高炉炉体设计

课程设计说明书题 目：年产炼钢生铁220万吨的高 炉车间的高炉炉体设计学生姓名：王志刚学 院：材料科学与工程班 级：冶金08—2指导教师：代书华、李艳芬2011年 12 月 25日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：冶金工艺课程设计学院：材料科学与工程班级：冶金08- 2 班学生姓名：王志刚学号：200820411043 指导教师：代书华李艳芬本设计主要从高炉炉型设计、炉衬设计、高炉冷却设备的选择、风口及出铁场的设计。

高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分。

高炉的横断面为圆形的炼铁竖炉，用钢板作炉壳，高炉的壳内砌耐火砖内衬。

同时为了实现优质、低耗、高产、长寿炉龄和对环境污染小的方针设计高炉，高炉本体结构和辅助系统必须满足耐高温，耐高压，耐腐蚀，密封性好，工作可靠，寿命长，产品优质，产量高，消耗低等要求。

在设计高炉炉体时，根据技术经济指标对高炉炉体尺寸进行计算确定炉型。

对耐火砖进行合理的配置，对高炉冷却设备进行合理的选择、对风口及出铁场进行合理的设计。

第一章文献综述 (1)1.1国内外高炉发展现状 (1)1.2我国高炉发展现状 (1)第二章高炉炉衬耐火材料 (3)2.1高炉耐火材料性能评价方法的进步 (3)2.2高炉炉衬用耐火材料质量水平分析 (3)2.3陶瓷杯用砖 (5)2.4炉腹、炉身和炉腰用砖 (5)第三章高炉炉衬 (6)3.1炉衬破坏机理 (6)3.2高炉炉底和各段炉衬的耐火材料选择和设计 (7)第四章高炉各部位冷却设备的选择 (9)4.1冷却设备的作用 (9)4.2炉缸和炉底部位冷却设备选择 (9)4.3炉腹、炉腰和炉身冷却设备选择 (9)第五章高炉炉型设计 (11)5.1主要技术经济指标 (11)5.2设计与计算 (11)5.3校核炉容 (13)参考文献 (14)第一章文献综述1.1国内外高炉发展现状在近年来钢铁产业竞争日益加剧的形势下，《京都议定书》和《哥本哈根协议》将引领钢铁行业未来走向绿色环保的低碳型产业。

我国近年推出的《钢铁产业发展政策》中规定高炉炉容在300 m3以下归并为淘汰落后产能项目，且仍存在扩大小高炉容积的淘汰范围的趋势。

同时国内钢铁产业的快速发展均加速了世界和我国高炉大型化的发展进程。

由于大型化高炉具备的单位投资省、效能高和成本低等特点，从而有效地增强了其竞争力。

最近二十年来，日本和欧盟区的在役高炉座数由1990年的65座和92座下降到28座和58座，下降幅度分别为56．9％和37％，但是高炉的平均容积却分别由1 558 m3和1 690 m3上升到4 157 m3和2 063 m3，上升幅度为166．8％和22％，这基本代表了国外高炉大型化的发展状况。

在国内，伴随国内市场与国际市场的接轨和环保标准的不断提高，国内小高炉的竞争力明显弱化，相反具备相对占地小、污染物排放少和生产成本低的大型高炉优势日益突出，受到国内钢铁企业的高度关注和青睐。

1.2我国高炉发展现状我国高炉大型化的发展模式与国外基本相近，主要是采取新建大型高炉、以多座旧小高炉合并成大型高炉和高炉大修扩容等形式来推动着高炉的大型化发展。

据不完全统计，我国自2004年以来相继建成投产的3 200 m3级15座，4 000 m3级8座，5000 m3级3座，且有越来越大的趋势。

万方目前，河北迁钢和山东济钢等企业也正在建设4000 m3级高炉，近来宝钢湛江和武钢防城港项目也在规划筹建5500 m3级超大型高炉。

我国高炉大型化的标准主要是依据高炉容积的大小来划分的，且衡量标准也由过去的1000 m3提高到2000 m3，甚至更大。

虽然大型化高炉相对于小高炉存在着生产率高、生产稳定、指标先进和成本低等显著的优点，但是对于我国高炉大型化的发展状况，我们仍然需要科学客观地看待。

高冶炼强度、高富氧喷煤比和长寿命化作为大型高炉操作的主要优势受到大家越来越高的热情关注和青睐，但是高炉大型化作为一项系统工程，它在立足自身条件的基础上仍需要匹配的炼钢、烧结和炼焦等工序平衡能力的综合系统，因此，我国钢铁企业在走高炉大型化发展的道路上，需要依据自身所具备的技术、设备、资源条件和钢铁流程的综合平衡状况进行选择性定位。

只有建成符合企业自身条件的大型化高炉，才能真正实现“优质、高效、稳定和长寿”的大型高炉预期目标。

第二章高炉炉衬耐火材料2.1高炉耐火材料性能评价方法的进步过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能，如对炭砖仅要求灰份、耐压强度、体积密度、气孔率等指标，对陶瓷耐火材料仅要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重烧线变化率等指标。

我们在研究炭砖时发现，我国上世纪60年代生产的普通炭砖，如果只看其常规性能，如气孔率、体积密度、强度、灰份等指标，比国外的优质炭砖并不差。

如果进一步对导热系数、抗碱性、微气孔指标进行对比，就发现国产炭砖的差距很大。

这使我们认识到这些特殊性能应作为评价高炉耐火材料优劣的重要标准。

对于高炉耐火材料使用性能的检测方法，武钢已进行了近20年的长期研究。

我们在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上，对高炉耐火材料提出了多项特殊使用性能要求，并研究出了相应的试验方法，通过原冶金部制定了检验方法标准。

主要的检验方法标准有以下8种：①导热系数；②抗碱性；③抗铁水熔蚀性；④抗炉渣侵蚀性；⑤平均孔径；⑥小于1μm孔容积率；⑦透气度；⑧抗氧化性。

武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史，对武钢高炉寿命的提高发挥了重要的作用。

这些检验方法目前已在国内得到广泛应用，很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来，有的综合性能已赶上国际先进水平，有些指标甚至超过了国际先进水平。

2.2 高炉炉衬用耐火材料质量水平分析高炉炭砖有半石墨炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、石墨砖和模压小炭砖等。

我们曾对国内外同类炭砖产品进行了使用性能的对比试验，下面是各种炭砖的对比试验结果。

2.2.1半石墨炭砖国产半石墨炭砖和日本BC-5型半石墨炭砖相比，其导热系数、抗碱性、铁水熔蚀等性能相当。

德国半石墨炭砖的600℃导热系数达到18.04 W/m.k，优于一般的国产半石墨炭砖，其它性能则相当。

但是，兰州新研制的半石墨炭砖的导热系数、微气孔指标则已经优于德国同类产品。

2.2.2微孔炭砖国产的普通微孔石墨，包括兰州炭素厂、武彭公司、鲁山炭素厂、科瑞公司等厂家的产品，其主要性能指标和日本BC-7S碳砖、法国AM-102碳砖已很接近，国内很多高炉的使用效果较好。

例如武钢4号高炉就是使用国内某厂的普通微孔碳砖，寿命已达到了10年。

2.2.3超微孔碳砖要使高炉寿命进一步提高到15-20年，对炭砖应有更高的要求，主要是导热系数和微气孔指标应该更高。

满足以上要求的国外碳砖以日本的BC-8SR和德国的7RDN为代表，我们称之为超微孔碳砖。

其主要特点是导热系数较高，600℃达到18-20 W/m.k，平均孔径达到0.1μm，小于1μm孔容积率大于85%，其他性能也保持优良。

兰州炭素厂和武钢技术中心合作，经过6年的研究，现已研制成功这种超微孔炭砖，其性能达到了日本BC-8SR和德国7RDN炭砖的实物质量水平。

现已首次用于武钢在建的7号高炉（3200 m3）。

2.2.4模压小碳砖以美国NMA、NMD热模压小碳砖为代表的国际名牌产品在我国应用也比较多，使用效果较好。

近年国内已有多家炭素厂生产模压小炭砖，但一般只达到普通微孔碳砖的水平。

如600℃的导热系数仅12W/m.k左右，低于美国的热模压小碳砖。

武钢技术中心和巩义市第五耐火材料厂合作进行了模压小炭砖的研制，以电煅无烟煤为原料，以酚醛树脂为结合剂，用磨擦压砖机成型，经高温烧成，生产模压小炭砖，其产品性能已优于美国热压小碳砖。

美国的热模压小碳砖的主要优点是导热系数较高，优于国产的普通微孔炭砖和普通模压小碳砖。

另一优点是抗碱性优良，而这一性能国内产品也已能够达到。

其缺点是不属于微气孔炭砖、平均孔径大于1μm、小于1μm孔容积率仅53.4%。

巩义五耐开发的模压小炭砖主要性能已明显优于美国NMA热模压小炭砖：600℃的导热系数大于20W/m.k；平均孔径0.237μm，小于1μm孔容积率76.12%，是较好的微孔炭砖，铁水熔蚀指数仅14.22%。

该研制产品已经首次用于武钢新建的7号高炉炉缸部位。

美国的NMD是一种石墨碳砖，导热系数很高，有的高炉将它用作炉身冷却板之间的砖衬使用。

顺便指出，石墨砖一般用于炉底最下层，是利用其高导热性强化炉底冷却，在高炉炉役后期减缓铁水的侵蚀。

但是如果炭捣料的导热系数很低，石墨砖也无法发挥高导热系数的作用。

这种情况下还不如使用微孔碳砖，因为石墨砖的孔隙大、强度低，抗铁水熔蚀性能也差。

综上所述，我国的炭砖生产技术和产品性能、质量水平，经过近十年来的努力，有了明显的进步，已逐渐赶上世界先进水平，可以满足长寿高炉的需要。

2.3 陶瓷杯用砖目前国内高炉陶瓷杯用砖有复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、塑性相结合棕刚玉砖、微孔刚玉砖、法国陶瓷杯砖（浇注块）等5种。

陶瓷杯炉缸结构是法国首先开发的，是一种不经高温烧成的浇注块，我国有不少高炉采用，使用效果较好。

其主要优点抗碱性优良，抗炉渣侵蚀性较好，抗铁水熔蚀性很好，是微气孔砖，适用于炉缸砖衬。

近年国内相继开发出多种陶瓷杯用砖，则都是高温烧成的。

国产微孔刚玉砖的各项性能均已达到或优于法国陶瓷杯砖，其中抗炉渣侵蚀性和耐压强度更好。

复合棕刚玉砖的抗碱性较差。

塑性相刚玉砖除微气孔指标较差外，其他性能都较好，是目前应用最多的一种。

刚玉莫来石砖由于抗碱性和抗炉渣侵蚀性很差，不适合用于炉缸部位，但用于陶瓷杯底仍是适用的。

2.4炉腹、炉身和炉腰用砖炉腹、炉腰和炉身中下部，炉衬的工作条件相近，主要侵蚀原因是炉渣侵蚀、碱金属侵蚀、炉料和渣铁的冲刷、磨损等。

这些部位的炉衬发展趋势是，主要靠强化冷却形成渣壁保持正常生产，砖衬仅留有很薄的镶砖，耐火材料的用量很小。

比较典型的设计如武钢1号高炉的铜冷却壁薄炉衬结构。

这一区域选用耐火砖的原则是，抗炉渣侵蚀性能好，抗碱性较好，导热系数较高，强度要高。

在成渣带以下可选用Si3N4结合SiC砖、赛隆结合刚玉砖或赛隆结合SiC砖。

炉身中部无渣区可选用烧成微孔铝炭砖。

炉身上部可用磷酸浸渍粘土砖。

这几种砖的强度很高，抗碱侵蚀性和抗炉渣侵蚀性很好，导热系数也高，适用于砌筑炉身到炉腹区域。

上述几种耐火材料国内都已能生产，一般不需要用进口产品。

第三章高炉炉衬3.1炉衬破坏机理高炉炉衬一般是以陶瓷质材料（包括粘土质和高铝质等）和碳质材料（炭砖、碳捣石墨等）砌筑。

炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，各部位侵蚀破坏机理并不相同，研究炉衬的破损机理与合理选择耐火材料及设计炉衬结构有重要关系。