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1、目录前言11设计条件21.1主要技术经济指标21.2高炉容量及座数的确定22 高炉炉型设计42.1 高炉炉型选择42.2设计与计算52.3校核炉容:73 炉衬选择83.1 高炉炉基的形状及材质83.2 高炉炉底和各段炉衬的选择、设计和砌筑114冷却设备选择、风口及铁口设计144.1炉底冷却型式选择144.2高炉各部位冷却设备的选择144.3高炉供水量、水压的确定154.4风口数目及直径164.5风口平台、出铁场及铁口164.6炉壳及钢结构确定17结论20参考文献21致 谢22前言我国修建现代化高炉始于1891年，解放前期，铁的年产量只有25万吨，钢为15.8万吨。随着时代的变迁，新中国的炼铁工
2、业从以中小高炉占绝对主导地位起步，到20世纪50年代末大办钢铁时大兴“平地吹”土法烧结和土高炉盛行，再到20世纪8O年代中期300 立方米、620立方米、1000立方米高炉通用设计，走过了一条随着时代的变迁的道路。 目前，我国正在生产的高炉有三千三百多座。在21世纪，我国高炉炼铁将继续在结构调整中发展。高炉结构调整不能简单地概括为大型化，应该根据企业生产规模、资源条件来确定高炉炉容。从目前的我国实际状况看，高炉座数必须大大减少，平均炉容大型化是必然趋势。高炉大型化，有效容积从1000立方米以上乃至3000立方米以上超大型高炉。有利于提高劳动生产率、便于生产组织和管理，提高铁水质量，有利于减少热
3、量损失、降低能耗，减少污染点污染容易集中治理，有利于环保。所有这一切都有利于降低钢铁厂的生产成本，提高企业的市场竞争力。创造更大的经济效益及社会效益。一座年产350万吨炼钢铁水的高炉是较能适应唐山地区的原燃料条件和唐钢的工艺以及环境条件，并且在节能环保方面较小高炉有很大的优势，同时初期投资相对较小，对于唐山地区的许多钢铁厂都具有比较好的借鉴作用。因此，本设计为2520立方米高炉设计，设计结果结合实际生产，力求对实际生产具有比较好的指导作用。1设计条件1.1主要技术经济指标1.1.1高炉有效容积利用系数()高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量与高炉有效容积之比，即每昼夜1m有效容积的生铁产量。
4、可用下式表示： 式中 -高炉有效容积利用系数，吨铁/米3昼夜-高炉每昼夜的生铁产量，吨铁/昼夜-高炉有效容积，米3是高炉冶炼的一个重要指标，本设计 =2.0 。1.1.2焦比（）焦比即每昼夜焦炭消耗量与每昼夜生铁产量之比，即冶炼每吨生铁消耗焦炭量。可用下式表示： 式中 -高炉焦比，千克/吨铁-高炉每昼夜的生铁产量，吨铁/昼夜-高炉每昼夜消耗焦炭量，千克/昼夜焦比可根据设计采用的原燃料、风温、设备、操作等条件与实际生产情况进行全面分析比较和计算确定。当高炉采用喷吹燃料时，计算焦比必须考虑喷吹物的焦炭置换量。 本设计的焦比为330 。1.1.3煤比（）冶炼每吨生铁消耗的煤粉为煤比。本设计煤比为19
5、0 。1.1.4冶炼强度（）和燃烧强度（）高炉冶炼强度是每昼夜1有效容积燃烧的焦炭量,即高炉每昼夜焦炭消耗量与的比值,本设计 =0.95 。燃烧强度既每小时每炉缸截面积所燃烧的焦炭数量。本设计 =1.10 。1.2高炉容量及座数的确定高炉炼铁车间建设高炉的座数，既要考虑尽量增大高炉容积，又要考虑企业的煤气平衡和生铁量的均衡，所以一般根据车间规模，由两座或三座高炉组成即可。本设计选取高炉车间由两座相同容积（2520）的高炉组成。 由高炉炼铁车间生铁年产量除以年工作日，即得出高炉炼铁车间日产量（）:高炉炼铁车间日产量 根据高炉炼铁车间日产量和高炉有效容积利用系数可以计算出炼铁车间总容积（）:高炉炼
6、铁车间总容积 高炉有效容积利用系数一般直接选定。大高炉选低值（2.02.2左右），小高炉选高值（2.73.0左右）。如设计年产生铁350万吨的高炉车间确定年工作日: 36595%=347日产量: =10086.5确定高炉容积: 选定高炉座数为2座,利用系数 =2.0 每座高炉日产量 = =5043 每座高炉容积 = =2522 取 =2520 2 高炉炉型设计2.1 高炉炉型选择高炉炉型选择五段式矮胖型。见图1图1 2520m3高炉炉型图2.2设计与计算2.2.1炉缸尺寸:1) 炉缸直径 选定冶炼强度 =0.95 , 燃烧强度 =1.10 则 =10.73 取 =10.8 校核 =27.5 合
7、理 2) 炉缸高度 渣口高度 = =1.69 取 =1.7 风口高度 = =3.04 取 =3.0 风口数目 =2(+2)=2(10.8 +2)=25.6 取=26个风口结构尺寸 选取 =0.5则炉缸高度 = + =3.0+0.5=3.53）死铁层厚度:选取 = 1.5m 2.2.2炉腰直径,炉腹角,炉腹高度选取 =1.10则 =1.10=1.1010.8=11.88 取=11.9选取 =810则 = = =3.47 取=3.5校核 tan=6.36 =8104102.2.3炉喉直径,炉喉高度: 选取 =0.68 则 =0.68=0.6811.9=8.09 取 =8.1 选取 =2.02.2.
8、4炉身角,炉身高度,炉腰高度: 选取 =840 则 = =18.08 取h4=18校核 tan=9.47 =8305828选取 =2.50 则 =2.50=2.5011.9=29.75 取=29.8 求得: =-=29.8-3.5-3.5-18-2.0=2.82.3校核炉容: 炉缸体积 = = =320.47炉腹体积 = = =354.22炉腰体积 = = =311.26炉身体积 =1430炉喉体积 = =103高炉容积 = + =320.47+354.22+311.26+1430+103 =2518.96 误差 =0.12% 1%炉型设计合理,符合要求.3 炉衬选择3.1 高炉炉基的形状及材
9、质高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷均匀地传递到炉基。高炉基础由埋在地下的基座和地面上的基墩组成。3.1.1对高炉基础的要求 1) 高炉基础应把高炉全部载荷均匀地传给炉基，不发生沉陷和不均匀沉陷。高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形，管路破裂；不均匀下沉将引起高炉倾斜，破坏炉顶正常布料，严重时不能正常生产。高炉总体设计，对基础的下沉量和倾斜率都有严格要求。 2)具有一定的耐热能力。一般混凝土只能在150以下工作，250便有开裂，400时失去强度，钢筋混凝土700时失去强度。过去由于没有耐热混凝土基墩和风冷炉底设施，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至爆炸。采用风冷和水冷炉
10、底及耐火基墩后，可以保证高炉基础很好工作。3.1.2 高炉基础的形状、尺寸、材质结构高炉基础是由基墩和基座组成的。高炉基础的结构主要取决于地质条件和高炉的容积。高炉基础见图2图2 高炉基础基墩的作用是隔热和调节铁口标高。基墩用耐热混凝土作成。基墩的形状为圆柱体，直径尺寸与炉底相适应，并要求高度一般为2.53.0 ，本设计为3.0 。高炉基墩一般都浇注成整体结构，并在周围设置环行钢筋以保证其强度。基墩下部的炉壳外面设有密封钢环，上部与炉壳焊接，下部浇注在基座的混凝土内。钢环与炉壳之间留100150空隙，内填充碳素材料。基墩与基础之间留有10的水平温度缝，其间填充石英砂，以抵抗形变损坏。 基座的主
11、要作用是将上面传递来的载荷传递给地层。基座的底面积较大，以减小单位面积的地基所承受的压力。基座的直径与载荷和地基土质有关，基座用普通钢筋混凝土制成，其形状一般为正多边形，本设计选用正八边形，其对角线长为40。基座表面为带坡度的水泥沙浆层，以便于排出积水。地表面积按下式计算:其中： -总载荷， -安全系数， -地基土质允许承载能力。3.2 高炉炉底和各段炉衬的选择、设计和砌筑炉缸、炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件非常恶劣。炉缸、炉底是高炉重要部分，被侵蚀破坏程度是决定高炉大修的关键。3.2.1炉底 炉底承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。为了防止炭砖在烘
12、炉和开炉时被氧化,在炭砖表面应砌一层粘土砖保护层.为吸收砌体膨胀,砌体与周围冷却壁之间应留100150缝隙,缝隙内填满碳素捣打料,炉壳的圆锥体部分的缝隙应取较大值,以便碳捣操作,保证质量,同时防止砖衬膨胀产生对炉壳的推力,避免炉壳开裂而泄漏煤气. 本设计采用满铺炭砖炉底结构，它是提高炉衬寿命的一项新技术，且能提高铁水温度。炉底砖衬厚度为2800（砖层为7层）。 炭砖砌筑在水冷管的炭捣层上。砌筑时,先以出铁口中心线为基准线,向下逐层划出每层碳砖的十字形中心线,并标注标高.每列先从该列的中心块开始逐块砌筑.同一列相邻两块碳砖之间以斜接或垂直薄缝相接.每层炭砖砌筑,从中心开始,逐步砌筑其余各列,直至
13、砌到边缘为止.砌砖有厚缝和薄缝两种连接方式，薄缝连接时，各列砖砌缝不大于1.5 (本设计取1.5)，各列间的垂直缝和两层间的水平缝不大于2.5（本设计取2）。厚缝连接时，砖缝为3545 (本设计取40)，缝中以炭素料捣固。炉底水冷管的安装：安装在基墩耐热混凝土之上炉底碳捣层之中。目前，一般砌法是炭砖两端的短缝用薄缝相接；两侧的长缝用厚缝相接。也有两端短缝用厚缝而两侧长缝用薄缝相接的，这种砌法可减少厚缝的炭捣工作量。3.2.2炉缸炉缸工作条件与炉底相似，而且装有铁口、风口。每天有大量的铁水流过铁口 ，开堵铁口有剧烈的温度波动和机械振动。风口前边是燃烧带，为高炉内温度最高的区域。为此炉缸用碳砖砌筑
14、，风口、渣口及铁口处采用异形炭砖砌筑，碳砖砌筑为薄缝（1.5），上下层碳砖砖缝均砌在中间。炉缸炭砖砌筑以薄缝相连，上下层炭砖的砖缝均砌筑在中间。风口、渣口和铁口采用异型炭砖砌筑。砌体与冷却壁之间留有100150缝隙，本设计为150 ，其中填以炭质填料。第一层环砌炭砖最好能盖上三块半炉底满铺的炭砖，因此其长度一般大于（400+40）3.51540 。（本设计取1760）3.2.3炉腹 炉腹位于风口之上，此部位受强烈的热应力作用，不仅炉衬内表面温度高，而且由温度波动引起的热冲击、破坏力很大；同时还承受由上部落入炉缸的渣铁水和高速向上运动的高温煤气的冲刷、化学侵蚀及氧化作用，再加上炉料的压力和摩擦力
15、及崩料时的巨大冲击力。开炉后炉腹部位的砌砖很快被侵蚀掉，靠渣皮工作，一般 砌一层厚345高铝砖，倾斜部分按每三层砖错台一次砌筑。砌砖砖缝应不大于1（本设计取1），上下层砖缝和环缝均应错开。3.2.4炉腰 炉腰紧靠炉腹，侵蚀作用也相似。本设计采用过渡式炉腰结构，该部位砌筑一层345厚的高铝砖，砌砖紧靠冷却壁，砌砖砖缝应不大于1（本设计取1），上下层砖缝和环缝均应错开。3.2.5炉身 炉身砌砖厚度通常为690805，目前趋于向薄的方向发展，本设计的炉衬厚度采用575，即230高铝砖+345高铝砖=575。炉身倾斜部位按3层砖错台一次砌筑。砌砖紧靠冷却壁，缝隙用炭质填料填充。3.2.6炉喉本设计采用
16、长条式炉喉钢砖，其优点是生产中不易变形、脱落，且结构稳定，拆装方便。炉喉有几十块保护板，在炉喉的刚壳上装有吊挂座，座下装有横的挡板，板之间留20的间隙，保证保护板受热膨胀时不相互碰挤。4冷却设备选择、风口及铁口设计4.1炉底冷却型式选择大型高炉炉缸直径较大，周围径向冷却壁的冷却，已不足以将炉底中心部位的热量散发出去，如不进行冷却则向下侵蚀严重。目前，多数高炉炉底都采用水冷的方法，即水冷炉底。 水冷管中心线以下埋置在炉基耐火混凝土基墩上表面中，中心线以上为碳素捣固层，水冷管为4010，炉底中心部位水冷管间距200300（本设计取200），边缘水冷管间距为300500（本设计取300），水冷管两端
17、伸出炉壳外50100。炉壳开孔后加垫板固定，开空处应避开炉壳折点150以上。 水冷炉底结构应保证切断给水后，可排出管内积水，工作时排水口要高出水冷管水平面，保证管内充满水。4.2高炉各部位冷却设备的选择4.2.1炉缸和炉底部位冷却设备选择 炉缸和炉底选用光面冷却壁，砌与冷却壁之间留100150（本设计取150）的缝隙，其中填以炭质填料。光面冷却壁与炉壳之间留20的缝隙，并用稀泥浆灌满。光面冷却壁尺寸大小要考虑到制造与安装的方便，冷却壁宽度一般为7001500，厚度80120（本设计取120），高度视炉壳折点而定，一般小于3000（本设计取1300）。安装时，同段冷却壁间直缝为20，上下段间水平
18、缝为30，上下两段冷却壁间垂直缝应相互错开，缝间用铁质锈接料锈接严密。4.2.2炉腹、炉腰和炉身炉腹部位由于工作环境比较恶劣本设计采用铜冷却壁，铜冷却壁具有导热性好、工作均匀稳定、易结成稳定的渣皮、高炉冶炼的热损失少、高炉寿命长、性能价格比高等特点。其它部位采用镶砖铸铁冷却壁冷却，冷却壁紧靠炉衬。从外形看，镶砖冷却壁一般有三种结构形式：普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。镶砖冷却壁厚度为250350（本设计取350），高度小于3000。炉腹部位冷却壁高度取1600，炉腰部位冷却壁高度取2000;炉身采用上部带凸台型镶砖冷却壁，高度2000，凸台突出长度200，肋高200。凸台冷却壁的凸台部分起
19、到支撑上部砌砖的作用，可以取消最长层的支梁水箱，简化了冷却系统结构，减少了炉壳开孔。4.2.3炉顶：采用喷水冷却 。4.3高炉供水量、水压的确定4.3.1供水量高炉冷却水消耗量决定于炉体热负荷，炉体热负荷是指在单位时间内炉体热量的损失量。炉体总的热负荷与炉体总的冷却水用量之间的关系，按照热平衡原理，可以用下面公式表示：式中 炉体总热损失，; 炉体总的冷却水用量，； 冷却水的比热容，； 分别为冷却水的进、出水温度（平均值），。求出炉体总的热负荷后，即可求出高炉的冷却水用量。在计算炉体热负荷时，应考虑炉役后期的值比中期增加15%。本设计要求冷却水进水温度小于35，出水温度5060，各部分允许进出水
20、温度差为：炉身上部12，炉身下部12，炉腰10，炉腹10，风口带5，炉缸3，风、渣口大套5，风、渣口二套5。 平均进、出水温差为10，冷却水的比热为4.18 。 = = 2744 本设计高炉总的冷却水用量为2744 。4.3.2供水水压有足够高的供水压力是保证高炉冷却器正常工作的基本条件。同时，为避免当冷却器烧毁时高炉内煤气不至于进入冷却系统，造成烧坏大量冷却设备，也要求供水系统压力必须大于炉内煤气压力。对炉体供水压力的要求是：供水主管在风口平台处的水压应大于0.30.5；在风口区域冷却水压力应比热风压力高0.1，其余部位冷却水压应比该处的炉内煤气静压大0.05。本设计炉体给水压力：供水主管0
21、.38，炉体中部0.22，炉体上部0.16。4.4风口数目及直径由高炉炉型设计计算，取风口数目为26个。风口装置设计包括热风围管以下的短管法兰盘、鹅颈管、直管、弯管、直吹管，以及风口水套等部分。风口直径按生产实践经验而定，同相似炉容的高炉相比较，本设计风口直径取170。风口由风口大套、二套和三套组成，是送风管路最前端的一个部件。它位于高炉炉缸上部，成一定角度探出炉壁。4.5风口平台、出铁场及铁口铁口装置主要指铁口套。铁口套的作用是保护铁口处的炉壳。铁口套一般用铸钢制成，并与炉壳铆接后焊接。考虑不使应力集中，铁口套的形状，一般做成椭圆形，或四角大圆弧半径的方形。风口平台是设置在高炉下部沿高炉炉缸
22、四周风口前设置的工作平台，为了操作方便，风口平台一般比风口中心线低11501250，应该平坦并且还要留有排水坡度。其主要作用是方便高炉操作人员窥视风口，了解炉内情况及布置上渣沟。出铁场是布置铁沟、安装炉前设备、进行放渣出铁操作的炉前平台。大型高炉铁口数目多时，可设24个出铁场，本设计的高炉设有三个出铁场。本设计风口平台及出铁场采用架空的结构形式，支撑在钢筋混凝土柱子上的预制钢筋混凝土板，上面填充1.5厚的沙子，最上面地坪立砌一层建筑砖。本设计风口平台的标高比出铁场的标高要高1.5，风口平台比风口中心线低1250，净空宽度为6 。上面布置2条上渣沟。出铁场的位置应与铁口位置相适应。其长度为50，
23、宽度为20，高度保证任何一个渣铁溜嘴下沿不低于5。出铁场上面布置出铁沟和下渣沟。4.6炉壳及钢结构确定4.6.1高炉钢结构炉体钢结构主要包括炉体支柱、炉顶框架、炉壳及平台结构等。(1) 炉体支柱：炉体支柱是支撑炉体及炉顶设备重要的钢结构件。炉体支柱的结构形式取决于炉体内衬结构及炉顶设备的载荷传递到炉基的方式。本设计采用大框架结构。这种结构特点是炉顶框架上的全部载荷由四根大支柱组成的大框架直接传递到炉基，炉顶法兰盘上的载荷由炉壳传递到炉基，取消了炉腰托圈，炉缸支柱及炉身支柱。(2) 炉顶框架：炉身支柱或大框架支柱上的部顶端一般都用横跨钢梁将支柱连接成整体，并在横跨钢梁上面满铺花纹钢板或普通钢板作
24、为炉顶平台。炉顶平台是炉顶最宽敞的工作平台。炉顶框架是设置在炉顶平台上面的钢结构支撑架。它主要支撑受料漏斗、大小料钟平衡杆机构及安装大梁等。炉顶框架结构形式在A字型和门型两种，本设计选用门型结构。门型结构钢架一般为24-40厚钢板焊成或槽钢制成。(3) 平台结构：高炉炉体凡是在设置有人孔、探测孔、冷却设施及机械设备的部位，均应设置工作平台，以便于检修和操作。各层工作平台之间用走梯连接。表13 炉体各部位系数部位值值本设计值，炉顶封板与炉喉50553.6- -炉身上部区域2.01383027.66炉身下部区域2.21383030.43炉腰及其以下部位2.71070028.89炉缸及炉底3.013
25、31039.934.6.2炉壳炉壳有钢板制成， 各部位炉壳厚度的计算公式如下： 炉壳各部厚度见表13。 结论本设计主要从高炉炉型设计、炉衬设计、高炉冷却设备的选择、风口及出铁场的设计。在整个设计过程中，采用国内外一些较先进的设计方法、技术和设备，做到高机械化、自动化和大型化，因此在节约投资费用、节能环保减排等方面都作了综合考虑。以期达到最佳的生产效益。为实现优质、低耗、高产、长寿炉龄和对环境污染小的方针设计高炉，高炉本体结构和辅助系统必须满足耐高温，耐高压，耐腐蚀，密封性好，工作可靠，寿命长，产品优质，产量高，消耗低等要求。现代化高炉以成为高度机械化、自动化和大型化的一种综合生产装置。它的产品
26、及副产品的产量和原燃料及水电等的消耗量都相当大。因此，高炉冶炼不仅要有一个结构复杂而巨大的近代技术装备的高炉本体和庞大的辅助系统。它们的生产力必须满足生产率的要求，并为强化冶炼留有余地。 参考文献1成伯兰高炉炼铁工艺及计算北京 冶金工业出版社1991年12月第一版2周传典等 高炉炼铁生产技术手册 北京 冶金工业出版社 2002年8月第一版3任贵义 炼铁学 北京 冶金工业出版社 2005年4陈达士 2005最新高炉炼铁新工艺、新技术实用手册 当代中国音像出版社 2005年5郝素菊等 高炉炼铁设计原理 北京 冶金工业出版社 2003年1月6. 张玉柱等 炼铁节能与工艺计算 北京 冶金工业出版社 2002年6月7. 那树人 炼铁计算 北京 冶金工业出版社 2005年3月8. 王平 炼铁设备 北京 冶金工业出版社 2005年 致 谢老师王凤田全程指导了本次设计，他在百忙之中审查了本设计的全部内容，从设计方案的选择到工艺流程的设计以及设计所绘制的图纸，并对设计内容进行了认真的指导和提出了许多好的建议，在此特表示感谢。本文是通过网络收集的资料，如有侵权请告知，我会第一时间处理。
