高爐爐體設(shè)計(jì)說明書

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書題題 目目： 年年產(chǎn)產(chǎn)煉煉鋼鋼生生鐵鐵550 萬萬噸噸的的高高 爐爐車車間間的的高高爐爐爐爐體體設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)學(xué)學(xué)生生姓姓名名 ： 王王衛(wèi)衛(wèi)衛(wèi)衛(wèi)學(xué)學(xué) 院院 ：材材料料科科學(xué)學(xué)與與工工程程班班 級級：冶冶金金112 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師 ：代代書書華華 2014 年 12 月 29 日學(xué)校代碼：學(xué)校代碼： 1012810128學(xué)學(xué) 號：號： 201120411032201120411032內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課程名稱：課程名稱： 冶金工程課程設(shè)計(jì)冶金工程課程設(shè)計(jì) 學(xué)院：學(xué)院： 材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程 班級：班級： 冶金冶

2、金1 11 1- -2 2 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 王衛(wèi)衛(wèi)王衛(wèi)衛(wèi) 學(xué)號：學(xué)號： 201120411032201120411032 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 代書華代書華 一、題目一、題目年產(chǎn)鐵水量550萬噸的高爐爐體設(shè)計(jì)二、目的與意義二、目的與意義1.通過課程設(shè)計(jì)，鞏固、加深和擴(kuò)大在冶金工程專業(yè)課程及相關(guān)課程教育中所學(xué)到的知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用這些知識去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。2.學(xué)習(xí)冶金爐設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握常用冶金設(shè)備或簡單冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟，為今后從事相關(guān)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及實(shí)際的工程設(shè)計(jì)打好必要的基礎(chǔ)。3.使學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，熟練有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、

3、使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面受全面的基礎(chǔ)訓(xùn)練。三、要求三、要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、圖紙量、工作量要求等） 1、設(shè)計(jì)年產(chǎn)煉鋼生鐵 550 萬噸的高爐車間的高爐爐型，高爐 2 座，高爐工作日 347d，冶煉強(qiáng)度I=0.91.2t/(m3d)，高爐有效利用系數(shù) =2.0t/(m3d)，燃燒強(qiáng)度 i=1.1t/m3d 2、高爐爐容校核誤差1% 3、完成高爐的縱向剖面圖、俯視圖、風(fēng)口布置圖和風(fēng)口結(jié)構(gòu)剖面圖，要求完成圖紙二張。 4、圖紙要求整潔、干凈，圖形線條準(zhǔn)確，清晰 四、工作內(nèi)容、進(jìn)度安排四、工作內(nèi)容、進(jìn)度安排 課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個階段進(jìn)行。 2014.12.22 2014.12

4、.28 查閱相關(guān)資料。2014.12.29 2015.1.11 計(jì)算、畫圖、設(shè)計(jì)說明書的完成。2015.1.12 2015.1.16 圖紙，設(shè)計(jì)說明書的完善。五、主要參考文獻(xiàn)五、主要參考文獻(xiàn)1郝素菊等編. 高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理. 北京：冶金工業(yè)出版社，1992.2周傳典等編. 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊. 北京：冶金工業(yè)出版社，2002.3朱苗勇主編. 現(xiàn)代冶金學(xué). 北京：冶金工業(yè)出版社，2005.4劉麟瑞等編. 冶金爐料手冊(第 2 版). 北京：冶金工業(yè)出版社，2005.審核意見審核意見系（教研室）主任（簽字）系（教研室）主任（簽字） 指導(dǎo)教師下達(dá)時(shí)間指導(dǎo)教師下達(dá)時(shí)間 年年 月月 日日指導(dǎo)教師簽字：

5、指導(dǎo)教師簽字：_摘要本設(shè)計(jì)主要從高爐爐型設(shè)計(jì)、爐襯設(shè)計(jì)、高爐冷卻設(shè)備的選擇、風(fēng)口及出鐵口的設(shè)計(jì)。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分。高爐的橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，用鋼板作爐殼，高爐的殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽爐齡和對環(huán)境污染小的方針設(shè)計(jì)高爐，高爐本體結(jié)構(gòu)和輔助系統(tǒng)必須滿足耐高溫，耐高壓，耐腐蝕，密封性好，工作可靠，壽命長，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，產(chǎn)量高，消耗低等要求。在設(shè)計(jì)高爐爐體時(shí)，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對高爐爐體尺寸進(jìn)行計(jì)算確定爐型。對耐火磚進(jìn)行合理的配置，對高爐冷卻設(shè)備進(jìn)行合理的選擇、對風(fēng)口及出鐵口進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。目錄第一章 文獻(xiàn)綜述.11.1 國內(nèi)外高爐發(fā)展現(xiàn)

6、狀.11.2 我國高爐發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 高爐發(fā)展史.21.4 五段式高爐爐型.4第二章 高爐爐襯耐火材料.52.1 高爐耐火材料性能評價(jià)方法的進(jìn)步.52.2 高爐爐襯用耐火材料質(zhì)量水平分析.52.3 陶瓷杯用磚.72.4 爐腹、爐身和爐腰用磚.7第三章 高爐爐襯.83.1 爐襯破壞機(jī)理.83.2 高爐爐底和各段爐襯的耐火材料選擇和設(shè)計(jì).9第四章 高爐各部位冷卻設(shè)備的選擇.114.1 冷卻設(shè)備的作用.114.2 爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇.114.3 爐腹、爐腰和爐身冷卻設(shè)備選擇.11第五章高爐爐型設(shè)計(jì).135.1 爐型設(shè)計(jì)要求.135.2 爐型設(shè)計(jì)方法.135.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).145.

7、4 設(shè)計(jì)與計(jì)算.145.5 校核爐容.16參考文獻(xiàn).170第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 國內(nèi)外高爐發(fā)展現(xiàn)狀在近年來鋼鐵產(chǎn)業(yè)競爭日益加劇的形勢下， 京都議定書和哥本哈根協(xié)議將引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)未來走向綠色環(huán)保的低碳型產(chǎn)業(yè)。我國近年推出的鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中規(guī)定高爐爐容在 300 m3以下歸并為淘汰落后產(chǎn)能項(xiàng)目，且仍存在擴(kuò)大小高爐容積的淘汰范圍的趨勢。同時(shí)國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展均加速了世界和我國高爐大型化的發(fā)展進(jìn)程。由于大型化高爐具備的單位投資省、效能高和成本低等特點(diǎn)，從而有效地增強(qiáng)了其競爭力。最近二十年來，日本和歐盟區(qū)的在役高爐座數(shù)由 1990 年的 65 座和 92 座下降到 28 座和 58 座，下降幅度

8、分別為 569和 37，但是高爐的平均容積卻分別由 1 558 m3和 1 690 m3上升到 4 157 m3和 2 063 m3，上升幅度為1668和 22，這基本代表了國外高爐大型化的發(fā)展?fàn)顩r。在國內(nèi)，伴隨國內(nèi)市場與國際市場的接軌和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，國內(nèi)小高爐的競爭力明顯弱化，相反具備相對占地小、污染物排放少和生產(chǎn)成本低的大型高爐優(yōu)勢日益突出，受到國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的高度關(guān)注和青睞。1.2 我國高爐發(fā)展現(xiàn)狀我國高爐大型化的發(fā)展模式與國外基本相近，主要是采取新建大型高爐、以多座舊小高爐合并成大型高爐和高爐大修擴(kuò)容等形式來推動著高爐的大型化發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國自 2004 年以來相繼建成投產(chǎn)

9、的 3 200 m3級 15 座，4 000 m3級 8 座，5000 m3級 3 座，且有越來越大的趨勢。萬方目前，河北遷鋼和山東濟(jì)鋼等企業(yè)也正在建設(shè) 4000 m3級高爐，近來寶鋼湛江和武鋼防城港項(xiàng)目也在規(guī)劃籌建 5500 m3級超大型高爐。我國高爐大型化的標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)高爐容積的大小來劃分的，且衡量標(biāo)準(zhǔn)也由過去的 1000 m3提高到 2000 m3，甚至更大。雖然大型化高爐相對于小高爐存在著生產(chǎn)率高、生產(chǎn)穩(wěn)定、指標(biāo)先進(jìn)和成本低等顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是對于我國高爐大型化的發(fā)展?fàn)顩r，我們?nèi)匀恍枰茖W(xué)客觀地看待。高冶煉強(qiáng)度、高富氧噴煤比和長壽命化作為大型高爐操作的主要優(yōu)勢受到大家越來越高的熱情關(guān)注

10、和青睞，但是高爐大型化作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它在立足自身?xiàng)l件的基礎(chǔ)上仍需要匹配的煉鋼、燒結(jié)和煉焦等工序平衡能力的綜合系1統(tǒng)，因此，我國鋼鐵企業(yè)在走高爐大型化發(fā)展的道路上，需要依據(jù)自身所具備的技術(shù)、設(shè)備、資源條件和鋼鐵流程的綜合平衡狀況進(jìn)行選擇性定位。只有建成符合企業(yè)自身?xiàng)l件的大型化高爐，才能真正實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、穩(wěn)定和長壽”的大型高爐預(yù)期目標(biāo)。1.3 高爐發(fā)展史如圖 1.1 原始形高爐爐型，當(dāng)時(shí)工業(yè)不發(fā)達(dá)，高爐冶煉以人力、畜力、風(fēng)力、水力、鼓風(fēng)等等，當(dāng)時(shí)鼓風(fēng)能力很弱，為了確保整個爐缸截面獲得高溫，爐缸直較??；冶煉基本上以木炭或者無煙煤為燃料，機(jī)械強(qiáng)度低的不能再低了，為了避免在高爐下部壓碎而影響料柱

11、透氣性，所以原始高爐高度很小，使人力裝料方便并且能夠?qū)t料裝入爐喉中心，爐喉直徑也相當(dāng)?shù)男?，而大的爐腰直徑減小了煙氣外流速度，因此延長了煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間，起到燜住爐內(nèi)熱量的作用。所以，爐缸和爐喉直徑小，爐身下部爐腹直徑大，高度小等，是各國高爐原始爐型的共同點(diǎn)圖 1.1 原始高爐爐型18 世紀(jì)末，煤和蒸汽機(jī)使英國的煉鐵業(yè)徹底的改革，鐵的年產(chǎn)量從公元1720 年的 2.05 萬噸（基本上是木炭鐵）增加到 1806 年的 25 萬噸（幾乎全是焦炭鐵） 。估計(jì)，每生產(chǎn) 1 噸焦炭需煤 3.3 噸左右，但是，高爐燒焦炭勢必增加碳含量，早期焦炭鐵的碳含量在 1.0%以上，全部成為灰口鐵既石墨鐵。2高爐的

12、尺寸在 18 世紀(jì)內(nèi)一直在增大。見圖 1.2 所示。從公元 1650 年 7 米左右，到 1794 年俄國的涅夫揚(yáng)斯克高爐已增加到 13.5 米左右，由于蒸汽鼓風(fēng)機(jī)和焦炭的使用，爐頂裝料裝置慢慢實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，高爐內(nèi)型走向于擴(kuò)大爐缸爐喉直徑，并向高度方向發(fā)展，逐漸形成所見到的近代五段式高爐爐型。全部高爐設(shè)有兩個以上的風(fēng)口，還有一個巨大進(jìn)步就是采用熱風(fēng)。近代高爐，由于鼓風(fēng)機(jī)能力進(jìn)一步的提高，原料燃料處理更加精細(xì)，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。最近幾年大型鋼鐵企業(yè)多采用 3000m3以上的大型高爐。圖 1.2 近代高爐爐型31.4 五段式高爐爐型圖 1.3 五段式高爐4第二章 高爐爐襯耐火材料2.1高

13、爐耐火材料性能評價(jià)方法的進(jìn)步 過去煉鐵工作者對高爐耐火材料性能的要求僅限于一些常規(guī)性能，如對炭磚僅要求灰份、耐壓強(qiáng)度、體積密度、氣孔率等指標(biāo)，對陶瓷耐火材料僅要求化學(xué)成分、耐火度、荷重軟化溫度、顯氣孔率、體積密度、耐壓強(qiáng)度、重?zé)€變化率等指標(biāo)。我們在研究炭磚時(shí)發(fā)現(xiàn)，我國上世紀(jì) 60 年代生產(chǎn)的普通炭磚，如果只看其常規(guī)性能，如氣孔率、體積密度、強(qiáng)度、灰份等指標(biāo)，比國外的優(yōu)質(zhì)炭磚并不差。如果進(jìn)一步對導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿性、微氣孔指標(biāo)進(jìn)行對比，就發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)炭磚的差距很大。這使我們認(rèn)識到這些特殊性能應(yīng)作為評價(jià)高爐耐火材料優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。 對于高爐耐火材料使用性能的檢測方法，武鋼已進(jìn)行了近 20 年的長期研究。

14、我們在研究高爐磚襯破損和侵蝕機(jī)理的基礎(chǔ)上，對高爐耐火材料提出了多項(xiàng)特殊使用性能要求，并研究出了相應(yīng)的試驗(yàn)方法，通過原冶金部制定了檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。主要的檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)有以下 8 種：導(dǎo)熱系數(shù)；抗堿性；抗鐵水熔蝕性；抗?fàn)t渣侵蝕性；平均孔徑；小于 1孔容積率；透氣度；m抗氧化性。武鋼應(yīng)用這些檢驗(yàn)方法選用高爐耐火材料已有十多年歷史，對武鋼高爐壽命的提高發(fā)揮了重要的作用。這些檢驗(yàn)方法目前已在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，很多新型優(yōu)質(zhì)高爐耐火材料不斷地開發(fā)出來，有的綜合性能已趕上國際先進(jìn)水平，有些指標(biāo)甚至超過了國際先進(jìn)水平。2.2 高爐爐襯用耐火材料質(zhì)量水平分析高爐炭磚有半石墨炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、石墨磚和模壓小炭

15、磚等。我們曾對國內(nèi)外同類炭磚產(chǎn)品進(jìn)行了使用性能的對比試驗(yàn)，下面是各種炭磚的對比試驗(yàn)結(jié)果。 2.2.1 半石墨炭磚 國產(chǎn)半石墨炭磚和日本 BC-5 型半石墨炭磚相比，其導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿性、鐵水熔蝕等性能相當(dāng)。德國半石墨炭磚的 600導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到 18.04 W/m.k，優(yōu)于一般的國產(chǎn)半石墨炭磚，其它性能則相當(dāng)。但是，蘭州新研制的半石墨炭磚的導(dǎo)熱系數(shù)、微氣孔指標(biāo)則已經(jīng)優(yōu)于德國同類產(chǎn)品。 52.2.2 微孔炭磚 國產(chǎn)的普通微孔石墨，包括蘭州炭素廠、武彭公司、魯山炭素廠、科瑞公司等廠家的產(chǎn)品，其主要性能指標(biāo)和日本 BC-7S 碳磚、法國 AM-102 碳磚已很接近，國內(nèi)很多高爐的使用效果較好。例如武鋼

16、4 號高爐就是使用國內(nèi)某廠的普通微孔碳磚，壽命已達(dá)到了 10 年。 2.2.3 超微孔碳磚 要使高爐壽命進(jìn)一步提高到 15-20 年，對炭磚應(yīng)有更高的要求，主要是導(dǎo)熱系數(shù)和微氣孔指標(biāo)應(yīng)該更高。滿足以上要求的國外碳磚以日本的 BC-8SR 和德國的 7RDN 為代表，我們稱之為超微孔碳磚。其主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)較高，600達(dá)到 18-20 W/m.k，平均孔徑達(dá)到 0.1，小于 1孔容積率大于 85%，mm其他性能也保持優(yōu)良。蘭州炭素廠和武鋼技術(shù)中心合作，經(jīng)過 6 年的研究，現(xiàn)已研制成功這種超微孔炭磚，其性能達(dá)到了日本 BC-8SR 和德國 7RDN 炭磚的實(shí)物質(zhì)量水平?，F(xiàn)已首次用于武鋼在建的 7

17、 號高爐（3200 m3） 。 2.2.4 模壓小碳磚 以美國 NMA、NMD 熱模壓小碳磚為代表的國際名牌產(chǎn)品在我國應(yīng)用也比較多，使用效果較好 。近年國內(nèi)已有多家炭素廠生產(chǎn)模壓小炭磚，但一般只達(dá)到普通微孔碳磚的水平。如 600的導(dǎo)熱系數(shù)僅 12W/m.k 左右，低于美國的熱模壓小碳磚。武鋼技術(shù)中心和鞏義市第五耐火材料廠合作進(jìn)行了模壓小炭磚的研制，以電煅無煙煤為原料，以酚醛樹脂為結(jié)合劑，用磨擦壓磚機(jī)成型，經(jīng)高溫?zé)?，生產(chǎn)模壓小炭磚，其產(chǎn)品性能已優(yōu)于美國熱壓小碳磚。美國的熱模壓小碳磚的主要優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)較高，優(yōu)于國產(chǎn)的普通微孔炭磚和普通模壓小碳磚。另一優(yōu)點(diǎn)是抗堿性優(yōu)良，而這一性能國內(nèi)產(chǎn)品也已能夠

18、達(dá)到。其缺點(diǎn)是不屬于微氣孔炭磚、平均孔徑大于 1、小于 1孔容積率僅 53.4%。鞏義五耐mm開發(fā)的模壓小炭磚主要性能已明顯優(yōu)于美國 NMA 熱模壓小炭磚：600的導(dǎo)熱系數(shù)大于 20W/m.k；平均孔徑 0.237，小于 1孔容積率 76.12%，是較好mm的微孔炭磚，鐵水熔蝕指數(shù)僅 14.22%。該研制產(chǎn)品已經(jīng)首次用于武鋼新建的 7號高爐爐缸部位。美國的 NMD 是一種石墨碳磚，導(dǎo)熱系數(shù)很高，有的高爐將它用作爐身冷卻板之間的磚襯使用。順便指出，石墨磚一般用于爐底最下層，是利用其高導(dǎo)熱性強(qiáng)化爐底冷卻，在高爐爐役后期減緩鐵水的侵蝕。但是如果炭搗料的導(dǎo)熱系數(shù)很低，石墨磚也無法發(fā)揮高導(dǎo)熱系數(shù)的作用。

19、這種情況下還不如使用微孔碳磚，因?yàn)槭u的孔隙大、強(qiáng)度低，抗鐵水熔蝕性能也差。 6綜上所述，我國的炭磚生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品性能、質(zhì)量水平，經(jīng)過近十年來的努力，有了明顯的進(jìn)步，已逐漸趕上世界先進(jìn)水平，可以滿足長壽高爐的需要。 2.3 陶瓷杯用磚 目前國內(nèi)高爐陶瓷杯用磚有復(fù)合棕剛玉磚、剛玉莫來石磚、塑性相結(jié)合棕剛玉磚、微孔剛玉磚、法國陶瓷杯磚（澆注塊）等 5 種。陶瓷杯爐缸結(jié)構(gòu)是法國首先開發(fā)的，是一種不經(jīng)高溫?zé)傻臐沧K，我國有不少高爐采用，使用效果較好。其主要優(yōu)點(diǎn)抗堿性優(yōu)良，抗?fàn)t渣侵蝕性較好，抗鐵水熔蝕性很好，是微氣孔磚，適用于爐缸磚襯。近年國內(nèi)相繼開發(fā)出多種陶瓷杯用磚，則都是高溫?zé)傻摹a(chǎn)微孔剛玉

20、磚的各項(xiàng)性能均已達(dá)到或優(yōu)于法國陶瓷杯磚，其中抗?fàn)t渣侵蝕性和耐壓強(qiáng)度更好。復(fù)合棕剛玉磚的抗堿性較差。塑性相剛玉磚除微氣孔指標(biāo)較差外，其他性能都較好，是目前應(yīng)用最多的一種。剛玉莫來石磚由于抗堿性和抗?fàn)t渣侵蝕性很差，不適合用于爐缸部位，但用于陶瓷杯底仍是適用的。 2.4 爐腹、爐身和爐腰用磚 爐腹、爐腰和爐身中下部，爐襯的工作條件相近，主要侵蝕原因是爐渣侵蝕、堿金屬侵蝕、爐料和渣鐵的沖刷、磨損等。這些部位的爐襯發(fā)展趨勢是，主要靠強(qiáng)化冷卻形成渣壁保持正常生產(chǎn)，磚襯僅留有很薄的鑲磚，耐火材料的用量很小。比較典型的設(shè)計(jì)如武鋼 1 號高爐的銅冷卻壁薄爐襯結(jié)構(gòu)。這一區(qū)域選用耐火磚的原則是，抗?fàn)t渣侵蝕性能好，抗

21、堿性較好，導(dǎo)熱系數(shù)較高，強(qiáng)度要高。在成渣帶以下可選用 Si3N4結(jié)合 SiC 磚、賽隆結(jié)合剛玉磚或賽隆結(jié)合 SiC磚。爐身中部無渣區(qū)可選用燒成微孔鋁炭磚。爐身上部可用磷酸浸漬粘土磚。這幾種磚的強(qiáng)度很高，抗堿侵蝕性和抗?fàn)t渣侵蝕性很好，導(dǎo)熱系數(shù)也高，適用于砌筑爐身到爐腹區(qū)域。上述幾種耐火材料國內(nèi)都已能生產(chǎn)，一般不需要用進(jìn)口產(chǎn)品。7第三章 高爐爐襯3.1 爐襯破壞機(jī)理高爐爐襯一般是以陶瓷質(zhì)材料（包括粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)等）和碳質(zhì)材料（炭磚、碳搗石墨等）砌筑。爐襯的侵蝕和破壞與冶煉條件密切相關(guān)，各部位侵蝕破壞機(jī)理并不相同，研究爐襯的破損機(jī)理與合理選擇耐火材料及設(shè)計(jì)爐襯結(jié)構(gòu)有重要關(guān)系。歸納起來，爐襯破損機(jī)理有

22、四個方面。3.1.1 高溫渣鐵的滲透和侵蝕 在爐腰及爐腹部位形成熔融的鐵渣，向下流動進(jìn)入爐缸，渣中含有一定量的FeO 和 MnO 以及自由 CaO，特別是初渣中這些成分含量較高。渣中FeO、MnO、CaO 與磚中 SiO2作用，形成低熔點(diǎn)化合物，使得磚襯表面軟熔，在液態(tài)鐵渣和煤氣流的沖刷下而脫落，爐腹部位尤為嚴(yán)重，開爐不久便可以被侵蝕掉，而靠冷卻壁上的渣皮工作。液態(tài)鐵、重金屬及堿金屬的滲透，是爐缸爐底破損的重要原因，鐵水沿砌體縫隙和氣孔滲透到砌體內(nèi)部凝固并析出石墨，體積膨脹，進(jìn)而擴(kuò)大裂縫使磚襯脫落或漂浮。3.1.2 高溫和熱震破損 高爐冶煉過程中，爐內(nèi)溫度經(jīng)常波動，開爐初期的升溫過程，冶煉中的

23、正常和非正常停風(fēng)、開風(fēng)，出鐵出渣的前后，爐料和煤氣流分布的改變等，都將引起磚襯溫度的劇烈波動和受熱速率的改變，當(dāng)磚襯熱端受熱速率超過某一臨界速度時(shí)，由于溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過磚襯的強(qiáng)度極限，磚即開裂。3.1.3 爐料和煤氣流的摩擦沖刷及煤氣碳素沉積的破壞作用 高爐內(nèi)煤氣實(shí)際流速可達(dá) 1520m/s，而且攜帶大量粉塵，上升的煤氣流對爐襯有很大的沖刷磨損作用，爐腰部位上下折角處沖刷磨損尤為嚴(yán)重。爐身中上部爐料較為堅(jiān)硬，具有棱角，下降爐料的磨擦是該部磚襯損壞的重要原因。 上升的煤氣流中含有 25%左右的 CO。進(jìn)入磚襯氣孔和縫隙中的 CO，在400800分解產(chǎn)生碳素沉積，尤其耐火材料中含有 Fe2

24、O3時(shí)，被 CO 還原為金屬 Fe，活性的 Fe 是 CO 分解的催化劑，加速碳素沉積。當(dāng)有溫度變化時(shí)，沉積碳將發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，并附帶產(chǎn)生體積的變化，使磚襯組織松弛，強(qiáng)度下降，以至龜裂而破壞。碳素沉積的破壞作用反應(yīng)在整個高爐爐襯、爐腰和爐身中下部較為嚴(yán)重。 83.1.4 堿金屬及其他有害元素的破壞作用 爐料中的堿金屬和鋅，一般以鹽類存在，進(jìn)入高爐在高溫下分解為氧化物，在高爐下部被還原為金屬 K、Na、Zn 并揮發(fā)隨煤氣上升，在上升途中又被氧化為 K2O、Na2O、ZnO。部分氧化物沉積到爐料上再循環(huán)，部分沉積在爐襯上，其余隨煤氣排出爐外。 堿金屬和鋅的氧化物與爐襯中 Al2O3、SiO2反應(yīng)形成

25、低熔點(diǎn)的鋁硅酸鹽，爐襯軟熔并被沖刷而損壞。堿金屬氧化物同赤熱的焦炭發(fā)生反應(yīng)，生成氰化物(KCN、NaCN)并同水蒸汽和 CO2反應(yīng)生成氰化氫(HCN)。氰化氫滲入磚襯內(nèi)分解產(chǎn)生碳沉積，亦促成對爐襯的破壞作用。堿金屬和鋅的蒸氣滲入磚縫，在適度的溫度下同 CO 反應(yīng)，同樣可產(chǎn)生氧化物和碳素沉積。3.2 高爐爐底和各段爐襯的耐火材料選擇和設(shè)計(jì)爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件非常惡劣。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程度是決定高爐大修的關(guān)鍵。3.2.1 爐底耐火材料選擇爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透作用，工作條件十分惡劣。為了防止炭磚在烘爐和開爐時(shí)被氧化,在炭磚表

26、面應(yīng)砌一層粘土磚保護(hù)層.為吸收砌體膨脹,砌體與周圍冷卻壁之間應(yīng)留 100150縫隙,縫隙內(nèi)填滿碳素?fù)v打料,mm爐殼的圓錐體部分的縫隙應(yīng)取較大值,以便碳搗操作,保證質(zhì)量,同時(shí)防止磚襯膨脹產(chǎn)生對爐殼的推力,避免爐殼開裂而泄漏煤氣. 本設(shè)計(jì)采用滿鋪炭磚爐底結(jié)構(gòu)，它是提高爐襯壽命的一項(xiàng)新技術(shù)，且能提高鐵水溫度。爐底磚襯厚度為 2800 炭磚砌筑在水冷管的炭搗層上，炭磚上部砌筑微孔炭磚及陶瓷墊。爐mm底水冷管安裝在基墩耐熱混凝土之上爐底碳搗層之中。3.2.2 爐缸耐火材料選擇爐缸工作條件與爐底相似，而且裝有鐵口、風(fēng)口。每天有大量的鐵水流過鐵口 ，開堵鐵口有劇烈的溫度波動和機(jī)械振動。風(fēng)口前邊是燃燒帶，為高

27、爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。為此爐缸選用環(huán)形炭磚，風(fēng)口采用風(fēng)口磚、渣口及鐵口處采用環(huán)形炭磚，上下層碳磚磚縫均砌在中間，炭磚內(nèi)部砌筑 TiC 陶瓷材料。爐襯厚度一般為 1050mm。3.2.3 爐腹耐火材料選擇 爐腹位于風(fēng)口之上，此部位受強(qiáng)烈的熱應(yīng)力作用，不僅爐襯內(nèi)表面溫度高，9而且由溫度波動引起的熱沖擊、破壞力很大；同時(shí)還承受由上部落入爐缸的渣鐵水和高速向上運(yùn)動的高溫煤氣的沖刷、化學(xué)侵蝕及氧化作用，再加上爐料的壓力和摩擦力及崩料時(shí)的巨大沖擊力。開爐后爐腹部位的砌磚很快被侵蝕掉，靠渣皮工作，一般砌一層厚 345鋁磚。mm3.2.4 爐腰耐火材料選擇爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設(shè)計(jì)采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，

28、該部位砌筑一層 345厚的 SiC 磚。mm3.2.5 爐身耐火材料選擇本設(shè)計(jì)把爐身分為上下兩部分上部分用粘土磚下半部分用SiC 磚3.2.6 爐喉耐火材料選擇本設(shè)計(jì)采用長條式爐喉鋼磚，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)中不易變形、脫落，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便。爐喉有幾十塊保護(hù)板，在爐喉的剛殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板，板之間留 20的間隙，保證保護(hù)板受熱膨脹時(shí)不相互碰擠。mm 10第四章 高爐各部位冷卻設(shè)備的選擇4.1 冷卻設(shè)備的作用高爐冷卻設(shè)備是高爐爐體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對爐體壽命可起如下作用(1)保護(hù)爐殼。在正常生產(chǎn)時(shí)，高爐爐殼只能在低于 800oC 的溫度下長期工作，爐內(nèi)傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走 8

29、5以上，只有約 15的熱量通過爐殼散失。(2)對耐火材料的冷卻和支承。在高爐內(nèi)耐火材料的表面工作溫度高達(dá)1500oC 左右，如如果沒有冷卻設(shè)備，在很短的時(shí)間內(nèi)耐火材料就會被侵蝕或磨損。通過冷卻設(shè)備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。冷卻設(shè)備還可對高爐內(nèi)襯起支承作用，增加砌體的穩(wěn)定性。 (3)維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕內(nèi)型線接近操作爐型，對高爐內(nèi)煤氣流的合理分布、爐料的順行起到良好的作用。 (4)當(dāng)耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設(shè)備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn)。4.2 爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇爐缸和爐底選用光面冷卻壁，砌與冷卻壁之間留 100150（本設(shè)計(jì)取mm150）的縫

30、隙，其中填以炭質(zhì)填料。光面冷卻壁與爐殼之間留 20的縫隙，mmmm并用稀泥漿灌滿。光面冷卻壁尺寸大小要考慮到制造與安裝的方便，冷卻壁寬度一般為7001500，厚度 80120（本設(shè)計(jì)取 120） ，高度視爐殼折點(diǎn)而定，mmmmmm一般小于 3000（本設(shè)計(jì)取 1300） 。安裝時(shí)，同段冷卻壁間直縫為 20mmmm，上下段間水平縫為 30，上下兩段冷卻壁間垂直縫應(yīng)相互錯開，縫間mmmm用鐵質(zhì)銹接料銹接嚴(yán)密。4.3 爐腹、爐腰和爐身冷卻設(shè)備選擇爐腹部位由于工作環(huán)境比較惡劣本設(shè)計(jì)采用銅冷卻壁，銅冷卻壁具有導(dǎo)熱性好、工作均勻穩(wěn)定、易結(jié)成穩(wěn)定的渣皮、高爐冶煉的熱損失少、高爐壽命長、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。其

31、它部位采用鑲磚鑄鐵冷卻壁冷卻，冷卻壁緊靠爐襯。從外形看，鑲磚冷卻壁一般有三種結(jié)構(gòu)形式：普通型、上部帶凸臺型和中間帶凸臺型。鑲磚冷卻壁厚度為 250350（本設(shè)計(jì)取 350） ，高度小于 3000mmmm。爐腹部位冷卻壁高度取 1600，爐腰部位冷卻壁高度取 2000;爐身mmmmmm11采用上部帶凸臺型鑲磚冷卻壁，高度 2000，凸臺突出長度 200，肋高mmmm200。凸臺冷卻壁的凸臺部分起到支撐上部砌磚的作用，可以取消最長層的mm支梁水箱，簡化了冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了爐殼開孔。12第五章 高爐爐型設(shè)計(jì)5.1 爐型設(shè)計(jì)要求高爐爐型的合理性，是高爐能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽的重要條件。合理爐型

32、應(yīng)該是使?fàn)t型能夠很好地適應(yīng)于爐料的順利下降和煤氣流的上升運(yùn)動。在設(shè)計(jì)爐型時(shí)，盡可能地使設(shè)計(jì)爐型接近于合理爐型是設(shè)計(jì)工作者的重要任務(wù)和努力方向。爐型設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足下列要求：（1） 與原燃料條件和送風(fēng)制度等操作條件相適應(yīng)，有利于爐況的順行；（2） 能夠燃燒較多數(shù)量的燃料，提高冶煉強(qiáng)度，增加生鐵產(chǎn)量；（3） 有利于煤氣的熱能和化學(xué)能的充分利用降低焦比；（4） 適應(yīng)于采用噴吹等強(qiáng)化操作的新技術(shù)。（5） 能與爐襯結(jié)構(gòu)及冷卻方式配合，易于生成保護(hù)性渣皮，防止?fàn)t襯的迅速燒壞和侵蝕，有較長的一代壽命。爐型設(shè)計(jì)的總原則是合理確定爐型各部分尺寸之間的比例。高爐的合理爐型應(yīng)該滿足冶煉強(qiáng)度，降低焦比，有利于爐況順行和長

33、壽的要求，隨著冶煉條件的改善，裝備水平和操作水平的提高，高爐內(nèi)型尺寸逐步向矮胖型發(fā)展。 另外，高爐鼓風(fēng)機(jī)能夠提供高爐冶煉足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓，高爐爐頂設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展，能夠滿足高爐爐頂高壓操作和各種布料方式的要求，高爐富氧噴吹煤粉，高風(fēng)濕的使用等等。為高爐大型化和爐型向矮胖型方向發(fā)展提供了有利條件。因此，在設(shè)計(jì)合理爐型，必須綜合考慮，保證高爐爐型合理的情況下，更好地適應(yīng)于爐料順行和煤氣運(yùn)動。5.2 爐型設(shè)計(jì)方法由于高爐冶煉過程和工作條件十分復(fù)雜，用理論計(jì)算方法設(shè)計(jì)出來的爐型難以滿足生產(chǎn)條件。 因此，迄今為止?fàn)t型設(shè)計(jì)仍然是采用分析比較和經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算的，即根據(jù)同類型高爐的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，對所設(shè)計(jì)的高爐

34、具體原料和操作條件，進(jìn)行分析和比較，確定高爐各部分尺寸之間的比例值，進(jìn)而設(shè)計(jì)出高爐的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行初步計(jì)算取值，最后確定出爐型尺寸。 爐型設(shè)計(jì)的總規(guī)則是合理確定爐型各部分尺寸之間比例。這是因?yàn)闋t型各部分尺寸之間的比例是相互影響，相互制約的。片面過分強(qiáng)調(diào)擴(kuò)大或縮小某部分尺寸，都會給高爐生產(chǎn)帶來不利影響，并且這些比例關(guān)系中的合適比值，是隨著爐子有效容積，爐襯結(jié)構(gòu)，原燃料及操作條件的變化而改變的。135.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.3.1 高爐有效容積利用系數(shù)()V高爐有效容積利用系數(shù)即每晝夜生鐵的產(chǎn)量與高爐有效容積之比，即每晝夜 1m有效容積的生鐵產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)=2.0t/m3d。V5.3.2 冶煉強(qiáng)度（I）高爐冶煉強(qiáng)度是每晝夜每立方米有效容積燃燒的焦炭量,即高爐每晝夜焦炭消耗量與 V有的比值,本設(shè)計(jì) I =1.05 t/m3d。5.3.3 燃燒強(qiáng)度（i）燃燒強(qiáng)度既每小時(shí)每平方米爐缸截面積所燃燒的焦炭數(shù)量。本設(shè)計(jì)i=1.1t/m3d。5.3.4 年工作日 年工作日為高爐一年工作的天數(shù)，本設(shè)計(jì)年工作效率取 95%，故年工作日=36595%=347。5.4 設(shè)計(jì)與計(jì)算5.4.1 爐缸尺寸1) 爐缸直徑 選定冶煉強(qiáng)度 =1.05 , 燃燒強(qiáng)度 JA=26.05