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炼钢高炉炉体结构及系统设备组成

发布日期： 2016-11-01 00:00:00 阅读量（2460）作者：

高炉炉体系统是整个高炉炼铁系统的心脏部位，其他所有系统最终都是为炉体系统服务的，高炉炼铁几乎所有的化学反应都在炉体完成，炉体系统的好坏直接决定了整个高炉炼铁系统的成功与否，高炉一代炉役寿命实际上就是炉体系统的一代寿命，所以说炉体系统是整个高炉炼铁最为重要的系统。

炉体系统除了最为重要的炉型外，还包括炉壳、内衬、冷却元件、冷却介质、外部管网以及风口、送风支管等附属设备。

(1)高炉炉型。高炉炉型指的是高炉工作空间的形状。现代高炉的炉型为五段式炉型，自上而下由以下五部分组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸。在炉喉上部还有炉顶锥台和炉顶钢圈。高炉结构示意图如图1-2所示。

五段式的炉型既满足了炉料下降时受热膨胀和还原熔化以及造渣过程的需要，也适应了煤气上升过程中冷却收缩的情况。实践已经证明，五段式作为一个现代炉型结构满足了炼铁生产的需要，并已取得明显效果。高炉炉型作为一个外部条件对冶炼过程有很大影响，炉型各段在冶炼过程中的特征表现及作用如下：

1)炉喉，主要起着保护炉衬、合理布料和限制煤气灰被气体大量带出的作用。在这里形成煤气流的3次分布，由炉喉煤气曲线可以从另一侧面看出高炉的冶炼行为。其炉喉形状大小随高炉使用原料条件的变化而变化。一般炉喉直径与炉腰直径之比(4/D)为0.69〜0.72,其高度在3m以内。正常生产时，炉喉温度为200〜500°C。由于炉料的撞击和摩擦比较剧烈，钢砖一般选用铸钢件。

2)炉身，主要起着炉料的预热、加热、还原和造渣的作用。在这里发生了一系列的物理化学变化。为了使炉料顺利下降和煤气不断上升，炉身要有一定的倾斜度(通常用炉身角^表示)，以利于边缘煤气有适当发展。当炉身角太大时，边缘煤气不发展，便会发生悬料事故，造成高炉不顺行;反之，炉身角太小，大量的煤气会从边缘跑掉，煤气能量利用变差，矿石就得不到充分的加热和还原，以致焦比上升。因此，合适的炉身角很重要，一般以80°〜85°30′为宜，小高炉的料柱低，为了充分利用煤气的热能和化学能，炉身角应稍大些；反之，炉身角应稍小些。

3)炉腰，起着缓冲上升煤气流的作用。炉料在这里已部分还原造渣，透气性较差，故炉腰直径有扩大之势，炉腰高度则不宜过高，大高炉一般为2m左右，如某厂1000m3高炉，其炉腰高度仅616mm。另外，因为炉腰部位的物料冲刷严重，所以炉腰是高炉的一个薄弱环节。

4)炉腹，连接着炉缸和炉腰。其上大下小，也正适应气体体积增加和炉料变成渣铁后体积缩小的需要。炉腹的倾斜度(用《角)也应适宜。为了改善此处炉料的透气性(该部位既有液态的渣铁，又有固态的焦炭)，炉腹角也有扩大的趋势，一般大中型高炉炉腹角在76°〜82°之间。另外，炉腹部位温度很高，并有大量熔渣形成，所以渣蚀严重，又是高炉部位的一个薄弱环节。

5)炉底、炉缸，主要起着燃烧焦炭和储存渣铁的作用。随着冶炼强度提高，炉缸直径也在扩大。炉缸部位工作环境最为恶劣。特别是风口区温度是高炉内温度最高的地方，内衬除受高温作用外，还受渣铁的化学侵蚀和冲刷。炉底主要受到渣铁特别是铁水的侵蚀，侵蚀形成一般为蒜头状炉底。由于炉缸、炉底内衬的侵蚀不易修补，所以炉缸、炉底寿命的长短往往决定着一代高炉寿命的长短。

高炉炉型是炉体系统的基础，炉型的好坏不但关系到高炉是否高产稳产，也关系到高炉煤气利用的好坏和燃料比的大小，同时，也对高炉寿命的长短起着重要作用。

高炉炉型应该根据炉容大小、矿石品种、品位、熟料率、球团率、焦炭质量以及内衬和冷却壁的形式等多种因素共同确定。一般而言，炉容越大、品位越高、熟料率越高、球团比越大、内衬越薄、炉型相对越矮胖，反之炉型越瘦长。在我国，随着各钢铁企业大力提高矿石品位、提高熟料率及球团比以及薄壁内衬的盛行，高炉有逐渐矮胖的趋势。高炉基本尺寸见表1-1。（点击图片可放大查看清晰大图）

（2)内衬。内衬系指高炉内砌筑的耐火材料。高炉炉内不同部位的耐火材料所接触的物质和温度是不同的，在设计高炉时，应根据高炉的部位破损及蚀损机理，合理选择砌筑内衬的耐火材料。

高炉常用的耐火材料主要有黏土质类、高铝质类、铝碳质类、碳化硅质类、刚玉质类、炭质和石墨质类。

随着对高炉炉体寿命要求越来越高，人们对炉腹及其以上区域和炉缸区域的内衬要求有了更深的认识。在炉腹及其以上区域，再好的内衬对延长炉体寿命的作用也是有限的，提高寿命主要靠可靠的冷却元件和有效的冷却系统，因此，现代高炉对在炉腹及其以上区域的内衬材质不作过分高的要求，且内衬厚度趋势是越来越薄。在炉缸区域，内衬材质和结构对炉体寿命有极大影响，所以炉缸部位的内衬材质越来越高档，陶瓷杯、各种高品质炭砖、石墨质砖已普遍在现代高炉炉缸中应用。

(3)冷却设备。由于高炉内的工况非常恶劣，仅靠内衬是不能保证高炉长期正常工作的，必须设置合理的冷却设备，方能达到此目的。

高炉使用的冷却设备有冷却壁、冷却板和冷却箱。冷却箱现已被淘汰。根据高炉炉腹及以上区域冷却元件使用方式的不同，高炉冷却设备主要有三大类别：冷却壁形式、冷却板形式、板壁结合形式。其中冷却壁使用最广泛，冷却板次之，只有很少的高炉使用板壁结合形式。冷却壁、冷却板的材质一般为铸铁、铸钢和铜。

(4)冷却介质。高炉的冷却设备还需使用好的冷却介质才能保证高炉长期正常工作，冷却水是影响高炉长寿的一个重要因素。冷却元件的破损原因多为冷却水通道产生水垢和汽膜，使冷却元件过热而烧损。

高炉冷却设备常用的冷却水有工业水及工业净化水、蒸汽、空气、纯水、软水等。使用工业水及工业净化水不能保证高炉长期正常工作，蒸汽冷却及空气冷却目前已基本不再采用。为了能保证高炉长期正常工作，一般使用软水或纯水。

长期的实践证明，在我国大部分地区，普通工业水或工业净化水难以满足高炉长寿要求。高炉要进一步长寿，冷却水质必须有一个大的飞跃。软水(或纯水)，由于去掉了水中的Ca2+、Mg2+离子及悬浮物，杜绝了水垢的形成，大大改善了冷却效果，是冷却系统最理想的介质。软水密闭循环系统密封性好、泄漏少、水质稳定、管道腐蚀率低、能源消耗少，对水资源不足或水质不好的地区，采用这一系统是非常必要的。因此，软水密闭循环冷却是现代长寿高炉冷却的发展趋势。

采用软水密闭循环冷却应不仅仅局限冷却壁系统，事实上，风口及热风阀在采用工业水冷却时，同样经常因为结垢而损坏，频繁的休风更换风口及热风阀势必影响高炉正常生产和长寿。另外，炉底冷却的可靠性对于整个高炉长寿非常重要，炉底冷却效果差，势必降低整个炭砖陶瓷杯的寿命，因此，风口、热风阀及炉底采用软水冷却也是非常必要的，已有武钢、涟钢、太钢、沙钢等厂的部分高炉采用了全软水冷却。

软水密闭循环冷却技术作为一项行之有效的技术，其本身也得到了不断地发展和完善。武钢5号高炉作为最早使用软水的高炉之一，其采用的软水系统为独立软水系统，冷却壁系统、炉底系统、风口及热风阀系统均设置有各自独立的软水系统，相对而言，水量大、投资高、运行费用高，有改进和提高的余地，而在武钢1号、6号、7号，涟钢新1号，安钢新1号、新2号等高炉采用的是联合软水系统，设计采用串联加并联的方法，巧妙地将原来的3个独立的软水系统合并成一个系统，大大节省了投资，降低了生产中的能源消耗。联合软水系统不是对独立软水系统的否定，而是对独立软水系统完善和提高，虽然总水量大大减少，但各系统的冷却能力却大大提高，其效果比独立软水系统更好。

(5)外部管网。高炉冷却设备均配置有复杂而庞大的外部管网，对于采用工业水冷却的高炉，由于采用开路循环，冷却水具有可观性，相对而言对外部管网的要求不是特别高。对于采用软水冷却的高炉而言，外部管网配置形式、布管走向、控制设备、检测设备、检漏设施设置等对高炉冷却具有重大的影响。为了便于检漏和水量均匀分配，软水一般采用分区形式，以冷却壁供水为例，沿圆周方向一般采用4个分区，每区又分4个小区，对应于冷却壁的4根水管，总共形成16个小区。为了便于控制、检测、检漏，整个管网还需设置大量的压力、温度、流量、检漏设施。另外，软水管网还必须遵循“步步高”的原则，不允许向下折返，以利于系统排气。在总回水管还设置有脱气罐、膨胀罐，对整个系统进行脱气和压力控制。

(6)炉体附属设备。炉体附属设备包括炉喉十字测温装置、炉喉洒水装置、料面监测装置、煤气取样分析仪、送风装置、风口装置、炉喉钢砖等。

炉体一般设有完善的检测系统，加强对高炉各系统的监测。软水冷却系统设有温度、流量、压力、水位检测元件，以确保冷却系统的正常运行。

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