[发明专利]一种炉缸结构及其设计方法

说明书

本发明属于高炉炼铁领域，涉及一种炉缸结构及其设计方法，包括炉壳，设置在炉缸上的铁口，铺设于铁口下方的一环碳砖层，所述一环碳砖层沿朝向炉内的方向依次铺设有一环陶瓷砖层、一环粘土砖层；所述一环碳砖层两侧分别铺设有捣料，所述一环陶瓷砖层与一环碳砖层的交界缝为竖直缝；本发明通过确定死铁层深度；确定铁口下一定范围内耐材为碳砖和陶瓷砖，非铁口区耐材为碳砖，并理论计算确定碳砖厚度；确定陶瓷砖与碳砖交界缝为竖直缝，计算确定交界缝宽度。本发明能够抵抗铁水的侵蚀，保护碳砖在较低温度下工作，可以以较少的投资实现炉缸长寿。

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，涉及一种炉缸结构及其设计方法。

背景技术

高炉长寿是高炉炼铁追求的一个重要目标，但是最近一些年，部分高炉开炉不久炉缸温度偏高尤其是铁口区域耐材过快侵蚀导致炉缸温度升高的事件经常发生，已经严重威胁高炉正常生产和长寿目标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种炉缸结构及其设计方法，利用陶瓷砖配合碳砖结构，节约炉缸投资，提高炉缸寿命。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种炉缸结构，包括炉壳，设置在炉缸上的铁口，铺设于铁口下方的一环碳砖层，所述一环碳砖层沿朝向炉内的方向依次铺设有一环陶瓷砖层、一环粘土砖层；所述一环碳砖层两侧分别铺设有捣料，所述一环陶瓷砖层与一环碳砖层的交界缝为竖直缝。

可选地，铁口中心线与炉底耐材顶面的距离为死铁层深度h0，炉缸直径为d，当0.285*d＞2.5m时，h0＝2.5m；当0.285*d≤2.5m时，h0≤0.285*d。

可选地，所述陶瓷砖位置低于铁口标高且铺设至炉底第二陶瓷砖层。

可选地，所述一环碳砖层设有若干层，其厚度L的数学表达为：

q＝hm*(Tm-T)；

其中，q为炉缸侧壁传出的热流密度，hm为铁水与凝铁层(或炭砖)的换热系数，T为碳砖热面温度，Tm为铁水温度；Tw为冷却水温度；hw为冷却壁本体与冷却水间综合换热系数；a为比表面积；L1为冷却壁水管中心线距冷却壁热面距离；K1为冷却壁导热系数；L2为碳捣料的厚度；K2为碳捣料的导热系数；L为碳砖层的厚度；K为碳砖的导热系数。

一种炉缸的设计方法，包括以下步骤：确定死铁层深度、确定铁口下一定范围内耐材为碳砖与陶瓷砖，非铁口区耐材为碳砖，确定陶瓷砖与碳砖交界缝为竖直缝，计算确定交界缝宽度，计算确定碳砖厚度。

可选地，死铁层深度为h0，炉缸直径为d，0.285*d＞2.5m时，h0＝2.5m；0.285*d≤2.5m时，h0≤0.285*d。

可选地，交界缝的宽度为H，H的数学表达为：

H＝m*α_陶*t_陶/γ，

其中，m为碳砖厚度，α_陶为陶瓷砖的热膨胀系数；t_陶为陶瓷砖的最高温度，可以取铁水温度；γ_捣为碳捣料的可压缩比。

可选地，碳砖厚度L的数学表达为：

其中，q为炉缸侧壁传出的热流密度，hm为铁水与凝铁层(或炭砖)的换热系数，T为碳砖热面温度，Tm为铁水温度；Tw为冷却水温度；hw为冷却壁本体与冷却水间综合换热系数；a为比表面积；L1为冷却壁水管中心线距冷却壁热面距离；K1为冷却壁导热系数；L2为碳捣料的厚度；K2为碳捣料的导热系数；L为碳砖的厚度；K为碳砖的导热系数。

可选地，本设计方法应用于上述炉缸结构。