一种有益于“顺行”和“减少碳排放”的高炉内型的制作方法

1.本发明涉及炼铁高炉的内型，主要是一种有益于“高炉顺行”、有益于“减少碳排放”的“高炉內型”，该“高炉内型”是在现有高炉内型基础上优化而来的。


背景技术：

2.现有高炉的“内型”指“五段式”高炉内型，即包含“炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉”五个部分（不包括“死铁层”）；业内称“五段式”高炉中五个部分的“总高度”为“有效高度”；包含有上述五部分的“高炉内型”成为“现代高炉”的“内型”，至今已经沿用了一百多年，期间所做的改动都是关于“高径比”（即高炉有效高度与炉腰直径之比）、关于“炉喉直径与炉缸直径之比”、关于“炉身角度”、关于“炉腹角度”等方面的“细小改动”，还未见有人对“五段式”结构提出过质疑！这也充分说明业界对“高炉内型”的慎重！本技术发明人所提出对“高炉内型优化”的方案，绝非一时头脑发热，也绝非一时冲动，而是几乎倾其一生工作和研究的结果，并且是至今仍在研究的课题；利用本技术提出对“高炉内型进行优化”，是源于当今“碳达峰、碳中和”的大环境，认为现有高炉通过相应的改造或是改进，仍然能够为“碳达峰、碳中和”做出巨大贡献；因此认为，只要有利于“减少碳排放”的技术包括装备都有必要进行优化和改进，其中包括对“高炉内型”的优化和改进。
3.当前，业内寄希望于替代现有高炉的，并打算依此实现“碳达峰、碳中和”目标的，“全氧高炉”和“氢还原竖炉”都已投产，但从“全氧高炉”投产后所反映出来的“上凉下热”问题看，其完全替代现有高炉的进程还不可预期；因为“上凉下热”问题也有可能会发生在“氢还原竖炉”上，因为上述两炉中均缺少“氮气”，因而影响向上传热；因此认为，利用“全氧高炉”或“氢还原竖炉”完全替代现有高炉还需要相当长一段时间！由此认为，对现有高炉实施“低碳化”改造，特别是对其“内型进行优化改造”还是非常具有可行性的，也是非常具有现实意义的，也是具有充足时间条件的，因为所述的“高炉内型优化改造”是指局部改造，不是“天翻地覆”地大改造，因此，实施起来比较容易，并且投资少见效快，并且完全能够利用高炉大修或者中修机会完成。
4.业内从事高炉操作和高炉管理的均知，保持高炉“炉况顺行”是高炉生产环节中最为重要的一环，因为一旦“炉况失常”，高炉就必须大幅度“增加焦炭提高炉温”，而大幅度“增加焦炭提高炉温”不仅会大幅度升高生产成本，还会大幅度增加“排碳量”；业内从事高炉操作和高炉管理的均知，保持高炉“炉况顺行”避免“炉况失常”最有效的措施，除了不遗余力地抓好和稳定住“原、燃料”质量外，还要时时刻刻照顾好炉子的“边沿气流”；所述的“边沿”是指炉内圆周上“炉墙”与“炉料”的“接触”部位；所述的“炉料”是指炉内的“含铁物料”+焦炭+溶剂的总称；所述的“炉料”在高炉内的总体形状还被称为“料柱”；所述的“气流”是指炉内自下而上流动的“煤气流”；所述的“边沿气流”是指在“炉墙”与“料柱”之间流动的“煤气流”；所述的“照顾和维持好炉子的
‘
边沿气流
’”
，就是要始终保持“炉墙”与“料柱”之间“煤气流”的畅通，用以避免炉料中已经“软化”的“含铁物料”与炉墙发生“紧密接触”；由于“炉料”中“含铁物料”在炉内有一个从“颗粒”到“软化”再到“熔化”的过程；当所述的“含
铁物料”开始“软化”时，其黏度大幅度增加，当黏度较高的已经“软化”的“含铁物料”与炉墙“紧密接触”时，极易“发生黏连”，一旦“发生黏连”，轻则导致高炉“悬料”（所谓的高炉“悬料”，就是已经“软化”的含铁物料“突然”粘结在高炉炉身下部并形成一个“壳体”，将其上部的炉料“托住”）；重则导致“炉况失常”（所谓的“炉况失常”是指高炉“下料”不正常“忽快忽慢”，炉温不正常“忽凉忽热”，并且极易发生“悬料”的情况；所谓的“炉况失常”实质上就是“炉墙”局部已经发生了“炉墙粘结”）；再重则导致“炉墙周向粘结”，一旦“炉墙周向粘结”，其处理难度就非常大了，其能耗和排碳量就非常高了。
5.接上段，业内还将“含铁物料”在高炉内从“软化”到“熔化”全过程的区间称为“软熔带”，其“软熔带”的初始位置在现有高炉内型“炉身下1/3的上部”，即炉内“含铁物料”开始“软化”，并极易与炉墙发生“黏连”的部位；在该部位，除已经“软化”的“含铁物料”极易与炉墙发生“黏连”外，实际上还存在一个到现在还没有人正是提出的“现象”就是，已经“软化”的“含铁物料”在受到上部炉料的“重力压迫”后，会迫不得已地被“挤入”焦炭块之间；处于这种情况下的该部位“炉料”其总体积应该是“急速膨胀”的，其中最能表达该部位状态表现的就是，炉内“透气性变差”（代表“透气性变差”的表示就是料柱上、下部之间压差变大）；如果这时候能够为其创造一个“突然扩展”的空间环境，将会明显减缓因此而造成的“料柱透气性变差”问题；济钢1994年利用4#350m3高炉中修机会，针对该炉“炉身下1/3的上部”部位原“支粱式水箱”周围砖衬容易被侵蚀问题，将该部位的“支粱式水箱”置换为“冷却壁”；为了“承上启下”，将该部位冷却壁设计成“上端”向炉内进一步“内倾”的模式，使该段冷却壁的内倾角成为80
º
，这一改动相当于改变了高炉内型，即在“炉身下1/3的上部”部位形成了一个“突然扩展段”，正好适应了该部位“炉料快速膨胀”所需；通过上述“内型优化”的4#350m3高炉，自1994年起至1997年之间，炉内“透气性”、炉况顺行程度、产量，以及煤气利用率等各项经济技术指标都是当时6座同类型高炉中最好的！由此给人留下了深刻的印象！由于该高炉各项经济技术指标都是最好的，故“排碳量”也应该是最少的！因此认为，非常有必要将其作为“高炉内型优化”的“典型模式”进行开发推广，以便于让高炉通过“内型优化”为“碳达峰、碳中和”再次做出贡献。
6.所谓的将“炉身下1/3的上部”进行“突然扩展”，就是指从原高炉内型图上看，或是从炉内向下看，都能够看出，在其“炉身下1/3的上部”有一段“突然扩展”的部位，该部位的出现，使得其“内型”明显有别于现有高炉的内型，因此，将“炉身下1/3的上部”改为带有“突然扩展段”的高炉内型，就是本技术所要推出的有益于“高炉顺行”有益于“减少碳排放”的“高炉内型”；本技术所述的“高炉顺行”就是针对在现有高炉内型上再增加一个“突然扩展段”而说的，因为上面案例已经说明，济钢4#350m3高炉将“炉身下1/3的上部”的倾角改为80
º
后，其“炉况顺行”程度明显好于其它高炉，这就不难想象，假如将该部位的角度进一步减小到70
º
甚至60
º
，其高炉“顺行”程度将会更好；拿一个人所共知的最简单例子就能够说明，比如向墙壁上“糊泥巴”要比向“天花板”上“糊泥巴”容易的多，因为糊到“天花板”上的“泥巴”是很容易“脱落”的；高炉内也是这个道理；其炉内开始“软化”的“含铁物料”，如果“粘在”80
º
、70
º
甚至60
º
的部位肯定会比“粘在”84
º
部位（即原炉身角度）要容易脱落，因此，将高炉容易发生粘结的部位设置一个“突然扩展段”是非常必要的，也是非常容易实现的！因为设置有“突然扩展段”的高炉内型更有利于高炉“顺行”，因为高炉顺行了，其炉况失常的发生几率就会降低，其处理炉况失常所消耗
的能量就被省下来，因而其碳排放也就减少了。


技术实现要素：

7.本发明的目的和技术任务是针对国家“碳达峰、碳中和”目标而推出的“一种有益于
‘
高炉顺行’、有益于
‘
减少碳排放’的“高炉內型”。
8.为实现上述目的，在保持现有高炉有效高度不变、炉缸高度和直径不变、炉腹高度和角度不变、炉腰直径不变、炉喉高度和直径不变，以及炉身中上部即炉身总高度上2/3的高度不变、角度不变前提下，只对“炉身下1/3”部位进行改动，特别是在“炉身下1/3的上部”设置一个“突然扩展”的“区段”，并使该“区段”的“倾角”明显有别于现有高炉内型的炉身倾角；如若原高炉炉身倾角为84
º
，而其“突然扩展区段”的倾角能够在60
º
～ 80
ºꢀ
之间；当上述“区段”倾角减小后，在总有效高度不变和炉腰直径不变的情况下，其炉腰“直段”则需要顺势向上加高，以便于与“突然扩展区段”的下端对接，这就使该高炉的内型与现有高炉的内型有了更加明显区别；针对上述区别，随即对已发生改变的高炉内型进行了重新命名；其重新命名后的名称自下而上为：“炉缸”（仍沿用原名称）、“炉下腹”（改用新名称）、炉腰（仍沿用原名称，只是进行了“加高”）、“炉上腹”（新增区段采用了新名称）、“炉胸”（仍然按照“人体器官”的顺序，对原炉身“上2/3部分”而进行的重新命名）、“炉喉”（仍沿用原名称，并保持原尺寸规格不变）；通过上面所叙述的改进内容可知：其高炉内型由原来的“五段式”改为了“六段式”。
9.上述“高炉内型”的优化改进，需要利用高炉大修或者中修机会实施，需要重新设计安装炉腰至炉身下部的炉壳，需要重新设计制造炉腰至炉身下部的冷却壁，依此来实现高炉内型的优化。
10.本发明所具有的突出优点和有益效果：1、由于将“高炉内型”中容易粘结部位的“倾角”减小，因此，有益于粘结物脱落，有益于改善高炉顺行程度，有益于减少高炉悬料次数，有益于高炉发生悬料后降低处理难度，有益于加快其恢复速度；2、由于在“高炉内型”中新增了“突然扩展”的“区段”，因此，能够减缓因“炉料相互挤压膨胀”而造成的炉内透气性变差，因而能够改善炉内“料柱”透气性，还能够降低“边沿气流”的维护难度；3、由于新增“区段”的倾角较小“炉墙不容易粘结”，因而“炉墙周向粘结”等重大事故的发生几率会明显降低；4、利用新增加“区段”倾角较小，“炉墙不容易粘结”的特性，还能够对“边沿煤气流进行适当逆制”；实践证明，济钢4#350m3高炉实施“高炉内型优化”后，其炉喉煤气曲线，即边沿部位煤气co2的含量明显要比其它高炉高出2至3个百分点，充分说明其煤气利用率是有所提高的；5、由于“高炉内型优化”后高炉悬料次数的减少，以及即使悬料也比较容易处理，以及能够减少“炉墙周向粘结”等重大事故的发生几率，以及能够适当逆制“边沿气流”等方面的优异表现，因此，其“排碳量”是能够明显减少的，是完全符合“碳达峰、碳中和”大环境要求的，其推广应用是能够再次为“碳达峰、碳中和”目标做出贡献的；6、所述的“高炉内型优化”，其实施还非常简单，完全能够利用高炉大修或者中修机会完成，只要将炉腰及炉身下部的炉壳和冷却壁进行重新设计和更换就能够实现，因此，相比于原样修理多花不了多少钱，多占用不了多少工期，因此，该项目是属于高炉炼铁领域投资少见效快的项目，并且是非常有利于“节能减排”的项目。
附图说明
11.附图1是“在现有高炉内型基础上进行高炉內型优化”的对比图（示意图），图中左边为现有高炉的内型图，右边为优化后高炉的内型图。
12.附图标记说明：图中现有高炉内型各部位的标注为：0、死铁层，1、炉缸，2、炉腹，3、炉腰， 4、炉身， 5、炉喉；优化后高炉内型各部位的标注为：100、死铁层，101、炉缸，102、“炉下腹”，103、炉腰，104、“炉上腹”，105、“炉胸”，106、炉喉；图中的“1/3”和相应的“线段”用于比较和参照炉身区段所对应的高度位置。
实施方式
13.参照说明书附图并结合具体实施例，对本发明予以详细阐述。
14.本发明的具体实施例是以现有高炉的内型为基础对高炉内型所进行优化，下面参照附图1对其优化前后的高炉内型进行对比阐述。
15.在现有高炉内型基础上保持其“有效高度”不变，保持其炉缸（1）的高度和直径不变，保持其炉腹（2）的高度和角度不变，保持其炉腰（3）的直径不变，保持其炉喉（5）的高度和直径不变，保持其炉身（4）中上部即炉身总高度上2/3的高度不变、角度不变；只对“炉身下1/3”部位进行改动，特别是在“炉身下1/3的上部”设置了一个“突然扩展”的“区段”即“炉上腹”（104）段，该“区段”即“炉上腹”（104）段的“倾角”明显有别于现有高炉内型炉身（4）的倾角；现有高炉炉身（4）的倾角一般为84
º±
，而“优化”后其“突然扩展区段”，即“炉上腹”（104）段的倾角能够在60
º
～ 80
ºꢀ
之间；当上述“区段”倾角减小后，在总有效高度不变和炉腰直径不变的情况下，其炉腰（3）顺势向上加高，使该高炉内型更加有别于现有高炉内型；为此，对已经发生上述改变的高炉内型中各个区段进行了重新命名和“重新编号”；其重新命名和“重新编号”后的名称和编号自下而上为：“炉缸”（101）沿用原名称；“炉下腹”（102）按照“人体器官”的顺序“改用新名称”：炉腰（103）沿用原名称，只是进行了“加高”；“炉上腹”（104）为新增区段，按照“人体器官”的顺序，采用了新名称；“炉胸”（105）按照“人体器官”的顺序，对原“炉身上的2/3部分”进行的重新命名；“炉喉”（106）沿用原名称，并保持原尺寸规格不变；通过上面叙述的改进内容可知：其高炉内型由原来的“五段式”改为了“六段式”。
16.上述“高炉内型”的优化改进，需要利用高炉大修或者中修机会实施，需要重新设计炉腰至炉身下部的炉壳，需要重新设计制造炉腰至炉身下部的冷却壁，依此来实现高炉内型的优化。
17.以上详细描述是本发明较佳的具体实施方案。因此，凡是在现有高炉内型基础上，对“炉身下1/3部位”进行改动的，特别是在“炉身下1/3的上部”设置有“向下突然扩展段”的，以及类似于或者变相于“突然扩展”的，并且“炉腰直段”有所向上加高的，不管采用什么表现手法，也不管采用什么样的结构形式，均属于本发明的保护范围；除上面表述外，本领域普通技术人员在无需付出创造性的劳动状态下，根据本发明再另外做出诸多修改和变化的，或者本领域技术人员在本发明构思的基础之上通过某种技术手段所得到的技术方案，也应属于本发明所确定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种有益于“顺行”和“减少碳排放”的高炉内型，其特征在于：所述的“一种有益于
‘
顺行’和
‘
减少碳排放’的高炉內型”为“六段式”；所述“六段式”高炉内型中各部位名称自下而上为：“炉缸”（沿用名称）；“炉下腹”（新名称）；炉腰（沿用名称）；“炉上腹”（新增部位的新名称）；“炉胸”（对原炉身上2/3部分进行的重新命名）；“炉喉”（沿用名称）；所述的高炉内型是在现有高炉内型基础上，只对“炉身下1/3”部位进行了改动，特别是在“炉身下1/3的上部”设置有一个“突然扩展”的“区段”即“炉上腹”段，该“炉上腹”段的倾角在60
º
～ 80
ºꢀ
之间，明显有别于现有高炉内型的炉身倾角；在所述的“炉上腹”段倾角减小后，在总有效高度不变和炉腰直径不变情况下，炉腰“直段”顺势向上延续加高，使之与“炉上腹”下端对接，并体现出与现有高炉内型更加明显的区别。2.根据权利要求1所述一种有益于“顺行”和“减少碳排放”的高炉内型，其特征在于：该“内型”需要利用高炉大修或者中修机会，通过对高炉炉腰至炉身下部的炉壳进行重新设计，需要通过对炉腰至炉身下部的冷却壁进行重新设计重新制造来实现。

技术总结
一种有益于“顺行”和“减少碳排放”的高炉内型，其特征在于：其内型为“六段式”；其各段名称自下而上为：炉缸（沿用名称）、“炉下腹”（新名称）、炉腰（沿用名称）、“炉上腹”（新名称）、“炉胸”（对原炉身上2/3部分进行的重新命名）、炉喉（沿用名称）；它在现有高炉内型基础上，只对炉身下1/3部位进行改动，并在“炉身下1/3的上部”设置了一个“突然扩展段”称“炉上腹”，并将“炉上腹”的倾角设置在60


技术研发人员：高新运
受保护的技术使用者：济南荣庆节能技术有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/13