高炉本体设计高炉冷却设备
高炉本体设计高炉冷却设备
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高炉本体设计及高炉冷却设备
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高炉本体设计
设计优化建议
未来发展趋势
高炉冷却设备
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高炉本体设计
结构特点
炉壳：高炉炉壳由钢板焊接而成，分为炉喉、炉身和炉腰三个部分。
炉衬：高炉炉衬由耐火材料砌筑而成，分为工作层、永久层和填充层。
冷却设备：高炉冷却设备包括冷却壁、风冷管和汽化冷却器等，用于控制炉衬温度和保护炉壳。
风口装置：高炉风口装置包括风口小套、大套和十字测温装置等，用于向炉内鼓入空气和测量炉温。
材质选择
耐火材料：高炉炉衬的主要材料，要求具有高温强度、耐腐蚀性和良好的热稳定性
碳化硅砖：具有高导热率和高电子饱和迁移率，是高炉出铁口用砖的理想材料
新型冷却材料类型：陶瓷、金属基复合材料等
绿色环保理念融入设计
减少能源消耗：采用高效节能技术，降低高炉本体及冷却设备的能源消耗。
降低污染物排放：优化燃烧过程，减少废气、废渣等污染物的排放，提高环保性能。
循环利用资源：对高炉本体及冷却设备产生的废弃物进行回收利用，实现资源循环利用。
智能化控制：采用先进的智能化控制技术，提高设备的运行效率，减少人工干预，降低对环境的影响。
定期对高炉本体和冷却设备进行检查和维修
未来发展趋势
智能化控制技术应用
智能化控制技术概述
高炉冷却设备中的智能化控制技术应用
未来发展趋势及展望
高炉本体设计中的智能化控制技术应用
新型冷却材料研发
研发背景：高炉冷却设备在钢铁生产中的重要性
新型冷却材料特点：高效、耐高温、耐腐蚀等
高炉系统的危险有害因素辨识
高炉系统的危险有害因素辨识高炉系统的危险有害因素辨识，主要有高炉本体、冷却设备、冷却系统动力设备、炉体附属设备和检测系统等五个方面。
1.高炉本体炉体采用自立式框架结构，主框架间距为14m，高炉在煤气导出管上设有膨胀器，上升管的重量由框架传给基础，从而减轻了炉壳的负荷，杜绝煤气导出管与炉壳焊缝拉裂事故。
设置炉底封板，增强护壳气密性。
框架由炉体框架和炉顶框架组成，炉体设置3层炉身平台和1层炉底平台，各平台之间都设有双向走梯，以确保工作人员的方便和安全。
高炉本体是整个炼铁系统最主要设备，发生事故频率高，事故类型多，在实际生产中为危险重点控制对象。
其主要危险有害因素如下：(1)火灾、爆炸a、开氧气者在氧气阀门附近抽烟或周围有人动火，可能发生火灾。
b、风口、渣口及水套，密封性不好，引起煤气泄漏，在有火星、火源的情况下，可能发生火灾、爆炸事故。
c、在停电断水情况下，由于事故供水不及时，致使炉内温度过高，发生炉体开裂，引起火灾。
d、炉顶压力过高又无法控制，可能导致，炉体爆炸，并引起火灾。
e、高炉停吹氧气，可能造成火灾、爆炸事故。
f、在高炉休风、检修、停电、停水情况下，由于误操作，可能发生火灾爆炸事故。
(2)中毒a、挖炉缸作业时，如通风不良，炉缸内煤气浓度过高，可能造成煤气中毒事故。
b、换风口及二套时，由于煤气泄漏，如不加强防护，可能造成煤气中毒事故。
c、在炉体清理作业中，由于残留煤气，如通风不良，无恰当防护措施，可能发生煤气中毒事故。
d、在高炉休风、检修、停电、停水情况下，由于误操作，可能发生火灾爆炸事故。
(3)烧伤a、在休风倒流阶段，炉前工离风口过近，可能被喷火烧伤。
b、在进行换风口操作时，由于风口内渣铁没有完全淌出，可能烧伤工人。
c、风管烧穿打水时，可能对工人造成伤害。
d、在风口区域、铁口旁取暖，工人可能被烧伤。
e、烧氧时，吹氧管顶的太死，氧气回火，可能造成工人烧伤。
(4)高空坠落a、平台四周栏杆走桥损坏、送脱，操作人员可能从高空坠落。
第3章-高炉本体设计(2)PPT课件
（6）机械强度要高，外形质量要好。
.
16
二. 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。
.
17
1.粘土砖和磷酸浸渍粘土砖
基本特性：
G－2
345
150
－
75
G－8
345
115
－
75
G－3
230
150
135
75
楔形砖
G－4
345
150
125
75
G－5
230
150
120
75
G－6
345
150
110
75
.
43
2. 砖数计算：
（1）炉底： 炉底砖数：砌砖总容积除以每块砖的容积。 每层砖数：用炉底砌砖水平截面积除以每
块砖的相应表面积来计算。 砖的重量：用每块砖的重量乘以砖数。 考虑2～5％的损耗。
用G－4砌环圈需要砖数
ns
23.1434587 150125
.
48
用G－5砌环圈需要砖数
ns
23.1423048 150120
用G－6砌环圈需要砖数
ns
23.1434554 150110
单独用上述四种楔形砖所砌环圈的内径依次 是4150mm、3450mm、1840mm、1897mm。
.
49
直形砖数：
.
5
象脚形侵蚀：
(1)中心死料堆的透气性和透液性差．炉缸内铁水环流 发展。
(2)死料堆坐落在炉底中心，使炉底铁水流动停滞，温 度下降。
炼铁原理与工艺6(高炉炉体与维护)
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
② 高炉炉腹、炉腰和炉身耐火材料用陶瓷质耐火 材料的要求： A. 化学成分中AL2O3要高，Fe2O3含量要少。 B. 耐火度要高。测温锥测定 C. 荷重软化点要高。0.2Mpa载荷下的软化温度 D. 重烧收缩率要小。残余收缩，是表示耐火材料 升到高温后产生的裂纹可能性大小的一种性质。 E. 气孔率要低。
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
B. 从从传热学角度讲分为： 综合炉底结构和全碳砖炉底结构两大 流派。综合炉底是绝热和导热的结合，全 碳砖炉底则是完全的导热基理。目前国内 外炉底、炉缸结构主要有以下几种： a. 大块炭砖砌筑，炉底设陶瓷垫。 b. 热压小块炭砖砌筑，炉底设陶瓷垫。 c. 大块或小块炭砖砌筑，炉底和炉缸设陶瓷 杯。
炉型尺寸各符号表示的意义
• • • • • • • • • • • • • • Hu---有效高度 Vu---有效容积 D---炉腰直径 d---炉缸直径 d1---炉喉直径 h0---死铁层高度 h1--炉缸高度 h2---炉腹高度 h3---炉腰高度 h4---炉身高度 h5---炉喉高度 hf---风口高度 α---炉腹角 β---炉身角
NMA
3层大块炭砖
2层刚玉砖
NMD
刚玉砖
炉缸侧壁：
NMA和NMD小块炭砖
NMA
大块炭砖
石墨砖
6. 2高炉炉衬的选择与砌筑
2. 炉腹、炉腰和炉身 ① 破损机理： 炉身、炉腰部位主要是考虑抗热应力 破坏性能，和炉料、煤气的冲刷。一般以 黏土质和高铝质耐火砖，但是在高炉大型 化和强化后也对砖衬材质提高了要求。
6.1高炉本体结构
③ 美国料式高炉的零位是取大钟开启时底 面以下915mm处。零料线位置到风口中 心线之间的容积为工作容积。 欧美也有用高炉全容积的。全容积 是指零料线到炉底砖衬表面之间（包括 死铁层）的容积。
高炉冷却设备归总与分析
汽化冷却 的优 点 ： 冷却介质为 软水 ， 可防止结垢 。 自然循环需要动 力， 在停 电情 况下仍 能继续运行 。 二、 汽化冷却 的缺点 ： 冷却设 备在
承 受 大而 多变 的热 负 荷 冲击 下容 易 产 生 循 环 脉 动 ， 甚 至 可 能 出 现膜
１冷 却 水质
高 炉 用 的 冷 却 介 质有 ： 水、 风、 汽 水 混 合物 等 。 最普遍用的是水 ， 它导热率大 ， 热容 量 大 ， 便于运送 ， 成 本 便宜 。 风 比水 导 热 性 差 ， 在 热
状沸腾 ， 致使冷却设备过热而烧坏。 汽化冷却时 ， 冷却壁本体的温度
比水 冷 时 高 ， 缩 短 了冷 却 壁 的 寿命 。 水 冷 却 的冷 却壁 本 体 的 最 高 温
流强度大时冷却器易 过热 ， 故多用在冷却 强度不太大 的地方 使用 度 已接近珠光体相变的温度 。 铸铁在７ ６ ０ ＂ （ ２ 时， 珠光体发生相变 ， 使铸 风 冷 的 成 本 比水 贵 ， 但安全可靠 ， 故高 炉 炉 底 多 用 空 气冷 却 。 用 汽水 铁机械性 能急剧变坏 ， 因此使 冷却 壁寿命 缩短 。 （ ３ ） 工业水冷却的优
属结构和混凝土构件 ， 使之不失去强度 。 使炉衬凝成渣皮 ， 保护甚至 路 ， 空气进不去 。 因此， 软水密闭循环冷却系统是一种 比较经济 的冷 代替 炉衬工作 ， 从而获得合理炉型 ， 延长炉衬 工作 能力和 高炉使 用 却方法。 （ ２ ） 汽化冷却分为两种循环方式 ： 自然循环和 强制 循环 。 一、
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔ ｅ 岫。 － 。 ｇ ｙ Ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ 工 艺 设 计 改 造 及检 测 检 修
高炉本体及附属设备课件
料车
用于运输焦炭、矿石等原 料，通常配备有自动控制 系统，确保供料的准确性 和稳定性。
振动筛
用于筛选原料，去除杂质 和不合格的矿石，保证原 料的质量和纯度。
皮带输送机
用于将原料从原料场输送 到高炉炉顶，具有长距离、 大运量、连续输送等优点。
送风设备
鼓风机
为高炉提供所需的风量，将空气压缩后送入高炉内部， 为焦炭和矿石的燃烧提供氧气。
处理方法
立即停炉，查找漏水原因，修复漏水部位，确认无 隐患后重新开炉。
高炉风口堵塞
故障三
处理方法
停炉后清理风口，确保无杂物堵塞，检查风口冷却水是 否正常。
日常维护与保养
维内容
定期检查高炉本体及附属设备运行状况，清理设备表面灰尘、油 污。
保养措施
对关键部位进行润滑、紧固，对磨损严重的部件进行更换。
记录与报告
做好日常维护与保养记录，发现问题及时报告，并妥善保存相关 资料。
PART 04
高炉安全与环保
安全操作注意事 项
1 2 3
严格遵守操作规程 高炉操作应遵循相关规程，禁止违规操作。
定期检查设备 对高炉本体及附属设备进行定期检查，确保设备 正常运行。
预防煤气中毒 在高炉煤气区域工作时要特别注意防止煤气中毒， 采取必要的安全措施。
高效能高炉技术可以降低能耗、减少污染物排放，提高钢铁企业的经济效益和社会 效益。
节能减排技术
节能减排技术是指通过采用先进 的节能技术和减排措施，降低钢
铁企业的能耗和污染物排放。
节能减排技术包括余热回收利用、 低氮燃烧技术、烟气脱硫脱硝等 措施，以减少钢铁企业的能源消 耗和污染物排放。
节能减排技术可以提高钢铁企业 的能源利用效率和环保水平，促
高炉冷却设备
3.3 高炉冷却设备3.3.1 冷却设备的作用高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分，对炉体寿命可起到如下作用：（1）保护炉壳。
在正常生产时，高炉炉壳只能在低于80°C的温度下长期工作，炉内传出的高温热量由冷却设备带走85%以上，只有约15%的热量通过炉壳散失。
（2）对耐火材料的冷却和支承。
在高炉内耐火材料的表面工作温度高达1500°C左右，如果没有冷却设备，在很短的时间内耐火材料就会被侵蚀或磨损。
通过冷却设备的冷却可提高耐火材料的抗侵蚀和抗磨损能力。
冷却设备还可对高炉内衬起支承作用，增加砌体的稳定性。
（3）维持合理的操作炉型。
使耐火材料的侵蚀内型线接近操作炉型，对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。
（4）当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。
3.3.2 冷却介质根据高炉不同部位的工作条件及冷却的要求，所用的冷却介质也不同，一般常用的冷却介质有：水、空气和汽水混合物，即书冷、风冷和汽化冷却。
对冷却介质的要求是：有较大的热容量及导热能力；来源广、容易获得、价格低廉；介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。
高炉冷却用冷却介质主要是水，很少使用空气。
因为水热容量大、热导率大、便于输送，成本低廉。
水—汽冷却汽化潜热大、用量少、可以节水节电，适于缺水干旱地区。
空气热容小，导热性不好，热负荷大时不宜采用，而且排风机消耗动力大，冷却费用高。
以前曾采用风冷炉底，现在也被水冷炉底所代替。
工业用水的来源是江河湖泊水也称地表水，也有井水称地下水，以上又总称天然水。
天然水中都溶解一定量的钙盐和镁盐。
以每1m3水中钙、镁离子的摩尔数表示水的硬度。
根据硬度不同，水可分为软水（小于3mol/m3），硬水（3~9 mol/m3），极硬水（大于9 mol/m3）。
我国地表水多为2~4 mol/m3，地下水因地而异，有的很低，有的高达25 mol/m3。
高炉冷却用水如果硬度过高，则在冷却设备中容易结垢，水垢的热导率极低，1mm厚水垢可产生50~100°C的温差，从而降低冷却设备效率，甚至烧坏冷却设备。
第三章 高炉本体设计(炉型)1
一般炉腰直径（D）与炉缸直径（d）有一定比例关系，D/d取 值：
大型：1.10 ～1.15； 中型1.15 ～1.25； 小型高炉1.25～1.5 h3一般取值1～3m，炉容大取上限，设计时可通过调整炉腰高 度修定炉容。
炉腹上部的圆柱形空间为炉腰，是高炉炉型中直径最大的部位。
作用：
（1）炉腰处恰是冶炼的软熔带，透气性变差， 炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了透 气条件。 （2）在炉型结构上，起承上启下的作用，使炉 腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。
高炉内型变化情况表
Hu/D 高炉容积/m3 1000～2000 300～1000 ＜300
20世纪70～80年代
＜2.9 2.9～3.5 ＞3.5
20世纪90年代以后
2.5～2.7 2.7～3.2 ＞3.2
3 高炉本体设计
3.1 炉型 3.1.1 高炉五段炉型 1）炉型及其意义： 牵涉到高炉冶炼顺行，还与高炉冶炼能量消耗有 关，高炉寿命的长短。 2）五段炉型(尺寸要素是约定俗成) 高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身 和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积， 反映高炉所具备的生产能力。 我国高炉内型尺寸的表示方法(P76) 五段炉型是适应炉料变化，T↑―V↑，T煤气↓― V↓
3 高炉本体设计
高炉本体包括炉型（形）--工作空间；炉衬（耐火材 料）；冷却；金属结构（炉壳、支柱）；高炉基础。 目前高炉本体发展方向
1）炉型向大型横向发展
2）炉衬由单一陶瓷质向陶瓷质和碳质耐火材料综
合结构发展
3）高炉冷却设备不断改进，贯流式风口，软水密 闭循环广泛使用
1一炉底耐火材料： 2一炉壳； 3一炉内砖衬生产后的侵 蚀线； 4一炉喉钢砖， 5一炉顶封盖； 6一炉体砖衬； 7一带凸台镶砖冷却壁； 8一镶砖冷却壁； 9一炉底碳砖； 10一炉底水冷管； 11一光面冷却壁
炼钢厂设计课件-高炉冷却设备
2～3 0
0.04～0.1
3.3 冷却设备
1.炉壳外部喷水冷却
此法利用环形喷水管或其它形式通过炉壳冷却内衬。 高炉在炉役末期冷却器被烧坏或严重脱落时、为维持生 产，采用喷水冷却。
宝钢 l 号高炉炉底侧壁和炉缸为碳砖喷水冷却结构 （图3-1)；国外也有大高炉炉身、炉腹和炉缸采用碳质内 衬配合喷水冷却；还有使用焊有沟槽外套结构冷却炉壳 的。
b.冷却壁宽度为700～1500mm，高度视炉壳折点和炉衬情况 而定，一般不应大于3000mm；
c.冷却壁内部所铸的无缝管一般为ф 34* 5～ ф 44.5* 6，管子 的曲率半径最小为管径的两倍。管距一般在200 ～250mm范 围。
③冷却壁特点
•与插入式冷却器相比，不损坏炉壳强度，有良好的密封性； 冷却均匀，炉衬内壁光滑；同时异型或“Γ”型冷却壁有支托 上部砖衬作用。适宜用于顶压达0.2～0.25MPa的高炉。 •它损坏时不能更换，故需辅以喷水冷却；此外也不宜厚炉墙。
（3）维持合理的操作炉型。使耐火材料的侵蚀内型线接近操 作炉型，对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好 的作用。
（4）当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，炉腰和炉腹能靠冷 却设备上的渣皮继续维持高炉生产。
3.2冷却方式和介质
1.冷却方式
目前，高炉冷却介质常用水、空气、气水混合物。即 水冷、风冷和气化冷却三种。 ①水冷：水的热容量大，导热能力好，且价廉，易得。故
2.冷却水
根据不同处理方法所得到的冷却用水分为普通工 业净化水、软水和纯水。
普通工业净化水是天然水经过沉淀及过滤处理后， 去掉了水中大部分悬浮物杂质，而溶解杂质并未发生 变化的净化水。
软水是将钠离子经过离子交换剂与水中的钙、镁 阳离子进行置换，而水中其他的阴离子没有改变的净 化水。
高炉冷却设备和冷却方式
通过数据分析发现，在相同的工艺条件下，强制风冷的高炉温度控制更为稳定，且能更好 地保护炉衬，减少氧化铁皮的生成。而水冷的高炉在散热效果上较为优异，能有效降低高 炉的整体温度。
高炉冷却设备故障排除案例
故障现象
故障分析
排除过程
效果评估
某高炉在生产过程中出现冷却 设备异常，导致高炉温度异常 升高。
02
高炉冷却方式
自然冷却
优点
结构简单，成本低，维护方便。
缺点
冷却效率低，冷却不均匀，容易造成高炉局部过热，影响高炉寿命。
强制风冷
优点
冷却效率高，冷却均匀，可以有 效降低高炉温度，提高高炉寿命 。
缺点
需要额外的通风设备，成本较高 ，且在高温环境下容易造成风道 堵塞。
水冷
优点
冷却效率高，冷却均匀，可以有效降 低高炉温度，提高高炉寿命。
对冷却设备进行定期维护，更 换磨损的部件，确保设备的稳 定性和可靠性。
常见故障与排除
冷却水流量不足
检查水泵是否正常工作， 清理过滤器，确保水路畅 通。
冷却水温度过高
检查冷却水是否充足，检 查散热器是否清洁，必要 时更换散热器。
冷却设备漏水
查找漏水部位，更换密封 圈或修复损坏部位。
保养建议
建立定期保养制度，按照设备制造商的推荐进行保养。 定期检查设备的电气部分，确保安全运行。
经过检查发现，是由于冷却水 箱堵塞导致冷却水循环不畅， 无法有效散热。
对冷却水箱进行清洗，清除堵 塞物，恢复冷却水的正常循环 。同时对整个冷却系统进行全 面检查，确保无其他故障存在 。
经过处理后，高炉温度恢复正 常，生产得以顺利进行。该案 例表明，对于高炉冷却设备的 维护和保养十分重要，及时发 现并处理故障是保证高炉稳定 运行的关键。
高炉设计说明书
高炉设计说明书1. 引言本文档旨在对高炉的设计进行详细说明，介绍高炉的结构、工作原理及相关参数等内容。
高炉作为冶金工业中广泛应用的设备，对于钢铁生产具有重要的作用。
设计合理的高炉能够提高产能、降低能耗，并保证生产质量和环境友好。
2. 结构概述高炉主要由以下部分组成：2.1 炉体炉体是高炉的主要部分，是炉料冶炼和反应的场所。
炉体一般分为上部、中部和下部三个部分。
上部主要是煤气的燃烧区，中部是高炉的主反应区，下部是铁水和渣的收集区。
2.2 炉缸炉缸是高炉的外包装，承受高炉的重力荷载，并起到保温和防腐蚀的作用。
炉缸一般采用耐火材料制作，能够承受高温的侵蚀。
2.3 冷却设备冷却设备主要用于冷却高炉的炉体和炉缸，防止温度过高导致设备损坏。
冷却设备一般采用循环水冷却的方式，通过冷却水循环流动来带走炉体和炉缸的热量。
2.4 其他设备除了上述主要部分外，高炉还包括一系列辅助设备，如鼓风机、煤气净化设备、渣铁分离系统等。
这些设备可以为高炉的运行提供必要的条件和支持。
3. 工作原理高炉的工作原理是将炼铁原料（一般为铁矿石、燃料和烧结矿等）投入到高炉中，经过高温下的还原、冶炼和分离等反应，最终得到铁水和炉渣。
具体工作原理可概括如下：1.鼓风机向高炉提供一定的氧气，使煤气得以充分燃烧，提供能量给高炉的反应。
2.燃料在高炉内燃烧产生煤气，煤气中的一氧化碳与铁矿石反应生成还原铁，并释放出大量的热量。
3.负责转移炉料和炉渣的料斗和渣口使物料进出炉体。
4.铁水和炉渣分别从高炉的不同出口流出，炉渣用于炼铁过程中的冶炼反应，而铁水则作为最终产物。
4. 参数说明高炉设计中需要考虑的参数包括但不限于以下内容：4.1 炉容量炉容量是指高炉能够承载的炉料数量。
炉容量的大小直接影响到高炉的产能。
4.2 炉料比例炉料比例是指高炉中铁矿石、燃料和烧结矿等炼铁原料的配比情况。
不同的炉料比例对产出铁水的质量和数量都有影响。
4.3 空气分配空气分配是指高炉燃烧区域空气的供给量，包括鼓风量、风口的开启情况等。
高炉本体设计高炉冷却设备
高炉本体设计与高炉冷却设备摘要高炉是钢铁工业中的重要设备，其本体设计和冷却设备对于高炉的运行稳定性和效率起着关键作用。
本文将探讨高炉本体设计和冷却设备的重要性，并介绍一些常见的冷却设备类型和设计原则。
1. 引言高炉是钢铁工业中常用的冶炼设备，其用途是将铁矿石还原为铁水。
高炉的本体设计和冷却设备的设计直接影响着高炉的冶炼效率和维护成本。
一个合理的高炉本体设计和有效的冷却设备可以提高高炉的产能、延长高炉的使用寿命，并降低能耗和维护成本。
2. 高炉本体设计高炉的本体设计涉及高炉炉体结构、炉缸布置、炉壳结构等方面。
一个优秀的高炉本体设计应具备以下特点：•合理的炉体结构：炉体结构应具备良好的强度和稳定性，能够承受高炉内部和外部的各种力和温度应力。
•有效的物料流动布置：高炉内的物料流动对冶炼效率有着重要影响，因此应合理布置高炉的炉缸，确保物料流动的顺畅和均匀。
•适当的炉膛形状：炉膛形状对高炉的冶炼过程和物料下降速度有着直接的影响，应选择能够提高冶炼效率的炉膛形状。
3. 高炉冷却设备高炉冷却设备用于控制高炉内各部分的温度，以保证高炉的正常运行和冶炼的稳定性。
常见的高炉冷却设备包括：3.1 高炉壁水冷壁高炉壁水冷壁是一种常见的冷却设备，用于冷却高炉腹部和炉缸的侧壁。
其主要原理是通过内部循环的水对高炉壁进行冷却，从而降低高炉壁的温度，保护高炉的结构并延长使用寿命。
3.2 高炉鼻部冷却设备高炉鼻部冷却设备位于高炉顶部，用于冷却高炉鼻部的砖层。
高炉鼻部冷却设备通常包括风口和水冷设备，通过引入冷却空气和内部循环的水来降低高炉鼻部的温度。
3.3 高炉底冷却设备高炉底冷却设备用于冷却高炉底部的铁口和渣口。
其主要作用是通过循环的水冷却高炉底部的冷却装置，以防止高温液态金属和渣水腐蚀设备并降低高炉底部的温度。
4. 高炉本体设计与冷却设备的关系高炉本体设计与冷却设备的选择和布置密切相关。
一个合理的高炉本体设计可以为冷却设备的布置提供更好的条件，从而提高冷却效果和高炉的安全性。
第三章 高炉本体设计(炉型)1资料
3.近代高炉
3 高炉本体设计
原始高炉炉型
1-中国；2-德国；3-英国(P75)
近代高炉炉型（1：500）
1-攀钢高炉，V有1000m3，H有/D=3.05；2-本钢高炉，V有2000m3，H有/D=2.68； 3-日本鹿岛，V有5050m3，H有/D=1.95(P75)
3.1.2 炉型尺寸的确定 2）d、h1
①炉缸作用： ②d的确定 J-燃烧强度；J=24～28t/(m2·d) 法一： A J Vu I 1 d 2 J Vu I d 1.13 Vu I 4 J 2 J=1.0～1.20t/(m ·h) 设计时往小取，高炉强化留有余地，J↓→d↑ i ：30 ～ 50 t/(m2·h) I Vu
3 高炉本体设计
高炉本体包括炉型（形）--工作空间；炉衬（耐火材 料）；冷却；金属结构（炉壳、支柱）；高炉基础。 目前高炉本体发展方向
1）炉型向大型横向发展
2）炉衬由单一陶瓷质向陶瓷质和碳质耐火材料综
合结构发展
3）高炉冷却设备不断改进，贯流式风口，软水密 闭循环广泛使用
1一炉底耐火材料： 2一炉壳； 3一炉内砖衬生产后的侵 蚀线； 4一炉喉钢砖， 5一炉顶封盖； 6一炉体砖衬； 7一带凸台镶砖冷却壁； 8一镶砖冷却壁； 9一炉底碳砖； 10一炉底水冷管； 11一光面冷却壁
3 高炉本体设计
3.1 炉型 3.1.2 炉型尺寸的确定 1）Vu、Hu
内容积：料线到铁口中心线之间的距离。 工作容积：料线到风口中心线之间的距离。 Hu大，可以延长煤气与炉料的接触时间，有利于煤气的热 能和化学能的充分利用；煤气流穿过料柱的阻力大，不利于 高炉顺行。 Hu 过大，可增大煤气流穿过料柱的阻力，不利于高炉顺行。
高炉冷却设备的选择
4.高炉冷却设备4.1高炉冷却目的及方法（1）维持炉衬在一定的温度下工作，使其不失去强度，保持炉型；（2）形成渣皮，保护炉衬代替炉衬工作；（3）保护炉壳及各种钢结构，使其不因受热而变形或破坏。
高炉炉衬的冷却，是由插入砌体或置于砌体外缘表面的金属冷却器件的内部通过冷却介质完成。
常用的冷却介质是水、空气、汽水混合物，即水冷、风冷和气化冷却。
4.2 冷却设备由于高炉各部位热负荷不同，加上结构上的要求，高炉冷却设备有：外部喷水冷却，风口和渣口的冷却，冷却壁，冷却水箱以及风冷或水冷炉底等。
（1）喷水冷却装置：在炉身和炉腹部位设有环形冷却水管，水管直径50-150mm，约距炉壳100mm水管上朝炉壳的方向钻有直径5-8mm的小孔若干，小孔间距100mm，冷却水经过小孔喷射到炉壳上进行冷却。
喷水冷却装置实用于碳质炉衬和小型高炉，对于大型高炉，粘土质炉衬，只有在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用，是一种辅助性的冷却手段。
（2）风口和渣口：风口由三个套组成，其中小套为腹腔式贯流风口，一般高炉的风口中小套由紫铜或青铜制成，空腔式结构。
风口大套由铸铁铸成，内部铸有蛇形钢管。
渣口装置一般由四个套组成，即大套、二套、三套和渣口小套，可在高炉铁口的上方和两侧插入冷却板。
（3）冷却壁：冷却壁设置于炉壳炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁，其基本结构是铸铁板内铸有无缝钢管。
光面冷却壁厚80-120mm，镶砖冷却壁包括镶砖在内厚250-350mm，砖厚一般113-230mm。
管距100-200mm，光面冷却壁用于炉底炉缸，风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍；渣口周围上下段各两块，由四块冷却壁组成。
镶砖冷却壁由于炉腹、炉腰和炉身下部，镶砖的目的在于易结渣皮，代替炉衬工作。
冷却壁宽度一般为700-1500mm，圆周个数最好取偶数，冷却壁高度视炉壳折点而定，一般小于3000mm，应方便吊运和易送入炉壳内。
冷却壁用方头螺栓固定在炉壳上，每块四个螺栓。
高炉冷却设备的选择
4.高炉冷却设备4.1高炉冷却目的及方法（1）维持炉衬在一定的温度下工作，使其不失去强度，保持炉型；（2）形成渣皮，保护炉衬代替炉衬工作；（3）保护炉壳及各种钢结构，使其不因受热而变形或破坏。
高炉炉衬的冷却，是由插入砌体或置于砌体外缘表面的金属冷却器件的内部通过冷却介质完成。
常用的冷却介质是水、空气、汽水混合物，即水冷、风冷和气化冷却。
4.2 冷却设备由于高炉各部位热负荷不同，加上结构上的要求，高炉冷却设备有：外部喷水冷却，风口和渣口的冷却，冷却壁，冷却水箱以及风冷或水冷炉底等。
（1）喷水冷却装置：在炉身和炉腹部位设有环形冷却水管，水管直径50-150mm，约距炉壳100mm水管上朝炉壳的方向钻有直径5-8mm的小孔若干，小孔间距100mm，冷却水经过小孔喷射到炉壳上进行冷却。
喷水冷却装置实用于碳质炉衬和小型高炉，对于大型高炉，粘土质炉衬，只有在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用，是一种辅助性的冷却手段。
（2）风口和渣口：风口由三个套组成，其中小套为腹腔式贯流风口，一般高炉的风口中小套由紫铜或青铜制成，空腔式结构。
风口大套由铸铁铸成，内部铸有蛇形钢管。
渣口装置一般由四个套组成，即大套、二套、三套和渣口小套，可在高炉铁口的上方和两侧插入冷却板。
（3）冷却壁：冷却壁设置于炉壳炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁，其基本结构是铸铁板内铸有无缝钢管。
光面冷却壁厚80-120mm，镶砖冷却壁包括镶砖在内厚250-350mm，砖厚一般113-230mm。
管距100-200mm，光面冷却壁用于炉底炉缸，风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍；渣口周围上下段各两块，由四块冷却壁组成。
镶砖冷却壁由于炉腹、炉腰和炉身下部，镶砖的目的在于易结渣皮，代替炉衬工作。
冷却壁宽度一般为700-1500mm，圆周个数最好取偶数，冷却壁高度视炉壳折点而定，一般小于3000mm，应方便吊运和易送入炉壳内。
冷却壁用方头螺栓固定在炉壳上，每块四个螺栓。
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七. 水冷炉底
•1. 结构： • 水冷管中心线以下埋在耐火混凝 土基墩中，中心线以上为碳素捣固层， 水冷管为φ40×10mm，炉底中心部位 管间距200～300mm，边缘较疏为 350～500mm，水冷管两端伸出炉壳 外50～100mm。
高炉本体设计高炉冷却设备
•2516m3高炉水冷炉底高结炉本构体图设计高炉冷却设备
• 大型高压高炉多采用炉底封板， 水冷管的位置有两种： •①水冷管设置在封板以上：在炉壳上 开孔将降低炉壳强度和密封性，但冷却 效果好；
•②水冷管设置在封板以下：对炉壳没 有损伤，但冷却效果差。
•宝钢1号高炉采用后一种结构。
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3.3.4 冷却设备的工作制度
•概念： • 冷却设备的工作制度，即制定和控 制冷却水的流量、流速、水压和进出水 的温度差等。
高炉本体设计高炉冷却设备
•（2）安装：镶砖冷却壁紧靠炉衬。 •（3）结构型式： • 普通型、上部带凸台型和中间带 凸台型。
•（4）凸台冷却壁的优点：
•①凸台部分除起冷却作用外，还起到 支撑上部砌砖的作用 ；
•②延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却 壁更优越。
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•（5）新日铁第三代和第四代冷却壁： • 结构见图
高炉本体设计高炉冷却 设备
2021/1/4
高炉本体设计高炉冷却设备
3.3.1 冷却设备的作用
•（l）保护炉壳。 •（2）对耐火材料的冷却和支承。 •（3）维持合理的操作炉型。 •（4）促成炉衬内表面形成渣皮，代替 炉衬工作，延长炉衬寿命。
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3.3.2 冷却介质
1. 冷却介质：
2.
水——水冷
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•2. 镶砖冷却壁 • 镶砖冷却壁就是在冷却壁的内表面 侧（高炉炉衬侧）铸入或砌入耐火材料， 耐火材料的材质一般为粘土质、高铝质、 碳质或碳化硅质砖。
• 镶砖冷却壁厚度为250～350mm。
•（1）冷却部位：
• 用于炉腹、炉腰和炉身下部冷却， 炉腹部位用不带凸台的镶砖冷却壁。
•3. 强制循环汽化冷却 • 是在自然循环汽化冷却的下降 管路上装一水泵，作为循环的动力， 推动循环过程的进行，此时汽包装置 的高度可灵活一些。
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•4. 汽化冷却的优点： •（1）冷却强度大，节水、节电； •（2）防止冷却设备结垢，延长寿命； •（3）产生大量蒸气，可作为二次能源； •（4）有利于安全生产。
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•（2）安装：镶砖冷却壁紧靠炉衬。 •（3）结构型式： • 普通型、上部带凸台型和中间带 凸台型。
•（4）凸台冷却壁的优点：
•①凸台部分除起冷却作用外，还起到 支撑上部砌砖的作用 ；
•②延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却 壁更优越。
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•（5）新日铁第三代和第四代冷却壁： • 结构见图
• 循环的动力是靠下降管中的水和上 升管中汽水混合物的重度差所形成的压头， 克服管道系统阻力而流动。
•压头表示为：
•式中：
• △P ——自然循环流动压头，Pa；
• h ——汽包与冷却设备高度差，m；
•
rW——下降管中水的密度，kg/m3；
•
rV——上升管中汽水混合物的密度，kg/m3。
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2.
水——水冷
•
空气——风冷
•
汽水混合物——汽化冷却
• 2. 对冷却介质的要求：
• （1）有较大的热容量及导热能力；
• （2）来源广、容易获得、价格低廉；
• （3）介质本身不会引起冷却设备及
高炉的破坏。
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•3. 水的硬度： • 指每m3水中钙、镁离子的摩尔数。
•根据硬度不同，水可分为三类： • 软 水：硬度<3mol/m3 • 硬 水：硬度在3～9mol/m3 • 极硬水：硬度>9mol/m3 •水的软化处理： • 就是将Ca2+、Mg2+ 离子除去，通 常用Na+ 阳离子置换。
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•3. 冷却水温度差 • 一般要求进水温度低于35℃，不 应超过40℃；出水温度不超过50～ 60℃。 • 实际的进出水温差比允许的进出 水温差适当低些 ，其关系为：
•式中: •为后备系数
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•高炉不同部位后备系数：
•炉腹、炉身 风口带
•0.4～0.6
•
t——冷却水出水温度，℃；
•
t0——冷却水进水温度，℃。
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• 通过提高冷却水温度差，可以 降低冷却水消耗量。 •提高冷却水温度差的方法： •①降低流速； •②增加冷却设备串联个数。
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•2. 水压和流速 • 确定冷却水压力的重要原则是冷 却水压力大于炉内静压 。 • 降低冷却水流速，可以提高冷却 水温度差，减少冷却水消耗量。但流 速过低会使机械混合物沉淀，而且局 部冷却水可能沸腾。
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• 冷却板
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•（2）特点： •①适用于高炉高热负荷区的冷却，可以 采用密集式的布置形式。 •②冷却板前端冷却强度大，不易产生局 部沸腾现象； •③当冷却板前端损坏后可继续维持生产； •④双通道的冷却水量可根据高炉生产状 况分别进行调整。
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•一. 高炉汽化冷却 •1. 概念： • 高炉汽化冷却是把接近饱和温度的 软化水送入冷却设备内，热水在冷却设 备中吸热汽化并排出，从而达到冷却设 备的目的。 • 分为自然循环汽化冷却和强制循环 汽化冷却两种。
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•2.自然循环汽化冷却
•（1）工作原理：
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3.3.3 高炉冷却结构形式
• 两种： • 外部冷却：向炉壳外部喷水冷却。 • ★内部冷却：将冷却介质通入冷却
设备内部进行冷却。包括冷却壁、 冷却板、板壁结合冷却结构、炉身 冷却模块及炉底冷却等。
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一. 外部喷水冷却
• 适用于小型高炉，对于大型高炉， 在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用。 • 炉身和炉腹部位装设有环形冷却水 管，距炉壳约100mm，水管上朝炉壳的 斜上方钻有若干φ5～φ8mm小孔，小孔 间距100mm。
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•二. 开式工业水循环系统 •1. 概念： • 开式工业水循环冷却系统是指其降 温设施采用冷却塔、喷水池等设备，靠 蒸发致冷的系统。
0.15～0.3
渣口以下 风口小套 0.08～0.15 0.3～0.4
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•4. 冷却设备的清洗 •一般要3个月清洗一次，清洗方法有： •①用20～25％的70～80℃盐酸，加入缓蚀 剂——1％废机油，用耐酸泵送入冷却设 备中，循环清洗10～15分钟，然后再用压 缩空气顶回酸液，再通冷却水冲洗。 •②用0.7～1.0MPa的高压水或蒸气冲洗。
• 大型高压高炉多采用炉底封板， 水冷管的位置有两种： •①水冷管设置在封板以上：在炉壳上 开孔将降低炉壳强度和密封性，但冷却 效果好；
•②水冷管设置在封板以下：对炉壳没 有损伤，但冷却效果差。
•宝钢1号高炉采用后一种结构。
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3.3.4 冷却设备的工作制度
•概念： • 冷却设备的工作制度，即制定和控 制冷却水的流量、流速、水压和进出水 的温度差等。
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•2. 安装： •①上下层间距500～900mm，同层间 距150～300mm，呈棋盘式布置，炉腰 部位比炉身部位要密集一些。 •②冷却板前端距炉衬设计工作表面一 砖距离230mm或345mm 。
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•3. 六室双通道结构铜冷却板 ： •（1）结构： • 采用隔板将冷却板腔体分隔成六 个室，即把冷却板断面分成六个流体 区域，并采用两个进、出水通道进行 冷却。 • 示意图：
•（2）利于渣皮的形成与重建； •（3）铜冷却壁的投资成本。 •①单位重量的铜冷却壁冷却的炉墙面 积要比铸铁冷却壁大1倍；
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•②铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚 的耐火材料； •③使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至 15～20年。
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六. 炉身冷却模块技术
•1. 结构： • 炉身冷却模块是指将厚壁（14～16mm） 把手型无缝钢管作为冷却元件直接焊接在炉 壳上，在炉壳及钢管间浇注耐热混凝土，混 凝土层高出水管110～130ｍｍ，构成大型预 制冷却模块。
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•二. 排水系统 •排水管直径为供水管直径的1.3～2.0倍。 • 供水管直径通过计算确定，供水 管内水流速为0.7～1.0m/s。
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3.3.6 高炉冷却系统
•高炉冷却系统方式： • 汽化冷却 • 开式工业水循环冷却系统 • 软（纯）水密闭循环冷却系统
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• 风口区冷却壁的块数为风口数目的 两倍；渣口周围上下段各两块，由四块冷 却壁组成。 •（3）冷却壁尺寸： • 光面冷却壁厚80～120mm，宽度为 700～1500mm，高度一般小于3000mm。 • 圆周冷却壁块数最好取偶数；
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•（4）安装： •①同段冷却壁间垂直缝为20mm； •②上下段间水平缝为30mm； •③上下两段竖直缝应相互错开； •④光面冷却壁与炉壳留20mm缝隙，用 稀泥浆灌满； •⑤与砖衬间留缝100～150mm，填以碳 素料。
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•一. 水的消耗量
1. 概念：
2. 热负荷：高炉某部位需要由冷却水带 走
3.
的热量称为热负荷。
4. 冷却强度：单位表面积炉衬或炉壳的 热
5.
负荷称为冷却强度。
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•热负荷：
•式中： Q ——热负荷，kJ/h；
•
M——冷却水消耗量，t/h；
•
c——水的比热容，kJ/(kg•℃)；
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七. 水冷炉底
•1. 结构： • 水冷管中心线以下埋在耐火混凝 土基墩中，中心线以上为碳素捣固层， 水冷管为φ40×10mm，炉底中心部位 管间距200～300mm，边缘较疏为 350～500mm，水冷管两端伸出炉壳 外50～100mm。
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•2516m3高炉水冷炉底高结炉本构体图设计高炉冷却设备
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•新日铁第三代和第四代冷却壁
•a－第三代冷却壁；b－第四代冷却壁
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•主要特点： • ①设置边角冷却水管； • ②采用双层冷却水管； • ③加强凸台部位的冷却强度，采用双排 冷却水管冷却； • ④第四代冷却壁的炉体砌砖与冷却壁一 体化。
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3.3.5 高炉给排水系统
•一. 对供水系统的要求：
•①水泵站供电系统须有两路电源，并且两路电 源应来自不同的供电点。
•②应设有水塔，塔内要储有30min的用水量。 •③泵房内应有足够的备用泵。 •④由泵房向高炉供水的管路应设置两条。
•⑤串联冷却设备时要由下往上，保证断水时冷 却设备内留有一定水量。
•3. 冷却壁的优点： •①冷却壁安装在炉壳内部，密封性好； •②冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。 •4. 缺点： • 消费金属多、笨重、冷却壁损坏后 不能更换。
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