浙江* *学院毕业设计：年产 350 万吨炼钢生铁高炉车间的设计

1.2高炉能力与高炉台数的确定高炉炉型设计2.1高炉炉型选择高炉炉型为五段短肥炉型。 见图1 图1 高炉类型图 2.2 设计计算 2.2.1 炉缸尺寸： 1）炉缸直径 选取冶炼强度=0.95、燃烧强度=1.10 则 === 10.73 取=10.8 取=27.5 合理 2）炉缸高度 渣口高度== 1.69 取=1.7 风口高度== 3.04 取=3.0 风口数量=2×（+2）=2×（10.8+2）=25.6 取=26 风口结构尺寸 选取=0.5 则炉缸高度=+=3.0+0.5=3.5 3）死铁层厚度： 选取=1.5m 2.2.2 炉腰直径、炉腹角度、炉腹高度 选取=1.10 则=1.10×=1.10 ×10.8=11.88 取=11.9 选择=810 则====3.47 取=3.5 查tan===6.36=.2.3 喉径、喉高： 选择=0.68 则=0.68×=0.68×11.9=8.09 取=8.1 选择=2.02.2.4 身角、身高、腰高： 选择=840 则====18.08 取h4=18 查tan===9.47= 选择=2.50 则=2.50×=2.50×11.9=29.75 取=29.8 得： =----=29.8-3.5-3.5-18-2.0=2.82.3 查炉容量： 炉体积====320.47 腹部体积====354.22 腰体积====311.26 身体积===1430喉口体积= ==103高炉体积= ++++=320.47+354.22+311.26+1430+103=2518.96 误差===0.12% 1%炉型设计合理，满足要求。3 炉衬选择3.1高炉基础形状与材料高炉基础是高炉底部的承重结构，其作用是将整个高炉载荷均匀地传递到基础上。

高炉基础由埋在地下的基座和地面上的墩台组成。3.1.1高炉基础的要求1）高炉基础应把高炉的全部荷载均匀地传递给基础，不得下沉或下沉不均匀。高炉基础下沉会造成高炉钢结构变形、管道破裂；下沉不均匀会造成高炉倾斜，破坏炉顶的正常分布，严重时不能正常生产。高炉总体设计对基础下沉量和倾斜率有严格的要求。2）具有一定的耐热性。一般混凝土只能在150℃以下工作，250℃时开始开裂，400℃时失去强度，钢筋混凝土在700℃时失去强度。过去由于缺乏耐热混凝土墩台和空冷炉底设施，炉底受到一定程度的破坏炼钢生铁，常常造成基础损坏，甚至爆炸。 采用空冷、水冷炉底和耐火材料墩后，能保证高炉基础良好地工作。3.1.2高炉基础形状、尺寸、材料结构高炉基础由墩和台座组成，高炉基础的结构主要取决于地质条件和高炉容积，高炉基础如图2所示。高炉基础墩的作用是隔热和调整铁口标高。墩采用耐热混凝土。墩形状为圆柱形，直径尺寸与炉底相适应，高度一般要求为2.5～3.0，本次设计为3.0。高炉墩一般浇铸成整体结构，周边布置圆形钢筋，保证其强度。 墩底部炉壳外侧设有密封钢圈，上部与炉壳焊接，下部浇铸在底座混凝土中。

钢圈与炉壳间有100～150的间隙，内填充碳素材料。墩与基础间有10的水平温度间隙，内填充石英砂，以抵抗变形破坏。基础的主要作用是把上面传递来的荷载传递给地层，基础底部面积较大，以减少单位面积上基础所受的压力。基础的直径与荷载和地基土有关。基础采用普通钢筋混凝土，其形状一般为正多边形，本设计采用正八边形，对角线长为40。基础表面为有坡度的水泥砂浆层，以利于积水的排水。表面面积按下式计算：式中：---总荷载，---安全系数，---地基土的允许承载力。 3.2高炉炉底及各段炉衬的选择、设计和砌筑炉缸、炉底承受着高温、高压、渣铁的冲刷侵蚀和渗透，工作条件十分恶劣。炉缸、炉底是高炉的重要部位，其侵蚀破损程度是决定高炉大修的关键。3.2.1炉底炉底承受着高温、高压、渣铁的侵蚀和渗透，工作条件十分恶劣。为防止炭砖在烤炉和开炉时被氧化，应在炭砖表面砌一层粘土砖保护。为吸收砌体的膨胀，砌体与周围冷却壁之间应留有100～150的缝隙，缝隙中填以炭素捣打料。 炉壳锥部间隙应较大，以利于捣炭操作，保证质量。同时防止砖衬膨胀对炉壳产生推力，避免炉壳开裂、煤气泄漏。本次设计采用全炭砖炉底结构，是增加炉衬寿命的新技术，可提高铁水温度。

炉底砖衬厚度为2800(7层砖)。碳砖砌筑在水冷管炭素捣打层上。砌筑时先以出铁口中心线为基准线，逐层向下画出每层碳砖的十字中心线，并标出标高。每柱从柱子中心块开始，逐一砌筑。同一柱内相邻两块碳砖用斜角或垂直细缝连接。每层碳砖从中心开始砌筑，其余柱子逐渐砌筑直至边缘。砌砖有厚缝和薄缝两种方式。薄缝连接时，每柱砖的接缝不大于1.5(本设计取1.5)，每柱间的垂直接缝及两层间的水平接缝不大于2.5(本设计取2)。 厚缝接缝时，砖缝为35~45(本设计取40)，缝内捣固炭素材料。炉底水冷管安装：安装在基墩耐热混凝土上方炉底捣炭层内。目前一般的砌筑方法是炭砖两端短缝接缝用细缝；两边长缝接缝用粗缝。也有两端短缝接缝用粗缝，两边长缝接缝用细缝的情况。这种砌筑方法可减少厚缝的捣炭工作量。3.2.2炉底炉的工作条件与炉底相似，装有出铁口、风口。每天有大量铁水流过出铁口，开、堵出铁口时有剧烈的温度波动和机械振动。 风口前为燃烧区，是高炉内温度最高的区域。为此，高炉采用炭砖砌筑，风口、渣口、出铁口等处采用异形炭砖砌筑。炭砖砌缝采用薄缝（1.5），上下层炭砖的砖缝中间砌筑。高炉炭砖采用薄缝连接，上下层炭砖的砖缝中间砌筑。

风口、出渣口、出铁口均用异形碳砖砌筑，砌筑与冷却壁之间留有100～150的间隙，本设计为150，内填碳素填料。第一层环状碳砖最好能盖满炉底的三块半碳砖，故其长度一般大于（400+40）×3.5＝1540。（本设计取1760）3.2.3炉腹炉腹位于风口的上方，此部位受到强烈的热应力，不仅炉衬内表面温度高，而且温度波动引起的热冲击和破坏力也很大； 同时还要承受从上方进入炉内的渣铁水和高速向上的高温煤气的冲刷、化学侵蚀和氧化，加上炉料的压力、摩擦以及炉料垮塌时的巨大冲击力。开炉后，炉腹位置的砌体很快被侵蚀并对渣皮起作用。一般砌一层345高铝砖，倾斜部分每三层砖砌一次，砖缝不宜大于1(本设计取1)，上下砖缝、环向缝应错开。3.2.4炉腰炉腰紧靠炉腹，侵蚀效果差不多，本设计采用过渡炉腰结构，此部位砌一层345厚高铝砖，砖紧靠冷却壁。 砖缝不宜大于1(本设计取1),且上下砖缝、环缝应错开。3.2.5炉体炉体砌体厚度通常为690~805,且趋于较薄。本设计炉衬厚度为575,即230块高铝砖+345块高铝砖=575。炉体倾斜部分采用3层砖交错砌筑,一次砌筑。

砌体紧贴冷却壁，缝隙处用碳质填料填充。3.2.6炉喉本设计采用长条形炉喉钢砖，其优点是生产时不易变形、脱落，结构稳定，拆装方便。炉喉内有几十块护板，炉喉刚性壳体上装吊座，座下装水平挡板，板间留有20的间隙，保证护板受热膨胀时不致相互碰撞。4冷却设备的选择、风口及铁口设计4.1炉底冷却型式的选择大型高炉炉筒直径很大，周边径向冷却壁的冷却不足以将炉底中心的热量散发出去，如不进行冷却，向下的侵蚀将很严重。目前，高炉炉底大多采用水冷，即水冷炉底。 水冷管埋设在炉基耐火混凝土基础上表面中心线以下，中心线以上为炭素捣打层。水冷管采用40×10，炉底中心处水冷管间距为200~300（本设计为200），边缘处水冷管间距为300~500（本设计为300）。水冷管两端伸出炉壳50~100。炉壳打开后加垫块固定，开口应避开炉壳折点150以上。水冷炉底结构应保证断水后管内水能排出，工作时排出口应高于水冷管水平面，保证管内充满水。 4.2 高炉各部位冷却设备的选择 4.2.1 炉缸、炉底冷却设备的选择 炉缸、炉底采用光滑的冷却壁，砌体与冷却壁间留100~150（本设计为150）的间隙，间隙内填碳素填料。

光滑冷却壁与炉壳间留有20的间隙，并用薄泥浆填充。光滑冷却壁的尺寸应考虑制造和安装的方便。冷却壁宽度一般为700～1500，厚度为80～120（本设计取120），高度取决于炉壳的拐点，一般小于3000（本设计取1300）。安装时，同一节冷却壁之间的直缝为20，上下节之间的水平缝为30，上下节冷却壁之间的垂直缝应相互错开，接缝处应用铁锈焊材锈封严。4.2.2炉体腹部、腰腹部由于工作环境比较恶劣，本设计中设铜冷却壁具有导热性能好、操作均匀稳定、易形成稳定渣皮、高炉冶炼热损失少、高炉寿命长、性能价格比高等特点。其它部位采用砖衬铸铁冷却壁冷却，冷却壁紧贴炉衬。从外形上看，砖衬冷却壁一般有普通型、上凸台型、中凸台型三种结构形式。砖衬冷却壁厚度为250~350（本设计为350），高度在3000以内。炉腹处冷却壁高度为1600，炉腰处冷却壁高度为2000； 炉体采用上部凸台式砖衬冷却壁，其高度为2000，凸台伸出长度为200，肋高为200。凸台冷却壁的凸台部分起支撑上部砌砖的作用，可以省去最长一层支撑梁水箱，简化冷却系统结构，减少炉壳开孔。4.2.3炉顶：喷水冷却。4.3高炉给水量及水压的确定4.3.1给水量高炉冷却水的耗量由炉体热负荷决定，是指单位时间内炉体散热损失的量。

根据热平衡原理，炉体总热负荷与炉体总冷却水耗量的关系可用下式表示：式中，分别为——炉体总热损失，；——炉体总冷却水耗量，；——冷却水比热容，；——冷却水进、出水温（平均值）。计算出炉体总热负荷后，即可计算出高炉冷却水耗量。计算炉体热负荷时，应考虑炉子服役后期比中期高15%左右。 本设计要求冷却水进水温度小于35℃，出水温度50～60℃，各部分允许进出水温差为：炉体上部12℃，炉体下部12℃，炉腰10℃，炉腹10℃，风口带5℃，炉底3℃，大组风渣口5℃，二组风渣口5℃，平均进出水温差10℃，冷却水比热容4.18℃。==2744℃本设计高炉总冷却水耗量为2744℃。4.3.2供水压力足够高的供水压力是保证高炉冷却器正常运行的基本条件。 同时，为了防止冷却器烧坏时高炉内煤气进入冷却系统，造成大量冷却设备烧坏，给水系统压力必须大于炉内煤气压力。对炉体给水压力的要求是：风口平台处给水总管水压应大于0.3~0.5；风口区域冷却水压力应比热风压力高0.1，其他部位冷却水压力应比该处炉气静压高0.05。本次设计中炉体给水压力：给水总管0.38，炉体中部0.22，炉体上部0.16。

4.4风口数量及直径是根据高炉炉型设计计算得出的，风口数量为26个。风口装置设计有短管法兰、鹅颈管、直管、弯头管、直吹管及热风围管下方的风口水套等。风口直径根据生产实践经验确定，与同类炉容的高炉相比，本设计风口直径为170。风口由风口大套、二号套、三号套组成，是供风管道前端的部件，位于高炉炉缸上部，以一定角度伸出炉壁。4.5风口台、炼铁场、铁口铁口装置主要指铁口套，铁口套的作用是在铁口处保护炉壳。 铁嘴套一般用铸钢制成，与炉壳铆焊而成。为避免应力集中，铁嘴套的形状一般制成四角有较大圆弧半径的椭圆形或方形。风口平台是在高炉底部高炉炉缸周围风口前设置的工作平台，为操作方便，风口平台一般比风口中心线低1150~1250，应平整，并有排水坡度。其主要作用是便于高炉操作人员窥视风口，了解炉内情况和布置渣沟。铸铁场是布置铁沟、安装炉前设备以及进行排渣、铸铁作业的炉前平台。大型高炉铁嘴较多时，可设置2~4个铸铁场。 本次设计的高炉共设3个出铁场，本次设计的风口平台及出铁场采用架空结构，由钢筋混凝土柱上预制的钢筋混凝土板支撑，内填1.5厚砂土，顶层砌一层建筑砖。

本设计风口平台标高比炼铁场标高1.5，风口平台低于风口中心线1250，净宽6，其上布置2条上渣沟，炼铁场的位置应与出铁口位置相适应，其长度为50，宽度为20，高度保证任意一个出渣溜铁槽下沿不小于5，炼铁场布置下渣沟。4.6炉壳与钢结构的确定4.6.1高炉钢结构炉体钢结构主要包括炉体支柱、炉顶框架、炉壳和平台结构等。（1）炉体支柱：炉体支柱是支撑炉体和炉顶设备的重要钢结构部位。 炉体支柱的结构形式取决于炉体衬里结构和炉顶设备载荷传递到炉基础上的方式。本设计采用大框架结构，该结构的结构特点是炉顶框架上的所有载荷由四根大支柱组成的大框架直接传递到炉基础上，炉顶法兰上的载荷由炉壳传递到炉基础上，省去了炉腰支撑圈、炉筒支柱和炉体支柱。（2）炉顶框架：炉体支柱或大框架支柱的顶部一般用横梁连成整体，横梁上覆有花纹钢板或普通钢板作为炉顶平台。炉顶平台是炉顶上最宽敞的工作平台。炉顶框架是设置在炉顶平台上的钢结构支撑架，主要支撑接料漏斗、大小料钟的平衡杆机构、安装横梁等。炉顶框架结构有A字型和门式两种。 本设计采用门式结构，门式结构钢架一般采用24-40厚钢板焊接或槽钢制成。

（3）平台结构：高炉炉体上凡设置人孔、检测孔、冷却设施及机械设备的部位均应设置工作平台，方便检修和操作。各层工作平台采用梯子连接。表13 炉体各部位系数部位数值数值本设计δ值、炉顶盖板及炉喉50°≤55°4..6455°3.6------炉体上部区域2..66炉体下部区域2..43腰部及以下2..89重炉及炉底3..934.6.2炉壳炉壳采用钢板制成。 炉壳各部位厚度计算公式如下： 炉壳各部位厚度见表13。 结语 本次设计主要针对高炉炉型设计、炉衬设计、高炉冷却设备选择、风口及炼铁场设计等进行设计。在整个设计过程中采用了国内外一些比较先进的设计方法、技术和设备，实现了较高的机械化、自动化和大型化，因此从节省投资费用、节能环保减排等方面进行了综合考虑，以达到最佳生产效益。为达到优质、低耗、高产、长炉龄、低环境污染的目的，高炉炉体结构及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、产品质量高、产量高、消耗低的要求。现代高炉已经成为高度机械化、自动化、大型化的综合生产装置。 其产品和副产品的产量以及原材料、燃料、水、电的消耗都很大。

因此，高炉冶炼不仅需要复杂庞大的高炉本体、现代技术设备和庞大的辅助系统，其生产率既要满足生产率的要求，又要为强化冶炼留有余地。参考文献[1].程博澜高炉炼铁工艺与计算北京冶金工业出版社1991年12月第一版[2].周传典等高炉炼铁生产工艺手册北京冶金工业出版社2002年8月第一版[3].任桂义炼铁北京冶金工业出版社2005[4].陈大石2005最新高炉炼铁新工艺新技术实用手册当代中国音像出版社2005[5].郝素菊等高炉炼铁设计原理北京冶金工业出版社2003年1月[6].张玉柱等炼铁节能与工艺计算 北京冶金工业出版社 2002年6月 [7]. 那树人 炼铁计算 北京冶金工业出版社 2005年3月 [8]. 王平 炼铁设备 北京冶金工业出版社 2005年 致谢 王凤田老师在整个设计过程中给予了全程指导，他在百忙之中审阅了本次设计的所有内容，从设计方案的选择到工艺流程的设计以及为设计绘制的图纸，对设计内容进行了细致的指导，提出了很多很好的建议。在此表示特别的感谢。*****职业技术学院（高级）毕业设计（论文） 第3页，共22页