第3章　高炉本体设计（2）.ppt

3.2高炉炉衬,按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体为高炉炉衬。,概念,作用（1）在于构成高炉的工作空间；（2）减少高炉的热损失；（3）保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。,3.2.1炉衬破损机理,炉底破损分两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑；铁水渗入的条件（1）炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10～12％；（2）砌砖存在砖缝和裂缝。,1.炉底,第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水中的碳将砖中二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收。,（1）是承受的高压；（2）是高温；（3）是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷；（4）砖衬在加热过程中产生温度应力引起砖层开裂；（5）在高温下渣铁对砖衬的化学侵蚀，特别是渣液的侵蚀更为严重。,影响炉底寿命的因素,（1）渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素；（2）化学侵蚀；（3）风口带为最高温度区。,2.炉缸,（1）高温热应力作用很大；（2）由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响；（3）承受初渣的化学侵蚀。,3.炉腹,（1）初渣的化学侵蚀；（2）上、下折角处高温煤气流的冲刷磨损。（3）高温热应力的影响；,4.炉腰,炉身中下部（1）热应力的影响；（2）受到初渣的化学侵蚀；（3）碱金属和Zn的化学侵蚀。在炉身上部（1）下降炉料的磨损；（2）夹带着大量炉尘的高速煤气流的冲刷。,5.炉身,受到炉料落下时的撞击作用。用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖。,,6.炉喉,（l）炉衬质量，是关键因素。（2）砌筑质量。（3）操作因素。（4）炉型结构尺寸是否合理。,7.决定炉衬寿命的因素,3.2.2高炉用耐火材料,（l）耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。（2）荷重软化点要高。荷重软化点是指将直径36mm，高50mm的试样在0.2Mpa荷载下升温，当温度达到某一值时，试样高度突然降低，这个温度就是荷重软化点。,一.对耐火材料的要求,（3）Fe2O3含量要低。,（4）重烧收缩要小。重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。（5）气孔率要低。（6）外形质量要好。,粘土砖、高铝砖、刚玉砖和不定型耐火材料等；,陶瓷质材料,碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。,碳质材料,二.高炉常用耐火材料,基本特性（1）良好的物理机械性能；（2）抗渣性好；（3）成本较低。,1.粘土砖,AL2O3含量大于48的耐火制品。基本特性（1）比粘土砖有更高的耐火度和荷重软化点；（2）由于AL2O3为中性，故抗渣性较好；（3）加工困难，成本较高。,2.高铝砖,粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，对于制品的尺寸允许偏差及外形分级规定见下表。,粘土砖和高铝砖尺寸允许偏差及外形分级,主要特性（1）耐火度高，不熔化也不软化，在3500℃升华；（2）抗渣性能好；,3.碳质耐火材料,（4）热膨胀系数小，体积稳定性好；（5）致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。,（3）高导热性；,捣打料用于炉底炭砖与水冷管之间、风口、铁口、渣口周围及铁沟。喷涂料炉壳。泥浆把耐火砖粘结成为致密的整体炉衬。要求泥浆的化学成分与耐火砖的相近。填料用来填充炉壳与冷却壁、冷却壁与砌砖之间的间隙，起密封和补偿收缩作用。,4.不定形耐火材料,工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、不易剥落，可以减小炉衬厚度。,优点,3.2.3高炉炉衬的设计与砌筑,（1）高炉各部位的工作条件及其破损机理；（2）冷却设备形式及对砖衬所起的作用；（3）要预测侵蚀后的炉型是否合理。,一.炉衬设计要考虑的因素,砖型直形砖和楔形砖两种。砖的厚度一致；长度有230mm和345mm两种，使错缝方便。,我国高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸见下表,二.砖型与砖数,高炉用粘土砖和高铝砖形状及尺寸,（1）炉底炉底砖数砌砖总容积除以每块砖的容积。每层砖数用炉底砌砖水平截面积除以每块砖的相应表面积来计算。砖的重量用每块砖的重量乘以砖数。考虑2～5％的损耗。,2.砖数计算,都是环形圆柱体或圆锥体，需要楔形砖和直形砖配合使用。一般以G－1直形砖与G－3或G－5楔形砖配合；G－2直形砖与G－4或G－6楔形砖相配合。,（2）高炉其它部位,楔形砖和直形砖配合砖数计算,总砖数,式中n总砖数；b砖大头宽度，mm；D环圈外径，mm。,楔形砖数,式中ns楔形砖数，砖型确定后，是一常数；a砖长度，mm；b楔形砖大头宽度，mm；b1楔形砖小头宽度，mm；,每个环圈使用的楔形砖数ns只与楔形砖两头宽度和砖长度有关，而与环圈直径无关。,用G－3砌环圈需要砖数,用G－4砌环圈需要砖数,用G－5砌环圈需要砖数,用G－6砌环圈需要砖数,单独用上述四种楔形砖所砌环圈的内径依次是4150mm、3450mm、1840mm、1897mm。,式中nz直形砖数；ns楔形砖数；n总砖数；,直形砖数,试用G－3与G－1砖砌筑内径为7.2m的圆环，砖缝为0.4mm，求所需楔形砖数及直形砖数。,计算例题,解楔形砖数,总砖数,直形砖数,不考虑砖缝时总砖数,炉底1）结构形式,（1）粘土砖或高铝砖炉底小高炉炉底厚度大于炉缸直径的0.6倍。,三.高炉各部位炉衬设计与砌筑,综合炉底是在风冷管碳捣层上满铺几层400mm碳砖，上面环形碳砖砌至风口中心线，中心部位砌数层400mm高铝砖，环砌碳砖与中心部位高铝砖相互错台咬合。综合炉底的厚度为炉缸直径的0.3倍。结构见下图,（2）综合炉底,,综合炉底结构示意图1－冷却壁；2－碳砖；3－碳素填料；4－水冷管；5－粘土砖；6－保护砖；7－高铝砖；8－耐热混凝土,大型高炉普遍采用。全碳砖水冷炉底厚度可以进一步减薄。,（3）全碳砖炉底,（1）粘土砖和高铝砖炉底的砌筑①均采用立砌，层高345mm；②砌筑由中心开始，成十字形，结构如图。③上下两层的十字中心线成22.5～45；④上下两层中心点应错开半块砖。⑤最上层砖缝与铁口中心线成22.5～45。,2）炉底砌筑,,十字形砌砖,,砌砖中心线,Kj炉底最后一页,（2）满铺碳砖炉底砌筑,有厚缝和薄缝两种连接形式一般是碳砖两端的短缝用薄缝，而两侧的长缝用厚缝。满铺碳砖炉底的结构见下图,,满铺碳砖炉底砌筑a－薄缝；b－厚缝；c－炉壳；d－冷却壁；e－碳砖与冷却壁间填料缝,①相邻两行碳砖必须错缝，一般在200mm以上；②上下两层碳砖砖缝成90；③最上层碳砖砖缝与铁口中心线成90。,碳砖砌筑的原则,（3）综合炉底砌筑,①炉底中心部位的高铝砖砌筑高度必须与周围环形碳砖高度一致，为400mm；②高铝砖与环砌碳砖间的连接为厚缝，环砌碳砖为薄缝连接；③炉底满铺碳砖侧缝为厚缝连接，端缝为薄缝连接。④环砌碳砖为楔形碳砖。,1）结构形式（1）粘土砖或高铝砖炉底小高炉（2）碳砖炉缸大中型高炉,2.炉缸,2）炉缸砌筑,（1）粘土砖或高铝砖炉缸的砌筑①炉缸各层皆平砌；②同层相邻砖环的放射缝应错开；③上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开；,,炉缸砌砖1－砖环；2－炭素填料；3－冷却壁,（2）碳砖炉缸砌筑,①每层厚400mm;②每层块数为整数；③同层相邻砖环的放射缝应错开；④上下相邻砖层的垂直缝与环缝应错开；⑤在碳砖炉缸的内表面设有保护层。过去砌一层高铝砖，近来用涂料代替高铝砖，涂料层厚5～8mm。,一般规定铁口水平面处的厚度为小高炉575mm（230＋345）；中型高炉920mm（230＋3452）；大型高炉1150mm（23023452）或更厚些。,炉缸厚度,（3）美国UCAR热压小碳砖炉缸散热型,常规大碳砖与热压小碳砖的主要性能比较见下表,,常规大碳砖与热压小碳砖的主要性能比较,透气率为常规大碳砖的1左右；导热率比常规大碳砖几乎高一倍,,美国UCAR热压小碳砖炉缸结构1－高铝质耐火砖；2－大碳砖；3－混凝土；4－热压小碳砖,特点,提高炉衬的导热性能，又称导热炉衬。缺点增大了炉缸的热损失。,（4）法国“陶瓷杯”隔热保温型,概念所谓“陶瓷杯”是指炉底砌砖的下部为垂直或水平砌筑的碳砖，碳砖上部为1～2层刚玉莫莱石砖。炉缸壁是由通过一厚度灰缝（60mm）分隔的两个独立的圆环组成，外环为碳砖，内环是刚玉质预制块。炉底采用水冷、油冷或空气冷却系统,,陶瓷杯结构及理论等温线分布图,碳砖的高导热性可以将陶瓷杯输入的热量，很快传导出去。陶瓷杯炉底炉缸结构的优越性①提高铁水温度；②易于复风操作；③防止铁水渗漏。,陶瓷杯作用保温和保护碳砖。,（5）热压小碳砖陶瓷杯技术,1994年首钢1号高炉（2536m3）引进美国UCAR公司的热压碳砖和法国Savie公司的陶瓷杯技术。炉缸结构如图,,首钢1号高炉炉底、炉缸结构,3.炉腹、炉腰和炉身下部,（1）炉腹,一般砌一层高铝砖或粘土砖，厚度为345mm。,（2）炉腰,炉腰有三种结构形式厚壁炉腰、薄壁炉腰和过渡式炉腰。,炉腰结构形式a－薄壁；b－厚壁；c－过渡式,优点是热损失少，但侵蚀后操作炉型与设计炉型变化大。薄壁炉腰结构热损失大些，但操作炉型与设计炉型近似。过渡式炉腰结构处于两者之间。,厚壁炉腰结构,（3）炉身下部,炉身下部砌砖厚度为690～805mm，目前趋于向薄的方向发展，有的炉衬厚度采用575mm或345mm。倾斜部分按三层砖错台一次砌筑。,炉身上部一般采用高铝砖或粘土砖砌筑。砌砖与炉壳间隙为100～150mm，填以水渣石棉隔热材料。为防止填料下沉，每隔15～20层砖，砌二层带砖即砖紧靠炉壳砌筑，带砖与炉壳间隙为10～15mm。,4.炉身上部和炉喉,炉喉,炉喉钢砖或条状保护板为铸铁或铸钢件。炉喉圆周有几十块保护板，板之间留20～40mm膨胀缝。炉喉高度方向只有一块。,,炉喉钢砖1－炉喉钢砖；2－钢轨形吊挂；3－炉壳,