包頭地區(qū)原料條件下1500m3本體設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、.內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：包頭地區(qū)原料條件下1500m3高爐本體設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：冶金工程班 級(jí)：冶金09-1指導(dǎo)教師：摘要高爐煉鐵是獲得生鐵的主要手段，高爐是煉鐵的主要設(shè)備，高爐本體設(shè)計(jì)是煉鐵廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本著優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和對(duì)環(huán)境污染小的方針，長(zhǎng)壽與高效是高爐設(shè)計(jì)與生產(chǎn)所追求的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行的詳細(xì)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些大型高爐的先進(jìn)生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的數(shù)據(jù)。力求設(shè)計(jì)的高爐做到高度機(jī)械化、自動(dòng)化和大型化。以期達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。本設(shè)計(jì)為1500m3高爐本體設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的煉鐵高爐采用的高徑比為2.78，高爐的有效利用系數(shù)為2.3t/(m3d)。

2、車間采用島式布置，出鐵場(chǎng)采用圓形出鐵場(chǎng)。其爐底和爐缸采用的先進(jìn)的“陶瓷杯”技術(shù)來砌筑，從而達(dá)到了隔熱保溫、減少熱損、保護(hù)炭磚的目的。爐腹部位用耐火度較高的鋁碳轉(zhuǎn)，爐腰和爐身下部用抗渣和防震較好的碳化硅磚，而爐身上部和爐喉用抗刷和抗侵蝕較好的高鋁磚。高爐冷卻方法采用了爐殼噴水冷卻，和板壁結(jié)合的方式達(dá)到冷卻效果，其中板壁結(jié)合中用到的冷卻壁有光面冷卻壁、第三代和第四代冷卻壁。合適的鋼結(jié)構(gòu)和高爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)保證了高爐的正常冶煉。關(guān)鍵詞 高爐；爐襯；冷卻系統(tǒng)；鋼結(jié)構(gòu)abstractblast furnace iron making is the main means for pig iron, the ma

3、in equipment of iron making is blast furnace, blast furnace design of ontology is the foundation of the iron mill design. in line with high quality, high yield, low consumption and pollution to the environment policy of small, long life and high efficiency is the goal of the design and production of

4、 the blast furnace. this design manual for detailed design and calculation, at the same time, combined with some large blast furnace at home and abroad advanced production operation experience and related data. strive to design blast furnace of high mechanization, automation and large. in order to a

5、chieve the best production efficiency.this design for 1500 m3 blast furnace body design, the design of the blast furnace high aspect ratio of 2.78,the effective utilization of blast furnace coefficient of 2.3t/(m3d).workshop uses the island type layout cast house using circular cast house blast furn

6、ace bottom and hearth uses advanced technology to building ceramic cup, so as to achieve the heat insulation heat preservation, reduce heat loss and protect the carbon brick. furnace belly with high refractoriness of aluminum carbon, bosh and furnace body with good slag resistance and shock-proof ca

7、rborundum brick, the furnace body and brush with resistance and erosion resistance furnace throat good high alumina brick. blast furnace cooling method uses a furnace shell water spray cooling, cooling effect and partition way, combined with the wooden partition used in cooling stave cooling wall ha

8、s smooth surface, the third and fourth generation of cooling stave. appropriate steel structure and foundation design guarantees the normal of the blast furnace smelting blast furnace.key word: blast furnace body;the lining;of blast furnace cooling system;steel structure目 錄摘要iabstractii目 錄iii第一章 文獻(xiàn)綜

9、述11.1高爐爐型概述11.1.1高爐爐型的發(fā)展11.1.2高爐爐齡及其影響因素21.2高爐爐襯的發(fā)展21.2.1高爐各部分耐火材料的選擇21.2.2我國(guó)最新對(duì)耐火材料的選擇41.3高爐的冷卻設(shè)備41.3.1高爐冷卻的必要性41.3.2高爐冷卻的目的51.3.3高爐冷卻的方式51.3.4高爐各個(gè)冷卻方式的發(fā)展以及優(yōu)缺點(diǎn)61.4高爐鋼結(jié)構(gòu)以及高爐基礎(chǔ)的概述101.4.1高爐的鋼結(jié)構(gòu)以及影響因素101.4.2我國(guó)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本現(xiàn)狀111.4.3我國(guó)在高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的差距121.4.4高爐基礎(chǔ)的概述131.5高爐設(shè)計(jì)方案15第二章 煉鐵工藝計(jì)算172.1原料成分及參數(shù)選擇172.1.1原料成

10、分172.1.2參數(shù)選擇182.2原料成分的整理計(jì)算192.2.1礦石成分補(bǔ)齊計(jì)算192.2.2礦石成分的平衡計(jì)算202.2.3燃料成分的整理計(jì)算222.3配料計(jì)算232.3.1噸鐵礦石用量232.3.2生鐵成分計(jì)算232.3.3熔劑用量計(jì)算242.3.4爐料及爐渣成分計(jì)算242.4物料平衡計(jì)算252.5熱平衡計(jì)算292.5.1熱收入292.5.2熱支出302.6高溫區(qū)熱平衡計(jì)算342.6.1高溫區(qū)熱收入342.6.2高溫區(qū)熱支出342.7煉鐵焦比的計(jì)算36第三章 高爐爐型設(shè)計(jì)383.1爐型的計(jì)算383.1.1鐵口383.1.2渣口393.1.3風(fēng)口393.1.4日產(chǎn)鐵量的計(jì)算403.1.5爐

11、缸尺寸計(jì)算403.1.6死鐵層厚度413.1.7爐腰直徑、爐腹角、爐腹高度的計(jì)算413.1.8爐喉直徑、爐喉高度、爐身高度、爐腰高度413.2爐容的校核423.3出鐵場(chǎng)布置42第四章 高爐爐襯設(shè)計(jì)444.1各部位磚襯的選擇444.1.1爐底、爐缸部位的選擇444.1.2爐腹部位的選擇444.1.3爐身中下部及爐腰部位的選擇444.1.4爐身上部及爐喉部位的選擇454.2各部位磚量計(jì)算454.2.1爐底、爐缸的砌筑464.2.2爐腹的砌筑464.2.3爐腰的砌筑474.2.4爐身部位的砌筑48第五章 高爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)525.1高爐冷卻設(shè)備525.1.1高爐冷卻目的及方法525.1.2冷卻設(shè)備52

12、5.2冷卻器的工作機(jī)制535.3合理的冷卻結(jié)構(gòu)545.4高爐冷卻系統(tǒng)的維護(hù)57第六章 高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)606.1高爐鋼結(jié)構(gòu)606.1.1高爐本體鋼結(jié)構(gòu)606.1.2爐殼616.1.3爐體平臺(tái)616.1.4爐體框架616.1.5熱風(fēng)圍管626.2高爐基礎(chǔ)62參考文獻(xiàn)63致 謝65第一章 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(duì)高爐一代爐齡的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和長(zhǎng)壽起到保證作用1，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

13、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2。對(duì)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到2.0，1000m3級(jí)高爐降到2.5，300m3級(jí)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(guó)節(jié)能要求出發(fā)，在高爐建設(shè)和煉鐵生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理中，應(yīng)既抓產(chǎn)量，又

14、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(zhǎng)壽，”八字方針3。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??；風(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(zhǎng)壽命的綜合效果。通過研究發(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

15、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4。1.1.2高爐爐齡及其影響因素實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)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(zhǎng)的高爐爐齡，無疑在經(jīng)濟(jì)上是合理的。高

16、爐長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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)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(zhǎng)壽的重要環(huán)節(jié)，必須給予高度重視。國(guó)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(zhǎng)，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

17、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(duì)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(zhǎng)壽的重要原因。1.2高爐爐襯的發(fā)展1.2.1高爐各部分耐火材料的選擇對(duì)于爐襯而言，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，大大地促進(jìn)了我國(guó)高爐技術(shù)的進(jìn)步，高爐爐襯的侵蝕是影響高爐長(zhǎng)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(dòng)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、操作參數(shù)的

18、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5。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(dòng)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)，由于煤氣流分布失常

19、，磚襯內(nèi)溫度場(chǎng)發(fā)生劇烈波動(dòng)，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(guó)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(zhǎng)壽目標(biāo)，不同之處主要是磚的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大，碳磚在200時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為821w/(m k)，陶瓷磚的導(dǎo)熱系數(shù)0.2w/(m k)

20、，是碳磚導(dǎo)熱系數(shù)的1/401/105，因而陶瓷杯復(fù)合爐襯具有良好的保溫性能6。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(duì)爐襯的振動(dòng)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(dòng)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

21、。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。1.2.2我國(guó)最新對(duì)耐火材料的選擇我國(guó)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(guó)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7。我們就國(guó)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

22、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(jí)較高，造價(jià)較貴。方案二以國(guó)產(chǎn)燒炭塊代替方案一中的燒成炭磚，并以國(guó)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

23、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8。1.3高爐的冷卻設(shè)備1.3.1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(guó)內(nèi)外煉鐵工作者都把延長(zhǎng)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(zhǎng)壽的最重要的基礎(chǔ)條件，各國(guó)對(duì)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9。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

24、來,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，基礎(chǔ)建設(shè)的步伐也在不斷加快，同時(shí)帶動(dòng)了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。全國(guó)各地的煉鐵高爐如雨后春筍蓬勃發(fā)展，增長(zhǎng)勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。說到煉鐵高爐眾所周知，對(duì)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(huì)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(duì)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。1.3.2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)

25、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，從而獲得合理爐型，延長(zhǎng)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。1.3.3高爐冷卻的方式冷卻系統(tǒng)包括：對(duì)質(zhì)量要求低水；設(shè)備簡(jiǎn)單；較低的資本成本；低流量和直接用于冷卻水壓力10。冷卻的方式就目前而言國(guó)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

26、下：冷卻水通過被冷卻的部件空腔，并從其表面將熱量帶走，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(dòng)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(dòng)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。

27、系統(tǒng)中設(shè)有膨脹罐，目的在于吸收水在密閉系統(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。1.3.4高爐各個(gè)冷卻方式的發(fā)展以及優(yōu)缺點(diǎn)工業(yè)水冷卻是使用最廣泛的，因?yàn)樗淮瓮顿Y低，運(yùn)行穩(wěn)定。該系統(tǒng)由泵站、管道、冷卻器、噴水池等組成。首先當(dāng)采用工業(yè)凈水開式循環(huán)方法冷卻時(shí),由于工業(yè)凈水對(duì)水質(zhì)要求較低,可直接在循環(huán)泵房的吸水池中加入藥劑經(jīng)沉淀及過濾處理后去掉水中的懸浮雜質(zhì)，便可投入運(yùn)行。由于高爐采用普通工業(yè)凈化水作為冷卻介質(zhì)時(shí)，溶解于水中的可溶性雜質(zhì)并未得到處理,所以在使用一段時(shí)間后，輸送介質(zhì)的管道及爐內(nèi)冷卻設(shè)備的通道上容易產(chǎn)生沉積

28、物及水垢，從而導(dǎo)致傳熱效率降低，使得爐體內(nèi)的冷卻設(shè)備因過熱而燒損。當(dāng)冷卻設(shè)備燒損后需及時(shí)更換否則會(huì)燒穿爐壁，所以要更換冷卻設(shè)備，高爐就需要休風(fēng),影響生產(chǎn)秩序。另外采用開式循環(huán)方式時(shí)集水槽內(nèi)的回水容易受到外界因素干擾，導(dǎo)致水質(zhì)變差，且回水回流到熱水井后需用揚(yáng)水泵將其輸送至晾水塔進(jìn)行降溫冷卻后回流至冷水吸水井。由于開式循環(huán)過程中要蒸發(fā)掉一定量的水，需要定期定量補(bǔ)水。采用開式循環(huán)冷卻方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在風(fēng)口平臺(tái)上及高爐各層平臺(tái)的集水槽前可以直觀地看到每一塊水冷壁和每一個(gè)風(fēng)渣口冷卻水運(yùn)行情況，同時(shí)也便于爐前工測(cè)量水溫，從而直觀地觀察每一個(gè)冷卻設(shè)備的運(yùn)行工況。在檢修時(shí)能及時(shí)找出被燒損或堵塞的設(shè)備，以利更

29、換。采用開式循環(huán)系統(tǒng)時(shí)需要引起注意的是當(dāng)供水流速及流量太大時(shí)，由于回水系統(tǒng)靠重力回水流速較低，風(fēng)口平臺(tái)上的集水槽容易發(fā)生回水溢流(俗稱吐水)事故。故為防止此事故發(fā)生，建議盡量降低循環(huán)水泵房及吸水池的標(biāo)高，使其與風(fēng)口平臺(tái)的集水槽保證一定高差，充分利用回水系統(tǒng)的靜壓頭保持系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；另外一條是回水管徑宜大不宜小。另外由于密閉循環(huán)可以充分利用系統(tǒng)管路的靜壓頭，減少管路系統(tǒng)的水頭損失，便于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工作壓力，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠，降低動(dòng)力消耗，據(jù)測(cè)算可節(jié)電耗30%左右。冷卻水循環(huán)使用，靠噴水池蒸發(fā)冷卻回水?？傊郀t采用工業(yè)水作冷卻介質(zhì)時(shí)，無論是直流式還是敞環(huán)式，都存在冷卻水質(zhì)差、水質(zhì)不易穩(wěn)定、水的循

30、環(huán)損失大、允許水溫升小、循環(huán)水量大等缺點(diǎn)。而最致命的弱點(diǎn)則是容易在冷卻器通道壁上結(jié)垢。水垢積物通常是指水中成垢鹽類結(jié)晶或沉淀所產(chǎn)生的沉淀物，對(duì)于水質(zhì)而言（南方是懸浮物，北方是水硬度），會(huì)在冷卻器內(nèi)結(jié)垢而影響冷卻(5mm的水垢在200000kj/(m2h)的熱流下能使冷卻器表面溫度比無垢時(shí)提高500)，這是造成冷卻器燒壞的重要原因。為改善水質(zhì)一般都用加藥處理和定期清洗冷卻器來降低水垢的危害；同時(shí)還要控制進(jìn)出水的溫度，特別是出水溫度不宜高于45c11。汽化冷卻。在20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)的冶金熱工專家將加熱爐上成功的汽化冷卻移到高爐冷卻系統(tǒng)，高爐汽化冷卻技術(shù)在蘇聯(lián)試驗(yàn)和應(yīng)用之后，西歐、日本、北美等

31、國(guó)也相繼引進(jìn)在一些高爐上采用，我國(guó)在6070年代也曾有10余座大中小型高爐使用過。現(xiàn)在世界上缺水地區(qū)還有些高爐使用汽化冷卻，氣冷的極限值是多少，日本曾在福山5號(hào)高爐冷卻系統(tǒng)確定之前，對(duì)水冷和氣冷作了模擬實(shí)驗(yàn)比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣冷所能承擔(dān)的最大燒毀熱流強(qiáng)度為841千瓦/m2，而在水冷條件下能抵抗的最大燒毀熱流強(qiáng)度為1163千瓦/m2（如圖1.1）12。大部分高爐（包括前蘇聯(lián)的高爐和我國(guó)的高爐）的汽化冷卻方式已被軟水閉路循環(huán)冷卻或工業(yè)水冷卻所替代。汽化冷卻是將接近沸點(diǎn)(稱做欠熱度低）的軟水作為冷卻介質(zhì)通入冷卻器，在冷卻器內(nèi)受熱而部分水達(dá)到沸點(diǎn)而汽化蒸發(fā)，冷卻介質(zhì)變成汽-水混合物，水在汽化時(shí)吸收汽化潛熱

32、，從而冷卻了冷卻器，而且節(jié)約了大量的冷卻水。汽-水混合物的密度比軟化水的小，因此在密度差的驅(qū)動(dòng)下，汽-水混合物上升進(jìn)入汽包。在汽包內(nèi)汽-水混合物分離為蒸汽和水，蒸汽或回收利用或放散;分離出的水作為冷卻介質(zhì)繼續(xù)循環(huán)使用。完全靠水與汽-水混合物密度差運(yùn)行的系統(tǒng)叫自然循環(huán)汽化冷卻；在循環(huán)系統(tǒng)中加有熱水泵以幫助冷卻介質(zhì)克服運(yùn)行阻力的叫強(qiáng)迫循環(huán)汽化冷卻。 圖1.1 水冷和汽冷的熱承載能力比較1-熱水冷卻區(qū)；2-過渡區(qū)；3-穩(wěn)定泡核過渡區(qū)；4-燒毀區(qū)；qc-燒毀熱流采用汽化冷卻作為高爐的冷卻方式時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于汽化冷卻介質(zhì)為軟化水或純水，水質(zhì)指標(biāo)較高，可有效防止系統(tǒng)內(nèi)的水垢形成，延長(zhǎng)了冷卻設(shè)備的使用壽

33、命。可以節(jié)約大量的工業(yè)用水,據(jù)測(cè)算可節(jié)水60%90%。如采用自然循環(huán)方式時(shí)因用水量少，可將大水泵改為小水泵，大管道改為小管道，節(jié)省基建投資。 運(yùn)行安全可靠、流量小,換熱能力大，不必設(shè)立事故水塔。當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，在汽包中還貯備有約1h的循環(huán)水量可以維持正常的系統(tǒng)自然循環(huán)，故仍可安全運(yùn)行。汽化冷卻產(chǎn)生的大量低壓蒸汽可作為廠區(qū)的二次能源加以利用，從經(jīng)濟(jì)角度考慮也是非?？捎^的。它是將欠熱度大的軟水（水溫在4555c)利用循環(huán)泵在高爐冷卻系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行，軟水在冷卻器內(nèi)吸收冷卻器傳過來的熱達(dá)到冷卻的目的。一般在冷卻器內(nèi)軟水的溫升為810c，循環(huán)水離開高爐后，用專門的冷卻設(shè)施將循環(huán)軟水降溫10左右，北方地區(qū)一

34、般采用大風(fēng)扇吹（只在夏天高溫季節(jié)使用，其他各季靠自然通風(fēng)冷卻），南方地區(qū)則用工業(yè)水熱交換器。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有脫氣罐。此種冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)是采用軟水或純水解決水質(zhì)對(duì)冷卻的影響；由于水的欠熱度大而且閉路不產(chǎn)生蒸汽，所以運(yùn)行耗水量少，僅在熱水泵軸承密封處有少量滲漏；閉路循環(huán)可充分利用靜壓頭，而且可用膨脹罐充來調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)的壓力，系統(tǒng)運(yùn)行可靠13。汽化的缺點(diǎn)是對(duì)高爐熱流大波動(dòng)的適應(yīng)性差，在突發(fā)性尖峰熱流時(shí)，容易在冷卻器水管中形成汽塞，阻礙循環(huán)，甚至造成停止循環(huán)而將冷卻器燒壞。這是汽化冷卻沒能得到推廣和已用過的高爐退回到工業(yè)水冷卻或改用更穩(wěn)妥可靠的軟水閉路循環(huán)冷卻的主要原因。軟水閉路循環(huán)冷卻。軟水密閉循環(huán)冷卻

35、系統(tǒng)的熱量是通過熱交換器蒸發(fā)到大氣中的，開式循環(huán)系統(tǒng)回水至吸水井再加壓上冷卻塔時(shí)水在冷卻塔中蒸發(fā)將熱量散失出去，在冷卻塔周圍形成水霧，容易污染環(huán)境，而采用軟水密閉循環(huán)冷卻可以節(jié)約占地面積50%左右。軟水密閉強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式的缺點(diǎn)是：對(duì)每一個(gè)冷卻設(shè)備的運(yùn)行工況不能通過直觀的觀察來判斷是否運(yùn)行正常，檢修時(shí)比較困難，需逐一排查。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)水流速度加快時(shí)，系統(tǒng)阻力也隨之加大，所以必須選擇一個(gè)合適的水流速度才能達(dá)到節(jié)約能耗的目的。另外它的工程造價(jià)相對(duì)于開式循環(huán)系統(tǒng)來說要大許多，所以選擇時(shí)要全面地權(quán)衡利弊得失，謹(jǐn)慎選用。綜合的說軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以簡(jiǎn)要的做以下的分析說明： 消除管壁結(jié)垢，延長(zhǎng)冷卻器

36、壽命14 該系統(tǒng)使用經(jīng)過化學(xué)處理即除去水中硬度和部分鹽類的軟水，這就從根本上解決了冷卻水管內(nèi)壁結(jié)垢的問題，克服了工業(yè)水冷卻的致命弱點(diǎn)。盡管熱的軟環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)溫度比工業(yè)水冷卻時(shí)高3040，但由于后者冷卻管內(nèi)不可避免地要結(jié)垢，使冷卻壁體的工作溫度可能比汽冷條件下還高。因此，無論是與工業(yè)水系統(tǒng)還是汽冷系統(tǒng)相比，軟環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的冷卻器壁體工作溫度是最低的.這無疑有利于延長(zhǎng)冷卻器壽命。運(yùn)行穩(wěn)定，靈活可靠首先在本系統(tǒng)中設(shè)置了氮?dú)獬鋲喝萜鳎梢钥刂评鋮s部件內(nèi)的水溫遠(yuǎn)低于相應(yīng)壓力下水的沸騰溫度，即具有較高的欠熱度，使系統(tǒng)中的水不汽化，不存在兩相流。即使在高熱負(fù)荷區(qū)，汽泡的生成頻率也極低，能很快地消失在過冷液中，從而

37、避免了液態(tài)沸騰的產(chǎn)生。這就從根本上消除了系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行的潛在因素，并具有足夠的冷卻后備能力，保證冷卻部件不致因局部過熱而燒毀。其次在全部采用冷卻壁冷卻的高爐上。一旦事故停電，本系統(tǒng)可以在短期內(nèi)轉(zhuǎn)為無壓汽化冷卻，為高爐冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行創(chuàng)造了條件。系統(tǒng)壓力由膨脹罐內(nèi)充入的氮?dú)鈮毫砜刂?，不僅提高了系統(tǒng)的密封性，而且亦提高了水的汽化溫度，使水具有一定的欠熱度，減少了水的汽化量。特別是各循環(huán)系統(tǒng)回水進(jìn)入膨脹罐之前通過了脫氣罐，及時(shí)脫去了水中氣泡，避免產(chǎn)生兩相流和膜態(tài)沸騰、消除汽塞,使循環(huán)水流穩(wěn)定運(yùn)行。這里需要指出,脫氣罐在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中起著重要作用。因?yàn)楦郀t各部位特別是中部熱流強(qiáng)度極不穩(wěn)定，一旦某處

38、熱流強(qiáng)度超過允許值，水溫驟然升高,產(chǎn)汽量增多，極易造成局部汽塞,即使時(shí)間不長(zhǎng)，亦會(huì)造成冷卻件局部過熱而燒損。系統(tǒng)中設(shè)置了脫氣罐，可以及時(shí)排去冷卻水中氣體，避免水中氣體過多造成汽塞15。補(bǔ)充水量低 工業(yè)水敞環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)水量包括：蒸發(fā)損失、排污損失和水泵密封處的泄漏量，大約占循環(huán)水量的45%。汽冷補(bǔ)水量大約為產(chǎn)汽量的1.2倍左右。軟環(huán)系統(tǒng)由于完全密閉，沒有蒸發(fā)損失，補(bǔ)充水量?jī)H用以補(bǔ)償水泵密封處的泄漏量或因檢修而排放的水量，故其補(bǔ)充水量極小。例如西德狄林根4號(hào)高爐（內(nèi)容積2065m3）軟環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際補(bǔ)水量每周僅1.5m316，相當(dāng)于循環(huán)水量的百分之四。現(xiàn)在這種冷卻方式已廣泛應(yīng)用于大中型高爐。1.4高爐

39、鋼結(jié)構(gòu)以及高爐基礎(chǔ)的概述1.4.1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。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(tái)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(tái)擁劑，操作不方便。這種結(jié)構(gòu)適用于小型高爐。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

40、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(huì)造成重大事故；風(fēng)口平臺(tái)擁擠，爐前操作不方便。我國(guó)中小型高爐曾采用這種結(jié)構(gòu)。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(tái)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(tái)上。我國(guó)50年代大型高爐(v1053m2、vu l513m3)多采用這種結(jié)構(gòu)。爐體框架式：爐頂框架、大小鐘載荷、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

41、升管和爐頂平臺(tái)亦裝有座圈和托座。由于取消了爐缸支柱，風(fēng)口平臺(tái)寬敞，爐前操作方便。目前大型高爐多采用這種結(jié)構(gòu)。自主式：全部載荷由爐殼承受并傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)中小型高爐曾采用這種結(jié)構(gòu)17。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

42、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(shí)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。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。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)生很大熱應(yīng)力，加速爐殼開裂、美國(guó)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

43、過屈服應(yīng)力，爐殼就會(huì)開裂。低周疲勞是影響高爐壽命的主要因素。據(jù)前蘇聯(lián)對(duì)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(duì)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)。以斷裂韌性為結(jié)構(gòu)抗裂性指標(biāo)，k=klc作為

44、防止脆斷的依據(jù)，kk1c時(shí)結(jié)構(gòu)安全；反之亦然18。1.4.2我國(guó)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，劃分為五種類型帶爐身支柱、托圈和爐缸支柱的設(shè)在塔式大框架內(nèi)的自立式高爐全自立式高爐帶托圈和爐缸支柱的其它類型高爐19我國(guó)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：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(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)入電算階段的代表，示我國(guó)相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)水準(zhǔn)。他們憑借大量的工程實(shí)踐,先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備和手段，對(duì)高爐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括上料、除塵、爐體框架、上開管、下降管和爐體的綜合系統(tǒng)或各部分進(jìn)行靜力或動(dòng)力分析，爐殼整體或局部進(jìn)行彈塑性分析。在計(jì)算中,將綜合系統(tǒng)用空間桿系模型代替，

45、高爐本體簡(jiǎn)化為空間多質(zhì)點(diǎn)懸壁桿，整體分析后，再將懸壁桿還原為殼體，用有限元分析。一些專業(yè)大院,雖然其中也有少數(shù)做過大型高爐設(shè)計(jì)，但基本停留在:a=kd，驗(yàn)算邊緣效應(yīng)及手工計(jì)算的水準(zhǔn)。按60年代高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定指導(dǎo)設(shè)計(jì)，并參考已有經(jīng)驗(yàn)。一些較新的理論和成果，未被采用。中小冶金設(shè)計(jì)單位基本屬于第三層次，主要停留在小型高爐設(shè)計(jì)上，在未搞清結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和傳力順序的條件下，沿用已有的經(jīng)驗(yàn)或圖紙，較少考慮設(shè)計(jì)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。1.4.3我國(guó)在高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的差距我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還處在以經(jīng)驗(yàn)為主、計(jì)算分析為輔的階段。設(shè)計(jì)新建高爐時(shí)，技術(shù)人員往往參照已建的高爐或已往的經(jīng)驗(yàn)，確定爐殼厚度和用鋼量，決定爐

46、殼的主體結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析只是參考。其根本原因，就在于沒有明確掌握高爐內(nèi)三項(xiàng)材料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、爐內(nèi)化學(xué)變化對(duì)爐皮的真實(shí)壓力，以及高溫作用、低周荷載對(duì)爐殼疲勞與脆斷的影響，不得不把經(jīng)驗(yàn)作為主要依據(jù)。我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)進(jìn)入電算時(shí)代，已有較為完備、符合高爐工況的計(jì)算軟件和細(xì)部分析能力，能夠在彈性薄膜理論和板殼有矩理論指導(dǎo)下，對(duì)整體進(jìn)行分析，也可對(duì)局部進(jìn)行彈塑性分析。但我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度還不高，落后于日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家。由于我們?nèi)狈?duì)高爐，特別是爐體內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)和研究，很難對(duì)荷載做進(jìn)一步的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。因此，不管擁有多么先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備和手段，校核的數(shù)據(jù)與使用總有一定距離。而且，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們只考慮了爐

47、役前期，統(tǒng)計(jì)正常操作下的荷載，盡管我們已經(jīng)考慮內(nèi)襯膨脹對(duì)爐殼的壓力，但對(duì)熱疲勞，低周荷載在爐役后期，對(duì)高爐壽命減少的影響沒有考慮。斷裂力學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)壽命的估計(jì)，還未應(yīng)用于設(shè)計(jì)。我國(guó)還沒有統(tǒng)一的高爐設(shè)計(jì)概念，沒有編制自己的設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算程序，缺乏明確的爐殼設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)沒有一本有關(guān)的專著，基本沿用蘇聯(lián)理論和規(guī)范，以及日本的一些做法，加上各設(shè)計(jì)單位缺乏相互交流，在市場(chǎng)利益機(jī)制的驅(qū)使下，必然大部分沿襲舊有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。所以,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步遲緩。此外，高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在技術(shù)人員隊(duì)伍上的斷檔,也應(yīng)重視20。1.4.4高爐基礎(chǔ)的概述高爐爐殼：現(xiàn)代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

48、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?，F(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(tái)和爐頂鋼圈21。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(duì)爐料和煤氣的上部分布起控制和調(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

49、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(tái)簡(jiǎn)稱圓臺(tái)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(duì)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(huì)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(duì)高爐冶煉過程影響不很顯著，一般只在很小的范圍內(nèi)變動(dòng)范。 爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺(tái)形。為適

50、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(duì)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。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)

51、，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(duì)高爐壽命的長(zhǎng)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(duì)越矮胖，反之爐型越瘦長(zhǎng)。在我國(guó)，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(shì)22。 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），

52、才能阻止其進(jìn)一步受到侵蝕，所以必需對(duì)爐底進(jìn)行冷卻。通常采用風(fēng)冷或水冷。目前我國(guó)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。由于基礎(chǔ)長(zhǎng)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

53、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23。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(duì)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(zhǎng)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

54、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。控制陰極反應(yīng)或增大陰陽(yáng)極間的電阻，利用含鈍化性料底漆，使鐵表

55、面鈍化。涂漆的作用相當(dāng)于增大了陰陽(yáng)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(cè)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。電化學(xué)腐蝕的必要條件：含溶解氧的水或含有水分的潮濕空氣25。腐蝕電化學(xué)反應(yīng)：fe一fe2+2e陽(yáng)極(氧化)反應(yīng)2h2o+o2+4e一4oh陰極(還原)反應(yīng)注意表達(dá)式其中陰極(還原)反應(yīng),沒有水而不能進(jìn)行,因而也就不能產(chǎn)生氫氧根離子氫氧根。而鐵銹fe(oh)3的生成需要有oh離子存在,所以高爐爐殼上部腐蝕輕微。以上是介于高爐的基本鋼結(jié)構(gòu)的基本介紹，對(duì)于生產(chǎn)過程中對(duì)于高爐各個(gè)部分的影響作以下分析和處理，以便于更為有利的進(jìn)行生產(chǎn)，節(jié)約成本。1.5高爐設(shè)計(jì)方案本高爐本體以五段爐型為標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)型設(shè)計(jì)也予以足夠的重視。本設(shè)計(jì)高爐（1500m3）屬于大型高爐，其高徑比為2.78。以適應(yīng)原料條件為前提，以冶煉過程能夠順行為保障，以日產(chǎn)量最大，質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為達(dá)到