2500m3高炉炉衬设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目： 2500m3炼铁高炉炉衬设计

学生姓名：姜静

学号： 201111103028 班级： 2011级冶金工程1班

所在院(系)：攀枝花学院资源与环境工程学院

指导老师：周兰花职称：教授

二〇一四年六月

攀枝花学院教务处

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

题目炼铁高炉炉衬设计

1、课程设计的目的

通过设计，培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想，训练学生综合运用冶金基础课程理论知识能力，培养学生独立思考、分析、初步解决冶金工艺问题及查阅资料等技能；深入理解高炉内冶炼变化规律，结合高炉冶炼特点设计出合理的高炉炉型、高炉炉衬厚度、选择出合适的炉衬材质。

2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）

已知条件：炼铁高炉有效容积为1200m3、2500m3。

设计内容：1200m3、2500m3炼铁高炉内型尺寸计算、选用合适的高炉炉衬材质、确定出高炉炉衬厚度。

技术要求：设计的1200m3、2500m3炼铁高炉内型容积与实际所给容积误差小于1%、炉衬厚度合符高炉冶炼要求及其材质选用发展趋势、炉衬材质选择遵循材质性能适应高炉冶炼变化、成本较低等要求。

工作要求：严格按进度设计；大胆设想，尽力创新；务必在规定时间内完成任务。

3、主要参考文献

[1] 韩至成.炼钢学(下册)[M]. 北京:冶金工业出版社.1980

[2] 张承武. 炼钢学(下册)[M]. 北京:冶金工业出版社.1991.

[3] 王雅真. 氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备. 北京:冶金工业出版社.2001

[4] 曲英. 炼钢学. 北京:冶金工业出版社. 1994

4、课程设计工作进度计划

1-2天查阅资料，明确设计内容与原理

1-2天炼铁高炉内型尺寸确定

3-4天炼铁高炉炉衬厚度、炉衬材质确定

1-2天稿件修改与定稿

指导教师（签字）周兰花日期2014年6月3日

教研室意见：

年月日

学生（签字）：

接受任务时间：年月日注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称2500ｍ3炼铁高炉内衬设计

评分项目分

值

得

分

评价内涵

工作表现20% 01 学习态度 6 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学

工作态度。

02 科学实践、调研7 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠

道获取与课程设计有关的材料。

03 课题工作量7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。

能力水平35% 04 综合运用知识的能力10

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，

能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，

得出有价值的结论。

05 应用文献的能力 5

能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并

较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种

信息及获取新知识的能力。

06

设计（实验）能力，方案

的设计能力

5

能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、

操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清

晰、完整。

07 计算及计算机应用能力 5 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机

进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。

08

对计算或实验结果的分析

能力（综合分析能力、技

术经济分析能力）

10 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。

成果质量45% 09

插图（或图纸）质量、篇

幅、设计（论文）规范化

程度

5 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本

文件第五条要求。

10 设计说明书（论文）质量30 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，

结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。

11 创新10 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

成绩

指

导

教

师

评

语

指导教师签名：年月日

摘要

为设计出2500m3炼铁高炉炉衬，对2500m3炼铁高炉内型尺寸进行了计算与校核，结合高炉冶炼过程炉衬受损条件、耐火材料性能和价格等因素选取炉衬材料及其确定出高炉炉衬厚度。采用五段式高炉，经高炉炉型尺寸计算经验公式和统计数据设计，得到的2500m3炼铁高炉高径比取2.3。

高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。近代高炉炉型向着大型横向发展。高炉炉衬设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的重要条件，也是高炉辅助系统设计和选型的依据。

关键词：高炉炉型；炉衬；高炉基础

目录

摘要 1

1绪论 1 1.1高炉炉型 2 1.2炉型的发展过程 2 1.3内型尺寸的影响 2

1.4高炉炉衬2

2 高炉炉型设计 (3)

2.1五段式高炉炉型 3 2.2高炉内型尺寸计算 4

2.2.1定容积 4

2.2.2确定工作日和年产量 4

2.2.3炉缸尺寸 4

2.2.4死铁层厚度 5

2.2.5炉腰直径、炉腰角、炉腹高度 6

2.2.6 炉喉直径、炉喉高度7

2.2.7炉身角、炉身高度、炉腰高度7

2.2. 8 有效容积的校核8 3高炉炉衬的设计9

3.1高炉炉衬设计考虑的因素9

3.1.1 高炉炉衬破坏机理9

3.1.2 高炉用耐火材料10

3.1.2 高炉用耐火砖砖型10 3.2 高炉炉衬材质及厚度确定10

3.2.1 炉底和炉缸炉衬材质及其厚度确定10

3.2.2 炉缸环砌耐火砖厚度确定11

3.2.3 炉腹、炉腰和炉身下部耐火材质及其厚度确定11

3.2.4炉身上部耐火材质及其厚度确定12

3.2.5炉喉耐火材质及其厚度确定12 结论13 参考文献 (14)

1 绪论

高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设计等。高炉的大小以高炉有效容积表示，高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。近代高炉炉型向着大型横向发展。

目前，世界高炉有效容积最大的是5580m3，高径比2.0左右。高炉本体结构设计的先进、合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统设计和选型的依据。本次设计借助各种参考，设计2500m3有效容积的高炉炉型，选择了合适的高炉内衬材质，确定了高炉炉衬厚度。综合个方面达到设备先进，优质，长寿等要求。

1.1高炉炉型的发展

高炉是属于一种竖炉，高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或高炉内型。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的过程，因此必须提供燃料燃烧的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空问。高炉炉型要适应原燃料条件的要求，保证冶炼过程的顺利。

高炉炉型差异会给高炉操作带来较大影响，不合理炉型结构不仅会给操作带来困难，而且会影响高炉长寿。现代高炉炉型基本结构在20世纪初就已经确定，但是合理操作炉型与生产条件和操作制度密切相关，没有统一确定模式，没有建立以理论分析为基础的定量指导标准。实际高炉炉型设计主要依据以往和现存高炉的炉型和操作参数，通过统计分析，凭操作经验确定。宝钢分公司高炉经过20多年生产经验积累，对高炉炉型认识不断深入，本论文结合炉型及高炉煤气流分布特点，分析炉型演变规律，研究高炉炉型结构差异对高炉煤气流分布影响，从而探讨适合生产条件和操作制度的稳定合理操作炉型的结构设计，摸索高炉不同炉型，高炉煤气流调剂控制技术，提升高炉煤气流控制技术和应对技术实现高炉稳定。

炉型的发展过程主要受当时的技术条件和原燃料条件的限制。随着原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，炉型演变过程大体可分为3个阶段。

（1）无型阶段，又称生吹法。在土坡挖洞，四周砌行块，以木炭冶炼，这是原始的方法。

（2）大腰阶段。炉腰尺寸过大的炉型。出于当工业不发达，高炉冶炼以人力、蓄力、风力、水力鼓风，鼓风能力很弱，为了保证整个炉缸截面获得高温，

炉缸直径很小，冶炼以木炭或无烟煤为燃料，机械强度很低，为了避免高炉下部燃料被压碎，从而影响料柱透气性，故有效高度很低；为了人工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流速度，延长了烟气在炉内停留时间，起到焖住炉内热量的作用。因此，炉缸和炉喉直径小，有效高度低，而炉腰直径很大。这类高炉生产率很低，一座28m3高炉日产量只有1.5 t左右。

（3）近代高炉。由于鼓风机能力进一步提高．原燃料处理更加精细，高炉炉型向着“大型横向”发展。

（4）高炉是横断面为圆形的圆筒状炼铁竖炉。外部用钢结构做支撑，表面为钢板作的炉壳，壳内砌耐火砖内衬。现代高炉被称为“五段式”高炉，其高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。

现代高炉有较高的机械化与自动化水平，在操作方面以精料为基础，强化冶炼为手段，选择合适的炉容比，炉缸、炉腹、炉腰、炉身以及炉喉是十分重要的，适应大风量、高风温、大喷吹量。现代高炉的发展和方向应该满足以下几点：（1）H

/D比值减少

有

/A比值减少

（2）V

有

（3）炉身角β值减少

（4）炉缸、炉腹、炉喉直径比值缩小[1]。

1.2高炉炉衬

按照设计，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，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用[2]。

高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。高炉内不同部位发生不同的物理化学反应，所以需要具体分析各部位炉衬的破损机理[3]。

2 高炉炉型设计

2.1五段式高炉炉型

如图2.1所示的五段式高炉炉型是近百年来高炉生产实践的科学总结。随着冶炼技术的发展，人们逐渐摸索出炉型发展的规律，这是炉型必须和炉料、送风制度、以及它们在炉内运动的规律相适应。因而形成了上、下步直径小、中间粗的圆筒形，这符合炉料下降是受热膨胀、松动、软熔和最后形成液态渣铁而体积收缩变化过程的需要，也符合煤气流上升（离开炉墙，减少对炉衬的冲刷；煤气在上升过程中热量传给炉料，本身温度降低体积慢慢收缩减小）的特点[1]。 D d

风口中心线渣口中心线铁口中心线βαH u f z h h 012345

h h h h h h d 1

图2.1 五段式高炉炉型示意图

（H —全高，指从铁口中心线到炉顶法兰盘之间的距离，H=H U +H 6；H U —有效高度，指从铁口中心线到大钟开启位置的下缘线（无钟炉顶旋转溜槽垂直位置地端）之间的距离，H U = h 1+h 2+h 3+h 4+h 5；h 0死铁层高度，指从死铁层底面至铁口中心线的距离；h 1—炉缸高度；h 2—炉腹高度；h 3—炉腰高度；h 4—炉身高度；H 5—炉喉高度；h 6—炉头高度；d —炉缸直径； D —炉腰直径；d 1—炉喉直径；α—炉腹角；β—炉身角；h f —铁口中心线至风口中心线高度；h z —铁口中心线至铁口中心线高度；V 有效—高炉有效容积）

2.2高炉炉型尺寸设计

确定了高炉有效容积之后，就可以进行炉型设计。炉型设计设计是根据同类型高炉的生产实践，进行分析和比较来确定的。通常采用分析计算法和统计公式法结合设计。高炉炉型各部分之间是相互影响、相互制约的。炉型设计就是确定各个部分之间合适的比例关系随着高炉原料、燃烧条件的改善，随着合理炉衬结构和冷却方式的采用，以及高炉的大型化冶炼技术的发展还在不断变化。下面根据我国高炉炉型尺寸计算经验公式和统计数据设计[3]。

2.2.1定容积

选定高炉座数为1座，高炉利用系数为ηv =2.0t/(m 3 ·d)，高炉容积V u =2500m 3 。

2.2.2确定年工作日和日产量

年工作日为365×95%=347天，日产量P 总=V u ·ηv =5000t

2.2.3炉缸尺寸

高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸，炉缸的上、中、下部位分别没有风口、渣口与铁口，现代大型高炉多不设渣口。炉缸下部容积盛装液态渣铁，上部空间为风口的燃烧带。

炉缸直径过大和过小都直接影响高炉生产。直径过大将导致炉腹角过大，边缘气流过分发展，中心气流不活跃而引起炉缸堆积，同时加速对炉衬的侵蚀；炉缸直径过小限制焦炭的燃烧，影响产量的提高。炉缸截面积应保证一定数量的焦炭和喷吹燃料的燃烧，炉缸截面燃烧强度是高炉冶炼的一个重要指标，它是指每1h 每1m 3炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量，一般为1.00-1.25t/(m 2·h)。炉缸截面燃烧强度的选择，应与风机能力和原燃料条件相适应，风机能力大、原料透气性好、燃料可燃性好的燃烧强度可选大些，否则选低值[4]。

(1）炉缸直径

选定冶炼强度I=0.95t （m 3·d ）；燃烧强度i 燃=1.05t/(m 2·h)

则： d= 0.23燃i IVu

=10.94 取10.9m

校核V u /A=2

42500d π=26.80.一般大型高炉在22~28之间[1]，计算合理。

（2）炉缸高度

炉缸高度的确定，包括渣口高度、风口高度以及风口安装尺寸的确定。

铁口位于炉缸下水平面，铁口数目根据高炉炉容或高炉产量而定，一般1000m 3以下高炉设一个铁口，1500-3000m 3高炉设2-3个铁口，3000m 3以上高炉设3-4个铁口，或以每个铁口日出铁量1500-3000t 设铁口数目。原则上出铁口数目取上限，有利于强化高炉冶炼。

h z =Nc d bP 24π

=1.65m 取1.7m

h f =k h z =56.04

.1=2.94m 取3.0m

风口数目：n=2(d+2)=2×(10.9+2)=25.8 取26。

风口结构尺寸：a=0.5

h 1= h f +a=3.5m

2.2.4死铁层厚度

渣口中心线与铁口中心线间距离称为渣口高度，它取决于原料条件，即渣量的大小。渣口过高，下渣量增加，对铁口的维护不利；渣口过低，易出现渣中带铁事故，从而损坏渣口，大、中型高炉渣口高度多为1.5-1.7m 。

h 0=1.5m

2.2.5炉腰直径、炉腰角、炉腹高度

炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体积的收缩，稳定下料速度。同时，可使高温煤气流离开炉墙，既不烧坏炉墙又有利于渣皮的稳定，对上部料柱而言，使燃烧带处于炉喉边缘的下方，有利于松动炉料，促进冶炼顺行。燃烧带产生的煤气量为鼓风量的 1.4倍左右，理论燃烧温度1800~2000℃，气体体积剧烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。

炉腹的结构尺寸是炉腹高度h 2和炉腹角α。炉腹过高，有可能炉料尚未熔融就进入收缩段，易造成难行和悬料；炉腹过低则减弱炉腹的作用。

炉腹上部的圆柱形空间为炉腰，是高炉炉型中直径最大的部位。炉腰处恰是冶炼的软熔带、透气性变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了透气条件。在炉型结构上，炉腰起着承上启下的作用，使炉腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。

炉腰直径与炉缸直径和炉腹角和炉腹高度几何相关，并决定了炉型的下部结构特点。一般炉腰直径与炉缸直径有一定比例关系，大型高炉D/d 取值1.09-1.15， 中型高炉1.15-1.25，小型高炉1.25-1.5。

选取D/d=1.13

D=1.13×d=1.13×10.9=12.31m 取12m

选取炉腹角α=80°30′

h 2='?-3080tan 2d

D =3.29m 取3.3m

校核： tanα==d D -2h 2

6.0 α=80°32′

2.2.6炉喉直径、炉喉高度

炉喉吴圆柱形，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。炉喉直径与炉腰直径、炉身角、炉身高度几何相关，并决定了高炉炉型的上部结构特点]4[。

选取 d 1/D=0.7

d 1=0.7D=8.4m 取8.4m 选取 h 5=2.5m

2.2.7炉身角、炉身高度、炉腰高

炉身呈正截圆锥形，其形状炉料受热后体积的膨胀和煤气流冷却后的收缩，有利于减少炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身角对高炉煤气流的合理分布和炉料顺行影响较大。炉身角小，有利于炉料下降，但易于发展边缘煤气流，过小时但只边缘煤气流过分发展。炉身角大，有利于抑制边缘煤气流发展，但不利于炉料下行，对高炉顺行不利。设计炉身角时要考虑原料条件，原料条件好时，可取大些，相反，则取小些。高炉冶炼强度大，喷煤量大，炉身角取小值。同时要适应高炉容积，一般大高炉由于径向尺寸大，径向膨胀量也大，就要求小些，中小型高炉大些。

本设计选取β=83°30′

h 4='?-3083tan 2

1d D =15.79m 取16.0m 校核：tanβ=14

-2h d D =8.9 β=83°32′1″

选取H u /D=2.3

H u =2.3×12=27.6m 取27.6m

h 3= H u -( h 1+ h 2+ h 4+ h 5)=2.3m

2.2.8有效容积校核

高炉大钟下降位置的下缘到铁口中心线间的距离称为高炉有效高度，对于无钟炉顶为旋转溜槽最低位置的下缘到铁口中心线之间的距离。在有效高度范围内，炉型所包括的容积称为高炉有效容积。

V 1= 4

πh 1d 2

=326.43m 3 V 2=12πh 2(D 2+Dd+d 2)=339.88 m 3

V 3=4

πh 3 D 2=395.64 m 3

V 4=12π

h 4((D 2+Dd 1+d 21)=1320.31 m 3

V 5=4

πh 5 d 21=138.65 m 3 V u = V 1+V 2+V 3+V 4+V 5=2520.91 m 3

误差ΔU=2500

2500-1.92520×100%=0.84%＜1%，结果表明，设计合理。 设计得到的高炉内型尺寸汇总入表2.1中。

表2.1高炉内型参数

序号

项目 数值 1

有效容积V u /m 3 2520.91 2

炉缸直径d/mm 10900 3

炉腰直径D/mm 12000 4

炉喉直径d 1/mm 8400 5

死铁层深度h 0/mm 1500 6

炉缸高度h 1/mm 3500 7

炉腹高度h 2/mm 3300 8

炉腰高度h 3/mm 2300 9

炉身高度h 4/mm 16000 10

炉喉高度h 5/mm 2500 11

有效高度H u /mm 27600 12

炉腹角α 80°30′ 13

炉身角β 83°30′ 14

Hu/D 2.3 15

铁口数/个 2 16 风口数/个 26

3 高炉炉衬设计

3.1高炉炉衬设计考虑的问题

为满足高炉冶炼要求，同时降低耐火材料用量，炉衬设计需要考虑的因素一般包括：高炉炉衬所处部位的工作条件及其破损机理、冷却设备形式及对砖衬所起的作用、要预测侵蚀后的炉型是否合理]2[、砖型，等等。

3.1.1高炉炉衬破坏机理

高炉炉衬的工作在于构成高炉的工作空间，直接抵抗冶金过程中机械、热和化学的侵蚀，减少炉子的热损失，并保护炉壳和其他金属结构免受热和化学侵蚀作用[3]。

高炉炉腹、炉身下部耐火材料的破损是由于化学侵蚀、热震和机械磨损等综合原因造成的，炉缸耐火材料的破损主要是由热应力裂缝引起的。防止高炉炉衬破损的方法有二：一是采用小尺寸的耐火砖和适当软的火泥；二是开炉时升温速度要慢.炉缸应采用美国设计的小块碳砖。

炉炉衬处于不同的温度、压力和气氛环境中，所以不同区域的高炉的破损机理也不相同，耐火材料的破损，主要是由于化学侵蚀、热震和机械磨损等综合因素造成的。化学侵蚀是指氧化、碳的沉积、碱蒸气和碱冷凝液、炉渣及热金属的侵蚀所产生的化学作用。热震是指耐火材料的热面温度高于其材料本身的反应停止温度，或者说达到了临界反应温度后，因炉况变化温度波动所形成的热应力的作用。机械磨损是指炉内煤气流中所带颗粒对炉衬的冲刷、炉料下降对炉墙的磨损和炉墙渣皮脱落对下面炉衬的冲击。化学侵蚀的速度取决于温度，而且目前使用的耐火材料高铝砖和粘土砖只能在耐火材料的内表面温度低于600~700℃时才能保证不受化学侵蚀，对碳化硅砖而言也只能低于800~900℃才免受化学侵蚀。如果不是炉况稳定使炉衬内表面形成渣皮或结痴，其内表面温度达到或低于反应停止温度，单靠冷却强度来实现炉衬的内表面温度低于耐火材料的反应停止温度是不经济的。在实际生产中高炉炉况是不可能长期不变的，炉况的波动就会引起温度的波动，对耐火材料就产生了热冲击。设计的耐火砖和火泥砂浆配合好，可以消除热应力或使其减炉缸耐火材料的破损因素很多，但主要是热应力造成的裂纹所产生的影响。例如耐火材料的热膨胀补偿不足、热梯度过大、以及没有调节微分热膨胀的能力等，都促使耐火材料形成裂纹，从而导致铁水的化学侵蚀。当然，碱性氧化和碱的沉积也是不可忽视的因素，但这里强调的是炉衬被热金属和化学物质的侵蚀，这种侵蚀是由耐材的裂纹引起的。这就要求耐火材料具有很高的导热系数，以降低炉缸的温度梯度，并且能够吸收炉衬的径向热膨胀，调整

炉衬厚度方向造成的差热膨胀。这种差热膨胀是炉衬热面温度高于冷面温度所致[3]。

3.1.2高炉常用耐火材料

常用耐火材料有陶瓷质耐火材料（包括粘土砖、高铝砖、耐热混凝土以及近几年使用的硅线石砖、合成莫来石、烧成刚玉、不定形耐火材料等）及碳质耐火材料（包括碳砖、碳捣、石墨砖以及新型碳质材料，如自结合与含氧化物结合剂的碳化硅砖、氮化硅砖、炉碳砖等）两大类。

（1）粘土砖。是高炉上应用最广的耐火砖，具有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，不易和渣起化学反应，不易被磨损腐蚀，成本也比较低。

（2）高铝砖。含Al

2O

3

48%以上，它比粘土砖有更高的耐火度和荷重软化点，

由于Al

2O

3

为中性，故抗渣性也较好。随着Al

2

O

3

含量增加，这些性质也随着提高。

不足之处是高铝砖的热稳定性较差。其耐磨性好（这是优点）故加工费用高。

（3）碳质耐火材料。主要有碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖等

碳质耐火材料是高炉炉衬较为理想的耐火材料，发展速度较快。它不但有效的用于炉缸和炉底，也成功用于炉腹，还有向高炉上不使用的趋势。它具有如下优点：

1）耐火度高，在高炉温度下，它既不融化也不软化（35000C时碳升华） 2）热膨胀系数小，故在较大温度范围内具有良好的体积稳定性。

3）被碳饱和的铁水并不侵润碳砖，炉衬在一定条件下，高炉渣对碳质炉衬的侵蚀很小。

4）具有高的导热性和导电性，高炉用碳砖的导热系数从10.4~25kJ/m.h.0C 发展到83.6~209KJ/m.h.0C。用于炉底和炉缸能充分发挥冷却器的效能并可延长炉衬寿命和阻止烧穿。

5）具有极好的切削性能，可以制成尺寸公差非常小的异形制品，满足砌筑要求。

它的最大缺点是碳和石墨在氧化气氛中燃烧：7000C开始和CO

2

作用，5000C

和H

2O作用，4000C以上能被O

2

氧化。所以使用碳砖是对暴露出来的部分都要砌

保护层。

3.1.3高炉用耐火砖砖型

高炉上耐火砖包括直形砖和楔形砖两种。为使砌砖错缝方便，生产上制作的标准砖长度有230mm和345mm两种。砖的厚度一致，标准砖厚度为75mm。我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸见表3.1[1]。

表3.1 我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸

尺寸，mm

砖型砖号

a b b1 c

G－1 230 150 －75

G－7 230 115 －75

直形砖

G－2 345 150 －75

G－8 345 115 －75

G－3 230 150 135 75

G－4 345 150 125 75

楔形砖

G－5 230 150 120 75

G－6 345 150 110 75

3.2高炉各部位炉衬材质及其厚度确定

3.2.1炉底和炉缸炉衬材质及其厚度确定

高炉冶炼过程中，炉底炉缸所处工作环境恶劣，这里不仅有处于高温、熔渣对铁口的化学浸蚀风口、煤气流对铁口的冲刷，同时出铁前后，炉缸内红焦的沉浮对铁口内炉衬磨损，以及还有风口循坏区内气流的循坏对铁口内的炉衬产生磨损。因此，炉缸炉底的炉衬应加强其耐高温、抗碱性渣侵蚀、高压气流的冲刷能力，据此，本设计在三种常用的耐火砖中首先考虑采用碳砖。但炉底炉缸在冶炼

，在冶炼的温度下，碳砖易发生氧化，为避免氧过程中，风口鼓入的风中含有O

2

化，在碳砖的外层砌另一种砖，以保护碳砖不被氧化，高铝砖耐高温、抗渣性较粘土砖优异，因此，本设计炉缸炉底碳砖外层选用高铝砖，即采用了综合炉底[1]。

图2 综合炉底结构图

（1-冷却器；2-碳砖；3-碳素填料；4-冷却通用管；5-粘土砖；6-保护砖；7-粘土砖；8-耐热混凝土）

结合生产实际[3]本炉底选择在炉底水冷封板上铺三层400mm厚的大块炭砖，第4、5层满铺400mm厚的半石墨碳砖，其上铺两层400mm厚的石墨炭砖，炉底、炉缸侧面选用光面冷却壁，靠近冷却壁侧环砌石墨碳砖，陶瓷杯底及下部砌刚玉莫来石砖，陶瓷杯壁环砌复合棕刚玉砖。则炉底耐火砖总厚度=3x400+400x2+400x2=2800，mm。风口区采用热震稳定性好的复合棕刚玉组合砖。铁口通道、风口区采用刚玉大块组合砖砌筑，加强结构上稳定性。

3.2.2炉缸环砌耐火砖厚度确定

一般规定铁口水平面处的厚度为：小高炉：575mm（230＋345）；

中型高炉：920mm（230＋345×2）；

大型高炉：1150mm（230×2+345×2）或更厚些。

本设计为2500m3高炉，属于大型高炉，则本设计高炉的炉缸环砌耐火砖厚度选择两块230mm的粘土砖加两块345mm的粘土砖，总厚度为1150mm。

3.2.3炉腹、炉腰和炉身下部耐火材质及其厚度确定

（1）炉腹

炉腹处于风口之上，此部位受着强烈的热力作用，不仅炉衬表面温度高，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流的化学侵蚀、冲刷及氧化作用，加上炉料的压力和摩擦力及崩料时的巨大冲击力。

鉴于炉腹主要靠渣皮工作，所以常一般砌一层高铝砖或粘土砖，厚度为345mm，选择一环厚345mm或230mm的高铝砖，以便在开炉时保护镶砖冷却壁的表面不被烧坏。砌筑是紧靠冷却壁或炉壳错台砌筑，并保证垂直缝错开，与炉缸平砌的砖环相同，砖缝小于1mm[1]。

（2）炉腰

（炉腰紧靠炉腹，侵蚀作用也相似。而该处的初渣含有大量的FeO和MnO，所以炉渣的侵蚀作用更为突出。从炉型上看炉腰上下都有折角，所以气流冲刷作用比其他部位强，热边缘过分发展和粉末过多时，破坏作用更大。炉腰结构一般有厚壁炉腰、薄壁炉腰和过度形式，损坏程度也不尽相同。炉腰部位砖衬应与使用的冷却器相结合考虑。

厚壁炉腰（一般厚度为345mm）、薄壁炉腰（一般厚度为575mm）和过渡式炉腰（一般厚度由345mm逐渐增加到炉身下部砖衬厚度575或690mm）。厚壁炉腰结构：优点是热损失少，但侵蚀后操作炉型与设计炉型变化大。薄壁炉腰结构：热损失大些，但操作炉型与设计炉型近似。过渡式炉腰结构：处于两者之间。本设计为2500m3的大型高炉，拟采用过渡式炉腰，且厚度选用575mm。

（3）炉身下部

炉身下部温度较高，故热应力的影响较大，同时也受到初成渣液的侵蚀。炉身中部温度已降低，破坏炉衬的主要的因素为带灰尘的煤气冲刷和下降炉料的摩擦作用。

炉身下部砌砖厚度为690～805mm，目前趋于向薄的方向发展，有的炉衬厚度采用575mm或345mm。倾斜部分按三层砖错台一次砌筑。本设计考虑到为大型高炉，采用805mm高炉砖。

3.2.4炉身上部耐火材质及其厚度确定

炉身上部除受热应力因素影响外，还收炉料的打击作用。另外碳素沉积和碱金属等氧化作用都严重破坏炉身砖衬。碳黑积反应（2CO2=CO2+C↓）在4000C~7000C之间进行最快，而整个炉身的炉衬正好处于这一温度范围[1]。

炉身上部一般采用高铝砖或粘土砖砌筑。砌砖与炉壳间隙为100～150mm，填以水渣——石棉隔热材料。为防止填料下沉，每隔15～20层砖，砌二层带砖即砖紧靠炉壳砌筑，带砖与炉壳间隙为10～15mm。本设计采用厚度为345mm 的高铝砖。

3.2.5炉喉耐火材质及其厚度确定

炉喉为圆柱形空间，炉料和煤气由此进出，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。它受到炉料落下时的撞击作用。

炉喉：炉喉钢砖或条状保护板：为铸铁或铸钢件。炉喉圆周有几十块保护板，板之间留20～40mm膨胀缝。炉喉高度方向只有一块。采用钢砖壁厚为60到150mm，选用100mm的钢砖。

结论

遵循现代高炉实用、先进、优质、低耗、长寿、环保的设计思想，进行高炉炉型设计、炉衬选择设计、炉衬厚度等设计。本设计选用五段式高炉炉型，运用高炉炉衬计算经验法和公式法计算出炉型尺寸。计算得到2500m3高炉炉型尺寸，经过有效容积的校核2500m3炼铁高炉内型容积与实际所给容积误差<1%，符合高炉设计要求。

高炉寿命与高炉炉衬选材密不可分，合理的高炉设计，对延长高炉寿命至关重要。2500m3高炉炉衬设计分别选择了粘土砖、高铝砖以及碳砖，采取综合砌炉的方式对炉底、炉缸等部分砌筑。考虑炉衬受损因素、耐火材料物理化学性质及其成本，借鉴参考资料确定：炉缸炉底选用碳砖、炉底砖总高度为2800mm；炉缸环砌砖厚度为1150mm；炉腹选用高铝砖、砖厚度345mm；炉腰选用高铝砖、砖厚度为575mm、炉身下部选用高铝砖、砖厚度为805、炉身上部选用高铝砖、砖厚度为345mm、炉喉选用钢砖、砖厚度为100mm。

本设计遵循了优质、成本低等原则，符合高炉设计理念，符合设计要求。

参考文献

[1] 任贵义. 炼铁学（下册）[M]. 北京: 冶金工业出版社.2005

[2] 王宏启. 高炉炼铁设备[M]. 北京:冶金工业出版社, 2008.04

[3] 金宝昌. 高炉炉衬破损机理的研究[J]. 鞍钢技术, 1992,06

[4] 郝素菊. 高炉炼铁设计原理[M]. 北京:冶金工业出版社,2005

[5] 刘景林. 高炉炉衬耐火材料的分区选择使用[J]. 国外耐火材料, 1999,09