高炉本体设计（3）高炉冷却设备（ 56页）

1、3.3 高炉冷却设备高炉冷却设备（l）保护炉壳。）保护炉壳。（2）对耐火材料的冷却和支承。）对耐火材料的冷却和支承。（3）维持合理的操作炉型。）维持合理的操作炉型。 （4）促成炉衬内表面形成渣皮，代替炉）促成炉衬内表面形成渣皮，代替炉衬工作，延长炉衬寿命。衬工作，延长炉衬寿命。3.3.1 冷却设备的作用冷却设备的作用1. 冷却介质：冷却介质： 水水水冷水冷 空气空气风冷风冷 汽水混合物汽水混合物汽化冷却汽化冷却 2. 对冷却介质的要求：对冷却介质的要求：（1）有较大的热容量及导热能力；）有较大的热容量及导热能力；（2）来源广、容易获得、价格低廉；）来源广、容易获得、价格低廉；（3）介质本身不会

2、引起冷却设备及高）介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。炉的破坏。3.3.2 冷却介质冷却介质 指每指每m3水中钙、镁离子的摩尔数。水中钙、镁离子的摩尔数。根据硬度不同，水可分为三类：根据硬度不同，水可分为三类： 软软 水：硬度水：硬度9mol/m3 水的软化处理：水的软化处理： 就是将就是将Ca2+、Mg2+ 离子除去，通离子除去，通常用常用Na+ 阳离子置换。阳离子置换。3. 水的硬度：水的硬度：两种：两种：外部冷却：向炉壳外部喷水冷却。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、冷备内部进行冷却。包括冷却壁、冷却板

3、、板壁结合冷却结构、炉身冷却板、板壁结合冷却结构、炉身冷却模块及炉底冷却等。却模块及炉底冷却等。 3.3.3 高炉冷却结构形式高炉冷却结构形式 适用于小型高炉，对于大型高炉，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。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炉身和炉腹部位装设有环形冷却水管，距炉壳约管，距炉壳约100mm，水管上朝炉壳的，水管上朝炉壳的斜上方钻有若干斜上方钻有若干58mm小孔，小孔小孔，小孔间距间距100mm。 一一. 外部喷水冷却外部喷水冷却 冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，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

4、有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种 。 基本结构图基本结构图:二二. 冷却壁冷却壁冷却壁基本结构冷却壁基本结构a渣铁口区光面冷却壁；渣铁口区光面冷却壁；b镶砖冷却壁；镶砖冷却壁；c上部带凸台镶砖冷却壁；上部带凸台镶砖冷却壁；d中间带凸台镶砖冷却壁中间带凸台镶砖冷却壁 1. 光面冷却壁光面冷却壁 （1）结构）结构: 在铸铁板内铸有无缝钢管。无缝钢在铸铁板内铸有无缝钢管。无缝钢管为管为345mm或或44.56mm，中心距，中心距为为100200mm的蛇形管。的蛇形管。（2）应用部位：）应用部位： 炉缸和炉底部位冷却。炉缸和炉底部位冷却。 风口区冷却壁的块数为风口数目的风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍；

5、渣口周围上下段各两块，由四块冷两倍；渣口周围上下段各两块，由四块冷却壁组成。却壁组成。（3）冷却壁尺寸：）冷却壁尺寸： 光面冷却壁厚光面冷却壁厚80120mm，宽度为，宽度为7001500mm，高度一般小于，高度一般小于3000mm。 圆周冷却壁块数最好取偶数；圆周冷却壁块数最好取偶数；（4）安装：）安装：同段冷却壁间垂直缝为同段冷却壁间垂直缝为20mm；上下段间水平缝为上下段间水平缝为30mm；上下两段竖直缝应相互错开；上下两段竖直缝应相互错开；光面冷却壁与炉壳留光面冷却壁与炉壳留20mm缝隙，用缝隙，用稀泥浆灌满；稀泥浆灌满；与砖衬间留缝与砖衬间留缝100150mm，填以碳，填以碳素料。素

6、料。2. 镶砖冷却壁镶砖冷却壁 镶砖冷却壁就是在冷却壁的内表面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，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、耐火材料的材质一般为粘土质、高铝质、碳质或碳化硅质砖。碳质或碳化硅质砖。 镶砖冷却壁厚度为镶砖冷却壁厚度为250350mm。（1）冷却部位：）冷却部位： 用于炉腹、炉腰和炉身下部冷却，炉用于炉腹、炉腰和炉身下部冷却，炉腹部位用不带凸台的镶砖冷却壁。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普通型、上部带凸台型和中间带凸台型。凸台型。 （4）凸台冷却壁的优点：）凸台冷却壁的优点：凸

7、台部分除起冷却作用外，还起到凸台部分除起冷却作用外，还起到支撑上部砌砖的作用支撑上部砌砖的作用 ；延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却延长炉衬寿命。中间带凸台的冷却壁更优越。壁更优越。 （3）结构型式：）结构型式：（2）安装：镶砖冷却壁紧靠炉衬。）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：）新日铁第三代和第四代冷却壁： 结构见图结构见图 新日铁第三代和第四代冷却壁新日铁第三代和第四代冷却壁a第三代冷却壁；第三代冷却壁；b第四代冷却壁第四代冷却壁 主要特点：主要特点： 设置边角冷却水管；设置边角冷却水管； 采用双层冷却水管；采用双层冷却水管； 加强凸台部位的冷却强度，采用双排加强凸台

8、部位的冷却强度，采用双排冷却水管冷却；冷却水管冷却； 第四代冷却壁的炉体砌砖与冷却壁一第四代冷却壁的炉体砌砖与冷却壁一体化。体化。 冷却壁安装在炉壳内部，密封性好；冷却壁安装在炉壳内部，密封性好；冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。冷却均匀，侵蚀后炉衬内壁光滑。4. 缺点：缺点： 消费金属多、笨重、冷却壁损坏后消费金属多、笨重、冷却壁损坏后不能更换。不能更换。 3. 冷却壁的优点：冷却壁的优点： 冷却板厚度冷却板厚度 70110mm，内部铸有，内部铸有44.56mm无缝钢管。无缝钢管。1. 冷却部位：冷却部位： 用在炉腰和炉身部位。用在炉腰和炉身部位。三三. 冷却板（又称扁水箱）冷却板（又称扁水箱）

9、上下层间距上下层间距500900mm，同层间距，同层间距150300mm，呈棋盘式布置，炉腰部，呈棋盘式布置，炉腰部位比炉身部位要密集一些。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冷却板前端距炉衬设计工作表面一砖距离砖距离230mm或或345mm 。2. 安装：安装：3. 六室双通道结构铜冷却板六室双通道结构铜冷却板 ： （1）结构：）结构： 采用隔板将冷却板腔体分隔成六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、出水通道进行区域，并采用两个进、出水通道进行冷却。冷却。 示意图：示意图： 冷却板冷却板适用于高炉高

10、热负荷区的冷却，可以采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，不易产生局部冷却板前端冷却强度大，不易产生局部沸腾现象；沸腾现象；当冷却板前端损坏后可继续维持生产；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双通道的冷却水量可根据高炉生产状况分别进行调整。分别进行调整。（2）特点：）特点：能维护较厚的炉衬，便于更换，重能维护较厚的炉衬，便于更换，重量轻、节省金属。量轻、节省金属。（3）缺点：）缺点： 冷却不均匀，侵蚀后高炉内衬表冷却不均匀，侵蚀后高炉内衬表面凸凹不平。面凸凹不平。铜冷却板的铸造质量大大提高；铜冷却板的铸

11、造质量大大提高； 为了缓解炉身下部耐火材料的损坏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和保护炉壳，采用冷却板和冷却壁交错布置的结构形式布置的结构形式 。 四四. 板壁结合冷却结构板壁结合冷却结构板壁交错布置结构板壁交错布置结构 1. 结构：结构： 铜冷却壁是在轧制好的壁体上加工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。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铜冷却壁与铸铁冷却壁特性的比较见表见表 五五. 新型冷却壁新型冷却壁铜冷却壁铜冷却壁铜冷却壁与铸铁冷却壁特性比较表铜冷却壁与铸铁冷却壁特性比较表 2. 铜冷却壁的特点

12、：铜冷却壁的特点： （l）铜冷却壁具有导热率高，热损失）铜冷却壁具有导热率高，热损失低的特点；低的特点；（2）利于渣皮的形成与重建；）利于渣皮的形成与重建；（3）铜冷却壁的投资成本。）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单位重量的铜冷却壁冷却的炉墙面积要比铸铁冷却壁大要比铸铁冷却壁大1倍；倍；铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚的耐火材料；的耐火材料；使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至1520年。年。1. 结构：结构： 炉身冷却模块是指将厚壁（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把手型无缝

13、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，混壳上，在炉壳及钢管间浇注耐热混凝土，混凝土层高出水管凝土层高出水管110130，构成大型预，构成大型预制冷却模块。制冷却模块。 简单地说就是由炉壳简单地说就是由炉壳厚壁钢管厚壁钢管耐热混凝土构成的大型冷却模块组成。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：唐钢炉身冷却模块结构示意图： 六六. 炉身冷却模块技术炉身冷却模块技术唐钢高炉冷却模块示意图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冷却模块将炉身部位的炉壳沿径向分成数块分成数块 ，高度方向就一块。，高度方向就一块。 2. 主要技术优点：主要

14、技术优点：炉身寿命可提高近倍；炉身寿命可提高近倍；明显降低投资，炉身大修费用降低明显降低投资，炉身大修费用降低41 ；缩短大修时间；缩短大修时间；炉衬厚度减小，扩大了炉容。炉衬厚度减小，扩大了炉容。 1. 结构：结构： 水冷管中心线以下埋在耐火混凝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，土基墩中，中心线以上为碳素捣固层，水冷管为水冷管为4010mm，炉底中心部位，炉底中心部位管间距管间距200300mm，边缘较疏为，边缘较疏为350500mm，水冷管两端伸出炉壳，水冷管两端伸出炉壳外外50100mm。 七七. 水冷炉底水冷炉底2516m3高炉水冷炉底结构图高炉水冷炉底结构

15、图 水冷管设置在封板以上：在炉壳上开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，但冷却效孔将降低炉壳强度和密封性，但冷却效果好；果好；水冷管设置在封板以下：对炉壳没有水冷管设置在封板以下：对炉壳没有损伤，但冷却效果差。损伤，但冷却效果差。宝钢宝钢1号高炉采用后一种结构。号高炉采用后一种结构。 大型高压高炉多采用炉底封板，大型高压高炉多采用炉底封板，水冷管的位置有两种：水冷管的位置有两种：概念：概念： 冷却设备的工作制度，即制定和控冷却设备的工作制度，即制定和控制冷却水的流量、流速、水压和进出水制冷却水的流量、流速、水压和进出水的温度差等。的温度差等。 3.3.4 冷却设备的工作制

16、度冷却设备的工作制度 一一. 水的消耗量水的消耗量 1. 概念：概念：热负荷：高炉某部位需要由冷却水带走热负荷：高炉某部位需要由冷却水带走 的热量称为热负荷。的热量称为热负荷。冷却强度：单位表面积炉衬或炉壳的热冷却强度：单位表面积炉衬或炉壳的热 负荷称为冷却强度。负荷称为冷却强度。 热负荷：热负荷：3010)(ttcMQ式中：式中： Q 热负荷，热负荷，kJ/h； M冷却水消耗量，冷却水消耗量，t/h； c水的比热容，水的比热容，kJ/(kg)； t冷却水出水温度，冷却水出水温度，； t0冷却水进水温度，冷却水进水温度，。提高冷却水温度差的方法：提高冷却水温度差的方法：降低流速；降低流速；增加

17、冷却设备串联个数。增加冷却设备串联个数。 通过提高冷却水温度差，可以通过提高冷却水温度差，可以降低冷却水消耗量。降低冷却水消耗量。 2. 水压和流速水压和流速 确定冷却水压力的重要原则是冷确定冷却水压力的重要原则是冷却水压力大于炉内静压却水压力大于炉内静压 。 降低冷却水流速，可以提高冷却降低冷却水流速，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，而且局速过低会使机械混合物沉淀，而且局部冷却水可能沸腾。部冷却水可能沸腾。 3. 冷却水温度差冷却水温度差 一般要求进水温度低于一般要求进水温度低于35，不，不应超过应超过40；出水温度不超过

18、；出水温度不超过5060。 实际的进出水温差比允许的进出实际的进出水温差比允许的进出水温差适当低些水温差适当低些 ，其关系为：，其关系为： 允许实际TT式中式中: 为后备系数为后备系数 炉腹、炉身炉腹、炉身 风口带风口带 渣口以下渣口以下 风口小套风口小套0.40.6 0.150.3 0.080.15 0.30.4高炉不同部位后备系数：高炉不同部位后备系数：4. 冷却设备的清洗冷却设备的清洗 一般要一般要3个月清洗一次，清洗方法有：个月清洗一次，清洗方法有：用用2025的的7080盐酸，加入缓蚀盐酸，加入缓蚀剂剂1废机油，用耐酸泵送入冷却设废机油，用耐酸泵送入冷却设备中，循环清洗备中，循环清洗

19、1015分钟，然后再用压分钟，然后再用压缩空气顶回酸液，再通冷却水冲洗。缩空气顶回酸液，再通冷却水冲洗。用用0.71.0MPa的高压水或蒸气冲洗。的高压水或蒸气冲洗。一一. 对供水系统的要求：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。源应来自不同的供电点。应设有水塔，塔内要储有应设有水塔，塔内要储有30min的用水量。的用水量。泵房内应有足够的备用泵。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。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，保证断水时冷串联冷却设备时要由下往上，保证断水时冷却设

20、备内留有一定水量。却设备内留有一定水量。 3.3.5 高炉给排水系统高炉给排水系统二二. 排水系统排水系统排水管直径为供水管直径的排水管直径为供水管直径的1.32.0倍。倍。 供水管直径通过计算确定，供水供水管直径通过计算确定，供水管内水流速为管内水流速为0.71.0m/s。高炉冷却系统方式：高炉冷却系统方式： 汽化冷却汽化冷却 开式工业水循环冷却系统开式工业水循环冷却系统 软（纯）水密闭循环冷却系统软（纯）水密闭循环冷却系统 3.3.6 高炉冷却系统高炉冷却系统一一. 高炉汽化冷却高炉汽化冷却 1. 概念：概念： 高炉汽化冷却是把接近饱和温度的高炉汽化冷却是把接近饱和温度的软化水送入冷却设备

21、内，热水在冷却设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，从而达到冷却设备中吸热汽化并排出，从而达到冷却设备的目的。备的目的。 分为自然循环汽化冷却和强制循环分为自然循环汽化冷却和强制循环汽化冷却两种。汽化冷却两种。2.自然循环汽化冷却自然循环汽化冷却 （1）工作原理：）工作原理： 汽包中的水沿下降管向下流动，经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，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。管补充

22、一定量的新水保证循环的进行。 示意图：示意图： 自然循环汽化冷却示意图自然循环汽化冷却示意图1汽包；汽包；2下降管；下降管；3上升管；上升管；4冷却设备；冷却设备；5供水管供水管 )(VWrrhP 循循环的动力是靠下降管中的水和上升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，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。克服管道系统阻力而流动。压头表示为：压头表示为：式中：式中： P 自然循环流动压头，自然循环流动压头，Pa； h 汽包与冷却设备高度差，汽包与冷却设备高度差，m； rW下降管中水的密度，下降管中水的密度，kg/m3； rV上升管中汽水混合物的密度，上升管中汽水混合物的密度，kg/m3。 3. 强制循环汽化冷却强制循环汽化冷却 是在自然循环汽化冷却的下降管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，推路上装一水泵，作为循环的动力，推动循环过程的进行，此时