3 高炉炉型设计3.1 炉型设计要求高炉炉型的合理性，是高炉能实现高产、优质、低耗、长寿的重要条件合理炉型应该是使炉型能够很好地适应于炉料的顺利下降和煤气流的上升运动在设计炉型时，尽可能地使设计炉型接近于合理炉型是设计工作者的重要任务和努力方向炉型设计应当满足下列要求：①与原燃料条件和送风制度等操作条件相适应，有利于炉况的顺行；②能够燃烧较多数量的燃料，提高冶炼强度，增加生铁产量；③有利于煤气的热能和化学能的充分利用降低焦比；④适应于采用喷吹等强化操作的新技术⑤能与炉衬结构及冷却方式配合，易于生成保护性渣皮，防止炉衬的迅速烧坏和侵蚀，有较长的一代寿命炉型设计的总原则是合理确定炉型各部分尺寸之间的比例高炉的合理炉型应该满足冶炼强度，降低焦比，有利于炉况顺行和长寿的要求，随着冶炼条件的改善，装备水平和操作水平的提高，高炉内型尺寸逐步向矮胖型发展 另外，高炉鼓风机能够提供高炉冶炼足够的风量和风压，高炉炉顶设备的改进和发展，能够满足高炉炉顶高压操作和各种布料方式的要求，高炉富氧喷吹煤粉，高风湿的使用等等为高炉大型化和炉型向矮胖型方向发展提供了有利条件 因此，在设计合理炉型，必须综合考虑，保证高炉炉型合理的情况下，更好地适应于炉料顺行和煤气运动。
3.2 炉型设计方法 由于高炉冶炼过程和工作条件十分复杂，用理论计算方法设计出来的炉型难以满足生产条件 因此，迄今为止炉型设计仍然是采用分析比较和经验公式来计算的，即根据同类型高炉的生产实践数据，对所设计的高炉具体原料和操作条件，进行分析和比较，确定高炉各部分尺寸之间的比例值，进而设计出高炉的经验公式，进行初步计算取值，最后确定出炉型尺寸 炉型设计的总规则是合理确定炉型各部分尺寸之间比例这是因为炉型各部分尺寸之间的比例是相互影响，相互制约的片面过分强调扩大或缩小某部分尺寸，都会给高炉生产带来不利影响，并且这些比例关系中的合适比值，是随着炉子有效容积，炉衬结构，原燃料及操作条件的变化而改变的3.3 炉型设计本设计高炉容积，高炉有效利用系数 采用我国总结的炉型设计经验公式进行计算，然后调整计算出的炉型尺寸数据，最后确定出高炉内型尺寸1）确定高炉日产量（2）炉缸尺寸①炉缸直径：它是决定焦炭燃烧量和出铁能力的重要参数，大型高炉一般采用经验公式：，取校核 合理②炉缸高度和死铁层深度 炉缸高度应能在炉缸内容纳两次出铁间隔时间内所生成的铁水和一定数量的炉渣，并应该考虑因故而不能按时放渣放铁因素和留有足够安装风口所需要的结构尺寸。
一般现代大型高炉炉缸容积占高炉有效容积的渣口高度可参考经验公式：式中 b--生铁产量波动系数，一般取1.2； N--昼夜出铁数，一般2h出一次铁； 铁水密度，； C—渣口以下炉缸容积利用系数，一般取，炉容大、渣量大时取低值；则 取风口高度 式中 渣口高度与风口高度之比，一般取则 取 取风口中心线之间弧长为1.35m，则风口数目为：， 取个风口结构尺寸选取 炉缸高度： 死铁层深度为： ，取设置出铁口2个，出渣口1个3）炉腰直径炉腰直径决定于炉缸直径，炉腹高度和角度炉腰直径大些好，有利于改善初成渣的透气性可用经验公式：，取校核 合理（4）炉喉尺寸①炉喉直径，取校核 合理②炉喉高度 炉喉起到控制炉料和煤气流分布的作用炉喉过高使炉料挤紧，影响下降速度；过低，不便于改变装料制度调节煤气流分布取（5）炉腹高度、炉腹角在炉腹部位炉料下降缓慢，未还原的矿石在此经过充分还原后进入炉缸因此，炉腹的高度应与炉容向适应炉腹过高，可能是炉料还未熔化就过早的进入炉腹，容易导致悬料；炉腹过低有无法发挥作用。
取炉腹角 ，=80.8°（6）炉身高度、炉身角 取炉身角 ，83.8°（7）高炉有效高度 高炉有效高度直接影响到高炉的还原能力和热交换能力，并对料柱的透气性带来影响选取，则高炉有效高度为（8）炉腰高度高炉有效高度就是高炉五段高度之和则炉腰高度为（9）高炉有效容积校核炉缸体积 炉腹体积 炉腰体积 炉身体积炉腹体积 高炉容积与规划炉容误差为，小于，计算符合要求高炉内型尺寸见下表表3-1 高炉各部分尺寸及参数项目参数项目参数炉缸直径8.5炉身高度13.8炉腰直径9.5炉喉高度2.5炉喉直径6.5炉腹角80.8°死铁层厚度1.8炉身角83.8°炉缸高度3.5高径比2.66炉腹高度3.1风口数目20高炉有效高度25.3铁口数目2炉腰高度2.4高炉有效容积1350.224 高炉炉体结构4.1 高炉炉衬结构高炉炉衬是用能够抵抗高温和化学侵蚀作用的耐火材料砌筑而成的，炉衬的主要作用是构成工作空间，减少损失，以及保护金属结构免遭热应力和化学侵蚀作用延长炉衬寿命是高炉设计的重要任务，也是高炉操作的重要任务高炉耐火材料的选取主要考虑其抵抗炼铁过程中的6种主要物理热，化学侵蚀的性能，即抗碱金属性，导热性，抗爆裂性，碳素氧化性，抗热振性和抗渣铁侵蚀性。
4.1.1 高炉用耐火材料选择随着炼铁技术的发展，砌筑高炉用的耐火材料品种不断增加，质量要求也不断提高目前，高炉内的耐火材料主要有硅酸铝质材料和炭质材料两类4.1.1.1 硅酸铝质耐火材料高炉用的硅酸铝质耐火材料主要包括粘土砖和高铝砖，两者比较，高铝砖比粘土砖含的Al2O3成分高（Al2O3﹥48%）其中耐火材料度及负荷重软化开始温度均比粘土砖高，其抗渣性能及抗腐蚀性能，特别是靠磨性能更加好，并随着高铝砖Al2O3含量增加，这些性能也随之提高高铝砖的缺点是热稳定性不如粘土砖的好，成本也高，总之，粘土砖和高铝砖都具有理化性能良好，化学成分与高炉渣相似，不易被渣化及成本较底等优点高铝砖和粘土砖应该满足下列要求：① Al2O3含量要高，以保证有足够高的耐火度，使砖在高温下工作强② Fe2O3要求低，主要是为立刻限制碳黑的沉积和防止它由于SiO2生成低熔点物质而降低耐火度③ 荷重软化开始温度要高，因为高炉砌体是在高温和很大压力条件下工作的④ 重烧线收缩要小，使砌体在高温下产生裂缝的可能性减少，避免渣，铁及其他沉积物渗入砖缝侵蚀耐火砌体⑤ 气孔率，特别是显气孔率要低，防止碳黑等沉积和增加 抗磨性。
4.1.1.2 碳质耐火材料碳质耐火材料主要包括碳砖石墨，碳化硅和碳捣料大呢感其特点是：① 耐火度高，碳实际上是不熔化的物质，在3500℃升华，所以用在高炉上既不熔化也不软化② 碳质耐火材料具有很好的抗渣性③ 有良好的导热性和导电性④ 热膨胀系数小，热稳定性好，不易发生开裂，防止渣铁渗透⑤ 碳和石墨在氧化气氛中氧化成气态，400℃能被氧化，500℃时和水气作用，700℃开始和CO2作用，均生成CO气体被损坏碳化硅在高温下也缓慢发生氧化作用这些都是碳质耐火材料的主要缺点碳硅的优点多，所以目前已广泛用于高炉炉底和炉缸的砌筑，有部分高炉在炉腹及其以上部位也采用碳质耐火材料4.1.2 高炉炉衬结构设计4.1.2.1炉底和炉缸 炉底和炉缸是高炉积存铁水和炉渣的部位，燃料在风口前燃烧因此，炉底和炉钢不仅长期经受着渣，铁的侵蚀，而且长期经受着高温的热负荷作用，工作条件十分恶劣，是影响高炉寿命的最关键的部分，国内外在提高耐火砖质量和改造炉底结构形式等方面，都作了大量的探讨和研究对于本设计，炉底采用综合炉底结构在炉底最下层满铺国产大碳砖，其上面的四周仍砌环形碳砖，中央砌筑黏土砖或高铝砖环形碳砖可一直砌到渣口中心线或风口区域以下，从而炉底厚度较薄。
同时，炉缸外侧铁口中心线以下、炉缸炉底交界处紧贴冷却壁砌筑一定厚度的热压小炭块砖NMA，炉缸壁外侧铁口中心线以上，砌筑国产环形大块炭砖最后在炉底炉缸内缘砌筑陶瓷垫4.1.2.2 炉腹 由于炉腹部位工作条件十分恶劣，开炉后不久耐火砖衬即被侵蚀掉而靠形成的渣皮来维持工作，因此，炉腹部分主要是靠加强冷却而不是靠增加衬砖的厚度来维持一代炉龄寿命，国内部分高炉的炉腹部分一般采用一层厚度为的粘土砖或高铝砖，周围采用镶砖冷却壁，只有少数高炉在炉腹砌碳质耐火材料高炉炉腹以上区域采用砖壁合一、薄内衬结构形式，耐火砖衬采用冷镶方式直接与冷却壁砌成整体，砖与冷却壁采用燕尾槽连接，铸铁冷却壁燕尾槽深，耐火砖凸出壁体表面冷却壁上耐火砖在炉外砌筑，砌筑完毕并固结好后再进行安装冷却壁与冷却壁之间的水平缝和竖缝分区域采用不同材质的填料填充捣实4.1.2.3炉腰和炉身炉腰和炉腹是炉身的过渡段，炉身和炉腰的炉衬结构在设计时，主要考虑能形成合理的，较为稳定的操作炉型为此，炉衬的砌砖厚度有厚墙和薄墙两种，厚墙一般为805mm-1035mm厚的粘土砖或高铝砖，并且配置冷却板或支梁式水箱冷却：薄墙为345mm-575mm或690mm活的粘土砖，高铝砖及碳砖等，并配置镶砖冷却壁冷却。
4.1.2.4 炉喉 炉喉是处于高炉最上部位，主要是受炉料的冲击和煤气流的冲刷炉喉内侧一般都是采用吊挂式金属板结构，国外部分采用钟阀式高炉的炉喉也有设计成可调径活动炉喉板结构在炉喉上面的炉头部分，一般都采用紧靠炉壳砌筑一层粘土砖或高铝砖，有的高炉炉头采用耐火泥料浇注，其作用是为隔热和保护金属炉壳4.2 炉体冷却4.2.1概述高炉炉衬必须经过冷却，其冷却介质通常为水，汽水混合物及空气高炉各部位由于工作条件不同，冷却的作用不完全相同，总起来说高炉冷却有以下几方面的作用：① 降低耐火砖衬温度，使其能保持足够的强度，维持高炉合理工作空间② 使衬表面形成保护性渣皮，并依靠渣皮保护或代替炉衬工作，维持合理的操作炉型③ 保护炉壳及金属构件，使其不致于在热负荷作用下遭到损坏4.2.2冷却结构根据国归内外高炉大中修调查情况及高炉长寿生产的需要炉体采用全冷却壁形式，高炉采用全冷却壁冷却元件，取消冷却壁凸台为确保高炉长寿，冷却设备采用如下技术措施：①在炉腹（第5段）、炉腰（第6段）和炉身下部（第7段）采用铜冷却壁②适当增加冷却壁水冷管直径和每段冷却壁块数，提高水冷管比表面积③双层水冷管冷却壁安装部位延伸至炉身中部。
从炉底到炉身上部共设16段冷却壁第段为光面冷却壁（炉底和炉缸区域），壁厚为，材质为灰口铸铁；从炉腹第6段到炉身中上部第13段为全覆盖或镶砖冷却壁，镶砖冷却壁设计厚度为，其中冷却壁本体（材质为铁素体基球墨铸铁）厚度为；炉身上部第14段到炉喉下沿第16段冷却壁为倒“C”型冷却壁，壁厚为，材质为铁素体基球墨铸铁4.2.3冷却设备为适应大高炉高冶强生产需要，冷却介质通常为水、空气或汽水混合物冷却设备采用软水闭循环冷却系统全它具有不接逅，冷却强度高，冷却效果好以及补充水量少等许多优点本次设计考虑到高炉各个部分的工作条件和薄壁炉衬结构选择相应的冷却系统，即软水闭循环冷却系统和工业水开路冷却系统4.3 炉体钢结构炉体钢结构主要包括炉体支柱、炉顶框架、炉壳及平台结构等本设计采用自立式大框架结构，上下部采用间距的正方形框架；平台宽敞，炉壳负荷轻，两个铁口间夹角180°。