第五章高炉送风系统设计解析
高炉送风直吹管结构优化设计浅析
高炉送风直吹管结构优化设计浅析作者：郭朝来源：《科技风》2016年第05期摘要：送风装置的作用是将热风围管高温、高压的热风，输送到高炉本体，热风在小套出风口与煤粉生成一氧化碳，从而完成铁矿石的冶炼。
在整套送风装置系统中，直吹管由于受大中小套及附属水管的限制，其结构紧凑、耐火料较薄，是送风装置最薄弱的部件。
送风装置的发红烧穿，多发生在直吹管部位，因此，合理的优化设计直吹管显得尤为重要。
本文介绍了直吹管在结构设计时需要注意的一些问题。
关键词：送风装置；直吹管；优化设计1.前言近二十年来，世界钢铁工业发达国家迅速实现了炼铁高炉的大型化、高效化和自动化。
由于在高炉生产上采取了精料及喷吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保证了高炉的稳定运行，为高炉接受高风温奠定了基础。
送风装置在炼铁工艺中，是将热风炉加热的1250～1350℃的热空气送入高炉的主体装置。
送风装置的使用寿命，对高炉的稳定运行及安全生产有至关重要的作用。
近年来随着炼铁技术不断进步以及高风温、高富氧、大喷煤的应用，高炉送风系统不断出现开裂、烧塌或烧穿等事故，这些事故如果提前做好预防可以将损失降到最低。
否则，一旦发生事故，轻者烧坏设备，重者还会造成人员的伤害或死亡。
在送风装置设计中，鹅颈管、补偿器、弯头由于受到的限制较小，可以适当加大关键部位的管体尺寸，增加管内耐火材料的厚度，从而减低其表面温度、减少热风损失、提高热风利用率，从而延长其使用寿命。
但直吹管由于受到大中小套及其水管的空间限制，其外形尺寸较小、结构紧凑、耐火料较薄，从而成为送风装置中最薄弱的部件。
送风装置的发红、烧穿，多发生于直吹管。
由此，在有限的空间内，合理进行直吹管的结构设计，显得尤为重要。
2.直吹管的结构设计通过分析炼铁高炉直吹管烧穿的案例、高炉送风装置新做及改造的经验，直吹管耐火料最薄弱的位置是煤枪罩的末端。
根据以往的设计经验及现场使用状况，得出如下经验值：对于容积800以下的高炉，一般要求煤枪罩末端的料厚大于25mm，800以上的高炉料厚大于30mm，1260以上的高炉要大于35mm。
高炉炼铁
9.30
d1
m
6.10
6.10
6.10
h1
m
3.45
3.45
3.45
h2
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3.40
3.40
3.40
h3
m
1.60
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m
1.80
1.80
1.80
个
1
2
22 3
梅山钢铁制造知识 第五章 高炉炼铁
5.3.2 炉衬、冷却结构、炉基及金属结构
炉衬： 粘土砖、高铝砖、硅砖 、陶瓷杯、炭砖或炭捣 。
2019/8/10
12
梅山钢铁制造知识 第五章 高炉炼铁
5.2.2.5. 其它元素还原 五大元素：C、 Si、Mn 、P、S 硫(S)、磷(P)都是生铁中的有害元素，国家标 准对生铁含磷、硫量有严格要求。 P在高炉冶炼时 几乎全部进入生铁，因此控制生铁含磷量的唯一办 法是控制入炉原料的含磷量。 S在高炉冶炼中部分 还原进入生铁。
5.2.2.2. 铁氧化物的还原顺序 当t>570℃(FeO稳定)：
Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 当t<570℃(FeO不稳定)：
Fe2O3 Fe3O4 Fe
5.2.2.3. 用CO还原铁氧化物： 当t>570℃：
3 Fe2O3 ＋CO＝2 Fe3O4 +CO2 +Q Fe3O4 ＋CO＝3 FeO +CO2－Q FeO + CO＝ Fe +CO2+Q（间接还原） 特点：不消耗C ； 放热
热风阀
冷风阀 烟道阀
混合室 助燃空气阀 煤气燃烧阀
6 高炉送风系统
6 送风系统高炉送风系统包括鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等。
热风带入高炉的热量约占总热量的四分之一，目前鼓风温度一般为1000～1200℃，最高可达1400℃，提高风温是降低焦比的重要手段，也有利于增大喷煤量。
准确选择送风系统鼓风机，合理布置管路系统，阀门工作可靠，热风炉工作效率高，是保证高炉优质、低耗、高产的重要因素之一。
6.1 高炉鼓风机高炉鼓风机用来提供燃料燃烧所必需的氧气，热空气和焦炭在风口燃烧所生成的煤气，又是在鼓风机提供的风压下才能克服料柱阻力从炉顶排出。
因此没有鼓风机的正常运行，就不可能有高炉的正常生产。
6.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求1）要有足够的鼓风量。
高炉鼓风机要保证向高炉提供足够的空气，以保证焦炭的燃烧。
入炉风量通过物料平衡计算得到，也可以按照下列公式近似计算：14400IvV V u =m 3/min （6－1） 式中： 0V ——标态入炉风量，m 3/min ；u V ——高炉有效容积，m 3；I ——高炉冶炼强度，t/(m 3·d)； v ——每吨干焦消耗标态风量，m 3/t 。
每吨干焦消耗标态风量主要与焦炭灰分和鼓风湿度有关，一般在2450～2800 m 3/t 之间，可根据炉料及生铁、煤气的成分计算。
2）要有足够的鼓风压力。
高炉鼓风机出口风压应能克服送风系统的阻力损失、克服料柱的阻力损失、保证高炉炉顶压力符合要求。
鼓风机出口风压可用下式表示：FS LS t P P P P ∆+∆+= （6－2）式中： P ——鼓风机出口风压，Pa ；t P ——高炉炉顶压力，Pa ； LS P ∆——高炉料柱阻力损失，Pa ； FS P ∆——高炉送风系统阻力损失，Pa 。
常压高炉炉顶压力应能满足煤气除尘系统阻力损失和煤气输送的需要。
高压操作可使高炉获得良好的冶炼效果，目前大中型高炉广为采用，大型高炉炉顶压力已达到0.25～0.40MPa 。
第5章 送风系统讲解
③送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自 动地产生大幅度变化。
④能保证长时间连续、安全、高效率运行。
5.1.2 高炉鼓风机工作原理及特性
常用的两种高炉鼓风机有： 离心式和轴流式
一. 离心式鼓风机
1. 工作原理：
鼓风机的叶轮旋转使空气受离心力的作用而升高压 力，其升压过程是从叶轮的方向吸人空气，在叶轮 内受离心力作用而升压，并以180~200m/s的速度 向半径方向排出，排出的空气在扩散器内把速度的 能量转变为压力，然后把流动方向转换到轴向进下 一级的叶轮，进一步升高压力。为了获得足够的离 心力来压缩空气，必须使叶轮高速旋转。鼓风机每 一级的压缩比限于1.2，因此在需要高的压力时， 必须用增加级数来达到，但由于轴的关系最多只能 到13级。这种鼓风机的效率最高为78%，风压风 量特性曲线的斜度平缓，在炉内压力变化大的场合 下，存在不能按定风量送风的缺点。离心式鼓风机 构造简单、使用方便、可靠性高。
5.1.3 高炉鼓风机的选择
1. 高炉鼓风量 的确定：
(1)高炉入炉风量
qv
Vu Iq j 1440
式中： V0 ——标态入炉风量，m3/min；
Vu ——高炉有效容积，m3； I ——高炉冶炼强度，t/(m3·d)，取最高值；
qj——每吨干焦消耗标态风量，m3/t。 灰分为10%~16%一般在2750～2604 m3/t之间 。
高炉鼓风机是高炉的心脏，是高炉冶炼 最重要的动力设备。它不仅直接为高炉冶 炼提供所需要的氧气，而且还为炉内煤气 流的运动克服料柱阻力提供必需的动力。
高炉风口参数的设计探讨(百度文库)
高炉风口参数的设计探讨郭俊奎马铁林摘要风口是高炉送风系统的重要设备之一，通过对高炉风口参数进行分析、论述、探讨，阐述了风口数目,风口高度,风口角度、长度,风口直径对高炉冶炼操作、生产技术经济指标的影响,并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议。
关键词高炉风口参数设计探讨0 前言高炉炼铁是一个综合的工艺过程，每一项工艺参数设计对高炉生产都有不同程度的影响，高炉风口是炼铁高炉重要的送风设备之一，有高炉炼铁生产工艺以来就存在风口，高炉鼓风、喷吹的燃料都是通过风口进入高炉内的。
风口参数主要包括风口数量、高度、直径、角度和长度等数据，风口参数对其本身寿命及炼铁高炉生产技术经济指标有重要影响，是高炉下部调剂的重要手段之一。
本文结合节能减排、降低能耗及新工艺的需要，更重要的是通过工业实践，对风口参数进行分析总结、论述探讨，提出了自己的看法，并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议，希望使风口参数更加科学合理，做好风口参数设计，从而进一步提高炼铁生产技术经济指标。
1 风口数目的确定高炉风口数目是高炉工艺设计的重要参数之一，主要取决于炉缸直径大小和鼓风机能力，高炉风口数目增多目前是一种趋势，增加风口数目有利于高炉的强化冶炼。
风口数目在满足炼铁工艺要求的同时，还应符合风口的安装尺寸和结构要求。
风口数目的计算有多种方法，但还没有严格的理论计算公式，一般按经验公式粗略计算后确定。
设计手册要求风口弧长间距在1200mm～1400mm，国内曾采用如下公式[1]：f=2d＋1式中：f—风口数目，个；d—炉缸直径，m。
式中计算出来的风口数目较少。
国外一般采用如下公式[1]：f=πd/(1.0～1.2)或f=3d风口数目一般为双数。
高炉风口数目的合理设计与高炉操作、技术指标有很大关系。
风口数目增多，风口弧长间距就小，高炉圆周进风相对均匀，可改善煤气流、温度分布，减少风口之间的“死料区”，炉缸燃烧均匀，可活跃炉缸，利于炉况顺行，有节焦、增产等作用，更有利于节能减排。
高炉工艺送风制度
送风制度1.送风制度的概念在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态。
2.适宜鼓风动能的选择高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。
适宜鼓风动能应根据下列因素选择：◆原料条件原燃料条件好，能改善炉料透气性，利于高炉强化冶炼，允许使用较高的鼓风动能。
原燃料条件差，透气性不好，不利于高炉强化冶炼，只能维持较低的鼓风动能。
◆燃料喷吹量高炉喷吹煤粉，炉缸煤气体积增加，中心气流趋于发展，需适当扩大风口面积，降低鼓风动能，以维持合理的煤气分布。
但随着冶炼条件的变化，喷吹煤粉量增加，边缘气流增加。
这时不但不能扩大风口面积，反而应缩小风口面积。
因此，煤比变动量大时，鼓风动能的变化方向应根据具体实际情况而定。
◆风口面积和长度在一定风量条件下，风口面积和长度对风口的进风状态起决定性作用。
风口面积一定，增加风量，冶强提高，鼓风动能加大，促使中心气流发展。
为保持合理的气流分布，维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口面积，降低鼓风动能。
◆高炉有效容积在一定冶炼强度下，高炉有效容积与鼓风动能的关系见表4—1。
表4—1 高炉有效容积与鼓风动能的关系高炉适宜的鼓风动能随炉容的扩大而增加。
炉容相近，矮胖多风口高炉鼓风动能相应增加。
鼓风动能是否合适的直观表象见表4—2。
表4—2 鼓风动能变化对有关参数的影响3.合理的理论燃烧温度的选择风口前焦炭和喷吹燃料燃烧所能达到的最高绝热温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度，叫风口前理论燃烧温度。
理论燃烧温度的高低不仅决定了炉缸的热状态，而且决定炉缸煤气温度，对炉料加热和还原以及渣铁温度和成分、脱硫等产生重大影响。
适宜的理论燃烧温度，应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证渣铁的充分加热和还原反应的顺利进行。
理论燃烧温度过高，高炉压差升高，炉况不顺。
理论燃烧温度过低，渣铁温度不足，炉况不顺，严重时会导致风口灌渣，甚至炉冷事故。
理论燃烧温度提高，渣铁温度相应提高，见图4—1。
高炉的休风、送风及煤气处理
高炉的休风、送风及煤气处理高炉是冶金工业中常用的高温反应设备，主要用于炼化铁和生产钢铁。
在高炉的运行过程中，休风、送风以及煤气处理等环节起着至关重要的作用。
以下将对高炉的休风、送风和煤气处理进行详细介绍。
休风是指高炉停炉期间的一种操作。
其目的是排空高炉内的废气和煤气，并进行相应的检修、维护以及更换耐火材料。
休风过程主要分为准备、排煤、处理煤气和排气四个步骤。
首先，在休风前要对高炉进行充分的准备。
这就包括炉渣的清理和炉壳的检查修理等工作。
其中，炉渣的清理是确保高炉内部清洁的前提，其通过将高炉内的炉渣清理干净，以确保下次操作能够正常进行。
而炉壳的检查修理则是为了保证高炉的正常运行。
只有将炉壳中的各个部分进行检查和修理，才能够保证高炉的操作安全性和稳定性。
其次，在休风期间需要对高炉内的煤气进行处理。
煤气处理是高炉休风过程中必不可少的环节。
在这一阶段，首先要将高炉内的矿渣抽出，并将其送入矿渣分选机进行分离。
这样可以使煤气中的灰、渣等杂质被分离出来，从而减少了后续处理过程中的压力。
然后，将分离出的煤气送入煤气净化设备进行处理。
煤气净化设备主要通过化学反应和物理分离等方式将煤气中的有害物质，如硫化氢、焦油等进行去除。
这样处理后的煤气就可以进一步利用，提高能源的利用效率。
另外，休风过程中还需要对高炉进行排煤。
排煤是将高炉内的残余煤炭去除的过程。
通过将高炉内的煤炭杂质清理干净，可以减少高炉开槽期间的不利影响，并确保高炉下一次操作的正常进行。
为了保证排煤的效率，通常采用机械装置对高炉进行清理，这样既提高了工作效率，又减少了工人的劳动强度。
最后，在完成休风过程中的前几个步骤后，还需要对高炉进行排气。
排气是确保高炉内部煤气进一步被清空的过程。
通过对高炉进行排气，可以使高炉内的废气和煤气完全排出，从而为下一次操作做好准备。
总之，高炉的休风、送风以及煤气处理等环节是高炉运行过程中不可或缺的一部分。
通过适时的休风操作，可以确保高炉内部的安全和稳定性。
高炉风口参数的设计探讨
高炉风口参数的设计探讨摘要风口是高炉送风系统的重要设备之一，通过对高炉风口参数进行分析探讨，论述了风口数目，风口高度，风口角度、长度，风口直径对高炉冶炼操作、生产技术经济指标的影响，并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议。
关键词高炉风口参数设计探讨0 前言高炉炼铁是一个综合的工艺过程，每一项工艺参数设计对高炉生产都有不同程度的影响，高炉风口是炼铁高炉重要的送风设备之一，有高炉炼铁生产工艺以来就存在风口，高炉鼓风、喷吹的燃料都是通过风口进入高炉内的。
风口参数主要包括风口数量、高度、直径、角度和长度等数据，风口参数对其本身寿命及炼铁高炉生产技术经济指标有重要影响，是高炉下部调剂的重要手段之一。
笔者结合节能减排、降低能耗及新工艺的需要，通过工业实践，对风口参数进行了分析探索，提出了一些看法，并从设计角度提出了风口参数的设计、计算参考数据和建议，以使风口参数更加科学合理，做好风口参数设计，从而进一步提高炼铁生产技术经济指标。
1 风口数目的确定高炉风口数目是高炉工艺设计的重要参数之一，主要取决于炉缸直径大小和鼓风机能力，高炉风口数目增多目前是一种趋势，增加风口数目有利于高炉的强化冶炼。
风口数目在满足炼铁工艺要求的同时，还应符合风口的安装尺寸和结构要求。
风口数目的计算有多种方法，但还没有严格的理论计算公式，一般按经验公式粗略计算后确定。
设计手册要求风口弧长间距在 1200 mm ～ 1400mm，国内曾采用如下公式［1］ :f =2d +1式中:f—风口数目，个;d—炉缸直径，m。
式中计算出来的风口数目较少。
国外一般采用如下公式［1］ :f = πd/(1.0～1.2)或 f =3d风口数目一般为双数。
高炉风口数目的合理设计与高炉操作、技术指标有很大关系。
风口数目增多，风口弧长间距就小，高炉圆周进风相对均匀，可改善煤气流、温度分布，减少风口之间的“死料区”，炉缸燃烧均匀，可活跃炉缸，利于炉况顺行，有节焦、增产等作用，更有利于节能减排。
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特性如下：
①在某一转速下，管网阻力增加（或减小） 出口风压上升（或下降），风量将下降（或 上升）; ②风量和风压随转数而变化，转速可做为调 节手段； ③风机转速愈高，风压——风量曲线曲率愈 大。
④概念：
临界压力：风压过高时，风量迅速减少，如 果再提高压力，则产生倒风现象，此时的风 机压力称为临界压力。 风机的飞动曲线：将不同转数的临界压力点 连接起来形成的曲线。 风机不能在飞动曲线的左侧工作，一般 在飞动曲线右侧风量增加 20％以上处工作。
三. 燃烧室：
燃烧室是燃烧煤气的空间，位于炉 内一侧紧靠大墙。 1. 断面形状有三种：
二. 轴流式鼓风机
1. 结构 示意图
轴流式鼓风机
1－机壳；2－转子；3－工作叶片；4－导流叶片； 5－吸气口；6－排气口
2. 工作原理： 依靠在转子上装有扭转一定角度 的工作叶片随转子一起高速旋转，由 于工作叶片对气体作功，使获得能量 的气体沿轴向流动，达到一定的风量 和风压。 3. 特性曲线：
2. 高炉鼓风压力 的确定：
P Pt PLS PFS
式中：
P ——鼓风机出口风压，Pa；
Pt——高炉炉顶压力，Pa；
△PLS——高炉料柱阻力损失，Pa；
△PFS——高炉送风系统阻力损失，Pa。
3. 风机风量、风压 的确定：
风量修正系数K：
( PS PH )T1 K P1T2
620 33500 上 7300 下 6780 4.94
1026 37000 8000 0 下 8000 4.95
1513 44450 9000 4.93
1800 44470 上 9330 下 9000 4.94
2050 54000 上 9960 下 9500 5.68
煤气入口中心 线
高铝格子砖
助燃风入口中 心线
内 燃热 风炉 横 断面 图
热风出口中心 线
粘土格子砖
助燃风入口中 心线
废气出口中心 线 煤气入口中心 线
热风炉主要尺寸是外径和全高，一般 新建热风炉的高径比（H/D）在5.0左右。
不同炉容热风炉的高径比见下表
高炉容积 (m ) H D H/D
3
255 28840 上 5400 下 5200 5.55
A点：夏季、高压操作、 最高冶炼强度工作点；
B点：夏季、常压操作、 最高冶炼强度工作点； C点：冬季、常压操作、 最低冶炼强度工作点；
D点：冬季、高压操作、 最低冶炼强度工作点。
高压高炉鼓风机工况区示意图
5.1.4 风机的并联与串联
一. 风机并联：
是把两台鼓风机的出口管道，顺 着风的流动方向合并成一条管道送往 高炉。
4. 轴流式鼓风机特性
①气体在风机中沿轴向流动，风机效率高；
②结构紧凑、质量小，运行稳定，功率大；
③有较宽的工作范围；
④特性曲线斜度很大，近似等流量工作 ；
⑤飞动曲线斜度小，容易产生飞动现象；
5.1.3 高炉鼓风机的选择
1. 高炉鼓风量 的确定： V0 Vu Iv
1440
式中： V0 ——标态入炉风量，m3/min； Vu ——高炉有效容积，m3； I ——高炉冶炼强度，t/(m3· d)； v ——每吨干焦消耗标态风量，m3/t。 一般在2450～2800 m3/t之间 。 考虑漏风率：V=（1+R）V0
2560 47250 10000 4.72
二 工作原理
燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳内，之间用隔墙隔 开。煤气和空气由管道经阀门送入燃烧器并在燃 烧室内燃烧，燃烧的热烟气向上运动经过拱顶时 改变方向，再向下穿过蓄热室，然后进入大烟道 经烟囱排入大气。在热烟气穿过蓄热室时，将蓄 热室内的格子砖加热。格子砖被加热并蓄存一定 热量后，热风炉停止燃烧，转入送风。送风时冷 风从下部冷风管道经冷风阀进入蓄热室，空气通 过格子砖时被加热，经拱顶进入燃烧室，再经热 风出口、热风阀、热风总管送至高炉。
内燃式热风炉——传统型和改进型
外燃式热风炉——分为地得式、拷贝式、马琴式、新日铁式
顶燃式热风炉
5.2.1 传统型内燃式热风炉
一. 基本结构：
由炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、 炉篦子、支柱、管道及阀门等组成。 燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳内，之 间用隔墙隔开。 结构图：
本钢内燃式热风炉结构图
热风阀中心线
③压气机>0.4MPa 主要用压力P；
5.1 高炉鼓风机
5.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求: ①要有足够的鼓风量； ②要有足够的鼓风压力； ③送风要均匀、稳定； ④有良好的调节性能和一定的调节范围。
⑤炉机配合。
5.1.2 高炉鼓风机工作原理及特性
常用的两种高炉鼓风机有： 离心式和轴流式
一. 离心式鼓风机
5 送风系统
高炉送风系统包括 ：
鼓风机、冷风管道、热风炉、热风管路以 及管路上的各种阀门等
5.1 高炉鼓风机
1400M3/tFe水；富氧1300M3风； 1M3炉容2.5～3.5M3风/min
①通风机<0.1MPa鼓出压，主要控 制风量Q，抽烟机； ②鼓风机 0.1MPa<鼓<0.4MPa，既 要用P又要用风；
1. 工作原理： 靠装有许多叶片的工作叶轮旋转 所产生的离心力，使空气达到一定的 风量和风压。
2 结构示意图：
四级离心式鼓风机
1－机壳；2－进气口；3－工作叶轮；4－扩散器；5－固定导向叶片；6－排气口
3. 特性曲线：在一定的吸气条件下，风机的风
量与风压的关系曲线 。
K－4250－41－1型离心式鼓风机特性曲线
风机并联可以提高风量。
当风机风量不够，考虑并联。
二. 风机串联
指在主风机吸风口前设置一加压 风机，使主风机吸入的空气比重增加。 风机的串联可以提高风压。
当风机风压不够，风量够，考虑串联。
5.2 内燃式热风炉
热风炉的加热能力：
用每m3高炉有效容积所具有的加 热面积表示，一般为 80～110m2/m3 三种基本结构形式：
折算为使用地区的风机出口风量：
V V ' K
风压修正系数
P2T1 K' P1T2
使用地区风机风压为：
P P' K'
4. 选择风机要考虑以下两点：
①应满足夏季最高冶炼强度的要求； 冬季，风机应能在经济区域工作； ②对于高压操作的高炉，应考虑常压 冶炼的可行性和合理性，风机应在 ABCD区域工作，如图 ：