1、 設計（論文）專用紙 煉鐵高爐爐襯設計第26頁 設計（論文）專用紙目錄1.高爐本體設計11.2.1 爐缸結構尺寸61.2.2 爐腰結構尺寸91.2.3 爐腹結構尺寸91.2.4 爐喉結構尺寸101.2.5 爐身結構尺寸111.2.6 其余結構尺寸121.2.7 爐容校核121.3高爐內型設計總結131.3.1設計參數匯總131.3.2本爐型設計特點152.高爐耐火爐襯及冷卻裝置162.1高爐耐火爐襯設計162.1.1 爐襯破損機理162.1.2 高爐用耐火材料162.1.3 高爐爐襯的設計與砌筑182.2.6 爐身冷卻模塊技術222.4.7 水冷爐底233.參考文獻24設計總結和感言251.高

2、爐本體設計高爐是橫斷面為圓形的圓筒狀煉鐵豎爐。外部用鋼結構做支撐，表面為鋼板作的爐殼，殼內砌耐火磚內襯。現代高爐被稱為“五段式”高爐，其高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。（“五段式”內型如圖一所示。）高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭（現代高爐也輔助性地噴吹煤粉、重油、天然氣等燃料代替焦炭）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，與鐵分離為兩相，后從渣口排出（有的從鐵

3、口與鐵液一同排出）。產生的煤氣從爐頂排出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。圖一 “五段式”高爐內型示意圖高爐冶煉的主要產品是生鐵，另外還有副產高爐渣和高爐煤氣。高爐煉鐵具有技術經濟指標良好，工藝簡單，生產量大，勞動生產效率高，能耗低等優點。目前這種方法生產的鐵已占世界鐵總產量的絕大部分。 1.1高爐內型設計高爐內型是指高爐內部工作空間中心縱剖面的輪廓。合理的爐型應該滿足高產、低耗、長壽的要求，能夠很好的適應爐料的順利下降和煤氣的上升運動，以保證冶煉過程的順利。在長期生產實踐過程中，高爐內型隨著原料條件的改善、操作技術水平的提高、科學技術的進步而不斷地發展變化。高爐內型的演變過

4、程大體可以分為三個階段：無型階段、大腰階段、近代高爐階段。現代的高爐本體主要由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五部分組成，稱為“五段式”高爐。本次設計以“五段式”高爐為基，設計高爐內型。（各部分尺寸符號見圖二。）圖二高爐內各部分尺寸及表示方法 高爐各部分尺寸有一定相關性，各個尺寸件的相對關系條件決定了高爐的整個爐型。高爐各部分主要參數的相關性條件如表3所示。表3 高爐內型計算的主要參數項目厚壁高爐經驗公式薄壁高爐經驗公式D/d1.101.20(Vu3001000m3)1.141.20(Vu20005000m3)d1/d一般為0.650.72，大高爐取值高0.730.77(Vu20005000m3)

5、Hu/D一般為2.04.01.92.4(Vu20005000m3)爐缸高度h1h1=（0.120.15）Hu ,或h1=hf+a；hf風口中心線高度；a-0.50.7h1=（0.1240.170）Hu(Vu20005000m3)爐腹角一般為78827578爐腰高度h3調整高爐容積用，一般1.03.0調整高爐容積用，一般1.03.0爐身角一般為8083一般為7983風口高度hfh1-hf=0.50.6h1-hf=0.50.6下面就高爐各個部分的尺寸設計計算進行說明。2.高爐耐火爐襯及冷卻裝置2.1高爐耐火爐襯設計按照設計爐型，以耐火材料砌筑的實體為高爐爐襯。它的作用：在于構成高爐的工作空間；減少

6、高爐的熱損失；保護爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用。 2.1.1 爐襯破損機理（1）爐底：爐底破損分兩個階段，初期是鐵水滲入將磚漂浮而形成鍋底形深坑；鐵水滲入的條件：爐底砌磚承受著液體渣鐵、煤氣壓力、料柱重量的1012；砌磚存在磚縫和裂縫。第二階段是熔結層形成后的化學侵蝕。鐵水中的碳將磚中二氧化硅還原成硅，并被鐵水所吸收。 影響爐底壽命的因素：是承受的高壓；是高溫；是鐵水和渣水在出鐵時的流動對爐底的沖刷；磚襯在加熱過程中產生溫度應力引起磚層開裂；在高溫下渣鐵對磚襯的化學侵蝕，特別是渣液的侵蝕更為嚴重。 （2）爐缸：渣鐵的流動、爐內渣鐵液面的升降，大量的煤氣流等高溫流體對爐襯的沖刷是

7、主要的破壞因素；化學侵蝕；風口帶為最高溫度區。 （3）爐腹：高溫熱應力作用很大；由于爐腹傾斜故受著料柱壓力和崩料、坐料時沖擊力的影響；承受初渣的化學侵蝕。 （4）爐腰:初渣的化學侵蝕；上、下折角處高溫煤氣流的沖刷磨損。高溫熱應力的影響；堿金屬和Zn的化學侵蝕。夾帶著大量爐塵的高速煤氣流的沖刷。 （5）爐喉：受到爐料落下時的撞擊作用。用金屬保護板加以保護，又稱爐喉鋼磚。 （6）決定爐襯壽命的因素：爐襯質量，是關鍵因素。砌筑質量。操作因素。爐型結構尺寸是否合理。 2.1.2 高爐用耐火材料（1） 對耐火材料的要求：根據高爐爐襯的工作條件和破損機理分析可知，高爐爐襯的質量和性質是影響高爐壽命的重要因

8、素之一，對高爐用耐火材料提出如下要求：1）對長期處于高溫條件下工作的部位，要求耐火度高，高溫下的結構強度大，高溫下的體積穩定性好。2）組織致密，體積密度大，氣孔率小，特別是顯氣孔率要小，提高抗渣性和減少炭黑沉積的可能。3）Fe2O3含量低，防止與CO在爐襯內作用降低磚的耐火性能和在磚表面上形成黑點、熔洞、熔疤、鼓脹等外觀和尺寸方面的缺陷。4）機械強度高，具有良好的耐磨性和抗沖擊能力。 （2）高爐常用耐火材料：陶瓷質材料：粘土磚、高鋁磚、剛玉磚和不定型耐火材料等； 碳質材料 ：碳磚、石墨碳磚、石墨碳化硅磚、氮結合碳化硅磚等。 粘土磚：基本特性：良好的物理機械性能；抗渣性好；成本較低。 高鋁磚：A

9、L2O3含量大于48%的耐火制品。基本特性：比粘土磚有更高的耐火度和荷重軟化點；由于AL2O3為中性，故抗渣性較好；加工困難，成本較高。 粘土磚和高鋁磚的外形質量也非常重要，對于制品的尺寸允許偏差及外形分級規定見表11所示。表11 耐火材料尺寸允許偏差和外形規定碳質耐火材料：主要特性：耐火度高，不熔化也不軟化，在3500升華；抗渣性能好；高導熱性； 熱膨脹系數小，體積穩定性好；致命弱點是易氧化，對氧化性氣氛抵抗能力差。 不定形耐火材料：搗打料：用于爐底炭磚與水冷管之間、風口、鐵口、渣口周圍及鐵溝。噴涂料：爐殼。泥漿：把耐火磚粘結成為致密的整體爐襯。要求泥漿的化學成分與耐火磚的相近。填料 ：用來

10、填充爐殼與冷卻壁、冷卻壁與砌磚之間的間隙，起密封和補償收縮作用。優點：工藝簡單、能耗低、整體性好、抗熱震性強、不易剝落，可以減小爐襯厚度。2.1.3 高爐爐襯的設計與砌筑（1）爐襯設計要考慮的因素：高爐各部位的工作條件及其破損機理；冷卻設備形式及對磚襯所起的作用；要預測侵蝕后的爐型是否合理。 磚型與磚數磚型：直形磚和楔形磚兩種。磚的厚度一致；長度有230mm和345mm兩種，使錯縫方便。我國高爐用粘土磚和高鋁磚形狀及尺寸見表12。表12 我國高爐用粘土磚和高鋁磚形狀及尺寸磚數計算：爐底：爐底磚數：砌磚總容積除以每塊磚的容積。每層磚數：用爐底砌磚水平截面積除以每塊磚的相應表面積來計算。磚的重量：

11、用每塊磚的重量乘以磚數。考慮25的損耗。爐其它部位：都是環形圓柱體或圓錐體 ，需要楔形磚和直形磚配合使用。一般以G1直形磚與G3或G5楔形磚配合；G2直形磚與G4或G6楔形磚相配合。(2)爐底:結構形式：A粘土磚或高鋁磚爐底小高爐爐底厚度大于爐缸直徑的0.6倍 。綜合爐底 :綜合爐底是在風冷管碳搗層上滿鋪幾層400mm碳磚，上面環形碳磚砌至風口中心線，中心部位砌數層400mm高鋁磚，環砌碳磚與中心部位高鋁磚相互錯臺咬合。綜合爐底的厚度為爐缸直徑的0.3倍。結構見圖2. 圖2 綜合爐底結構圖B全碳磚爐底：大型高爐普遍采用。全碳磚水冷爐底厚度可以進一步減薄。爐底砌筑：粘土磚和高鋁磚爐底的砌筑；均采

12、用立砌，層高345mm；砌筑由中心開始，成十字形；上下兩層的十字中心線成22.5º45º；上下兩層中心點應錯開半塊磚；最上層磚縫與鐵口中心線成 22.5º45º。 C滿鋪碳磚爐底砌筑 有厚縫和薄縫兩種連接形式：一般是碳磚兩端的短縫用薄縫，而兩側的長縫用厚縫。滿鋪碳磚爐底的結構見圖3：圖3 滿鋪碳磚爐底結構圖D碳磚砌筑的原則： 相鄰兩行碳磚必須錯縫，一般在 200mm以上；上下兩層碳磚磚縫成90º；最上層碳磚磚縫與鐵口中心線成90º。 E綜合爐底砌筑 爐底中心部位的高鋁磚砌筑高度必須與周圍環形碳磚高度一致，為400mm；高鋁磚與環砌碳磚

13、間的連接為厚縫，環砌碳磚為薄縫連接；爐底滿鋪碳磚側縫為厚縫連接，端縫為薄縫連接。環砌碳磚為楔形碳磚。(3)爐缸：結構形式：A粘土磚或高鋁磚爐底小高爐B碳磚爐缸大中型高爐爐缸砌筑：A粘土磚或高鋁磚爐缸的砌筑：爐缸各層皆平砌；同層相鄰磚環的放射縫應錯開；上下相鄰磚層的垂直縫與環縫應錯開。砌筑：每層厚400mm；每層塊數為整數；同層相鄰磚環的放射縫應錯開；上下相鄰磚層的垂直縫與環縫應錯開； 在碳磚爐缸的內表面設有保護層。過去砌一層高鋁磚，近來用涂料代替高鋁磚，涂料層厚58mm。爐缸厚度：A一般規定鐵口水平面處的厚度為小高爐：575mm（230345）；中型高爐：920mm（230345×2

14、）；大型高爐：1150mm（230×2+345×2）或更厚些。 (4)爐腹、爐腰和爐身下部：A爐腹：一般砌一層高鋁磚或粘土磚，厚度為345mm。B爐腰爐腰有三種結構形式：厚壁爐腰、薄壁爐腰和過渡式爐腰。厚壁爐腰結構：優點是熱損失少，但侵蝕后操作爐型與設計爐型變化大。薄壁爐腰結構： 熱損失大些，但操作爐型與設計爐型近似。過渡式爐腰結構：處于兩者之間。C爐身下部爐身下部砌磚厚度為690805mm，目前趨于向薄的方向發展，有的爐襯厚度采用575mm或345mm。傾斜部分按三層磚錯臺一次砌筑。 (5)爐身上部和爐喉：爐身上部一般采用高鋁磚或粘土磚砌筑。 砌磚與爐殼間隙為100150

15、mm，填以水渣石棉隔熱材料。為防止填料下沉，每隔1520層磚，砌二層帶磚即磚緊靠爐殼砌筑，帶磚與爐殼間隙為1015mm。 爐喉：爐喉鋼磚或條狀保護板：為鑄鐵或鑄鋼件。 爐喉圓周有幾十塊保護板，板之間留2040mm膨脹縫。爐喉高度方向只有一塊。 3.參考文獻1項中庸·高爐設計煉鐵工藝設計理論與實踐·冶金工業出版社·2007年2郝素菊，蔣武峰，方覺·高爐煉鐵設計原理·冶金工業出版社·2003年3王平·煉鐵設備·冶金工業出版社·2006年設計總結和感言在整個課程設計的四天中，我們小組分工合作、齊心協力，如今已經

16、一同完成了課程設計的所有工作。故特在此總結感悟。在課程設計的第一天我們便對這次任務進行了規劃和分工。在以后的幾天中，我們組的成員一起分工合作，一同努力，一同奮斗。我們完成了設計前的準備工作：閱讀課程設計相關文檔、搜集和查閱了大量資料、進一步進行小組討論分工完成對資料的分析。在協作下，完成了每個人對煉鐵高爐的設計。一起尋找軟件，相互幫助后，完成了繪制了電子圖紙，并最后撰寫課程設計說明書。在整個設計中，我主要負責圖紙的繪制。在這個過程中，我們都經歷了艱苦的過程在繪圖時遇到了較大麻煩。此時我認識到自己好多不足之處，如對專業學習不夠認真，對一個工科生應學到的知識認識和學習不夠。我希望通過本次設計后我能

17、夠在認識不足的基礎上認真學習和改進。經歷高爐本體設計的整個過程我覺得自己的學習能力有一定的進步。我對高爐結構、高爐工作原理、工作過程和高爐各種材質的要求有了進一步了解，對冶金設備設計也有了一定認識。其中特別是對CAD軟件的學習及對資料的尋找與整理，收獲最豐。這次的課程設計，我們小組一起經歷了奮斗的酸甜苦辣，一起體驗了合作的點滴感動，也一起分享了成功的喜悅。因為對我們每個人來說，這一次的課程設計都是一個挑戰。我們每個人都不完美，對課題的了解也都不完全，尤其是對計算機輔助制圖的軟件，我們大家都不太精通。這時候小組的力量就體現出來了，各司其職，各盡其能，終于集體的力量發揮了效用，使我們終于到達了成功之岸。在這個過程，我們