五段式高炉炉型介绍

五段式高炉炉型如图3-1所示。

3.1.2.1　高炉有效容积和有效高度

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（Hu），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（Vu）。我国曾对炉容做过系列设计，并习惯地规定，Vu≤100m3为小型高炉，Vu=255～620m3为中型高炉，Vu＞620m3为大型高炉，把高炉分为大、中、小型是因为在设计炉型时，每种类型的高炉某些参数的选取有共同之处。近代Vu＞4000m3的高炉称为巨型高炉，其设计参数的选取与一般大型高炉也有差别。

图3-1　五段式高炉内型图

Hu—有效高度；h0—死铁层厚度；h1—炉缸高度；h2—炉腹高度；h3—炉腰高度；h4—炉身高度；h5—炉喉高度；hf—风口高度；hz—渣口高度；d—炉缸直径；D—炉腰直径；d1—炉喉直径；α—炉腹角；β—炉身角

高炉的有效高度，对高炉内煤气与炉料之间传热传质过程有很大影响。在相同炉容和冶炼强度条件下，增大有效高度，炉料与煤气流接触机会增多，有利于改善传热传质过程，降低燃料消耗；但过分增加有效高度，料柱对煤气的阻力增大，容易形成料拱，对炉料下降不利，甚至破坏高炉顺行。高炉有效高度应适应原燃料条件，如原燃料强度、粒度及均匀性等。生产实践证明，高炉有效高度与有效容积有一定关系，但不是直线关系，当有效容积增加到一定值后，有效高度的增加则不显著。

有效高度与炉腰直径的比值（Hu/D）是表示高炉“矮胖”或“细长”的一个重要设计指标，不同炉型的高炉，其比值的范围是：

随着高炉有效容积的增加，Hu/D在逐渐降低。表3-1为国内外部分高炉炉型及Hu/D值。

表3-1　国内外部分高炉炉型及Hu/D值

3.1.2.2　炉缸

高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸，炉缸的上、中、下部位分别设有风口、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。

（1）炉缸直径（d）。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1m2炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量，一般为1.00～1.25t/（m2·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。

根据高炉每天燃烧的焦炭量得到下列关系式：

得出

式中　I——冶炼强度，t/（m3·d）；

i燃——燃烧强度，t/（m2·h）；

Vu——高炉有效容积，m3；

d——高炉炉缸直径，m。

计算得到的炉缸直径应该再用Vu/A进行校核，不同炉容的Vu/A取值见表3-2。

表3-2　不同炉容的Vu/A值

（2）炉缸高度（h1）。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1000m3以下高炉设一个铁口，1500～3000m3高炉设2～3个铁口，3000m3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。

渣口中心线与铁口中心线间距离称为渣口高度（hz），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。

渣口高度的确定，还可以参照下式计算：

根据

得出

式中　h铁——两次出铁之间铁水面最大高度，m；

P——日产生铁量，t；

b——生铁产量波动系数，一般取1.2；

N——昼夜出铁次数，一般2h出一次铁；

ρ铁——铁水密度，7.1t/m3；

c——渣口以下炉缸容积利用系数，一般取0.55～0.60，炉容大、渣量大时取低值；

A——炉缸截面积，m2；

d——炉缸直径，m。(www.xing528.com)

小型高炉设一个渣口，大中型高炉设两个渣口，两个渣口高度差为100～200mm，也可在同一水平面上。渣口直径一般为φ50～φ60mm。有效容积大于2000m3的高炉一般设置多个铁口，而不设渣口，例如宝钢4063m3高炉，设置4个铁口；唐钢2560m3高炉有3个铁口，多个铁口交替连续出铁。

风口中心线与铁口中心线间距离称为风口高度（hf），风口与渣口的高度差应能容纳上渣量和提供一定的燃烧空间。

风口高度可参照下式计算：

式中　k——渣口高度与风口高度之比，一般取0.5～0.6，渣量大取低值。

风口数目（n）主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与预定的冶炼强度有关。风口数目多有利于减小风口间的“死料区”，改善煤气分布。确定风口数目可以按下式计算：

中小型高炉

大型高炉

4000m3左右的巨型高炉

式中　d——炉缸直径，m。

风口数目也可以根据风口中心线在炉缸圆周上的距离进行计算：

s取值在1.1～1.6m之间，我国高炉设计曾经是小高炉取下限，大高炉取上限。日本设计的4000m3以上的巨型高炉，s取1.1m，增加了风口数目，有利于高炉冶炼的强化。确定风口数目时还应考虑风口直径与入炉风速，风口数目一般取偶数。表3-3列出了国内外不同容积的高炉风口数目与风口间距情况。

表3-3　国内外不同容积的高炉风口数目与风口间距

风口直径由出口风速决定，一般出口风速为100m/s以上，当前设计的4000m3左右巨型高炉，出口风速可达200m/s。风口直径亦可根据经验确定。

风口结构尺寸（a）根据经验直接选定，一般为0.35～0.50m，表3-4为不同容积高炉的风口结构尺寸和炉喉间隙大小。

表3-4　不同容积高炉的风口结构尺寸和炉喉间隙

炉缸高度h1

3.1.2.3　炉腹

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h2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。炉腹高度h2也可由下式计算：

炉腹角一般为79°～83°，过大不利于煤气分布并破坏稳定的渣皮保护层，过小则增大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行。

3.1.2.4　炉身

炉身呈正截圆锥形，其形状适应炉料受热后体积的膨胀和煤气流冷却后体积的收缩，有利于减小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，但易发展边缘煤气流，过小时会导致边缘煤气流过分发展，使焦比升高。炉身角大，有利于抑制边缘煤气流，但不利于炉料下降，对高炉顺行不利。设计炉身角时要考虑原燃料条件，原燃料条件好，炉身角可取大值；相反，原料粉末多，燃料强度差，炉身角取小值；高炉冶炼强度高，喷煤量大，炉身角取小值。同时也要适应高炉容积，一般大高炉由于径向尺寸大，所以径向膨胀量也大，这就要求β角小些，相反中小型高炉β角大些。炉身角一般取值为81.5°～85.5°之间。4000～5000m3高炉β角取值为81.5°左右，前苏联5580m3高炉β角取值79°42′17″。

炉身高度h4占高炉有效高度的50%～60%，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行。可按下式计算：

3.1.2.5　炉腰

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。经验表明，炉腰高度（h3）对高炉冶炼的影响不太显著，一般取1～3m，炉容大取上限，设计时可通过调整炉腰高度修定炉容。

炉腰直径（D）与炉缸直径（d）和炉腹角（α）、炉腹高度（h2）几何相关，并决定了炉型的下部结构特点。一般炉腰直径（D）与炉缸直径（d）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。

3.1.2.6　炉喉

炉喉呈圆柱形，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（d1）与炉腰直径（D）、炉身角（β）、炉身高度（h4）几何相关，并决定了高炉炉型的上部结构特点。d1/D取值在0.64～0.73之间。

钟式炉顶装料设备的大钟与炉喉间隙（d1—d0）/2，对炉料堆尖在炉喉内的位置有较大影响。间隙小，炉料堆尖靠近炉墙，抑制边缘煤气流；间隙大，炉料堆尖远离炉墙，发展边缘煤气流。炉喉间隙大小应考虑原料条件，矿石粉末多时，应适当扩大炉喉间隙；同时还应考虑β角大小，β角大，炉喉间隙可大些，β角小，炉喉间隙要小一些。我国钟式炉顶炉喉间隙大小见表3-4。

3.1.2.7　死铁层厚度

铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离称为死铁层厚度。死铁层是不可缺少的，其内残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底的侵蚀，其热容量可使炉底温度均匀稳定，消除热应力的影响。由于高炉冶炼不断强化，死铁层厚度有增加的趋势，目前国外新设计的高炉的死铁层为h0=0.2d。增加死铁层厚度，可以有效地保护炉底。