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文献综述1.1高炉炉型概述1.1.1高炉炉型的发展高炉是一种竖炉型的冶炼炉，它由炉体内耐火材料砌成的工作空间、炉体设备、炉体冷却设备、炉体钢结构等组成。高炉生产实践表明：合理的炉体结构，对高炉一代炉龄的高产、优质、低耗和长寿起到保证作用，由此可以看出高炉的炉型应该有炉型和炉龄两个方面阐述。近代高炉，由于鼓风机能力进一步提高，原料燃料处理更加精细，高炉炉型向着“大型横向”发展。对于炉型而言，从20世纪60年代开始，高炉逐步大型化，大型高炉的容积由当时的1000～1500m3逐步发展到现在的4000～5500m3。随着炉容的扩大，炉型的变化出现以下特征：高炉的HU/D即高径比缩小，大型高炉的比值已降到2.0，1000m3级高炉降到2.5，300m3级高炉也降到3.0左右。和大小同步的还有高炉矮胖炉型发展，矮胖高炉的特征是炉子下部容积扩大，在适当的配合条件下利于增加产量，提高利用系数.但如矮胖得过分，易导致上部煤气利用差，使燃料比升高.此外，从全国节能要求出发，在高炉建设和炼铁生产经营管理中，应既抓产量，又抓消耗、质量和寿命的优秀实例进行总结推广，提倡全面贯彻“高产、优质、低耗、长寿，”八字方针。与盛高炉型相比，矮胖炉型的主要优点是：与炉料性能相适应，料柱阻力减小；风口增多，利于接受风量;高护更易顺行稳定。这些优点，给高炉带来了多产生铁，改进生铁质量，降低燃料消耗和延长寿命的综合效果。通过研究发现,当今用于炼铁的高炉炉喉直径均偏小，其炉喉直径与炉缸直径的比值均小于0.785。通过研究发现，炉喉直径偏小影响炉身的间接还原效率，致使高炉能耗较高，影响高炉经济效益，因此，为了提高高炉炉身的间接还原效率，改善高炉产生技术指标和进行节能减排，特别推出一种扩大炉喉直径的新炉型高炉。采用的技术方案是：它包含炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五部分，其中炉缸在炉腹的下面，炉缸上面连接炉腹，炉腹上面连接炉腰，炉腰上面连接炉身，炉身上面连接炉喉；由上述5部分组成的高炉内型，5个部分的横截面均呈圆形，其中炉缸直径用d表示，炉腰直径用D表示，炉喉直径用d表示，炉喉直径d1与炉缸直径d之比在0.785～1.0之间。从而炉型能够充分发挥炉身的间接还原作用，使高炉节约焦炭，降低消耗，减少二氧化碳排放，能够使钢铁企业降低生产成本。1.1.2高炉炉龄及其影响因素实现高炉长寿是高炉生产的主要目标之一。高炉炉龄主要取决于炉缸、炉腹、炉腰、炉身各层冷却系统以及高炉本体结构的实际使用情况。较长的高炉炉龄，无疑在经济上是合理的。高炉长寿是从设计、施工、操作状况等诸多环节统一管理的一项系统工程。一代高炉寿命的长短，直接反映高炉技术装备、操作管理水平和经济效益。若将一代高炉寿命延长几年，其经济效益是显而易见的。在目前高产、低耗的生产条件下，实现长寿具有十分重要的意义。高炉操作炉型是否合理，炉衬的完好率及其及时维护，冷却设备及冷却制度的选择，炉壳结构的稳定性的监护等都是直接影响高炉一代寿命的因素。特别是整个高炉生产期的稳定顺行，积极维护和管理是实现高炉长寿的重要环节，必须给予高度重视。国内高炉炉缸、炉底自采用高导热率的碳质耐火材料和加强冷却以后，寿命显著延长，影响高炉一代寿命的薄弱环节现已转到炉身下部。因此，提高炉身下部的寿命，使之与炉缸、炉底寿命相适应，已成为当前迫切需要解决的课题.影响高炉炉体寿命的因素很多，而且互相制约，问题比较复杂，但在其他诸因素相同，尤其是在稳定操作的情况下，对于由耐火砖衬、冷却器、炉壳组成的现代高炉炉体来说，高炉冷却确实是决定炉体能否长寿的重要原因。1.2高炉基础的概述高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相应。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平台和炉顶钢圈。炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小的范围内变动范。炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径至上而下逐渐减小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适的位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3.0～3.6m。炉腹角一般为79°～82°；过大，不利于煤气分布；过小，则不利于炉料顺行。炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。炉缸高度的确定包括渣口的高度﹑风口高度的确定以及风口安装尺寸的确定。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。炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到1400～4600℃的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的10～18倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.1％～0.5％。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。炉基表面受热不均是基础产生裂缝和混凝土遭到破坏的主要原因。由于基础长期在高温作用下，不仅产生了相当大的内应力和变形，并改变了材料的物理学性能，使钢筋混凝土失去了它的承载能力。普通混凝土温度超过400℃时，由于石灰的水化作用，混凝土即在空气中自行破坏。实践证明采用在炉底耐火层与炉基钢筋之间的素垫层内钻孔布设水放射状的双层冷却管，向内管注入冷水、经外管和内管之间的环状间隙流出并带出热量的循环水冷却方案，对降低高炉炉基及炉底温度并将其控制在一个确保高炉正常工作的允许温度范围、维持炉基安全并减缓炉底熔蚀、延长一代炉龄、节省巨额的高炉翻修费用切实可行，技术经济效果显著。炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100～150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用[24]。通过研究分析和考证涂层防腐是通过抑制金属表面上局部电池的电化学反应来实现的。控制阴极反应或增大阴阳极间的电阻，利用含钝化性料底漆，使铁表面钝化。涂漆的作用相当于增大了阴阳极的电阻，从而减小了腐蚀电流，达到了电阻大，腐蚀电流小，涂层保护性好的效果。一般的炉喉、炉身、炉腰、炉腹部分腐蚀较轻微，是因为高炉表面温度较高，实测平均温度70℃以上。炉壳、炉腰等部分表面始终保持干燥，不受含水潮湿空气的腐蚀，因此不具备碳钢在中性环境下发生电化学腐蚀。1.3高炉技术指标（1）高炉有效容积：高炉有效容积内包容的容积。（2）高炉有效高度：指高炉零料线至出铁口中心线之间的垂直距离。（3）高炉有效容积利用系数：高炉日产量与高炉有效容积之比。（4）焦比：高炉冶炼每吨生铁所消耗的干小块焦炭量。计算式如下：小块焦比（kg/t）=入炉干小块焦炭量（kg）/生铁产量（t）（5）燃料比：高炉冶炼每吨生铁所消耗的焦炭、煤粉、小块焦炭等燃料的总和。（6）炉腹煤气指数：高炉每分钟产生的炉腹煤气量与高炉炉缸面积之比。（7）炉腹煤气效率：炉腹煤气效率用来作为高炉煤气使用效率的指标。1.4高炉炉衬的发展1.4.1高炉各部分耐火材料的选择对于炉衬而言，现代技术的发展，大大地促进了我国高炉技术的进步，高炉炉衬的侵蚀是影响高炉长寿的关键因素之一，随着计算机硬件技术的进步和计算流体动力学的发展，利用数值模拟技术开展有关高炉炉衬侵蚀的研究已成为主要的研究方法，高炉一代寿命大大提高。这除了应归于高炉炉体结构参数趋于合理、操作参数的进一步优化外，还应归功于高炉炉衬耐火材料与施工技术的进步。而高炉各个部分的耐火材料的选择是不同的，粗略的有以下的几个方面分布：（1）炉身上部和中部炉身的上部主要受固体炉料的机械磨顺和高速煤气流的冲刷作用、碳素沉淀、）量指数（））（面积利用系数（）（m/min炉腹煤气dmt/）dmmin/t炉腹煤气效率（23碱金属和锌的腐蚀，同时受到温度变化的影响。一般选用机械强度好的、气孔率低和热稳定性能好的粘土砖或高铝砖。（2）炉身下部、炉腰和炉腹从炉身下部到炉腹的砖衬，既受到下降炉料和上升高温高压煤气的磨损，又受到高FeO和高碱度初渣的化学侵蚀，此外，还有碱金属和锌与CO的化学作用，造成砖衬疏松剥落；特别是因高温波动而引起的热冲击破损危害更大，例如在炉况失常、或开炉、或休风期时，由于煤气流分布失常，砖衬内温度场发生剧烈波动，导致砖衬内部产生裂纹。同时，裂纹内伴随有化学产物的膨胀，其结果必然导致内衬很快破损。这些部位应选用机械强度高、热稳定性好、导热性良好和抗化学侵蚀性能的耐火材料。（3）炉缸部和炉底部炉缸部主要受高温液态渣铁的冲刷、渗透和碱金属熔蚀，故要求选用气孔率低、孔径小、导热性高、抗渣性和抗碱性好的耐火材料。目前，国内外高炉炉底炉缸采用的内衬结构型式大致分为两大类，一是全炭质材料炉底炉缸结构，二是炭质材料—陶瓷材料复合炉底炉缸结构。这两种结构的炉衬都能实现长寿目标，不同之处主要是砖的导热系数相差很大，陶瓷砖的导热系数是碳砖导热系数的1/40～1/105，因而陶瓷杯复合炉衬具有良好的保温性能。炉缸外环一般采用微孔炭砖、超微孔炭砖、自焙碳砖；炉缸内环采用高铝砖、刚玉转。（4）风口风口是炉内最高温度区域炉衬经常承受1800～2000℃的高温作用，同时也受到渣铁的冲刷和碱金属的侵蚀。由于高温高压气体从此送入炉内，对炉衬的振动也很严重，因此要求此处砌体具