(m3.d) 的高炉炉型。

2 炉型设计
2.1高炉有效高度(Hu)的确定
高炉的有效高度决定着煤气热能和化学能的利用，也影响着顺行。

增加有效高度能延长煤气与炉料的接触时间，有利于传热与还原，使煤气能量得到充分利用，
从而有利于降低焦比。

但有效高度过高，煤气流通过料柱的阻力增大，不利于顺行。

所以，实际确定高炉有效高度时，首先应考虑原燃料质量，其次是炉容和鼓风机性能。

有效高度可用下述统计公式计算：
620m3以下的中小型高炉：H U=4.05V U0.265
对于大型高炉：H U=6.44V U0.2=6.44×17000.2=28.5m
2.2高炉全高的确定
H全=Hu+h0
式中：H全——高炉全高，m ；Hu——高炉有效高度，m ；h0——死铁层高度，m ，选1.2m ；
则H全=Hu+h0=28.5+1.2=29.7m
2.3 炉缸各部分的计算
2.3.1 炉缸直径(d)
对于公式： 24×i r×π×d2/4=I×V u（2-3-1 ）
式中：i r——燃烧强度，t/(m3.h) ，选1.2t/(m3.h) ；I——冶炼强度，
t/(m3.d) ，选1.1 t/(m3.d) ；d——炉缸直径，m ；
V u——高炉有效容积，m3；
由式(2-3-1)知：计算得炉缸直径d=9.09m 。

2.3.1.1 炉缸直径(d)的校核：
炉缸直径确定的是否合适，可以由V U /A 比值来校核，根据炉容大小，合适的V U/A 比值为：大型高炉22~28，中型高炉15~22 ，A为炉缸截面积。

本设计中：V U= 1700 m3 A=πd2/4 V U/A=1700/πd2/4 =26.18 将d=9.09m 代入上式，则得：V U/A=26.18
则炉缸直径符合要求。

2.3.2 炉缸高度(h1)
炉缸高度设计分为三段考虑，一般先求渣口高度(h z) ，然后求风口高度(h f) ，最后求出炉缸高度(h1) 。

a 渣口高度(h z)
可用公式： h z=P×b/A×N×V t×f
式中：P ——生铁产量，t/d; b ——生铁波动系数，取1.2 ；A ——炉缸截面积，m2；
N ——每昼夜出铁次数( 平均每两小时出一次)；V T——铁水密度，
7.1 t/m3；
f ——渣口以下炉缸容积利用系数, 多采用0.55~0.60 ，本设计f 取0.60。

h z=P×b÷A×N×V t×f=185×10000÷355×1.2÷6.49×12×7.1×0.60=
1.88m
b 风口高度(h f) (a 取1.25m )
h f=h z+a=1.88+1.25=3.13m
c 炉缸高度(h1)
h1=h f+b
式中：b ——安装风口的结构尺寸，大中型高炉0.35~ 0.5m ，本设计 b 取0.35m 。

h1=h f+b=3.13+0.35=3.48m
d 铁口数目
大型高炉可设2~4 个铁口，一般中小型高炉设一个铁口。

f 风口数目：N= π×d÷S
式中：
d ——炉缸的直径；S ——相邻两风口中心线之间的弧长，取1.2m ；
N= π×d÷S=π×9.09÷1.2=24个
2.4 炉腹的计算
a 炉腹高度(h2)
现代大中型高炉炉腹高度一般为2.8~3.6m ，小型高炉一般为
1.5~
2.5m 。

本设计选取 h2=2.8m
b 炉腹角( α )
炉腹角一般为80°~82°，炉腹角过小不利于炉料下降，影响顺行；炉腹角过大不利于煤气流分布，容易使边缘煤气流过分发展，同时不利于产生稳定的渣皮保护炉衬。

本设计选α=82。

2.5 炉腰的计算
2.5.1 炉腰直径( D )
可由D/d 确定，一般大型高炉为1.10~1.15 ，中型高炉为1.15~1.25 ，小型高炉为1.25~1.50 。

本设计选D/d=1.2 。

式中：d ——炉缸直径，9.09m ；∴D=10.908m
2.5.2 炉腰高度(h3)
h3=h u-h1-h2-h4-h5
式中：h3——炉腰高度，m ；h U——有效高度，28.5m ；h1——炉缸高度，3.48m ；h2——炉腹高度，2.8m ；
h4——炉身高度，18.16m；h5——炉喉高度，2.0m 。

本设计：h3= 2.06m
2.6 炉身的计算
由公式h4= (D-d1)×tanβ÷2计算2.7 炉喉的计算。

2.7.1 炉喉高度(h5)
一般参照同类型高炉数据选取，大型高炉为2.0~2.5 m ；中型高炉为
1.5~
2.0m ；小型高炉为0.6~1.5m 。

本设计选h5=2.0m 。

2.7.2 炉喉直径(d1)
炉喉直径可用d1/D 的比值确定，大中型高炉d1/D 为0.65~0.70 ，300m3以下的高炉取0.70~0.75 为宜。

D——炉腰直径，取10.908m 。

d1/D 取0.65，d1=0.65D ，本设计d1=7.09m。

3 各部分容积计算
3.1 炉缸部分容积计算：
V1=π÷4×d2×h1=π÷4×9.092×3.48 =225.84m3
3.2 炉腹部分容积计算：
V2=π÷12×h2×(d2+D2+D×d)=π÷12×(9.092+10.9082+9.09×10.9 08)=220.5m3
3.3 炉腰部分容积计算：
V3=π÷4×D2×h3=π÷4×10.9082×2.06 =192.54m3
3.4 炉身部分容积计算：
V4=π÷12×h4×(d12+D2+D×d1)=π÷18.16×(10.9082+7.09+0.908×7 .09)=1172.34m3
3.5 炉喉部分容积计算：
V5=π÷4×d12×h5=π÷4×7.092×2.0 =79m3
设计的高炉满足生产的要求，能够进行生产使用。

4 砖量计算
炉底按砌砖总容积除以每块砖的体积求得。

求出总砖数后再乘以每块砖得质量，即得出砖的总质量，一般考虑砖的损耗，增加2%~5% 的富余量。

自炉缸到炉喉都为环型砌体，都要砌出环圈来。

由于环圈的直径不同，故直形砖和楔形砖的配合数目也不同，一般采用G-1 与G-3 和G-5 砖相配合；G-2 与G-4 和G-6 砖相配合。

本次设计采用G-1 与G-3 砖相配合。

已知G-1与G-3 砖的高度均为75mm ，炉喉砖层数=2000 ÷5=27 ，取缝宽为2.00mm ，总缝宽为(27-1)×2=52mm 即52 ÷75=0.7 ，拿出 1 层作为缝宽，则炉喉层数为26 层，炉身层数=18160÷ 75=242 ，取缝宽为2.00mm ，总缝宽为241，即482÷ 75=6 ，拿出6 层作缝宽，则炉身层数为236 层；
G-3= 2π×a÷(b-b1)=2π×230÷(150-135)=97块
×236
炉腰层数 =2060 ÷ 75=27 层 。

× 27
炉腹：层数 =2800÷75=37层 取一层为缝宽。

× 36
炉缸：层数 =3480÷75=46层 取一层为缝宽。

G-1=102 G-3=97
G-1=111 G-3=97
G-1=120 G-3=97
G-1=131 G-3=97
G-1=140 G-3=97
G-1=149 G-3=97 G-1=99 G 3 =97 G-1=106 G-3=97
G-1=118 G-3=97
G-1=125 G-3=97 G-1=135 G-3=97 G-1=145 G-3=97
G-1=154 G-3=97
5 高炉本体结构的说明
5.1 高炉本体设备包括炉基，炉壳，炉衬，冷却设备及金属框架等。

现将炉基加以说明。

高炉基础，由耐热混凝土基墩和钢筋混凝土基座两部分组成。

高炉炉底和基座之间的乃热混凝土基墩，起隔热和传力作用，形状为圆柱体，其直径与炉底相同，都包于炉壳之内，其高度不小于直径的1÷4。

高炉基础最好建筑再天然的地面岩石上，或者再允许乘压为0.2~0.5mPa 的冲击土壤上。

5.2 高炉金属结构
A 高炉金属结构的设计原则：
(1) 分离原则：实质是力求将金属结构和砖衬从“ 力” 和“ 热” 的角度分开；
(2) 利于操作和维护；(3) 安全可靠。

B 高炉金属结构的基本类型
(1) 炉缸支柱式； (2) 炉缸炉身支柱式；(3) 框架( 或塔) 式；(4) 自立式。

6 高炉设备
6.1 供料设备
在高炉生产中，仓料上下所设置的设备，是为高炉上料设备服务的，其所属的设备称为供料设备供料设备必须满足以下要求：(1) 供料设备应能适应多品种的要求；(2) 易于实现机械化和自动化操作；(3) 为保证高炉连续生产能力，供料设备应简单可靠；(4) 在组成料批时，对供应原料进行最后过筛。

6.2 渣铁处理设备
随着高炉向大型化方向发展，每炉每日生产数千吨甚至上万吨液体渣铁，因此，高炉冶炼对炉前设备和工艺操作提出的要求也越来越高。

(1) 渣铁处理设备机械化程度要高；(2) 设备应具有很高的工作可靠性；(3) 设备处理能力大，寿命长，作业率高；(4) 便于维护检修；(5) 能进行远距离控制。

新建的大型现代化高炉还设有更换风口和弯头的自动化机械设备。

以上便是本次高炉炉型设计的简要说明，疏漏与错误之处，请予以指正，谢谢！。