第1章 高炉内型尺寸确定1.1已知条件：高炉有效容积 ：32516m V u = 高炉年工作日：355天 高炉利用系数：v η=2.0 t/ m³·d 综合冶炼强度： I =1.0 t/ m³·d生铁日产量： d t V P v u /50320.22516=⨯=⋅=η 生铁年产量： 1786365032355=⨯=总P t1.2炉缸尺寸炉缸直径851.10251632.032.045.045.0=⨯==uV d 取d =10.8m炉缸高度A ． 渣口高度68.18.101.755.01050322.127.127.122=⨯⨯⨯⨯==d Nc bp h z 铁γ 取hz =1.7/1.6B ．风口高度 09.355.07.1===k h h z f 取1.3=f h mC ． 风口结构尺寸取a=0.5m6.35.01.31=+=+=a h h fD ．风口数量n=2(d+2)=2(10.8+2)=25.6 取n=261.3死铁层厚度取h 0=1.8m1.4炉腰直径，炉腹角，炉腹高度：选取 D/d=1.1则 D=10.8×1.1=11.91 取 D=11.9m 取 ︒=81α则 47.381tan )8.109.11(21tan )(212=︒-=-=αd D h取m h 5.32=校核α：36.68.109.115.322tan 2=-⨯=-=d D h α "10'481︒=α取1.5炉喉直径，炉喉高度，炉身角，炉身高度，炉腰高度：选取 1d /D=0.69则 1d =11.9×0.69=8.16 取1d =8.2m 取 '1084︒=β则 11.18'1084tan )2.89.11(21tan )(2114=︒-=-=βd D h 取4h =18.1m校核β 784.92.89.111.1822tan 14=-⨯=-=d D h β 取"51'984︒=β 选取 5h =2.5m 选取 u H /D =2.5则 u H =11.9×2.5=29.8m 求 3h =u H －1h －2h －4h －5h=30.8－3.6－3.5－18.1－2.5=2.1m1.6校核炉容：32515322211244323233222222321210.1325.22.8443.1451)8.108.109.119.11(1.1812)(124.2331.29.11442.354)8.108.109.119.11(5.312)(126.3296.38.1044m h d V m d Dd D h V m h D V m d Dd D h V m h d V =⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯===+⨯+⨯⨯=++==⨯⨯==ππππππππππ54321V V V V V V u ++++==329.6+354.2+233.4+1451.3+132.0=2500.53m误差100''⨯-=∆uu u VV V V ％=25165.25002516-×100％=0.62％＜1％炉型设计合理，符合要求。

炉型见图1.1：本设计的内型尺寸见表1.1：表1.1 高炉炉型尺寸（3m ;mm ）第2章高炉炉衬耐材选择按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。

高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其他金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。

高炉内衬在冶炼过程中起着至关重要的作用，对高炉内衬的其本要求如下：A)高炉各部位的内衬应与各部位的热流强度相适应，以保持在强热流的冲击下，内衬的整体性和稳定性。

B)高炉各部位的内衬应与各部位的侵蚀破坏机理，即炉料的磨损、煤气的冲刷、碱金属的侵蚀、渣铁水的熔蚀等相适应，以缓解和延缓内衬被破损的速度，达到高炉长寿。

2.1高炉耐火材料的技术要求对高炉耐火材料的技术要求如下：1）在长期高温下的热稳定性好；2）常温和高温下的机械强度的耐压强度要高，耐磨性能要好；3）抗热震稳定性要好；4）抗渣性抗氧化性要好；5）组织要致密、微气孔（孔径≤1nm）要多；6）导热性能要好、线膨胀和体膨胀率要低；7）在常温和高温下抗碱金属蒸汽性能要好；8）抗渣性、抗铁水渗透的抗铁水熔蚀性能要好。

2.2炉底、炉缸耐火材料的选择及砌筑2.2.1炉底、炉缸耐材的破损机理2.2.1.1炉底耐材的破损机理根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测结果知道，炉底破损分为两个阶段，初期的铁水渗入将砖漂浮而形成锅底型深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。

铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10％～20％；二是砌砖存在砖逢和裂缝。

当铁水在高压下渗入砖衬缝隙时，会缓慢冷却，在1150℃时凝固，在冷凝过程中体积膨胀，从而又扩大空隙。

如此互为因果，铁水可以渗入很深，由于铁水密度大于黏土砖、高铝砖和炭砖密度，因此在铁水的静压力作用下砖会漂浮起来。

炉底坑下的砖衬在长期的高温高压下，部分软化重新结晶，形成熔结层。

熔结层和下部未熔结的砖衬比较，熔结层的砖被压缩，气孔率显著降低，体积密度显著提高，同时砖中氧化铁和碳的含量增加。

熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了，这时炉衬破坏的主要原因转化为铁水的碳将砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水吸收的化学侵蚀。

SiO+2[C]+[Fe]=[FeSi]+2CO(砖）2因此熔结层表面的二氧化硅含量降低，而残铁和炉内的硅含量增加，这时炉底的侵蚀速度大大减慢了，可见关键在于熔结层在哪里形成生产实践表明：采用炉底冷却的大高炉，炉底侵蚀深度约为1～2m，而没有炉底冷却的高炉侵蚀深度可达4～5m。

从上述炉底破损机理可以看出，影响炉底寿命的因素：首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁是的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度应力引起砖层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。

2.2.1.2炉缸耐材的破损机理炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期性的进行聚积的排除，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降、大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏的因素，特别是渣口、铁口附近的部位是冲刷最厉害的部位。

高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。

整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达1300～1900℃，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都非常重要的。

炉缸部位受的压力不算很大，但他是难以对付的侧向压力，故仍然不可忽视。

2.2.2炉底、炉缸耐火材料的选择及砌筑炉底、炉缸承受高温、高压、渣铁冲刷和渗透作用，工作条件十分恶劣。

过去较长一段时间，炉底炉缸一律采用黏土砖或高铝砖砌筑，近数十年来大中型高炉广为采用炭砖砌筑。

只有中小型高炉仍采用黏土砖或高铝砖砌筑。

而现在最为流行的炉底炉缸结构莫过与“陶瓷杯”结构了。

20世纪80年代初，法国Savoie耐火材料公司在蒂森钢铁公司高炉上就已安装了一种新型复合式炉衬，由于其类似一个杯子，故称为“陶瓷杯”。

陶瓷杯结构炉底的下部为垂直或水平砌筑的炭砖，炭砖上部为1～2层刚玉莫来石砖。

炉缸壁是由通过一厚度灰缝（60mm）分隔的两个独立的圆环组成，外环为炭砖，内环是刚玉质预制块。

炉底下端为循环水冷系统，冷却管埋入炭捣层内，当冷却管安装在炉底封板下面时为防止水泄露后损坏炭砖，有的高炉炉底冷却介质采用油；而当冷却管安装在炉底封板下面时，冷却介质一般采用水或空气。

由于陶瓷杯有以上这些优越性，在高炉炉底炉缸部位采用陶瓷杯结构，可以很好的达到保温、减少炉衬耐材烧损、减少焦比、提高冶炼强度的目的。

所以，为了保证冶炼的顺利进行，本设计的炉底炉缸就采用了陶瓷杯结构其结构示意图如图2.1所示：微孔刚玉砖刚玉莫来石砖图2.1 炉底炉缸耐材的砌筑1---内环缝；2---微孔刚玉砖；3---炉缸环行炭砖；4—炉壳；5---冷却壁；6---炉底环行炭砖；7炭捣层；8---满铺炭砖；9---莫来石刚玉砖其底部是炭砖，其中下面三层是平砌，炭砖尺寸基本为400mm×400mm×800mm ；炭砖两端的短缝用薄缝连接，砖缝为1mm ，两侧的长缝用厚缝连接，厚度为40mm ，缝中以炭素料捣固。

周围炭砖用长度一层为1000mm 、两层为1400mm ，其个数及小端尺寸可用下式计算：od x R b R a a )(0-= 式（2---1）式中：x a ——炭砖小端截面尺寸，mm ；d a ——炭砖大端截面尺寸，我国为400mm ；0R ——炭砖砌筑的外环半径，mm ； b ——炭砖的长度，mm ；在本设计中：0R =6605mm ，当b=1000mm 时，砌筑是考虑1mm 的砖缝，所以可以计算出：x a =401×（6605-1000）/6605=340.288mm 取x a =340.3mm 当b=1400时，小端尺寸为：x a =401×（6605-1400）/6605=316.004mm 取x a =316mm 每环块数为： 2π×6605/401=103.440块。

由于成品炭砖由毛坯机加工而成及经过在制造厂的预组装，每环103.440块包括规格为1000mm ×(400/340.3)mm ×400mm 、1400mm ×(400/316)mm ×400mm(两层)的基本契行炭砖103块和机加工成大小端尺寸d a /x a 为176mm/149.7mm 和176mm/139mm(分别由400mm/340.3mm 和400mm/316mm 乘以0.440而得)的“和门炭砖”1块。

上面一层规格为400m m ×400m m ×800mm 炭砖立砌，砖缝为2mm ，周围用两层长为800mm 的炭砖，其小端尺寸为：x a =401×（6605-800）/6605=352.431mm 取x a =352.4mm 合门炭砖的d a /x a 为176mm/155.1mm ，炉底炉缸陶瓷杯结构如图2所示：其底部为802mm(砖厚800mm ，缝2mm)厚的刚玉莫来石砖两层，其周围用长为1000mm 和1400mm 的炭砖个一层，大小端尺寸d a /x a 分别为176mm/149.7mm 和176mm/139mm 。

炉缸内为345mm 厚的微孔刚玉砖。

微孔刚玉砖与周围炭砖之间是60mm 的炭素泥浆。