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1、,高爐的冷卻方式和冷卻設(shè)備 制作人：李劭軒,高爐的冷卻,冷卻目的,1）保護(hù)爐殼。在正常生產(chǎn)時(shí)，高爐爐殼只能在低于80的溫度下長(zhǎng)期工作，爐內(nèi)傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走85以上，只由約15的熱量通過(guò)爐殼散失。 2）對(duì)耐火材料的冷卻和支承。高爐內(nèi)耐火材料的表面工作溫度高達(dá)1500左右，如果沒(méi)有冷卻設(shè)備，耐火材料在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)被侵蝕或磨損。 當(dāng)耐火內(nèi)襯被侵蝕后，保護(hù)高爐爐殼免受損壞。 3）維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕內(nèi)型線接近操作爐型，對(duì)高爐內(nèi)煤氣流的合理分布、爐料的順行起到良好的作用。 4）當(dāng)耐火材料大部分或全部被侵蝕后，爐腰和爐腹能靠冷卻設(shè)備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn)。,冷卻方式和介質(zhì)
2、,目前，高爐冷卻介質(zhì)常用水、空氣、氣水混合物。即水冷、風(fēng)冷和氣化冷卻三種。 水冷：水的熱容量大，導(dǎo)熱能力好，且價(jià)廉，易得。故首先被廣泛用于高爐冷卻，尤其工業(yè)水冷卻。但工業(yè)水容易結(jié)垢，降低冷卻強(qiáng)度，導(dǎo)致冷卻設(shè)備燒壞；同時(shí)水量和能耗均大。 風(fēng)冷：由于空氣熱容量較小，所以風(fēng)冷一般用于冷卻強(qiáng)度要求不大的部位如爐底。 氣化冷卻：氣化冷卻能克服上述水質(zhì)上的缺點(diǎn)，但不能對(duì)熱流過(guò)大的區(qū)域如風(fēng)口進(jìn)行有效的冷卻且不易檢漏。所以盡管用水量?jī)H為常規(guī)水冷的1左右、沒(méi)有水垢且可不靠外界能源工作，現(xiàn)在氣冷應(yīng)用仍不廣泛。,爐殼外部冷卻,外部冷卻-噴水冷卻 此法利用環(huán)形噴水管或其它形式通過(guò)爐殼冷卻內(nèi)襯。高爐在爐役末期冷卻器被燒
3、壞或嚴(yán)重脫落時(shí)、為維持生產(chǎn)，采用噴水冷卻。 高爐爐底側(cè)壁和爐缸為碳磚噴水冷卻結(jié)構(gòu)；國(guó)外也有大高爐爐身、爐腹和爐缸采用碳質(zhì)內(nèi)襯配合噴水冷卻；還有使用焊有溝槽外套結(jié)構(gòu)冷卻爐殼的。 為提高噴水冷卻效果，必須經(jīng)常對(duì)爐殼進(jìn)行清洗。,冷卻設(shè)備,殼內(nèi)冷卻,插入式冷卻器 支梁式水箱,被安裝在爐殼與內(nèi)襯間或內(nèi)襯中，以增強(qiáng)磚襯的冷卻效果。,為鑄有無(wú)縫鋼管的楔形冷卻器(圖1-13)。因此它有支承上部磚襯的作用，并可維持較厚的磚襯；與冷卻壁相比重量較輕，便于拆換。它多安裝在中型高爐爐身中部用以托磚，常為23層，呈棋盤(pán)式布置。上下兩層間距600800mm，同一層相距13001700mm。 優(yōu)點(diǎn)：冷卻深度較深； 缺點(diǎn)：點(diǎn)
4、冷卻；爐役后期，內(nèi)襯工作面易呈凹凸不平，不利爐料下降；開(kāi)孔多對(duì)爐殼強(qiáng)度和密封也帶來(lái)不利影響。,扁水箱,多為鑄鐵，內(nèi)部鑄有無(wú)縫鋼管(圖1-14)。 一般用于爐身和爐腰。亦呈棋盤(pán)式布置，有密排式和一般式，后者層距500900mm，同一層相距不超過(guò)150500mm。 冷卻板 其內(nèi)采用隔板將 冷卻水形成一定的流路，有雙進(jìn)四路、雙進(jìn)六路結(jié)構(gòu)型式，圖1-15示出雙進(jìn)六路結(jié)構(gòu)型式冷卻板。 此種冷卻板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： a.適用于高爐高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻，采用密集式的布置形式，如寶鋼1號(hào)和2號(hào)冷卻板層距為312mm； b.冷卻板前端冷卻強(qiáng)度大，不易產(chǎn)生局部沸騰現(xiàn)象； c.當(dāng)冷卻板前端損壞后可繼續(xù)維持生產(chǎn)； d.雙通道的
5、冷卻水量可根據(jù)高爐生產(chǎn)狀況分別進(jìn)行調(diào)整。,圖1-13 支梁式水箱,圖1-14 扁水箱 （鑄鋼）,圖1-15 雙進(jìn)6路冷卻板,冷卻壁,光面冷卻壁 用于爐底和爐缸，其厚度為80120mm。(圖1-16) 鑲磚冷卻壁 用于爐腹及以上，其厚度包括鑲磚在內(nèi)，一般為250350mm(冷卻壁厚度120160mm)，肋高為75115mm，現(xiàn)趨于減薄。 a ）有凸臺(tái)的異型或“”型冷卻壁（圖1-17 b,c），用于爐腹以上，普通型冷卻壁(圖1-17 a )用于爐腹 ； b）冷卻壁寬度為7001500mm，高度視爐殼折點(diǎn)和爐襯情況而定，一般不應(yīng)大于3000mm； c）冷卻壁內(nèi)部所鑄的無(wú)縫管一般為 34* 5 44.
6、5* 6，管子的曲率半徑最小為管徑的兩倍。管距一般在200 250mm范圍。,它是內(nèi)部鑄有無(wú)縫鋼管的鑄鐵板。,冷卻壁特點(diǎn)：,與插入式冷卻器相比，不損壞爐殼強(qiáng)度，有良好的密封性；冷卻均勻，爐襯內(nèi)壁光滑；同時(shí)異型或“”型冷卻壁有支托上部磚襯作用(圖1-17b,c)。適宜用于頂壓達(dá)0.20.25MPa的高爐。 它損壞時(shí)不能更換，故需輔以噴水冷卻；此外也不宜厚爐墻。,冷卻壁發(fā)展（圖118 新日鐵四代冷卻壁 ） 材質(zhì)：一般鑄鐵 高韌性球墨鑄鐵鑄鋼銅質(zhì)。 冷卻水管：水管直徑增大，采用高水速；將進(jìn)出水頭由單進(jìn)單出改為多進(jìn)多出；將冷卻壁四角部分管子彎成直角；將單層水管改為雙層水管；增加拐角水管。 鑄造前冷卻水
7、管?chē)娡勘Ｗo(hù)層。 用軟水,圖1-16 光面冷卻壁,圖1-17 冷卻壁,圖118 新日鐵第四代冷卻壁,板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu),為了緩解爐身下部耐火材料的損壞和爐殼的保護(hù)，在國(guó)內(nèi)外一些高爐的爐身部位采用了冷卻板和冷卻壁交錯(cuò)布置的板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)。千葉6號(hào)高爐(4500m3) ，梅山（1250m3 ) 。,圖120 板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu),冷卻管,用于爐底冷卻。組合形式有兩種。一種是介質(zhì)由中心往外徑向輻射式的流動(dòng)；另一種是介質(zhì)由一側(cè)通過(guò)平行管道流向另一側(cè)。在管子的末端都設(shè)有閘閥，以便控制流經(jīng)每根管子的冷卻介質(zhì)。同時(shí)從散熱角度看，中間管子宜密排，邊緣可疏排。 冷卻介質(zhì)為水或風(fēng)。 圖1-21為寶鋼1號(hào)高爐水冷爐底結(jié)構(gòu)
8、 圖1-22為高爐爐底水冷管配置圖,圖1-21 寶鋼1號(hào)高爐水冷爐底結(jié)構(gòu),1.上屋橫梁；2.壓漿孔；3.碳質(zhì)不定形耐火材料 4.粘土質(zhì)不定形耐火材料 ； 5下層橫梁；6混凝土,圖1-22 高爐爐底水冷管配置圖,鐵口、渣口、風(fēng)口區(qū)域等冷卻,鐵口 過(guò)去不冷卻，現(xiàn)在鐵口上方及兩側(cè)埋設(shè)水冷板水冷。 渣口 一般為4個(gè)套組成，即渣口大套、二套、三套和渣口小套 ，其裝置形式如圖1-23所示。渣口小套用紫銅或青銅焊成或鑄成；渣口直徑為5060mm。渣口三套為青銅鑄成的冷卻套。渣口二套和大套為生鐵鑄成，其內(nèi)部均鑄有蛇形冷卻水管。 風(fēng)口 風(fēng)口一般也由大、中、小3個(gè)套組成。中小套常用紫銅鑄成空腔式。風(fēng)口大套一般都用
9、鑄鐵，其內(nèi)鑄有蛇形管。大、中、小套裝配形式示于圖1-24。 風(fēng)口小套易損壞，造成頻繁休風(fēng)，對(duì)大高爐威脅更大，后面將重點(diǎn)介紹其改進(jìn)。,圖1-23 渣口裝置示意圖,1.渣口小套 2.渣口三套 3.渣口二套 4.渣口大套 5-冷卻水管6.爐皮 7 、8 .大套法蘭 9 、10 .固定楔 11擋桿,圖1-24 風(fēng)口裝置示意圖,1風(fēng)口中套冷水管；2風(fēng)口大套密封罩；3爐殼；4抽氣孔；5風(fēng)口大套； 6灌泥漿孔；7風(fēng)口小套冷水管；8風(fēng)口小套；9風(fēng)口小套壓緊裝置； 10灌泥漿孔；11風(fēng)口法蘭；12風(fēng)口中套壓緊裝置；13風(fēng)口中套,冷卻水流速與沉淀,保證冷卻水流速的意義 避免由于局部過(guò)熱、 沸騰，產(chǎn)生氣泡，影響傳熱
10、； 避免由于溫度過(guò)高，產(chǎn)生鈣、鎂等沉淀，產(chǎn)生水垢。 垢=4.28.4 kj/(mh) ，相當(dāng)于在冷卻器表面砌一薄層粘土磚。 防止懸浮物沉積。 影響水與管壁熱交換的因素 管壁表面的幾何因素 水的物性參數(shù) 熱的推動(dòng)力t 水流速度,綜上所述，冷卻器合理水量可用熱平衡方法求得，再 按管子直徑、水頭數(shù)換算成水速，結(jié)合使用部位的熱流強(qiáng)度，看該冷卻器是否不在局部沸騰區(qū)； 結(jié)合水質(zhì)，保證水中機(jī)械懸浮物不沉淀。,水壓要求,冷卻水壓力的大小，決定于冷卻器的阻損和爐內(nèi)壓力。 高爐風(fēng)口平臺(tái)濾水器出口最低水壓保持比風(fēng)壓高50，一般要求風(fēng)渣口內(nèi)的水壓應(yīng)高于熱風(fēng)壓力100kpa，冷卻設(shè)備內(nèi)的水壓要比該處?kù)o壓高50kpa。以
11、免煤氣倒灌，燒壞設(shè)備等。,風(fēng)口小套冷卻及氣化冷卻 風(fēng)口小套冷卻,風(fēng)口冷卻的重要性 熱交換強(qiáng)烈 破損后大量漏水，造成爐涼甚至爐缸凍結(jié)。 破損原因： 焦炭、鐵渣的機(jī)械沖刷、磨損 強(qiáng)烈的熱流熔化 2) 風(fēng)口構(gòu)造與改進(jìn) 空腔式 V0.7m/s 雙室式 螺旋式 貫流式,氣化冷卻,原理：利用接近飽和溫度的水在氣化時(shí)大量吸熱的原理，供冷卻元件冷卻。 液態(tài)水的比熱： 1*4.187kj /kg 氣化熱：539*4.187kj/kg,圖1-31 氣化冷卻自然循環(huán)原理示意圖,U型管 p上=p包-h r混 kg/m2 p下=p包-h r水 kg/m2 p= p上- p下=h (r水- r混 ) p即循環(huán)系統(tǒng)推動(dòng)力，實(shí) 現(xiàn)自然循環(huán)。,合理的冷卻制度的討論,合理冷卻制度應(yīng)該是： 高爐各部位的用水量與其熱負(fù)荷相適應(yīng)； 冷卻器內(nèi)水速、 水量和水質(zhì)與冷卻器結(jié)構(gòu)相適應(yīng)； 水質(zhì)合乎要求，進(jìn)出水溫差適當(dāng)。 爐身下部、爐腰 、爐腹長(zhǎng)壽措施次序 當(dāng)前高爐長(zhǎng)壽主要是指爐身下部、爐腰 、爐腹的長(zhǎng)壽， 采用技術(shù)措施的次序應(yīng)該是： 改善冷卻水的質(zhì)量； 改進(jìn)冷卻器的結(jié)構(gòu)； 采用合乎要求的新型耐火材料。,氣化冷卻的特點(diǎn) 可以節(jié)約大量用水 使用軟化水，可防水垢 可隨每個(gè)回路熱負(fù)荷的變化，自己調(diào)劑給水速率，與元件熱負(fù)荷相適應(yīng)。停電時(shí)，延長(zhǎng)一小時(shí)用水。 可以回收蒸汽，做為二次能量利用。 但氣化冷卻尚待完善，現(xiàn)在使用的不多。,
高爐冷卻設(shè)備和冷卻方式
