《高炉冷却的基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高炉冷却的基础知识（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高炉冷却的基础知识第一节 高炉冷却理论常识一. 高炉冷却的目的高炉冷却的目的在于增大炉衬内的温度梯度，致使 1150等温面远离高炉炉壳，从而保护某些金属结构和混凝土构件，使之不失去强度。使炉衬凝成渣皮，保护甚至代替炉衬工作，从而获得合理炉型，延长炉衬工作能力和高炉使用寿命。高炉冷却是形成保护性渣皮、铁壳、石墨层的重要条件。高炉常用的冷却介质有: 水、风、汽水混合物。根据高炉各部位工作条件，炉缸、炉底的冷却目的主要是使铁水凝固的 1150等温面远离高炉壳，防止炉底、炉缸被渣铁水烧漏。而炉身冷却的目的是为了保持合理的操作炉型和保护炉壳。二. 高炉冷却的方式目前国内高炉采用的冷却方式有三种：1. 工
2、业水开路循环冷却系统2. 汽化冷却系统3. 软水密闭循环冷却系统 三 .冷却原理冷却水通过被冷却的部件空腔，并从其表面将热量带走，从而使冷却水的自身温度提高。t1 t2水 冷却件 水1.自然循环汽化冷却工作原理：利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的压头，克服整个循环过程中的阻力，从而产生连续循环，汽化吸热而达到冷却目的。2.软水密闭循环冷却工作原理：它是一个完全封闭的系统，用软水（采用低压锅炉软水即可）作为冷却介质，其工作温度 5060 （实践经验 4045 ）由循环泵带动循环，以冷却设备中带出来的热量经过热交换器散发于大气。系统中设有膨胀罐，目的在于吸收水在密闭系统中由于
3、温度升高而引起的膨胀。系统工作压力由膨胀罐内的 N2 压力控制，使得冷却介质具有较大的热度而控制水在冷却设备中的汽化。3.工业水开路循环冷却工作原理：由动力泵站将凉水池中的水输送到冷却设备后，自然流回凉水池或冷却塔，把从冷却设备中带出的热量散发于大气。系统压力由水泵供水能力大小控制。 四 .冷却方式的优缺点高炉技术进步的特点，表现为高炉炼铁已发展成为较成熟的技术。从近几年高炉技术进步的发展方向看，突出的特点是大型化、高效化和自动化。因此采用较为先进的高炉冷却技术具有较大的吸引力，成为争相探讨和研究课题。1.采用软水密闭循环冷却系统最佳。因为：（ l） 软水密闭循环系统的冷却可靠性好。冷却的可靠
4、性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以长寿。（ 2）水量消耗少。软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的 1补水量，故水量消耗是极少的。（ 3） 动力消耗低。闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内 N2 压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。（ 4） 管路腐蚀小。因为它是闭路，空气进不去。因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。 2. 汽化冷却分为两种循环方式：自然循环和强制循环。（ l）汽化冷却的优点： 冷却介质为软水，可防止结垢。 自然循环需
5、要动力，在停电情况下仍能继续运行。（ 2）汽化冷却的缺点： 冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。 汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。铸铁在 760 时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。3.工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。4.喷水冷却，结构轻便简单易行。我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。目前
6、国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。五 .冷却水质（一）一般概念：1.高炉冷却对水质的要求为： 不含有机械杂质、悬浮物不超过 200 毫克升，暂时硬度不超过 10（德国度） 。2.水的硬度：天然水中含有钙、镁、盐类等水垢生成物的含量。一般重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等，构成了水中的硬度。 暂时硬度：就是指水中含有重碳酸盐的含量。 永久硬度：就是指除去重碳酸盐的其它盐类。 总硬度： 就是指暂时硬度与永久硬度之和。湖水硬度小一些，地下水硬度高一些，一般用暂时硬度衡量水的硬度。3.水的硬度单位：德国度（ H）简称度。即在10000 份水中含有 1 份
7、氧化钙或氧化镁为一度。也就是 1 升水中含有 10 毫克的氧化钙或氧化镁为一度。4. 水的硬度分类：硬度 04 48 816 1630 30 性质 很软水 软水 中等硬水 硬水 很硬水对水系统要求新水暂时硬度15H，循环水8H。5.软化水：就是人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用 Na 离子交换器置备软水。软水的作用：不存在 O2 腐蚀，不结垢。（二） 冷却水管结垢的原因及危害1.冷却水管结垢的原因，主要是由于碳酸盐的沉积。在冷却设备的通道壁上容易结垢，尤其在冷却水硬度高、强化冶炼的高炉上尤为突出。2.其危害是导致传热效率降低，造成冷却设备过热直至烧环。因此对于冷却器的水管结了水垢，如果
8、要保持水量不变，则要求水压成倍的增长才行。3.水垢对传热的影响（ 99 年 5 月钢铁程树森）基准条件：v=1.5m/s ，水管与冷却壁间的间隙0.15mm,水垢厚度为 0，冷却壁高度为1400mm。 （钢铁 1994.29(1):52）（ 1）水垢厚度为 1mm 时，其冷却壁热面最高温度增加 152；水垢厚度为 3mm 时，其冷却壁热面最高温度增加 237；水垢厚度为 5mm 时，其冷却壁热面最高温度增加 446。（ 2）水速 1.0m/s 时，其冷却壁热面最高温度增加6；水速 2.0m/s 时，其冷却壁热面最高温度增加-8；水速 2.5m/s 时，其冷却壁热面最高温度增加-13。（ 3）如
9、有 3mm 水垢，压力为 1MPa 时，管壁温度会由 280升至 580 。（ 4）水垢导热系数（循环冷却水的稳定与处理李仲先著）碳酸盐水垢 坚硬 0.55.0 kcal/mh.松软 0.21.0 kcal/mh.水垢导热系数取 0.58W/(m.K)污垢热阻 水垢导热系数 允许垢厚 允许垢附着量m2K/W W/(m.K) (mm) mg/dm2) 0.000172 0.58 0.10 13 1.163 0.20 26 0.00043 0.58 0.25 33 1.163 0.50 66 0.00086 0.58 0.50 65 1.163 1.0 130 （三）水质的控制：1软水水质控制指标
10、：总硬度 0.01 mg-N/L总碱度 13.0 mg/L浊 度 10.0 mg/L氯 根 Cl- 100 mg/L总 磷 13 mg/L总 铁 13 mg/LPH 值 9.0SiO2 1000 ppm 改为 600ppm电导率0.6 m cm （电导值 1 m ） 2. 水质参考标准（赵润恩著炼铁工艺设计原理92.3）：软水 纯水溶解固体 mg/L 510 23硬 度 mmol/L 0.035 0碱 度 mmol/L 420 0.040.1氯 根 Cl- mg/L 600 0.020.08SiO2 mg/L 70 0.020.1电导率 Sm 0.05 10-3 15-3电阻率 m. 20 7
11、001000（mmol 毫毫升）（软水 72143ppm1.4272.853 N-mg/L）3.炉缸工业循环水冷却系统的水质稳定工业循环水系统的水质管理十分重要，要根据水质和水处理药剂的性能制定一个合理的水质控制指标，严格管理。这些处理包括：PH 值的调整，适当的排污以控制好循环水的浓缩倍数，限制水中杂质的含量和悬浮物等。在水中加入缓蚀剂、螯合剂、阻垢分散剂及杀菌剂等水稳药剂达到防腐、阻垢、杀菌的效能，可以大大减缓腐蚀、污垢和微生物造成的危害。可以达到：碳钢腐蚀率510mg/(dm)2.d微生物在水中产生的粘泥6ml/m3 水， 水中的细菌数50 万个/ml 水；阻垢率为 8090 ，80的水
12、温下不发生显著结垢。4.循环工业水稳药剂阻垢的原理：（ 1） 循环水中溶解氧的含量高，是由于在循环中水温升高从而降低了氧在水中的溶解度，达到了过饱和。溶解氧的去极化作用使金属铁易被腐蚀。（ 2）循环水中含有空气中的各类污染物质，如SO2、H2S、NO2、NH3 等有害气体及固体微粒，吸收了大量的酸性物质使水质发生极大变化。（ 3） 循环水中二氧化碳的脱除现象，由于水在30以上，循环水中的 CO2 含量大部分被脱除， 因此水中钙镁的重碳酸盐几乎全部变为碳酸盐，更容易结成水垢。（ 4） 循环水中的溶解固体的浓缩现象。补充水中有许多能溶解于水的固体物质，如钙、镁、钾、钠、铁和锰等的碳酸盐、重碳酸盐、
13、硫酸盐、氯化物和硫化物等，使浓缩倍数增加，导致水的腐蚀性和结垢作用增强，影响水的性质。（ 5） 循环水中微生物会产生粘性物质，粘附泥沙在水箱管壁形成降低换热效率的粘泥。微生物还引起腐蚀造成水质变差。首钢二高炉 2001 年 12 月大修前的工业水系统使用大水池的水循环供水，其水质条件较差，腐蚀、结垢相当严重。大水池水质如下：PH 值 8.3总硬度 320.3 ppm （以 CaCO3 计）钙硬度 275.2 ppm总碱度 275.2 ppm溶解固体 573.4 ppmSS（悬浮物）10 ppm氯化物 86.9 ppm经过水质处理后水质明显变好，2001 年 6 月水质化学分析如下：PH 值 8
14、.22总碱度 5.19 mmol/L硬度Ca （以 Ca 计） 64.07 mg/L Mg （以 Mg 计） 34.90 mg/L氯离子 CL 75.905.敞开式工业净循环水的水质标准：当冷却构件热负荷209，350kj/m2.h(50000kcal/m2.h)。冷却结构工况要求污垢热阻值0.955104m2.h. /kj.a 腐蚀率 0.125/a 时，悬浮物20mg/L 。由于高炉采用工业循环水处理，可节约大量工业水耗用量，同时也可改善水质条件。因此，必须按照药剂品种及配方，日常需投加水稳药剂。六 .冷却制度（一）合理的冷却制度：1. 高炉各部位的用水量与其热负荷相适应；2. 每个冷却器内的水速、水量和水质相适应；3. 维持足够的水压和合理的进出水温差。（二）进出水温差：1. 进出水温差中，进水温度与大气温度和回水冷却状况有关，一般情况下应小于 35。而出水温度与水质有关，一般情况下，工业循环水的稳定温度不超过 50 60，即反复加
