一种高炉内型的调整方法和高炉与流程

本发明涉及冶炼设备技术领域，尤其涉及一种高炉内型的调整方法和高炉。

背景技术：

高炉是用于铁矿石还原与冶炼的高温高压大型反应容器，也是我国目前铁水生产的主导工艺。高炉内型从上至下可依次划分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸和死铁层六个部分。高炉合理内型需要符合冶炼工艺要求，要有利于炉内物理化学反应过程的进行以及炉料与煤气流的合理分布。

炉料从炉喉装入炉内后，受高温煤气的加热膨胀，在下降过程中逐渐压缩、破碎，为减少炉料与炉墙之间的摩擦阻力，增加下降的有效重力，自炉喉以下炉子直径逐步扩大。在炉腰处形成一个断面积最大的区域，以适应矿石软化透气性变差和煤气运动的要求。进入炉腹后矿石形成炉渣和铁滴，炉料只剩下焦炭以固体形态存在，体积变小，因此炉腹又逐渐收缩，形成上大下小的形状是合理的，如图1所示。其中，炉喉、炉腰和炉缸为圆柱形，炉身和炉腹为锥台型，α为炉腹角，β为炉身角，d1为炉喉直径，d2为炉腰直径，d3为炉缸直径，h1～h6依次为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸和死铁层的高度。

根据高炉炉衬厚度的不同，高炉内型又可以分为传统的“厚壁内型”和目前主流的“薄壁内型”。其中，“厚壁内型”是指在炉腹至炉身冷却器热面砌筑一定厚度的耐火砖衬，耐火砖衬自高炉投产以后会逐步受到侵蚀和损坏，设计内型逐步演变至操作内型，一般表现为炉身角、炉腹角变小，炉腰直径和高度增大。而“薄壁内型”，其特点在于从炉腹至炉身不砌筑耐火材料，仅设置一层冷却壁镶砖，从而自投产开始，设计炉型即为实际炉型，同时，一代炉龄内炉喉、炉腰、炉缸直径，炉身、炉腰、炉腹高度，以及炉腹角、炉身角均保持不变。

对于“厚壁内型”，由于一代炉龄炉衬厚度处于变化中，在炉役大部分时期，尚可通过炉衬侵蚀形貌的被动变化逐步适应操作炉型的要求，使设计炉腹角和设计炉身角逐渐演变成满足高炉顺行和长寿要求的操作炉腹角和操作炉身角，进而获得较好的经济技术指标。而对于“薄壁炉型”，由于炉型参数固定，其操作炉型是否合理，良好技术指标能否获得，在极大程度上依赖于投产前的炉型设计。

现有的新建“薄壁内型”高炉通常参考和借鉴其它先进高炉的方案，但高炉一经投产，由于各个钢铁企业的原燃料条件不同，设备选型不同，操作模式不同，故存在高炉设计内型与满足高炉顺行和长寿要求的操作内型不匹配的问题，不仅会影响高炉顺行，还会造成冷却壁粘结和侵蚀损毁的问题。传统方法中，需要等待高炉一代炉龄结束(一般为10-20年)后，通过高炉大修改造重新设计炉腹角和炉身角，并且需要整体更换炉壳，这种方法不仅会造成一代炉龄内高炉经济技术指标低下，而且还会带来巨额的改造成本。因此，亟需采取切实可行和灵活快捷的方法解决上述问题。

技术实现要素：

本申请提供一种高炉内型的调整方法和高炉，解决了现有技术中薄壁高炉的设计内型与操作内型不匹配的技术问题。

本申请提供一种高炉内型的调整方法，所述调整方法包括：

获得所述高炉的炉体的设计炉腹角α和设计炉身角β，所述炉体包括炉腹、炉身以及连接所述炉腹和所述炉身的炉腰；

确定高炉的操作炉腹角α'和操作炉身角β'；

根据所述设计炉腹角α和所述操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁的形状，根据所述设计炉身角β和所述操作炉身角β'确定炉身冷却壁的形状；

将所述炉腹冷却壁固定于所述炉腹内壁上，以将炉腹角从所述设计炉腹角α调整到所述操作炉腹角α'；

将所述炉身冷却壁固定于所述炉身内壁上，以将炉身角从所述设计炉身角β调整到所述操作炉身角β'。

优选地，所述根据设计炉腹角α和所述操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁的形状，包括：

当所述设计炉腹角α大于所述操作炉腹角α'时，确定所述炉腹冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度。

优选地，根据所述设计炉腹角α和所述操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁的形状，包括：

当所述设计炉腹角α小于所述操作炉腹角α'时，确定所述炉腹冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度。

优选地，根据所述设计炉身角β和操作炉身角β'确定炉身冷却壁的形状，包括：

当所述设计炉身角β大于所述操作炉身角β'时，确定所述炉身冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度。

优选地，根据所述设计炉身角β和操作炉身角β'确定炉身冷却壁的形状，包括：

当所述设计炉身角β小于所述操作炉身角β'时，确定炉身冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度。

本申请还提供一种高炉，所述高炉的炉体包括炉腹、炉身以及连接所述炉腹和所述炉身的炉腰，所述炉腹具有设计炉腹角α，所述炉身具有设计炉身角β；

所述高炉还包括固定于所述炉腹内壁上的炉腹冷却壁和固定于所述炉身内壁上的炉身冷却壁，所述炉腹冷却壁的形状根据所述设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定，所述炉身冷却壁的形状根据所述设计炉身角β和所述操作炉身角β'确定。

优选地，在所述设计炉腹角α大于所述操作炉腹角α'时，所述炉腹冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度。

优选地，在所述设计炉腹角α小于所述操作炉腹角α'时，所述炉腹冷却壁上靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度。

优选地，在所述设计炉身角β大于所述操作炉身角β'时，所述炉身冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度。

优选地，在所述设计炉身角β小于所述操作炉身角β'时，所述炉身冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度。

本申请有益效果如下：

通过根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'选择炉腹冷却壁，根据设计炉身角β和操作炉身角β'选择炉身冷却壁，从而能够通过炉腹冷却壁和炉身冷却壁调整高炉的设计内型，使得高炉实际内型能够满足操作内型的要求，解决现有技术中由于各个钢铁企业的原燃料条件不同，设备选型不同，操作模式不同，高炉的设计内型很难满足操作内型需求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为高炉的结构示意图；

图2为本申请提供的一种高炉内型的调整方法的流程图；

图3-图6为高炉内型的局部结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种高炉内型的调整方法和高炉，解决了现有技术中薄壁高炉的设计内型与操作内型不匹配的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁的形状，根据设计炉身角β和操作炉身角β'确定炉身冷却壁的形状，从而能够通过炉腹冷却壁和炉身冷却壁调整高炉的设计内型，使得高炉的实际炉腹角能够达到操作炉腹角，实际炉身角能够达到操作炉身角，从而使高炉的实际内型与操作内型相匹配，以解决现有技术中由于各个钢铁企业的原燃料条件不同，设备选型不同，操作模式不同，高炉的设计内型与操作内型不匹配的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

图2为本申请提供的一种高炉内型的调整方法的流程图。如图2所示，

步骤110，获得高炉100的设计炉腹角α和设计炉身角β。

设计炉腹角α和设计炉身角β分别为高炉100的炉体10制作完成后，炉腹11的侧壁倾斜的角度和炉身12的侧壁倾斜的角度，即炉体10制作完成后的炉腹角和炉身角。

步骤120，确定高炉100的操作炉腹角α'和操作炉身角β'；

高炉100的炉体10包括炉腹11、炉身12以及连接炉腹11和炉身12的炉腰13，炉身12直径逐步扩大，在炉腰13处形成一个断面积最大的区域，以适应矿石软化透气性变差和煤气运动的要求，进入炉腹11后矿石形成炉渣和铁滴，炉料只剩下焦炭以固体形态存在，体积变小，因此炉腹11又逐渐收缩，形成上大下小的形状。

其中，炉腹角为炉腹11的侧壁倾斜的角度，炉身角为炉身12的侧壁倾斜的角度。操作炉腹角α'和操作炉身角β'是在实际操作过程中，需要的理想炉腹角和炉身角，操作炉腹角α'和操作炉身角β'会根据高炉实际生产中存在的问题，如冷却壁粘结或破损等，进行调整优化。

根据高炉设计规范，“薄壁内型”高炉炉腹角α一般为75～78°，炉身角β一般为79～83°。由于设计参考值有一定范围，当设计值与实际需求不符时，可利用高炉检修时，通过冷却壁进行调整。

具体地，步骤110和步骤120的顺序可以进行交换或者同时执行。

步骤130，根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁111的形状，根据操作炉身角β'和设计炉身角β确定炉身冷却壁121的形状。

在确定出炉腹冷却壁111的形状和炉身冷却壁121的形状后，根据确定的形状制作出该形状的炉腹冷却壁111和该形状的炉身冷却壁121，将炉腹冷却壁111固定于所述炉腹内壁上，将所述炉身冷却壁121固定于所述炉身内壁上。步骤140，将所述炉腹冷却壁111固定于所述炉腹11内壁上，以将所述炉腹11的炉腹角从所述设计炉腹角α调整到所述操作炉腹角α'，即通过所述炉腹冷却壁121的形状将所述炉腹12的炉腹角从所述设计炉腹角α调整到所述操作炉腹角α'，使得高炉的实际炉腹角能够与操作炉腹角α'匹配；

将所述炉身冷却壁固定于所述炉身内壁上，以将所述炉身的炉身角从所述设计炉身角β调整到所述操作炉身角β'，通过所述炉身冷却壁的形状将所述炉身的炉身角从所述设计炉身角β调整到所述操作炉身角β'，使得高炉的实际炉身角能够与操作炉身角β'匹配。

具体地，所述根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁111的形状，包括：在设计炉腹角α大于操作炉腹角α'时，确定所述炉腹冷却壁上靠近炉腰13的一端厚度小于另一端的厚度，另一端即所述炉腹冷却壁上远离炉腰13的一端，即所述炉腹冷却壁为上端薄下端厚，通过采用上端薄下端厚的所述炉腹冷却壁固定于炉腹11上，使得实际炉腹角从设计炉腹角α变小，以调整为操作炉腹角α'，满足使用要求，如图3所示。

具体地，所述根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁111的形状，包括：在设计炉腹角α小于操作炉腹角α'时，确定所述炉腹冷却壁上靠近炉腰13的一端厚度大于另一端的厚度，另一端即炉腹冷却壁上远离炉腰13的一端，即炉腹冷却壁为上端厚下端薄，通过采用上端厚下端薄的炉腹冷却壁固定于炉腹11上，使得实际炉腹角从设计炉腹角α变大，调整为操作炉腹角α'，满足使用要求，如图4所示。

具体地，所述根据设计炉身角β和操作炉身角β'和确定炉身冷却壁121的形状，包括：在设计炉身角β大于操作炉身角β'时，确定所述炉身冷却壁上靠近炉腰13的一端厚度小于另一端的厚度，另一端即所述炉身冷却壁上远离炉腰13的一端，即炉身冷却壁的上端厚下端薄，通过采用上端厚下端薄的炉身冷却壁固定于炉身12上，使得实际炉身角从设计炉身角β变小，调整为操作炉身角β'，满足使用要求，如图5所示。

具体地，所述根据操作炉身角β'和设计炉身角β确定炉身冷却壁121的形状，包括：在设计炉身角β小于操作炉身角β'时，确定炉身冷却壁上靠近炉腰13的一端厚度大于另一端的厚度，另一端即所述炉身冷却壁上远离炉腰13的一端，即炉身冷却壁的上端薄下端厚，通过采用上端薄下端厚的炉身冷却壁固定于炉身12上，使得实际炉身角从设计炉身角β变小，调整为操作炉身角β'，满足使用要求，如图6所示。

本申请通过根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁111的形状，根据设计炉身角β和操作炉身角β'确定炉身冷却壁121的形状，从而将实际炉腹角调整为操作炉腹角α'，实际炉身角调整为操作炉身角β'，使得高炉的内型与操作内型相匹配，即通过炉腹冷却壁111和炉身冷却壁121调整高炉的设计内型，使得高炉内型能够满足操作内型要求，以解决现有技术中由于各个钢铁企业的原燃料条件不同，设备选型不同，操作模式不同，高炉的设计内型与操作内型不匹配的技术问题。

比如，在高炉检修，通过更换冷却壁形状实现高炉内型在一代炉龄内的灵活调整，从而满足合理操作内型的要求，相比于传统方法(等待高炉一代炉龄结束(一般为10～15年)后，通过更换炉体、冷却壁来重新设计炉腹角α和炉身角β，造成一代炉龄内技术指标低下)，通过冷却壁厚度调整炉腹角α和炉身角β具有灵活快捷的特点，当高炉投产后，高炉操作人员可以通过炉况判断设计内型与操作内型是否匹配，如果存在不匹配时，对高炉停炉检修时，通过冷却壁的形状调整设计内型，以与操作内型可以实现匹配，从而获得良好的经济技术指标，为企业降本增效。可以通过冷却壁，

如：某高炉自投产以来，一直存在炉腹段和风口段冷却壁破损严重的问题。一般而言，冷却壁破损可能由以下几个方面因素造成：(1)材质存在缺陷；(2)高炉使用维护不当；(3)设计参数不合理，不能满足操作内型需要。通过对该高炉破损冷却壁进行化检验分析，以及对生产日志分析后，认为该高炉冷却壁破损原因不是材质缺陷和使用维护不当所致，其破损原因在于：冷却壁热面(朝向炉体内的表面)所形成的内型与高炉操作内型不匹配。具体而言，是由于设计炉腹角α大于操作炉腹角α'，导致冷却壁表面难以挂结渣皮，当炉况波动导致渣皮脱落后，冷却壁在高温煤气流和渣铁流冲刷下，极易发生侵蚀破损。

针对上述问题，通过采用“上端薄、下端厚”的异型冷却壁，可以减小高炉炉腹角。该高炉设计炉腹角为81.64°，根据《高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践》推荐，薄壁高炉炉腹角范围应在75-78°之间，同时，根据该高炉炉腹冷却壁数量为44块，故以81.64°为上限，以75°为下限，制作一系列“上端薄、下端厚”的炉腹冷却壁，使得各块冷却壁安全于炉腹后，其热面形成的改进后炉腹角以从大到小，成等差数列排列，即依次为81.64°、81.49°、81.34°……75.04°，并利用高炉停炉检修机会，将上述冷却壁安装于炉腹内表面上。高炉恢复生产后，调取冷却壁测温数据，其中，炉腹角角度为79.99°和79.84°的两块冷却壁温度最为稳定，温度波动区间在0和5℃之间，而其余冷却壁温度波动区间较大，在0至10℃之间波动，表明角度为79.99°和79.84°的两块冷却壁表面渣皮最为稳定，即，炉腹角在79.99°～79.84°之间的高炉内型最能满足高炉操作内型需要。故，取79.99°和79.84°的平均值79.92°作为下一步改进炉腹角，至此，该高炉操作炉腹角α'确定完毕。

以满足操作炉腹角α'的冷却壁尺寸，另行制作44块上端薄、下端厚的炉腹冷却壁，并利用高炉下次检修机会，将原先冷却壁拆除下来，将炉腹角为79.92度的冷却壁安装于炉腹部位，采取上述改进后，高炉实际内型与操作内型相互匹配，炉腹冷却壁表面渣皮稳定性提高，炉腹炉缸冷却壁损坏现象得到了彻底解决，高炉检修复产后，冷却壁损坏现象得到大幅缓解。

又如，某高炉自投产以来，炉身冷却壁粘结现象时常发生。一般而言，冷却壁粘结现象可能由以下几个方面因素造成：(1)布料制度不当；(2)送风制度不当；(3)设计参数不合理，不能满足操作内型需要。通过对该高炉对生产日志分析后，认为该高炉炉身冷却壁粘结原因在于：冷却壁热面(朝向炉体内的表面)所形成的内型与高炉操作内型不匹配。具体而言，是由于设计炉腹身β大于操作炉身角β'，导致冷却壁边缘炉料下降不畅，粘结现象频频发生。

针对上述问题，通过采用“上端厚、下端薄”的异型冷却壁，可以减小高炉炉身角。该高炉设计炉身角为83.46°，根据《高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践》推荐，薄壁高炉炉身角范围应在79-83°之间，同时根据该高炉炉身冷却壁数量为44块，故以83.46°为上限，以79°为下限，制作一系列“上端厚、下端薄”的炉身冷却壁，使得各块冷却壁安全于炉身后，其热面形成的改进后炉身角以从大到小，成等差数列排列，即依次为83.46°、83.36°、83.26°、……79.16°，并利用高炉停炉检修机会，将上述冷却壁安装于炉身上。高炉恢复生产后，调取冷却壁测温数据，其中，炉身角角度为81.66°和81.56°的两块冷却壁温度最为稳定，温度波动区间在0和5℃之间，而其余冷却壁温度波动区间较大，在0至10℃之间波动，表明角度为81.66°和81.56°的两块冷却壁表面渣皮最为稳定，即炉身角在81.66°和81.56°之间的高炉内型最能满足高炉操作内型需要。故81.66°和81.56°的平均值81.61°作为下一步改进炉身角，至此，该高炉操作炉身角β'确定完毕。

按照满足操作炉身角β'的冷却壁尺寸另行制作44块上端厚、下端薄的炉身冷却壁，利用高炉下次检修机会，将原先冷却壁拆除下来，将炉身角为81.61°度的冷却壁安装于炉身部位。采取上述改进后，高炉设计内型与操作内型相互匹配，炉身冷却壁粘结现象大为减少，高炉经济技术指标得以改善。

实施例二

基于同样的发明构思，本申请提供一种高炉100，高炉100的炉体10包括炉腹11、炉身12以及连接炉腹11和炉身12的炉腰13，所述炉腹11具有设计炉腹角α，所述炉身12具有设计炉身角β。

设计炉腹角α和设计炉身角β分别为高炉100的炉体10制作完成后，炉腹11的侧壁倾斜的角度和炉身12的侧壁倾斜的角度，即炉体10制作完成后的炉腹角和炉身角。

所述高炉还包括固定于所述炉腹内壁上的炉腹冷却壁111和固定于所述炉身内壁上的炉身冷却壁121。所述炉腹冷却壁111的形状根据所述设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定，所述炉身冷却壁121的形状根据所述设计炉身角β和所述操作炉身角β'确定。

其中，操作炉腹角α'和操作炉身角β'是在实际操作过程中，需要的理想炉腹角和炉身角，操作炉腹角α'和操作炉身角β'会根据高炉实际生产状况进行确定或调整。

具体地，在设计炉腹角α大于操作炉腹角α'时，所述炉腹冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度，如图3所示。

具体地，在设计炉腹角α小于操作炉腹角α'时，所述炉腹冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度的，如图4所示。

具体地，在设计炉身角β大于操作炉身角β'时，，所述炉身冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度小于另一端的厚度，如图5所示。

具体地，在设计炉身角β小于操作炉身角β'时，所述炉身冷却壁靠近所述炉腰的一端厚度大于另一端的厚度，如图6所示。

本申请通过根据设计炉腹角α和操作炉腹角α'确定炉腹冷却壁111的形状，根据操作炉身角β'和设计炉身角β确定炉身冷却壁121的形状，从而将实际炉身角调整为操作炉腹角α'，实际炉腹角调整为操作炉身角β'，使得高炉的内型与操作内型相匹配，即通过炉腹冷却壁111和炉身冷却壁121调整高炉的设计内型，使得高炉实际内型能够满足操作内型的要求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。