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第八章 钢铁工业窑炉 本章要点： 高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的主体设备。本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、内衬材料以及损毁机理，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和过程自动设计奠定基础。 第一节 炼铁高炉 高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。如图8.1。 高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，而高炉本体设计是最为关键的部分。高炉炉衬用耐火材料已由单一用陶瓷耐火材料过渡到陶瓷质和碳质耐火材料。 所谓五段式结构，自高炉底部死铁层以上的部位，依次为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。 1.高炉有效容积和有效高度 我国习惯地规定: 有效容积Vu 100m3, 为小型高炉；Vu =255-620m3，为中型高炉；Vu620m3，为大型高炉。 高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传热过程有重大影响。有效高度增加，煤气流速与炉料接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗。但太高会形成料拱，对炉料下降不利。 2. 炉缸 指高炉炉型下部圆筒部分。它的上中下部分分别装有风口，渣口，铁口。炉缸下部容积盛装有液态的渣铁，上部空间为风口燃烧带。风口的数目主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关。其数目n的确定可参照如下公式： n = 2( d + 1 ) 中小型高炉 n = 2( d + 2 ) 大型高炉 n = 3d 巨型高炉（4000m3以上） 式中d为炉缸直径，m。 3. 炉腹 位于炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩，稳定下料速度。由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的1.4倍，理论燃烧温度可达1800-2000度，气体激烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。 4. 炉腰 炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最大部位。它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气条件。因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径。 在炉型结构上，炉腰起承上启下的作用，使得炉腹向炉身过渡来的平缓，减少死角。高度一般取1~3 m之间。炉腰直径与炉缸、炉腹角、炉腹高度有关。 5. 炉身 呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身高度占高炉有效高度的50~60%，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行。 6. 炉喉 呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。炉喉直径与炉腰直径之比应在0.64~ 0.73之间。炉喉之上部位是钟上炉顶装料装置。 炉型设计与计算见有关书籍。 二. 高炉炉衬破坏机理 综上所述，高炉内任何部位的破坏，都是多种破坏机理的交替综合作用的结果。高炉寿命是炉型设计、炉衬结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件等因素的综合作用的结果。 高炉用耐火材料有陶瓷质材料和碳质材料。陶瓷质材料有粘土砖、高铝砖、刚玉砖、不定型耐火材料。碳质材料有碳砖、石墨砖、石墨炭化硅砖、氮结合炭化硅砖和粘土结合炭化硅砖。 1. 粘土砖和高铝砖 其具有较好的机械强度，耐磨性和抗渣性均好，成本较低，普遍用于高炉的各个部位。高炉用粘土砖和高铝砖要求具备如下性能:  2. 碳质耐火材料  随着冶炼强度提高，炉衬热负荷加重。以快速导热的碳质耐火材料显示独特性能。尤其炉底部位几乎普遍采用碳质耐火材料。它的主要性质如下： 3. 不定型耐火材料 主要有捣打料、喷补料、浇注料、泥浆和填料。其主要特点是成型工艺简单、能耗低、抗热震性好、耐剥落等优点。 高炉冷却的目的是维持炉衬在一定温度下工作，使其不失去强度，保持炉型；形成渣皮，保护和替代炉衬工作；保护炉壳与各种钢结构，使其不因受热而变形或破坏。 常用的冷却方式