高爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念

1、.文獻(xiàn)綜述1.1高爐爐型概述1.1.1高爐爐型的發(fā)展高爐是一種豎爐型的冶煉爐，它由爐體內(nèi)耐火材料砌成的工作空間、爐體設(shè)備、爐體冷卻設(shè)備、爐體鋼結(jié)構(gòu)等組成。高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明：合理的爐體結(jié)構(gòu)，對高爐一代爐齡的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和長壽起到保證作用，由此可以看出高爐的爐型應(yīng)該有爐型和爐齡兩個(gè)方面闡述。近代高爐，由于鼓風(fēng)機(jī)能力進(jìn)一步提高，原料燃料處理更加精細(xì)，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。對于爐型而言，從20世紀(jì)60年代開始，高爐逐步大型化，大型高爐的容積由當(dāng)時(shí)的10001500m3逐步發(fā)展到現(xiàn)在的40005500m3。隨著爐容的擴(kuò)大，爐型的變化出現(xiàn)以下特征：高爐的HU/D即高徑比縮小，大型高爐的比值已降

2、到2.0，1000m3級高爐降到2.5，300m3級高爐也降到3.0左右。和大小同步的還有高爐矮胖爐型發(fā)展，矮胖高爐的特征是爐子下部容積擴(kuò)大，在適當(dāng)?shù)呐浜蠗l件下利于增加產(chǎn)量，提高利用系數(shù).但如矮胖得過分，易導(dǎo)致上部煤氣利用差，使燃料比升高.此外，從全國節(jié)能要求出發(fā)，在高爐建設(shè)和煉鐵生產(chǎn)經(jīng)營管理中，應(yīng)既抓產(chǎn)量，又抓消耗、質(zhì)量和壽命的優(yōu)秀實(shí)例進(jìn)行總結(jié)推廣，提倡全面貫徹“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽，”八字方針。與盛高爐型相比，矮胖爐型的主要優(yōu)點(diǎn)是：與爐料性能相適應(yīng)，料柱阻力減?。伙L(fēng)口增多，利于接受風(fēng)量;高護(hù)更易順行穩(wěn)定。這些優(yōu)點(diǎn)，給高爐帶來了多產(chǎn)生鐵，改進(jìn)生鐵質(zhì)量，降低燃料消耗和延長壽命的綜合效果。通過

3、研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)今用于煉鐵的高爐爐喉直徑均偏小，其爐喉直徑與爐缸直徑的比值均小于0.785。通過研究發(fā)現(xiàn)，爐喉直徑偏小影響爐身的間接還原效率，致使高爐能耗較高，影響高爐經(jīng)濟(jì)效益，因此，為了提高高爐爐身的間接還原效率，改善高爐產(chǎn)生技術(shù)指標(biāo)和進(jìn)行節(jié)能減排，特別推出一種擴(kuò)大爐喉直徑的新爐型高爐。采用的技術(shù)方案是：它包含爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五部分，其中爐缸在爐腹的下面，爐缸上面連接爐腹，爐腹上面連接爐腰，爐腰上面連接爐身，爐身上面連接爐喉；由上述5部分組成的高爐內(nèi)型，5個(gè)部分的橫截面均呈圓形，其中爐缸直徑用d表示，爐腰直徑用D表示，爐喉直徑用d表示，爐喉直徑d1與爐缸直徑d之比在0.7851.0之

4、間。從而爐型能夠充分發(fā)揮爐身的間接還原作用，使高爐節(jié)約焦炭，降低消耗，減少二氧化碳排放，能夠使鋼鐵企業(yè)降低生產(chǎn)成本。1.1.2高爐爐齡及其影響因素實(shí)現(xiàn)高爐長壽是高爐生產(chǎn)的主要目標(biāo)之一。高爐爐齡主要取決于爐缸、爐腹、爐腰、爐身各層冷卻系統(tǒng)以及高爐本體結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用情況。較長的高爐爐齡，無疑在經(jīng)濟(jì)上是合理的。高爐長壽是從設(shè)計(jì)、施工、操作狀況等諸多環(huán)節(jié)統(tǒng)一管理的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。一代高爐壽命的長短，直接反映高爐技術(shù)裝備、操作管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。若將一代高爐壽命延長幾年，其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。在目前高產(chǎn)、低耗的生產(chǎn)條件下，實(shí)現(xiàn)長壽具有十分重要的意義。高爐操作爐型是否合理，爐襯的完好率及其及時(shí)維護(hù)，冷卻設(shè)

5、備及冷卻制度的選擇，爐殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的監(jiān)護(hù)等都是直接影響高爐一代壽命的因素。特別是整個(gè)高爐生產(chǎn)期的穩(wěn)定順行，積極維護(hù)和管理是實(shí)現(xiàn)高爐長壽的重要環(huán)節(jié)，必須給予高度重視。國內(nèi)高爐爐缸、爐底自采用高導(dǎo)熱率的碳質(zhì)耐火材料和加強(qiáng)冷卻以后，壽命顯著延長，影響高爐一代壽命的薄弱環(huán)節(jié)現(xiàn)已轉(zhuǎn)到爐身下部。因此，提高爐身下部的壽命，使之與爐缸、爐底壽命相適應(yīng)，已成為當(dāng)前迫切需要解決的課題.影響高爐爐體壽命的因素很多，而且互相制約，問題比較復(fù)雜，但在其他諸因素相同，尤其是在穩(wěn)定操作的情況下，對于由耐火磚襯、冷卻器、爐殼組成的現(xiàn)代高爐爐體來說，高爐冷卻確實(shí)是決定爐體能否長壽的重要原因。1.2高爐基礎(chǔ)的概述高爐爐殼：現(xiàn)代

6、化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼。爐殼的作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌體牢固，密封爐體，有的還承受爐頂載荷。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應(yīng)力和內(nèi)部的煤氣壓力，有時(shí)要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強(qiáng)度。爐殼外形尺寸應(yīng)與高爐內(nèi)型、爐體各部厚度、冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)形式相應(yīng)。高爐爐型，高爐爐型指的是高爐工作空間的形狀。現(xiàn)代高爐的爐型為五段式爐型，自上而下由以下五部分組成：爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸。在爐喉上部還有爐頂平臺和爐頂鋼圈。爐喉：高爐本體的最上部分，呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口，也是煤氣的導(dǎo)出口。它對爐料和煤氣的上部分布

7、起控制和調(diào)節(jié)作用。爐喉直徑應(yīng)和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當(dāng)。爐喉高度要允許裝一批以上的料，以能起到控制爐料和煤氣流分布為限。 爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上向下逐漸擴(kuò)大，用以使?fàn)t料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并減小爐料下降阻力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大影響。 爐腰：高爐直徑最大的部位。它使?fàn)t身和爐腹得以合理過渡。由于在爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會使?fàn)t料透氣性惡化，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大爐腰直徑，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關(guān)系，比值以取上限為宜。爐腰高度對高爐冶煉過程影響不很顯著，一般只在很小的范

8、圍內(nèi)變動范。 爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形。為適應(yīng)爐料熔化后體積收縮的特點(diǎn)，其直徑至上而下逐漸減小，形成一定的爐腹角。爐腹的存在，使燃燒帶處于合適的位置，有利于氣流均勻分布。爐腹高度隨高爐容積大小而定，但不能過高或過低，一般為3.03.6m。爐腹角一般為7982；過大，不利于煤氣分布；過小，則不利于爐料順行。爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒形。出鐵口、渣口和風(fēng)口都設(shè)在爐缸部位，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學(xué)侵蝕最劇烈的部位，對高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質(zhì)量和品種都有極重要的影響。爐缸高度的確定包括渣口的高度 風(fēng)口高度的確定以及風(fēng)口安裝尺寸的確定。

9、高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎(chǔ)，爐型的好壞不但關(guān)系到高爐是否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，也關(guān)系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小，同時(shí)，也對高爐壽命的長短起著重要作用。高爐爐型應(yīng)該根據(jù)爐容大小、礦石品種、品位、熟料率、球團(tuán)率、焦炭質(zhì)量以及內(nèi)襯和冷卻壁的形式等多種因素共同確定。一般而言，爐容越大、品位越高、熟料率越高、球團(tuán)比越大、內(nèi)襯越薄、爐型相對越矮胖，反之爐型越瘦長。在我國，隨著各鋼鐵企業(yè)大力提高礦石品位、提高熟料率及球團(tuán)比以及薄壁內(nèi)襯的盛行，高爐有逐漸矮胖的趨勢。 爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受到14004600的高溫、機(jī)械和化學(xué)侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。只有砌體表面溫度

10、降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度，并且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進(jìn)一步受到侵蝕，所以必需對爐底進(jìn)行冷卻。通常采用風(fēng)冷或水冷。目前我國大中型高爐大都采用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底，大大改善了爐底的散熱能力。 爐基：它的作用是將所集中承擔(dān)的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層，因而其形狀都是向下擴(kuò)大的。高爐和爐基的總重量常為高爐容積的1018倍（噸）。爐基不許有不均勻的下沉，一般爐基的傾斜值不大于0.10.5。高爐爐基應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐熱能力，使其在各種應(yīng)力作用下不致產(chǎn)生裂縫。爐基常做成圓形或多邊形，以減少熱應(yīng)力的不均勻分布。爐基表面受熱不均是基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫和混凝土遭到破壞的主要原因。由于基

11、礎(chǔ)長期在高溫作用下，不僅產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力和變形，并改變了材料的物理學(xué)性能，使鋼筋混凝土失去了它的承載能力。普通混凝土溫度超過400時(shí)，由于石灰的水化作用，混凝土即在空氣中自行破壞。實(shí)踐證明采用在爐底耐火層與爐基鋼筋之間的素墊層內(nèi)鉆孔布設(shè)水放射狀的雙層冷卻管，向內(nèi)管注入冷水、經(jīng)外管和內(nèi)管之間的環(huán)狀間隙流出并帶出熱量的循環(huán)水冷卻方案，對降低高爐爐基及爐底溫度并將其控制在一個(gè)確保高爐正常工作的允許溫度范圍、維持爐基安全并減緩爐底熔蝕、延長一代爐齡、節(jié)省巨額的高爐翻修費(fèi)用切實(shí)可行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。爐襯：高爐爐襯組成高爐的工作空間，并起到減少高爐熱損失、保護(hù)爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的

12、作用。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。爐襯的損壞受多種因素的影響，各部位工作條件不同，受損壞的機(jī)理也不同，因此必須根據(jù)部位、冷卻和高爐操作等因素，選用不同的耐火材料。 爐喉護(hù)板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十分惡劣，維護(hù)其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調(diào)節(jié)的先決條件。為此，在爐喉設(shè)置保護(hù)板（鋼磚）。小高爐的爐喉保護(hù)板可以用鑄鐵做成開口的匣子形狀；大高爐的爐喉護(hù)板則用100150mm厚的鑄鋼做成。爐喉護(hù)板主要有塊狀、條狀和變徑幾種形式。變徑爐喉護(hù)板還起著調(diào)節(jié)爐料和煤氣流分布的作用24。通過研究分析和考證涂層防腐是通過抑制金屬表面上局部電池的電化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的?？刂脐?/p>

13、極反應(yīng)或增大陰陽極間的電阻，利用含鈍化性料底漆，使鐵表面鈍化。涂漆的作用相當(dāng)于增大了陰陽極的電阻，從而減小了腐蝕電流，達(dá)到了電阻大，腐蝕電流小，涂層保護(hù)性好的效果。 一般的爐喉、爐身、爐腰、爐腹部分腐蝕較輕微，是因?yàn)楦郀t表面溫度較高，實(shí)測平均溫度70以上。爐殼、爐腰等部分表面始終保持干燥，不受含水潮濕空氣的腐蝕，因此不具備碳鋼在中性環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)腐蝕。1.3 高爐技術(shù)指標(biāo)（1）高爐有效容積：高爐有效容積內(nèi)包容的容積。（2）高爐有效高度：指高爐零料線至出鐵口中心線之間的垂直距離。（3）高爐有效容積利用系數(shù)：高爐日產(chǎn)量與高爐有效容積之比。（4）焦比：高爐冶煉每噸生鐵所消耗的干小塊焦炭量。計(jì)算式如

14、下：小塊焦比（kg/t）=入爐干小塊焦炭量（kg）/生鐵產(chǎn)量（t）（5）燃料比：高爐冶煉每噸生鐵所消耗的焦炭、煤粉、小塊焦炭等燃料的總和。（6）爐腹煤氣指數(shù)：高爐每分鐘產(chǎn)生的爐腹煤氣量與高爐爐缸面積之比。（7）爐腹煤氣效率：爐腹煤氣效率用來作為高爐煤氣使用效率的指標(biāo)。 1.4高爐爐襯的發(fā)展1.4.1高爐各部分耐火材料的選擇對于爐襯而言，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，大大地促進(jìn)了我國高爐技術(shù)的進(jìn)步，高爐爐襯的侵蝕是影響高爐長壽的關(guān)鍵因素之一，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算流體動力學(xué)的發(fā)展，利用數(shù)值模擬技術(shù)開展有關(guān)高爐爐襯侵蝕的研究已成為主要的研究方法，高爐一代壽命大大提高。這除了應(yīng)歸于高爐爐體結(jié)構(gòu)參數(shù)趨于合理

15、、操作參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化外，還應(yīng)歸功于高爐爐襯耐火材料與施工技術(shù)的進(jìn)步。而高爐各個(gè)部分的耐火材料的選擇是不同的，粗略的有以下的幾個(gè)方面分布： （1）爐身上部和中部爐身的上部主要受固體爐料的機(jī)械磨順和高速煤氣流的沖刷作用、碳素沉淀、堿金屬和鋅的腐蝕，同時(shí)受到溫度變化的影響。一般選用機(jī)械強(qiáng)度好的、氣孔率低和熱穩(wěn)定性能好的粘土磚或高鋁磚。（2）爐身下部、爐腰和爐腹從爐身下部到爐腹的磚襯，既受到下降爐料和上升高溫高壓煤氣的磨損，又受到高FeO和高堿度初渣的化學(xué)侵蝕，此外，還有堿金屬和鋅與CO的化學(xué)作用，造成磚襯疏松剝落；特別是因高溫波動而引起的熱沖擊破損危害更大，例如在爐況失常、或開爐、或休風(fēng)期時(shí)，由于

16、煤氣流分布失常，磚襯內(nèi)溫度場發(fā)生劇烈波動，導(dǎo)致磚襯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，裂紋內(nèi)伴隨有化學(xué)產(chǎn)物的膨脹，其結(jié)果必然導(dǎo)致內(nèi)襯很快破損。這些部位應(yīng)選用機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性良好和抗化學(xué)侵蝕性能的耐火材料。（3）爐缸部和爐底部 爐缸部主要受高溫液態(tài)渣鐵的沖刷、滲透和堿金屬熔蝕，故要求選用氣孔率低、孔徑小、導(dǎo)熱性高、抗渣性和抗堿性好的耐火材料。目前，國內(nèi)外高爐爐底爐缸采用的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)型式大致分為兩大類，一是全炭質(zhì)材料爐底爐缸結(jié)構(gòu)，二是炭質(zhì)材料陶瓷材料復(fù)合爐底爐缸結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的爐襯都能實(shí)現(xiàn)長壽目標(biāo)，不同之處主要是磚的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大，陶瓷磚的導(dǎo)熱系數(shù)是碳磚導(dǎo)熱系數(shù)的1/401/105，因而陶瓷杯復(fù)合

17、爐襯具有良好的保溫性能。爐缸外環(huán)一般采用微孔炭磚、超微孔炭磚、自焙碳磚；爐缸內(nèi)環(huán)采用高鋁磚、剛玉轉(zhuǎn)。（4）風(fēng)口風(fēng)口是爐內(nèi)最高溫度區(qū)域爐襯經(jīng)常承受18002000的高溫作用，同時(shí)也受到渣鐵的沖刷和堿金屬的侵蝕。由于高溫高壓氣體從此送入爐內(nèi)，對爐襯的振動也很嚴(yán)重，因此要求此處砌體具有良好的穩(wěn)定性。風(fēng)口帶一般采用大塊的組合磚砌體，材質(zhì)為高鋁磚、硅線石磚、剛玉磚、碳化硅磚等。（5）鐵口鐵口附近的磚襯經(jīng)常受到渣鐵的沖刷和侵蝕，在開鐵口和堵鐵口時(shí)，承受開鐵口機(jī)的沖擊力和泥炮的巨大作用力，而使耐火磚松動造成煤氣泄漏；當(dāng)爐缸凍結(jié)或鐵口打不開時(shí)，有使用氧氣燒鐵口。因此，在設(shè)計(jì)鐵口砌體時(shí)，必須考慮耐渣鐵侵蝕和砌體

18、的穩(wěn)定性和密封性、耐火材料的抗剝落性和抗氧化性能。一般采用大塊的組合磚砌體。材質(zhì)為高鋁磚、剛玉磚、碳化硅磚和鋁碳碳化硅磚等。1.5 我國最新對耐火材料的選擇我國大中型高爐的爐缸爐底自50年代末采用碳磚綜合爐底以來，在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，其壽命都在10年以上。但隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，爐缸壽命依然存在這問題。爐缸爐底上傳而導(dǎo)致高爐停爐的現(xiàn)象在國內(nèi)屢見不鮮。如邯鋼1260m，高爐，1992年7月投產(chǎn)，1995年4月爐缸燒穿。我們就國內(nèi)目前高爐爐襯耐火材料的應(yīng)用情況，優(yōu)選了三套比較有代表性的方案。其中，方案一選擇了高導(dǎo)熱石墨炭和半石墨化燒成炭磚砌筑爐底：爐缸采用高導(dǎo)熱的微孔炭磚；并采用陶瓷杯技術(shù)；爐

19、腹、爐腰、爐身下部選用Si3N4結(jié)合SiC磚。這種結(jié)構(gòu)選擇的材料等級較高，造價(jià)較貴。方案二以國產(chǎn)燒炭塊代替方案一中的燒成炭磚，并以國內(nèi)自行研制的與Si3N4結(jié)合SiC磚性能接近，而價(jià)格便宜得多的鋁碳磚部分代替Si3N4結(jié)合SiC磚，以達(dá)到降低造價(jià)的目的。方案三采用了與方案二相同的爐底結(jié)構(gòu)，但在爐腹、爐腰、爐身下部直至中部大量采用燒成鋁碳磚代替Si3N4結(jié)合SiC磚，進(jìn)一步降低高爐造價(jià)。綜合的說其發(fā)展途徑為：高爐碳磚應(yīng)開發(fā)超微孔碳磚,主要是提高熱導(dǎo)率達(dá)到20W/mK以上。降低平均孔徑達(dá)到0.05um、85%，透氣度達(dá)到0m。還要提高抗氧化性和抗鐵水溶蝕性。這樣的碳磚將可以完全防止鐵水和有害氣體的

20、滲透侵蝕。高爐用的半石墨碳磚主要是提高熱導(dǎo)率達(dá)到20w/mK以上，還要提高抗氧化性和抗鐵水溶蝕性。1.6高爐的冷卻設(shè)備1.6.1高爐冷卻的必要性在高爐煉鐵界，為了提高煉鐵綜合經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)外煉鐵工作者都把延長高爐壽命作為一個(gè)非常重要的課題進(jìn)行研究，高爐壽命與爐體冷卻結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)操作有著非常密切的關(guān)系，高爐后期的修補(bǔ)等技術(shù)也起到了重要的作用。高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)是高爐長壽的最重要的基礎(chǔ)條件，各國對高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)作了很多調(diào)查及研究工作，以盡量提高高爐一代爐役壽命。所以繼爐襯以后另一個(gè)高爐的重要體系不得不被提起那就是高爐的冷卻系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，基礎(chǔ)建設(shè)的步伐也在不斷加快，同

21、時(shí)帶動了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。全國各地的煉鐵高爐如雨后春筍蓬勃發(fā)展，增長勢頭十分強(qiáng)勁。說到煉鐵高爐眾所周知，對于一座高爐來說成熟高效的冶煉技術(shù)固然重要，但是如果沒有理想的爐體冷卻系統(tǒng)與之配套,爐體將會在很短的時(shí)間內(nèi)受到損壞，從而導(dǎo)致高爐一代爐齡時(shí)間縮短，使高爐的大修時(shí)間提前，加大基建投資成本,直接影響鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。很顯然這樣的后果大家都不愿看到，所以對一座高爐來說選擇一種行之有效的高爐冷卻方式就顯得非常必要。1.6.2高爐冷卻的目的高爐冷卻的目的在于增大爐襯內(nèi)的溫度梯度，致使1150等溫面遠(yuǎn)離高爐爐殼，從而保護(hù)某些金屬結(jié)構(gòu)和混凝土構(gòu)件，使之不失去強(qiáng)度。使?fàn)t襯凝成渣皮，保護(hù)甚至代替爐襯工作，

22、從而獲得合理爐型，延長爐襯工作能力和高爐使用壽命。高爐冷卻是形成保護(hù)性渣皮、鐵殼、石墨層的重要條件。高爐常用的冷卻介質(zhì)有:水、風(fēng)、汽水混合物。 根據(jù)高爐各部位工作條件，爐缸、爐底的冷卻目的主要是使鐵水凝固的1150等溫面遠(yuǎn)離高爐殼，防止?fàn)t底、爐缸被渣鐵水燒漏。而爐身冷卻的目的是為了保持合理的操作爐型和保護(hù)爐殼。1.6.3高爐冷卻的方式冷卻系統(tǒng)包括：（1）對質(zhì)量要求低水；（2）設(shè)備簡單；（3）較低的資本成本；（4）低流量和直接用于冷卻水壓力。冷卻的方式就目前而言國內(nèi)高爐采用的冷卻方式有三種：工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng)；汽化冷卻系統(tǒng)；軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻原理如下：冷卻水通過被冷卻的部件空腔，并從其

23、表面將熱量帶走，從而使冷卻水的自身溫度提高。工業(yè)水開路循環(huán)冷卻工作原理：由動力泵站將涼水池中的水輸送到冷卻設(shè)備后，自然流回涼水池或冷卻塔，把從冷卻設(shè)備中帶出的熱量散發(fā)于大氣。系統(tǒng)壓力由水泵供水能力大小控制。自然循環(huán)汽化冷卻工作原理：利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的壓頭，克服整個(gè)循環(huán)過程中的阻力，從而產(chǎn)生連續(xù)循環(huán)，汽化吸熱而達(dá)到冷卻目的。 軟水密閉循環(huán)冷卻工作原理：它是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，用軟水（采用低壓鍋爐軟水即可）作為冷卻介質(zhì)，其工作溫度5060（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)4045）由循環(huán)泵帶動循環(huán)，以冷卻設(shè)備中帶出來的熱量經(jīng)過熱交換器散發(fā)于大氣。系統(tǒng)中設(shè)有膨脹罐，目的在于吸收水在密閉

24、系統(tǒng)中由于溫度升高而引起的膨脹。系統(tǒng)工作壓力由膨脹罐內(nèi)的N2壓力控制，使得冷卻介質(zhì)具有較大的熱度而控制水在冷卻設(shè)備中的汽化。1.7高爐鋼結(jié)構(gòu)以及高爐基礎(chǔ)的概述1.7.1高爐的鋼結(jié)構(gòu)以及影響因素設(shè)計(jì)高爐本體鋼結(jié)構(gòu)，主要是解決爐頂載荷、爐身載荷傳遞到爐基的方式方法，并且要解決爐殼密封等。多年實(shí)踐的結(jié)果，目前高爐本體鋼結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式。（1）大框架和爐缸支柱式：爐頂載荷由四根支柱組成的爐體框架傳至基礎(chǔ)；爐身載荷由爐腰托圈、爐缸支柱傳至基礎(chǔ)。爐頂法蘭與爐頂平臺剛性連接，載荷由爐體框架傳遞，爐喉處設(shè)膨脹縫緩沖爐頂和爐身之間熱的和機(jī)械的變形量。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是爐殼不承受載荷，工作可靠，但高爐風(fēng)口平臺

25、擁劑，操作不方便。這種結(jié)構(gòu)適用于小型高爐。（2）爐缸支柱式：爐頂載荷由爐身爐殼傳至爐腰托圈和爐缸支柱再傳至基礎(chǔ)。其特點(diǎn)是節(jié)省鋼材，但大修時(shí)更換爐殼不方便，冶煉中應(yīng)注意爐身部分冷卻，特別是爐齡后期，短時(shí)間停水也會造成重大事故；風(fēng)口平臺擁擠，爐前操作不方便。我國中小型高爐曾采用這種結(jié)構(gòu)。（3）爐缸、爐身支柱式：爐頂裝料設(shè)備和煤氣導(dǎo)出管、上升管載荷由爐身爐殼傳遞至爐腰托圈；爐頂框架，大小鐘載荷由爐身支柱傳遞至爐腰托圈；所有載荷通過爐腰托圈傳遞至爐缸支柱再至基礎(chǔ)。煤氣上升管和爐頂平臺分別裝設(shè)有座圈和托座，大修更換爐殼時(shí)爐頂煤氣導(dǎo)出管和裝料設(shè)備等載荷可作用在平臺上。（4）爐體框架式：爐頂框架、大小鐘載荷

26、、作用在爐體框架上，傳遞至基礎(chǔ)；裝料設(shè)備和煤氣上升管等載荷，由爐殼傳遞至基礎(chǔ)。煤氣上升管和爐頂平臺亦裝有座圈和托座。由于取消了爐缸支柱，風(fēng)口平臺寬敞，爐前操作方便。目前大型高爐多采用這種結(jié)構(gòu)。（5）自主式：全部載荷由爐殼承受并傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，耗鋼材少。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少爐殼折點(diǎn)，制造時(shí)折點(diǎn)要平緩過渡，其他結(jié)構(gòu)應(yīng)不約束爐殼受熱膨脹，減少熱應(yīng)力；冶煉時(shí)加強(qiáng)爐殼冷卻。我國中小型高爐曾采用這種結(jié)構(gòu)。高爐設(shè)備大多數(shù)處于腐蝕介質(zhì)環(huán)境中，一些設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)處于80200高溫環(huán)境，有較強(qiáng)的腐蝕作用，是鋼鐵廠腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域。因此，加強(qiáng)高爐設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施，是相當(dāng)重要的。高爐：煉鐵一般是在高爐

27、里連續(xù)進(jìn)行的。高爐又叫鼓風(fēng)爐，這是因?yàn)橐褵峥諝獯等霠t中使原料不斷加熱而得名的。這些原料是鐵礦石、石灰石及焦炭。因?yàn)樘急辱F的性質(zhì)活潑，所以它能從鐵礦石中把氧奪走，而把金屬鐵留下。高爐結(jié)構(gòu)荷載認(rèn)識的深入高爐綜合體結(jié)構(gòu)承受多種作用，荷載相當(dāng)復(fù)雜，但不外乎兩類：一類決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一類與結(jié)構(gòu)耐久性相關(guān)。正是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性綜合決定了高爐結(jié)構(gòu)的壽命。（1）煤氣壓力、爐襯和冷卻系統(tǒng)的熱膨脹(力)、爐料和鐵水壓力，決定了正常操作條件下爐殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（2）爐內(nèi)高溫的周期作用或突然作用，能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱疲勞或沖擊應(yīng)力，降低鋼材塑性并導(dǎo)致脆性破壞。服役后期，內(nèi)襯及冷卻器的損傷，可導(dǎo)致局部過熱或大面積燒紅，將產(chǎn)生

28、很大熱應(yīng)力，加速爐殼開裂、美國內(nèi)陸公司證明，沿爐殼厚度的溫度梯度是大應(yīng)力的主要原因，當(dāng)最大熱應(yīng)力超過屈服應(yīng)力，爐殼就會開裂。（3）低周疲勞是影響高爐壽命的主要因素。據(jù)前蘇聯(lián)對高爐實(shí)際工作狀態(tài)的研究，爐殼是在不同循環(huán)特征和不同變化幅度的周期荷載作用下工作的，爐殼10年中荷載變化的循環(huán)次數(shù)為2104，荷載不對稱系數(shù)0.60.9。在這種周期荷載作用下，爐殼的應(yīng)力集中區(qū)和焊縫缺陷處出現(xiàn)局部塑性變形，從而產(chǎn)生低周疲勞破壞。所以，高爐結(jié)構(gòu)的最終壽命，就是正常條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抵御低周疲勞脆斷的時(shí)限。大量的實(shí)驗(yàn)、分析、實(shí)踐證實(shí)爐殼損壞有兩種原因：一是由于疲勞，特別是局部過熱引起的疲勞損傷；另一種是突然的脆性斷裂。因此，爐殼設(shè)計(jì)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度為據(jù)。1.7.2我國高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本現(xiàn)狀高爐就目前已投產(chǎn)的，劃分為五種類型（1）帶爐身支柱、托圈和爐缸支柱的（2）設(shè)在塔式大框架內(nèi)的自立式高爐（3）全自立式高爐（4）帶托圈和爐缸支柱的（5）其它類型高爐我國高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的水平很不平衡，大致分為3個(gè)層次：（1）北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院、重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院是我國高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)入電算階段的代表，示我國相關(guān)