年产量280万吨炼钢生铁40万吨铸造生铁的炼铁车间设计-—-学位论文.doc

辽宁科技学院本科生毕业设计 第V页

首钢工学院成教学院

本科毕业设计

题目：
年产量280万吨炼钢生铁40万吨

铸造生铁的炼铁车间
专题：
高炉专家系统模型的应用及发展

- 90 -
首钢工学院成教学院毕业设计（论文）
年产量280万吨炼钢生铁40万吨铸造生铁的炼铁车间
摘要
本设计是设计年产280万吨炼钢生铁，40万吨铸造生铁的高炉炼铁车间。
在设计中采用了2022m3的高炉2座，不设渣口，2个出铁口，采用矩形出铁场。送风系统采用四座新日铁式外燃式热风炉，煤气处理系统采用重力除尘器、文氏管和电除尘。渣铁处理系统采用拉萨法水淬渣（RASA）处理，特殊情况采用干渣生产，上料系统采用皮带上料机，保证高炉的不间断供料。
在设计中，首先做了物料平衡、热平衡，炉型的设计与计算，以及设备的选择；设计中应用了许多先进的工艺，这些工艺在实行大喷煤技术提高传热效率，节能，提高生产率方面起了重要的作用。在设计中，广泛吸收前人技术革新和国内外科学研究成果。根据实际需要及可能性，尽量采用先进设备、结构、材料及新工艺。做到技术上先进，经济上合理，又减少环境污染。
车间总体布置形式为半岛式。
关键词：高炉，物料平衡，热平衡，半岛式
Design of an ironmaking workshop with annual output of 2.8 million tons of steelmaking iron and 0.4 million tons of Casting iron
Abstract
The assignment is the design of the 2.8 million tons annual production capacity of steel-making pig iron, 0.4million of blast furnace cast pig iron workshop. I design two 1800 m3 blast furnaces，and set up two tap holes with no slag hole，which use rectangular field of iron. Blast system 4 Nippon external combustion hot stoves，Dust catcher system uses gravity precipitators, venturi tube and electrostatic precipitator. The methods of slag iron processing system use water quenching residue Lhasa (RASA), special circumstances use dry slag productions to deal with. The charging system is using belt feeding machine to ensuring uninterrupting charging of blast furnace. In the design，first of all, calculating the material balance, heat balance, and the furnace structure, as well as the choice of equipment; the design of the application of a number of advanced technology, these processes in the implementation of large pulverized coal injection technology to enhance heat transfer efficiency，to save energy ，to improve productivity ,which played an important role. The design has broadly absorpted technological innovations and the results of scientific research at home and abroad. According to the actual needs and possibilities use advanced equipment as far as possible，advanced structure，advanced materials and so on. Achieve technically advanced and economically rational，and reduce environmental pollution. The form of workshop with the overall layout is peninsula.
Key words: blast furnace, material balance, eheat balance, peninsula

目录
绪论 1
1 高炉冶炼综合计算 2
1.1 概述 2
1.2 配料计算 3
1.2.1 原燃料条件 3
1.2.2 计算矿石需要量G矿 4
1.2.3 计算熔剂需要量G熔 5
1.2.4 炉渣成分的计算 7
1.2.5 校核生铁成分 9
1.3 物料平衡计算 9
1.3.1 风量计算 9
1.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算 11
1.3.3 编制物料平衡表 15
1.4 热平衡计算 17
1.4.1 热量收入q收 17
1.4.2 热量支出q支 18
1.4.3 热平衡表 21
2 高炉本体设计 23
2.1 高炉炉型 23
2.2 炉型设计与计算 23
2.3 高炉炉衬设计 27
2.3.1炉底的炉衬设计与砌筑 27
2.3.2炉缸设计的炉衬设计 28
2.3.3炉腹、炉腰和炉身下部的炉衬设计 29
2.3.4炉身上部和炉喉的炉衬设计 30
2.4 高炉冷却设备 31
2.4.1 冷却设备的作用 31
2.4.2 冷却介质及水的软化 32
2.4.3 冷却方式 32
2.4.4 高炉冷却系统 34
2.5 高炉送风管路 35
2.5.1 热风围管 35
2.5.2 送风支管 35
2.5.3 直吹管 35
2.5.4 风口装置 36
2.6 高炉钢结构 37
2.6.1 高炉本体钢结构 37
2.6.2 炉壳 38
2.6.3 炉体框架 38
2.6.4 炉缸炉身支柱、炉腰支圈和支柱坐圈 38
2.7 高炉基础 39
2.7.1 高炉基础的负荷 39
2.7.2 对高炉基础的要求 40
3 高炉炼铁车间供料系统 41
3.1 车间的运转 41
3.2 贮矿槽、贮焦槽及槽下运输筛分称量 42
3.2.1 贮矿槽与贮焦槽 42
3.2.2 槽下运输称量 42
3.3 上料设备 43
4 炉顶装料设备 44
4.1 无钟式炉顶装料设备 44
4.1.1 串罐式无钟炉顶装料设备 44
4.1.2 无钟式炉顶的布料方式 44
4.2 探料装置 45
5 送风系统 46
5.1 高炉用鼓风机 46
5.1.1 高炉冶炼对鼓风机的要求 46
5.1.2 高炉鼓风机的工作原理和特性 47
5.1.3 高炉鼓风机的选择 48
5.2 热风炉 48
5.2.1 外燃式热风炉 49
5.2.2 外燃式热风炉的特点 49
6 高炉喷吹煤粉系统 51
6.1 煤粉的制备 51
6.2 高炉喷煤系统 51
6.2.1 三罐单列式高炉喷煤系统 51
6.2.2 喷吹罐组有效容积的确定 51
6.3 煤粉喷吹的安全措施 53
6.3.1 制粉系统的安全措施 53
6.3.2 喷吹系统的安全措施 53
7 高炉煤气处理系统 54
7.1 煤气管道 54
7.2 粗除尘装置 54
7.2.1 重力除尘器除尘原理 54
7.3 半精细除尘装置 54
7.4 精细除尘装置 55
7.4.1 文式管 55
7.4.2 静电除尘器 56
7.5 脱水器 56
8 渣铁处理系统 58
8.1 风口平台及出铁场设计 58
8.1.1 风口平台及出铁场 58
8.1.2 渣铁沟和撇渣器 59
8.1.3 摆动流嘴 59
8.2 炉前主要设备 60
8.2.1 开铁口机 60
8.2.2 堵铁口泥炮 60
8.2.3 炉前吊车 60
8.3 铁水处理 60
8.3.1 鱼雷罐车 60
8.3.2 铸铁机 61
8.4 炉渣处理设备 61
8.4.1 拉萨法水淬渣 61
8.4.2 干渣生产 61
9 能源回收利用 62
9.1 高炉炉顶余压发电 62
9.2 热风炉烟道废气余热回收 62
参考文献 63
专题研究 64
外文翻译 72
致 谢 82

前言
在近代国家是否发达的主要标志是其工业化及生产自动化的水平，即工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。一定意义上，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。
衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均占有钢的数量）、质.量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无一不是具有相当发达的钢铁工业的。
钢铁工业的发展需要多方面的条件，如稳定可靠的原材料资源，包括铁矿石、煤炭及某些辅助原材料，如锰矿、石灰石及耐火材料等；稳定的动力资源，如电力、水等。此外，由于钢铁企业生产规模大，每天原材料及产品的吞吐量大，需要庞大的运输设施为其服务。一般要有铁路或水运干线经过钢铁厂。对于大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造及电子工业为其服务。此外，建设钢铁企业需要的投资大，建设周期长，而回收效益慢。故雄厚的资金是发展钢铁企业的重要前提。
钢铁之所以成为各种机械装备及建筑、民用等各部门的基础材料，是因为它具备以下优越性能，并且价格低廉。
1、有较高的强度及韧性。
2、容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工件。
3、所需资源（铁矿、煤炭等）贮量丰富，可供长期大量采用，成本低廉。
4、人类自进入铁器时代以来，积累了数千年生产和加工钢铁材料的丰富经验，已具有成熟的生产技术。自古至今，与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。
到目前看不出，有任何其他材料在可预见的将来，能代替钢铁现在的地位。

1 高炉冶炼综合计算
1.1 概述
组建炼铁车间或新建高炉，都必须依据产量以及原料和燃料条件作高炉冶炼综合计算，包括配料计算、物料平衡计算和热平衡计算。从计算中得到原料、燃料消耗量及鼓风消耗等，也得到了主要产品（除生铁以外）煤气及炉渣生产量等基本参数。以这些参数为基础作炼铁车间或高炉设计。
计算之前，首先必须确定主要工艺技术参数。对于一种新的工业生产装置，应通过实验室研究、半工业性试验、以致于工业性试验等一系列研究来确定基本工艺技术参数。高炉炼铁工业已有200余年的历史，技术基本成熟，计算用基本工艺参数的确定，除特殊矿源应做冶炼基本研究外，一般情况下都是结合地区条件、地区高炉冶炼情况予以分析确定。例如冶炼强度、焦比、有效容积利用系数等。
计算用的各种原料、燃料以及辅助材料等必须做工业全分析，而且将各种成分之总和换算成100%，元素含量和化合物含量要相吻合。
将依据确定的工艺技术参数、原燃料成分计算出单位产品的原料、燃料以及辅助材料的消耗量，以及主、副产品成分和产量等，供车间设计使用。配料计算也是物料平衡和热平衡计算的基础。
依据质量守衡定律，投入高炉物料的质量总和应等于高炉排出物料的质量总和。物料平衡计算可以验证配料计算是否准确无误，也是热平衡计算的基础。物料平衡计算结果的相对误差不应大于0.3%。
1.2 配料计算
1.2.1 原燃料条件
1、原料成分（原始成分为烧结矿、球团矿、天然矿以及炉尘，表中只显示计算后的综合矿）见表1.1；
2、燃料成分，见表1.2、表1.3；
3、确定冶炼条件；预定生铁成分（%），见表1.4。

表1.1 原料成分（%）
原料
TFe
Mn
P
S
FeO
CaO
MgO
SiO2
综合矿
59.62
0.03
0.032
0.03
16.10
7.633
1.985
5.357
炉尘
43.39
0.24
0.026
0.09
15.30
8.30
1.99
13.80
原料
Al2O3
MnO
P2O5
FeS
Fe2O3
烧损
Σ
H2O
CO2
综合矿
1.51
0.039
0.073
0.083
67.22

100.00
炉尘
1.31
0.31
0.06
0.243
44.77
1.967
C=11.95
100.00
注：综合矿=70%烧结矿+20%球团矿+10%天然矿
表1.2 焦炭成分（%）
固定炭
灰分（13.51）
有机物（1.32）
挥发份（0.43）
Σ
水
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
H2
N2
S
CO2
H2
CO
CH4
N2
84.74
7.61
4.56
0.52
0.14
0.68
0.3
0.25
0.77
0.15
0.026
0.16
0.017
0.077
100
4.00
表1.3 喷吹燃料成分（%）
品种
C
H
O
H2O
N
S
灰分
Σ
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
FeO
煤粉
77.83
2.35
2.33
0.83
0.46
0.30
7.15
6.83
0.69
0.30
0.93
100
Fe
Si
Mn
P
S
C
95.14
0.65
0.03
0.035
0.025
4.12
表1.4 生铁成分（%）
其中Si、S由生铁质量要求定分别为0.65、0.03；Mn、P由原料条件定为0.03、0.035。
C＝4.3－0.27Si－0.329P－0.032S＋0.3Mn＝4.12
Fe＝[100－Si－Mn－P－S－C]%。
某元素在生铁、炉渣、炉气中的分配率（%），见表1.5。
燃料消耗量（kg/t生铁）；
焦炭 345
煤粉 150 置换比0.7
表1.5元素的分配率

Fe
Mn
S
P
生铁
99.7
50
—
100
炉渣
0.3
50
—
0
炉气
0
0
5
0
鼓风湿度 12g/m3

风温 1150℃
炉尘量 20 kg/t生铁
入炉熟炉料温度 25℃
炉顶煤气温度 200℃
焦炭冶炼强度 0.79t/(d·m3)
综合冶炼强度 1.03 t/(d·m3)
利用系数 2.3 t/(d·m3)
1.2.2 计算矿石需要量G矿
1、燃料带入的铁量GFe燃
首先计算20 kg炉尘中的焦粉量：
kg
高炉内衬参加反应的焦炭量为：
kg

=85.48+26.04+10.73-13.93 =108.32kg
2、进入炉渣中的铁量：

3、需要由铁矿石带入的铁量为：

4、冶炼1吨生铁的铁矿石需要量：

考虑到炉尘吹出量，入炉铁矿石量为：

1.2.3 计算熔剂需要量G熔
1、设定炉渣碱度
制钢生铁：R＝1.10－1.2；铸造生铁：R＝1.0－1.1
2、原料、燃料带有的CaO量
铁矿石带入的CaO量为：

焦炭带入的CaO量为：

煤粉带入的CaO量为：

3、原料、燃料带入的SiO2量
铁矿石带入的SiO2量为：

焦炭带入的量为：

煤粉带入的量为：

硅素还原消耗的量为：

1.2.4 炉渣成分的计算
原料、燃料及熔剂的成分见表1.6。
表1.6 每吨生铁带入的有关物质的量
原燃料
数量kg
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
MnO
S
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
%
kg
综合矿
1595.72
7.633
121.8
1.985
31.675
5.357
85.48
1.51
24.09
0.03
0.62
0.03
0.48
焦 炭
342.18
0.52
1.78
0.14
0.48
7.61
26.04
4.56
15.6

0.77
2.635
煤 粉
150
0.69
1.04
0.3
0.45
7.15
10.7
6.83
10.25

0.30
0.45
Σ

124.62

32.605

122.25

49.945

0.62

3.565
1、炉渣中CaO的量
由表1. 6：
2、炉渣中SiO2的量

式中 122.25——原、燃料带入SiO2的总量，kg（见表1.6）；
13.93——还原消耗SiO2的量（），kg。
3、炉渣中的量
由表1.8：
4、炉渣中的量
由表1-8：GMgO渣＝32.61kg
5、炉渣中MnO的量GMnO渣。
由表1.8：GMnO渣＝0.62×50%＝0.31kg
式中 0.62——原、燃料带入MnO的总量，kg（见表1.6）；
50%——锰元素在炉渣中的分配率（见表1.5）。
6、炉渣中FeO的量GFeO渣
进入渣中的铁量为：Fe渣＝2.863kg，并以FeO形式存在，故而

7、炉渣中S的量，GS渣
原、燃料带入的总硫量为：
GS＝3.565kg（见表1.6）
进入生铁的硫量为：

进入煤气中的硫量为：

炉渣成分见表1.7。
表1.7 炉渣成分
组元
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
MnO
FeO
S/2
Σ
CaO/ SiO2
kg
124.62
32.61
108.32
49.95
0.31
3.68
1.57
321.06
1.15
%
38.82
10.16
33.74
15.56
0.10
1.15
0.49
100.00

表中S/2：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧原子量为16，S原子量为32，相当已计入S/2，故表中再计入S/2。
将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四元组成换算成100%，见表1.8。
表1.8 四种渣成分
CaO
SiO2
Al2O3
MgO
Σ
38.82
33.74
15.56
10.16
98.28
39.50
34.33
15.83
10.34
100.00
1.2.5 校核生铁成分
1、生铁含磷[P]，按原料带入的磷全部进入生铁计算。
铁矿石带入的磷量为：

2、生铁含锰[Mn]，按原料带入的锰有50%进入生铁计算，原料共带入MnO为0.62kg，见表1.8。

3、生铁含碳。
4、生铁含硅[Si]=0.65%。
5、生铁含硫[S]=0.025%。
校核后的生铁成分（%）见表1.9。
表1.9 校核后生铁成分
成分
[Fe]
[Si]
[Mn]
[P]
[S]
[C]
含量
95.14
0.65
0.024
0.051
0.025
4.11
1.3 物料平衡计算
1.3.1 风量计算
1、风口前燃烧的碳量GC燃。
燃料带入的总碳量：

溶入生铁中的碳量为：
生成甲烷的碳量为：燃料带入的总碳量约有1%~1.5%与氧化合生成甲烷，取1%。

直接还原消耗的GC直：
锰还原消耗的碳量为：

硅还原消耗的碳量为：

磷还原消耗的碳量为：

铁直接还原消耗的碳量为：

rd一般为0.4~0.5，本计算取0.45。

r`d＝0.45－0.06＝0.39
式中 ——氢在高炉内的利用率，一般为0.3~0.5，本计算取0.33；
α——被利用氢量中，参加还原FeO的半粉量，一般为0.85~1.0，本计算取0.9；
V风——设定的每吨生铁耗风量，本计算取1200m3

风口前燃烧的碳量为：

2、计算鼓风量V风
①鼓风中氧的浓度为：

②GC燃燃烧需要氧的体积为：

③煤粉带入氧的体积为：

④需鼓风供给氧的体积为：

1.3.2 炉顶煤气成分及数量的计算
1、甲烷的体积
①由燃料碳素生成的甲烷量为:

②焦炭挥发份中的甲烷量为：

2、氢的体积VH2
①由鼓风中水分分解产生的氢量为：

②焦炭挥发份及有机物中的氢量为：

③煤粉分解产生的氢量为：

④炉缸煤气中氢的总生产量为：

⑤生成甲烷消耗的氢量为：

⑥参加间接还原消耗的氢量为：

3、二氧化碳的体积VCO2
①由CO还原Fe2O3为FeO生成的CO2：VCO2还
由矿石带入的Fe2O3的质量为：

参加还原Fe2O3为FeO的氢气量为：

由氢还原Fe2O3的质量为：

由CO还原的质量为：

②由CO还原FeO为Fe生成的CO2量为：

③焦炭挥发份中的CO2量为：

4、一氧化碳的体积VCO
①风口前碳素燃烧生成CO量为：

②直接还原生成CO量为：

③焦炭挥发份中CO量为：

④间接还原消耗的CO量为：

5、氮气的体积N2
①鼓风带入的N2量为：

②焦炭带入的N2量为

③煤粉带入的N2量为

煤气成分见表1.10。
表1.10 煤气成分

CO2
CO
N2
H2
CH4
Σ
体积m3
357.28
318.29
924.95
30.95
7.68
1639.15
%
21.8
19.42
56.43
1.89
0.47
100.00
1.3.3 编制物料平衡表
1、鼓风质量的计算
1m3鼓风的质量为：

鼓风的质量为：

2、煤气质量计算
1m3煤气的质量为：

煤气的质量为：

3、煤气中的水分
①焦炭带入的水分为：

②氢气参加还原生成的水分为：

物料平衡列入表中1.11。
表1.11 物料平衡表
入相
kg
%
出相
kg
%
综合矿
1612.90
44.31
生铁
1000
27.51
焦炭（湿）
358.80
9.86
炉渣
321.05
8.83
鼓风（湿）
1518.34
41.71
煤气（干）
2260.37
62.18
煤粉
150.00
4.12
煤气中水
33.72
0.93

炉尘
20.00
0.55
Σ
3640.04
100
Σ
3635.14
100
%
1.4 热平衡计算
1.4.1 热量收入q收
1、碳素氧化放热qC
（1）碳素氧化为CO2放出的热量ｑCO2：
他素氧化产生CO2的体积为：

式中 33436.2——C氧化为CO2放热，kJ/kg
（2）碳素氧化为CO放出的热量ｑCO：
碳素氧化生成CO的体积为：

式中 9804.6——C氧化为CO放热，kJ/kg

2、鼓风带入的热量q风

式中 q空气 ——在1150℃下空气的热容量，其值为1643.11kJ/m3
q水气 ——在1150℃下水气的热容量，其值为2030.26kJ/m3
3、氢氧化为水放热

式中 13454.09——H2氧化为水放热，kJ/kg
4、甲烷生成热

式中 4709.56——甲烷生成热，kJ/kg
5、炉料物理热q物
80℃冷综合矿比热容为0.674 kJ/kg·℃。

热量总收入：

1.4.2 热量支出q支
1、氧化物分解吸热q氧化物分解
（1）铁氧化物分解吸热q铁氧化：
可以考虑其中有20%FeO以硅酸铁形式存在，其余以Fe3O4形式存在，因此：
GFeO磁＝G矿FeO%矿－GFeO硅

式中 4078.25、4803.33、5156.59——分别为FeSiO3、Fe3O4、Fe2O3分解热，kJ/kg

（2）锰氧化物分解吸热为:

式中 7366.02——由MnO分解产生1kg锰吸收的热量，kJ/kg
（3）硅氧化物分解吸热为:

式中 31102.37——由SiO2分解产生1 kg硅吸收的热量，kJ/kg
（4）磷酸盐分解吸热为:

式中 35782.6——Ca3（PO4）2分解产生1 kg磷吸收热量，kJ/kg

2、脱硫吸热

式中 8359.05——假定矿中硫以FeS形式存在，脱出1kg硫吸热量值，kJ/kg
3、水分分解吸热

式中 13454.1——水分解吸热，kJ/kg
4、炉料游离水蒸发吸热

式中 2682——1 kg水由0℃变为100℃水汽吸热，kJ/kg
5、铁水带走的热q铁水

式中 1173——铁水热容量，kJ/kg
6、炉渣带走的热

式中 1760——炉渣热容量，kJ/kg
7、喷吹物分解吸热

式中 1048——煤粉分解热，kJ/kg
8、炉顶煤气带走的热量q煤气
从常温到200℃之间，各种气体的平均比热容Cρ[kJ/(kg·℃)]如下（表1.12）：
表1.12 各种气体的平均比热容
N2
CO2
CO
H2
CH4
H2O汽
1.284
1.777
1.284
1.278
1.610
1.605
（1）干煤气带走的热量为

（2）煤气中水汽带走的热为

9、炉尘带走的热量

式中 0.7542——为炉尘的比热容，kJ/(kg·℃)

10、冷却水带走及炉壳散发热损失

1.4.3 热平衡表
见表1.13。
表1.13 热平衡表
热收入
kJ
%
热支出
kJ
%
碳素氧化放热
8011601.94
77.42
氧化物分解
6788136.09
65.60
热风带的热
1955464.50
18.90
脱硫
26219.83
0.25
甲烷生成热
25538.93
0.25
游离水蒸发
36709.03
0.35
氢氧化放热
269527.13
2.60
铁水带热
1173000
11.34
物料物理热
85581.64
0.83
炉渣带热
565048.70
5.46
总计
10347714.15
100
喷吹物分解
157200
1.52

煤气带热
460525.62
4.45

水分分解
208174.69
2.01

炉尘带热
3016.8
0.03

热损失
929683.38
8.98

总计
10347714.15
100
热量利用系数KT

对于一般中小型高炉KT值为80%~85%[10]，近代高炉由于大型化和原料条件的改善可达到近90%
碳素利用系数K

KC值对于中小型高炉为50%~60%，大型而原料条件较好的高炉可达到65%以上。
2 高炉本体设计
高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，以及高炉炉型设计计算等。高炉的大小以高炉有效容积表示；高炉有效容积和座数表明高炉车间的规模，高炉有效容积和炉型是高炉本体设计的基础。近代高炉有效容积向大型化发展。目前，世界大型高炉有效容积已达到5000m3级，而炉型设计则向着大型横向发展，H/D值已近2.0左右。高炉本体结构的设计以及是否合理是实现优质、低耗、高产、长寿的先决条件，也是高炉辅助系统装置的设计和选型的依据。高炉炉衬用耐火材料，已由单一的陶瓷质耐火材料，普遍地过渡到陶瓷质和碳质耐火材料综合结构，也有采用高纯度Al2O3的刚玉砖和碳化硅砖；高炉冷却设备期间结构亦在不断改进，软水冷却、纯水冷却在逐渐扩大其使用范围。由于高炉综合设计水平的提高，强化高炉炉龄已经可望达到十年或更长。高炉本体结构及其设计是高炉车间实际首要解决的关键所在，必须慎重对待。
2.1 高炉炉型
高炉是竖炉。高炉内部工作空间剖面的形状成为高炉炉型或高炉内型。高炉问世二百多年来，随着人们对产量的要求和原料燃料条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。
高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降炉料之间所进行的传热传质过程，因此必须提供燃料燃烧所必须的空间，提供高温煤气流与炉料进行传热传质的空间。炉型要适应炉料燃烧条件，保证冶炼过程的顺行。
2.2 炉型设计与计算
高炉炉型设计的依据是单座高炉的生铁产量，由产量确定高炉有效容积。历史上曾有过将产量与有效高度直接联系起来，结果设计炉型都是依产量大小的相似形，这显然是不合理的；也曾有过以产量定炉缸截面积，在焦比一定的条件下，炉缸单位面积的燃烧强度，便可以确定某一合适的数值，这样做虽然有一定的道理，但并不全面。现在多数国家都是以产量和有效容积利用系数（ηv）来确定高炉有效容积，再以有效容积为基础，计算其他尺寸。

有关炉型的名词概念：
设计炉型——按照设计尺寸砌筑的炉型；
操作炉型——高炉投产后，工作一段时间，炉衬侵蚀，形状发生变化后的炉型；
合理炉型——冶炼效果较好，获得优质、低耗、高产和长寿的炉型，它具有时间性、相对性。
高炉冶炼是复杂的物理化学过程，设计的炉型必须适应冶炼过程的需要，设计炉型应能保证高炉一代获得稳定的较高的产量，优质的产品，较低的能耗和一代长寿。高炉在一代冶炼过程中，其炉衬不断侵蚀，炉型不断发生变化，炉型变化的程度和趋势与冶炼原料条件、操作制度有关，与炉衬结构和耐火材料的性能有关，还与冷却装置及冷却制度有关。高炉冶炼实际上是长时间在操作炉型内进行。因此掌握冶炼过程中炉型的变化及其趋势，对设计合理炉型非常重要。高炉大修设计，应对前一代高炉炉型做详细地调查和分析。新建厂矿高炉设计，必须分析原料燃料条件、设备条件和操作条件。
设计要求：设计一个年产炼钢生铁280万吨，铸造生铁40万吨的高炉车间。计算时铸造生铁按照炼钢生铁计算。
1、确定年工作日：取年日期的95%

2、铸造生铁换算炼钢生铁的折算系数为：1.05
40万吨×1.05=42万吨
年产炼钢生铁总量：280万吨+42万吨=322万吨
日产量 ：
3、定容积：
选定高炉座数为2座，利用系数为ηv =2.3t/(d·m3)
每座高炉日产量
每座高炉容积为
4、炉缸尺寸
⑴炉缸直径

⑵炉缸高度
渣口高度

b－生铁产量波动系数一般取1.2；
P－生铁日产量，t；
N－昼夜出铁次数，一般2h出一次铁，本计算取9；
c－渣口以下炉缸容积利用系数，一般为0.55～0.6，渣量大时取低值；
－铁水密度，可取值7.1t／;
d－炉缸直径；
风口高度：
因为取消渣口，选定k=0.60,

风口数目：

选取风口的结构尺寸为：a=0.5m。
炉缸高度：
h1=hf+a=3.3+0.5=3.8m 取=3.8m
铁口的数目 n铁=2。
5、死铁层厚度h0
选取h0=0.2d=0.2×9.8=1.96m。
该值在同类高炉中偏大，目的是延长高炉寿命。
6、炉腰直径、炉腹角、炉腹高度
选取 D/d=1.13，
则 D=1.13d=1.13×9.8=11.07 m 取D=11m。
选取 α=81°，则

7、炉喉直径、炉喉高度
选取d1/D=0.7，则 d1=11×0.7=7.7m。
选取 =2.0m。
8、炉身角、炉身高度
选取β=84°，则

9、炉腰高度
选取 /D=2.5，则=2.5×11=27.5m ，取=27.5m。
=27.5－3.8－3.8－15.7－2.0=2.2m
10、校核炉容
⑴炉缸体积：

⑵炉腹体积：
⑶炉腰体积：

⑷炉身体积：
⑸炉喉体积：

2002.01 m3
误差：
炉型设计合理，符合要求。
11、绘制高炉炉型图。高炉炉型图见图2.1。

图2.1 高炉炉型及尺寸
2.3 高炉炉衬设计
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，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。
2.3.1炉底的炉衬设计与砌筑
1、破坏机理：炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而成锅底深坑；在1400～1600℃液态渣铁的高温热力作用下，由于炉底砌体温度分布不均匀,导致砌体开裂，特别是采用不同材质的耐火砖时，由于膨胀系数不同，更会导致砌体开裂，由于炉缸铁水温度不同，造成铁水对流，冲刷炉底；在高温下，渣铁碱金属会对砖衬产生化学侵蚀；铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用；炉料重量的10～20%和液态渣铁、煤气的静压力作用；开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中的二氧化碳、水蒸气对碳砖的氧化。
2、使用的耐火材料：采用满铺碳砖砌筑，用泥浆为黏土火泥—水泥泥料填充料。
3、砌筑方式：满铺碳砖炉底砌筑，碳砖砌筑在水冷管的碳捣层上，有厚缝和薄缝两种连接形式，薄缝连接时，各列赚砌缝不大于2.5mm，厚缝连接时，砖缝为35～45mm，缝中以碳素捣料捣固。目前的砌法是碳砖的短缝用薄缝连接，两侧的长缝用厚缝连接。相邻两行碳砖砖缝必须错缝200mm以上。两成碳砖砖缝成90°。
4、计算：
（1）所选炭砖型号：。
（2）计算块数：由于d=9800m、h0=1960mm，
要求薄缝不大于1.5mm、厚缝不大于2.5mm，
所以：≈50块。
厚层数=1960/400≈5层，总砖数。
2.3.2炉缸设计的炉衬设计
1、破坏机理：炉缸下部是盛渣铁夜的地方，周期地进行聚集和排出，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气体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素，特别是铁口、铁口附近的炉衬是冲刷最厉害的地方；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；风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受1800～2400℃的高温作用，发生蠕动，加上碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很容易损坏，砖缝增大。
2、使用的耐火砖：采用热压碳砖，用炭质填料及热固性炭胶粘结。
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