第3章-高炉本体设计(3).ppt

3.3高炉冷却设备,（l）降低炉衬温度，使炉衬保持一定强度，维持合理的操作炉型。（2）促成炉衬内表面形成渣皮，代替炉衬工作，延长炉衬寿命。（3）保护炉壳及各种钢结构。（4）有些冷却设备起对耐火材料的支承作用。,3.3.1冷却设备的作用,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,根据硬度不同，水可分为三类：软水：硬度9mol/m3水垢的导热系数：5-10kJ/(m2h),1mm水垢可产生50-10温差水的软化处理：就是将Ca2+、Mg2+离子除去，通常用Na+阳离子置换。,3.水的硬度：指每m3水中钙、镁离子的摩尔数。,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,炉壳外面的周围安装环形喷水管（50150mm），距炉壳约100mm，水管上朝炉壳的斜上方（45-60）钻有若干58mm小孔，小孔间距100mm。特点：冷却不能深入炉衬内部，冷却深度浅；但设备简单使用方便。使用：一般在不安装冷却器的小高炉上。在大中型高炉的炉身最上部或在冷却器已损坏的区域可以采取喷水冷却，作为辅助性冷却。国外一些大型高炉，由于采用碳砖炉衬，为发挥碳砖导热性能强的特点在炉壳内不设置冷却器，而采取炉外喷水冷却，也取得了满意的冷却效果。,一.外部喷水冷却,冷却壁是内部铸有无缝钢管的大块金属板冷却件。冷却壁安装在炉壳与炉衬之间，并用螺栓固定在炉壳上，均为密排安装。冷却壁的金属板是用来传热和保护无缝钢管的。冷却壁一般为铸铁件，内部无缝钢管呈蛇形布置，用以通冷却介质(水或汽水混合物)。按其表面镶砖与不镶砖分为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345mm或44.56mm，中心距为100200mm的蛇形管。（2）特点：金属板表面不镶砖，导热能力较强，但抗磨损能力不如镶砖冷却壁强。（3）应用部位：一般用于炉缸和炉底部位冷却。炉腹以上采用碳质耐火砖砌筑时，也采用光面冷却壁冷却。,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80120mm，宽度为7001500mm，高度一般小于3000mm。圆周冷却壁块数最好取偶数；,（4）安装：,同段冷却壁间垂直缝为20mm；上下段间水平缝为30mm；上下两段竖直缝应相互错开；光面冷却壁与炉壳留20mm缝隙，用稀泥浆灌满；与砖衬间留缝100150mm，填以碳素料捣打。,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250350mm。（1）特点是在金属板表面镶有耐火砖，导热效率较低，但当炉衬被侵蚀后所镶耐火砖抗磨损能力强，并在其表面容易形成稳定的保护性渣皮，代替耐火砖衬工作。,（2）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。（3）安装：镶砖冷却壁紧靠炉衬。（4）结构型式：普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。,（6）现代的冷却壁一般按照新日铁开发的形式分为四代，第三代和第四代冷却壁结构见图。,（5）凸台冷却壁的优点：凸台部分除起冷却作用外，还起到支撑上部砌砖的作用；延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却壁更优越。,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,主要特点：,设置边角冷却水管；采用双层冷却水管；加强凸台部位的冷却强度，采用双排冷却水管冷却；第四代冷却壁的炉体砌砖与冷却壁一体化。,过去冷却壁本体一般都采用普通灰口铸铁，为了提商寿命改为含cr耐热铸铁，进而发展为球墨铸铁和铜质的。70年代末在欧洲开始制造和使用的纯铜冷却壁近几年也在国内得到丁广泛的推广使用。优点：其壁体温度比球墨铸铁的壁体温度低10-16的同时，温度波动也减小约1.1；形成的渣皮更稳定，热损失大幅度降低；壁体温度更低也使得渣皮脱落后重建的时间更短：安装铜冷却壁部位的热流强度降低明显。,3、材质,4.冷却壁的优点：冷却壁安装在炉壳内部，炉壳不需开设大孔，密封性好，不会损坏炉壳强度；采取紧密布置，冷却均匀，炉衬内壁光滑平整，有利十炉料顺利下降；镶砖冷却壁表面能形成保护性渣皮，使高炉工作年限延长。5.冷却壁的缺点：冷却深度个如冷却板和支粱式水箱大，烧毁后拆换困难，普通冷却壁没有支撑上部炉衬砖的能力，并且容易断裂。,三.冷却板,1、分类：铸铜冷却板：局部需要加强冷却时采用铸铁冷却板：需要保护炉腰托因时采用埋入式铸铁冷却板：支撑内衬作用的部位采用,2、尺寸：冷却板厚度70110mm，内部铸有44.56mm无缝钢管。水管的弯曲半径一般应大于2倍管径。长度和宽度应根据使用部位需要确定。3.冷却部位：通常用于厚壁炉腰、炉腰托圈及厚壁炉身中下部砖衬的冷却。也有的高炉，炉腰至炉身均采用密集式铜冷却板冷却。,上下层间距500900mm，同层间距150300mm，呈棋盘式密排布置，炉腰部位比炉身部位要密集一些。冷却板前端距炉衬设计工作表面一砖距离230mm或345mm。冷却板固定是依靠进出冷却水管和导管穿过炉壳与炉壳焊接固定、目前多采取浮动式连接固定。,4.安装：,5、冷却板冷却的主要优点：冷却能深入砖衬内，冷却深度、冷却强度均大，拆换方便，易于维护。6、冷却板冷却的缺点：为点式市置，冷却术均匀，容易造成侵蚀后的炉培内表面不平整(冷却板裸露)，影响炉料顺利下降。随着炉衬耐火材料质量的提高，炉墙厚度逐渐减薄，冷却板的使用在国内大中型高炉上已逐步在减少。只是有的大型高炉在型冷却壁的凸台上面安装一层冷却板。,7.六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,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。冷却板前端冷却强度大，不易产生局部沸腾现象；当冷却板前端损坏后可继续维持生产；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：,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。,铜冷却板的铸造质量大大提高；,四.板壁结合冷却结构,冷却板的冷却原理是通过分散的冷却元件(冷却板)仲进砖衬内的长度(一般为700800mm)来冷却周围的耐火材料，并间接冷却炉壳。全部使用冷却板实现冷却的高炉，冷却板设置在风口部位以上一直到炉身中上部，炉身中上部以上及风口以下来用炉壳喷水或光而冷却壁。冷却壁的冷却原理是通过冷却壁形成一个密闭的围绕高炉内衬的冷却结构，直接对耐火材料和炉壳实现冷却。全部设用冷却壁实现冷却的高炉，一般在风口以上直到炉喉钢砖采用镶砖冷却壁，风口以下来用光面冷却壁。,实际使用中，大多数高炉根据冶炼的需要，在不同部位采用各种不同的冷却设备，这种冷却的结构形式称为板壁结合冷却结构。尤其近年来，冶炼强度不断提高，炉身中下部的矛盾日益突出，因此冷却板和冷却壁交错布置的结构形式被广泛用于炉身中下部，这不仅实现了对炉衬的覆盖冷却和纵深冷却，同时还对冷却壁上下层接缝处的薄弱环节起到了很好的保护作用。,板壁交错布置结构,1、构造：一般采用铸铁铸造而成，目前也有采用铸钢铸造的。支梁式水箱为中空长方楔形状，水箱壁内铸有无缝44.5x6mm冷却钢管。冷却水管侧壁厚为100110mm，其余部分壁厚为50mm左右。水箱的宽度一般为200300mm，长度应根据冷却炉衬的厚度确定，一般以700800mm为宜。,五、支梁式水箱,支梁式水箱（a）支梁式水箱；（b）扁水箱,2、使用部位：支梁式水箱布置在炉身其他冷却设备的最上面，即紧接着炉身其他冷却设备上面安装24层支梁式水箱，冷却炉衬及支承上部砖衬。3、安装：水箱用法兰盘螺栓与炉壳上的法兰结构相联结，保证了它有足够的支撑砖衬的能力。支梁水箱呈棋盘式交错形式，上下两层间距一般为6001000mm，同层间距13001700mm。水箱前端砌砖厚度一般为460575mm，有的最薄砌砖厚度只有230mm。,4、支梁式水箱的优点：冷却深度和强度大，机械强度高，当下部砖衬被侵蚀、破损剥落时，水箱对上部砖衬起着支撑作用。5、支梁式水箱的缺点：点式布置，冷却不够均匀，因而炉衬受侵蚀也不均匀，炉墙曲线不规整，炉衬严重被侵蚀后，支梁式水箱可能被裸露出来，有碍于炉料的顺利下降。安装时炉壳开孔较大，影响炉壳的机械强度和密封严密性。支梁式水箱有被凸台式冷却壁所代替的趋向。,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,六.新型冷却壁铜冷却壁,铜冷却壁与铸铁冷却壁特性比较表,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。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；,铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚的耐火材料；,使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至1520年。,1.结构：炉身冷却模块是指将厚壁（1416mm）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110130，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：炉身寿命可提高近倍；明显降低投资，炉身大修费用降低41；缩短大修时间；炉衬厚度减小，扩大了炉容。,七.炉底冷却装置,1、炉底冷却的目的：防止高炉炉基过热破坏及由于热应力造成的基墩开裂破坏，提高炉底寿命。2、结构：在炉底耐火砖砌体底面与基墩表面之间安装通风或通水的无缝钢管。炉底砌筑前将炉底冷却用的无缝钢管埋在碳捣层中。冷却管直径一般146mm，壁厚为814mm。冷却管安装布置的原则是炉底中央排列较密，越往边沿排列逐步变稀。炉底中心部位管间距200300mm，边缘较疏为350500mm，水冷管两端伸出炉壳外50100mm。并用加强钢板与炉壳焊接。,水冷炉底和风冷炉底的冷却管管径、布置方式及碳捣层等基本相同，只是冷却介质不向。风冷炉底的通风方式，有自然通风和强制通风两种。自然通风不需要通风机等设备，但冷却强度不如强制通风的大。一舱中型高炉炉底采取自然通风冷却的较普遍，大型高炉炉底则采取强制通风冷却。水冷炉底的供水方式也有两种。一种是炉底冷却水管与供水总管接通，靠炉体给水总管供水；另一种是利用炉缸的冷却排水管供水，以节约冷却水。,2516m3高炉水冷炉底结构图,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；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,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：,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：,降低流速；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5060。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：,式中:,为后备系数,炉腹、炉身风口带渣口以下风口小套0.40.60.150.30.080.150.30.4,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：用2025的7080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1015分钟，然后再用压缩空气顶回酸液，再通冷却水冲洗。用0.71.0MPa的高压水或蒸气冲洗。,一.对供水系统的要求：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。应设有水塔，塔内要储有30min的用水量。泵房内应有足够的备用泵。由泵房向高炉供水的管路应设置两条。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1.32.0倍。供水管直径通过计算确定，供水管内水流速为0.71.0m/s。,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,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,3、膨胀水箱的作用膨胀水箱为一圆形密闭容器，其中充以氮气，用以提高冷却介质压力，提高饱和蒸汽温度，到稳定、提高循环水的压力，以提高冷却水的欠冷度。膨胀水箱具有补偿由于温度的变化和水的泄漏而引起冷却水体积变化的功能，稳定冷却系统运行；通过冷却罐内水位的变化，可以判断系统泄漏情况并合理补充软水。,4、软水闭路循环冷却的形式,按其膨胀水箱设置的位置，分为上置式和下置式两种。,上置式软水闭路循环冷却形式其相对于下置式的优点有：(1)系统运行安全可靠。当循环泵停止工作时，上置式转化为汽化冷却的自然循环，而下置式将停