冯昊设计高炉1750立方米文档格式.docx
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d）
2、高炉容积：
Vu=1750m³
3、每座高炉日产量P=Vu′η=3500t
4、选定冶炼强度I=0.95t/（m³
5、炉缸截面燃烧强度：
i燃=1.05t/（m²
h）
则d=0.23
=0.23
=9.15m取d=9.2m
校核Vu/A=1750/（л/4×
9.2²
）=26.34合理
1.3.2炉缸高度
1、渣口高度：
hz=1.27bP/（N·
C·
d²
ρ铁）
式中：
N—昼夜出铁次数，10次；
ρ铁—铁水比重，7.1t/m³
；
b—生铁波动系数，1.2；
C—渣口以下炉缸利用系数，一般取0.55~0.60，炉熔大，渣量大时，
取低值，本高炉为1800m³
大型高炉，所以取0.55.
hz=1.27bP/（N·
ρ铁）
=1.27×
1.2×
3500/（10×
0.55×
7.1×
）
=1.61m取hz=1.6m
2、风口高度：
hf=hz/K=1.6/0.55=2.91m取hf=2.9m
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，本高炉取
0.55。
3、风口数目：
n=2×
（d+2）=2×
（9.2+2）=22.4取n=23个
4、风口结构尺寸：
风口尺寸一般取0.35~0.5m，越大的高炉，风口尺寸越大，
本高炉为1750m³
，所以取a=0.45m。
则炉缸高度：
h1=hf+a=2.9+0.45=3.35m取h1=3.4m1.3.3死铁层厚度
h0=0.2d=0.2×
9.2=1.84m取h0=1.8m
1.3.4炉腰直径、炉腹角、炉腰高度
在1300~2000m³
的高炉中，D/d为1.15~1.12，
为80.5°
~79.5°
，高
炉的容积越大，D/d越小，
越大，所以本高炉
取83°
，D/d取1.1。
则D=1.1
9.2=10.12m取D=10.1m
则
=（D-d）×
tg83°
/2
=（10.1-9.2）×
=3.66m取
=3.7m
校核α：
tgα=2
/（D－d）
=2×
3.7/（10.1-9.2）
=8.22α=83º
3’56’’
1.3.5炉喉直径、炉喉高度的确定
在高炉中，越大的高炉
/D比值越大，
/D一般为0.68~0.73，在本高
炉中选取0.7.
选取
/D=0.7
=0.7×
10.1=7.07m取
=7.1m
炉喉高度过高会使炉料挤紧而影响其下级，过低将会难以满足装料制度调节要求，一般为2~2.5m为宜，本高炉取
=2.4m。
1.3.6炉身角β、炉身高度
、炉腰高度
在1300~2000m³
的高炉中，β一般在85~83.8º
之间，高炉越大，β越大，选取β=85º
。
则
=（D-
）×
tgβ/2
=（10.1-7.07）×
tg85º
=17.14m取
=17.1m
校核β：
tgβ=2
/（D－
17.1/（10.1-7.1）=11.4β=84º
59’12’’
的高炉中，Hu/D在2.85~2.65之间，高炉越大，Hu/D越小，选取Hu/D=2.84
则Hu=2.84D=28.68m取Hu=28.7m
求得：
h3=Hu-h1-h2-h4-h5=2.1m
1.3.7校核炉容
炉缸体积：
=л×
×
/4
=3.14×
3.4/4
=225.90m³
炉腹体积：
（D²
+Dd+d²
）/12
3.7×
（10.1²
+10.1×
9.2+9.2²
）/12
=270.67m³
炉腰体积：
D²
10.1²
2.1/4
=168.16m³
炉身体积：
+D×
+
17.1×
7.1+7.1²
=1002.87m³
炉喉体积：
7.1²
2.4/4
=94.97m³
高炉容积：
Vu=
=1762.57m³
误差：
ΔV=（Vu-Vu′）/Vu′
=（1750-1762.57）/1762.57×
100%
=0.7%〈1%
在允许范围内，故炉型设计符合要求。
2高炉炉衬设计
2.1炉底的炉衬设计与砌筑
1、破坏机理：
炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而成锅底深坑；
在1400～1600℃液态渣铁的高温热力作用下，由于炉底砌体温度分布不均匀,导致砌体开裂，特别是采用不同材质的耐火砖时，由于膨胀系数不同，更会导致砌体开裂，由于炉缸铁水温度不同，造成铁水对流；
在高温下，渣铁碱金属会对砖衬产生化学侵蚀；
炉料重量的10～20%和液态渣铁、煤气的经压力作用；
开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中的二氧化碳、水蒸气对碳砖的氧化。
2、使用的耐火材料：
采用满铺碳砖砌筑，用泥浆为黏土火泥—水泥泥料填充料。
3、砌筑方式：
满铺碳砖炉底砌筑，碳砖砌筑在水冷管的碳捣层上，有厚缝和薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列赚砌缝不大于2.5mm，厚缝连接时，砖缝为35～45mm,缝中以碳素捣料捣固。
目前的砌法是碳砖的短缝用薄缝连接，两侧的长缝用厚缝连接。
相邻两行碳砖砖缝必须错缝200mm以上。
两成碳砖砖缝成90°
2.2炉缸设计与砌筑
1、破坏机理：
（1）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因素；
（2）化学侵蚀；
（3））风口带为最高温度区。
风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受1800～2400℃的高温作用，发生蠕动，加上碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很容易损坏，砖缝增大。
2、使用的耐火砖：
采用热压碳砖，用炭质填料及热固性炭胶粘结。
3、计算：
采用
和
砖砌筑
炉缸高度3.4m,砖厚400mm
层数
取8层剩余用耐火材料填充
则
=1616块。
2.3炉腹炉衬设计
1、炉腹部位内衬破损机理：
炉腹距风口最近，受强烈热作用力，不仅炉衬内表面温度高，而且由温度波动引起的热冲击，或称热震破坏力很大；
由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响；
承受由上部落入炉缸的渣铁水和高速向上运动的高温煤气的冲涮，化学侵蚀和氧化作用。
2、耐火砖的选择：
采用高铝砖砌筑。
2.4炉腰炉衬设计
1、炉腰内衬破损机理：
高温煤气冲刷和热冲击；
碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀；
初渣氧化亚铁、氧化锰的侵蚀，炉腰部比炉腹的更高。
2、使用耐火砖：
铝碳砖砌筑。
2.5炉身炉衬设计
1、炉身炉衬破坏机理：
炉身中下部：
热应力的影响；
受到初渣的化学侵蚀；
碱金属和Zn的化学侵蚀。
在炉身上部：
下降炉料的磨损；
夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷。
2、采用耐火材料：
铝碳砖砌筑，粘土火泥泥浆填充料。
2.6炉喉炉衬设计
1、炉喉炉衬破坏机理：
受到炉料落下时的撞击作用继而产生摩擦，还受到温度急剧波动的影响，用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖。
直接安装炉喉钢砖。
3高炉冷却设备
3.1冷却设备的作用
保护炉壳，在正常生产时，高炉炉壳只能在低于80℃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；
对耐火材料的冷却和支撑，在高炉内衬耐火材料的表面工作温度高达1500℃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耐磨能力；
冷却设备还可以对高炉内衬起支撑作用，增加砌体稳定性，维护合理的操作炉型，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护高炉生产。
3.2冷却分类
冷却分为外部冷却和内部冷却，内部冷却结构分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及炉底冷却。
3.3炉底冷却设计
炉底冷却采用水冷炉底结构。
其特点是：
水冷管可设置在封板以上，这样在炉壳上开孔将降低炉壳强度和密封性，但冷却效果好；
冷水管也可以设置在封板以下，这样炉壳没有损坏，但冷却效果差。
3.4炉缸冷却设计
炉缸冷却采用光面冷却壁。
冷却壁安装在炉壳内部，炉壳不开口，所以密封性好；
由于均匀布于炉衬之外，所以冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。
但它的缺点是消费金属多、笨重，冷却壁损坏后不能更换。
3.5炉腹、炉腰及炉身中上部冷却设计
采用铜冷却板。
1、铜冷却板导热性好，铸造工艺比较简单；
2、适用于高炉高热负荷区的冷却，采用密集式布置形式；
3、冷却板前端冷却强度大，不易产生局部沸腾现象；
4、当冷却板前端损坏后可继续维持生产；
5、双通道的冷却水量可肯据高炉生产状况分别进行调整；
6、能维护较厚的炉衬，便于更换，重量轻、节省金属。
3.6炉身上部到炉喉冷却设计
采用光面冷却壁冷却。
4高炉送风管路
4.1热风围管
热风围管的作用是将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中去。
热风总管和热风围管都由钢板焊成，管中有耐火材料筑成的内衬。
为了不影响炉前作业，热风围管都采用吊挂式，大框架高炉热风围管吊挂在横梁上，炉缸支柱式高炉，热风围管吊挂在支柱外侧的吊挂板上，自立式高炉则吊挂在炉壳上，也有将热风围管吊挂在厂房梁上的。
热风总管与热风围管的直径相同，并且与高炉容积相关，其直径由下式计算：
d=
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，
/s;
V—气体实际状态下的流速，m/s。
4.2送风支管
送风支管的作用是将热风围管送来的热风通过风口送入高炉炉缸，还可通过它向高炉喷吹燃料。
送风支管长期处于高温、多尘的环境中，工作条件很恶劣，所以要求送风支管密封性好，压损小，热损失小，在热胀冷缩的条件下有自动调节位移的功能。
送风支管张紧装置用于稳定和紧固送风支管的位置，并使直吹管紧压在风口小套上。
张紧装置装有吊杆、拉杆、松紧法兰螺栓等。
吊杆的作用是固定送风支管，主要承受送风时伸缩管产生的反力，可以旋紧螺母调整其位置。
拉杆分中部拉杆和下部拉杆。
中部拉杆用以调整直吹管端头球面位置推压力和固定送风支管位置；
下部拉杆用来调整直垂管端头与风口球面部的压紧力，以防止接口漏风。
送风支管附件有托座、起吊链钩、观察孔等。
托座固定在炉壳上，用来固定中部拉杆。
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。
观察孔用来观察风口区燃烧情况。
4.3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。
热风经热风围管、弯管传到直吹管，通过风口进入高炉炉缸。
指出管管体内浇注了耐火材料内衬，所以抗灼热的热风对管体的破坏和减少热损失。
直吹管在高温高压下工作，管中还有煤粉通过，苛刻的工作条件对直吹管提出较高的技术要求：
1、要求直吹管端头与风口相连接触的球面表面粗糙度要低，球面上下不准有任何缺陷和焊补。
2、为防止在高压工作条件下被破坏或泄漏，必须按设计要求进行水压和气密实验。
3、为避免喷入的煤粉冲刷风口内壁，要求喷吹管中心线与直吹管中心线的夹角负荷设计要求，一般夹角为12°
～14°
左右。
4.4风口装置
风口也称风口小套或风口三套，是送风管路最前端的一个部件。
它位于高炉炉缸上部，成一定角度探出炉壁。
风口与风口中套、风口大套装配在一起，加上冷却水管等其它部件，形成高炉的风口设备。
送风支管的直垂管头与风口密合装配在一起，热风炉中的热风从直吹管中吹出通过风口吹入高炉炉缸，向高炉中喷吹的煤粉及气体载体也通过风口进入高炉炉内。
风口前端炉缸回旋区温度约2000℃左右，风口在恶劣的条件下工作，在使用一段时间后会损坏，从而迫使高炉休风，更换风口，风口时影响噶偶生产效率的重要因素之一。
5高炉钢结构
5.1高炉钢结构
图5.1高炉钢结构简易图
炉体框架、炉顶框架、平台和梯子等。
本设计采用炉体框架式。
这种结构由于取消了炉缸支柱，框架离开高炉一定距离，所以风口平台宽敞，炉前操作方便，还有利于大修时高炉容积的扩大。
5.2炉壳
炉壳外形与炉衬和冷却设备配置相适应。
存在着转折点，转折点减弱炉壳的强度。
由于固定冷却设备，炉壳需要开孔。
炉壳转折点和开孔应避开在同一截面。
炉钢下部转折点应在铁口框以下100㎜处,炉腹转折点应在风口大套法兰边缘以上大于100㎜处，炉壳开口处需补焊加强板。
5.3炉体框架
炉体框架有四根支柱组成，上至炉顶平台，下至高炉基础，与高炉中心呈对称布置，在风口平台以上部分用钢结构。
风口平台以下是采用刚劲混凝土结构。
保证支柱与热风围250mm间距。
5.4炉缸炉身支柱、炉腰之圈和支柱坐圈
炉缸支柱是用来承担炉腹或炉腰以上，经炉腰之圈传递下来的全部负荷。
它的上端与炉腰之圈连接，下端则伸到高炉基座的座圈上。
一般都是用24～40的钢板，焊成工字形断面的支柱，为了增加支柱的刚度，常加焊水平筋板。
支柱外倾斜角6°
左右，以使炉缸周围宽敞。
支柱的数目为7个（风口数目的一半），并均匀的分布在炉缸周围，其位置不能影响风口、铁口、渣口的操作，其强度则应考虑到个别支柱损坏时，其他相邻支柱仍能承担全部负荷。
为了防止发生炉缸烧穿时，渣炸铁水烧坏炉缸支柱，应从高炉基座的座圈直到铁口以上1m处的支柱表面，用耐火砖衬保护。
炉身支柱的作用是支撑炉顶框架及炉顶平台上的载荷、炉身部分的平台走梯、给排水管道等。
支柱座圈是为了使支柱作用于炉基上的力比较均匀。
在每个支柱下面都由铸铁或型钢做成的单片垫板，并且彼此用拉杆或正环连接起来，以防止支柱在推力的作用下或基础损坏时发生位移。
6高炉基础
高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部荷载均匀底传递到地基。
图6.1高炉基础
1—冷却壁；
2—水冷管；
3—耐火砖；
4—炉底砖；
5—耐热混凝土基墩；
6—钢筋混凝土基座
6.1静负荷
高炉基础承受的静负荷包括高炉内部的炉料重量、渣、铁液重量、炉体本身的砌砖重量、金属结构重量、冷却设备及冷却水重量、炉顶设备重量等。
另外还有炉下建筑物、斜桥、卷扬机等分布在炉身周围的设备重量。
就力的作用情况来看，前者是对称的，作用在炉基上，后者则常常是不对称的，是引起力矩的因素，可能产生不均匀下沉。
6.2动负荷
生产中常有崩料、坐料等，加给炉基的动负荷是相当大的，设计时必须考虑。
6.3热应力的作用
炉缸中贮存着高温的铁液和渣液，炉基处于一定的温度下。
由于高炉基础内温度分布不均匀，一般是里高外低，上高下低，这就在高炉基础内部产生了热应力。
6.4对高炉基础的要求
对高炉基础的要求如下：
1、高炉基础应把高炉全部载荷均匀地传给地基，不允许发生沉陷和不均的沉陷。
高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形，管路破裂。
不均匀下沉见将引起高炉倾斜，破坏炉顶正常布料，严重时不能正常生产。
2、具有一定的耐热能力。
一半混凝土只能在150℃一下工作，250℃便有开裂，400℃是失去强度，钢筋混凝土700℃时失去强度。
过去由于没有耐热混凝土基墩和炉底冷却设备，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至爆炸。
采用冷却炉底及耐热基墩后，可以保证高炉基础很好的工作。
结论
序号
项目
数值
1
有效容积Vu/m3
1750
2
炉缸直径d/mm
9200
3
炉腰直径D/mm
10100
4
炉喉直径d1/mm
7100
5
死铁层深度h0/mm
1800
6
炉缸高度h1/mm
3400
7
炉腹高度h2/mm
3700
8
炉腰高度h3/mm
2100
9
炉身高度h4/mm
17100
10
炉喉高度h5/mm
2400
11
有效高度Hu/mm
28680
12
炉腹角α
13
炉身角β
14
Hu/D
2.84
15
风口数/个
23
16
铁口数/个
参考文献
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冶金工业出版社，2005.
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冶金工业出版社,2008.
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冶金工业出版社，2010.
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高炉工艺装备特点[J].贵州工业大学学报，2006.
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（2）：
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冶金工业出版，2002.
[10]张树勋，等.钢铁厂设计原理[M].北京：
冶金工业出版社，1994.
致谢
课程设计过程中，尹老师多次帮助我们大家分析思路，开拓视角，在我遇到困难想要放弃的时候给予我最大的支持于鼓励，尹老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。
我定当谨记尹老师的教导，再多华丽的的言语也显苍白。
再次谨向尹雪亮老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！
同时也要向在课程设计过程中帮助过我的同学们表示由衷的感谢！
此次课程设计使我受益颇多，将会激励我在以后的学习当中坚持不懈，不惧怕困难,勇往直前，谢谢大家！
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