第三章高炉本体设计(冷却设备)3

3.3高炉冷却设备（l）保护炉壳。（2）对耐火材料的冷却和支承。（3）维持合理的操作炉型。（4）促成炉衬内表面形成渣皮，代替炉衬工作，延长炉衬寿命。3.3.1冷却设备的作用1.冷却介质：水——水冷空气——风冷汽水混合物——汽化冷却2.对冷却介质的要求：（1）有较大的热容量及导热能力；（2）来源广、容易获得、价格低廉；（3）介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。3.3.2冷却介质指每m3水中钙、镁离子的摩尔数。根据硬度不同，水可分为三类：软水：硬度3mol/m3硬水：硬度在3～9mol/m3极硬水：硬度9mol/m3水的软化处理：就是将Ca2+、Mg2+离子除去，通常用Na+阳离子置换。3.水的硬度：两种：★外部冷却：向炉壳外部喷水冷却。★内部冷却：将冷却介质通入冷却设备内部进行冷却。包括冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构、炉身冷却模块及炉底冷却等。3.3.3高炉冷却结构形式适用于小型高炉，对于大型高炉，在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用。炉身和炉腹部位装设有环形冷却水管，距炉壳约100mm，水管上朝炉壳的斜上方钻有若干φ5～φ8mm小孔，小孔间距100mm。一.外部喷水冷却冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。基本结构图:二.冷却壁冷却壁基本结构a－渣铁口区光面冷却壁；b－镶砖冷却壁；c－上部带凸台镶砖冷却壁；d－中间带凸台镶砖冷却壁1.光面冷却壁（1）结构:在铸铁板内铸有无缝钢管。无缝钢管为φ34×5mm或φ44.5×6mm，中心距为100～200mm的蛇形管。（2）应用部位：炉缸和炉底部位冷却。风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍；渣口周围上下段各两块，由四块冷却壁组成。（3）冷却壁尺寸：光面冷却壁厚80～120mm，宽度为700～1500mm，高度一般小于3000mm。圆周冷却壁块数最好取偶数；（4）安装：①同段冷却壁间垂直缝为20mm；②上下段间水平缝为30mm；③上下两段竖直缝应相互错开；④光面冷却壁与炉壳留20mm缝隙，用稀泥浆灌满；⑤与砖衬间留缝100～150mm，填以碳素料。2.镶砖冷却壁镶砖冷却壁就是在冷却壁的内表面侧（高炉炉衬侧）铸入或砌入耐火材料，耐火材料的材质一般为粘土质、高铝质、碳质或碳化硅质砖。镶砖冷却壁厚度为250～350mm。（1）冷却部位：用于炉腹、炉腰和炉身下部冷却，炉腹部位用不带凸台的镶砖冷却壁。普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。（4）凸台冷却壁的优点：①凸台部分除起冷却作用外，还起到支撑上部砌砖的作用；②延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却壁更优越。（3）结构型式：（2）安装：镶砖冷却壁紧靠炉衬。（5）新日铁第三代和第四代冷却壁：结构见图新日铁第三代和第四代冷却壁a－第三代冷却壁；b－第四代冷却壁新日铁的四代冷却壁（P106）主要特点：①设置边角冷却水管；②采用双层冷却水管；③加强凸台部位的冷却强度，采用双排冷却水管冷却；④第四代冷却壁的炉体砌砖与冷却壁一体化。①冷却壁安装在炉壳内部，密封性好；②冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。4.缺点：消费金属多、笨重、冷却壁损坏后不能更换。3.冷却壁的优点：冷却板厚度70～110mm，内部铸有φ44.5×6mm无缝钢管。1.冷却部位：用在炉腰和炉身部位。三.冷却板（又称扁水箱）冷却水箱1-支梁式；2-扁水箱（P107）①上下层间距500～900mm，同层间距150～300mm，呈棋盘式布置，炉腰部位比炉身部位要密集一些。②冷却板前端距炉衬设计工作表面一砖距离230mm或345mm。2.安装：3.六室双通道结构铜冷却板：（1）结构：采用隔板将冷却板腔体分隔成六个室，即把冷却板断面分成六个流体区域，并采用两个进、出水通道进行冷却。示意图：冷却板①适用于高炉高热负荷区的冷却，可以采用密集式的布置形式。②冷却板前端冷却强度大，不易产生局部沸腾现象；③当冷却板前端损坏后可继续维持生产；④双通道的冷却水量可根据高炉生产状况分别进行调整。（2）特点：⑥能维护较厚的炉衬，便于更换，重量轻、节省金属。（3）缺点：冷却不均匀，侵蚀后高炉内衬表面凸凹不平。⑤铜冷却板的铸造质量大大提高；为了缓解炉身下部耐火材料的损坏和保护炉壳，采用冷却板和冷却壁交错布置的结构形式。四.板壁结合冷却结构板壁交错布置结构1.结构：铜冷却壁是在轧制好的壁体上加工冷却水通道，并且在热面设置耐火砖。铜冷却壁与铸铁冷却壁特性的比较见表五.新型冷却壁——铜冷却壁2.铜冷却壁的特点：（l）铜冷却壁具有导热率高，热损失低的特点；（2）利于渣皮的形成与重建；（3）铜冷却壁的投资成本。①单位重量的铜冷却壁冷却的炉墙面积要比铸铁冷却壁大1倍；铜冷却壁与铸铁冷却壁特性比较表②铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚的耐火材料；③使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至15～20年。1.结构：炉身冷却模块是指将厚壁（14～16mm）把手型无缝钢管作为冷却元件直接焊接在炉壳上，在炉壳及钢管间浇注耐热混凝土，混凝土层高出水管110～130ｍｍ，构成大型预制冷却模块。简单地说就是由炉壳——厚壁钢管——耐热混凝土构成的大型冷却模块组成。唐钢炉身冷却模块结构示意图：六.炉身冷却模块技术唐钢高炉冷却模块示意图冷却模块将炉身部位的炉壳沿径向分成数块，高度方向就一块。2.主要技术优点：①炉身寿命可提高近１倍；②明显降低投资，炉身大修费用降低41％；③缩短大修时间；④炉衬厚度减小，扩大了炉容。1.结构：水冷管中心线以下埋在耐火混凝土基墩中，中心线以上为碳素捣固层，水冷管为φ40×10mm，炉底中心部位管间距200～300mm，边缘较疏为350～500mm，水冷管两端伸出炉壳外50～100mm。七.水冷炉底2000m3高炉风冷炉底结构图1-进风管；2-进风箱；3-防尘板；4-风冷管；5-鼓风机（P107）2516m3高炉水冷炉底结构图①水冷管设置在封板以上：在炉壳上开孔将降低炉壳强度和密封性，但冷却效果好；②水冷管设置在封板以下：对炉壳没有损伤，但冷却效果差。宝钢1号高炉采用后一种结构。大型高压高炉多采用炉底封板，水冷管的位置有两种：概念：冷却设备的工作制度，即制定和控制冷却水的流量、流速、水压和进出水的温度差等。3.3.4冷却设备的工作制度一.水的消耗量1.概念：热负荷：高炉某部位需要由冷却水带走的热量称为热负荷。冷却强度：单位表面积炉衬或炉壳的热负荷称为冷却强度。热负荷：3010)(ttcMQ式中：Q——热负荷，kJ/h；M——冷却水消耗量，t/h；c——水的比热容，kJ/(kg•℃)；t——冷却水出水温度，℃；t0——冷却水进水温度，℃。提高冷却水温度差的方法：①降低流速；②增加冷却设备串联个数。通过提高冷却水温度差，可以降低冷却水消耗量。2.水压和流速确定冷却水压力的重要原则是冷却水压力大于炉内静压。降低冷却水流速，可以提高冷却水温度差，减少冷却水消耗量。但流速过低会使机械混合物沉淀，而且局部冷却水可能沸腾。3.冷却水温度差一般要求进水温度低于35℃，不应超过40℃；出水温度不超过50～60℃。实际的进出水温差比允许的进出水温差适当低些，其关系为：允许实际＝TT式中:为后备系数炉腹、炉身风口带渣口以下风口小套0.4～0.60.15～0.30.08～0.150.3～0.4高炉不同部位后备系数：4.冷却设备的清洗一般要3个月清洗一次，清洗方法有：①用20～25％的70～80℃盐酸，加入缓蚀剂——1％废机油，用耐酸泵送入冷却设备中，循环清洗10～15分钟，然后再用压缩空气顶回酸液，再通冷却水冲洗。②用0.7～1.0MPa的高压水或蒸气冲洗。一.对供水系统的要求：①水泵站供电系统须有两路电源，并且两路电源应来自不同的供电点。②应设有水塔，塔内要储有30min的用水量。③泵房内应有足够的备用泵。④由泵房向高炉供水的管路应设置两条。⑤串联冷却设备时要由下往上，保证断水时冷却设备内留有一定水量。3.3.5高炉给排水系统二.排水系统排水管直径为供水管直径的1.3～2.0倍。供水管直径通过计算确定，供水管内水流速为0.7～1.0m/s。高炉给排水系统（P111）1-滤水器；2-给水主管；3-给水围管；4-环形排水槽；5-配水器；6-排水箱；7-排水管；8-炉身喷水管；9-炉腹喷水管高炉冷却系统方式：汽化冷却开式工业水循环冷却系统软（纯）水密闭循环冷却系统3.3.6高炉冷却系统一.高炉汽化冷却1.概念：高炉汽化冷却是把接近饱和温度的软化水送入冷却设备内，热水在冷却设备中吸热汽化并排出，从而达到冷却设备的目的。分为自然循环汽化冷却和强制循环汽化冷却两种。2.自然循环汽化冷却（1）工作原理：汽包中的水沿下降管向下流动，经冷却设备汽化后，汽水混合物沿上升管向上流动，进入汽包后经水、汽分离，蒸汽排出做为二次能源利用，并由供水管补充一定量的新水保证循环的进行。示意图：自然循环汽化冷却示意图1－汽包；2－下降管；3－上升管；4－冷却设备；5－供水管)(VWrrhP循环的动力是靠下降管中的水和上升管中汽水混合物的重度差所形成的压头，克服管道系统阻力而流动。压头表示为：式中：△P——自然循环流动压头，Pa；h——汽包与冷却设备高度差，m；rW——下降管中水的密度，kg/m3；rV——上升管中汽水混合物的密度，kg/m3。3.强制循环汽化冷却是在自然循环汽化冷却的下降管路上装一水泵，作为循环的动力，推动循环过程的进行，此时汽包装置的高度可灵活一些。4.汽化冷却的优点：（1）冷却强度大，节水、节电；（2）防止冷却设备结垢，延长寿命；（3）产生大量蒸气，可作为二次能源；（4）有利于安全生产。二.开式工业水循环系统1.概念：开式工业水循环冷却系统是指其降温设施采用冷却塔、喷水池等设备，靠蒸发致冷的系统。2.致命的弱点：在冷却设备的通道壁上容易结垢。三.软水密闭循环系统1.工作原理：是一个完全密闭的系统，用软水作为冷却介质。软水由循环泵送往冷却设备，冷却设备排出的冷却水经膨胀罐送往空气冷却器，经空气冷却器散发于大气中，然后再经循环泵送往冷却设备，由此循环不已。示意图：软水密闭循环系统原理1－冷却设备；2－膨胀罐；3－空气冷却器；4－循环泵；5－补水；6－加药；7－充氮装置2.特点：（1）工作稳定可靠；（2）冷却效果好，高炉寿命长；（3）电能耗量低；（4）节水；（5）检漏技术不成熟。软水闭路循环冷却中的“欠冷度”:冷却水饱和蒸汽温度与冷却器内冷却水实际温度之差。膨胀罐就是起缓冲压力波动及部分给水的作用3.4高炉送风管路1.作用：（1）热风总管：输送热风（2）热风围管：将热风总管送来的热风均匀地分配到各送风支管中。2.材质：均由钢板焊成，管中有耐火材料筑成的内衬。3.4.1热风总管与围管热风总管与热风围管的直径相同，由下式计算：3.直径的确定：vQd4式中：d——热风总管或热风围管内径，m；Q——气体实际状态下的体积流量，m3/s；v——气体实际状态下的流速，m/s。一般为25～35m/s。我国部分高炉热风围管直径表高炉容积，m34063258015131000620255100总管与围管内径，mm2100167615221200850800500一.作用：将热风围管送来的热风通过风口送入高炉炉缸，并且通过它向高炉喷吹煤粉。3.4.2送风支管二.要求：①送风支管密封性好；②压损小；③热量损失小；④有自动调节位移的功能。由送风支管本体、张紧装置、附件等组成。宝钢送风支管结构图：三.结构：宝钢送风支管结构1.送风支管本体：由A－l管（鹅颈管）、A－2管（流量测定管）、伸缩管、异径管（锥形管）、弯管、直吹管等组成。（1）A－1管是连接热风围管的支撑管，由钢板焊成，内砌耐火砖。（2）A－2管也由钢板焊成，接在A－1管下面，内侧用不定形耐火材料浇注成文杜里氏管结构，用来测定送风量。（4）异径管用来连接不同直径的管道，用以安装张紧装置。（5）弯管的作用是转变送风支管方向和连接直吹管，设有观察孔和下部拉杆。（3）伸缩管的作用是调节热风围管和炉体因热膨胀引起的相对位移，法兰连接，内有不定形耐火材料浇注的内衬；（1）作用：稳定和紧固送风支管，并使直吹管紧压