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1、冶金学院冶金工程概论4高炉结构和附属设备 高炉操作主要内容高炉结构及附属设备 高炉工艺操作 高炉产品及主要技术经济指 标。 Hot Tip 高炉是冶炼生铁的主要设备 ，在钢铁工业中占有重要地 位。 一个大型炼铁厂设备有 高炉本体； 原料运贮， 鼓风加热， 煤气净化， 渣铁处理， 喷吹燃料等设施。 近年来，为了减少厂内的严 重污染，还在灰尘多的扬尘 点设置了环保集尘设备。 4.1 高炉本体4.1.1 高炉内型 高炉是一个竖立圆筒形炉子， 其内部工作空间的形状称为高 炉内型，即通过高炉中心线的 剖面轮廓。现代高炉内型一般 由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和 炉喉五段组成。H(全高) =Hu(有效高度)+
2、H6 =H1(炉缸)+ H2(炉腹)+ H3(炉腰)+ H4(炉身)+ H5(炉喉)+ H6(炉头)高炉有效容积V系五段容积之和，是炉料在炉内实际占有的容积。和般定义为：由高炉出铁口中心线所在水平面到大料钟下降位置下沿水平之间的容积。五段式高炉内型是经过长期生产实践总结出来的，完全适应 冶炼工艺的要求。 它与炉料和煤气两流体在炉内运动规律相适应，竖立的炉体 使炉料可借重力而自由下降，在与上升的煤气流接触中进行 热交换和一系列的物理变化和化学反应，既利于煤气的能量 利用又利于渣铁液的形成。 两头小，中间粗略带锥度的圆柱形空间，既保证了炉料下降 过程受热膨胀、松动软熔和最后形成液态而体积收缩的需要
3、 ，又符合煤气上升过程中冷却收缩和高温煤气上升不至于烧 坏炉腹砖衬的特点。 内型的合理与否，对高炉一代的技术经济指标及寿命有很大 的影响。 4.1.2 高炉炉衬高炉炉型是炉子的冶炼空间，这个空间是由炉墙围成的。炉墙由耐火炉衬、冷却设施及炉壳三部分组成。 （1）对高炉炉衬的质量要求。用于高炉的耐火 材料，必须对于炉内反应保持物理和化学上的 稳定性，因此在质量方面应达到以下的要求： 1）在高温下，应该不熔化、不软化、不挥发； 2）在高温、高压条件下能保持炉体结构的强度 ； 3）耐热冲击、耐订磨蚀的性能要强； 4）具有对于铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳 定性。 5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却
4、效果 。 这些特性，对高炉不同部位上的耐火材料来说 ，其重点是不同的。 （2）炉墙耐火砖。高炉炉身上部温度较低，只存在气体和固体。值得重视的是砖衬的耐磨损性，因此应使用气孔率低、强度高的粘土砖。在高炉炉身下部从炉腰到炉腹的的部位，存在着耐碱、耐铁水和熔渣侵蚀作用的问题，因此使用粘土砖以外的高级耐火材料，如高铝砖、碳化硅砖、碳砖等。（3）炉底耐火砖。50年代以前，炉底都是使用粘土耐火砖。后来由于出铁量增加，炉底侵蚀食愈加益严重，不断发生炉底烧穿事故，因此60年代开始采用导热性调质碳砖。在采用碳砖的初期阶段，一般是采用粘土砖和碳砖组合在一起的综合炉底。但在现在，全碳砖炉底已开始普及了。 4.1.3
5、 高炉冷却设施 （1）冷却作用。高炉炉体的合理冷却，对保持砖衬和金属构件、维护合理的炉型有决定性作用，在很大程度上决定着高炉寿命的长短，并对高炉技术经济指标有重要影响。其主要作用是： 1）降低炉衬温度，使砖衬保持一定的强度，维护炉型，延长寿命。 2）形成保护性渣皮，保护炉衬。3）保护炉壳、支柱等金属结构，免受高温影响。4）有些冷却设备还可以起到支撑部分砖衬的作用。 一般，冷却方法有1、强迫冷却2、自然冷却（喷水）强迫冷却具有冷却强度大的优点，但自然冷却设备简单，故小高炉常用外部喷水冷却的方法。目前，强迫冷却用的冷却介质有水冷、风冷和汽化冷却三种。水冷是目前高炉冷却最主要的方式。水的热容量和传热
6、系数大而且价廉易得，但水的用量大，而且对水质也有一定的要求。风冷目前主要用炉底，它的重量热容量只有水的1/4，故无法用于热负荷较高的部位，但风冷比水冷安全性高。汽化冷却是目前高炉冷却上的一项新技术。它是利用接近饱和温度的软水，在冷却器内受热汽化时大量吸收热量的原理达到冷却设备的目的。这种方法的优点是可大量节约工业用水，可为缺水地区建设钢铁厂提供方便条件。 4.1.4 高炉基础高炉最底层的承载建筑结构。其作用是将所承受的全部荷重均匀地传给地层。高炉基础必须稳定，不允许发生较大的不均匀下沉，以免高炉与其周围设备相对位置发生大的变化，从而破坏它们之间的联系，并使之发生危险的变形。4.1.5 高炉金属
7、结构是指高炉本体的外部结构。在大中型高炉上采用钢结构的部位有：炉壳、支柱 、炉腰托圈、炉顶框架、斜桥、各种管道 、平台、过桥以及走梯等。对钢结构的要求是：简单耐用，安全 可靠、操作便利、容易维修和节省材料。 （1）高炉结构形式。初始的高炉炉墙很厚，它既是耐火炉衬又是支持高炉及其设备的结构。但随着炉容扩大，冶炼的强化，高炉砌体的寿命就大为缩短，从而成为现在结构分离的原则，即受力不受热，受热不受力，以延长高炉寿命。 （2）炉壳。主要作用是承受载荷，固定冷却设 备和利用炉外喷水来冷却炉衬，以保证高炉衬 体的整体坚固性和使炉体具有一定的气密程度 。炉壳作承受巨大的重力外，还受热应力和内 部的煤气压力，
8、有时还要抵抗煤气爆炸、崩料 、坐料等突然事故冲击，因此要求炉壳具有足 够的强度。 （3）支柱。分三种：炉缸支柱、炉身支柱和炉 体框架。 （4）炉顶框架。为了便于炉顶设备的检修和维 护，在炉顶法兰水平面上设有炉顶平台。 4.1.6 炉顶装料装置炉顶是炉料的入口也是煤气的出口，又是高炉的咽喉。炉顶装料设备是把运送到炉顶的炉料装入炉内，并能得到合理的分布。现代高炉随着高压操作的广泛应用，炉顶设备已成为高炉设备中的薄弱环节，其寿命、结构和制造质量不但影响高炉的作业率，也影响着高压作业和布料调剂，还决定着高炉中修甚至大修的期限。 4.2 高炉附属系统4.2.1 原料供应系统供料系统是指原料运入高炉车间装
9、入高炉的过程。在现代钢铁联合企业中，炼铁原料的供应系统包括两部分，以高炉贮矿槽为界：从原料进厂到高炉贮矿槽顶为一部分，主要完成原料的卸、堆、取、运等作业，根据需要进行破碎、筛分、混匀和洗矿等工序，起到 贮存，处理供应原料的作用。 第二部分是从高炉贮矿槽到高炉炉顶，它保证按规定及时间向高炉供应不同品种、数量充足的原料。炼铁生产的原料运输量大，占全部钢铁企业的75%左右，故大中型高炉车间都实现了机械化和自动化，小高炉也根据具体情况采取必要的机械化和自动化措施，以减轻繁重的体力劳动。分段了解 （1）原料的卸车、贮存和运输。厂外来的原料通常是铁路运输的，水运进厂时 工厂须自建专用码头，并配备卸船机。入
10、厂后 可以采用火车或皮带运输机上矿槽。 贮存量应根据运输距离、运输方式的可靠程度 、矿种多少而定。为保证高炉冶炼的均衡供料 ，防发生运输中断现象，一船铁矿石和锰矿石 的贮存量按3045天考虑，石灰石按2030天考虑。（2）贮矿槽。主是是起中间仓库，短期贮备的作用。它的容积与数目要根据料种多少、高炉 容积大小、强化程度和运输设备可靠性而定。 （3）槽下供料。两种方法：称量车和带式运输机。 （4）向炉顶上料系统。把炉料运送到炉顶的设备，主要有料车上料和皮带上料机两种，由于 高炉向大型化发展，要求运输炉料能力加大， 故现在广泛采用后一种，可连续上料，设备简 单，重量轻，投资少，自动化程度高。但必须
11、用冷矿。 4.2.2 送风系统风是高炉冶炼过程的物质基础之一，同时又是高炉行程的运动因素，故高炉的发展史与鼓风系统的改进着密切关系。它由以下几部分组成：鼓风机、冷风管道、热风炉、热风管道、煤气管道、废气管道以及各种阀门和烟囱、烟道等所组成的。 4.2.3 煤气净化除尘系统 高炉煤气含有CO、H2等可燃气体，可作为热风炉 、锅炉、焦炉和各种冶金炉的燃料。但从高炉引出的煤 气状态参数，如产量、压力、温度、发热值、含湿量、 含尘量等都不能满足用户对其质量的要求。这种煤气称 为粗煤气或荒煤气。 最主要的是除尘，基本原理主要是利用：惯性力（ 改变方向）、加速度力（离心力、静电引力）、束缚力 （过筛、过滤
12、）。 设备主要有：重力除尘器、洗涤塔（除尘、降温、 除湿）、文氏管、调压阀组、脱水器、静电除尘器（做 精细除尘）。 4.2.4 渣铁处理系统 为保证高炉正常生产，由高炉铁口呼渣口 放出的液态生铁和熔渣，必须及时处理。随着 高炉大型化和冶炼的强化，生产量猛增。一座 高炉日产渣铁几万吨，处理这些渣铁不仅要有 足够的运输能力，同时要有高度机械化、自动 化的处理设备，以及良好的劳动条件 （1）出铁场风口平台 （2）铁水处理。大部分用铁水罐车运到炼钢车 间，一部分运到铸铁机 （3）炉渣处理，由原来的弃渣处理到现在广泛 采用的水淬处理，干渣块利用。 4.2.5 高炉喷吹设备 强化冶炼和降低焦比，燃料主要有
13、煤粉、重油、天 然气等。 设备要求：能保证连续、稳定、均匀地喷入炉内； 计量准确、调节灵活；设备简单、安全可靠。 （1）喷煤工艺及设备。主要是无烟煤粉、烟煤煤粉和 焦粉等。由制粉、输送和喷吹三部分组成。 1）制粉，为了便于气动输送和保证煤粉的完全燃烧， 煤粉粒度小于180目（0.088mm）。 2）输煤 3）喷吹，分为高压喷吹和常压喷吹。 4）安全措施(粉状易爆)。 5 高炉操作 开炉 新建成或停炉新修好的高炉，从点火转入正常生产的过程叫开炉。开炉前炉衬要烘干，一切机电设备要认真检查或试车。配料采用比正常生产高一些的焦比；送风后，按炉温情况逐步过渡到正常焦比。开炉时要注意安全操作，尤其注意不要
14、因煤气操作失误（或漏气），引起中毒或爆炸。停炉大修 高炉生产若干年后，炉衬和炉型严重损坏，继续生产不经济或不安全，需要停炉进行包括更换炉缸炉底砖衬的大修（只包括更换炉身砖衬的修理叫中修，一般常规检修叫小修）。通常把开炉到停炉的时间称为高炉寿命，长的可达十年以上。 高炉休风 高炉由于更换风口、渣口或进行其他小型修理而暂时停风叫休风。休风几分钟到几小时的叫短期休风，时间更长的休风叫长期休风。为了安全，长期休风时须把炉喉料面煤气点火，通往蒸气，并处理煤气系统。 封炉 由于生产任务变化,需停止生产一个时期,炉内换成矿石较少以焦炭为主的炉料，进行停风停产，叫做封炉。停风后，卸下所有风口，渣口用耐火泥和砖
15、密封，尽量防止冷却过程中高炉吸入空气。 炉况顺行 高炉操作的首要任务是保持”炉况顺行”。主要是操作时，控制装料、送风、造渣、热量四大制度的稳定，使炉料下降均匀，炉温正常，造渣情况好，获得较高的生铁合格率。炉况失常和故障 难行、悬料和崩料 炉料下降不顺畅，叫“难行”。难行发展到完全不动，叫“悬料”。主要是由于原料强度太差、粉末太多，或基本操作制度选择不当所致。高炉内结瘤时容 易悬料。炉料突然崩落，叫“崩料”。解决方法：高炉出现难行和悬料，一般可减少风量或风温；有条件时，风中加入些水蒸气以减少上升煤气流的浮力，促使炉料恢复下降。炉凉、炉缸冻结和炉热由于配料计算或装料称量错误，使炉内热收入低于支出，
16、炉况失常，或者冷却设备漏水,增加额外热消耗，使渣铁温度下降,叫“炉凉”。炉凉发展到严重程度，渣、铁凝结在炉缸内，叫“炉缸冻结”，属于高炉操作严重事故。而由于配料错误等原因，超过炉内热量需要，叫“炉热”。以上都要采取措施及时调整和处理。 结瘤 由于炉料强度不好，粉末太多，操作中煤气流不稳定，炉温剧烈波动，致使熔融物重新凝结在炉墙上，形成炉瘤；此外炉料中含较多的碱金属钾、钠、锌等容易挥发沉积的元素时，也能粘结成炉瘤。结瘤是高炉生产的大敌，轻则导致高炉不顺行，重则使生产完全瘫痪。解决方法：高炉下部结瘤，可用发展边缘气流同时减轻负荷，或加萤石作洗炉剂进行洗炉；上部结瘤严重时，只能休风，降低料面，进行炸除。 炉前操作 1、出铁 高炉出铁是一项比较繁重的工作。一般高炉有一个铁口，每昼夜出铁 612次。大于2000米3的大高炉有 25个铁口，轮流开口出铁。每
