单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,第三章高炉本体设计(冷却设备)3,第三章高炉本体设计(冷却设备)3,1,（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,,,（l）保护炉壳3.3.1 冷却设备的作用,2,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,,,冷却介质：3.3.2 冷却介质,3,指每m,3,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/m,3,硬 水：硬度在3～9mol/m,3,极硬水：硬度>9mol/m,3,,水的软化处理：,就是将Ca,2+,、Mg,2+,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3. 水的硬,4,两种：,★,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,,,两种：3.3.3 高炉冷却结构形式,5,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,,,适用于小型高炉，对于大型高炉，在炉龄晚期冷却,6,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,,,冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，有光面冷却壁和镶,7,,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,,,冷却壁基本结构,8,1. 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1. 光面冷却壁 （1）结构:,9,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；,,,风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍；渣口周,10,（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4）安装：①同段冷却壁间垂直缝为20mm；,11,2. 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250～350mm1）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2. 镶砖冷却壁 镶砖冷却壁就是在冷却壁的内,12,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普通型、上部带凸台型和中间带凸台型 （3,13,（5）新日铁第三代和第四代冷却壁：,结构见图,,,（5）新日铁第三代和第四代冷却壁：,14,,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,,,新日铁第三代和第四代冷却壁,15,新日铁的四代冷却壁（P106）,,,,新日铁的四代冷却壁（P106）,16,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。
主要特点： ①设置边角冷却水管；,17,①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：,,,①冷却壁安装在炉壳内部，密封性好；3. 冷却壁的优点：,18,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）,,,冷却板厚度 70～110mm，内部铸有φ44.,19,冷却水箱 1-支梁式；2-扁水箱（P107）,,,冷却水箱 1-支梁式；2-扁水箱（P107）,20,①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：,,,①上下层间距500～900mm，同层间距150～300mm，,21,3. 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：,,,3. 六室双通道结构铜冷却板 ： （1）结构：,22,,冷却板,,,冷却板,23,①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：,,,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2,24,⑥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；,,,⑥能维护较厚的炉衬，便于更换，重量轻、节省金属⑤铜冷却板的,25,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,,,为了缓解炉身下部耐火材料的损坏和保护炉壳，采,26,,板壁交错布置结构,,,,板壁交错布置结构,27,1. 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,,,1. 结构：五. 新型冷却壁——铜冷却壁,28,2. 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；,,,2. 铜冷却壁的特点： （l）铜冷却壁具有导热率高，热损失低,29,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,30,②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。
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,31,1. 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,,,1. 结构：六. 炉身冷却模块技术,32,,唐钢高炉冷却模块示意图,,,唐钢高炉冷却模块示意图,33,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，扩大了炉容冷却模块将炉身部位的炉壳沿径向分成数块 ，高,34,1. 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,,,1. 结构：七. 水冷炉底,35,2000m,3,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）,,,,2000m3高炉风冷炉底结构图 1-进风管；2-进风箱；3-,36,,2516m,3,高炉水冷炉底结构图,,,,2516m3高炉水冷炉底结构图,37,①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：,,,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，,38,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,,,,概念：3.3.4 冷却设备的工作制度,39,一. 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,负荷称为冷却强度一. 水的消耗量 概念：,40,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，℃；,,t,0,——冷却水进水温度，℃热负荷：式中： Q ——热负荷，kJ/h；,41,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提高冷却水温度差的方法：①降低流速； 通过提高,42,2. 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2. 水压和流速 确定冷却水压力的重要原则是冷,43,3. 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：,式中:,,为后备系数,,,,3. 冷却水温度差 一般要求进水温度低于35,44,炉腹、炉身 风口带 渣口以下 风口小套,0.4～0.6 0.15～0.3 0.08～0.15 0.3～0.4,,高炉不同部位后备系数：,,,炉腹、炉身 风口带 渣口以下,45,4. 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4. 冷却设备的清洗 一般要3个月清洗一次，清洗方法有：,46,一. 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,,,一. 对供水系统的要求：3.3.5 高炉给排水系统,47,二. 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二. 排水系统排水管直径为供水管直径的1.3～2.0倍48,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,,,,高炉给排水系统（P111） 1-滤水器；2-给水主管；3-给,49,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,,,高炉冷却系统方式：3.3.6 高炉冷却系统,50,一. 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。
一. 高炉汽化冷却 1. 概念：,51,2.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：,,,,2.自然循环汽化冷却 （1）工作原理：,52,,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,,,,自然循环汽化冷却示意图,53,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；,r,W,——下降管中水的密度，kg/m,3,；,r,V,——上升管中汽水混合物的密度，kg/m,3,循环的动力是靠下降管中的水和上升管中汽水混合,54,3. 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3. 强制循环汽化冷却 是在自然循环汽化冷却,55,4. 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。
4. 汽化冷却的优点： （1）冷却强度大，节水、节电；,56,二. 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二. 开式工业水循环系统 1. 概念：,57,三. 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：,,,,三. 软水密闭循环系统 1. 工作原理：,58,,,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,,,软水密闭循环系统原理,59,2. 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,,,2. 特点 ：（1）工作稳定可靠 ；软水闭路循环冷却中的“欠,60,3.4 高炉送风管路,,,3.4 高炉送风管路,61,1. 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,,,1. 作用：3.4.1热风总管与围管,62,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：,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，m,3,/s；,v,——气体实际状态下的流速，m/s一般为25～35m/s 热风总管与热风围管的直径相同，由下式计算：,63,我国部分高炉热风围管直径表,,,我国部分高炉热风围管直径表,64,一. 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,,,一. 作用：3.4.2 送风支管,65,二. 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二. 要求：①送风支管密封性好；,66,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：,,,由送风支管本体、张紧装置、附件等组成三.,67,,宝钢送风支管结构,,,宝钢送风支管结构,68,1. 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1. 送风支管本体： 由A－l管（鹅颈管）、A－2,69,（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；,,,（4）异径管用来连接不同直径的管道，用以安装张紧装置3）,70,（1）作用：,稳定和紧固送风支管，并使直吹管紧压在风口小套上2）组成：,包括吊杆、拉杆、松紧法兰螺栓等2. 张紧装置：,,,（1）作用：2. 张紧装置：,71,包括托座、起吊链钩、观察孔等1）托座固定在炉壳上，用来固定中部拉杆2）起吊链钩用于更换风口时使弯管和直吹管成振摆状运动，便于更换风口3）观察孔用来观察风口区燃烧情况3.送风支管附件：,,,包括托座、起吊链钩、观察孔等3.送风支管附件：,72,直吹管是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连，端头与风口紧密相连1. 组成：,由端头、管体、喷吹管、尾部法兰和端头水冷管路五部分组成。
见图,,3.4.3 直吹管,,,直吹管是高炉送风支管的一部分，尾部与弯管相连,73,,,直吹管结构图,1－端头；2－管体；3－喷吹管；4－冷却水管；5－法兰,,,,直吹管结构图,74,2. 直吹管的主要技术要求：,,（1）要求直吹管端头与风口相接触的球面上不准有缺陷和焊补2）必须按设计要求进行水压和气密性试验3）要求喷吹管中心线与直吹管管体中心线的夹角符合设计要求，一般夹角为12°～14°左右2. 直吹管的主要技术要求： （1）要求直吹管端头与风口相接,75,风口（小套）与风口中套、风口大套装配在一起，加上冷却水管等其它部件，形成高炉的风口装置3.4.4风口装置,,,风口（小套）与风口中套、风口大套装配在一起,76,,,高炉本体设计(冷却设备)-SS课件,77,,风口装置结构示意图,1－风口中套冷水管；2－风口大套密封罩；3－炉壳；4－抽气孔；5－风口大套；6－灌泥浆孔；7－风口小套冷水管；8－风口小套；9－风口小套压紧装置 10－灌泥浆孔；11－风口法兰；12－风口中套压紧装置；13－风口中套,,,风口装置结构示意图,78,2. 风口的损坏原因：,（l）熔损； （2）开裂 ；,（3）磨损。
又称风口小套或风口三套，是送风管路最前端的一个部件，用紫铜或青铜制造，空腔式结构，内通水冷却1. 安装：,成一定角度探出炉壁一. 风口,,,2. 风口的损坏原因：（l）熔损； （2）开裂 ；,79,3. 延长风口使用寿命的措施：,,（1）提高紫铜纯度，以提高风口的导热性能；,（2）改进风口结构，增强风口冷却效果；,（3）对风口前端进行表面处理，,,,,3. 延长风口使用寿命的措施： （1）提高紫铜纯度，以提高风,80,二. 风口中套,,风口中套前端内孔的锥面与风口小套的外锥面配合，上端的外锥面与大套配合1. 作用：,支承风口小套2. 材质：,用铸造紫铜制作，用冷却水进行冷却二. 风口中套 风口中套前端内孔的锥面与风口,81,三. 风口大套,,风口大套由铸铁铸成，内部铸有蛇形管，通水冷却其前端锥面与风口中套上端锥面配合，上端通过风口法兰与炉体装配连接在一起风口大套的作用是支承风口中套与小套，并将其与高炉炉体相连成为一体三. 风口大套 风口大套由铸铁铸成，内部铸有,82,渣口装置（P104） 1-渣口小套；2-渣口三套；3-渣口二套；4-渣口大套； 5-冷却水管；6-炉壳；7、8-大套法兰；9、10-固定楔；11-挡杆,,,渣口装置（P104） 1-渣口小套；2-渣口三套；3-渣口二,83,。