1、. . 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計說明書 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)計計 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（論文）任務(wù)書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 課程名稱：課程名稱： 冶金工程課程設(shè)計冶金工程課程設(shè)計 學(xué)院：學(xué)院： 材料科學(xué)與工程材料

2、科學(xué)與工程 班級：班級： 冶金冶金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 二、目的與意義二、目的與意義 1.通過課程設(shè)計，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)計方法、設(shè) 計步驟，為今后從事相關(guān)的專業(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及實(shí)際的工程設(shè)計打好必要的基礎(chǔ)。 3.使學(xué)生在計算

3、、制圖、運(yùn)用設(shè)計資料，熟練有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、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)計要求、圖紙量、工作量要求等） 1、設(shè)計年產(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)計可分為以下

4、幾個階段進(jìn)行。 2014.12.22 2014.12.28 查閱相關(guān)資料。 2014.12.29 2015.1.11 計算、畫圖、設(shè)計說明書的完成。 2015.1.12 2015.1.16 圖紙，設(shè)計說明書的完善。 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

5、字） 指導(dǎo)教師下達(dá)時間指導(dǎo)教師下達(dá)時間 年年 月月 日日 指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字：_ . . 摘要 本設(shè)計主要從高爐爐型設(shè)計、爐襯設(shè)計、高爐冷卻設(shè)備的選擇、風(fēng)口及出 鐵口的設(shè)計。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)計高爐爐體時，根據(jù) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對高爐爐體尺寸進(jìn)行計算確定爐型。對耐火磚進(jìn)行合理的配置， 對高爐冷卻

6、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。 . . 目錄 第一章 文獻(xiàn)綜述.1 1.1 國內(nèi)外高爐發(fā)展現(xiàn)狀.1 1.2 我國高爐發(fā)展現(xiàn)狀.1 1.3 高爐發(fā)展史.2 1.4 五段式高爐爐型.4 第二章 高爐爐襯耐火材料.5 2.1 高爐耐火材料性能評價方法的進(jìn)步.5 2.2 高爐爐襯用耐火材料質(zhì)量水平分析.5 2.3 陶瓷杯用磚.7 2.4 爐腹、爐身和爐腰用磚.7 第三章 高爐爐襯.8 3.1 爐襯破壞機(jī)理.8 3.2 高爐爐底和各段爐襯的耐火材料選擇和設(shè)計.9 第四章 高爐各部位冷卻設(shè)備的選擇.11 4.1 冷卻設(shè)備的作用.11 4.2 爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇.11 4.3 爐

7、腹、爐腰和爐身冷卻設(shè)備選擇.11 第五章高爐爐型設(shè)計.13 5.1 爐型設(shè)計要求. .13 5.2 爐型設(shè)計方法. .13 5.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).14 5.4 設(shè)計與計算.14 5.5 校核爐容.16 參考文獻(xiàn).17 . . 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

8、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

9、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，我國自 2004 年以來相繼建成投產(chǎn)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

10、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 . . 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

11、史 如圖 1.1 原始形高爐爐型，當(dāng)時工業(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， 爐缸直較小；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

12、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，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。 . . 高爐的尺寸在 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

13、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 . . 1.4 五段式高爐爐型 圖 1.3 五段式高爐 . . 第二章 高爐爐襯耐火材料 2.1高爐耐火材料性能評價方法的進(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 燒線變化率等指標(biāo)。我們在研究炭磚時發(fā)現(xiàn)，我國上世紀(jì) 60

14、 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。 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

15、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.

16、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。 . . 2.2.2 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 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-

17、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 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

18、。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

19、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。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。 . . 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

20、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?。國產(chǎn)微孔剛玉磚的各項(xiàng)性能均已達(dá)到或優(yōu)于法國陶瓷杯磚，其中抗 爐渣侵蝕性和耐壓強(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

21、。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

22、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。 . . 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)計爐襯結(jié)構(gòu) 有重要關(guān)系。歸納起來，爐襯破損機(jī)理有四個方面。 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

23、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

24、變，當(dāng)磚襯熱端受熱速率超過某一臨界 速度時，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 Fe2O3時，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

25、度變化時，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。 . . 3.1.4 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)

26、，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 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被氧化,在炭磚表面應(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

27、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，為高爐內(nèi) 溫度最高的區(qū)域。為此爐缸選用環(huán)形炭

28、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， . . 而且由溫度波動引起的熱沖擊、破壞力很大；同時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。mm 3.2.4 爐腰耐火材料選擇 爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設(shè)計采用過渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌 筑一

29、層 345厚的 SiC 磚。mm 3.2.5 爐身耐火材料選擇 本設(shè)計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)板受熱膨脹時不相互碰擠。mm . . 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，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

30、設(shè)備帶走 85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 1001

31、50（本設(shè)計取mm 150）的縫隙，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)計取 120） ，高度視爐殼折點(diǎn)而定，mmmmmm 一般小于 3000（本設(shè)計取 1300） 。安裝時，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

32、冶煉的熱損失少、高爐壽命長、 性能價格比高等特點(diǎn)。其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mmmmmm . . 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mmmm 200。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。 . . 第五章 高爐爐型設(shè)計 5.1 爐型設(shè)計

33、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)計爐型時，盡可能地使設(shè)計爐型接近于合理爐型是設(shè)計工作者的重要 任務(wù)和努力方向。爐型設(shè)計應(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)計的總原

34、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)計方法 由于高爐冶煉過程和工作條件十分復(fù)雜，用理論計算方法設(shè)計出來的爐型 難以滿足

35、生產(chǎn)條件。 因此，迄今為止?fàn)t型設(shè)計仍然是采用分析比較和經(jīng)驗(yàn)公式來計算的，即根 據(jù)同類型高爐的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，對所設(shè)計的高爐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)計出高爐的經(jīng)驗(yàn)公式， 進(jìn)行初步計算取值，最后確定出爐型尺寸。 爐型設(shè)計的總規(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。 . . 5.3 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

36、 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=2.0t/m3d。 V 5.3.2 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 I =1.05 t/m3d。 5.3.3 燃燒強(qiáng)度（i） 燃燒強(qiáng)度既每小時每平方米爐缸截面積所燃燒的焦炭數(shù)量。本設(shè)計 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)計年工作效率取 95%，故年工作日 =36595%=347。 5.4 設(shè)計與計算 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 Idmt/ 3 hmt/ 3 則 d =13.1m i VI 23.0 u 1.1 53.39629.0 23.0 校核 =29.4 A Vu 2 13.1 4 3962.53 2) 爐缸高度 渣口高度 = =1.50m hz 2 鐵 dcN Pb 1.27 2