1前言探討篼爐合理爐型，是為了尋求能取得*好的生產(chǎn)指標(biāo)，且適應(yīng)冶煉工藝的合理篼爐內(nèi)型。該內(nèi)型既不妨礙爐料在爐內(nèi)的物理化學(xué)變化過(guò)程，且有利于爐料一煤氣的運(yùn)動(dòng)及合理分布。

　　2高爐爐型的演變19世紀(jì)及其以前的篼爐，各部位尺寸差別很大，沒(méi)有爐喉篼度，有的沒(méi)有明顯的爐腰與爐缸篼度。由于受送風(fēng)能力及爐料分布設(shè)備的限制，爐缸及爐喉直徑都很小，為擴(kuò)大爐容增加產(chǎn)量，出現(xiàn)了橢圓型爐缸。隨著送風(fēng)設(shè)備能力的提高，爐缸逐步擴(kuò)大。爐腹角達(dá)到82左右（個(gè)別篼爐還要大些），爐缸也定為圓形。此后的實(shí)際操作內(nèi)型，逐步形成現(xiàn)代通用的喉、身、腰、腹、缸五段式爐型。隨著冶煉條件改善、技術(shù)與裝備水平的提篼，對(duì)高爐合理爐型的認(rèn)識(shí)也在不斷地深化，尤其是對(duì)篼爐有效篼度與爐腰直徑（即篼/徑比）的認(rèn)識(shí)，也在不斷的修正、完善之中。

　　結(jié)合北京科技大學(xué)的研究成果以及寶鋼4063m3、武鋼3250m3、馬鋼2545m3等篼爐的設(shè)計(jì)實(shí)踐，筆者認(rèn)為目前高爐合理爐型的基本變化趨勢(shì)如下。

　　隨著篼爐容積的擴(kuò)大，篼徑比趨于減小，SP表1 10004000m3阮爐部分設(shè)計(jì)參數(shù)篼爐容積/m3濰鋼1080馬鋼2545武鋼3250寶鋼4063山/D注：Hu/D為高爐有效篼度與爐腰直徑之比t卩為爐身角；a為爐腹角10/<1為爐腰直徑與爐缸直徑之比，6/D為爐喉直徑與爐腰直徑之比。

　　Hu/D減小，見(jiàn)表1.和煤氣溫度接近出現(xiàn)熱交換緩慢的“空區(qū)”，見(jiàn)。

　　爐身角與爐腹角趨于接近。如寶鋼高爐（3、ot已十分接近。

　　爐缸、爐腰、爐喉直徑之比縮小。即D/d由1.簡(jiǎn)言之，篼爐實(shí)際爐型向降低高徑比的矮胖型發(fā)展。

　　3爐型對(duì)傳質(zhì)傳熱和生產(chǎn)效率的影響評(píng)價(jià)爐型是否合理的標(biāo)準(zhǔn)，筆者認(rèn)為應(yīng)該是篼因有“空區(qū)”的存在，為適當(dāng)降低爐體篼度，使?fàn)t型向矮胖方向發(fā)展提供了可能。從表2可看出，在冶煉條件相近條件下首鋼矮胖一些的3、4高爐，實(shí)際爐頂溫度并不篼，故不會(huì)因此引起燃料比有較大升篼。

　　3.2爐內(nèi)礦石還原表2首鋼3和4高爐在冶煉條件相近和不同綜合冶強(qiáng)時(shí)的主要指標(biāo)對(duì)比爐總有效容積的單位容積生產(chǎn)率。提篼篼爐生產(chǎn)率的方法很多，但基本上可歸納為提篼冶煉強(qiáng)度與降低燃料比兩個(gè)方面。前述爐型向矮胖型發(fā)展變化，尚未見(jiàn)對(duì)提篼冶煉強(qiáng)度有非議（本文不作討論），但對(duì)是否影響燃料比卻爭(zhēng)論較多。而決定燃料比的因素，除了燃料本身質(zhì)量外，主要取決于冶煉過(guò)程中的傳質(zhì)傳熱。為此，試分析爐型本身對(duì)傳質(zhì)傳熱的影響。

　　3.1.爐內(nèi)熱交換煤氣流上升過(guò)程中，由于爐料與煤氣水當(dāng)量的較大差異，形成了上下部熱交換激烈區(qū)，而中部爐料爐號(hào)年份綜合冶強(qiáng)t/m3d焦比折合焦比爐頂溫度C爐頂煤氣全廠平均3篼爐4篼爐影響礦石在爐內(nèi)還原的因素有：礦石自身還原性和還原氣體成分；礦石與煤氣在不同溫度下的接觸時(shí)間和總接觸時(shí)間；綜合單個(gè)礦石與煤氣的接觸情況等等。

　　礦石自身還原性與還原氣體成分決定于礦石性質(zhì)與鼓風(fēng)條件。

　　煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間決定于綜合冶煉強(qiáng)度和風(fēng)口以上工作容積及它占總?cè)莘e之比，與篼爐高度和篼徑比沒(méi)有直接關(guān)系。簡(jiǎn)單地說(shuō)，爐型對(duì)其它因素不會(huì)產(chǎn)生影響，因此，只需研究爐型對(duì)礦石與煤氣接觸時(shí)間有什么影響。

　　從計(jì)算礦石冶煉周期和煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間公式（見(jiàn)；m為燃料噴吹率，。

　　計(jì)算煤氣在篼爐內(nèi)停留時(shí)間的簡(jiǎn)易公式為：以上工作容積，m3；0.36為爐內(nèi)爐料平均空隙度，為每天燃料消耗量，kg；10為高爐一般平均溫度、壓力下單位燃料產(chǎn)生的煤氣量近似值，m3/kg；86400為每天秒數(shù)，s.利用。（2）爐腹角a的大小。爐缸直徑確定后，在爐腹篼度一定的條件下，a越小，爐腰直徑就會(huì)越大，篼徑比也就降低。但是a過(guò)小，會(huì)影響爐料順利下降。a過(guò)大，不僅影響煤氣流的原始分布，中心氣流不易開(kāi)放，爐缸面積不能充分利用，而且不易穩(wěn)定爐腹渣皮（根據(jù)馬鋼的具體情況及現(xiàn)有新“篼爐的業(yè)績(jī)，新2篼爐在新”篼爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)：取爐腹渣皮不易脫落），容易燒壞冷卻水箱。在一段時(shí)間內(nèi)a穩(wěn)定在8183°，隨著篼強(qiáng)度、篼富氧強(qiáng)化作業(yè)的發(fā)展，又有減小的趨向，出現(xiàn)了77°10'的較大高爐。不影響爐料下降的爐腹角*小值也就成為限制矮胖的一個(gè)環(huán)節(jié)。（3）爐腹篼度。在爐型演變過(guò)程中爐腹篼度變化較小，對(duì)矮胖影響也較小。此篼度是礦石由軟化到熔融篼度，不論高爐大小'，風(fēng)口帶溫度和礦石軟熔溫度的差別不會(huì)太大，加之此區(qū)域熱交換又很劇烈，高度變化不大，現(xiàn)代1 5000m3高爐爐腹高度都在30004000mm之間。

　　爐腰及其上部高度之和。（5）爐身角（3的大小。M.H奧斯特羅烏霍夫分析大型高爐氣體力學(xué)條件后認(rèn)為，爐容越大，高度越高，氣體力學(xué)條件變差，提出減�。�3借焦炭邊緣效應(yīng)改善氣體力學(xué)條件，現(xiàn)代高爐從88減小到82以下。馬鋼新2高爐p在1高爐基礎(chǔ)上由83°7'40"減小到82°55'39〃，減小到多少度會(huì)嚴(yán)重影響煤氣與爐料的接觸分布尚待研究，但至少說(shuō)明此角度是影響矮胖發(fā)展的一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　4.2爐料與煤氣在爐內(nèi)傳質(zhì)傳熱因素的影響前述分析已談到，為保持一定的傳質(zhì)傳熱條件，風(fēng)口以上工作容積應(yīng)占有一定比例的總?cè)莘e。隨著爐容增加，首先是增加爐缸直徑，這樣風(fēng)口以上工作容積所占比例必然會(huì)受影響，所以建議：（1）在設(shè)計(jì)爐缸時(shí)，已擴(kuò)大直徑就不要過(guò)分強(qiáng)調(diào)高爐缸，只要有足夠數(shù)量的鐵口就行了。（2）為了增加工作容積，可在允許的范圍內(nèi)增加爐腰高度、減�。�3.在目前原料與技術(shù)條件下，風(fēng)口中心線以上工作容積占總?cè)莘e的85%以上為好（該比例可隨條件的變化而變化）。

　　過(guò)去曾分析認(rèn)為，在當(dāng)時(shí)的條件下獲得*低燃料比的直接還原與間接還原*佳比例，以直接還原率30%左右*好。隨著原料準(zhǔn)備的改善，入爐料金屬化與還原性的提高，篼風(fēng)溫、篼富氧、在風(fēng)口和爐身等處綜合噴吹、等離子技術(shù)的運(yùn)用，噸鐵所需熱量減少，尤其是直接從焦炭等燃燒吸收的熱量減少，以及煤氣熱能、化學(xué)能作其它轉(zhuǎn)換利用，將允許爐料的直接還原率增加。出現(xiàn)這一變化時(shí)，也會(huì)帶來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)要求的變化。爐型有向熔融還原爐方向發(fā)展的可能。

　　5結(jié)語(yǔ)高爐爐型隨原料、裝備和技術(shù)的發(fā)展而演變，并朝著擴(kuò)大爐缸直徑、爐腰直徑，調(diào)整爐腹角、爐身角，向大型化矮胖型方向演變。

　　影響傳質(zhì)的因素包括固定的礦石性能、鼓風(fēng)條件以及在爐內(nèi)停留時(shí)間和爐料與煤氣分布接觸等，然而評(píng)價(jià)爐型不能忽視操作因素。

　　限制高爐矮胖程度的因素，在一定條件下，根據(jù)爐料與煤氣運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析，在爐缸直徑確定后，主要是爐腹角與爐身角的*小極限；從傳質(zhì)條件分析，主要是風(fēng)口以上工作容積及其所占總?cè)莘e的比例。合理的爐型應(yīng)是兩者綜合分析的產(chǎn)物。

　　當(dāng)冶煉條件發(fā)展到允許增加直接還原率并相應(yīng)改變一些運(yùn)動(dòng)時(shí)，爐型必然隨技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步演變。

　　梅山煉鋼引進(jìn)負(fù)壓烘烤技術(shù)成效顯著梅山鋼鐵公司煉鋼廠引進(jìn)負(fù)壓烘烤技術(shù)，用于連鑄機(jī)中間包預(yù)熱烘烤中，使兩臺(tái)連鑄機(jī)的開(kāi)澆成功率達(dá)到100%，同時(shí)可節(jié)約煤氣30%.以前，梅山連鑄機(jī)中間包烘烤采用傳統(tǒng)方式，在使用過(guò)程中存在一些難以解決的問(wèn)題，易造成開(kāi)澆失敗，引起變形和故障。負(fù)壓烘烤技術(shù)能聚集火焰并能使煤氣充分燃燒，具有明顯的先進(jìn)性。梅山煉鋼廠首先在2號(hào)連鑄機(jī)的新設(shè)備系統(tǒng)中引進(jìn)了這一技術(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，使用負(fù)壓烘烤方式可節(jié)約煤氣30%以上，預(yù)熱后中間包的溫度100%達(dá)到開(kāi)澆要求，2號(hào)連鑄機(jī)從開(kāi)工至今未出現(xiàn)開(kāi)澆失敗事故。

　　在此基礎(chǔ)上，梅山煉鋼廠將1號(hào)連鑄機(jī)兩臺(tái)烘烤器全部改造成負(fù)壓烘烤方式，同樣取得了良好效果，能源消耗大大降低，設(shè)備壽命顯著延長(zhǎng)，開(kāi)澆成功率也達(dá)到100%.（摘自世界金屬導(dǎo)報(bào)2003.