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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.工业水开路循环冷
2、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。t1t2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温度升高而引起的膨胀。系统工作压力由
3、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。冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以
4、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
5、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
6、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044881616
7、3030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
8、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0.55.0kcal/mh.松软0.21.0kcal/mh.水垢导热系数取0.
9、58W/(m.K)污垢热阻水垢导热系数允许垢厚允许垢附着量m2K/WW/(m.K)(mm)mg/dm2)0.0001720.580.10131.1630.20260.000430.580.25331.1630.50660.000860.580.50651.1631.0130（三）水质的控制：1软水水质控制指标：总硬度0.01mg-N/L总碱度13.0mg/L浊度10.0mg/L氯根Cl-100mg/L总磷13mg/L总铁13mg/LPH值9.0SiO21000ppm改为600ppm电导率0.6mcm（电导值1m）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/L51
10、023硬度mmol/L0.0350碱度mmol/L4200.040.1氯根Cl-mg/L6000.020.08SiO2mg/L700.020.1电导率Sm0.0510-315-3电阻率m.207001000（mmol毫毫升）（软水72143ppm1.4272.853N-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
