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炉腹应有的作用。Vu1000m3以上的大型高炉炉腹高度在3.0到3.6米，中小型高炉还可以小一些，炉腹角???一般取79?~83?，过大不利于煤气分布，过小使得炉腹部位对下降炉料阻力增加，不利于顺行。
4) 炉腰尺寸 炉腰的高度大小对高炉冶炼没有严重影响。高炉炉腰一般为
1.5~3.0m。
5) 炉身尺寸 炉身尺寸包括炉身高度h4和炉身角(?)。由于高炉大型化主要是
炉型横向增大，所以高炉有效容积增大时高炉炉身高度增大并不多，大型高炉炉身高度基本在16~18m范围。炉身角的大小与炉料的下降和煤气流的上升过程中的分布状态关系极大。炉身角取小时有利于炉料的下降，易发展边缘煤气流。但是，炉身角过小，边缘没气流过分发展，会给高炉操作上下部调节带来困难，不利于煤气热能和化学能的充分利用，容易使炉衬过热而损坏。炉身角取大值时，有利于抑制边缘煤气流过分发展，但是不利于炉料下降。一般取值在80.5?~85.5?之间，现代大型高炉炉身角取值在81?~83?之间。 6) 炉喉尺寸 炉喉的高度应能满足控制炉料分布和煤气流分布为宜，过高会
使炉料挤紧而影响下降，过低难以满足装料制度调节的要求。炉喉高度一般以2.0~2.5m为宜?5?。
1.3高炉炉衬
高炉炉衬是用能够抵抗高温和化学侵蚀作用的耐火材料砌筑成的。炉衬的主要作用是构成工作空间，减少散热损失，以及保护金属结构件免遭热应力和化学侵蚀作用。延长高炉寿命就是要延长炉衬寿命。
随着炼铁技术的发展，高炉炉型正在想着大型高效长寿低耗清洁的方向发展，高炉长寿技术发展尤为突出，新建的高炉或大修改造高炉均积极的采用高炉长寿技术，如陶瓷杯技术，UACR碳砖、铜冷却壁、软水密闭循环、高炉人工智能等专家系统等。90年代末发达国家如日本、西欧等国家高炉的寿命达10到15年(无中修)，最新建或改造的高炉寿命在15年以上，并提出20年的目标。以日本川崎钢铁公司千叶6号高炉(5153m3)和水岛2号高炉(2857m3)为代表,千叶6号高炉炉龄已达到23年以上，一代炉龄产铁量13388t/m3,创造了高炉长寿的世界纪录；
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水岛2号高炉1979年开炉至今仍在运行，正在创造高炉炉龄新的世界纪录。我国好的钢铁企业如，宝钢、首钢、武钢、攀钢等大型高炉的炉龄基本能达到10到12年(无中修)?6?~?8?。
高炉陶瓷杯炉缸炉底结构是在炉底炭砖和炉缸炭砖的内缘，砌筑一层高铝质杯状刚玉砌体层，其具有明显的优越性。主要优点是: (l) 陶瓷质耐火砖具有较好的抗铁水溶蚀性, 能克服炭砖抗铁水溶蚀性差的缺点, 可以减缓或消除炉缸蘑菇形侵蚀。(2)陶瓷质耐火材料导热系数比炭砖低对炉缸铁水有保温作用, 能提高铁水温度, 降低炼铁能耗。(3) 高炉检修短期休风时炉缸残存铁水的温度降低速度较慢, 有利于高炉顺利复风[9]。陶瓷杯结构如图1.2
图1.2 陶瓷杯结构及理论等温线分布
1.3.1对高炉耐火材料性能要求
过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能, 如对炭砖仅要求灰分、耐压强度、体积密度、气孔率等指标, 对陶瓷耐火材料仅要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重烧线变化率等指标。
实际上, 上述常规性能指标不能全面地反映出高炉生产条件下耐火砖衬受到破坏的工作条件。例如, 有些高炉内有碱金属和锌的循环富集, 对耐火砖衬形成很强的侵蚀, 成为砖衬的重要侵蚀源。抗碱性差的耐火砖在炉内被碱侵蚀后往往变成粉末, 完全失去强度； 又如, 高炉炉缸到炉身中部有炉渣的侵蚀和冲刷,
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过去这些部位多砌筑高铝砖和粘土砖, 虽砖衬很厚, 但因其抗渣性很差则很快就被侵蚀掉, 易造成炉壳发红、开裂等事故。
对于高炉耐火材料使用性能的检测方法, 武钢已进行了近20 年的研究: 在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上, 对高炉耐火材料提出了多项特殊使用性能要求, 并研究出相应的试验方法, 通过原冶金部制定了检验方法和标准。其主要有: 导热系数、抗碱性、抗铁水溶蚀性、抗炉渣侵蚀性、平均气孔、小于1?m孔容积率、透气度和抗氧化性；武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史, 对武钢提高高炉寿命发挥了重要作用。目前, 这些检验方法已在国内广泛应用, 很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来, 有的综合性能已赶上国际先进水平, 有些指标甚至超过了国际先进水平[10]~[11]。 1.3.2各种耐火材料的发展
1) 半石墨炭砖 国内外半石墨碳砖性能对比如表1.3。石墨炭砖和日本BC-5
型半石墨炭砖相比, 其导热系数、抗碱性、铁水熔蚀等性能相当。德国半石墨炭砖的600?C导热系数达到18.04 W/ ( m?K) ,优于一般的国产半石墨炭砖, 其他性能亦相当。但是, 兰州新研制的半石墨炭砖的导热系数、微气孔指标则优于德国同类产品。
表1.3 半石墨炭砖性能对比
性能
体积密度，(g·cm-3) 显气孔率，% 耐压强度，MPa 透气度，mDa 氧化率，%
铁水熔蚀指数，% 平均孔径，μm 孔容积率，% 导热系数（600oC），W·m-1·K-1 抗碱度
兰州 1.62 13.03 46.80 38.81 35.38 26.89 2.30 31.65 4.16 良
贵州 1.55 16.21 35.43 317.38 12.37 28.42 7.33 21.09 11.21 差
日本 BG-5 1.54 15.60 35.00 138.23 4.86 28.26 6.27 10.96 12.57 良
德国5RDN 1.58 14.08 38.75 160.52 1.84 28.19 6.82 15.27 18.04 良
兰州新研制转
1.60 16.39 43.01 18.93 28.85 1.17 46.83 20.09 良
2) 石墨碳砖 美国的NMD 是一种石墨炭砖, 导热系数很高,有的高炉将它用
作炉身冷却板之间的砖衬使用。应指出的是, 石墨砖一般用于炉底最下层, 是利用其高导热性强化炉底冷却, 在高炉炉役后期减缓铁水的侵蚀。但是,
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如果炭捣料的导热系数很低, 石墨砖则法发挥高导热系数的作用, 因为石墨砖的孔隙大、强度低,抗铁水熔蚀性能也差。
3) 陶瓷杯用砖 目前国内高炉陶瓷杯用砖有复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、
塑性相结合刚玉砖、微孔刚玉砖、法国陶瓷杯砖( 浇注块) 等5 种,其性能对比试验结果见表1.4
表1.4 陶瓷杯砖性能对比
性能
体积密度，(g·cm-3) 显气孔率，% 耐压强度，MPa 透气度，mDa 铁水熔蚀指数，% 平均孔径，μm 孔容积率，% 导热系数（600oC），W·m-1·K-1 抗碱度
法国浇注块 微孔刚塑性相复合刚刚玉莫1995年 2002年 玉砖 刚玉砖 玉砖 来石 3.29 3.30 3.14 3.14 3.17 2.86 10.00 11.85 13.03 13.03 12.07 18.00 66.08 31.18 168.48 121.8 121.92 92.20 6.08 3.71 0.00 29.38 8.70 140 0.00 0.53 1.10 0.38 0.88 0 0.175 1.156 0.261 5.05 3.59 95.33 78.19 75.32 0.00 9.18 5.42 4.08 4.55 4.46 4.90 3.78 优
优
优
优
差
差
从表1.4可知, 国产微孔刚玉砖的各项性能均已达到或优于法国陶瓷杯砖, 其中抗炉渣侵蚀性和耐压强度更好。复合棕刚玉砖的抗碱性较差。塑性相结合棕刚玉砖除微气孔指标较差外, 其他性能都较好, 是目前应用最多的一种。刚玉莫来石砖由于抗碱性和抗炉渣侵蚀性很差不适合用于炉缸部位,但仍适用于陶瓷杯底[12]~[14]。
1.4高炉冷却
1.4.1高炉冷却目的
1) 保护炉壳及各种钢结构，使其不因受热变形或破坏。 2) 对耐火材料的冷却与支撑，增加砌体的稳定性。
3) 维持合理的操作炉型，使耐火材料的侵蚀内型线接近操作炉型，对高炉内煤
气流的合理分布、炉料顺行起到良好作用。
4) 当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生
产。
1.4.2冷却介质选择及处理
1.4.2.1冷却介质选择
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根据高炉不同部位的工作条件及冷却的要求，所用的冷却介质也不同，一般常用的冷却介质有：水、空气和汽水的混合物，即水冷、风冷和汽化冷却。对冷却介质的要求：有较大的热容量及导热能力；来源广、容易获得、价格低廉；介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。 1.4.2.2高炉冷却设备的种类
我国常用的冷却设备有外部喷水冷却、风口和渣口的冷却、冷却壁、冷却板、支梁式水箱以及风冷或水冷炉底等。
冷却壁分为光面冷却壁、镶砖冷却壁、凸台镶砖冷却壁等。在使用材质上又分为耐热铸铁、球墨铸铁、钢和铜冷却壁。冷却壁的优点是不损坏炉壳强度，密封性好，冷却均匀，炉衬表面光滑平整。
冷却板型式有铸铜冷却板，其中有两通道的，四通道的，还有埋入式铸铁冷却板等。
水箱有铸铁支梁式水箱，铸钢空腔式水箱等
1) 喷水冷却装置 高炉炉身和炉腹部位设有环型喷水管冷却炉皮。大中型高
炉在炉龄末期，冷却器被烧毁的情况下，为了继续维持生产，炉皮喷水冷却时一项重要措施。小型高炉往往炉身不安装冷却，而只靠炉皮喷水冷却。 2) 风口和渣口冷却 风口一般由大中小三个套组成。图1.3为风口结构示意
图。
渣口一般由四套组成，即渣口大套、二套、三套和小套（小渣口）。如图1.4渣口装置。
图1.3风口结构
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