2000m3高炉本体设计

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

2000m高炉本体设计

学生姓名： 学生学号： 200611103117 院（系）： 材料工程学院 年级专业： 冶金工程 指导教师： 教授 助理指导教师：

二〇一一年五月 3

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 摘要

摘 要

高炉炼铁的历史悠久，炼铁技术日臻成熟，是当今主要的炼铁方式。高炉作为炼铁工艺的主体设备，其结构的合理性对炼铁的工艺操作、生产技术指标以及自身的寿命都有十分重要的影响。根据攀枝花钒钛磁铁矿的高炉冶炼特点，通过进行配料计算和物料平衡计算，设计了2000 m3高炉本体。设计过程除考虑通常的高炉设计方案外，还考虑了攀枝花钒钛磁铁矿多年高炉冶炼的一些生产实践经验。所设计完成的高炉本体炉缸直径为9.88 m、炉腰直径为10.97 m、高径比为2.55、有效高度为27.97 m；高炉基础的基墩高1.9 m、直径13.53 m、基座高2 m；采用碳砖加高铝砖综合炉底、全碳砖炉缸；冷却设备的设计为水冷炉底、炉缸和炉底采用三段光面冷却壁、炉身采用镶砖冷却壁；高炉钢结构采用炉体框架式结构，最后采用CAD绘制出高炉本体图。

关键词 高炉，高炉本体，炉型，钒钛磁铁矿

I

攀枝花学院本科毕业设计(论文) ABSTRACT

ABSTRACT

The blast furnace iron-making has a long history which has become the main way of iron manufacture. As the main equipment of ironmaking, the blast furnace plays the most important role. The rationality of the blast furnace’s structural design has great influence on the process operations and technique level of ironmaking and it will decide the useful life of the blast furnace itself. According to the characteristics of the vanadic titanomagnetite smelted in BF in Panzhihua, the 2000 m3 blast furnace body was designed in this subject based on the calculations of the burden control and the material balance. Besides common design plans of the blast furnace, some practical experiences of the vanadic titanomagnetite smelted in BF was considered in this subject. The basic information of the blast furnace which has been designed is as following: the diameter hearth is 9.88m, the belly diameter is 10.97 m, the aspect ratio of the furnace is 2.55, the effective height is 27.97 m. As to the blast furnace foundation, the height of under hearth is 1.9 m, the diameter of the under hearth is 13.53 m, the furnace pad or foundation is 2 m. The hearth bottom adopts carbon bricks and high alumina bricks synthesize technic, the hearth just builds up with carbon bricks. The cooling device is designed to water-cooled hearth bottom, three segments mill finish stave is used for the hearth and hearth bottom, the stack uses inlaid brick stave to make it cool down. The steel structure of the BF adopts frame-type for the furnace body. Finally, the diagram of BF body was gained by using the CAD drawing tools.

Key words blast furnace，BF body，furnace type，V-Ti magnetite

II

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 目录

目 录

摘 要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................... II

1 绪 论 ........................................................................................................................... 1

1.1 课题背景 ................................................................................................................ 1 1.2 攀枝花钒钛磁铁矿特点 ........................................................................................... 2 1.3 课题设计的内容及意义 ........................................................................................... 2

2 高炉设计原始数据 ..................................................................................................... 4

2.1 矿石原料成分 ......................................................................................................... 4 2.2 配矿比 ................................................................................................................... 4 2.3 焦炭成分 ................................................................................................................ 4 2.4 喷吹煤粉成分 ......................................................................................................... 4 2.5 生铁成分 ................................................................................................................ 4 2.6 元素分配比 ............................................................................................................ 5 2.7 炉渣碱度 ................................................................................................................ 5 2.8 工艺技术指标 ......................................................................................................... 5

3 高炉设计工艺计算 ..................................................................................................... 6

3.1 配料计算 ................................................................................................................ 6

3.1.1 根据铁平衡求铁矿石需求量 .......................................................................... 6 3.1.2 根据碱度平衡计算石灰石用量 ....................................................................... 6 3.1.3 终渣成分 ...................................................................................................... 6 3.1.4 生铁成分校核 ............................................................................................... 7 3.2 物料平衡计算 ......................................................................................................... 8

3.2.1 需要补充的原始条件 ..................................................................................... 8 3.2.2 根据碳平衡计算风量 ..................................................................................... 8 3.2.3 计算煤气成分及数量 ..................................................................................... 9 3.2.4 编制物料平衡表 .......................................................................................... 11

4 高炉内型设计计算 ................................................................................................... 12

4.1 高炉炉型 .............................................................................................................. 12 4.2 高炉炉型设计原则 ................................................................................................ 13 4.3 高炉内型尺寸确定 ................................................................................................ 13

4.3.1 炉缸直径 .................................................................................................... 14

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 目录

4.3.2 炉腰直径 .................................................................................................... 14 4.3.3 炉喉直径 .................................................................................................... 15 4.3.4 铁口中心线到炉底砌砖之间的距离 .............................................................. 15 4.3.5 炉缸高度 .................................................................................................... 15 4.3.6 炉腹角与炉腹高度 ...................................................................................... 15 4.3.7 炉身角与炉身高度 ...................................................................................... 16 4.3.8 有效高度、炉喉高度、炉腰高度 ................................................................. 16 4.3.9 风口、渣口、铁口数 ................................................................................... 17 4.3.10 炉容校核 ................................................................................................... 17

5 高炉本体及主要设备选择 ....................................................................................... 19

5.1 高炉基础 .............................................................................................................. 19

5.1.1 高炉基础设计条件 ...................................................................................... 20 5.1.2 基墩设计计算 ............................................................................................. 20 5.1.3 基座设计 .................................................................................................... 20 5.2 高炉内衬结构 ....................................................................................................... 21

5.2.1 炉底 ........................................................................................................... 21 5.2.2 炉缸 ........................................................................................................... 22 5.2.3 炉腹 ........................................................................................................... 22 5.2.4 炉腰 ........................................................................................................... 23 5.2.5 炉身 ........................................................................................................... 23 5.2.6 炉喉 ........................................................................................................... 23 5.3 高炉冷却设备设计 ................................................................................................ 24

5.3.1 冷却设备的作用 .......................................................................................... 24 5.3.2 冷却介质 .................................................................................................... 24 5.3.3 高炉各部位冷却设备设计 ............................................................................ 24

6 高炉钢结构设计 ....................................................................................................... 26

6.1 炉壳 ..................................................................................................................... 26

6.1.1 炉壳厚度的计算 .......................................................................................... 26 6.1.2 炉壳折点的确定 .......................................................................................... 27 6.2 炉体平台及走梯 ................................................................................................... 27 6.3 高炉本体钢结构类型 ............................................................................................ 28 6.4 高炉主要热工检测仪表 ......................................................................................... 29

结 论 ............................................................................................................................. 30 参 考 文 献 ................................................................................................................... 32 致 谢 ............................................................................................................................. 34

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1 绪 论

1 绪 论

1.1 课题背景

尽管21世纪是一个信息的时代。但是，信息技术不能包揽一切，人们还是生活在物质社会里。人们要吃饭、穿衣，要建工厂，要生产更多的产品满足日益增长的物质需要，要建高速公路来改善交通，要建房子来改善居住条件，钢铁材料作为社会发展和人们生活的重要物质仍是必不可少的。因为高炉炼铁具有产能具大、连续性强、生产成本低、生产技术成熟等优势，使得高炉炼铁仍然在炼铁生产中占着主导地位。

1993年我国铁产量以9738万吨超过日本，跃居世界首位；1995年，生铁产量突破1亿吨，成为了世界上第一产铁大国。在“十五”期间（2001~2005年）炼铁工业超高速发展，先后在2003年突破2亿吨，2004年突破2.5亿吨，2005年突破3.3亿吨，2006年突破4.0亿吨大关，年平均增长率为30.4%[1~2]。我国生铁年产量已占世界生铁年产量的近50%。近两年来我国生铁更是突破5亿吨大关，预计2011年我国生铁产量将突破7亿吨。相信在今后我国生铁产量还将继续大幅度增长。

虽然我国生铁产量近年来一直居世界首位，但我国钢铁行业起步晚，炼铁工业存在的问题有：高炉容积相对小，生铁生产的结构十分不合理，1000 m3以下的小型高炉数量太多，有一半以上的生铁是由炉容小于1000 m3 、能源消耗高、污染环境严重、劳动生产率低的高炉生产的；大型高炉的生产操作指标水平差距较大；高炉建设存在投机现象，存在无序的盲目建设和设计不规范的问题；资源利用上没有统一和长远的战略眼光等[13]。

，

我国钢铁工业呈现的特点有：

1）工艺技术结构和装备多层次并存，既有国际先进水平的技术装备，也有属于淘汰的落后工艺[4~5]；

2）国内资源不足，必须依靠国内与国外两类资源，原燃料质量水平与国际有较大差距；

3）产品质量，技术经济指标，能源消耗落后于国际先进水平；

4）总体上环境负荷沉重，虽然已有一批清洁工厂，但相当多的企业排放无害化的问题尚未解决。

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容。从目前的我国实际状况看，高炉座数必须大大减少，淘汰落后的炼铁生产能力，平均炉容大

1

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1 绪 论

型化是必然趋势[26]。高炉大型化，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，有利于减少热量损失、降低能耗，减少污染，污染容易集中治理，有利于环保[7~8]。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。

1.2 攀枝花钒钛磁铁矿特点

钒钛磁铁矿(Fe，Ti，V)3O4是一种分布最广泛的含钒矿物，是生产钒的主要工业开采价值矿物原料。一般原矿含V2O51％~2％，大于1%以就可以直接作为提钒的原料，也可以通过选矿得到精矿，一般在精矿中V2O5可富集到5％以上。然后通过高炉炼铁得到含钒的铁水，再从铁水吹炼出钒渣，使V2O5含量富集到10％~20％，作为提钒的原料。高炉渣中含有大量的钛资源[9]。

“攀枝花”因丰富的钒钛磁铁矿资源而闻名于世，攀枝花钒钛磁铁矿具有储量大、分布集中、开采条件优越、综合利用价值高、选冶难度大等特点[10]。

1）储量大，2008年保有储量为66.67亿吨，最新的勘探结果,潜在贮量可达200亿吨。其中铁储量占全国的20%，伴生的钛、镓、钪、钴、铬等是国家重要的战略资源。钒资源保有储量（以V2O5计）1047.86万吨，占全国储量的63％，居世界第三位。钛资源量保有储量（以TiO2计）4.28亿吨，占全国储量的93％，居世界第一位。铬（Cr2O3）的保有储量为696万吨；钴（Co）的保有储量为7458万吨；镓（Ga）的保有储量为11.36万吨(仅攀枝花、红格、白马三矿区伴生在表内矿中的镓储量就相当于55个大型镓矿床的储量)。

2）经济价值高，攀枝花钒钛磁铁矿除铁为主要矿产外,还共生钛,伴生钒、铬、钪、镓、钴、镍、铂等元素，按现有保有贮量计算，经哜价值高达到78.8万亿元。铁的价值占资源潜在经济总价值的7.61%，钒占3.5%，钛占30.18%，钪占54.53%。

1.3 课题设计的内容及意义

本课题针对攀枝花钒钛磁铁矿高炉炼铁的特点，特设计一座更适合攀枝花生铁生产需求的高炉，在高炉各方面做一系列的改进，以达到生产、环保、资源利用达到最优化。

本课题将设计一座有效容积为2000 m3的高炉，利用含铁量为46.19%的烧结矿和含铁量为57.52%的天然块矿按94%∶6%的比例混合成混合矿冶炼，设计的高炉冶炼强度为1.10 t/(m3·d)，焦比为430 kg/t，喷煤比为130 kg/t，冶炼出含铁95.16%、含碳3.99%、含钒0.3%、含钛0.13%的液体生铁。从而达到生产成本降低，节能和达到资源利用最优化的目的。

本设计主要包括高炉炼铁工艺计算和高炉本体设计两部分。炼铁工艺计算有

2

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1 绪 论

配料计算、物料平衡计算。在计算中根据已给出的冶炼条件和原始数据检验配料、物料收支是否达到设计要求。高炉本体设计包括高炉内型尺寸设计、高炉基础设计、高炉炉衬设计计算、高炉冷却设备设计和高炉刚结构的设计计算。通过高炉内型尺寸计算，计算出高炉的内形轮廓。高炉基础的设计中，针对高炉的基墩和基墩进行计算设计。在高炉内衬设计中选用碳砖和高铝砖的综合炉底，其他部位还用到碳化硅砖以及粘土砖。冷却设备设计时采用了光面冷却壁和镶砖冷却壁以及冷却板，从而达到高炉炉壁冷却效果。高炉钢结构设计中，高炉钢结构采用炉体框架式金属结构类型，炉壳设计计算时采用“薄壁”原则。

根据以上设计，设计出适合攀枝花钒钛磁铁矿的冶炼特点的高炉本体，使高炉冶炼钒钛磁铁矿达到生产优化、节约资源、提高产品质量、改进落后装备技术、提高高炉利用系数、降低生产成本、长寿、保护环境等目的。

3

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2 高炉设计原始数据

2 高炉设计原始数据

2.1 矿石原料成分

本课题高炉设计计算涉及的矿石种类、各种矿石原料成分见表2.1。

表2.1 原料成分 %

TFe

FeO

Fe2O3 MnO2 MnO CaO MgO SiO2 Al2O3 P2O5

— 1.17 0.07 —

0.26 8.37 — 1.00 0.24 7.93 — 52.28

3.93 5.36 1.65 10.71 3.79 5.68 1.34 1.66

P

4.43 1.52 4.26 1.33 S

FeS2

烧结矿 46.19 8.32 57.51 天然块矿 57.52 12.27 68.4 混合矿 46.87 8.56 58.16

— — — 石灰石

FeS

0.022 —

0.46 0.21 0.048 0.013 — — V

Ti

续表2.1 %

TiO2 V2O5 SO2 烧损（CO2） Mn

—

2.60 0.16 42.91

烧结矿 0.17 11.23 0.40 —

— — — 天然块矿 —

混合矿 0.16 10.56 0.38 —

— — — 0.03 石灰石

0.20 0.01 0.062 0.22 6.74

0.74 0.20 0.11 — — 0.23 0.021 0.065 0.21 6.34 — 0.014 0.015 — —

2.2 配矿比

烧结矿∶天然块矿=94∶6。

2.3 焦炭成分

本课题高炉设计计算使用的焦炭成分见表2.2。

表2.2 焦炭成分 % 固定碳Ck 83.83

灰分（Ak）（13.46）

6.16

5.42

0.87

有机物（1.72） N2

H2

S

SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO FeS P2O5

0.12 0.85 0.03 0.01 0.27 0.90 0.55

续表2.2 %

挥发分（0.99）

CO2 CO CH4

H2

N2

∑

∑S

游离水 4.50

0.10 0.65 0.10 0.10 0.04 100.00 0.56

2.4 喷吹煤粉成分

本课题高炉设计计算高炉的喷吹煤粉成分见表2.3。

2.5 生铁成分

4

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2 高炉设计原始数据

本课题高炉设计算的生铁成分见表2.4。

表2.3 无烟煤成分 %

C

H2

O2

H2O

N2

S

灰 分

SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO

7.60

∑

67.52 4.32 4.03 0.89 0.41 0.79 11.80

0.61 0.43 1.60 100.00

表2.4 生铁成分 %

Fe 95.16

Mn 0.24

Si 0.07

P 0.04

S 0.07

V 0.30

Ti 0.13

C 3.99

∑ 100.00

2.6 元素分配比

本课题高炉设计计算的元素分配比见表2.5。

表2.5 元素分配表 % 名 称 进入炉渣 进入生铁 进入煤气

Fe 2.0 98 —

Mn 50.00 50.00 —

P — 100.00 —

S 78.00 15.00 7.00

V 30.00 70 —

Ti 99.00 1.00 —

Si 99.7 0.3 —

2.7 炉渣碱度

R=1.14

2.8 工艺技术指标

本课题高炉设计计算的技术指标如下：

炉尘量为18 kg/tFe（包含于机械损失中）；冶炼强度：I=1.10 t/(m3·d)；利用系数：ηu=2.23 t/(m3·d)；焦比：K=430 kg/t；喷煤比：M=130 kg/t；风温：t风=1100 ℃；炉顶温度：t顶=200 ℃；富氧率：XO2 =2.02%；渣铁比η=0.72 t渣/t铁 。

5

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

3 高炉设计工艺计算

3.1 配料计算

本课程设计配料计算以冶炼1吨生铁为计算单位。

3.1.1 根据铁平衡求铁矿石需求量

焦炭带入Fe量=430×（56×0.0085/72+56×0.0003/88）=2.92 kg 煤粉带入Fe量=130×0.016×56/72=1.62 kg

进入炉渣的Fe量=1000×95.16%×2.0/98=19.42 kg（相当于24.97 kgFeO） 需要混合矿量： 矿石用量=

=

1000[Fe]??Fe焦煤?Fe渣矿石Fe含量 kg/tFe

1000?95.16%?(2.92?1.62)?19.42=2062.04 kg

46.87%3.1.2 根据碱度平衡计算石灰石用量

混合矿带入CaO量=2062.04×7.65%=157.75 kg 焦炭矿带入CaO量=430×0.87%=3.74 kg 煤粉带入CaO量=130×0.61%=0.79 kg 共带入CaO量=157.75+3.741+0.793=162.28 kg 混合矿带入SiO2量=2062.04×5.49%=113.21 kg 焦碳带入SiO2量=430×6.16%=26.49 kg 煤粉带入SiO2量=130×11.80%=15.34 kg 共带入SiO2量=113.21+26.49+15.34=155.04 kg 还原Si消耗SiO2量=1000×0.07%×60/28=1.5 kg 石灰石用量=

（?SiO2料带入?60/28?1000[Si])?R??CaO料带入CaO有效

（155.04?1.5）?1.14?162.28==25.31 kg

52.28%?1.66%?1.14考虑到机械损失及水分，则每吨生铁的原料实际用量为见表3.1。

3.1.3 终渣成分

1）总S量=2062.04×0.065%+430×0.55%+130×0.79%+28.10×0.014%

=1.34+2.365+1.027+0.004=4.74 kg

进入生铁的S量为：4.74×15%=0.71 kg 进入煤气的S量为：4.74×7%=0.33 kg

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

进入炉渣S量=4.74－0.71－0.33=3.70 kg

表3.1 每吨生铁炉料实际用量

名 称 混合矿 石灰石 焦 炭 合 计

干料用量/kg 2062.04 25.31 430 2517.35

机械损失/%

3 1 2 —

水分/% — — 4.5 —

实际用量/kg 2062.04×1.03=2123.90 25.31×1.01=25.56 430×1.065=457.95

2607.41

2）终渣中FeO量为：24.97 kg

终渣中MnO 量为：2062.04×0.23%×50%×71/55=3.06 kg 终渣中SiO2 量为：155.04－1.5+25.31×1.66%=153.96 kg 终渣中CaO量为：162.28+25.31×52.28=175.51 kg 终渣中Al2O3量为：

2062.04×4.26%+25.31×1.33%+430×5.42%+130×7.60%=121.37 kg 终渣中MgO量为：

2062.04×3.79%+25.31×1.34%+430×0.12%+130×0.43%=79.57 kg 终渣中TiO2 量为：

2062.04×10.56%×99%=215.57 kg

终渣中V2O5量为：

2062.04×0.38%×30%=2.35 kg

根据以上计算列出终渣成分见表3.2。

表3.2 终渣成分

成 分 重量/kg

SiO2

Al2O3 CaO MgO MnO FeO

TiO2

V2O5 S/2

R

∑

153.96 121.37 175.51 79.57 3.06 24.97 215.57 2.35 1.85 1.14 779.35

15.59 22.55 10.22 0.39

3.21

27.70

0.30 0.24 —

100

质量分数/% 19.78

3.1.4 生铁成分校核

1）含P量为：

（2062.04×0.021%+25.31×0.014%+430×0.01%×62/142）/1000×100%=0.04% 2）生铁中含S量为：0.07% 3）生铁中含Si量为：0.07% 4）生铁中含Mn量为：

3.06×55/71×100%/1000=0.24%

5）生铁中含Fe量为：95.16% 6）生铁中含V量为：

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

2062.04×0.21%×70%×100%/1000=0.30%

7）生铁中含Ti量为：

2062.04×6.34%×1%×100%/1000=0.13%

8）生铁中含C量为：

100－（95.16+0.07+0.07+0.24+0.13+0.30+0.05）=3.99%

通过以上计算最终生铁成分见表3.3。

表3.3 最终生铁成分 ％ Fe 95.16

Si 0.07

Mn 0.24

P 0.04

S 0.07

C 3.99

V 0.30

Ti 0.13

∑ 100

3.2 物料平衡计算

3.2.1 需要补充的原始条件

1）直接还原度rd=0.45； 2）鼓风湿度为0%；

3）CH4耗碳量为总碳量的1.2%。

3.2.2 根据碳平衡计算风量

1）风口前燃烧的碳量计算：

焦炭带入固定碳量为：430×83.83%=360.47 kg 喷吹煤粉带入碳量为：130×67.52%=87.78 kg

生成CH4消耗碳量为：（360.47+87.78）×1.2%=5.38 kg 溶于生铁碳量为：1000×3.99%=39.9 kg

还原Mn消耗碳量为：1000×0.24%×12/55=0.52 kg 还原Si消耗碳量为：1000×0.07%×24/28=0.6 kg 还原P消耗碳量为：1000×0.04%×60/62=0.39 kg 还原Fe消耗碳量为：1000×95.16%×0.45×12/56=91.76 kg 还原V消耗碳量为：1000×0.30%×60/102=1.76 kg 还原Ti消耗碳量为：1000×0.13%×24/48=0.65 kg 忽略CO消耗的碳量，则直接还原共消耗碳Cd量为：

Cd=0.52+0.6+0.39+91.76+1.76+0.65=95.68 kg

风口前燃烧的碳量Cb可由下式计算[1,11~16]：

Cb=Cf－CCH4－CC－Cd

式中：Cf—进入的总碳量；

CCH4—生成CH4消耗的碳量； CC—溶入生铁中的碳量。 故风口前燃烧的碳量为：

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

Cb=360.47+87.78－5.38－39.9－95.68=307.29 kg Cb 占入炉总碳量=307.29/（360.47+87.78）×100%=68.55%

2）计算风量：

鼓风氧浓度为：0.21×（1－2.02%）+2.02%=0.226 m3 / m3 风口前燃烧碳素所需氧量为：

307.29×22.4/（2×12）=286.80 m3

煤粉可供给氧量为：

130×（4.03%/32+0.89%/36）×22.4=4.39 m3

每吨生铁需鼓风量V风为：

V风=（286.80－4.39）/0.226=1249.60 m3

3.2.3 计算煤气成分及数量

1）产生CH4的量： 由燃料碳素生成CH4量为：

5.38×22.4/12=10.04 m3

焦炭挥发含的CH4量为：

430×0.10%×22.4/16=0.60 m3

进入煤气的CH4量为：

10.06+0.60=10.66 m3

2）产生H2的量： 煤粉分解出的H2量为：

130×（4.32%+0.89%×2/18）×22.4/2=64.34 m3

焦炭挥发分有机物H2量为：

430×（0.1%+0.9%）×22.4/2=48.16 m3

入炉总H2量为：

64.34+48.16=112.50 m3

在喷吹条件下有40%的H2 参加还原反应，则此参加还原反应的H2量为：

112.50×40%=45 m3

生成CH4的H2量为：

10.04×2=20.08 m3

进入煤气的H2量为：

112.50－（45+20.08）=47.42 m3

3）产生CO2的量：

由Fe2O3 还原成FeO所生成的CO2量为：

2062.04×58.16%×22.4/160=167.90 m3

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

由FeO还原成Fe所生成的CO2量为：

1000×95.16%×（1－0.45）×22.4/56=209.35 m3

由MnO2 还原生成MnO所生成的CO2量为

2062.04×0.07%×22.4/87=0.37 m3

H2参加还原反应相当于相同体积的CO参加反应，所以生成的CO2量应减去45 m3。总计间接还原生成CO2量为：

167.90+209.35+0.37－45=332.62 m3

石灰石分解出CO2量为：

25.31×42.91%×22.4/44=5.53 m3

矿石分解出CO2量为：

2062.04×0.16%×22.4/44=1.68 m3

焦炭挥发出的CO2量为：

430×0.1%×22.4/44=0.22 m3

进入煤气的CO2量为：

332.62+5.53+1.68+0.22=340.05 m3

4）产生CO的量：

风口前碳素燃烧生成CO量为：

307.29×22.4/12=573.61 m3

各元素直接还原生成CO量为：

95.68×22.4/12=178.60 m3

焦炭挥发出的CO量为：

430×0.65%×22.4/28=2.24 m3

间接还原消耗CO量为：332.62 煤气中总CO量为：

573.61+178.60+2.24－332.62=421.83m3

5）产生N2的量： 鼓风中带入N2量为：

1248.19×（1－2.02%）×0.79=966.15 m3

焦炭带入N2量为：

430×（0.27%+0.04%）×22.4/28=1.07 m3

煤粉带入N2量为

130×0.41%×22.4/28=0.43 m3

煤气中N2量为：

966.15+1.07+0.43=967.65 m3

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 高炉设计工艺计算

根据以上计算列出煤气成分见表3.4。

成 分

CO2

表3.4 煤气成分 CO H2 N2

CH4

合 计 Vg/V风

1.43

—

340.05 421.83 47.42 967.65 10.66 1787.61 体 积

100 体积分数/% 19.02 23.60 2.65 54.13 0.60

3.2.4 编制物料平衡表

1）计算鼓风重量： 1 m3 鼓风重量为：

[0.21×（1－2.02%）×32+0.79×（1－2.02%）×28+2.02%×32]/22.4=1.29 kg/ m3 全部鼓风重量为：

1249.60×1.29=1611.99 kg

2）计算煤气重量： 1 m3煤气重量为：

[19.03%×44+23.56%×28+2.65%×2+54.16%×28+0.60%×16]/22.4=1.35 kg/ m3 全部煤气重量为：

1787.61×1.35=2413.27 kg

3）计算水分重量： 炉料带入水分为：

430×4.5%=19.35 kg

还原生成水分重量为：

45×18/22.4=36.16 kg

总计水分重量为：

19.35+36.16=55.51 kg

4）炉料的机械损失： 炉料的机械损失量为

2607.41－2517.35=90.06 kg

根据上述计算列出物料平衡表见表3.5。

收 入 项 原 料

鼓 风 喷 煤 共 计 绝对误差

表3.5 物料平衡表 重量/kg 支 出 项 2607.41 1611.99 130 4349.4 11.21

生 铁 炉 渣 煤 气 水 分 机械损失 共 计 相对误差

重量/kg 1000.00 779.35 2413.27 55.51 90.06 4338.19 0.26%

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

4 高炉内型设计计算

4.1 高炉炉型

高炉是一个竖立圆筒形的炉子，其内部工作空间的形状称为高炉炉型，高炉自问世以来．随着科学的发展和技术进步，高炉内型逐渐演变到今天的五段式炉型，即由炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五段结构组成，如图4.1所示[17]。

图4.1 高炉内型结构组成

h0—死铁层高度；h1—炉缸高度；h2—炉腹高度；h3—炉腰高度；h4—炉身高度；h5—炉喉高度；h6—炉头高度指炉顶法兰盘至大钟开启底面（无钟式炉顶旋转溜槽垂直位置低端）之间的距离；hz—铁口中心线至渣口中心线的高度；H—全高；Hu—有效高度；hf—铁口中心线至风口中心线的高度；d—炉缸直径；D—炉腰直径；d1—炉喉直径；α—炉腹角；β—炉身角；Vu—高炉有效容积。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

我国高炉料线零位是指大钟开启位置下缘线的标高，或无钟炉顶旋转溜槽垂直状态下端的际高。料线零位至铁口中心线之间的容积为有效容积，也指五段容积之和。

4.2 高炉炉型设计原则

高炉炉型的合理性，是高炉实现高产、优质、低耗、长寿的重要条件。合理的炉型因该能够很好的使炉料顺利的下降和煤气流的上升运动。在生产过程中，炉型是变化的。开炉时的炉型为建筑炉型，它和设计炉型基本一致。投产后由于炉墙受到机械作用和腐蚀作用而部分破坏，炉型发生变化，变化后的炉型称为操作炉型或工作炉型。在高炉一代炉龄的生产中，往往产生这样的情况：炉龄中期的生产技术经济指标比开炉初期好，而后期的生产指标又会变差。在其他冶炼条件相同的情况下，说明炉型中期形成的操作炉型比开炉初期的设计炉型更能适应于高炉冶炼的规律。高炉后期生产指标变差，是由于后期炉衬受到严重的侵蚀破坏，炉型发生严重变形，其适应性遭到破坏所致。由此可见，设计的炉型并非是完全合理的炉型，设计炉型应接近于操作炉型。

炉型设计主要在于寻求高炉各部分之间合理的比例关系，内型各部分尺寸是互相制约和影响的，片面强调某一一部分的作用，过分扩大某部分尺寸对冶炼过程都是不利的。因此炉型各部分尺寸比例关系又要和具体冶炼条件及炉衬结构和冷却方式相适应，要考虑到开炉初期和冶炼过程中各部分可能发生变化的情况。即能燃烧较多数量的燃料，适宜喷吹技术的要求；能容纳一定量的熔渣和铁水。有利于提高冶炼强度；能充分利用煤气的热能和化学能，有利于降低焦比。实际上各厂高炉内型各部分尺寸，是在计算结果和同类型高炉的内型比较分析的基础之上，根据各厂原材料的具体条件而选定的。

随着高炉大型化进程的加快，对高炉本体的设计提出了越来越高的要求。目前提出的高炉长寿目标是，高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上。在高炉炉役期间，单位高炉容积的产铁量应达到或大于10000 t[1]。经过近百年来高炉生产实践科学的总结出五段式高炉炉型，以保证炉料、送风制度以及他们在炉内的运动规律与炉型相适应，达到高炉高产、优质、低耗和长寿的要求。

4.3 高炉内型尺寸确定

合理的高炉内型设计的方法是：

1）参考已有的炉型计算方法及经验公式，初步确定高炉内型各部位尺寸及其基本的比例关系；

2）研究国内外高炉炉型发展趋势，重点调整局部尺寸；

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

3）收集国内外炉型资料，以炉容相近、原料及操作条件相近、原燃料及操作条件相似、生产指标先进的炉型作为参考，对计算炉型尺寸进行适当的调整。

而课题高炉内型设计是已统计比较得到适合冶炼的高炉有效容积、冶炼强度、有效容积利用系数等指标，通过冶炼条件炉型各部尺寸之间关系式做炉型计算，然后按要求炉容校核修定后确定高炉的内型尺寸。

4.3.1 炉缸直径

炉缸位于高炉下部，呈圆筒形。铁口、渣口和风口都不布置在炉缸部位。炉缸上部（渣口以上）的风口带进行着燃料燃烧，下部盛放高温渣、铁水。炉缸直径在很大程度上影响高炉冶炼的强化程度。增大高炉炉缸直径有利于高炉在单位时间内燃烧较多的燃料，获得较高的产量。如果炉缸截面积过大，导致炉腹角过大，易造成边缘煤气过分发展和中心堆积不利于操作，而炉缸截面积过小，不利于炉料下降。由于炉缸直径决定了炉缸截面积A，而炉缸截面积与燃烧焦炭量成正比，这个比例系数叫燃烧强度。它是指每小时每平方米炉缸截面积所燃烧焦炭的数量，记为i然，一般为1.0 ~1.3 t/（m2·h），大高炉选上限，其至可达1.4 t/（m2·h），但目前原料条件下最大不得超过1.5 ~1．6 t/（m2·h），小高炉则用下限。燃烧强度与风机能入和原料、燃料条件有关，—般风机能力大，原料透气性好，燃料的可燃性好，燃烧强度就会大些．选择好燃烧强度是确定合理炉缸直径的关键。若燃烧强度以每平方米炉缸截面积每日燃烧的焦炭量计（JA炉缸燃烧强度，包括喷吹燃料）其值为25~40 t/（m2·d）这里我们选取炉缸燃烧强度为：

JA=28.8 t/（m2·d）

本课题设计的高炉是冶炼攀枝花钒钛磁铁矿的高炉，其冶炼强度参照已有的经验数据给定冶炼强度为：

I=1.10 t/（m3·d）

炉缸直径可由经验公式d=1.13IVu/JA算得[17]。

d=1.13IVu/JA=1.131.10?2000/28.8=9.88 m

Vu/A高炉有效容积与炉缸横断面积（A）比值的大小，是描述高炉“矮胖”程度的另一个参数。一般炉容大的比炉容小的高炉的Vu/A值要大些，这是提高小高炉冶炼强度的经验之一，Vu/A值，大型高炉为22 ~27，中型高炉为15 ~22，小型高炉为10 ~13[1]。故对计算得炉缸直径进行校核：

Vu/A=2000/π×（9.88/2）2=26.1（合适）

4.3.2 炉腰直径

炉腰位于炉腹和炉身之间，呈圆柱形。是炉腹与炉身的过渡段。炉腰直径（D）是高炉炉型中直径最大的部分，在此有粘稠的初渣透气性差，炉腰直径应适当大

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

一些，从结构上为顺行创造了良好条件。但过分扩大D，则会导致边缘气流难以控制。

炉腰直径可由D/d确定，大型高炉为1.10~1.15，中型高炉为1.15~1.25，小型高炉为1.25~1.50[17]。此处选取D/d=1.11，故炉腰直径为：

D=1.11×9.88=10.97 m

4.3.3 炉喉直径

炉喉呈圆柱形，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料分布合理。炉喉直径（d1）与炉腰直径（D）、炉身角（β）、炉身高度（h4）几何相关，并决定了高炉上部炉型的结构特点。d1/D取值于0.64~0.73之间[18]。在此选取d1/D=0.7，故炉喉直径为：

d1=0.7×10.97=7.68 m

4.3.4 铁口中心线到炉底砌砖之间的距离

它的作用是防止渣铁、煤气对炉底的冲刷，稳定渣铁温度。中小型高炉h0取值450 ~600 mm，大高炉为1000 mm以上，由于冶炼不断强化，增加死铁层厚度，以便有效保护炉底，至关重要，4000 m3高炉，取值1.8 ~2.5 m之间[18]。在冶炼攀枝花钒钛磁铁矿的条件下选取

h0=1.0 m

4.3.5 炉缸高度

炉缸高度应使炉缸能容纳两次出铁间产生的渣和铁，并为风口安装留有余地。 设出铁量的不均匀系数为1.2。每昼夜出铁10次，铁水比重7.1 t/m3、下渣率30%、渣铁比0.72 t渣/t铁、水渣比重1.8 t/m3 。

2000×2.23×1.2/（10×7.1）?2000×2.23×1.2×0.72×0.3/（10×1.8）hz==1.82 m 2?×（9.88/2）通过比较已有的高炉尺寸数据，选取风口中心线与渣口中心线间距为1.48 m，选取风口中心线到炉腹下缘线间距为0.6 m。则炉缸高度为：

h1=1.82+1480+600=3.90 m

4.3.6 炉腹角与炉腹高度

炉腹在炉缸的上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩，稳定下料速度。炉腹的存在对于上部料柱而言，燃烧带向中心移动，可能减弱煤气流的边缘效应，并使燃烧带处于炉喉的下方，有利于松动炉料，促进冶炼顺行。

炉腹角一般取值79°~83°，过大不利于煤气分布，过小使得炉腹部位对下降炉料阻力增加，不利于顺行[18]。炉腹过高，有可能炉料尚未熔融就进入收缩段，易造

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 结 论

便于炉前机械化、结构简单、制造和施工大大简化，符合大型高炉。

本课题主要进行了高炉工艺计算、高炉本体及设备设计，没有进行高炉热平衡计算，对高炉热量分配并不确定是否合理，也没有对各种耐火材料的性能进行深入研究，这些都是本课题的不足之处，希望在以后的研究中作更深入更全面的研究。本课题在完成了高炉本体的系统设计，并作了一张CAD图以作更详细说明。但本课题工艺计算和炉型尺寸设计均采用经验及经验公式计算设计，得出结论仅供参考。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 参考文献

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 致谢

致 谢

本论文的撰写，是在我的导师教授和副教授的细心指导和督促下完成的，没有老师和老师的帮助也就没有今天的这篇论文。在此谨向他们致以最真诚的谢意。导师们渊博的学识、丰富的经验、开阔的视野、精益求精的工作作风、严谨的治学精神，也让我深受感染。

求学历程是艰苦的，但也是快乐的。感谢在我求学历程中无私教授我知识的老师们，他们无私的奉献，方才铸就了我的今天，在此向他们表示衷心的感谢。同样衷心感谢求学历程中伴我成长的挚友们，你们让我得到了人生最大的一笔财富。

最后谢谢我的父母，没有他们含辛茹苦的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

成难行和悬料；炉腹过低则可能减弱炉腹应有的作用。考虑到高炉冶炼的原料冶炼情况选取炉腹角α=80°26′。可根据以下公式算出炉腹的高度：

D－dh2=·tanα

2即炉腹高度为：

h2=

D－d10.97－9.88·tanα=·tan80°26′=3.18 m 224.3.7 炉身角与炉身高度

炉身呈正截圆锥形，向下扩张以适应往下运动的炉料，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身角（β）对炉料下降和炉身部位煤气流分布有重要影响，炉身角取值小时有利于炉料下降，但易发展边缘煤气流，炉身角取大值时，有利于抑制边缘煤气流，但不利于炉料下降。

炉身角取值于80.5°~85.5°之间。原料燃料条件好，炉身角可向大取值，相反则取小值，取值的标准是高炉冶炼强度高、风口喷吹量大炉身角取小值；一般大高炉炉身角取小值，小高炉取大值[18]。考虑到原燃料的冶炼情况情况这里取炉身角为β=84°42′。可根据以下公式算出炉身高度：

h4=

即炉身高为：

h4=

D－d110.97－7.68·tanβ=·tan84°42′=16.84 m

22D－d1·tanβ 24.3.8 有效高度、炉喉高度、炉腰高度

Hu / D此值表征高炉“矮胖”的程度，此值越大，炉料和煤气经过的路径越长，炉料与煤气在炉内接触的时间也越长，因此有利于煤气的热能和化学能的充分利用。但是，另一方面，由于此值较大，会增加料柱的高度，相应地增加了煤气流通过料柱的阻力损失，不利于高炉顺行的因素也增加。一般大中型高炉Hu / D为2.5~3.5，小型高炉为3.5~4.2[1]。在此取Hu / D=2.55，故有效高度为：

Hu =2.55×10.97=27.97 m

炉料和煤气在炉喉处进出，所以它影响布料和煤气分布，一定的炉喉高度可保证收拢煤气和满足布料，但过高的炉喉会使炉料挤紧而影响下料，过低不利于改变装料制度以调节煤气流分布。大型高炉取2.0~2.5 m，中型高炉取1.5~2.0 m，小型高炉取0.6~1.5m[17]。在此选取炉喉高度为：

h5=2.0 m

即可通过以上数据算出炉腰高度为：

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

h3=Hu－h1－h2－h4－h5=27.97－3.90－3.18－16.84－2.0=2.05 m

4.3.9 风口、渣口、铁口数

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。确定风口数目可以通过经验公式得到，即：中小型高炉n=2（d+1）,大型高炉n=2（d+2），4000m3

[1]左右巨型高炉n=3d（式中d为炉缸直径）。这里我们以大型高炉计算风口数，即：

n=2（d+2）=2×（9.88+2）=23.76（取n=24个）

从以往的成功高炉经验参考在此高炉中设计渣口2个，铁口2个。

4.3.10 炉容校核

炉缸体积：

V1=

?2?dh1=×9.882×3.90=298.85 m3 44 炉腹体积：

??V2=h2（D2+Dd+d2）=×3.18×（10.972+10.97×9.88+9.882）=253.46 m3

1212炉腰体积：

V3=

?2?Dh3 =×10.972×2.05=193.66 m3 44炉身体积：

??V4=h4（D2+Dd1+d12）=×16.84（10.972+10.97×7.68+7.682）=1161.41 m3

1212炉喉体积：

V5=

总高炉容积为：

Vu= V1 +V2 +V3 + V4+ V5 =298.85+253.46+193.66+1161.41+92.6=1999.98 m3 误差：

△V=

2000?1999.98×100%=0.001%

2000?? d12 h5 =×7.682×2.0=92.6 m3 44通过误差分析表明，高炉的内型尺寸设计计算是合理的，符合设计要求。高炉主要内型尺寸如图4.2所示。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 高炉内型设计计算

图4.2 高炉内型尺寸

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 5 高炉本体及主要设备选择

5 高炉本体及主要设备选择

5.1 高炉基础

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传递到地基。高炉基础由埋下的基座部分和地面上的基墩部分组成，高炉基础结构简图见图5.1。

图5.1 高炉基础结构简图

1—冷却壁；2—水冷管；3—密封钢环；4—炉底砖；5—耐热混凝土基墩；

6—基座；7—炉壳；8—耐火砖。

1）高炉基础的负荷：

高炉基础承受的载荷有：静负荷、动负荷、热应力作用，其中温度造成的热应力作用最危险。

①静负荷，高炉基础承受的静负荷包括高炉内的炉料重量、渣铁液重量、炉体本身的砌砖重量、金属结构重量、冷却设备及冷却水重量、炉顶设备重量等，另外还有炉下建筑物、斜桥、卷扬机等分布在炉身周围的设备重量。就力的作用情况来看，前者是对称的，作用在炉基上；后者则常不对称，是引起力矩的因素，可能产生不均匀下沉。

②动负荷，生产中常有崩料、坐料等，加给炉基的动负荷是相当大的，设计时必须考虑。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 5 高炉本体及主要设备选择

③热应力作用，炉缸中储存着高温的铁液和渣液，炉基处在一定的温度下。由于高炉基础内温度分布不均匀，一般是里高外低，上高下低，这就在高炉基础内部产生了热应力。

2）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地基，不允许发生沉陷和不均匀的沉陷。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。

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，钢筋混凝土在700 ℃时失去强度[19]。如果不采用耐热混凝土基墩和炉底冷却设施，炉底破损到一定程度后，常引起基础破坏，甚至发生爆炸，故采用水冷炉底及耐热基墩，可以保证高炉基础很好地工作。

5.1.1 高炉基础设计条件

1）钢筋标准强度RxH=4000 kg/cm2,；

2）填料的压缩量α在6%～8%，本设计取7%； 3）钢筋强性模量Eα=2×106 kg/cm2； 4）d墩=2（B+R+a）； 5）取膨胀缝B=120 mm；

6）耐火砖厚a=345 mm，采用长砖半砌基墩一圈。

5.1.2 基墩设计计算

1）耐热混凝土基半径R为：

R=1.5×B×α×Eα/RxH=1.5×12×7%×2×106/4000=630 cm

2）d墩=2（B+R+a）=2（12+630+34.5）=1353 cm 3）基墩高度：

一般h墩≥1/4d1，在本课题中h墩≥7.68×1/4=1.92,取h墩=1900 mm，即h墩=1.9 m。由于攀枝花钒钛磁铁矿的冶炼特性，炉底会形成粘结物（大锭）有效地防止了渣铁对炉底砖衬的侵蚀，使炉底温度降低，并且温度场变化不大，相应的耐热混凝土基墩高度比普通的高炉低，故取1.9 m即可。

基墩一般采用硅酸盐水泥耐混凝土，四周环砌一圈耐火砖，厚345 mm，外层炉壳，在炉壳与砖之间有120 mm的膨胀逢。为了防止基墩四周开裂，保证足够的强度，建体基墩应配以环形钢筋。

5.1.3 基座设计

1）底座面积：

基座直径与载荷和地基土质有关，基座底面积可按下式计算[1]：

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 高炉钢结构设计

6 高炉钢结构设计

6.1 炉壳

炉壳是高炉的外壳，里面有冷却设备和炉衬，顶部有装料设备和煤气上升管，下部坐落在高炉基础上，是不等截面的圆筒体。

炉壳主要作用是固定冷却设备、保证高炉砌砖的牢固性、承受炉内压力和起到炉体密封作用，也要承受一部分的炉顶载荷，因此炉壳必须有一定的强度。故炉壳由炭素钢板焊接而成，炉壳制作加工时，先将钢板弯卷好，然后再在工地预装、焊接，并作防锈和防腐蚀处理。

6.1.1 炉壳厚度的计算

炉壳的厚度应与工作条件相适应，各部位厚度可按下式计算[1

δ=kD

式中 δ—计算部位炉壳厚度，（mm）；

D—计算部位炉壳外弦带直径（对圆锥壳体采用大端直径），（m）； k—系数，（mm/m），与弦带位置有关，其值见表6.1。

表6.1 高炉各弦带k的取值

炉顶封板与炉喉 50°＜β＜55° β＞55°

4.0

5.0

高炉炉身 2.0

高炉炉身下弦带 2.2

风口带到炉腹上折点 2.7

炉缸及炉底

3.0

，22~23]

：

1）炉喉部位，取k=4.0

δ=4.0×（7.68+0.575×2+0.05×2）=35.72 mm

取δ=36 mm

2）炉身部位，取k=2.0

δ=2.0×[10.97+（0.575+0.05+0.35+0.07）×2]=26.12 mm

取δ=26 mm

3）炉身下部，取k=2.2

δ=2.2×[10.97+（0.69+0.05+0.35+0.07）×2]=29.24 mm

取δ=29 mm

4）风口带到炉腰上折点，取k=2.7

δ=2.7×[10.97+（0.345+0.05+0.35+0.07）×2]=34.02 mm

取δ=34 mm

5）炉缸和炉底部位，取k=3.0

δ=3.0×（13.53+0.05×2）=40.89 mm

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但根据从其他高炉的经验来看这部分用不了这么厚的炉壳，故对比许多高炉的经验选取δ=36 mm，但是在风口、铁口、渣口区域选用38 mm即可。

6.1.2 炉壳折点的确定

1）折点C＇的确定：

炉腹处炉壳到高炉内型距离=50+70+345+350=815 mm，定出C＇再根据基墩定出C点，作直线CC＇。再根据炉腰采用的是过渡式，A点是位于炉腰上切面的炉壳外点，连接C＇点与A点，由设计的炉衬与冷却设备知A C＇是与炉腹内型线平行。

2）由于本设计采用薄壁，所以炉腹以上的炉皮折点与高炉内型一致。其炉壳折点详情见图6.1。

图6.1 炉壳转折点示意图

6.2 炉体平台及走梯

高炉炉体凡是设置有人孔、探测孔、冷却设施及机械设备的部位，均设置工作平台，以便检修和操作。各层工作平台之间用走梯连接。具体设计情况如下：

1）过道走梯宽取80 mm，炉体各层工作平台宽1500 mm并且平台铺板必须用防滑的花纹钢板焊接，并应设置100 mm高的踢脚板，以保证安全；

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2）炉体平台与炉壳之间留有200～300 mm的间隙；

3）炉体走梯坡度用45°斜梯，上下段错开，梯段高度取3.5 m； 4）平台及梯子栏杆高度用1100 mm； 5）各层平台标高：

炉体各层平台在2.0 m~3.5 m之间，本设计在参考炉体供排出及设备检查等问题后，选定各层标高如表6.2所示。

表6.2 高炉炉体各层平台标高 项 目 炉体检查平台 风口平台 炉腰第一次平台 炉身第二层平台 炉身第三层平台 炉身第四层平台 炉身第五层平台 炉顶平台

平台标高/mm

6000 10150 17150 20650 24150 27650 31150 36250

6.3 高炉本体钢结构类型

大型高炉一般采用炉体框架式的高炉本体钢结构，所以本高炉本体钢结构就选择这种钢结构，如图6.2[1

，24~26]

。

图6.2 炉体框架式结构

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炉体框架式的特点及好处：

1）由上下两段支柱发展形成一个由炉基直到炉顶的四方框架，并向外扩移，使这个框架和高炉本体是一个不相联的独立结构，因此，炉顶框架的重量、煤气上升管的重量、各层平台及水箱重量，完全由大框架直接传给高炉基础；

2）这种结构由于取消了炉缸支柱，框架离开高炉一定距离，也完全不受“热”的影响。风口平台宽敞，便于炉前机械化、结构简单、制造和施工大大简化。炉前操作方便，便于设备的维修，及高炉大修时高炉容积的扩大。

6.4 高炉主要热工检测仪表

炉身设有炉墙温度计、冷却板温度计、静压力计，炉顶设有十字测温上段和下段，炉身还设有煤气取样器，根据料线而定。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文) 结 论

结 论

本课题为2000 m3高炉本体设计，设计内容主要包括高炉工艺计算（配料计算、物料平衡计算）、高炉内型尺寸设计、高炉基础设计、高炉内衬设计、高炉冷却壁设计和高炉钢结构设计。

通过配料计算和物料平衡计算，得出冶炼1t 生铁所需原料量（干料用量）混合矿2062.04 kg、石灰石25.31 kg，冶炼1t 生铁实际需加原料2607.41 kg、需鼓风量1249.60 m3、鼓风重量为1611.99 kg、喷煤量130 kg。冶炼1t 生铁产生779.35 kg炉渣，产生煤气1787.61 m3、煤气重2413.27 kg；还计算出煤气主要成分，其中CO占23.60%，所占比例符合高炉冶炼要求。从物料平衡表知冶炼1t 生铁物料总收入

4349.4 kg，总支出4338.19 kg，相对误差为0.26%，但从中得到其机械损失严重，冶

炼每吨生铁机械损失达90.06 kg，造成其损失的原因主要是炉内粉尘和水分。

通过高炉内型设计和尺寸计算，得到炉缸直径为9.88 m，炉腰直径为10.97 m，现今大型高炉的发展趋势向着矮胖型发展，高径比为Hu/D=2.55，有效高度为27.97 m，此高度符合高炉冶炼的需要。高炉共设计24个风口、2个渣口、2个铁口。渣口和铁口可以相应间隔出渣和铁，风口数目多，可以减少炉缸的“死区”，同时有利于喷吹煤粉。课题为2000 m3高炉本体设计，通过设计计算得到设计出的高炉有效容积为1999.98 m3，相对误差为0.001%，小于1%，符合设计要求。

通过对高炉基础的设计计算，得出高炉基墩直径d墩=13.53 m，基墩高度h=1.9

m。高炉基座设计成正八边形，其面积A=560 m2，轨面以上高2.0 m，采用混凝土浇筑而成，在基座与基墩之间留有80 mm水平温度缝，为避免基座在耐热混凝土基墩变形时损坏。以轨面作“0”界面起点，确定铁口标高为8326 mm。

通过高炉耐火材料设计，确定炉底选用碳砖和高铝砖的综合炉底，炉缸采用全碳砖，炉腹采用一层厚345 mm的粘土砖，炉腰用高铝砖做成过渡式结构，炉身分上下两部分，下部采用两层厚345 mm的碳化硅砖和高铝砖砌筑，上部采用一层厚345 mm的高铝砖和一层厚230 mm的粘土砖砌筑，保证高炉生产长寿。通过冷却设备设计，确定炉缸和炉底选用三段光面冷却壁，炉腹和炉腰部位选用镶砖冷却壁，在炉身处采用镶砖冷却壁和冷却板的组合冷却方式，完成高炉炉壁冷却的效果，更好的保护炉衬，达到高炉长寿的目的。

通过高炉钢结构设计，经过计算和经验确定了高炉各段炉壳的厚度，及转折点取点，完成整个高炉外形设计。确定了高炉各层平台的标高，共设有炉体检查平台、风口平台、炉身五个平台和炉顶平台。高炉本体钢结构采用炉体框架式，

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