高炉本体设计

我国部分高炉炉型尺寸
国外部分高炉炉型尺寸
炉型设计例题
设计年产制钢生铁 280万吨的高炉车间
（1）确定年工作日：
369 5% 534(天 7)
日产量：
P 总28 30 4 17 0 4 806 .2(9 t)
（2）定容积： 选定高炉座数为2座，利用系数
V
2.0
t m3
d
每座高炉日产量：
PP总 403(5 t) 2
Dd 2
•tg
炉腹角一般为79º～83º，过大不利于煤气
分布并破坏稳定的渣皮保护层，过小则增
大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行。
4. 炉身：
炉身呈正截圆锥形。
作用：
（1）适应炉料受热后体积的膨胀，有利于 减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。
（2）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证 一定的煤气流速。
b hz h铁 c
式中：
hz
4bP
nc铁d2
p——日产生铁量，t；
b ——生铁产量波动系数，一般取1.2；
n ——昼夜出铁次数，一般2h出一次铁；
r铁——铁水密度，7.1t/m3； c——渣口以下炉缸容积利用系数，一般取0.55～0.60，
炉容大、渣量大时取低值；
d ——炉缸直径，m；
（4）风口高度：
有效高度的意义： Hu和煤气利用及高炉顺行有关
2）高炉有效容积 ： 在有效高度范围内，炉型所包括
的容积称为高炉有效容积（Vu）。
<100m3 小型高炉 100-1000m3 中型高炉 Vu 1000-4000m3 大型高炉 >4000m3 巨型高炉
3）高径比Hu/D：
定义：有效高度与炉腰直径的比值
Dd1 2
•tg
d1（炉喉直径），由d1/D确定。
5. 炉腰：
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。
意义：①是表示高炉炉型形状，“矮胖”或 “细长”的一个重要设计指标；②与煤气利用 和炉况顺行有关。高径比大，利于煤气利用不 利于炉况顺行。
不同炉型的高炉，其比值的范围是：
巨型高炉 大型高炉 中型高炉 小型高炉
～2.0 2.5～3.1 2.9～3.5 3.7～4.5
Vu与Hu关系
有效高度的确定
d(炉缸直径) →选定D/d →选定Hu/D →Hu 统计公式计算：
炉腹体积：
V2 12h2(D2Ddd2) 3.5(112119.89.82)29.675m3
12
炉腰体积：
V 34D 2 h 24 12 1 2 .2 2.0m 9 8 3
炉身体积：
V4 12h4(D2D1dd12)
17(1
12 1
17.57.52)1
15.064m3
12
炉喉体积：
V 54d 1 2 h 54 7 .5 2 2 .0 8.3 8 m 6 3
大型高炉 Hu 6.4V 4u0.2
中型高炉 Hu 4.05Vu0.265
2. 炉缸
作用： 燃烧焦炭、 盛放渣铁、 炉缸的 上、中、下部位分别设置有 风口、渣口与铁口。
（1）炉缸直径d
炉缸截面燃烧强度：指每小时每平方 米炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量， 一般为1.0～1.25t/m2·h。
d 0.23 I •Vu i燃
（9）绘制高炉炉型图：
风口中心线 铁口中心线
2018m3高炉炉型图
炉型的设计方法
经验法：以炉建炉。 计算法：
统计公式法（拉姆、项钟庸、高清志） 经验法与统计公式相结合
目标：设计炉型接近合理炉型
设计过程
①参考已有炉型计算方法，初步确定内型各部尺 寸及基本比例关系；
②研究国内外炉型发展的趋势，重点调整局部尺 寸；
③收集国内外炉型资料，以炉容相近、原燃料条 件相似、指标先进的炉型为参考，对炉型尺寸 进行适当调整。
重要性：合理的炉型对获得良好的 技术经济指标和延长高炉寿命具有 重要意义。
3.1.1 炉型的发展过程
1.无型阶段 2.大腰阶段——炉腰尺寸过大的炉型。
炉缸和炉喉直径小，有效高度低， 而炉腰直径很大。
3. 五段式高炉：瘦长型、肥胖型
原始高炉炉型 1-中国；2-德国；3-英国(P75)
近代高炉炉型（1：500）
风口中心线与铁口中心线间距离称 风口高度（hf）。
风口高度可参照下式计算：
hf
hZ k
式中：
k ——渣口高度与风口高度之比，一般
取0.5～ 0.6，渣量大取低值。
（5）风口结构尺寸（a）： 根据经验直接选定，一般0.35～0.5m
（6）炉缸高度：
h1 hf a
（7）风口数目（n）： 主要取决于炉容大小，与炉缸直径
26.75 合理
4
②炉缸高度：
渣口高度：
hz
1.27
bP
NC 铁d
2
1.271.204035 100.557.19.82
1.64
取 hz 1.7m
风口高度：
hf
hz k
1.7 3.03 0.56
取 hf 3.0m
风口数目：
n 2 (d 2 ) 2 (9 .8 2 ) 2.6 3
取 n24个
炉喉直径与炉腰直径比值 d1/D取值在 0.64～0.73之间。
7. 死铁层厚度（h0）
铁口中心线到炉底砌砖表面之间的 距离称为死铁层厚度。
作用：
（1）残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底 的冲刷侵蚀，保护炉底； （2）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除 热应力的影响； （3）稳定渣铁温度。
死铁层厚度： 新设计高炉的死铁层厚度h0=0.2d。
风口结构尺寸： 选取： a=0.5m 则炉缸高度：
h 1hfa3.00.53.5 (m )
（4）死铁层厚度
选取： h0 1.5m
（5）炉腰直径、炉腹角、炉腹高度
选取：
D d
1.13
则： D 1 .1 3 9 .8 1.0 17
取
D1m 1
选取： 8030'
则： h2D2 dtg803'03.58
D——炉腰直径；
d1——炉喉直径； α——炉腹角；
β——炉身角；
hf hz
d1
β D
α 风口中心线
渣口中心线 d
铁口中心线
图3－1 五段式高炉内型图
h0 h1 h2 h3
h4
h5
Hu
1. 高炉有效容积和有效高度
1）有效高度（Hu） ：料线零位到铁口中 心线之间的高度。 料线零位： 钟式高炉：大钟下降位置的下缘线标高； 无钟高炉：无钟炉顶为旋转溜槽最低位置 的下缘线标高。
取
h4 17m
校核
tg 2h4 2179.71
Dd1 11 7.5
847'2'1'
选取： Hu D 2.56
则： Hu2.561 12.186
取 Hu 28.2m
求得： h3H uh1h2h4h5 2.2 83.53.51 72.02.2m
校核炉容：
炉缸体积：
V 14d 2 h 14 9 .8 2 3 .5 2.6 0m 4 1 3
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
3.1.2 五段式高炉炉型
Hu——有效高度； h0——死铁层厚度； 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； hz——渣口高度； d——炉缸直径；
（3）炉身高度占高炉有效高度的50～60％， 保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的 进行。
炉身角：
一般取值为81.5º～85.5º之间。大高 炉取小值，中小型高炉取大值。 4000～5000m3高炉β角取值为81.5º左右， 前苏联5580m3高炉β角取值 79 42 '17 ''
炉身高度 ：
h4
式中：
I——冶炼強度， t/m3·d，（1.0-1.25）
i燃——燃烧強度，t/m2·h，（1.0-1.5）
Vu——高炉有效容积，m3 d——高炉炉缸直径，m
计算得到的炉缸直径再用Vu/A进 行校核，不同炉容的Vu/A取值为：
大型高炉：22～27 中型高炉：15～22 小型高炉：11～15
（2）铁口高度h铁
取
h2 3.5m
： 校核
tg 2h2 23.55.83
Dd 11 9.8
80 1'1 6 ''
（6）炉喉直径、炉喉高度
选取： d1 D 0.68
则： d10.6 81 17.48
取 选取：
d1 7.5m
h5 2.0m
（7）炉身角、炉身高度、炉腰高度
选取：
84
则：
h4D 2d1t g1 2 1 7.5t8 g4 1.6 65
炉腰高度（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。
一般炉腰直径（D）与炉缸直径（d） 有一定比例关系，D/d取值：
大型高炉1.10～1.15 中型高炉1.15～1.25 小型高炉1.25～1.50
6. 炉喉（d1、h5）：
炉喉呈圆柱形。
作用： 承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。
h铁
P
n铁
A
式中：
p——日产生铁量，t；