本发明涉及高炉炉型，特别适合于强化高炉冶炼的生铁高炉炉型设计。 高炉的炉型由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉和死铁层六个部分组成。其各部分的结构，尺寸是否合理，不仅对高炉生产及其技术经济指标影响很大，而且是强化高炉生产，提高生铁产量，降低燃料消耗的一个关键性的因素。因此，各国炼铁工作者都非常重视高炉炉型设计。高清志等在《炼铁》1990年第四期发表了《高炉内型设计与讨论》的文章，统计了国内外已投产的107座高炉炉型尺寸的4200多个数据，给出了炉型设计的统计公式。正像作者所说，1000m3以下和4000、5000m3级高炉的Hu/O（有效高度比炉腰直径）公式计算值与统计值十分吻合，1000、2000、3000m3级高炉Hu/O计算值比统计值小。实际上，他们的公式适合4000、5000m3级高炉，对1000、2000、3000m3级高炉不尽适合。冶金部北京钢铁设计研究院收集了日本历代已经投产高炉的一些炉型数据，并作了分析探讨。指出，日本高炉的炉型变化是“为了改善炉内透气性，高炉炉型趋向矮胖。”对于2000m3以下的高炉，他们回归出了Hu/O＝3.57-0.00045Vu的公式，式中Vu为高炉有效容积，单位为m3;对于2500m3以上的高炉，回归方程为Hu/O＝2.88-0.0002Vu;后来绘出的图中，又给出了Hu/O＝3.3-0.0003Vu。众所周知，几十年来的高炉炉型变化，与当时的原料、燃料、设备以及技术操作水平密切相关。特别是大型高炉的有效高度受到焦炭强度制约。上述的现有技术，把各国因受焦炭强度制约而设计的4000、5000m3级高炉炉型数据，和受此制约较小的1000、2000、3000m3级高炉炉型数据混合一起进行数学处理，得出的公式自然难以正确地反映出矮胖高炉炉型的规律。
本发明地目的是针对上述现有技术的不足，在总结首钢30余年生产实践经验的基础上，提出一种有利于强化冶炼的矮胖高炉炉型及设计方法，从而创造出了一种新型高生产率及低耗（使高炉利用系数提高一倍左右）的矮胖高炉炉型。
早在五十年代，首钢的炼铁工作者就已意识到，传统的高炉炉型设计并不完全合理。因为，大量的生产实践资料表明，新建或大修后的新高炉，经过半年左右或更长的生产时间后，炉况才逐渐高产顺行，冶炼强度才可能进一步提高。高炉下部炉衬砖经过半年多或者更长的时间融蚀形成的工作内型，显然不是设计的炉型。为了探索什么样的炉型更合理，特别是高生产率的合理炉型，首钢于1957年进行了降低高炉料线的生产试验;1958年建设了20m3和50m3的矮胖型试验高炉进行工业性的生产试验。试验的结果说明，矮胖炉型对于保护炉况顺行、提高冶炼强度有显著的效果。总结上述实践经验后，1961年首钢1号高炉大修时，为强化冶炼取得高利用系数，扩大了高炉的横截面尺寸，降低了高炉的高度。高炉的有效高度与炉腰直径的比值由4.25降低到2.61，风口由8个增加到15个，从而建成了我国第一座高效及低耗的矮胖型高炉。首钢30多年的高炉矮胖化的实践证明，合理的矮胖炉型有利炉况顺行，实现了强化冶炼，利用系数提高到3.0t/m3.d，以上，是国内高炉平均利用系数的一倍，同时降低了焦比。换言之，在高产高效的前提下，对于不同原料、燃料条件，不同技术与装备水平，不同炉容的高炉存在一个合理的炉型。这个合理的高炉炉型，我们称作首钢矮胖高炉炉型。
矮胖高炉的矮胖度，一般用高炉有效高度（Hu）与炉腰直径（O）的比值（Hu/O）为主来表示。对于600-2000m3的高炉，合理的矮胖度（Hu/O）为2.6-2.45。
为了准确地表示600-2000m3高炉炉型参数，我们又提出了一套简易的数学公式来表述首钢经过长期生产实践而产生的矮胖炉型参数。其中：矮胖度Hu/O＝2.667-KVm，K是一个系数，对于2000m3以下的高炉，K＝（1.00～1.20）×10-4m-3;或者使用指数公式Hu/O＝3.390Vu-0.0412±0.010。炉腰直径O的计算公式：O＝4.12m+KDVu，KD取值范围为（3.54～5.00）×10-3m-2。对于1500m3以下的高炉KD取下限;1700～3500m3的高炉取上限。
按上述公式计算设计出的高炉是矮胖高炉。其特点是，与相同容积的高炉相比，料柱低，炉腰、炉缸直径大。料柱低，阻力小，压差低;炉腰、炉缸直径大，高炉软熔带有较好的煤气通路，也降低了阻力。因此，矮胖高炉易于接受大风量，提高了冶炼强度和利用系数。表1列出了首钢1、3、4号高炉1990年下半年的平均技术经济指标。3、4号高炉虽然比传统的高炉矮胖了，但不是本发明的炉型，近期大修将进一步矮胖。表1的数据说明，本发明的炉型是最合理的高产高效的矮胖炉型。
按常规设计的高炉，投产半年或者更长的时间，冶炼强度才易于提高，随之才能打出好的水平。这是由于炉腹、炉腰耐火材料，经融蚀形成工作内型后，才能提高冶炼强度。而首钢矮胖炉型接近于高炉实际工作炉型，所以，开炉后短期内，高炉利用系数就能达到2.5-3.0t/m3.d以上的好水平。表2列出了1991年5月15日大修技术改造后的首钢2号高炉投产以来的强化冶炼发展情况。虽然在一两个季度内，暂时受到了风机和热风炉检修的限制，开炉后第15天利用系数超过2.0t/m3·d;第24天利用系数超过了2.5t/m3·d;开炉一个半月后就稳定在2.5t/m3·d以上。开炉后的第88天利用系数达到2.82t/m3·d（见表2）。这充分说明了首钢矮胖高炉炉型是和高炉强化冶炼的实际工作炉型相近，是现代最合理的高生产率的矮胖炉型。
由于炉缸直径大，风口多，风口之间的间距小，使炉缸径向风口之间的死区缩小，有利于炉缸径向和中心工作活跃，这是高炉稳定顺行的基础。另外，炉缸面积大，适应性强，有利于高燃烧强度，达到高冶炼强度，又有利于实施高煤比的综合喷吹。
矮胖高炉炉腹角小，有利于煤气扩散，在软熔带形成扩大的“气窗”。因此，在炉料下降过程中的不均匀再分布，使边缘和中心相对畅通，中间环带有所抑制，有利于炉况顺行与煤气利用的改善。
矮胖高炉炉缸大，死铁层深，铁水不断从炉缸中心向铁口方向流动，减缓了铁水对炉缸内衬和炉底的冲刷;炉缸大而深，可使铁水成份均匀，加强了冶炼的脱硫过程。
矮胖高炉强化操作同样需要“精料”，但是由于矮胖高炉的“胃口”相对较好，对炉料和燃料的质量要求比传统高炉的适应性要更好一些。
矮胖高炉炉型用于旧有高炉大修技术改造，在不增加高度的情况下，可以采用行之有效的新技术无钟装料设备，改善炉顶调剂，增强布料手段，降低大修费用，提高高炉生产率及降低焦比，具有重要的现实意义。我国生产高炉总容积中，有一半多是1000-2000m3炉容的高炉。如果这些高炉在今后5-10年内，结合厂情、国情，用较少的投资进行技术改造时，采用本发明的矮胖炉型，使这些高炉的利用系数由现在的1.64t/m3·d（1990年全国重点企业高炉平均）提高到2.5t/m3.d，或者提高到2.5～3.0t/m3·d的水平，生产率至少可以提高30～40%。这是发展我国炼铁生产十分现实而又重要的技术措施。
做为本发明的实施例，有效容积为1726m3首钢2号高炉有效高度为26.7m，炉喉高度1.8m，炉身高度16m，炉腰高度2m，炉腹高度3.2m，炉缸高度为3.7m，炉腰直径O＝10.7m，矮胖度Hu/O＝2.495。
首钢1、3、4号高炉技术经济指标 表1
1991年5月15日投产的2号高炉冶炼强度的发展情况 表2