權(quán)利要求

1.扁平化特大型高爐，從下至上依次包括死鐵層(1)、爐缸(2)、爐腹(3)、爐腰(4)、爐身(5)、爐喉(6)和煤氣封罩(7)，死鐵層(1)與爐缸(2)之間開(kāi)設(shè)有鐵水出口(8)，爐缸(2)上部設(shè)有送風(fēng)入口(9)，煤氣封罩(7)側(cè)面設(shè)有煤氣出口(10)，煤氣封罩(7)上端設(shè)有原料入口(11)，其特征在于：所述高爐的任一高度位置處的橫截面上，經(jīng)過(guò)高爐豎直中心線(xiàn)、且兩端分別位于高爐內(nèi)壁的無(wú)數(shù)條線(xiàn)段中，存在長(zhǎng)度不相等的線(xiàn)段，以其中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條線(xiàn)段為長(zhǎng)軸，其余線(xiàn)段的端點(diǎn)到長(zhǎng)軸的垂直距離，不大于送風(fēng)入口(9)進(jìn)入的熱風(fēng)所具備的動(dòng)能令熱風(fēng)能射入料柱的最大距離；所述長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，高爐的容積越大。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述高爐的任一高度位置處的橫截面為橢圓形。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述高爐的任一高度位置處的橫截面包括位于兩側(cè)且對(duì)稱(chēng)的半圓形和二者之間的矩形。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述高爐的任一高度位置處的橫截面的外周由若干段圓弧組成，或者由若干段圓弧和若干段直線(xiàn)段組成。 

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述原料入口(11)設(shè)有至少兩個(gè)，分別位于煤氣封罩(7)上端的兩側(cè)。 

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述原料入口(11)設(shè)有多個(gè)，且布料范圍形成的面與所述高爐的任一高度位置處的橫截面形狀相同。 

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述鐵水出口(8)設(shè)有至少3個(gè)，其中兩個(gè)分別位于爐缸(2)接近長(zhǎng)軸的兩端處。 

8.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述煤氣出口(10)設(shè)有至少4個(gè)。 

9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述送風(fēng)入口(9)設(shè)有至少40個(gè)。 

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扁平化特大型高爐，其特征在于：所述送風(fēng)入口(9)朝向依據(jù)其所在位置的爐缸(2)壁為弧形或直線(xiàn)段而定，當(dāng)為弧形時(shí)，送風(fēng)入口(9)朝向所在弧形的圓心，當(dāng)為直線(xiàn)段時(shí)，送風(fēng)入口(9)垂直朝向所述長(zhǎng)軸。

說(shuō)明書(shū)

扁平化特大型高爐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體為扁平化特大型高爐。

背景技術(shù)

高爐是我國(guó)主要的煉鐵設(shè)備，高爐大型化是煉鐵系統(tǒng)追求的目標(biāo)，這是因?yàn)楦郀t大型化的優(yōu)點(diǎn)很多，不僅能提高單位時(shí)間鐵水產(chǎn)量、降低單位產(chǎn)鐵投資、提高鐵水性?xún)r(jià)比，還可以減少土地占用，有利于集中治理污染物等。

我國(guó)作為世界第一鋼鐵大國(guó)，在產(chǎn)量上遙遙領(lǐng)先于世界各國(guó)，但是大量的鐵水卻是屬于裝備落后的小型高爐生產(chǎn)出來(lái)的，能耗高、污染大、勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，同樣生產(chǎn)1億噸生鐵，特大型高爐比1000m 3以下的小型高爐可節(jié)約燃料500多萬(wàn)噸、合節(jié)約煤700多萬(wàn)噸、少排放上百億立方的碳，這也折射出我國(guó)落后的煉鐵技術(shù)還占相當(dāng)大的比例，是不可持續(xù)發(fā)展的劣勢(shì)；《我國(guó)特大型高爐操作和管理改進(jìn)的思路》(李維國(guó),《煉鐵》2017年第5期)一文中就記載了：2017年我國(guó)有4000m 3以上的特大型高爐22座，但與日本、韓國(guó)的特大型高爐相比有明顯差距；日本更是早在2008年就幾乎完全放棄了2000m 3以下容積的高爐，并且當(dāng)年最大容積也達(dá)到5700m 3以上；截至2020年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)也有了9座5000m 3以上特大型高爐。

然而目前，世界上容積最大的高爐容積仍不超過(guò)6000m 3，究其原因，阻礙高爐爐容進(jìn)一步提升的關(guān)鍵制約因素有2個(gè)，一是由于焦炭強(qiáng)度的限制，高爐的高度不能無(wú)限加高，即高爐有一個(gè)高度極限，二是風(fēng)口的鼓風(fēng)動(dòng)能限制，熱風(fēng)只能吹入高爐內(nèi)部一定距離，若高爐直徑過(guò)大則熱風(fēng)無(wú)法吹入中間部分，只能形成死料柱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供扁平化特大型高爐，以解決焦炭強(qiáng)度和鼓風(fēng)動(dòng)能阻礙高爐爐容進(jìn)一步提升的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種扁平化特大型高爐，從下至上依次包括死鐵層、爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉和煤氣封罩，死鐵層與爐缸之間開(kāi)設(shè)有鐵水出口，爐缸上部設(shè)有送風(fēng)入口，煤氣封罩側(cè)面設(shè)有煤氣出口，煤氣封罩上端設(shè)有原料入口，高爐的任一高度位置處的橫截面上，經(jīng)過(guò)高爐豎直中心線(xiàn)、且兩端分別位于高爐內(nèi)壁的無(wú)數(shù)條線(xiàn)段中，存在長(zhǎng)度不相等的線(xiàn)段，以其中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條線(xiàn)段為長(zhǎng)軸，其余線(xiàn)段的端點(diǎn)到長(zhǎng)軸的垂直距離，不大于送風(fēng)入口進(jìn)入的熱風(fēng)所具備的動(dòng)能令熱風(fēng)能射入料柱的最大距離；長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，高爐的容積越大。

在一種較優(yōu)的方案中，高爐的任一高度位置處的橫截面為橢圓形。

在一種較優(yōu)的方案中，高爐的任一高度位置處的橫截面包括位于兩側(cè)且對(duì)稱(chēng)的半圓形和二者之間的矩形。

在一種較優(yōu)的方案中，高爐的任一高度位置處的橫截面的外周由若干段圓弧組成，或者由若干段圓弧和若干段直線(xiàn)段組成。

在上述任一方案中可選的，原料入口設(shè)有至少兩個(gè)，分別位于煤氣封罩上端的兩側(cè)。

在本方案中可選的，原料入口設(shè)有多個(gè)，且布料范圍形成的面與高爐的任一高度位置處的橫截面形狀相同。

在上述任一方案中可選的，鐵水出口設(shè)有至少3個(gè)，其中兩個(gè)分別位于爐缸接近長(zhǎng)軸的兩端處。

在上述任一方案中可選的，煤氣出口設(shè)有至少4個(gè)。

在上述任一方案中可選的，送風(fēng)入口設(shè)有至少40個(gè)。

在本方案中可選的，送風(fēng)入口朝向依據(jù)其所在位置的爐缸壁為弧形或直線(xiàn)段而定，當(dāng)為弧形時(shí)，送風(fēng)入口朝向所在弧形的圓心，當(dāng)為直線(xiàn)段時(shí)，送風(fēng)入口垂直朝向長(zhǎng)軸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、該扁平化特大型高爐，摒棄原有高爐本體內(nèi)型斷面均采用正圓形的設(shè)計(jì)理念，采用扁平化結(jié)構(gòu)，為高爐特大型化設(shè)計(jì)提供了一種新的思路，解決了現(xiàn)有高爐容積進(jìn)一步大型化的世界難題，能夠輕易突破6000m 3以上容積。

2、該扁平化特大型高爐，由于不受限于正圓形的設(shè)計(jì)理念，可以在此基礎(chǔ)上適當(dāng)降低高爐高度，不必一味追求焦炭強(qiáng)度帶來(lái)的高度極值，既可滿(mǎn)足焦炭的強(qiáng)度要求，也能保證高爐煤氣的合理利用率；同理，可以相比于同級(jí)別容積的正圓形高爐縮小單邊直徑，加長(zhǎng)長(zhǎng)軸，保證高爐送風(fēng)時(shí)中心料柱完全吹透，避免高爐有效容積的浪費(fèi)；因此，該扁平化特大型高爐既可用于6000m 3以上特大型高爐的設(shè)計(jì)，也可用以6000m 3以下高爐爐型的優(yōu)化。

3、該扁平化特大型高爐，由于能夠輕易突破現(xiàn)有高爐容積上限，因而可以降低高爐高度，不僅對(duì)焦炭品質(zhì)要求可以不必過(guò)于嚴(yán)格，而且只要做好選址和迎風(fēng)方向的研究，盡量令長(zhǎng)軸平行于常年風(fēng)向，甚至高爐外殼加強(qiáng)流線(xiàn)型設(shè)計(jì)，就能使結(jié)構(gòu)相較于追求高度的高爐更穩(wěn)定，不僅有利于節(jié)約成本，更能延長(zhǎng)高爐使用壽命，百利而無(wú)一害。

4、該扁平化特大型高爐，由于能夠使高爐容積進(jìn)一步大型化，從而可以間接地減少生產(chǎn)單位產(chǎn)量生鐵所需消耗的燃料，減少碳排放，還可以減少土地占用，更加集中處理污染物，進(jìn)一步發(fā)展環(huán)境友好型生產(chǎn)，在不減產(chǎn)的前提下，為未來(lái)的綠色生態(tài)奠定基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為沿圖1中A-A方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為沿圖1中B-B方向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、死鐵層；2、爐缸；3、爐腹；4、爐腰；5、爐身；6、爐喉；7、煤氣封罩；8、鐵水出口；9、送風(fēng)入口；10、煤氣出口；11、原料入口。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有高爐的內(nèi)形結(jié)構(gòu)，無(wú)論是小型、大型還是特大型，一般都采用7段式設(shè)計(jì)，即從下至上依次包括死鐵層1、爐缸2、爐腹3、爐腰4、爐身5、爐喉6和煤氣封罩7，其中死鐵層1與爐缸2之間開(kāi)設(shè)有鐵水出口8，爐缸2上部設(shè)有送風(fēng)入口9，煤氣封罩7側(cè)面設(shè)有煤氣出口10，煤氣封罩7上端設(shè)有原料入口11，高爐本體上設(shè)置有爐殼、冷卻壁和耐材等各類(lèi)設(shè)施，按照工藝要求確定爐腹角、爐身角及各段比例尺寸等；受限于焦炭強(qiáng)度和鼓風(fēng)動(dòng)能，高爐的容積在進(jìn)一步增加的道路上受到了極大的阻礙，世界各國(guó)均無(wú)法突破該難點(diǎn)。

發(fā)明人為了找到新的突破口，經(jīng)過(guò)大量訪查、翻閱資料，發(fā)現(xiàn)幾十年來(lái)的高爐本體內(nèi)型斷面均采用正圓形設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的缺陷在于：由于高爐高度的限制(焦炭強(qiáng)度有限導(dǎo)致)，只能通過(guò)加大正圓斷面的直徑來(lái)擴(kuò)大高爐容積，正圓形斷面直徑擴(kuò)大到一定的程度后，由于風(fēng)口動(dòng)能有限，不能吹透料柱，所以正圓形斷面直徑也不能無(wú)限擴(kuò)大，這就限制了高爐容積的加大，在焦炭質(zhì)量、送風(fēng)管理、工藝優(yōu)化等均精益求精的今天，再想在前人研究基礎(chǔ)上擴(kuò)大高爐本體正圓形斷面直徑，是極為困難的，即使計(jì)算死料柱大小與擴(kuò)大直徑后的收益比，該改進(jìn)后的容積上限仍然可窺一斑；因此，發(fā)明人跳出固定思維，經(jīng)過(guò)大量研究與論證，在不改變高爐7段式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了如下方案：

參閱圖1，一種扁平化特大型高爐，高爐的任一高度位置處的橫截面上，經(jīng)過(guò)高爐豎直中心線(xiàn)、且兩端分別位于高爐內(nèi)壁的無(wú)數(shù)條線(xiàn)段中，存在長(zhǎng)度不相等的線(xiàn)段，以其中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條線(xiàn)段為長(zhǎng)軸，其余線(xiàn)段的端點(diǎn)到長(zhǎng)軸的垂直距離，不大于送風(fēng)入口9進(jìn)入的熱風(fēng)所具備的動(dòng)能令熱風(fēng)能射入料柱的最大距離；長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，高爐的容積越大。

在一種較優(yōu)的實(shí)施方式中，參閱圖1至4，高爐的任一高度位置處的橫截面為橢圓形。

在另一可選的實(shí)施方式中，高爐的任一高度位置處的橫截面可以不位橢圓形，而是包括位于兩側(cè)且對(duì)稱(chēng)的半圓形和二者之間的矩形。

在另一可選的實(shí)施方式中，高爐的任一高度位置處的橫截面的外周可由若干段圓弧組成，或者由若干段圓弧和若干段直線(xiàn)段組成，例如兩側(cè)采用圓弧形，中部采用橢圓弧，圓弧與橢圓弧直線(xiàn)段相連等等。

采用上述任何方式使高爐扁平化后，傳統(tǒng)額圓環(huán)形布料方式已不能滿(mǎn)足均勻化布料要求，故參閱圖2，原料入口11宜設(shè)有至少兩個(gè)，分別位于煤氣封罩7上端的兩側(cè)，或者由于特大化，僅兩個(gè)也不能均勻化布料，則原料入口11可以設(shè)有多個(gè)，這種情況下優(yōu)選的，布料范圍形成的面應(yīng)當(dāng)與高爐的任一高度位置處的橫截面形狀相同。

進(jìn)一步地，為適應(yīng)高爐扁平化、特大化，鐵水出口8宜設(shè)有至少3個(gè)，如圖1所示，其中兩個(gè)應(yīng)分別位于爐缸2接近長(zhǎng)軸的兩端處。

進(jìn)一步地，為適應(yīng)高爐扁平化、特大化，保證煤氣流的均勻分布，煤氣出口10宜設(shè)有至少4個(gè)，具體位置可參閱圖2所示。

進(jìn)一步地，為適應(yīng)高爐扁平化、特大化，送風(fēng)入口9宜設(shè)有至少40個(gè)，具體的，參閱圖4，送風(fēng)入口9的朝向需要依據(jù)其所在位置的爐缸2壁為弧形或直線(xiàn)段而定，當(dāng)為弧形時(shí)，送風(fēng)入口9朝向所在弧形的圓心，當(dāng)為直線(xiàn)段時(shí)，送風(fēng)入口9垂直朝向長(zhǎng)軸。

在上述任意實(shí)施方式下，可以通過(guò)計(jì)算焦炭強(qiáng)度和煤氣還原反應(yīng)時(shí)間來(lái)確定合理的高爐內(nèi)型有效高度，作為高度上限，再通過(guò)送風(fēng)入口進(jìn)入的熱風(fēng)所具備的動(dòng)能令熱風(fēng)能射入料柱的最大距離來(lái)確定爐內(nèi)壁到長(zhǎng)軸的最大距離，其兩倍作為高爐厚度上限，根據(jù)高爐產(chǎn)能要求確定爐容，根據(jù)爐容要求以及已確定的高度上限和厚度上限，計(jì)算所需長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度，理論上該長(zhǎng)度無(wú)限制，但出于實(shí)際需求、操作方便等考慮，在本發(fā)明指導(dǎo)下，特大型高爐容積可輕易達(dá)到8000-10000m 3，并且熱風(fēng)能吹透，不存在死料柱，另外，由于容積沒(méi)有理論上限，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以將高爐高度設(shè)置在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，而不是一味追求焦炭強(qiáng)度可達(dá)到的高度上限，其目的是保證高爐料柱在一個(gè)合理的高度，達(dá)到既可滿(mǎn)足焦炭的強(qiáng)度要求，也能保證高爐煤氣的合理利用率，同理，還可以設(shè)計(jì)高爐厚度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，保證高爐送風(fēng)時(shí)中心料柱完全吹透，避免高爐有效容積的浪費(fèi)；采用本發(fā)明的方案，生產(chǎn)單位生鐵，可以帶來(lái)巨量的節(jié)能減排效果，有推廣、拓寬思路以及進(jìn)一步研究的積極作用。

值得一提的是，本發(fā)明并不限于6000m 3以上容積的特大型高爐，而是可以適用于任何容積，只不過(guò)是因?yàn)槟芡黄片F(xiàn)有容積上限，才特別提出，實(shí)際生產(chǎn)前，甚至可以先進(jìn)行4000m 3的大型高爐甚至300m 3的小型高爐試運(yùn)行，并不影響本發(fā)明的宗旨，在進(jìn)行選址建造時(shí)，需考慮風(fēng)向，盡可能避免長(zhǎng)軸與常年風(fēng)向垂直。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

本發(fā)明未詳述之處，均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。

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