專利名稱：高效低耗的高爐爐型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐爐型，特別適合于強(qiáng)化高爐冶煉的生鐵高爐爐型設(shè)計。
高爐的爐型由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉和死鐵層六個部分組成。其各部分的結(jié)構(gòu)，尺寸是否合理，不僅對高爐生產(chǎn)及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，而且是強(qiáng)化高爐生產(chǎn)，提高生鐵產(chǎn)量，降低燃料消耗的一個關(guān)鍵性的因素。因此，各國煉鐵工作者都非常重視高爐爐型設(shè)計。高清志等在《煉鐵》1990年第四期發(fā)表了《高爐內(nèi)型設(shè)計與討論》的文章，統(tǒng)計了國內(nèi)外已投產(chǎn)的107座高爐爐型尺寸的4200多個數(shù)據(jù)，給出了爐型設(shè)計的統(tǒng)計公式。正像作者所說，1000m3以下和4000、5000m3級高爐的Hu/O(有效高度比爐腰直徑)公式計算值與統(tǒng)計值十分吻合，1000、2000、3000m3級高爐Hu/O計算值比統(tǒng)計值小。實際上，他們的公式適合4000、5000m3級高爐，對1000、2000、3000m3級高爐不盡適合。冶金部北京鋼鐵設(shè)計研究院收集了日本歷代已經(jīng)投產(chǎn)高爐的一些爐型數(shù)據(jù)，并作了分析探討。指出，日本高爐的爐型變化是“為了改善爐內(nèi)透氣性，高爐爐型趨向矮胖?！睂τ?000m3以下的高爐，他們回歸出了Hu/O＝3.57-0.00045Vu的公式，式中Vu為高爐有效容積，單位為m3;對于2500m3以上的高爐，回歸方程為Hu/O＝2.88-0.0002Vu;后來繪出的圖中，又給出了Hu/O＝3.3-0.0003Vu。眾所周知，幾十年來的高爐爐型變化，與當(dāng)時的原料、燃料、設(shè)備以及技術(shù)操作水平密切相關(guān)。特別是大型高爐的有效高度受到焦炭強(qiáng)度制約。上述的現(xiàn)有技術(shù)，把各國因受焦炭強(qiáng)度制約而設(shè)計的4000、5000m3級高爐爐型數(shù)據(jù)，和受此制約較小的1000、2000、3000m3級高爐爐型數(shù)據(jù)混合一起進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得出的公式自然難以正確地反映出矮胖高爐爐型的規(guī)律。
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，在總結(jié)首鋼30余年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出一種有利于強(qiáng)化冶煉的矮胖高爐爐型及設(shè)計方法，從而創(chuàng)造出了一種新型高生產(chǎn)率及低耗(使高爐利用系數(shù)提高一倍左右)的矮胖高爐爐型。
早在五十年代，首鋼的煉鐵工作者就已意識到，傳統(tǒng)的高爐爐型設(shè)計并不完全合理。因為，大量的生產(chǎn)實踐資料表明，新建或大修后的新高爐，經(jīng)過半年左右或更長的生產(chǎn)時間后，爐況才逐漸高產(chǎn)順行，冶煉強(qiáng)度才可能進(jìn)一步提高。高爐下部爐襯磚經(jīng)過半年多或者更長的時間融蝕形成的工作內(nèi)型，顯然不是設(shè)計的爐型。為了探索什么樣的爐型更合理，特別是高生產(chǎn)率的合理爐型，首鋼于1957年進(jìn)行了降低高爐料線的生產(chǎn)試驗;1958年建設(shè)了20m3和50m3的矮胖型試驗高爐進(jìn)行工業(yè)性的生產(chǎn)試驗。試驗的結(jié)果說明，矮胖爐型對于保護(hù)爐況順行、提高冶煉強(qiáng)度有顯著的效果?？偨Y(jié)上述實踐經(jīng)驗后，1961年首鋼1號高爐大修時，為強(qiáng)化冶煉取得高利用系數(shù)，擴(kuò)大了高爐的橫截面尺寸，降低了高爐的高度。高爐的有效高度與爐腰直徑的比值由4.25降低到2.61，風(fēng)口由8個增加到15個，從而建成了我國第一座高效及低耗的矮胖型高爐。首鋼30多年的高爐矮胖化的實踐證明，合理的矮胖爐型有利爐況順行，實現(xiàn)了強(qiáng)化冶煉，利用系數(shù)提高到3.0t/m3.d，以上，是國內(nèi)高爐平均利用系數(shù)的一倍，同時降低了焦比。換言之，在高產(chǎn)高效的前提下，對于不同原料、燃料條件，不同技術(shù)與裝備水平，不同爐容的高爐存在一個合理的爐型。這個合理的高爐爐型，我們稱作首鋼矮胖高爐爐型。
矮胖高爐的矮胖度，一般用高爐有效高度(Hu)與爐腰直徑(O)的比值(Hu/O)為主來表示。對于600-2000m3的高爐，合理的矮胖度(Hu/O)為2.6-2.45。
為了準(zhǔn)確地表示600-2000m3高爐爐型參數(shù)，我們又提出了一套簡易的數(shù)學(xué)公式來表述首鋼經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐而產(chǎn)生的矮胖爐型參數(shù)。其中矮胖度Hu/O＝2.667-KVm，K是一個系數(shù)，對于2000m3以下的高爐，K＝(1.00～1.20)×10-4m-3;或者使用指數(shù)公式Hu/O＝3.390Vu-0.0412±0.010。爐腰直徑O的計算公式O＝4.12m+KDVu，KD取值范圍為(3.54～5.00)×10-3m-2。對于1500m3以下的高爐KD取下限;1700～3500m3的高爐取上限。
按上述公式計算設(shè)計出的高爐是矮胖高爐。其特點是，與相同容積的高爐相比，料柱低，爐腰、爐缸直徑大。料柱低，阻力小，壓差低;爐腰、爐缸直徑大，高爐軟熔帶有較好的煤氣通路，也降低了阻力。因此，矮胖高爐易于接受大風(fēng)量，提高了冶煉強(qiáng)度和利用系數(shù)。表1列出了首鋼1、3、4號高爐1990年下半年的平均技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。3、4號高爐雖然比傳統(tǒng)的高爐矮胖了，但不是本發(fā)明的爐型，近期大修將進(jìn)一步矮胖。表1的數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明的爐型是最合理的高產(chǎn)高效的矮胖爐型。
按常規(guī)設(shè)計的高爐，投產(chǎn)半年或者更長的時間，冶煉強(qiáng)度才易于提高，隨之才能打出好的水平。這是由于爐腹、爐腰耐火材料，經(jīng)融蝕形成工作內(nèi)型后，才能提高冶煉強(qiáng)度。而首鋼矮胖爐型接近于高爐實際工作爐型，所以，開爐后短期內(nèi)，高爐利用系數(shù)就能達(dá)到2.5-3.0t/m3.d以上的好水平。表2列出了1991年5月15日大修技術(shù)改造后的首鋼2號高爐投產(chǎn)以來的強(qiáng)化冶煉發(fā)展情況。雖然在一兩個季度內(nèi)，暫時受到了風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)爐檢修的限制，開爐后第15天利用系數(shù)超過2.0t/m3·d;第24天利用系數(shù)超過了2.5t/m3·d;開爐一個半月后就穩(wěn)定在2.5t/m3·d以上。開爐后的第88天利用系數(shù)達(dá)到2.82t/m3·d(見表2)。這充分說明了首鋼矮胖高爐爐型是和高爐強(qiáng)化冶煉的實際工作爐型相近，是現(xiàn)代最合理的高生產(chǎn)率的矮胖爐型。
由于爐缸直徑大，風(fēng)口多，風(fēng)口之間的間距小，使?fàn)t缸徑向風(fēng)口之間的死區(qū)縮小，有利于爐缸徑向和中心工作活躍，這是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。另外，爐缸面積大，適應(yīng)性強(qiáng)，有利于高燃燒強(qiáng)度，達(dá)到高冶煉強(qiáng)度，又有利于實施高煤比的綜合噴吹。
矮胖高爐爐腹角小，有利于煤氣擴(kuò)散，在軟熔帶形成擴(kuò)大的“氣窗”。因此，在爐料下降過程中的不均勻再分布，使邊緣和中心相對暢通，中間環(huán)帶有所抑制，有利于爐況順行與煤氣利用的改善。
矮胖高爐爐缸大，死鐵層深，鐵水不斷從爐缸中心向鐵口方向流動，減緩了鐵水對爐缸內(nèi)襯和爐底的沖刷;爐缸大而深，可使鐵水成份均勻，加強(qiáng)了冶煉的脫硫過程。
矮胖高爐強(qiáng)化操作同樣需要“精料”，但是由于矮胖高爐的“胃口”相對較好，對爐料和燃料的質(zhì)量要求比傳統(tǒng)高爐的適應(yīng)性要更好一些。
矮胖高爐爐型用于舊有高爐大修技術(shù)改造，在不增加高度的情況下，可以采用行之有效的新技術(shù)無鐘裝料設(shè)備，改善爐頂調(diào)劑，增強(qiáng)布料手段，降低大修費用，提高高爐生產(chǎn)率及降低焦比，具有重要的現(xiàn)實意義。我國生產(chǎn)高爐總?cè)莘e中，有一半多是1000-2000m3爐容的高爐。如果這些高爐在今后5-10年內(nèi)，結(jié)合廠情、國情，用較少的投資進(jìn)行技術(shù)改造時，采用本發(fā)明的矮胖爐型，使這些高爐的利用系數(shù)由現(xiàn)在的1.64t/m3·d(1990年全國重點企業(yè)高爐平均)提高到2.5t/m3.d，或者提高到2.5～3.0t/m3·d的水平，生產(chǎn)率至少可以提高30～40%。這是發(fā)展我國煉鐵生產(chǎn)十分現(xiàn)實而又重要的技術(shù)措施。
做為本發(fā)明的實施例，有效容積為1726m3首鋼2號高爐有效高度為26.7m，爐喉高度1.8m，爐身高度16m，爐腰高度2m，爐腹高度3.2m，爐缸高度為3.7m，爐腰直徑O＝10.7m，矮胖度Hu/O＝2.495。
首鋼1、3、4號高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表1
1991年5月15日投產(chǎn)的2號高爐冶煉強(qiáng)度的發(fā)展情況表權(quán)利要求
1.一種煉鐵高爐爐型，特別適合于有效容積2000m3以下的高爐，對于600～2000m3的高爐，其特征在于高爐矮胖度Hu/D(高爐有效高度Hu與爐腰直徑D的比值)為2.60～2.45，并用公式(Hu/D)=3.39Vu-0.0412±0.010，或(Hu/D)=2.667-KVu，其中K=(1.00～1.20)×10-4m-3進(jìn)行計算。
2.按照權(quán)利要求1所述的高爐爐型，其特征在于1726m3的矮胖高爐Hu＝26.7m，D＝10.7m，矮胖度Hu/D＝2.495。
全文摘要
本發(fā)明是一種高產(chǎn)、低耗的短胖高爐爐型。對于600～2000m
文檔編號C21B7/02GK1070003SQ91108660
公開日1993年3月17日 申請日期1991年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月6日
發(fā)明者周冠五, 梁張翼, 黃晉, 王 忠, 劉蘭菊 申請人:首都鋼鐵公司