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绪论 高炉车间设计 高炉本体(1) 高炉本体(2) 高炉车间原料系统
高炉送风系统 高炉喷吹煤粉系统 高炉煤气处理系统 渣铁处理系统  

高炉本体(1)

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。

3.1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。

3.1.1炉型的发展过程

图3-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,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1200m’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。

3.1.2五段式高炉炉型

五段式高炉炉型见图3-3

(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。

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。