高炉本体(2) 高炉本体包括髙炉基础、钢结构、炉村、冷却装置,以及髙炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积 有)表示;高炉有效容积和座数表明髙炉车间的规模,髙炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代 高炉有效容积向大型化发展。目前,世界大型髙炉有效容积已达到5σ00mˆ3级,而炉型设计则向着大型横向发 展,H有/D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以及是否先进合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条 件,也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。髙炉炉衬用耐火材料,已由单-的陶瓷质耐火材料,普遍地 过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构,也有采用髙纯度A2O3的刚玉砖和碳化硅砖;髙炉冷却设备器件结构 亦在不断改进,软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于炉体综合设计水平的提高,强化高炉炉龄已 可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间设计首先要解决的关键所在,必须慎重对待。 5.1高炉炉型 高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状称为髙炉炉型或称髙炉内型。髙炉问世二百多年来,随着人们对 产量的要求和原料燃料条件的改善,以及鼓风能力的提高,高炉炉型也在不断地演变和发展。 高炉冾炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程,因此必须提供燃料燃烧所必须的空 间,提供髙温煤气流与炉料进行传热传质的空间。炉型要适应原料然料条件,保证冶炼过程的顺行。 5.1.1炉型的发展过程 图5-所示原始形高炉炉型,由于当时工业不发达,高炉冶炼以人力、蓄力、风力、水力鼓风,鼓风能力很 弱,为了保证整个炉缸载面获得高温,炉缸直径很小;冶炼以木炭或无烟煤为燃料,机械强度很低,为了避免 在髙炉下部压碎而影响料柱透气性,故原始髙炉髙度很小;为了人力装料方便并能够将炉料装到炉喉中心,炉 喉直径也很小,而大的炉腰直径减小了烟气外流速度,延长了烟气在炉内停留时间,起到切住炉内热量的作
高炉本体（2） 高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉村、冷却装置，以及高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积 （V有）表示；高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模，高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代 高炉有效容积向大型化发展。目前，世界大型高炉有效容积已达到5000m3级，而炉型设计则向着大型横向发 展，H有／D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以及是否先进合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条 件，也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料，已由单一的陶瓷质耐火材料，普遍地 过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构，也有采用高纯度Al2O3的刚玉砖和碳化硅砖；高炉冷却设备器件结构 亦在不断改进，软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于炉体综合设计水平的提高，强化高炉炉龄已 可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间设计首先要解决的关键所在，必须慎重对待。 5.1高炉炉型 高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或称高炉内型。高炉问世二百多年来，随着人们对 产量的要求和原料燃料条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。 高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程，因此必须提供燃料燃烧所必须的空 间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。炉型要适应原料燃料条件，保证冶炼过程的顺行。 5.1.1炉型的发展过程 图5－l所示原始形高炉炉型，由于当时工业不发达，高炉冶炼以人力、蓄力、风力、水力鼓风，鼓风能力很 弱，为了保证整个炉缸载面获得高温，炉缸直径很小；冶炼以木炭或无烟煤为燃料，机械强度很低，为了避免 在高炉下部压 碎而影响料柱透气性，故原始高炉高度很小；为了人力装料方便并能够将炉料装到炉喉中心，炉 喉直径也很小，而大的炉腰直径减小了烟气外流速度，延长了烟气在炉内停留时间，起到切住炉内热量的作
用。因此,炉缸和炉喉直径小,炉身下部炉腹直径大,髙度小等等,是各国原始髙炉炉型的共同特点。 图5-1應始西炉型 1-中国2一习:l-英国 到 pL6300 2"222 g"24 26 图、-2近代炉妒型(1:50) 州高炉,v1000m5,H和/-3.06512一本钢高加,y42000n3,H/D-268 本南岛,v5:50m3,H“D=19 19世纪末叶,由于蒸汽鼓风机和焦炭的使用,炉顶装料装置逐步实现机械化,高炉内型趋向于扩大炉缸炉 喉直径,并向髙度方向发展,逐渐形成近代五段式高炉炉型。最初的五段式炉型,由于受德国的L.格留汉尔思 想的影响,基本上是瘦长型;德国、美国髙炉有段时间炉型都是瘦长型,由于冶炼效果并木理想,相对髙度又 逐渐有所降低 近代高炉,由于鼓风机能力进一步提髙,原料燃料处理更加精细,高炉炉型向着“大型横向”发展 50年代美国、英国大型高炉有效容积为1200m’以下,有效高度(H有)与炉腰直径(D)之比均3·2 36;到1981年全世界超过4000m3高炉已有20余座,它们的有效高度与炉腰直径之比为1.92~2.2。近代 高炉炉型见图3-2 51.2五段式高炉炉型 五段式高炉炉型见图5-3 (1)高炉有效容积和有效高度。高炉大钟下降位置的下线到铁口中心线间的距离称为髙炉有效髙度(H 有),对于无钟炉顶为流槽最低位置的下线到铁口中心线之间距离;在有效高度范围内,炉型所包括的空间称 为高炉有效容积(u)。我国曾对炉容做过系列设计,并习惯地规定,√u<100m3为小型高炉,u-255~ 620m3为中型高炉,Ⅶu>620m3为大型高炉,所以把高炉分为大、中、小型是因为每种类型炉容,在设计上
用。因此，炉缸和炉喉直径小，炉身下部炉腹直径大，高度小等等，是各国原始高炉炉型的共同特点。 19世纪末叶，由于蒸汽鼓风机和焦炭的使用，炉顶装料装置逐步实现机械化，高炉内型趋向于扩大炉缸炉 喉直径，并向高度方向发展，逐渐形成近代五段式高炉炉型。最初的五段式炉型，由于受德国的L．格留汉尔思 想的影响，基本上是瘦长型；德国、美国高炉有段时间炉型都是瘦长型，由于冶炼效果并木理想，相对高度又 逐渐有所降低。 近代高炉，由于鼓风机能力进一步提高，原料燃料处理更加精细，高炉炉型向着“大型横向”发展。 50年代美国、英国大型高炉有效容积为12O0m’以下，有效高度（H有）与炉腰直径（D）之比均 3·2～ 3· 6；到 1981年全世界超过4000m3高炉已有20余座，它们的有效高度与炉腰直径之比为1．92～2．2。近代 高炉炉型见图3－2。 5.1.2五段式高炉炉型 五段式高炉炉型见图5－3 （1）高炉有效容积和有效高度。高炉大钟下降位置的下线到铁口中心线间的距离称为高炉有效高度（H 有），对于无钟炉顶为流槽最低位置的下线到铁口中心线之间距离；在有效高度范围内，炉型所包括的空间称 为高炉有效容积（Vu）。我国曾对炉容做过系列设计，并习惯地规定，Vu＜100m3为小型高炉，Vu一255～ 620m3为中型高炉，Vu＞620m3为大型高炉，所以把高炉分为大、中、小型是因为每种类型炉容，在设计上
其某些参数的选取有共同之处。近代的vu>4000m3的高炉可谓巨型高炉了,其设计参数的选取与一般大型高 炉亦有差别 髙炉的有效髙度,对高炉內煤气与炉料之间传热传质过程亦有重大影响,增加有效高度,在相同的炉容和冶 炼强度的条件下,煤气流速和与炉料接触机会增加,有利于改善传热传质过程,有利于降低燃料消耗量;但过 分增加有效高度,料柱有效重量并不成比例增加,但对煤气的阻力却成比例增加,容易形成料拱,对炉料下降 不利,甚至破坏髙炉顺行。髙炉有效髙度应适应原料然料条件,诸如原料燃料强度、粒度及其均匀性等。冶炼 实践得到,高炉有效高度与有效容积有一定关系,但不是直线关系,当有效容积增加到一定值后,有效高度的 增加已不显著,统计得到图5-4所示曲线。 风口中心线 铁口中心线 图5-3我国高炉内型尺寸的表示方法 H-全高,mm;H一有效高度,mm;h-炉顶法兰盘至大钟下降位置的底面高度,mm h-炉喉高度,mmh4-炉身高度,mm;hs-炉腰高度,mmh2-炉腹高度,mm:h1-炉缸高 度,mm;h-死铁层高度,mm;h-铁口中心线至风口中心线的高度,mmth一铁口中心线至 渣口中心线的高度,mm;d-大钟直径,mmd1-炉喉直径,mmd-炉缸直径,mm;D-炉腰 直径,mmpa-炉腹角:一妒身角 F×1000m3 图5-4V与H关系 炉腰直径(D)与有效高度(H)之比(Hu/D)是表示高炉“矮胖”或“细长”的一个重要设计指标,在 我国大型高炉Hu/D=2.5~3.1,中型高炉为29~3.5小型高炉为3.7~4.5,随着有效容积的增加,这一比值在逐 渐降低,上海宝钢1号高炉有效容积4063m3,Hu/D=2.19,日本福山高炉有效容积4617m3,Hu/D=1.92
其某些参数的选取有共同之处。近代的Vu＞4000m3的高炉可谓巨型高炉了，其设计参数的选取与一般大型高 炉亦有差别。 高炉的有效高度，对高炉内煤气与炉料之间传热传质过程亦有重大影响，增加有效高度，在相同的炉容和冶 炼强度的条件下，煤气流速和与炉料接触机会增加，有利于改善传热传质过程，有利于降低燃料消耗量；但过 分增加有效高度，料柱有效重量并不成比例增加，但对煤气的阻力却成比例增加，容易形成料拱，对炉料下降 不利，甚至破坏高炉顺行。高炉有效高度应适应原料燃料条件，诸如原料燃料强度、粒度及其均匀性等。冶炼 实践得到，高炉有效高度与有效容积有一定关系，但不是直线关系，当有效容积增加到一定值后，有效高度的 增加已不显著，统计得到图5-4所示曲线。 炉腰直径（D）与有效高度（H）之比（Hu/D）是表示高炉“矮胖”或“细长”的一个重要设计指标，在 我国大型高炉Hu/D=2.5~3.1，中型高炉为2.9~3.5小型高炉为3.7~4.5，随着有效容积的增加，这一比值在逐 渐降低，上海宝钢1号高炉有效容积4063m3, Hu/D=2.19,日本福山高炉有效容积4617 m3 ，Hu/D=1.92
(2)炉缸。高炉炉型下部囻筒部分为炉缸,炉缸的上、中、下部位分别装有风口、渣口、铁口。炉缸下部 容积盛装液态渣铁,上部空间为风口的燃烧带。炉缸直径(d),截面积(A)应能保证一定数量的焦炭和喷吹 燃料的然烧,炉缸界面燃烧强度(t/m2h)是髙炉冶炼一个重要标志。燃料的燃烧强度,我囯强化髙炉曾达到 过1.5t/(mh),目前为1.0~1.25t/(mzh),国外高炉一般为1.0t/(m2h)左右 炉缸高度的确定,包括渣口高度(hz),风口高度(hf)的确定,以及风口安装尺寸(a)的确定。 铁口位于炉缸下水平面,铁口的数量依炉容或产量而定,一般u1000m3以下的高炉设置一个铁口 vu1500~3000m3,设置2~3个铁口;3000m3以下的高炉设置3~4个铁口;或以每个铁口日出铁量 1500~3000t设置铁口数量。原则上说,出铁口数量去上限,有利于高炉冶炼的强度。 渣口与铁口中心线的距离称为渣口高度(hz),它取决于原料条件,即渣量的大小。渣口过高,下渣量增 加,对维护铁口不利;渣口过低,渣中易带铁,而易损坏渣口;大、中形高炉渣口高度多为1.5~1.7 渣口高度的确定,还可以参展下式计算: b 4IP Ny. A Nrd (5-2) AhP GP h 127 NETo 式中h铁——两次出铁口之间,铁水面最大高度,m P——生铁产量,t; b—生铁产量波动系数,一般取值1.2; N—昼夜出铁次数; 铁水密度,可取值71m3 α——渣口以下炉缸容积利用系数,一般为0.55~0.6,炉容大,渣量大取低值 A——炉缸截面积,m3 d—炉缸直径,m。 小型高炉设置一个渣口,大中型高炉设置两个渣口,一般两个渣口高度差为100~200mm,也有设在一个 水平面上的。渣口直径一般为50~%60mm。当代巨型高炉设置多个铁口,而不设渣口;例如宝钢4063m3高 炉,设置4个铁口,交替连续出铁而不设置渣口
（2）炉缸。高炉炉型下部圆筒部分为炉缸，炉缸的上、中、下部位分别装有风口、渣口、铁口。炉缸下部 容积盛装液态渣铁，上部空间为风口的燃烧带。炉缸直径（d），截面积（A）应能保证一定数量的焦炭和喷吹 燃料的燃烧，炉缸界面燃烧强度（t/m2h）是高炉冶炼一个重要标志。燃料的燃烧强度，我国强化高炉曾达到 过1.5 t/（m2h）,目前为1.0~1.25 t/（m2h），国外高炉一般为1.0 t/（m2h）左右 炉缸高度的确定，包括渣口高度（hz），风口高度（hf）的确定，以及风口安装尺寸（a）的确定。 铁口位于炉缸下水平面，铁口的数量依炉容或产量而定，一般Vu1000m3以下的高炉设置一个铁口； Vu1500~3000 m3，设置2~3个铁口；3000 m3以下的高炉设置3~4个铁口；或以每个铁口日出铁量 1500~3000t设置铁口数量。原则上说，出铁口数量去上限，有利于高炉冶炼的强度。 渣口与铁口中心线的距离称为渣口高度（hz），它取决于原料条件，即渣量的大小。渣口过高，下渣量增 加，对维护铁口不利；渣口过低，渣中易带铁，而易损坏渣口；大、中形高炉渣口高度多为1.5~1.7. 渣口高度的确定，还可以参展下式计算： (5 — 1) （5 — 2） (5 — 3) 式中 h铁——两次出铁口之间，铁水面最大高度，m； P——生铁产量，t； b——生铁产量波动系数，一般取值1.2； N——昼夜出铁次数； ——铁水密度，可取值7.1t/m3 c——渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.55~0.6，炉容大，渣量大取低值； A——炉缸截面积，m3 d——炉缸直径，m。 小型高炉设置一个渣口，大中型高炉设置两个渣口，一般两个渣口高度差为100～200mm，也有设在一个 水平面上的。渣口直径一般为 。当代巨型高炉设置多个铁口，而不设渣口；例如宝钢 4063m3高 炉，设置 4个铁口，交替连续出铁而不设置渣口
铁口与风口中心线间的距离为风口高度(hf),风口与渣口的高度差应能保障容纳上渣量和一定的燃烧空 间。 h 式中k——渣口高度与风口高度之比,一般k=0.5~0.6,渣量大取低值; 风口数目(n)主要取决于炉容大小,与炉缸直径成正比,还与预定的冶炼强度有关。风口数目多有利于减 小风口间的“死料区”,改善煤气分布。确定风口数目有以下公式可供参考 中小型高炉 n=2d+1 (5-5) 大型高炉: n=2(d+2) 4000m3左右巨型高炉: (5-7) 式中d—炉缸直径, 风口数目亦可以用风口中心线在炉缸圆周上的距离s(m)计算 x取值于1.1~1.5之间,我国高炉设计曾经是小高炉取下限,大高炉取上限;日本设计的Vu4000m3以上巨 型高炉,s取值1.1m3。s值取下限,增加风口数目,有利于髙炉冶炼的强化。确定风口数目还应考虑到风口直 径与入炉风速。风口数目一般取偶数。 表5-1列出国内外不同炉容风口数目与距离情况 日本日本日本前苏联标 圹容(m)通用设计本钢首钢包钢鞍钢|福山福山水岛准设计 255 334|1002120018002025 2004419 3363 2700 声直径 42003900720080809700100009800138001240011000 风口数量 18 (个) 风口距离1.32 1021.621.411.521.431.141.081.081.44 (m)
铁口与风口中心线间的距离为风口高度（hf），风口与渣口的高度差应能保障容纳上渣量和一定的燃烧空 间。 （5 — 4） 式中 k——渣口高度与风口高度之比，一般k=0．5～0．6，渣量大取低值； 风口数目（n）主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与预定的冶炼强度有关。风口数目多有利于减 小风口间的“死料区”，改善煤气分布。确定风口数目有以下公式可供参考； 中小型高炉： （5 — 5） 大型高炉： （5 — 6） 4000m3左右巨型高炉： （5 — 7） 式中 d —— 炉缸直径，m 风口数目亦可以用风口中心线在炉缸圆周上的距离s（m）计算： （5 — 8） 取值于1.1～1.5之间，我国高炉设计曾经是小高炉取下限，大高炉取上限；日本设计的Vu4000m3以上巨 型高炉，s取值1.1m3。s值取下限，增加风口数目，有利于高炉冶炼的强化。确定风口数目还应考虑到风口直 径与入炉风速。风口数目一般取偶数。 表5－1列出国内外不同炉容风口数目与距离情况