煉鐵設計原理

煉鐵設計原理第1頁/共230頁參考數(shù)目：1、鋼鐵廠設計原理（上冊）張樹勛2、煉鐵設計原理趙潤恩3、現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)薛正良第2頁/共230頁

緒論一、高爐冶煉概況及車間組成

1.1前言

1.2高爐冶煉概況

1.3煉鐵車間組成第3頁/共230頁1.1前言一、高爐煉鐵方式是最主要的鐵的生產(chǎn)方式。二、經(jīng)濟的飛速發(fā)展促進煉鐵規(guī)模的擴大我國生鐵產(chǎn)量：2000年1.26億噸→2003年2.22億噸→2007年4.8億噸第4頁/共230頁1.2高爐冶煉概況第5頁/共230頁熱風

(hotblast)煤粉(pulverizedcoal)鐵水、爐渣(ironandslag)高爐煤氣

(BFgas)焦碳(coke)熔劑(flux)鐵礦石(ore)第6頁/共230頁以一座有效容積為4000m3的高爐為例：日生產(chǎn):生鐵10000噸爐渣3000～5000噸煤氣16～18Mm3日消耗：鐵礦石約16500噸燃料4500～5500噸熱風13～14Mm3第7頁/共230頁鐵礦石熱風煤粉鐵水、爐渣高爐煤氣焦碳熔劑原料系統(tǒng)煤氣系統(tǒng)高爐本體送風系統(tǒng)噴煤系統(tǒng)渣鐵系統(tǒng)第8頁/共230頁1.3煉鐵車間組成高爐本體(blastfurnaceproper)原料系統(tǒng)

(BFfeedsystem)

送風系統(tǒng)

(blastsystem)噴吹系統(tǒng)

(BFinjectionsystem)渣鐵系統(tǒng)

(slag-ironsystem)煤氣系統(tǒng)

(BFgascleaningsystem)第9頁/共230頁噴煤系統(tǒng)第10頁/共230頁第11頁/共230頁第12頁/共230頁返回第13頁/共230頁燒返回第14頁/共230頁返回球磨機原煤倉收集罐儲煤罐噴吹罐高爐第15頁/共230頁返回第16頁/共230頁返回第17頁/共230頁燒爐第18頁/共230頁送風第19頁/共230頁返回第20頁/共230頁二、煉鐵工藝設計內(nèi)容高爐冶煉主要技術經(jīng)濟指標車間規(guī)模及組成主要設備選型高爐數(shù)目及容積的確定車間平面布置第21頁/共230頁三、煉鐵工藝設計原則

先進性經(jīng)濟性可靠性

第22頁/共230頁

第一章高爐車間設計一、主要技術經(jīng)濟指標的確定第23頁/共230頁1、有效容積利用系數(shù)ηv

（t/m3·d）每立方米高爐有效容積每天生產(chǎn)的合格生鐵量。反映高爐生產(chǎn)率的一個重要的指標，其確定與使用的風溫、風量、爐頂壓力、原燃料質(zhì)量有關。

一般大高爐該指標優(yōu)于小高爐目前~2.2武鋼08年平均~2.6第24頁/共230頁2、焦比K（Kg/t鐵）冶煉每噸合格生鐵所消耗的焦碳量

這是反應高爐綜合水平的指標。可根據(jù)原燃料、風溫、設備、操作條件進行分析比較和計算確定。一般焦比400~600Kg/t，大爐取小值，小爐取大值，噴吹輔助燃料可有效降低K。武鋼06年300～350Kg/t。第25頁/共230頁3、煤比

（噴煤量）Y（kg/tFe）冶煉每噸生鐵所噴吹的燃料量主要決定于高爐的操作條件武鋼：~170kg/tFe寶鋼~260kg/tFe。第26頁/共230頁4、冶煉強度

I（t/m3·d）

每立方米高爐有效容積每天燃燒的燃料量

是表示高爐作業(yè)強度的一個指標，在K不變的情況下，I增大，產(chǎn)量增大與原燃料條件，風機能力，操作條件等有關一般值在1.0~1.5？，小高爐取大值第27頁/共230頁5、生鐵合格率合格生鐵產(chǎn)量/生鐵總產(chǎn)量在進行煉鐵工藝計祘時，除了要確定以上幾個主要指標外，還要對風溫，爐頂壓力，熟料率等有一個初步確定

第28頁/共230頁二、車間規(guī)模的確定

由全廠金屬平衡決定，并考慮與原燃料資源條件相適應。第29頁/共230頁三、高爐座數(shù)與有效容積的確定

1、高爐座數(shù)的確定

高爐座數(shù)的確定必須考慮全廠的金屬平衡和煤氣平衡，即不可太多亦不能太少:

太少：檢修時影響全廠鐵水和煤氣供應

太多：運輸緊張，生產(chǎn)率低

一般以2~4座為宜

第30頁/共230頁2、高爐有效容積（Vu）的確定有效容積（Vu）：鐘式高爐：大鐘開啟時大鐘下沿距鐵水中心線這段距離所對應的容積無鐘高爐：溜槽垂直位置下沿距鐵水中心線這段距離所對應的容積第31頁/共230頁Vu是根據(jù)生鐵日產(chǎn)量和利用系數(shù)祘出：

Vu=P/ηv生鐵日產(chǎn)量的計算：

P=Q/（N·C）

P—生鐵日產(chǎn)量t/d

N—高爐座數(shù)

Q—生鐵年產(chǎn)量（任務計劃書中給出）

C—年工作日d第32頁/共230頁四、高爐車間平面布置1、平面布置應遵循的原則兩大原則：安全，方便安全：車間應在主風向及水源下方（下游），各鐵路盡量避免交叉等方便：整個布置要適應大的運輸量，設備分布要緊湊，如風機靠近熱風爐，鐵水罐、修罐庫、轉(zhuǎn)爐三者在同一側(cè)，噴煤緊靠高爐等第33頁/共230頁2、高爐車間平面布置形式對于只有一個出鐵場、產(chǎn)量不很多的中、小高爐可采用：

一列式并列式對于多鐵口的大、中型高爐多采用：島式半島式第34頁/共230頁1）一列式布置其特點是熱風爐與高爐中心線在同一列線上，車間鐵路線與高爐列線平行，渣鐵線少且不相聯(lián)，相鄰高爐和熱風爐可共用某些設備第35頁/共230頁2）并列式布置特點：一列式的簡單變化，高爐與熱風爐分別設在兩列線上，與一列式相比較，縮短了高爐間距，但熱風管道延長，增加了熱損失第36頁/共230頁3）島式特點：每座高爐與其熱風爐，出鐵場，渣鐵罐車停放線組成一獨立系統(tǒng)，鐵路線較多（有兩條渣線和兩條鐵線），渣線和鐵線間還有聯(lián)絡線相連，極大提高鐵路的運輸能力和靈活性，雜物（炮泥，檢修渣鐵溝料等）有專用雜物線運到出鐵平臺。第37頁/共230頁4）半島式其特點與島式相似（獨立性），爐渣用專用處理法（如沖水渣、皮帶等）運走，取消了渣線，只有鐵罐運行線，每個鐵口設兩條配車停放線，用擺動流嘴，整個布置相對島式更加簡潔。第38頁/共230頁5）武鋼5#高爐環(huán)形出鐵場布置特點：出鐵場呈環(huán)形，下面鋪有四條鐵水運輸線，運輸靈活能力大，是一種新型的適用于多鐵口出鐵的平面布置第39頁/共230頁第二章高爐本體設計高爐本體的設計包括：高爐爐型的設計高爐內(nèi)襯設計高爐冷卻設計高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎的設計高爐本體設計是否合理對于強化高爐冶煉，延長高爐壽命有重要關系第40頁/共230頁§1高爐爐型的設計與發(fā)展

高爐爐型：高爐內(nèi)部工作空間的形狀現(xiàn)代高爐內(nèi)型—五段式爐型：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸這種爐型已存在了200多年，它適應了高爐內(nèi)爐料流和煤氣流的運動規(guī)律，因而是現(xiàn)代廣泛采用的高爐內(nèi)型。第41頁/共230頁一、高爐爐型的特征參(

如圖)一高二角三徑

Hua.βd.D.d1Hu：有效高度

Hu=h1+h2+h3+h4+h5第42頁/共230頁原則：參數(shù)選擇是否符合兩股料流運動規(guī)律：

物態(tài)變化：固體爐料和煤氣（組成體積等）的變化熱能和化學能是否充分利用溫度與速度分布是否合理第43頁/共230頁二、爐型的設計與計祘按照設計任務書，已知爐容（Vu）設計內(nèi)型尺寸

方法：

對比法對比原燃料及操作條件相似的同類高爐，用對比法時一定要注意參考爐型的設計年代

經(jīng)驗法或統(tǒng)計法通過經(jīng)驗和統(tǒng)計，回歸出一系列方程，再校核、修正，Vu允許誤差＜1%第44頁/共230頁1、爐缸、爐底部位的設計與計祘：d.h1第45頁/共230頁1）爐缸、爐底工作環(huán)境高溫渣鐵化學侵蝕氣—固—液—粉多相沖擊該部位的工作條件惡劣，是高爐長壽的關鍵部位第46頁/共230頁爐底、爐缸作用：儲存渣鐵（隨鐵口數(shù)目增加，全天候出鐵，該作用逐減）保證燃燒空間（隨冶強增大，該作用增強）因而在設計時，必須將以上條件充分考慮第47頁/共230頁①爐缸直徑d

經(jīng)驗回歸式：d2=1.277(Vu×I/i)

i－燃燒強度(t/m2·d),

表示爐缸截面的燃燒能力i的合適值取決于風機能力和原燃料條件（固C含量、透氣性等）

i過大：負荷太重，燃燒不完全

i過小：燃燒慢，下料慢一般i≯30t/m2·d.取24~28t/m2·d.在可能條件下，取大一點第48頁/共230頁日本(對大型高爐進行統(tǒng)計)回歸方程：

d2=20+0.04Vu

在Vu＞2000m3時用這個公式更好一些計祘出爐缸d后可用Vu/A爐缸來校核：

Vu(m3)Vu/A100~30015~18600~100022~241000~200024~262000~400026~28

＞400028~30第49頁/共230頁②爐缸高度h1回歸式：2h1/d=078~0.85

大爐子取上限日本式：h1=0.00788+0.426d

計祘完后用Vu/V缸=5~8倍來校核上式第50頁/共230頁③風口數(shù)目N與風口高度hf確定風口數(shù)目（N）考慮因素：燃燒下料爐子強度保證風口間距以安裝風口大套N=πd/ss－風口間距（1.1-1.2m）經(jīng)驗式：1000～2000m3BF:N=2（d+1）＞2000m3BF:N=3（d-1）第51頁/共230頁風口高度（hf）的確定：風口高度：風口中心線到鐵口中心線的距離

hf=h1-aa—安裝風口的結(jié)構(gòu)參數(shù)，0.35-0.5(大爐取上限）

第52頁/共230頁④渣口（小爐子）中心線高度hz的確定渣分為:

上渣:由渣口出來的渣，占總渣量的70%

下渣:隨鐵水從鐵口出來的渣

hz計祘按上渣量計祘（書上有參考公式）注：現(xiàn)代大高爐由于原燃料條件好，冶煉噸鐵渣量少，鐵口多，放鐵次數(shù)多，因而不設渣口，熔渣全部從鐵口排出。第53頁/共230頁⑤鐵口數(shù)目的確定基準：1個鐵口的承受能力為3000t/d鐵口數(shù)目的確定可根據(jù)爐容大小，高爐每天產(chǎn)鐵量，鐵口維護，生產(chǎn)調(diào)度決定,最多不超過4個第54頁/共230頁⑥死鐵層高度ho的確定死鐵層作用：減少鐵水環(huán)流速度（隔絕鐵水流動對爐底的沖刷侵蝕）(其相對固定的熱容）有利于爐底溫度的均勻穩(wěn)定經(jīng)驗式：

1000~2000m3ho=(0.16~0.18)d>2000m3ho=(0.18~0.2)d目前的發(fā)展趨勢是增加ho，

如：寶鋼3#BF.Vu:4350m3d:14mho=2.985m≈0.2d第55頁/共230頁2、爐腹部位的設計h2，α

設計時考慮：減少煤氣流對爐墻的沖刷(減小α）

爐料有充分的還原空間（h2不致于過短）因而這部分最重要的就是選取適當?shù)摩?/p>

值來滿足以上要求αDdα：一般80o~82o，大高爐取小值

h2

：h2=（D-d）tga/2第56頁/共230頁3、爐腰部位的設計D，h3D：爐腰部位是軟熔帶開始形成部位，透氣性較差，因而D稍大些為好。一般用D/d值來確定Vu100~300600~10001000~2000＞2000D/d1.28~1.151.15~1.131.13~1.101.10~1.07

日本式：D2=24+0.048Vu

＞2000m3的高爐多用此經(jīng)驗式第57頁/共230頁h3：

在結(jié)構(gòu)上，爐腰起著承上啟下的作用，使爐腹與爐身過度平緩，減小死角，而h3對冶煉無重大影響，因而h3在設計時用來調(diào)節(jié)高爐容積的大小。一般：<2000m3，h3:1~2m>2000m3，h3:2~3m

第58頁/共230頁4爐身部位的設計：h4，β

設計時考慮：爐料和煤氣的體積變化煤氣的合理分布及爐料的還原反應

如同爐腹部位一樣，關鍵是選好β值d1βDβ：一般80.5°~85°，大高爐取小值

h4：

h4=（D-d1）tgβ/2第59頁/共230頁5、爐喉部位的設計h5，d1設計時考慮：承接爐料及合理分布爐料結(jié)構(gòu)上與爐身配合好d1：我國經(jīng)驗：由d1/D=0.65~0.70確定日本式d12=11+0.022Vu（大高爐）H5：高度選擇應能保證爐喉布料及其調(diào)節(jié)的需要，一般取1~3m。大高爐取大值。第60頁/共230頁三、高爐爐型發(fā)展趨勢

隨著高爐原、燃料質(zhì)量、技術水平、設備水平的進步，高爐的爐型逐漸有所發(fā)展：1、大型化，矮胖型發(fā)展：

瘦長型：Hu/D=4~5

矮胖型：Hu/D=1.9~2.1

隨著各方面條件的改善（精料、技術水平、設備水平（大風機））高爐有效容積不斷擴大，在爐容不斷擴大條件下，受焦炭強度的限制及透氣性的要求，有效高度Hu增加緩慢，呈現(xiàn)出大型化、矮胖型發(fā)展趨勢Hu與D的關系HuD第61頁/共230頁如武鋼：VUHU4#2516m330m

老1#1386m326.7m△VU↑82%△H↑13.5%矮胖型的優(yōu)點：a：有利于改善料柱的透氣性，穩(wěn)定爐料和煤氣流的合理分布，并減輕爐料和煤氣流對爐身和爐膠的沖刷。b：爐缸容積較大，死鐵層較深，可減少渣鐵環(huán)流對爐底爐缸磚襯的沖刷。c：風口數(shù)目增加有利于高滬的強化冶煉。第62頁/共230頁2、爐缸直徑d↑及爐缸體積V缸所占比例↑

隨著高爐強化冶煉，要求焦碳燃燒量↑，爐缸直徑↑，爐缸體積VU/V也逐漸增大如：BFVU（m3）HU(m)HU/Ddh1V缸/VU武鋼1#138626.72.878.23.212.18%武鋼3#320030.62.2812.24.817.53%寶鋼3#435031.52.0714.05.419.1%俄羅斯捷鋼*

558034.82.1015.15.718.28%*世界最大高爐，設計年代較老，指標不是很好。第63頁/共230頁3、風口數(shù)目↑,鐵口數(shù)目↑，渣口↓

隨著冶煉強化，I↑，風數(shù)數(shù)目↑（目前最多42個）。隨高爐大型化及冶煉強化及精料等，產(chǎn)量↑，鐵口數(shù)目↑（目前最多4個）。隨精料及多鐵口全天侯出鐵，渣口↓，甚至不設渣口4、爐身角β↓

隨著爐容增加，料柱直徑增大，爐料膨脹量↑，爐身角有減少的趨勢第64頁/共230頁§2高爐爐襯設計一、概述爐襯是由耐火磚、耐火材料組成的襯里高爐爐襯的作用：

減少高爐的熱損失構(gòu)成高爐的工作空間保護爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)免受熱應力和化學侵蝕注：高爐內(nèi)襯各部位由于工作環(huán)境不同，破損機理不同，因而在內(nèi)襯的材質(zhì)選擇、砌筑方式和厚度選擇上也各不相同，高爐內(nèi)襯的材質(zhì)，砌筑方式，厚度等是否合理，是決定高爐一代表壽命的關鍵因素第65頁/共230頁二、高爐爐壁結(jié)構(gòu)的發(fā)展捷克式薄壁高爐→厚壁高爐

（爐殼噴水、（冷卻板冷卻、爐襯厚300mm）爐襯厚800~1000mm）

→20世紀80年代開始：新型薄壁高爐（設計爐型即為操作爐型，薄壁爐襯，全冷卻壁,軟水密閉循環(huán)）

如武鋼1號高爐（150mm）。第66頁/共230頁二、爐襯材質(zhì)根據(jù)Al203含量：

高鋁磚：A12O3%＞48

粘土磚：A12O3%＜48

剛玉磚：A12O3%＞95*燒結(jié)剛玉磚電熔剛玉磚Al203含量越高，耐火度越高1、陶瓷質(zhì)耐材

主要由Al203組成特點：此類耐材具有耐磨，抗渣鐵浸蝕能力強，但耐急冷急熱性（熱震）差，易剝落的特點。第67頁/共230頁2、C質(zhì)耐材i)熱壓微孔小C磚特點：氣孔?。?.5~0.2μm，一般C磚氣孔3~5μm）,

體積?。ㄩL為514或779，一般C磚800~1200）抗侵蝕能力強。ii)石墨C磚:特點：高溫石墨化處理（外理溫度2300~2400℃），導熱性好，抗熱震能力強。iii)自焙C磚：特點：砌筑前沒經(jīng)過高溫處理，砌到高爐內(nèi)，烘爐時自焙，成本低。第68頁/共230頁iV)碳化硅磚：SiN4-SiC特點：耐磨性好，多用在爐身中下部

除了有以上的定型耐材以外，還有不定型耐火材料如:澆注料搗打料噴涂料耐火泥漿V)鋁C磚：

（54%）Al2O3－（12~15%）C－（6~8%）SiC特點：耐磨，抗熱震總結(jié)：C質(zhì)耐材具有導熱性高，抗渣鐵能力強，但易氧化的特點，所以風口附近不能用。第69頁/共230頁三、高爐內(nèi)襯設計1、爐底、爐缸部位：

爐底、爐缸是高爐內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)之一（另還有爐身中下部），因而也是設計的關鍵部位1）爐底、爐缸的工作環(huán)境及破損原因工作環(huán)境：

高溫高壓：氣，載荷（靜/動）高溫渣鐵的熔損沖刷堿金屬第70頁/共230頁破損機理：a：熱應力破損和鐵的滲透

大塊C磚熱端（與鐵水接觸）溫度1200～

1400℃，冷端（有冷卻設備接觸）溫度僅

100~150℃。所以其溫差△t很大，可以達到

1300℃，因而產(chǎn)生熱應力變化，產(chǎn)生了裂縫。而鐵水（比重6.8~7.0）比C磚（比重1.5～

2）重，易滲入裂縫形成Fe3C為一疏松的結(jié)構(gòu)，加速了鐵水的滲透。由此看來，要想法降低△t，并防止鐵水滲透第71頁/共230頁b：高溫渣鐵環(huán)流破損

高溫渣鐵環(huán)流引起爐底爐缸呈蒜頭型侵蝕引起環(huán)流的原因：

熱驅(qū)動:中心鐵和邊緣鐵的溫差引起的。機械力:中心焦的沉浮。目前高爐使用全C磚爐底,（△t大）因而蒜頭型很嚴重，環(huán)流因素表現(xiàn)的更突出，而過去使用陶瓷質(zhì)爐底，侵蝕情況為鍋底式的（往下侵蝕）第72頁/共230頁c：堿金屬，重金屬的沉積

堿金屬與C磚反應生成堿性碳化物，引起體積變化，強度降低，破壞C磚。重金屬如Pb的沉積更加速了爐底鐵水的滲透。d：操作和原料成分的波動

這些波動均會引起溫度波動，產(chǎn)生熱震，破壞爐襯。在以上破壞機理中，熱應力破損和鐵的滲透是最主要的破壞方式第73頁/共230頁②爐底爐缸內(nèi)襯設計i)原則：考慮主要的破壞機理，設計時考慮：

a.加快熱傳遞，降低溫差△tb.降低鐵水滲透侵蝕ii)爐底、爐缸內(nèi)襯發(fā)展厚度：厚爐底（5~6m）薄爐底（2~3m）

（是一個消極態(tài)度）

（改進材質(zhì)，強化冷卻）

材質(zhì)：陶瓷質(zhì)陶瓷＋C質(zhì)

（粘土高鋁高鋁＋粘土）（環(huán)砌C質(zhì)，底砌陶瓷）

全C綜合（陶瓷杯）第74頁/共230頁iii)典型結(jié)構(gòu)a：法國“SAVOIC”為代表的陶瓷杯結(jié)構(gòu)特點：緊靠鐵水用剛玉質(zhì)磚，不讓C磚與鐵水直接接觸，利用其耐高溫及較強的抗渣鐵性能，起到使碳磚免受高溫渣鐵侵蝕的作用。同時外層碳磚的高導熱性又可將陶瓷杯輸出的熱量很快導出，提高爐襯壽命。其中剛玉和C質(zhì)厚度1:2~2.5

（保溫型）第75頁/共230頁b:美國“VCAR”為代表的熱壓小C磚結(jié)構(gòu)要點：利用小塊C磚（氣孔率很小，導熱好）迅速的把熱量傳出去，小塊C磚之間用高導熱性的特殊的膠質(zhì)粘結(jié)劑粘結(jié)。這種結(jié)構(gòu)一定要加強冷卻。（散熱型）第76頁/共230頁武鋼8高爐陶瓷杯爐底結(jié)構(gòu)：杯底2900碳搗料400×1平高導熱石墨磚1000×2立碳磚400×2立剛玉莫來石磚爐底66根水冷管杯壁：500（400、450）×150（138、143、140）×99微孔剛玉磚第77頁/共230頁2爐腹、爐腰及爐身中下部①破損機理i）下降爐料及上升高溫、高壓煤氣的磨損這里的磨損相當嚴重，特別是爐腹部位ii）初渣的侵蝕初渣含大量FeO,MnO等，流動性好，易與磚中SiO2反應而侵蝕耐材iii)堿金屬和鋅蒸汽造成的碳素沉積和化學反應。如900~1020℃時Zn+CO—ZnO+C↓第78頁/共230頁②設計指導思想

這部分的設計要求耐材有

a.良好的耐磨性

b.抗渣鐵熔蝕能力強

c.較好的抗堿金屬侵蝕能力。

該部位多采用高鋁磚，也有用C磚或SiC磚的第79頁/共230頁3爐身上部與爐喉①破損機理

a.機械力破損（最主要的原因）包括固體爐料的撞擊與磨損；氣流的沖刷等。

b.爐喉部位，還有裝料時溫度的劇變。第80頁/共230頁②設計指導思想：這個部位采用的耐材要耐磨損而無需高溫要求，多采用粘土磚。爐喉直接與爐料碰撞部位，要用耐磨和耐熱鑄鋼制成的爐喉鋼磚（如圖）。如武鋼5#BF，48塊鋼磚。第81頁/共230頁舉例：武鋼4＃BF第三代爐役耐材使用情況（從上到下）1、爐喉：爐喉鋼磚（配水冷）2、爐身上部：粘土磚，抗打擊3、爐身中、下部，爐腰：SiN-SiC磚，抗煤氣沖刷，抗堿金屬侵蝕4、爐腹：同3，但目前出現(xiàn)增加Al2O3的趨勢以應對高熱容、侵蝕和沖刷。5、風口：要求抗渣、抗堿。原來：剛玉－莫來石（體積膨脹大，不抗堿），目前：微孔剛玉磚，強度大，抗侵蝕能力強。6、爐底：為水冷薄爐底，散熱型，（蘭州）半石墨碳磚。第82頁/共230頁§3高爐冷卻設計一、冷卻目的

保護耐材，維護合理爐型確保形成穩(wěn)定渣皮保護鋼結(jié)構(gòu)（爐殼、支撐結(jié)構(gòu)等）

冷卻強度要合適：太?。捍u襯可能被侵蝕，破壞。太大：爐料粘結(jié)，爐墻結(jié)厚第83頁/共230頁二冷卻介質(zhì)對冷卻介質(zhì)的要求：熱容量大，導熱能力好，價廉，易獲得常用冷卻介質(zhì)：主要用水，和電、風、汽化等工業(yè)水：過濾，稍微處理，Ca2+，Mg2+含量仍較高，硬度高。軟水：經(jīng)離子交換器處理后，基本不含Ca2+，Mg2+。純水：只含少量的H+和OH-第84頁/共230頁三冷卻方式1工業(yè)水冷卻

工藝簡單，投資省，但富含Ca2+，Mg2+易形成水垢，增大熱阻，冷卻水不能及時將冷卻器承受的熱流導出，致使冷卻器基體溫度升高，冷卻器易燒壞，壽命一般2～3年。中小鋼廠一般采用

2、軟水循環(huán)冷卻

軟水開路循環(huán)：循環(huán)過程中冷卻水大量蒸發(fā)，補充水量大，水質(zhì)容易受到污染。（寶鋼1號BF部分）

軟水閉路循環(huán)：(盧PW公司)第85頁/共230頁軟水閉路循環(huán)：一、使系統(tǒng)壓力大于爐內(nèi)壓力，使氧氣、煤氣和顆粒物不能進入水管內(nèi)而污染水質(zhì)和影響冷卻效果。二、提高了冷卻水的汽化溫度以及系統(tǒng)的欠熱度冷卻器中水溫與汽化溫度之差），減少了汽化量，防止氣塞及加強了冷卻效果。脫氣罐：脫氣，防止氣塞，加快水速。膨脹罐：內(nèi)通過氮氣加壓第86頁/共230頁這種方式冷卻效果好，水量蒸發(fā)損失少，冷卻器壽命10~15年（武鋼1#，4#，5#及以后新建高爐）。3純水閉路循環(huán)：

純水是最好的冷卻介質(zhì)，但純水制備系統(tǒng)造價很高（寶鋼1#BF某些部位）。第87頁/共230頁四、冷卻設備

光面冷卻壁鑲磚冷卻壁：鑲磚冷卻壁帶凸臺鑲磚冷卻壁1、爐體冷卻設備（1）冷卻壁這是高爐中運用得最多的一種冷卻設備，它是包在爐襯外面，緊靠爐皮，用螺栓固定在爐殼上的壁形冷卻器，是無縫鋼管鑄入生鐵中制成的。第88頁/共230頁①光面冷卻壁（如圖）。厚：80～110長：2000寬：700～800特點：冷卻強度大，冷卻均勻。多用于爐底，爐缸部位第89頁/共230頁②鑲磚冷卻壁（如圖）厚：150～230特點：耐磨、耐沖刷，易結(jié)渣皮代替爐襯的工作。多用于爐腹、爐腰以及爐身中下部第90頁/共230頁③帶凸臺的鑲磚冷卻壁特點：除具有一般鑲磚冷卻壁的優(yōu)點以外，還起到了對上部磚襯的支托作用多用于爐腹，爐腰，爐身中下部。第91頁/共230頁

砌筑時，冷卻壁之間的間隙，上下：10mm，左右：20mm，塊數(shù)多為風口數(shù)的2倍（爐腰、爐腹部位）。使用冷卻壁的優(yōu)點：爐殼開孔少，密封性和強度好，冷卻均勻，爐襯內(nèi)壁光滑，下料阻力小。

現(xiàn)在大量使用的銅冷卻壁，如武鋼8＃BF從第2～9段（爐身下部）均使用銅冷卻壁。第92頁/共230頁（2）插入式冷卻器

是一種埋沒在高爐磚襯之內(nèi)的冷卻器，材質(zhì)多用鑄銅，內(nèi)鑄鋼管。主要包括兩大類：冷卻板，厚70-110mm

支梁式水箱，前端厚230-450mm第93頁/共230頁第94頁/共230頁第95頁/共230頁冷卻板特點：冷卻強度大（銅），可維持較厚的磚襯，由于插入磚襯中，故和磚的接觸面較大，冷卻效果較好，同時也能支承砌體。但冷卻不均勻，爐襯侵蝕后凸凹不平，影響爐料下降，爐殼開孔多，密封性差。（寶鋼1號高爐爐體采用冷卻板冷卻，冷卻板分46層，每層50個，共2300個）適合于厚爐襯，常壓高爐現(xiàn)在薄爐襯高壓高爐多用冷卻壁第96頁/共230頁2、爐底冷卻大型高爐爐底直徑大，單靠爐底周圍冷卻不能使中心熱量散出，必須進行爐底冷卻。過去多用風冷：安全，但動力消耗大，冷卻強度低。現(xiàn)在多采水冷爐底。（3）發(fā)展趨勢：

過去：北：（鞍鋼）上板下壁南：（武鋼）全壁現(xiàn)在：全壁過去：爐身上部不冷卻現(xiàn)在：全冷第97頁/共230頁在設計時根據(jù)冷卻制度確定水冷管管徑、多少、布置等Eg：武鋼4#BF爐底水冷管：66根φ110×12mm無縫鋼管爐底水冷管是數(shù)十根水平平行排列的無縫鋼管，水冷管之間石墨碳質(zhì)搗打料搗實。熱混凝土基礎中間密，邊緣疏水管爐底炭磚第98頁/共230頁3、風口冷卻風口的結(jié)構(gòu)如圖P104圖5－23風口裝置前端由大、中、小三個水套組成，小套有一部分伸入爐內(nèi)，對風口的冷卻就是指對這三個套主要是小套的冷卻。風口在高爐內(nèi)是較易損壞的設備，損壞原因主要是鐵水的熔損和爐料（焦炭、煤粉）的磨損目前，風口正常壽命不到半年。

第99頁/共230頁（1）風口冷卻結(jié)構(gòu)的發(fā)展：1）空腔式：用紫銅鑄造而成，冷卻水流速很低，0.5~1m/s，角部存在渦流區(qū)，因而冷卻強度小，風口壽命短，經(jīng)常被燒壞。第100頁/共230頁2）螺旋式：（包鋼為代表）

它是由矩形紫鋼繞制成的螺旋管狀，然后焊接成整體。冷卻水速達到了13.82m/s。第101頁/共230頁3）貫流式：（寶鋼為代表）把風口分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域根據(jù)熱流情況不同，前端水速高，后端水速低，前端水速＞14m/s第102頁/共230頁（2）延長風口壽命的措施過去是由于水流速度不夠造成風口熔損。噴煤后，由于煤粉磨損，又造成風口磨損。延長風口壽命的措施有：1）提高水速、水壓（提高冷卻強度）2）改進材質(zhì)、結(jié)構(gòu)（即要考慮導熱好，如用純度高的Cu，又要考慮耐磨，可噴涂耐磨涂料）3）改進水質(zhì)（如用純水閉路循環(huán)）4）改進噴槍結(jié)構(gòu)（減少磨損）

第103頁/共230頁4、武鋼5#BF爐體冷卻：冷卻方式：引進盧森堡PW公司軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，冷卻壁、風口熱風閥和爐底三個獨立的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。特點：①全冷卻壁：從爐基到爐身上部一共16段冷卻壁（下部光面冷卻壁，上部鑲磚冷卻壁，爐身帶凸臺鑲磚冷卻壁）使整個爐體冷卻均勻，冷卻強度大。②冷卻壁安裝取消螺柱固定而借用冷卻壁套管與爐殼彈性結(jié)合，消除熱應力，防止了熱應力將水管剪壞。從91年開爐10年間直管壞5根，帶凸臺的管子壞12根，整個運行情況良好第104頁/共230頁5、武鋼1#BF（2200m3）

磚壁合一的薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。（90年代末世界先進水平）1）薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)：（國內(nèi)首次使用）a.取消冷卻壁的凸臺，消滅冷卻壁薄弱環(huán)節(jié)。b.薄內(nèi)襯，內(nèi)襯厚度僅150mm。c.在爐腰和爐身下部采用2段銅冷卻壁，在不采取其它措施，壽命可達15~20年。第105頁/共230頁2）聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)

軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點：不潔垢，無污染，冷卻強度高，冷卻效果好，補充水量少，運行可靠。武鋼4#、5#高爐：冷卻壁，爐底和風口及熱風閥采用三個獨立軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)武鋼1#BF：采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，將冷卻壁，爐底，風口及熱風閥采用串聯(lián)和并聯(lián)的方式組合在一個軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)中。第106頁/共230頁優(yōu)點：

I）冷卻水量少，節(jié)約水量50%。

II）投資少，節(jié)約14%，（管道、泵、閥、脫氣罐、熱交換器，占地）

III）運行成本低，節(jié)約18%。

第107頁/共230頁高爐長壽：高爐長壽是一個系統(tǒng)工程，按照考慮先后順序：1、設計2、冷卻系統(tǒng)3、耐材4、操作5、維護第108頁/共230頁§4高爐鋼結(jié)構(gòu)與基礎一高爐本體支撐結(jié)構(gòu)高爐支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)分具體體現(xiàn)了其載荷如何傳遞到基礎的。支撐結(jié)構(gòu)設計的原則：承重部位不受熱，受熱部位不承重。同時還要考慮到爐前工作空間的大小。這樣才能保證鋼結(jié)構(gòu)工作可靠，長壽。高爐的鋼結(jié)構(gòu)包括兩大部份：

本體：爐殼，支柱，框架

輔助：走梯，平臺，管道第109頁/共230頁支撐結(jié)構(gòu)的五種典型形式（P115）：2、爐缸支柱式（圖b）特點：載荷→爐身爐殼→爐腰托圈→爐缸支柱→基礎爐腰以下的爐殼不承重1、自立式（圖e）特點：全部載荷→爐殼→基礎投資少，爐缸周圍空間大，好操作；但爐殼既承重，又受熱。這是一種較早期的結(jié)構(gòu)，只適合于小高爐。（目前最大的是昆鋼620m3）第110頁/共230頁3、爐身、爐缸支柱式（圖c）特點：爐頂?shù)牟糠州d荷→爐身支柱→爐腰托圈→爐缸支柱→基礎還有部分載荷→爐身爐殼→爐腰托圈同樣，爐腰以下的爐殼不承重。4、大框架爐缸支柱式（圖a）特點：一部分載荷→大框架→基礎一部分載荷→爐身爐殼→爐腰托圈→爐缸支柱→基礎第111頁/共230頁總結(jié)：以上2、3、4基本做到了受熱部分不承重（爐腹、爐缸），承重部分不受熱（爐身），但風口平臺窄小，不利于風口平臺的操作。5、爐體框架式（又名大框架自立式）（圖d）特點：絕大部分載荷（除煤氣上升管）→大框架→基礎煤氣上升管等的載荷→爐殼→基礎這種結(jié)構(gòu)基本做到：承重不受熱，受熱不承重的原則，而且風口周圍空間大，有利于出渣鐵、換風口等操作，大高爐多采用。如武鋼2、4、5#BF，寶鋼2#BF。

第112頁/共230頁二、爐殼

爐殼在內(nèi)襯和冷卻設備的外部，起到承受爐頂載荷，爐內(nèi)壓力和密封的作用。其外型與爐襯和冷卻設備配置相適應，其厚度要與工作條件相適應。

厚度：δ=KD

其中K=f（部位，Vu）如大爐子，P頂大，K要取大些，風口部位或采用冷卻板，開孔多，K亦更大些，取值有參考。

D：爐殼內(nèi)徑材質(zhì)：A3鋼或低合金鋼（碳素鋼）第113頁/共230頁三、高爐基礎高爐基礎由兩部分組成：基墩:(地面部分）：耐熱混凝土?；?(地下部分）：鋼筋混凝土，其面積取決于地基的耐壓強度及載荷情況第114頁/共230頁第四章高爐車間原料系統(tǒng)來料（礦山，外購）→（送到）爐頂中間包括：混料→貯存→漏料（篩分）→稱量→上料第115頁/共230頁

§1原料的貯存與運輸

一、混料1、目的：（采取平鋪直取法）以穩(wěn)定入爐成分要求：TFe±0.5~0.3%SiO2±0.05%2、工藝流程：整個混料過程是在混勻場實現(xiàn)的來料→混勻配料槽→圓盤配料→混勻堆料機→混勻料堆→混勻取料機→混勻取料→用戶第116頁/共230頁二、貯存（礦槽）1、目的：①平衡料流量②便于集中控制2、容積、數(shù)目礦槽容積與數(shù)目主要決定于礦石用量和種類，種類越多，礦糟數(shù)目越多，高爐越大，用料量越多，貯存時間越長，礦槽總?cè)莘e就越大。一般礦槽要求能貯存12~18h的礦石用量，焦槽要求能貯存6~8h的用量。礦槽若干個焦槽料車上料：2個皮帶上料：另絞一排。第117頁/共230頁例如：寶鋼1#BF（滿足1萬tFe/d

）燒結(jié)礦（貯存10h）：6個×566m3球團礦/塊礦（貯存12h）：6個×140m3輔助料（貯存12h）：2個×170m32個×60m3焦炭（貯存6h）：6個×450m33、位置由車間布置及上料方式?jīng)Q定：①料車上料斜橋傾角50-65°焦槽和礦槽，均靠近斜橋布置，與爐列一致，與高爐距離較近。②皮帶上料由于皮帶傾角10~12°焦槽和礦槽個數(shù)按Vu容積定，布置可遠離高爐。第118頁/共230頁三、漏料篩分與稱量

這些操作與儲存設備是屬于一組設備，一般在礦槽下端漏斗口設置。

漏料：多用電磁振動給料器，并與稱量設備組成一體安裝在漏料口上。

篩分：目的是減少原料的含粉率，篩分用的篩子種類很多，如首鋼的共振式概率篩，武鋼的自定中心振動篩效果均較好。

稱量：多采用電子秤，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于自動控制的特點第119頁/共230頁§2高爐上料方式一、料車上料：它包括上料卷揚機，上料斜橋，及料車等主要設備。斜橋傾角50~65°，取決于斜橋下面鐵路多少。料車上料能力有限，不適合大高爐，但其基建運行費用相對較低。第120頁/共230頁二、皮帶機上料

1950年比利時最先出現(xiàn)，70年代末我國采用1、設備（如圖）：特點：結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，生產(chǎn)能力大，易于自動控制，布置靈活。

第121頁/共230頁2、皮帶上料比料車上料的優(yōu)點①連續(xù)上料能力大，滿足大高爐供料要求；②改善了爐頂受力狀態(tài)，使之不受鋼繩水平力；③皮帶上料料流均勻；④設備維修簡單，壽命長；⑤礦槽遠離高爐，有利于高爐爐前布置第122頁/共230頁3、皮帶及其參數(shù)

皮帶是高強度，夾鋼絲繩的膠帶。皮帶規(guī)格：a×b×c-f，da：粗股數(shù)b：細股數(shù)c：細股單數(shù)f：單絲直徑如首鋼2號高爐：7×7×7－0.25，6.75第123頁/共230頁皮帶的幾個參數(shù)：（1）帶寬B，1m~2.4m（2）帶速S，2~2.5m/s（3）承料寬，0.8B（4）承料面積S（如圖）S=S1+S2=梯形面積+扇形面積－△面積第124頁/共230頁（5）運輸能力Q（t/h）Q=3600S.V.Y.C1..C式中：Y——堆比重，焦：0.45~0.55t/m3，燒結(jié)礦：1.8~1.9t/m3

，塊礦：＞2.0t/m3

。C1——皮帶的傾角系數(shù)，傾角越小，C1越大。C——料流不連續(xù)系數(shù)：（每批料的礦石和焦炭有間隔△t距離，料與料批之間相隔△tz距離，距離大小與料批大小，裝料設備型式有關）一般取0.7。第125頁/共230頁總結(jié)：在滿足上料能力前提下宜選擇適合于地形布置，節(jié)省投資節(jié)省運費的上料方式。一般推薦<1500m3的高爐多采用料車上料。第126頁/共230頁

第二章高爐爐頂裝料及探料設備

§1爐頂裝料裝置的任務與發(fā)展一、任務

1、布料將爐料合理的分布入爐喉，要求在半徑方向合理分布，在圓周方向上盡量均勻

2、密封實現(xiàn)良好的煤氣密封條件，滿足高壓操作的要求第127頁/共230頁二、爐頂裝料裝置的發(fā)展單鐘式：頻繁裝料，散失大量煤氣，給煤氣用戶造成很大不便雙鐘式：雙鐘交錯啟閉，密封爐頂，隨著P頂增大，又增設均壓放散閥以調(diào)整壓力，增加布料器改善布料。但存在氣密性差，大鐘壽命短等問題。鐘閥式及三鐘四鐘式：隨著Vu和P頂增大，大鐘上下表面承受壓差過大，增設中間鐘分擔壓差，并在小鐘上部增設閥門改善氣密性但隨著Vu進一步增大，大鐘直徑進一步增大，料越難布到喉中心，分布越來越不合理，同時爐頂結(jié)構(gòu)太過復雜，沉重無鐘爐頂：這是一項革命，1970年盧森保PW公司開發(fā)研制第128頁/共230頁

§2雙鐘爐頂一、結(jié)構(gòu)特點：

1、結(jié)構(gòu)，如圖所示第129頁/共230頁2、布料設備

布料器及可調(diào)爐喉（1）布料器

料車式高爐最大缺點是由于斜橋在高爐一側(cè)，爐料在小料斗中產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，大塊料集中在料車對面，小塊料集中在料車方向，堆尖也在這邊，這個偏析若不采取措施，將會在大料斗和料面繼續(xù)存在，這個問題可用布料器來解決。高爐上采用的布料器多為三種：馬基式布料器快速布料器空轉(zhuǎn)定點布料器第130頁/共230頁①馬基式旋轉(zhuǎn)布料器

布料器由小料斗改造而成，小料斗分內(nèi)外兩層，旋轉(zhuǎn)部分包括小料斗和小料鐘，在小料斗中受料后，布料器旋轉(zhuǎn)角度每批料增加60°，即0°，60°……300°，進行六點式布料。存在的問題：I、每次旋轉(zhuǎn)時，小斗，小鐘均要動，而且還是帶料轉(zhuǎn)，動力消耗大。II、小斗的內(nèi)外環(huán)之間，小鐘桿和大鐘桿之間必須注意密封。

第131頁/共230頁②快速布料器

在上斗上加旋轉(zhuǎn)漏斗構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)漏斗轉(zhuǎn)，小斗不動，料車卸料時，料通過正在快速旋轉(zhuǎn)的料斗，使爐料在小鐘上分布均勻，消除偏析。它不存在密封問題，且動力消耗少。

存在問題：是利用離心力來控制漏料，但離心力不好控制，漏料速度難以控制。第132頁/共230頁③空轉(zhuǎn)定點布料

其結(jié)構(gòu)與快速布料器相同，但工作原理不同，它是下料口轉(zhuǎn)到哪里，再在哪里下料（不帶料旋轉(zhuǎn)）。優(yōu)點：下料準確，空轉(zhuǎn)、動力消耗少布料器基本解決了爐料偏析問題第133頁/共230頁（2）可調(diào)爐喉解決爐料難以布到爐喉中心的問題結(jié)構(gòu)：如寶鋼：24組爐喉導料板存在問題：要求各組導料板同步運行比較困難第134頁/共230頁3、高壓操作設備包括：密封設備均壓放散裝置

有鐘爐頂，由于密封面積大，爐料磨損密封件，所以密封效果不好，壽命短，隨P頂上升，大鐘上下表面承受壓力大，開啟困難，大鐘壽命短。（1.5~2y）因而隨著Vu上升，鐘式爐頂越發(fā)顯出其缺陷。

第135頁/共230頁

§3無鐘爐頂1970年，盧森堡PW公司開發(fā)研究的無鐘爐頂是裝料設備上突破性的革命。一、結(jié)構(gòu)1、并罐式無鐘爐頂?shù)?36頁/共230頁2、串罐式無鐘爐頂1－上料皮帶；2－擋料板；3－旋轉(zhuǎn)料罐；4－下料罐；5－上密封閥；6－導料器；7－大齒輪；8－閘閥；9－節(jié)流閥；10－下密封閥；11－波紋管；13－旋轉(zhuǎn)溜槽第137頁/共230頁1、料罐：2個功能：儲料，密封（上密、下密）。料罐大小，按料批中體積最大的（焦批）來算。如武鋼5#BF，焦批：27噸，則V=27/0.5k；K：體積系數(shù)

2、節(jié)流閥：功能：調(diào)節(jié)料流大小。并罐：八角形節(jié)流閥串罐：光圈式直徑隨形狀增加，中心與爐子中心一致。3、中心喉管其直徑應與節(jié)流閥，下密封閥內(nèi)徑相適應。直徑太大：對料沒有結(jié)束作用，會使料面高低不一，布料不均。直徑太?。郝┝蠒r間太長，影響裝料能力，且可有卡料第138頁/共230頁

4、溜槽

功能：布料兩種運動方式：

1）傾動，在一定范圍內(nèi)。

（如武鋼5#BF，工作傾角與高爐中心線夾角2~53°）

2）旋轉(zhuǎn)（多環(huán)）兩個功能結(jié)合，能實現(xiàn)各種布料方式：定點，扇形，螺旋、多環(huán)溜槽的長度L：

L/R=0.8~0.9R：爐喉半徑第139頁/共230頁5、氣密箱

氣密箱是溜槽旋轉(zhuǎn)的傳動裝置，為了防止煤氣阻塞及高溫，采用氮氣密封，軟水冷卻二、無鐘爐頂（相對鐘式爐頂）的特點1、以溜槽代鐘布料，布料方式靈活，布料合理。2、以閥代鐘密封（以小面積代替大面積密封）密封效果好。3、造價低，資金回收快（約2年），維修量少，工作可靠，實際生產(chǎn)日期長。第140頁/共230頁三、并罐與串罐的比較1、并罐的最大缺陷就是存在料的偏析。（并罐由于卸料口遠離高爐中心線，料流流經(jīng)中心喉管時，明顯偏向卸料罐所在位置的對面，導致其粒度和重量在高爐圓周上分布不均，呈橢圓型）2、并罐的稱量的準確度沒有串罐的高。（并罐的二個罐是支撐在一個支梁架上，相互影響）3、串罐所用的料流閥（光圈式）布料性能好。4、串罐的上罐可以旋轉(zhuǎn)，使爐料的堆尖成一圓環(huán)，以減少粘度偏析。5、串罐的缺點就是高度高，料的落差大。第141頁/共230頁6、并罐優(yōu)點是高度比串罐低，且一個出事故，另一個罐可以維持工作。經(jīng)過以上比較，現(xiàn)在大高爐多采用串罐式無鐘布料四、工作流程1、并罐流程：受料斗→料罐→節(jié)流閥→叉型漏斗→中心喉管→溜槽→爐內(nèi)2、串罐流程：受料斗→上罐→下罐→節(jié)流閥→中心喉管→溜槽→爐內(nèi)第142頁/共230頁

§4探料設備

探料設備是探測料面深度（料線），以確定爐料下降速度以及控制下料一、料線無鐘：溜槽垂直位置下端距料面高度。鐘式：大鐘開啟位置下沿距料面高度二、探料設備探料設備有很多種，以下介紹兩種最常用的。1、探料尺（2根，也有3根）是一種直接測量的方式探頭（重錘）→鏈條→鏈輪特點：設備簡單，運行方便，直接，但只能測點第143頁/共230頁2、紅外熱圖像儀（間接法）如武鋼5#BF，引進瑞士的紅外熱圖像儀工作原理：爐料溫度不同，其放射的紅外線所對應顏色亦不同，將紅外熱圖像儀攝取高爐爐頂料面，溫度分布不同所放射的紅外線，再將其變換為相應的溫度信號，進而可以知道整個料面分布情況第144頁/共230頁

第六章高爐送風系統(tǒng)風：高爐冶煉的物質(zhì)基礎高爐行程的運動基礎送風系統(tǒng)流程：2003年我國平均風溫：1078℃

各廠相差較遠，低：800~900℃

高：1200~1300℃（如寶鋼）第145頁/共230頁§1高爐用風機風機的能力：風量：設計時根據(jù)物料平衡計算

風壓：根據(jù)爐料組成、風管布置、熱風爐結(jié)構(gòu)等決定一高爐對鼓風機的要求：

1要有足夠的風量高爐所需風量大小，不僅與爐容成正比，還需適應高爐冶煉進一步強化的需要。

風量計算:V=Vo(1+k)+V’式中，Vo：高爐入爐風量；K：管路漏風損失系數(shù)（10～15％）；V’：熱風爐換爐充風量（8～10％）第146頁/共230頁

2要有足夠的風壓：高爐所需風壓，應滿足高爐爐頂壓力、爐內(nèi)料柱阻損和送風系統(tǒng)阻損的要求。即：P=P頂+△P料柱+△P管道

P料柱取決于爐料結(jié)構(gòu)和Vu

P管道取決于管道的布置和管道大小3有一定的調(diào)節(jié)范圍：

高爐冶煉過程由于各種因素的影響，要求風量和風壓能在一定范圍內(nèi)變動，即要求風機能力有一定的調(diào)節(jié)范圍。第147頁/共230頁二、高爐用鼓風機

現(xiàn)代大中型高爐所用的鼓風機，多是離心式和軸流式的，這兩種鼓風機就其工作原理看都屬于透平式，都是使氣體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，并將此轉(zhuǎn)動能量轉(zhuǎn)換為壓力而送氣的。第148頁/共230頁工作原理：利用裝有許多葉片的工作輪高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力來擠壓空氣，以達到一定的風量和風壓的，一般說來風機的風量與轉(zhuǎn)速成正比，風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比

1、風機類型（1）離心式鼓風機第149頁/共230頁

（2）軸流式風機隨著Vu的增大，需要風量的增多，離心式鼓風機由于體積大，制造運輸困難，消耗功率多等缺點逐漸被軸流式風機所代替。氣體在軸流式風機中被葉片螺旋推進沿軸向流動，由于葉片與氣體的相互作用，葉片對氣體做功，氣體獲得能量。第150頁/共230頁§2蓄熱式熱風爐前言：自1859年考貝式熱風爐問世以來，高爐生產(chǎn)使用熱風爐操作已有一百多年的歷史。高風溫已越來越成為降低焦比、提高產(chǎn)量、強化冶煉的重要手段。特別是提高噴煤量以來，這個手段的重要性越來越明顯。熱風爐的工作式間歇式的，一個周期分為兩個階段：第151頁/共230頁一熱風爐分類（按燃燒裝置所在位置分）

內(nèi)燃式：燃燒室和蓄熱室在一個外殼內(nèi)－考貝式－改造型（霍戈文式）

外燃式：將燃燒室獨立出來－科泊式－地得式－馬琴式－新日鐵式

頂燃式：燃燒室在蓄熱式的頂部我國用得最多的是內(nèi)燃式熱風爐（2001年68.71％）第152頁/共230頁二內(nèi)燃式熱風爐的結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)工作原理：燃燒室和蓄熱室砌在同一爐殼內(nèi)，之間用隔墻隔開。煤氣和空氣由管道經(jīng)閥門送入燃燒器并在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒的熱煙氣向上運動經(jīng)過拱頂時改變方向，再向下穿過蓄熱室，然后進入大煙道，經(jīng)煙囪排入大氣。在熱煙氣穿過蓄熱室時，將蓄熱室內(nèi)的格子磚加熱。格子磚被加熱并蓄存一定熱量后，熱風爐停止燃燒，轉(zhuǎn)入送風。送風時冷風從下部冷風管道經(jīng)冷風閥進入蓄熱室，空氣通過格子磚時被加熱，經(jīng)拱頂進入燃燒室，再經(jīng)熱風出口、熱風閥、熱風總管送至高爐。第153頁/共230頁⑴燃燒室

是煤氣和助燃空氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣的地方①燃燒室的形狀（利于氣流分布并結(jié)構(gòu)穩(wěn)定）

三種主要形狀：②燃燒室大小

保證燃燒室內(nèi)氣體流速：V=Q/A燃第154頁/共230頁（2）燃燒器金屬套筒燃燒器：V：3~3.5m/s

陶瓷燃燒器：V：6~7m∕s①金屬套筒燃燒器

助燃空氣和煤氣兩股流平行，混合效果不好，混合距離長，火焰長，燃燒室高度高，且氣流沖刷隔墻，隔墻溫差大，隔墻掉磚，短路，難以達到高風溫。

隨著對風溫水平的要求越來越高，目前大中型高爐多采用陶瓷燃燒器第155頁/共230頁②陶瓷燃燒器陶瓷燃燒器是針對金屬目的不足而設計的，它由耐火磚砌成，其軸向與燃燒室一致。結(jié)構(gòu)：第156頁/共230頁特點：a、空氣分布帽細分流股細分空氣流股與煤氣大流股呈25~30度交叉混合。在這種燃燒器中，空氣環(huán)流速度大，煤氣流速低，它們的混合是利用其流股的交角和速度差，特別是利用粗流細割后的細小空氣流股對煤氣流的交叉穿透，強化了空氣和煤氣的混合。b、燃燒室高度降低c、燃燒廢氣垂直向上不轉(zhuǎn)彎，對隔墻的沖刷和破壞作用大大降低。寶鋼1#BF：三孔陶瓷燃燒器，其最高風溫達1350度第157頁/共230頁（3）蓄熱室（核心）

蓄熱室是由格子磚砌成的耐火材料空間。熱風爐多采用五孔或七孔格磚，特別是目前為加大傳熱多采用七孔格磚第158頁/共230頁①格子磚的性能參數(shù)a、加熱面積δ(m2/m3格磚)1m2格磚具有的加熱面積，表示傳熱能力的參數(shù)，δ越大，傳熱越好：24~40b、活面積Φ

（m2/m2格磚）

1m2格磚橫截面中格孔所占的通道面積：0.3~0.45c、當量厚度d當（m/m2格磚）單位加熱面積具有的格磚厚度，表示格磚儲熱能力的參數(shù)第159頁/共230頁②格磚的選擇要求：

a要有較大的受熱面（以加大傳熱）

b要有足夠的當量厚度（保證儲熱能力使周期溫降不要太大）

c盡可能的引起氣流的擾動，提高傳熱效率

d有較好的建筑穩(wěn)定性

e抗高溫，抗渣性能好③蓄熱室材質(zhì)選擇（依據(jù)溫度分布不同）

部位溫度材質(zhì)

上部1300~1400℃硅磚（SiO2>90%）中部~1000℃高鋁磚下部<800℃粘土磚第160頁/共230頁⑷拱頂

①環(huán)境：連接燃燒室和蓄熱室的通道，所處溫度是熱風爐最高溫度區(qū)（t頂=t風+150~200℃），且是一個熱震區(qū)②材質(zhì)：這部分材質(zhì)要求較高，關鍵是熱穩(wěn)定性好，多采用硅磚③結(jié)構(gòu)形式：過去：半球形結(jié)構(gòu)缺陷：水平側(cè)壓力大，拱頂磚直接座在熱風爐大墻上，不穩(wěn)定，隨著大墻的熱脹冷縮而變化，易開裂?，F(xiàn)在：懸鏈形拱頂?shù)?61頁/共230頁⑸爐篦子和支柱

作用：支撐格子磚，并將荷重傳給爐底。

材質(zhì)：耐熱鑄鐵(工作溫度：T<500℃)

要求：爐篦子和支柱的結(jié)構(gòu)、數(shù)目應與格磚配合適應，以免堵塞磚孔。第162頁/共230頁2、內(nèi)燃式熱風爐結(jié)構(gòu)衡量指標（1）主要尺寸：H全、D外

其數(shù)據(jù)決定于Vu，I和t風。

H全：最高~60m；D外：4~10m,超過10m用外然

H全/D外＝4~6目前，該值有增大的趨勢，因為熱風爐越高，熱量分布越好，熱傳遞效果好。（2）加熱能力熱風爐的加熱能力可用每m3

高爐有效容積所具有的蓄熱面積表示，一般70~90m2/m3Vueg：武鋼5#BF：A蓄＝86m2/m3第163頁/共230頁三改造型內(nèi)燃式熱風爐（Hoogovens）

考貝式內(nèi)燃式熱風爐由于結(jié)構(gòu)上的一些原因，特別是隔墻易開裂形成短路，難以達高風溫的要求。而新建外燃式熱風爐則占地多，投資多。因而，在原內(nèi)燃式熱風爐基礎上進行改造，是獲得高風溫的一個很好的途徑。我國大多數(shù)鋼廠都走這個途徑。第164頁/共230頁特點：

①采用懸鏈式拱頂懸鏈式是一種非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，增加了拱頂?shù)姆€(wěn)定性。②拱頂與大墻分離拱頂不座在大墻上，而是通過托圈座在爐殼上，避免了大墻體積變化，引起拱頂不穩(wěn)定。第165頁/共230頁③大量采用相互獨立的砌體結(jié)構(gòu)，留有膨脹縫避免了由于溫度不同使砌體產(chǎn)生的的內(nèi)應力而造成砌體破壞（隔墻）④大量采用組合磚以提高砌體的穩(wěn)定性和整體性。（拱頂）⑤在隔墻下部兩層磚之間夾一塊鋼板和耐材填料，降低Δt，防止短路。⑥從矩形陶瓷燃燒器代替金屬套筒燃燒器，改善燃燒。另外，在耐火材料的選樣上，格磚的結(jié)構(gòu)上也作了一些改進。

武鋼通過這樣的改革，使T頂達到1350℃第166頁/共230頁四外燃式熱風爐

外燃式熱風爐一個主要的優(yōu)點就是將蓄熱室和燃燒室完全分開，避免了內(nèi)燃式隔墻短路的問題。寶鋼、鞍鋼(11座)、本鋼部分使用的是外燃式熱風爐。外燃式的特點：①結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（兩室分開，且有波紋管相連可以單獨脹縮）②燃燒室及拱頂結(jié)構(gòu)形式有利于煙氣分布，T風高。③占地多，投資多。第167頁/共230頁五頂燃式熱風爐

1979年，首鋼1327m3BF使用，目前首鋼2536m3BF。特點：①蓄熱室面積大，氣流分布均勻，可獲得高風溫②消除了內(nèi)燃式熱風爐隔墻開裂的問題③燃燒器裝在拱頂，整個結(jié)構(gòu)簡練合理，投資少

但較小的燃燒空間無法保證大量煤氣的充分燃燒，所以限制了其在大高爐上的應用第168頁/共230頁球式熱風爐為頂燃式熱風爐的一種，其特點是將蓄熱格子磚替換為耐火材料球由于球之間對流換熱改善,能降低拱頂溫度與熱風溫度之間的溫差（100～120℃）也就是說在相同煤氣熱值條件下,球式熱風爐比格子磚熱風爐可提高40～50℃風溫。第169頁/共230頁§3送風系統(tǒng)的管道和閥門

要求了解：鼓風機高爐經(jīng)過了哪些管道，哪些閥門，結(jié)構(gòu)如何熱風爐換爐操作順序。第170頁/共230頁§4、熱風爐煙道廢氣余熱利用

t廢氣：300℃~450℃預熱助燃空氣和煤氣是提高Ｔ風的有效措施之一：△t助增加１００℃，則t風增加約７０℃因此，人們開發(fā)出很多利用廢氣預熱助燃空氣和煤氣的裝置。第171頁/共230頁一、熱管換熱器工作原理：工質(zhì)（水或?qū)嵊停┦軣崞?，在上部冷凝放出汽化熱，加熱助燃空氣或煤氣．這種換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、能耗少的優(yōu)點，在煉鐵生產(chǎn)中得到廣泛的應用。第172頁/共230頁二熱煤式換熱器工作原理：是利用廢氣溫度加熱熱煤后，用輸運泵將熱煤沿管道輸送去加熱助燃空氣和煤氣（熱煤在管內(nèi)，氣體在管外，熱煤沒發(fā)生相變）。工質(zhì)多用導熱油。第173頁/共230頁三熱輪式換熱器屬氣－氣式周期性吸熱、放熱的蓄熱性換熱器（其周期與熱風爐周期一致）。當煙氣通過轉(zhuǎn)子時，煙氣通道側(cè)蓄熱板吸收了煙氣的熱能，隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，被加熱了的蓄熱板轉(zhuǎn)到與煙氣分隔的助燃空氣通道側(cè)，常溫空氣逆向通過時，蓄熱板將所蓄熱量傳給空氣，加熱空氣。第174頁/共230頁四板式換熱器

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