2516高炉炉体设计m讲解
《高炉本体设计》课件
高炉本体设计流程
1
高炉结构分析
2
通过结构分析，评估高炉本体的承载能
力和稳定性，并确定设计参数。
3
结构优化和方案选择
4
进一步优化高炉本体设计，选择最合适 的方案以实现高炉的高效运行。
设计流程概述
设计高炉本体的流程包括需求分析、结 构分析、设计和方案选择等多个阶段。
高炉本体结构设计
根据结构分析的结果，设计高炉本体的 具体细节和构造方式。
关键技术及应用
壳体结构材料选择
钢铁高炉壳体由特殊耐火材料构 成，能够抵御高温和化学腐蚀。
高炉内部构件设计
高炉内部构件的设计需要考虑耐 磨、耐高温和保护钢铁质量等因 素。
高炉维护与检修
高炉维护和检修是确保高炉长期 稳定运行的关键，需要定期进行。
总结
1 设计的重要性
高炉本体设计对于钢铁生产具有重要意义， 直接关系到工艺效率和产品质量。
பைடு நூலகம்
2 总结与展望
本课件详细介绍了高炉本体设计的内容和流 程，并展望了未来的发展方向。
参考文献
1. 钢铁行业标准化委员会. 高炉本体设计技术规范[M]. 北京：中国标准出版社， 2018。
2. Smith, John. Blast Furnace Design: Principles and Practice[M]. London: Steel Publishing, 2019.
高炉本体设计案例分享
1 国内案例
中国在高炉本体设计领域取得了丰硕成果，例如某钢铁集团的高炉本体设计。
2 国外案例
国外也有很多优秀的高炉本体设计案例，比如日本的某钢铁公司的高炉。
第3章 高炉本体设计(1)
每座高炉日产量： P 总 P 4035 (t ) 2 每座高炉容积：
V
' u
P
V
4035 2018 (m 3 ) 2.0
（3）炉缸尺寸：
①炉缸直径： 选定冶炼强度： I 0.95 t m3 d
m2 h I Vu 0.95 2018 则： d 0.23 ＝0.23 9.83(m) i燃 1.05
4
D h2
2
4
11 2.2 209 .08m
2
3
炉身体积：
V4
12
h4 ( D Dd 1 d )
2 2 1
12
17 (112 11 7.5 7.5 2 ) 1156 .04 m 3
炉喉体积：
V5
4
d h
2 1 5
4
7.5 2.0 88.36 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： 则： 取
D
d
1.13
D 1.13 9.8 11.07
D 11m
选取： 则： 取 校核
8030'
Dd h2 tg8030' 3.58 2
h2 3.5m
2h2 2 3.5 tg 5.83 D d 11 9.8
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 ～2.0 大型高炉 2.5～3.1 中型高炉 2.9～3.5 小型高炉 3.7～4.5
整合版-高炉炼铁-计算部分
高炉炼铁部分1.>某高炉的有效容积为2516m3，其炉缸安全容铁量为459t，若每昼夜生铁量按5600t计算，且每次铁量波动系数取1.2，求此高炉每昼夜要安排多少次铁？(取整数位)答：N＝5600×1.2/459＝14.64≈15次2.>某750m3高炉正常日产2000t生铁，风量1800m3/min，某日因故减风至1000m3/min，两小时后恢复正常，问减风影响生铁产量多少？答：设减风生铁产量x2000/（1800×24×60）=x / [(1800-1000)×2×60]得 x = 74.07 t3.>某高炉料批组成为：烧结矿44t，球团矿11t，烧结矿含铁量56%，球团矿含铁量为60%，二次铁间下料20批，渣铁比300kg/t，冶炼制钢铁Fe%＝94%，求本次铁应出渣量多少？答：出铁量＝(烧结矿×Fe%+球团矿×Fe%)/94%=44×56%+11×60%)/0.94＝33.2t本次铁出铁量＝批出铁量×料批数＝33.2×20＝664t本次铁出渣量＝664×300＝199200kg＝199.2t4.>某高炉平均小时料批为7.5批，矿批为26t，矿石含铁为58%，两炉铁堵口间隔时间为2小时，计算平均每炉铁的理论铁量为多少？解：理论出铁量＝26×58%/0.94×7.5×2＝238.29（吨）5.>已知：某高炉料批组成为：烧结矿44t，球团矿11t，烧结矿含铁量56%，球团矿含铁量60%；冶炼制钢铁Fe%＝94%，求该高炉的批出铁量是多少？解：出铁量＝(烧结矿×Fe%+球团矿×Fe%)/94%=44×56%+11×60%)/0.94＝33.2t6.>已知：某高炉每批料中烧结矿24t，球团矿11t。
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。
高炉本体知识讲解
高炉本体3.2 高炉炉衬优化高炉炉型我国炼铁工作者历来重视高炉炉型设计，通过研究总结高炉破损机理和高炉反应机理，优化高炉炉型设计的基本理念已经形成。
（1）加深死铁层深度实践证实，高炉炉缸炉底“象脚状”的异常侵蚀，主要是由于铁水渗透到碳砖中，使碳砖脆化变质，再加之炉缸内铁水环流的冲刷作用而形成的。
加深死铁层深度，是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。
死铁层加深以后，避免了死料柱直接沉降在炉底上，加大了死料柱与炉底之间的铁流通道，提高了炉缸透液性，减免了铁水环流，延长了炉缸底部寿命。
理论研究和实践表明，死铁层深度一般为炉缸直径的15%~20%。
（2）适当加高炉缸高度高炉在大喷煤操作条件下，炉缸风口回旋区结构将发生变化。
适当加高炉缸高度，不仅有利于煤粉在风口前的燃烧，而且还可以增加炉缸容积，以满足高效化生产条件下的渣铁存储，减少在强化冶炼条件下出现炉缸“憋风”的可能性。
近年我国已建成或在建的大型高炉都有炉缸高度增加的趋势，高炉炉缸容积为有效容积的16%~18%。
（3）加深铁口深度铁口是高炉渣铁排放的通道，铁口区的维护十分重要。
研究表明，适当加深铁口深度，对于抑制铁口区周围炉缸内衬的侵蚀具有显著作用，铁口深度一般为炉缸半径的45%左右。
这样可以减轻出铁时在铁口区附近形成的铁水涡流，延长铁口区炉缸内衬的寿命。
(4)降低炉腹角降低炉腹角有利于炉腹煤气的顺畅排升，从而减少炉腹热流冲击，而且还有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮，保护冷却器长期工作。
现代大型高炉的炉腹角一般在800以下，本钢1号高炉2600（上标）炉腹角已降低到75.370。
3.3 炉体冷却方式长寿炉缸炉底的关键是必须采用高质量的碳砖并辅之合理的冷却。
通过技术引进和消化吸收，我国大型高炉炉缸炉底内衬设计结构和耐火材料应用已达到国际先进水平。
以美国UCAR公司为代表的“导热法”（热压炭砖法）炉缸设计体系已在本钢、首钢、宝钢、包钢、湘钢等企业的大型高炉上得到成功应用；以法国SAVOIE公司为代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）炉缸设计体系在首钢、梅山、宝钢、鞍钢等企业的大型高炉上也得到了推广应用。
高炉炉型设计
制钢铁/年
(万吨)
W2
70 40 60 65 50 30
铸造生铁/年
(万吨)
这种两头小中间大的准圆筒型，符合炉料
下降时受热膨胀、松动和软化熔化的要求
，同时也与煤气上升过程中温度下降、体
积收缩相适应。随着精料和高压操作等新 技术的发展，高炉炉型进一步向着“矮胖” 、“大型横向”发展。
世界高炉之王——沙钢5860立方米炼铁高炉
日本第二大钢铁集团——日本JFE钢铁福山厂 。
（左起）第2高炉、第3高炉、第4高炉、第5高炉，4号高炉 2006年5月扩容到5000立方米，5号高炉扩容到5500立方米
•
＝（W1＋1.1W2）/ 350
• 若设计n座高炉：
• 单座高炉日产P＝（W1＋1.1W2）/ 350n
p
•
利用系数
v
=
单座高炉日产/单座高炉有效容积=
V
' u
•
V
' u
p v
• 取 v =2― 2.25 t / m3 •d
五、按计算法Ⅰ进行炉型设计 • 1、大型高炉： Hu 6.4V 4u0.2； H u ― 有效高度
图1 高炉炉型示意图
三、炉型设计的要求
• 高炉炉型的合理性，是高炉能实现高产、优质、 低耗、长寿的重要条件。实践证明，合理的设计 炉型能促进高炉冶炼指标的改善，利于寿命的延 长。因此，炉型是高炉最基本的要素。合理炉型 应该是使炉型能够很好的适应于炉料的顺利下降 和煤气流的上升运动。既要符合高炉冶炼规律， 又要和原燃料、设备和生产技术等条件所达到的 水平相适应。
铁 ― 铁水密度，可取7.1 t/m3
d ― 炉缸直径，m
3、死铁层厚度ho ：铁口中心线到炉底砌砖 表面之距离
高炉炉体设计说明书
学校代码： 10128学号： 2课程设计说明书题目：年产炼钢生铁550万吨的高炉车间的高炉炉体设计学生姓名：王卫卫学院：材料科学与工程班级：冶金11—2指导教师：代书华2014年12 月29日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：冶金工程课程设计学院：材料科学与工程班级：冶金11-2 学生姓名：王卫卫学号： 2 指导教师：代书华摘要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、风口及出铁口的设计。
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、对风口及出铁口进行合理的设计。
目录第一章文献综述 (1)1.1国内外高炉发展现状 (1)1.2我国高炉发展现状 (1)1.3 高炉发展史 (2)1.4五段式高炉炉型 (4)第二章高炉炉衬耐火材料 (5)2.1高炉耐火材料性能评价方法的进步 (5)2.2高炉炉衬用耐火材料质量水平分析 (5)2.3陶瓷杯用砖 (7)2.4炉腹、炉身和炉腰用砖 (7)第三章高炉炉衬 (8)3.1炉衬破坏机理 (8)3.2高炉炉底和各段炉衬的耐火材料选择和设计 (9)第四章高炉各部位冷却设备的选择 (11)4.1冷却设备的作用 (11)4.2炉缸和炉底部位冷却设备选择 (11)4.3炉腹、炉腰和炉身冷却设备选择 (11)第五章高炉炉型设计 (13)5.1炉型设计要求 (13)5.2炉型设计方法 (13)5.3主要技术经济指标 (14)5.4设计与计算 (14)5.5校核炉容 (16)参考文献 (17)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。
1650立方米高炉设计说明书1
1 绪论1.1概述高炉炼铁是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿，烧结矿，球团矿）为原料，焦炭，煤粉，重油，天然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为熔剂，在高炉内通过燃料燃烧，氧化物中铁元素的还原以及非氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。
其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。
为了实现优质，低耗，高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求，即耐高温，耐高压，耐腐蚀密封性好，工作可靠，寿命长，而且有足够的生产能力。
1.2高炉炉体结构技术的进步高炉炉体结构中，两方面的进步是显著的。
一是软水或纯水闭路循环冷却得到了大面积的推广，其避免结垢、节水降耗的效果十分明显。
同时，我国的铜冷却避及传统的球磨铸铁冷却壁都具有世界先进水平。
二是国内的耐火材料技术已经达到或接近世界先进水平，这包括热风炉使用的硅砖和高炉炉缸使用的刚玉莫来石砖、复合棕榈刚玉砖、微孔刚玉砖以及炉身使用的SiC砖、铝碳砖等1.3 高炉生产主要经济技术指标高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下：（1）高炉有效容积利用系数（η）：高炉有效容积利用系数即昼夜生铁的产量P（t）与高炉有效容积V之比。
η是高炉冶炼的一个重要指标，η越大，其高炉生产效率就越高。
本设计η=2.4（2）焦比（K）：焦比即每昼夜焦炭消耗量Q k与每昼夜生铁产量P（t），喷吹燃料可以有效降低焦比，从而降低成本。
（3）煤比（Y），油比（M），燃气比（G）：指每吨生铁消耗的煤粉或重油或燃气量。
从风口向炉内喷吹煤粉，重油或天然气，焦炉煤气等燃料，可降低焦炭的消耗量。
（4）冶炼强度（I）:高炉冶炼强度是每昼夜1m³有效容积燃烧的焦炭量。
夜凉强度表示高炉的指标，它与鼓入高炉的冷风成正比，在焦比一定的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大，本设计的冶炼强度为I=0.888t/m³d。
（5）休风率：指休风时间占日历时间的百分比。
（6）生铁合格率：高炉生产的划线成分符合国家规定的合格生铁占生铁量的百分比为生铁合格率。
高炉炉体设计说明书
学校代码：10128学号：201120411032课程设计说明书题目：年产炼钢生铁550万吨的高炉车间的高炉炉体设计学生姓名：王卫卫学院：材料科学与工程班级：冶金11— 2指导教师：代书华2014 年12 月29 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称： 冶金工程课程设计学院： 材料科学与工程 班级： 冶金11-2 学生姓名： 王卫卫 学号： 201120411032 指导教师： 代书华一、题目年产铁水量 550万吨的高炉炉体设计二、目的与意义1. 通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识， 训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。
2. 学习冶金炉设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法、设计 步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际的工程设计打好必要的基础。
3. 使学生在计算、制图、运用设计资料，熟练有关国家标准、规范、使用经验数据、进行经 验估算等方面受全面的基础训练。
三、要求 （包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 3 1、设计年产炼钢生铁 550 万吨的高炉车间的高炉炉型， 高炉 2 座，高炉工作日 347d ，冶炼强度 I=0.9～1.2t/(m·d)，高炉有效利用系数 η=2.0t/(m 3·d)，燃烧强度 i=1.1t/m 3·d2、高炉炉容校核误差＜ 1%3、完成高炉的纵向剖面图、俯视图、风口布置图和风口结构剖面图，要求完成图纸二张。
4、图纸要求整洁、干净，图形线条准确，清晰四、工作内容、进度安排课程设计可分为以下几个阶段进行。
2014.12.22 — 2014.12.28查阅相关资料。
2014.12.29 — 2015.1.11计算、画图、设计说明书的完成。
2015.1.12 — 2015.1.16 图纸，设计说明书的完善。
五、主要参考文献[1] 郝素菊等编 . 高炉炼铁设计原理 . 北京：冶金工业出版社， 1992.[2] 周传典等编 . 高炉炼铁生产技术手册 . 北京：冶金工业出版社， 2002.[3] 朱苗勇主编 . 现代冶金学 . 北京：冶金工业出版社， 2005.[4] 刘麟瑞等编 . 冶金炉料手册 ( 第 2 版). 北京：冶金工业出版社， 2005.审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间 年 月 日指导教师签字： _______________摘要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、风口及出铁口的设计。
任务2高炉炉体结构
炉缸
高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸， 炉缸的上、中、下部位分别设有风口、 渣口与铁口。
（1）炉缸直径
炉缸直径过大和过小都直接影响高炉生产。直径过 大将导致炉脂角过大，边缘气流过分发展，中心气 流不活跃而引起炉缸堆积，同时加速对炉衬的侵蚀； 炉缸直径过小限制焦炭的燃烧，影响产量的提高。 炉缸截面积(A)应保证一定数量的焦炭和喷吹燃料 的燃烧。炉缸截面燃烧强度是高炉冶炼的一个重要 指标，它是指每小时每平方米炉缸截面积所燃烧的 焦炭的数量，
其中炉缸、炉腰和炉喉呈圆筒形，炉腹呈 倒锥台形．炉身呈截锥台形。
炉喉
炉身 炉腰 炉腹 炉缸
五段式高炉炉型
高炉炉型:高炉内部借炉墙围成的工作空间几何形 状称为炉型。五段式炉型。
直筒型炉缸能暂存液态渣铁，上部设有风口（ 4~40个）
最低部位设有出铁口（1～4个），必要时在中间 部位设1～2渣口。
高炉炉型相关名词概念：
（1）设计炉型：按照设计尺寸砌筑的炉型； （2）操作炉型：指高炉投产后，工作一段时 间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型；
（3）合理炉型：指冶炼效果较好，可以获得 优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性 和相对性。
（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。
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1.09～1.15 中型高炉1.15～1.25 小型高炉1.25～1.5
高炉炉型（五段）:炉缸——圆筒形
炉腹——倒锥台形
炉腰——圆筒形
炉身——截台形
高炉炉体设计说明书
学校代码： 10128学号： 2课程设计说明书题目：年产炼钢生铁550万吨的高炉车间的高炉炉体设计学生姓名：王卫卫学院：材料科学与工程班级：冶金11—2指导教师：代书华2014年12 月29日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：冶金工程课程设计学院：材料科学与工程班级：冶金11-2 学生姓名：王卫卫学号： 2 指导教师：代书华摘要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、风口及出铁口的设计。
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、对风口及出铁口进行合理的设计。
目录第一章文献综述 (1)1.1国内外高炉发展现状 (1)1.2我国高炉发展现状 (1)1.3 高炉发展史 (2)1.4五段式高炉炉型 (4)第二章高炉炉衬耐火材料 (5)2.1高炉耐火材料性能评价方法的进步 (5)2.2高炉炉衬用耐火材料质量水平分析 (5)2.3陶瓷杯用砖 (7)2.4炉腹、炉身和炉腰用砖 (7)第三章高炉炉衬 (8)3.1炉衬破坏机理 (8)3.2高炉炉底和各段炉衬的耐火材料选择和设计 (9)第四章高炉各部位冷却设备的选择 (11)4.1冷却设备的作用 (11)4.2炉缸和炉底部位冷却设备选择 (11)4.3炉腹、炉腰和炉身冷却设备选择 (11)第五章高炉炉型设计 (13)5.1炉型设计要求 (13)5.2炉型设计方法 (13)5.3主要技术经济指标 (14)5.4设计与计算 (14)5.5校核炉容 (16)参考文献 (17)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。
任务2 高炉炉体结构
焦炭的数量，
（2）炉缸高度
按照渣口高度、风口高度以及风口安装尺寸的确
定。 （3）铁渣口数目 铁口位于炉缸下水平面，铁口数目根据高炉萨容 或高护产量而定。
（4）风口数目
风口数目主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正 比，还与预定的冶炼强度有关。风口数
炉腹
炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。 炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体 积的收缩。
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， 炉身高度 ：一般16~18m
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。
α
hf
风口中心线 渣口中心线 铁口中心线
hz
d
β——炉身角；
图3－1 五段式高炉内型图
有效高度：
高炉大钟下降位置的下缘到铁口 中心线间的距离称为高炉有效高度
（Hu），对于无钟炉顶为旋转溜槽最
低位置的下缘到铁口中心线之间的距
离。
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）。
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； h5——炉喉高度； hf——风口高度； hz——渣口高度； d——炉缸直径； D——炉腰直径； d1——炉喉直径； α——炉腹角； h4——炉身高度；
d1
h4
h5 h0 h1 h2 h3 Hu
2516高炉炉体设计m分析
第1章 高炉内型尺寸确定1.1已知条件：高炉有效容积 ：32516m V u = 高炉年工作日：355天 高炉利用系数：v η=2.0 t/ m³·d 综合冶炼强度： I =1.0 t/ m³·d生铁日产量： d t V P v u /50320.22516=⨯=⋅=η 生铁年产量： 1786365032355=⨯=总P t1.2炉缸尺寸炉缸直径851.10251632.032.045.045.0=⨯==uV d 取d =10.8m炉缸高度A ． 渣口高度68.18.101.755.01050322.127.127.122=⨯⨯⨯⨯==d Nc bp h z 铁γ 取hz =1.7/1.6B ．风口高度 09.355.07.1===k h h z f 取1.3=f h mC ． 风口结构尺寸取a=0.5m6.35.01.31=+=+=a h h fD ．风口数量n=2(d+2)=2(10.8+2)=25.6 取n=261.3死铁层厚度取h 0=1.8m1.4炉腰直径，炉腹角，炉腹高度：选取 D/d=1.1则 D=10.8×1.1=11.91 取 D=11.9m 取 ︒=81α则 47.381tan )8.109.11(21tan )(212=︒-=-=αd D h取m h 5.32=校核α：36.68.109.115.322tan 2=-⨯=-=d D h α "10'481︒=α取1.5炉喉直径，炉喉高度，炉身角，炉身高度，炉腰高度：选取 1d /D=0.69则 1d =11.9×0.69=8.16 取1d =8.2m 取 '1084︒=β则 11.18'1084tan )2.89.11(21tan )(2114=︒-=-=βd D h 取4h =18.1m校核β 784.92.89.111.1822tan 14=-⨯=-=d D h β 取"51'984︒=β 选取 5h =2.5m 选取 u H /D =2.5则 u H =11.9×2.5=29.8m 求 3h =u H －1h －2h －4h －5h=30.8－3.6－3.5－18.1－2.5=2.1m1.6校核炉容：32515322211244323233222222321210.1325.22.8443.1451)8.108.109.119.11(1.1812)(124.2331.29.11442.354)8.108.109.119.11(5.312)(126.3296.38.1044m h d V m d Dd D h V m h D V m d Dd D h V m h d V =⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯⨯==ππππππππππ54321V V V V V V u ++++==329.6+354.2+233.4+1451.3+132.0=2500.53m误差100''⨯-=∆uu u VV V V ％=25165.25002516-×100％=0.62％＜1％炉型设计合理，符合要求。
高炉本体设计（四）
高炉本体设计（四）4高炉送风管路1热风总管与围管1. 作用：（1）热风总管：输送热风（2）热风围管：将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中。
2. 材质：均由钢板焊成，管中有耐火材料筑成的内衬。
3. 直径的确定：热风总管与热风围管的直径相同，由下式计算：式中：d ——热风总管或热风围管内径，m；Q——气体实际状态下的体积流量，m3/s；v ——气体实际状态下的流速，m/s。
一般为25～35m/s 。
2送风支管一. 作用：将热风围管送来的热风通过风口送入高炉炉缸，并且通过它向高炉喷吹煤粉。
二. 要求：①送风支管密封性好；②压损小；③热量损失小；④有自动调节位移的功能。
三. 结构：由送风支管本体、张紧装置、附件等组成。
宝钢送风支管结构图：1. 送风支管本体：由A－l管（鹅颈管）、A－2管（流量测定管）、伸缩管、异径管（锥形管）、弯管、直吹管等组成。
（1）A－1管是连接热风围管的支撑管，由钢板焊成，内砌耐火砖。
（2）A－2管也由钢板焊成，接在A－1管下面，内侧用不定形耐火材料浇注成文杜里氏管结构，用来测定送风量。
（3）伸缩管的作用是调节热风围管和炉体因热膨胀引起的相对位移，法兰连接，内有不定形耐火材料浇注的内衬；（4）异径管用来连接不同直径的管道，用以安装张紧装置。
（5）弯管的作用是转变送风支管方向和连接直吹管，设有观察孔和下部拉杆。
2. 张紧装置：（1）作用：稳定和紧固送风支管，并使直吹管紧压在风口小套上。
（2）组成：包括吊杆、拉杆、松紧法兰螺栓等。
3.送风支管附件：包括托座、起吊链钩、观察孔等。
（1）托座固定在炉壳上，用来固定中部拉杆。
（2）起吊链钩用于更换风口时使弯管和直吹管成振摆状运动，便于更换风口。
（3）观察孔用来观察风口区燃烧情况。
3直吹管直吹管是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连，端头与风口紧密相连。
1. 组成：由端头、管体、喷吹管、尾部法兰和端头水冷管路五部分组成。
见图2. 直吹管的主要技术要求：（1）要求直吹管端头与风口相接触的球面上不准有缺陷和焊补。
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。
高炉炉体系统设计
高炉炉体系统设计
高炉炉体系统设计的首要任务是确定高炉结构，高炉的结构一般采用
圆筒形，上部为炉缸，下部为炉腰，中间连接着炉缸和炉腰的是炉颈。
高
炉内部的结构主要包括炉缸墙、炉腰墙和炉尾墙等，这些结构的设计要满
足高炉内部的温度、压力和磨损等工况要求。
高炉内的传热传质机理是炉体系统设计的重要内容之一、高炉内的传
热传质主要分为煤气传热和溶解还原反应的传质。
煤气的传热主要通过煤
气和料层之间的对流传热和煤气辐射传热来实现，其中对流传热是通过控
制煤气的流速和流动方式等来提高对流传热的效果。
溶解还原反应的传质
主要通过高炉内煤气中的还原气体和焦炭中的反应物质的相互渗透和扩散
来实现，要合理控制还原气体的流量和温度，以提高传质效果。
设备选择是高炉炉体系统设计中的关键环节。
高炉内设备的选择主要
包括风口系统、喉衔系统和渣口系统等。
风口系统主要包括风口、吹风器
和风箱等设备，风机的选择要根据高炉的产能和煤气流量等参数进行选择。
喉衔系统主要包括喉衔和上料装置等设备，喉衔的选择要根据高炉的炉缸
直径和炉料的流动性等因素进行选择。
渣口系统主要包括渣口和渣铁罐等
设备，渣铁罐的选择要根据高炉的渣铁产量和渣的液态性等因素进行选择。
总之，高炉炉体系统设计是高炉正常运行的基础，它的设计要考虑到
高炉内部的结构、传热传质机理和设备选择等因素。
高炉的结构要合理布置，传热传质机理要符合高炉内部的工况要求，设备的选择要根据高炉的
产能和工艺要求等因素进行选择。
只有通过科学合理的设计，才能保证高
炉的正常运行和高效产能的实现。
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第1章 高炉内型尺寸确定1.1已知条件：高炉有效容积 ：32516m V u = 高炉年工作日：355天 高炉利用系数：v η=2.0 t/ m³·d 综合冶炼强度： I =1.0 t/ m³·d生铁日产量： d t V P v u /50320.22516=⨯=⋅=η 生铁年产量： 1786365032355=⨯=总P t1.2炉缸尺寸炉缸直径851.10251632.032.045.045.0=⨯==uV d 取d =10.8m炉缸高度A ． 渣口高度68.18.101.755.01050322.127.127.122=⨯⨯⨯⨯==d Nc bp h z 铁γ 取hz =1.7/1.6B ．风口高度 09.355.07.1===k h h z f 取1.3=f h mC ． 风口结构尺寸取a=0.5m6.35.01.31=+=+=a h h fD ．风口数量n=2(d+2)=2(10.8+2)=25.6 取n=261.3死铁层厚度取h 0=1.8m1.4炉腰直径，炉腹角，炉腹高度：选取 D/d=1.1则 D=10.8×1.1=11.91 取 D=11.9m 取 ︒=81α则 47.381tan )8.109.11(21tan )(212=︒-=-=αd D h取m h 5.32=校核α：36.68.109.115.322tan 2=-⨯=-=d D h α "10'481︒=α取1.5炉喉直径，炉喉高度，炉身角，炉身高度，炉腰高度：选取 1d /D=0.69则 1d =11.9×0.69=8.16 取1d =8.2m 取 '1084︒=β则 11.18'1084tan )2.89.11(21tan )(2114=︒-=-=βd D h 取4h =18.1m校核β 784.92.89.111.1822tan 14=-⨯=-=d D h β 取"51'984︒=β 选取 5h =2.5m 选取 u H /D =2.5则 u H =11.9×2.5=29.8m 求 3h =u H －1h －2h －4h －5h=30.8－3.6－3.5－18.1－2.5=2.1m1.6校核炉容：32515322211244323233222222321210.1325.22.8443.1451)8.108.109.119.11(1.1812)(124.2331.29.11442.354)8.108.109.119.11(5.312)(126.3296.38.1044m h d V m d Dd D h V m h D V m d Dd D h V m h d V =⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯⨯==ππππππππππ54321V V V V V V u ++++==329.6+354.2+233.4+1451.3+132.0=2500.53m误差100''⨯-=∆uu u VV V V ％=25165.25002516-×100％=0.62％＜1％炉型设计合理，符合要求。
炉型见图1.1：本设计的内型尺寸见表1.1：表1.1 高炉炉型尺寸（3m ;mm ）第2章高炉炉衬耐材选择按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。
高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其他金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。
高炉内衬在冶炼过程中起着至关重要的作用，对高炉内衬的其本要求如下：A)高炉各部位的内衬应与各部位的热流强度相适应，以保持在强热流的冲击下，内衬的整体性和稳定性。
B)高炉各部位的内衬应与各部位的侵蚀破坏机理，即炉料的磨损、煤气的冲刷、碱金属的侵蚀、渣铁水的熔蚀等相适应，以缓解和延缓内衬被破损的速度，达到高炉长寿。
2.1高炉耐火材料的技术要求对高炉耐火材料的技术要求如下：1）在长期高温下的热稳定性好；2）常温和高温下的机械强度的耐压强度要高，耐磨性能要好；3）抗热震稳定性要好；4）抗渣性抗氧化性要好；5）组织要致密、微气孔（孔径≤1nm）要多；6）导热性能要好、线膨胀和体膨胀率要低；7）在常温和高温下抗碱金属蒸汽性能要好；8）抗渣性、抗铁水渗透的抗铁水熔蚀性能要好。
2.2炉底、炉缸耐火材料的选择及砌筑2.2.1炉底、炉缸耐材的破损机理2.2.1.1炉底耐材的破损机理根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测结果知道，炉底破损分为两个阶段，初期的铁水渗入将砖漂浮而形成锅底型深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。
铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10％～20％；二是砌砖存在砖逢和裂缝。
当铁水在高压下渗入砖衬缝隙时，会缓慢冷却，在1150℃时凝固，在冷凝过程中体积膨胀，从而又扩大空隙。
如此互为因果，铁水可以渗入很深，由于铁水密度大于黏土砖、高铝砖和炭砖密度，因此在铁水的静压力作用下砖会漂浮起来。
炉底坑下的砖衬在长期的高温高压下，部分软化重新结晶，形成熔结层。
熔结层和下部未熔结的砖衬比较，熔结层的砖被压缩，气孔率显著降低，体积密度显著提高，同时砖中氧化铁和碳的含量增加。
熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了，这时炉衬破坏的主要原因转化为铁水的碳将砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水吸收的化学侵蚀。
SiO+2[C]+[Fe]=[FeSi]+2CO(砖）2因此熔结层表面的二氧化硅含量降低，而残铁和炉内的硅含量增加，这时炉底的侵蚀速度大大减慢了，可见关键在于熔结层在哪里形成生产实践表明：采用炉底冷却的大高炉，炉底侵蚀深度约为1～2m，而没有炉底冷却的高炉侵蚀深度可达4～5m。
从上述炉底破损机理可以看出，影响炉底寿命的因素：首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁是的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度应力引起砖层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。
2.2.1.2炉缸耐材的破损机理炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期性的进行聚积的排除，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降、大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏的因素，特别是渣口、铁口附近的部位是冲刷最厉害的部位。
高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。
整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达1300～1900℃，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都非常重要的。
炉缸部位受的压力不算很大，但他是难以对付的侧向压力，故仍然不可忽视。
2.2.2炉底、炉缸耐火材料的选择及砌筑炉底、炉缸承受高温、高压、渣铁冲刷和渗透作用，工作条件十分恶劣。
过去较长一段时间，炉底炉缸一律采用黏土砖或高铝砖砌筑，近数十年来大中型高炉广为采用炭砖砌筑。
只有中小型高炉仍采用黏土砖或高铝砖砌筑。
而现在最为流行的炉底炉缸结构莫过与“陶瓷杯”结构了。
20世纪80年代初，法国Savoie耐火材料公司在蒂森钢铁公司高炉上就已安装了一种新型复合式炉衬，由于其类似一个杯子，故称为“陶瓷杯”。
陶瓷杯结构炉底的下部为垂直或水平砌筑的炭砖，炭砖上部为1～2层刚玉莫来石砖。
炉缸壁是由通过一厚度灰缝（60mm）分隔的两个独立的圆环组成，外环为炭砖，内环是刚玉质预制块。
炉底下端为循环水冷系统，冷却管埋入炭捣层内，当冷却管安装在炉底封板下面时为防止水泄露后损坏炭砖，有的高炉炉底冷却介质采用油；而当冷却管安装在炉底封板下面时，冷却介质一般采用水或空气。
由于陶瓷杯有以上这些优越性，在高炉炉底炉缸部位采用陶瓷杯结构，可以很好的达到保温、减少炉衬耐材烧损、减少焦比、提高冶炼强度的目的。
所以，为了保证冶炼的顺利进行，本设计的炉底炉缸就采用了陶瓷杯结构其结构示意图如图2.1所示：微孔刚玉砖刚玉莫来石砖图2.1 炉底炉缸耐材的砌筑1---内环缝；2---微孔刚玉砖；3---炉缸环行炭砖；4—炉壳；5---冷却壁；6---炉底环行炭砖；7炭捣层；8---满铺炭砖；9---莫来石刚玉砖其底部是炭砖，其中下面三层是平砌，炭砖尺寸基本为400mm×400mm×800mm ；炭砖两端的短缝用薄缝连接，砖缝为1mm ，两侧的长缝用厚缝连接，厚度为40mm ，缝中以炭素料捣固。
周围炭砖用长度一层为1000mm 、两层为1400mm ，其个数及小端尺寸可用下式计算：od x R b R a a )(0-= 式（2---1）式中：x a ——炭砖小端截面尺寸，mm ；d a ——炭砖大端截面尺寸，我国为400mm ；0R ——炭砖砌筑的外环半径，mm ； b ——炭砖的长度，mm ；在本设计中：0R =6605mm ，当b=1000mm 时，砌筑是考虑1mm 的砖缝，所以可以计算出：x a =401×（6605-1000）/6605=340.288mm 取x a =340.3mm 当b=1400时，小端尺寸为：x a =401×（6605-1400）/6605=316.004mm 取x a =316mm 每环块数为： 2π×6605/401=103.440块。
由于成品炭砖由毛坯机加工而成及经过在制造厂的预组装，每环103.440块包括规格为1000mm ×(400/340.3)mm ×400mm 、1400mm ×(400/316)mm ×400mm(两层)的基本契行炭砖103块和机加工成大小端尺寸d a /x a 为176mm/149.7mm 和176mm/139mm(分别由400mm/340.3mm 和400mm/316mm 乘以0.440而得)的“和门炭砖”1块。
上面一层规格为400m m ×400m m ×800mm 炭砖立砌，砖缝为2mm ，周围用两层长为800mm 的炭砖，其小端尺寸为：x a =401×（6605-800）/6605=352.431mm 取x a =352.4mm 合门炭砖的d a /x a 为176mm/155.1mm ，炉底炉缸陶瓷杯结构如图2所示：其底部为802mm(砖厚800mm ，缝2mm)厚的刚玉莫来石砖两层，其周围用长为1000mm 和1400mm 的炭砖个一层，大小端尺寸d a /x a 分别为176mm/149.7mm 和176mm/139mm 。
炉缸内为345mm 厚的微孔刚玉砖。
微孔刚玉砖与周围炭砖之间是60mm 的炭素泥浆。